JP5259617B2 - 摩擦攪拌溶接工具にかかる荷重を測定する装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、摩擦攪拌溶接機器の摩擦攪拌溶接工具にかかる荷重、具体的には機器の稼動中に工具にかかる荷重を測定する装置及び方法に関するものである。

摩擦攪拌溶接とは、回転している工具をワークピースの中へ挿入する及び／又はワークピースに通して、例えば固体の状態でワークピースの複数の部材を接合する、又はワークピース内の亀裂を修理する工程である。ある従来の摩擦攪拌溶接機器は、回転可能な工具を保持するスピンドルを備えている。このスピンドルは工具を回転させ、工具をワークピースを通る所望の経路に沿って移動させる。この工具は溶接中にワークピースと当接する肩部と、肩部からワークピースの中まで延びるピン状部分を画定することができる。ある場合には、この工具はまた、外側表面上にネジ山又は他の外形を画定することができる。工具をワークピースに通すと、連続的な溶接接合部を形成することが可能である。例えば、ある従来の摩擦攪拌溶接工程では、回転している工具が摩擦攪拌溶接機器によってワークピースの中に、又は２つのワークピースの間に押し込まれ、必要な抵抗力を発生させ、十分な摩擦加熱を起こして可塑化材料の領域を形成する。工具の縦軸は通常ワークピースの表面に対して垂直に（又は、肩部の後縁が入り込んで可塑化材料を固めるように、垂直方向に対して小さい角度で）保持される。可塑化材料が固化する時に、ワークピースの部材は溶接接合部に沿って接合される。摩擦攪拌溶接は、参照することで全体が本明細書に組み込まれたＴｈｏｍａｓ氏等に付与された米国特許第５４６０３１７号明細書に更に説明されている。

ワークピースを通して工具を移動させるために摩擦攪拌溶接機器から発生した力の荷重又は大きさは、必要な摩擦加熱を発生させるために、所定の最小値よりも上に維持しなければならない。工具とワークピースの間に付与された様々な荷重は、工具の回転速度、工具がワークピースの中を平行移動する速度、工具とワークピースの温度、ワークピースのサイズ及び材料特性、そして工具のサイズと形状によって影響を受ける可能性がある。例えば、工具の外側表面上に付与されたネジ山又は他の形状が、工具及びワークピースの間にかかる荷重の両方だけでなく、溶接中のワークピースの材料の混合度に影響を与える可能性がある。ある場合には、溶接工具にかかる力がかなり大きくなる可能性があり、最適な荷重条件からの偏差が、結果的な溶接接合部の品質、接合部が形成される速度、及び溶接工具と溶接機器の寿命に影響を与える可能性がある。

ある一般的な溶接操作では、溶接機器は工具をワークピースを通る所定の経路に沿って移動させる自動コントローラを備えている。このコントローラは例えば、工具にかかる所定のラジアル荷重、工具にかかる所定の軸荷重、所定の回転速度、及びワークピースを通って平行移動する所定の速度等の一定の溶接パラメータを付与するようにプログラミングされている。つまり、この機器はワークピースに向かって工具の軸方向に工具に所定の力（例えばポンドの単位で）の荷重を与え、工具を所定の速度（例えばＲＰＭの単位）で回転させ、ワークピースの中で工具を所定の速度（例えばインチ／秒の単位）で移動させることができる。ワークピース及び溶接経路全体の厚み又はワークピースの材料又は形状の変化等の溶接条件の変動により、工具とワークピースの間に発生する荷重は、一つの溶接操作中に大幅に変化する可能性がある。したがって、操作全体を通して最適な軸荷重、回転速度、及び平行移動速度が変動する可能性がある。ある場合には、変動を調節するために操作中に溶接パラメータを変更するようにコントローラをプログラミングすることができる。上記溶接プログラムには、固有のワークピースの特性に基づいた複雑な決定作業が必要となる可能性がある。

ある場合には、この機器は工具にかかる荷重を表す機器の特性を検知する内部センサも備えることができる。例えば、このセンサは工具を移動しその圧力を利用して工具にかかる荷重条件を決定しようとする油圧作動システムの油圧を測定できる。センサの出力値を工具に実際にかかる荷重に関連付けるために、工具を荷重測定デバイスに当接させることによって「静的」較正操作を行うことができ、これによりセンサの出力値を荷重測定デバイスの出力値で較正することができる。上記「静的」較正操作は稼働していない状態の工具に対して行うことができる。つまり、工具が荷重測定デバイスに当接するときは回転も溶接も行われていないということである。この方法で較正された機器では、操作中に工具に実際にかかる荷重と、機器の内部センサによって決定される荷重との間に通常不一致が存在する。

したがって、摩擦攪拌溶接機器の摩擦攪拌溶接工具にかかる荷重を測定する、改善された装置及び方法が必要である。この装置は工具に実際にかかる荷重を測定することができなければならず、機器を操作中、すなわち工具が回転している時及び／又は工具が溶接操作を行うために使用されている時に荷重を測定することができなければならない。

本発明の実施形態は、摩擦攪拌溶接機器の回転している摩擦攪拌溶接工具にかかる荷重を測定する装置及び方法を提供する。この装置は工具にかかる荷重を測定するために工具に接触することが可能である。更に、この装置は機器の稼動中、すなわち工具が回転している及び／又はワークピースの中を移動している最中に、工具の移動方向及び移動方向に垂直な方向、すなわち「経路」及び「経路に垂直な」方向にかかる荷重を測定するのに使用することができる。

一実施形態によれば、この装置は摩擦攪拌溶接機器に接続されるフレームを備えている。第１及び第２ローラは回転自在にフレームに接続され、摩擦攪拌溶接工具に接触して回転するように構造化されている。第１及び第２ローラは第１及び第２方向に調節され、各方向は工具の縦方向に対しておおむね直交している。例えば、第１ローラはフレームに滑動可能に取り付けられた第１レールに回転可能に接続して、第１方向に調節されるように制限することが可能であり、第２ローラはフレームに滑動可能に取り付けられた第２レールに回転可能に接続して第２方向に調節されるように制限することができ、これにより、工具に第１及び第２方向にかかる荷重がレールによって第１及び第２ローラにそれぞれ伝達される。第１及び第２荷重セルはローラと接続している。各荷重セルは、それぞれ一つのローラの位置特性を各々第１及び第２方向のいずれかに沿って検知する。したがって、荷重セルは操作中に回転している摩擦攪拌溶接工具にかかる荷重を測定する。第１及び第２方向は、第１荷重セルがワークピースを通る工具の移動方向（経路方向）にかかる荷重を測定し、第２荷重セルが移動方向に垂直な方向（経路に垂直な方向）にかかる荷重を測定するように、垂直であってよい。

本発明の一態様によると、各レールは第１端部と第２端部の間に延びており、フレームに取り付けられたトラック内を滑動するよう構成され、それぞれ一つのローラが各レールの第１端部に取り付けられ、各レールの第２端部は各々一つの荷重セルに接触するように構成されている。第１調節部材を調節可能にすることによって第１方向に沿った第１ローラの位置と、第１ローラと第１荷重セルの間の距離を調節することができ、第２調節部材を調節可能にすることによって第２方向に沿った第２ローラの位置と、第２ローラと第２荷重セルの間の距離を調節することができる。

このフレームは一以上の解放可能な締結具で機器に取り外し可能に接続することができる。更に、摩擦攪拌溶接機器をフレームとの解放可能な係合用の一以上の据付機構を画定するために設けることができる。回転可能な摩擦攪拌溶接工具を備えた摩擦攪拌溶接機器はまた、荷重セルによって取得した測定値で較正することができる取り外し不能の内部センサ等の工具にかかる荷重を検知する一以上のセンサも有することができる。

別の実施形態によると、機器の稼動中に、摩擦攪拌溶接機器の回転している摩擦攪拌溶接工具にかかる荷重を測定する方法が提供されている。この方法は、摩擦攪拌溶接機器にフレームを接続して、第１及び第２の回転可能なローラを工具に当接して配置するステップを含む。摩擦攪拌溶接機器は、摩擦攪拌溶接工具が回転することにより、第１及び第２ローラが回転するように操作される。例えば、回転している摩擦攪拌溶接工具は、ワークピースを通って移動方向に移動して、ワークピースの摩擦攪拌溶接を行うことが可能である。例えば、第１及び第２荷重セルの、一つがワークピースを通る工具の移動方向であり、もう一つが移動方向に垂直な方向であり得るそれぞれの方向にかかる荷重を測定することによって、第１ローラに、工具の縦方向におおむね直交している第１方向にかかる第１荷重が測定され、第２ローラに、工具の縦方向におおむね直交している第２方向にかかる第２荷重が測定される。

第１及び第２ローラは第１及び第２方向にそれぞれ調節可能であってよく、これにより第１及び第２ローラが工具に当接して配置される。例えば各ローラは工具に対して滑動可能に調節されるレールに接続することができ、各レールは第１又は第２荷重セルにそれぞれ接続可能である。つまり、第１ローラは、第１方向に調節されるように制限された第１レールに回転可能に接続することができ、これにより工具に第１方向にかかる荷重が第１ローラ及び第１レールを介して第１荷重セルへ伝達される。同様に、第２ローラは、第２方向に調節されるように制限された第２レールに回転可能に接続することができ、これにより工具に第２方向にかかる荷重が第２ローラ及び第２レールを介して第２荷重セルへ伝達される。第１及び第２調節部材はまた、それぞれ第１及び第２方向における荷重セルに対する第１及び第２ローラの位置を調節するように構成することもできる。

装置のフレームは摩擦攪拌溶接機器に一以上の解放可能な締結具で解放可能に接続し、そして測定操作が終わったあとに、摩擦攪拌溶接機器から取り外すことができる。ある場合には、摩擦攪拌溶接機器が工具にかかる荷重を検知する一以上のセンサを画定することができ、本方法は、例えば機器から装置が取り外された後に正確な測定値を得るのにセンサを使用できるようにするために、ローラにかかり装置で測定される第１及び第２荷重に応じて摩擦攪拌溶接機器のセンサを較正するステップを含むことができる。
これまで本発明を一般的な用語で説明してきたが、ここで必ずしも原寸に比例していない添付の図面を参照する。

図１は本発明の一実施形態による機器の工具にかかる荷重を測定するための装置が取り付けられた摩擦攪拌溶接機器を示す斜視図である。 図２は図１に示すような図１の摩擦攪拌溶接機器の一部を示す斜視図である。 図３は図１の摩擦攪拌溶接機器を示す別の斜視図である。 図４は図３に示すような図１の摩擦攪拌溶接機器の一部を示す斜視図である。 図５は摩擦攪拌溶接機器の工具にかかる荷重を測定する図１の装置を示す斜視図である。 図６は摩擦攪拌溶接機器の工具にかかる荷重を測定する図１の装置を示す斜視図である。 図７は部分的に組み立てられた状態の図１の装置を示す斜視図である。 図８は図４の線８−８に沿って全体を正面から見た図１の装置を示す部分的な切取図である。 図９は図８に垂直な方向に全体を正面から見た図１の装置を示す部分的な切取図である。 図１０は摩擦攪拌溶接操作中に図１の機器の工具にかかる荷重を測定する摩擦攪拌溶接機器と装置を概略的に示す斜視図である。 図１１は図１０の摩擦攪拌溶接機器と装置を概略的に示す平面図である。

ここで本発明を、本発明の好ましい実施形態を示す添付の図面を参照しながら、更に詳しく下記に説明する。本発明はしかしながら、多数の異なる形態で具現化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は本開示が詳細にわたり完全であり、当業者に対して本発明の範囲を十分伝えるものであるように提供されている。全体を通して同じ番号は同じ要素を指している。

図面、特に図１〜４をここで参照する。図１〜４に、ワークピース１２（図１０及び１１）を摩擦攪拌溶接する摩擦攪拌溶接機器１０を示す。本発明の一実施形態によると、装置２０は、機器１０の工具１４にかかる力又は荷重を測定する摩擦攪拌溶接機器１０に取り付けられている。通常従来の機器であってよい摩擦攪拌溶接機器１０は、工具１４を回転させ、ワークピース１２の中へ及びワークピース１２を通して移動させるための複数のアクチュエータを有するスピンドル１６を備えている。更に、このスピンドル１６は例えば、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）デバイス等の一以上の追加の駆動デバイスによってワークピース１２に沿って移動することができる。この機器１０は手動で操作することができるが、通常は自動操作用に構成されている、つまりスピンドル１６及び／又はＣＮＣデバイスが所定の溶接ソフトのプログラムにしたがって所定の溶接経路に沿って工具１４を移動させる種々のアクチュエータを操作するコントローラによって管理されている。スピンドル１６がワークピース１２に沿って移動すると、スピンドル１６に固定された工具１４も移動する。具体的には、ＣＮＣデバイスによってスピンドル１６を、したがって工具１４をＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に沿って移動させることができる。更に、ＣＮＣデバイスによって工具１４をＣ軸の周りで、すなわち参照番号１８ａで示すように回転させることができる。スピンドル１６はまた、工具１４をその縦軸の周囲で回転させるのに加えて、参照番号１８ｂによって示すＡ軸、参照番号１８ｃによって示すＥ軸の周りを回転するアクチュエータを備えることもできる。

例えば図４に示すように、装置２０はスピンドル１６に回転可能な工具１４と近接して取り付けられ、工具１４と接触するように構成されている。装置２０は、図５〜７において摩擦攪拌溶接機器１０から取り外された状態で示されている。装置２０は通常、工具１４近辺の摩擦攪拌溶接機器１０の構造に対応するフレーム又は構造２２を含んでいる。具体的には、フレーム２２は、幾つかの脚形サポートを画定する基部２４を含み、この基部２４は、摩擦攪拌溶接機器１０のスピンドル１６の表面に当接して配置されたときにフレーム２２の台状部分２６を工具１４近辺の位置でサポートする。

このフレーム２２は通常、機器１０のスピンドル１６に接続（例えば取り外し可能に接続）されている溶接部又は構造に取り外し可能に接続されているため、装置２０を較正操作のために機器１０に接続し、また機器１０から取り外すことができる。その後に、機器１０を装置２０なしで操作することができ、装置２０は別の機器１０を較正するために使用することができる。例えば、装置２０のフレーム２２を例えばピン、ボルト、クランプ等の一以上の解放可能な締結具を使用して機器１０に取り外し可能に接続する又は取り付けることができる。図示したように、位置決めピン２８は、フレーム２２によって画定された開口部を通して、及び摩擦攪拌溶接機器１０によって画定される対応する開口部を通して配置される。したがって、フレーム２２を図４に示すように摩擦攪拌溶接機器１０に配置することができ、各ピン２８はフレーム２２と機器１０の対応する穴を通して配置して、フレーム２２を所望の位置づけで機器１０に固定することができる。更に、フレーム２２を適所に固定するために設けられた追加の締結具は、バネ仕掛けのピン、又はボルト３０を含み、これらの締結具の取っ手３２はフレーム２２のネジ式穴に配置されているため、オペレータは取っ手３２を回転させて機器１０に当接してボルト３０を締める又は機器１０の対応するネジ式又は非ネジ式穴の中へ締めることができる。ある場合には、装置２０は機器１０の種々の操作・動作の一以上を制限することができるが、別の場合には、機器１０は装置２０が取り付けられていてもどの動作においても動くように操作することが可能である。

あるいは、本発明の他の実施形態においては、装置２０は取り外し不能なように、すなわち、一体型で機器１０の一部として簡単に機器１０から取り外しできないようにすることができる。例えば、装置２０は溶接によって又はそうでなければ、装置２０のフレーム２２を機器１０に固定することによって取り外し不能にすることができる。

一以上の荷重測定機構３４ａ、３４ｂがフレーム２２の台状部分２６に取り付けられている。図示した実施形態では、２つの荷重測定機構３４ａ、３４ｂが提供されており、それぞれフレーム２２に調節可能に取り付けることができる部材を含んでいる。具体的には、各荷重測定機構３４ａ、３４ｂは、トラック又はガイド３８に滑動可能に取り付けられるレール３６を含んでいる。トラック３８は例えばボルト４０等でフレーム２２に取り付けられ、又はそうでなければ固定されており、レール３６を受けるスロットを画定している。トラック３８によってレール３６が強制的に滑動する又はそうでなければ動きの一方向に沿って調節されるように、レール３６がスロット内に配置される。図８及び９に示すように、各レール３６は第１及び第２端部４２、４４の間に延びている。回転可能なローラ４６は各レール３６の第１端部４２に取り付けられているため、ローラ４６の外側表面がレール３６を超えて延び、工具１４と直接接触している。ローラ４６の反対側であるレール３６の第２端部４４においては、レール３６がフレーム２２のフランジ５０に固定されているそれぞれの荷重セル４８に接続され、ローラ４６及びレール３６を通って工具１４から伝達される荷重を測定するように構成されている。つまり、ローラ４６が工具１４に当接して配置されているため、各ローラ４６の方向における工具１４の全ての荷重が工具１４から直接ローラ４６へ、そしてそれぞれのレール３６を介してそれぞれの荷重セル４８に伝達されセル４８によって測定される。工具１４が両方のローラ４６の方向に荷重を加えた場合、つまり、第１及び第２方向のいずれかに平行でない方向に向いた荷重が加わった場合、各荷重セル４８によりそれぞれの方向に加えられた工具１４に対する総荷重の部分又は要素を検知することが可能である。

各荷重ローラ４６はそれぞれのレール３６に回転自在に取り付けられているため、ローラ４６は工具１４に当接して、つまり溶接の際に回転してワークピース１２の中に又はワークピース１２に沿って挿入される同じ一体型部材に当接して回転することができる。このやり方では、ローラ４６は工具１４が回転している間工具１４に直接接触することが可能になり、工具１４によってローラ４６が回転する。各ローラ４６はベアリング又は他の回転可能な取り付け具を含むことができる。工具１４とローラ４６の間の上記のような直接的な接触又は係合により、工具１４にかかる荷重の測定をより簡単にすることができ、荷重が工具の荷重と工具１４に直接接続されていないセンサの出力値の間の相互関係に基づいて決定されるため、他の測定値よりもさらに正確となる。更に、機器１０の操作中における荷重の測定により、操作荷重が静的工具に対して行われる測定に基づいて決定されるほかの測定値よりもさらに正確である、工具１４にかかる荷重の測定をより簡単にすることができる。

レール３６をベアリング又は別の低摩擦調節デバイスによってサポートすることも可能であり、これにより、力が工具１４と荷重セル４８の間に効率的に伝達される。つまり、各トラック３８は単一の運動方向に沿ってのみ各レール３６の低摩擦運動を可能にするローラベアリングであってよい。

様々なタイプの荷重セル４８を使用することができる。通常、各荷重セル４８はローラの位置特性を検知するようになっており、これによりローラ４６それぞれにかかる荷重又は力をそれぞれのトラック３８及びレール３６の方向に沿って検知する。例えば、各荷重セル４８は、力、移動、応力、歪み、圧力等のわずかな変化を検知し、荷重、つまりそれにかかる力を表す出力信号を発生することができる。本発明で使用できる例示の荷重セル４８は、品番０６０−０２３９−０８のＨｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｓｅｎｓｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌの一部であるＳｅｎｓｏｔｅｃ−Ｌｅｂｏｗ ｐｒｏｄｕｃｔｓより入手可能な読み出し機能のついたモデル５３荷重セル（測定範囲：１００００ｌｂｓ．）である。

調節部材をレール３６と荷重セル４８の間に配置して、各ローラ４６と関連する荷重セル４８との間の距離を調節して、工具１４に荷重がかかっていない時に、ローラ４６とレール３６が大幅に圧縮されないようにローラ４６を工具１４に接触させて配置することができる。例えば、図５〜７に示すように、ネジ又はボルト５２は各レール３６の第２端部４４のネジ式開口部に配置されている。工具１４が停止し荷重がかかっていない時に、オペレータはボルト５２を簡単に回転させて長さを調節しレール３６からボルト５２を延在させて、荷重セル４８に相当な荷重（例えば約１ｌｂ以下）をかけることなく、ローラ４６が工具１４に接触し、ボルト５２の先端部が荷重セル４８に接触するようにすることができる。ボルト５２に設けられたナット５４をレール３６に当接して調節し、ボルト５２をレール３６に対して調節された形態で固定してボルト５２が操作中に回転するのを防止することができる。

図示した実施形態においては、装置２０は２つの荷重測定機構３４ａ、３４ｂを備えている。２つの荷重測定機構３４ａ、３４ｂのレール３６は、工具１４の軸又は縦方向に直交する方向に滑動可能に調節することができるよう構成されている。さらに、レール３６、したがってローラ４６は相互に垂直である方向に調節されるように構成されている。すなわち、図４に示すように、工具１４の軸方向はＺ軸の方向に延びており、レール３６はフレーム２２に対してそれぞれＸ軸及びＹ軸の方向に調節されるよう構成されている。したがって、装置２０の２つの荷重測定機構３４ａ、３４ｂは、工具１４がワークピース１２を通って移動する際に工具１４にかかる総荷重を決定するのに使用することができる。例えば、工具１４がワークピース１２を通って方向５６に移動する場合（図８）に、一荷重測定機構３４ｂの荷重セル４８は反対の平行する方向に工具１４にかかる荷重を決定することができる。別の荷重測定機構３４ａの荷重セル４８は更に、方向５６（つまり図８のページ内側に向かう方向）に直交する方向にかかる全ての荷重を決定することができる。したがって、装置２０は溶接経路に沿った工具１４の移動方向とこれに直交する方向の両方、つまり経路及び経路に垂直な方向にかかる荷重を決定することができる。

図１０及び１１に、機器１０がワークピース１２の２つの部材１２ａ、１２ｂを接合するために摩擦攪拌溶接操作を行っている間に、摩擦攪拌溶接機器１０の回転している工具１４にかかる荷重を測定する装置２０の使用を図示する。図１１に示すように、機器１０の工具１４は方向５８に向かって回転し、ワークピースの２つの当接部材１２ａ、１２ｂの接触面６２に沿って、ワークピース１２を通って方向６０に移動する。工具１４がワークピース１２を通って移動すると、回転している工具１４とワークピースとの間に摩擦が発生し、これによりワークピースの原料が可塑化される。可塑化された原料は工具１４によって混合され、その後冷えて固まり摩擦攪拌溶接された接合部６４を形成する。ワークピース１２と溶接経路は複数の軸の周囲の複数の曲線等を含む、様々な外形及び構造を画定することができる。工具１４の方向及び配置は溶接操作を行っている間に、例えばＸ軸及びＹ軸においてワークピース１２を通る工具１４の方向を変えることによって（図１１）、及び／又は、工具の配置を例えば工具１４をワークピース１２の湾曲に対応して回転させて変更することによって（図１０）、必要に応じて変更することができる。

工具１４がワークピース１２を通って移動すると、工具１４にかかる荷重はレール３６を介して荷重セル４８にも加わる。例えば、工具１４が図１１の方向６０に移動すると、工具１４に、したがって、機構３４ｂの荷重セル４８に反対の平行する方向６６に荷重がかかる。ある程度の荷重（通常、より小さい規模で）は、他の機構３４ａのローラ４６に向かって経路に垂直な方向６８にも発生する可能性があり、これは機構３４ａの荷重セル４８によって検知される。各荷重セル３４ａ、３４ｂは荷重信号を発生し、荷重信号をコントローラ７０及び／又は例えばユーザーに荷重信号を表示するデジタルＬＥＤディスプレイを含む較正された読み出し媒体等の別のインターフェースに伝達する。

工具１４のワークピース１２を通る動きはプロセッサ及びメモリを含むコントローラによって管理されており、このコントローラは荷重セル４８（図示したような）又は個別のコントロールデバイスから荷重信号を受信する同じコントローラ７０であってよい。コントローラ７０は機器１０の動き及び他の操作を管理する。具体的には、コントローラ７０のプロセッサから溶接プログラム、つまりコントローラ７０のメモリにソフトウェアとして保存可能な所定のコンピュータプログラムの命令リストに応じて機器１０のアクチュエータを管理するコマンドを送ることができる。このやり方では、プロセッサが工具１４を管理して接触面６２に対応する溶接経路に沿った動きを管理する。さらにプロセッサは、工具１４を管理して例えば工具によって加えられる荷重あるいは工具１４にかかる荷重等の種々の溶接パラメータにしたがって移動させることができる。例えば、溶接プログラムは、工具１４にかかる特定の荷重（又は特定の荷重範囲）を維持するために、工具１４の運動の速さ又は他の態様を管理するための命令を含むことができる。ある場合には、荷重（又は荷重範囲）は例えばワークピース１２の原料又は他の特性に従って、溶接操作の間中、変動してもよい。この際には、コントローラ７０は荷重セル４８によって測定された荷重データを受信し、必要に応じて工具１４の動きを、例えば工具１４がワークピース１２を通って移動する速度を上げて工具１４にかかる荷重を増やすことによって、あるいは工具１４がワークピース１２を通って移動する速度を下げて工具１４にかかる荷重を減らすことによって調節することができる。ある場合には、コントローラ７０は異なるセル４８によって決定された荷重を自動的に組み合わせて、工具１４にかかる総荷重を表す単一の大きさと方向を決定することができる。

さらに、コントローラ７０はまた摩擦攪拌溶接機器１０によって送られる荷重データ、例えば機器１０の内部に一体化されているセンサ７２で得られるデータを受信することもできる。上記センサ７２は圧力、応力、歪み等を検知でき、これにより工具１４にかかる荷重を決定する。コントローラ７０は荷重セル４８から送られた信号を機器の内部センサ７２と比較することができる。更に、コントローラ７０は一以上の機器の内部センサ７２を較正（又はオペレータが較正するのに使用できる出力値を付与）することができる。このやり方では、装置２０によって機器１０の内部センサ７２の較正がしやすくなり、機器１０の各一体センサ７２の連続測定値は十分正確なものとなる。上記較正操作は通常、新しい摩擦攪拌溶接機器に対して行われ、機器の内部センサ７２の精度を維持するために定期的に行うことも可能である。

本発明の前述の説明及び関連の図面で提示された教示から利点を得ることができる当業者により、本発明の多数の変更及び他の実施形態の着想が可能である。したがって、当然ながら、本発明は開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、変更及び他の実施形態は添付の請求項の範囲内に含まれる。本明細書に特定の用語が用いられているが、これらは一般的及び説明的な意味でのみ使用されており、限定するためのものではない。

Claims (15)

1. 機器の稼動中に摩擦攪拌溶接機器の回転している摩擦攪拌溶接工具にかかる荷重を測定する装置であって、
   摩擦攪拌溶接機器に接続されているフレームと、
   フレームに回転自在に接続され、摩擦攪拌溶接工具と接触し回転するように構造化された第１及び第２ローラであって、第１ローラが工具の縦方向におおむね直交する第１方向に調節され、第２ローラが工具の縦方向におおむね直交する第２方向に調節される、第１及び第２ローラと、
   ローラと接続している第１及び第２荷重セルであって、第１荷重セルが第１ローラの位置特性を第１方向に沿って検知し、第２荷重セルが第２ローラの位置特性を第２方向に沿って検知することにより、荷重セルが、操作中に回転している摩擦攪拌溶接工具にかかる荷重を測定する第１及び第２荷重セルとを備える装置。
2. フレームに滑動可能に取り付けられた第１レールであって、第１荷重セルに接続され、第１方向に沿って滑動可能となるように調節されており、第１ローラが回転自在に第１レールに接続されていることにより、工具に第１方向にかかる荷重が第１ローラと第１レールとを介して第１荷重セルに伝達される第１レールと、
   フレームに滑動可能に取り付けられた第２レールであって、第２荷重セルに接続され、第２方向に沿って滑動可能となるように調節されており、第２ローラが回転自在に第２レールに接続されていることにより、工具に第２方向にかかる荷重が第２ローラと第２レールとを介して第２荷重セルに伝達される第２レールと
   を更に備える、請求項１に記載の装置。
3. 第１及び第２方向が直交していることにより、第１荷重セルが、工具の運動方向に向かってワークピースにかかる荷重を測定するように構成されており、第２荷重セルが、運動方向に垂直な方向にかかる荷重を測定するように構成されている、請求項１に記載の装置。
4. フレームが一以上の解放可能な締結具によって機器に取り外し可能に接続されている、請求項１に記載の装置。
5. 各レールが、第１端部と第２端部の間に延在し、フレームに取り付けられたトラック内を滑動するように構成されており、それぞれ一つのローラが各レールの第１端部に取り付けられ、各レールの第２端部がそれぞれ一つの荷重セルに接触するように構成されている、請求項１に記載の装置。
6. 第１方向における第１ローラの位置と第１ローラと第１荷重セルとの間の距離を調節するように調節された第１調節部材と、第２方向における第２ローラの位置と第２ローラと第２荷重セルとの間の距離を調節するように調節された第２調節部材とを更に備える、請求項１に記載の装置。
7. 前記回転自在な摩擦攪拌溶接工具を備えた前記摩擦攪拌溶接機器を有し、前記摩擦攪拌溶接機器は前記フレームとの解放可能な係合用の少なくとも１つの据付機構を画定する、請求項１に記載の装置。
8. 前記摩擦攪拌溶接機器は前記摩擦攪拌溶接工具にかかる荷重を検知するための少なくとも１つのセンサを有する、請求項７に記載の装置。
9. 摩擦攪拌溶接機器の稼動中に当該機器の回転している摩擦攪拌溶接工具にかかる荷重を測定する方法であって、
   第１及び第２の回転自在なローラが工具に当接して配置されるように、フレームを摩擦攪拌溶接機器に接続するステップと、
   摩擦攪拌溶接工具が回転することにより第１及び第２ローラが回転するように、摩擦攪拌溶接機器を操作するステップと、
   前記操作するステップの間に、工具の縦方向におおむね直交する第１方向に向かって第１ローラにかかる第１荷重と、工具の縦方向におおむね直交する第２方向に向かって第２ローラにかかる第２荷重とを測定するステップを
   含む方法。
10. 第１及び第２ローラが工具に当接して配置されるように第１ローラを第１方向に調節し、第２ローラを第２方向に調節するステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記調節するステップが、第１方向における第１ローラの位置を調節するように構成された第１調節部材を調節し、第２方向における第２ローラの位置を調節するように構成された第２調節部材を調節するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記接続するステップが、一以上の解放可能な締結具によりフレームを摩擦攪拌溶接機器に解放可能に接続するステップを含み、前記測定するステップの後で摩擦攪拌溶接機器からフレームを取り外すステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
13. 前記測定するステップは、第１荷重セルに前記第１方向にかかる前記第１荷重と第２荷重セルに前記第２方向にかかる前記第２荷重とを測定することを有する請求項９に記載の方法。
14. 前記操作するステップは、前記回転している摩擦攪拌溶接工具をワークピースの２つの当接部材の接触面に沿って移動させて該ワークピースを摩擦攪拌溶接する、請求項９に記載の方法。
15. 前記摩擦攪拌溶接機器は、前記摩擦攪拌溶接工具にかかる荷重を検知するための少なくとも１つのセンサを画定し、さらに、前記ローラにかかり前記測定ステップの間に測定される前記第１及び第２荷重にしたがって前記摩擦攪拌溶接機器の前記少なくとも１つのセンサを較正することをさらに有する、請求項９に記載の方法。

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