【発明の詳細な説明】
溶接機の位置決め及び電磁クランプ装置発明の技術分野
本発明は、一般に溶接ヘッドの工作物の予め決められた位置で電極をクランプ
し、位置決めする連結装置に関し、特に、溶接ヘッドの工作物の予め決められた
位置に電極をクランプし、位置決めするボールスクリューモーター及び電磁クラ
ンプ装置を使用する装置に関する。発明の背景
自動化溶接ステーションは、例えば自動生産ラインで広く使用されている。溶
接ステーションは、一般的にはロボットのアームに取り付けられた市販の溶接銃
を使用する。
図１に示すように、一般的な溶接銃１０はピボット１６のまわりに可動である
上部ハンド１２及び下部ハンド１４を有する。上部及び下部電極ホルダーアーム
１８、２０は、それぞれ上部及び下部ハンドの中に取り付けられている。上部及
び下部電極２２、２４は、工作物２６を電極ホルダーアームでクランプできるよ
うに、それぞれ上部及び下部電極ホルダーアーム上に取り付けられている。上部
ハンド１２は工作物を保持するための位置に旋回あるいは移動させる。次に、上
部及び下部の電極ホルダーアームは、溶接を可能とするようなクランプ力を加え
る。
この旋回とクランプ力の適用は、一般的に空圧シリンダー２８によって完了す
る。特に、空圧シリンダーのラム３０は上部ハンド１２に連結され、ピボットに
関して上部ハンドを旋回させ、その結果、電極を工作物から離したり、近づけた
りする。空圧ロック装置、
図１に示していないが、次にラムと噛み合うようになっており、所定の場所で電
極をロックする。ロック装置は、溶接作業中に電極のいかなる動きも完全に阻止
する。溶接作業中の工作物上の溶接ビートの拡大は、電極の動きによるものであ
り、不完全な溶接を招くことになる。それ故、溶接作業中に電極を動かさないこ
とは重要である。ゆえに、溶接中に工作物上にクランプ力を供給することは望ま
しいことである。空圧装置をクランプ力を供給するために使用すると、エアライ
ンの長さ、エアラインにおける圧力蓄積及びライン内のつまり等によって圧力の
上昇が遅延することがある。
例えば、従来の空圧ロック装置の一つのタイプにおいては、多数の摩擦くさび
を有するブレーキ棒が、ラムの内側端部における軸穴の中に延びている。ブレー
キ棒は、摩擦くさびから軸方向に延びるフルストロ円錐形（frustro-conical）
端部を有する。ピストンは、摩擦くさびの間の内側で端部を移動することができ
、ラムの穴の内側表面に沿って外面にくさびを移動することができる。ピストン
は、第一ポートからの加圧空気の注入によってブレーキと噛み合うように移動さ
せられ、ロック装置は、第二ポートからの加圧空気の注入によって解除される。
しかし、空圧ロック装置の問題は、空圧装置が作動するために特別な管及びコ
ンプレッサーを必要としていることである。そのうえ、空圧の使用では工作物に
対して均一なクランプ力を付与することが困難である。それ故、溶接作業中に電
極を正確に早く位置決めし、工作物上に大きな力が加えられる電極位置決め及び
クランプ装置の必要性がある。
本発明は、工作物の予め定められた位置に電極を移動する位置決
めアクチュエーター及び工作物の上の電極をクランプする電磁装置を利用するこ
とによって空圧位置決め及びロック装置が遭遇する問題を克服するものである。発明の要約
それ故に、本発明の第一の目的は、従来技術の一つあるいはそれ以上の不利益
及び制限を克服することにある。
本発明の重要な目的は、工作物の予め定められた位置に正確に早く電極を位置
づけ、工作物の上に実質的に相当量の力を加え、溶接作業中に工作物の動きを阻
止する装置を提供することにある。
本発明の広範な形態によれば、工作物とクランプ噛み合い及びクランプ解除の
ため電極を移動するためのフレーム及びハンドを有する溶接機を含む電気抵抗溶
接装置の改良装置は、工作物の噛み合い及びその解除のため電極を移動するため
の溶接機ハンドを移動する電極位置決めアクチュエーター及び溶接形成中に工作
物の上の電極をクランプするための電磁クランプ装置を含むものである。電磁ク
ランプ装置は、位置決めアクチュエーターに取り付けられた電磁石及び溶接機フ
レームに取り付けらた磁性材料のリングを含み、電磁石及びリングは、電磁石の
電源が断たれているときは、通常間隔をおいた関係にあり、電極が工作物とクラ
ンプ噛み合い状態のときは、リングは電磁石と近接している。
本発明の一つの特徴は、電磁クランプ装置が、容易に変更されたり制御される
溶接作業中に工作物上に高いクランプ力を供給することである。
本発明の他の特徴は、位置決めアクチュエーター装置が工作物上に正確に電極
の位置付けを提供することである。
本発明のさらに他の特徴は、位置決めアクチュエーターが工作物上の電極を早
く位置付けるための高スピード動作を提供することである。
本発明のこれら及び他の目的、利点及び特徴は当業者において、例示的な好ま
しい実施例の以下の説明と添付図面及びクレームによって直ちに明らかになるで
あろう。図面の簡単な説明
図１は、本発明を使用した従来の溶接機の側面図である。
図２は、本発明の位置決め及び電磁クランプ装置の断面図である。
図３は、本発明の位置決め及び電磁クランプの制御回路を示すブロック線図で
ある。例示的な好ましい実施例の説明
図１を参照すると、位置決め及び電磁クランプ装置４０で使用されている公知
の溶接機あるいは溶接銃１０が示されている。位置決め及び電磁クランプ装置４
０は、図２に示すように、好ましくは溶接機１０の上部ハンド１２に取り付けら
れている。
図２を参照すると、位置決めアクチュエーター及び電磁装置４０が詳細に記載
されている。電磁装置４０は、位置決めアクチュエーター４２及びクランプ装置
４４の両方を利用している連結装置である。位置決めアクチュエーター４２は、
好ましくはモーター４６及びアクメあるいはボールスクリュー４８を含み、電磁
クランプ装置４４は、好ましくは電磁石５０及び磁気リング５２を含む。モータ
ー４６は、好ましくはボールスクリュー４８に連結された直流電流（ＤＣ）モー
ターを含む。ボールスクリュー４８は、工作物の予め決められた位置に電極を位
置決めする溶接機ハンドに連結されて
いる。例えば、図１において示した溶接機においては、ボールスクリュー４８は
、下部ハンド１４に連結することができる。従って、直流電流（ＤＣ）モーター
は、ボールスクリュー４８を回転させ、溶接機ハンドを伸長したり、収縮したり
する。ボールスクリューのピッチ及びモーターの回転数（ＲＰＭ）は、工作物上
の電極の位置決めで要求されるスピードに合うように選択される。もし望むので
あれば、電磁クランプ装置と連結して電極の位置決めには他のタイプの作動装置
も使用できることに注意すべきである。例えば、電磁作動装置、流体作動装置あ
るいは空圧作動装置を、電磁クランプ装置と連結して位置決め装置として使用す
ることができる。
本発明のもう一つの形態においては、電磁クランプ装置４４は、電磁石５０及
び磁気リング５２を含む。電磁石５０は、好ましくは位置決めアクチュエーター
４２のハウジング５４に取り付けられている。電磁石５０は、また好ましくは電
極を位置決めする溶接ハンドに直接的に、あるいは間接的に連結される。電磁石
５０は、好ましくは位置決めアクチュエーター４２と同軸で取り付けられている
。
磁気リング５２は、好ましくは溶接ヘッドのフレーム５６に連結されている。
磁気リング５２は、位置決めアクチュエーターの移動軸に垂直に延びる実質的に
平面である第一外面５８を有する。
電磁石５０は、さらにコア６０及びコイル６２を含む。コア６０は、位置決め
アクチュエーターの移動軸に垂直に延びる実質的に平面である第一面６４を有す
る。コイル６２は、コア６０の第一面６４の環状チャネル６５に配置してある。
コア第一面６４は、磁気リング第一外面５８と向き合う関係である。位置決めア
クチュエーターが最初の収縮位置にあるとき、電磁石５０と磁気リング５２の
位置は、第一面６４及び第一外面５８が、両面の間の存在する予め決められたギ
ャップ６６を介して互いに近接するように決定される。開示された実施例におい
ては、予め決められたギャップ６６は、好ましくは０．５mmから１mmである。
磁気リング５２及び電磁石５０が、電極上の必須の力を作動させて十分に伸長
した位置に位置決めアクチュエーターを保持し、溶接作業中に工作物に対して電
極を保持するように提供されている。以下でかなり詳細に記述してあるように、
電磁石５０はコイル６２に電流を加えることによって作動させられ、位置決めア
クチュエーターが電極上の予め定められた位置に電極を運び、位置決めアクチュ
エーターが次の溶接サイクルを始めるために電極の収縮位置に電極を戻せるよう
に溶接作業を終了させ、電磁石５０が停止させられる。電磁石５０がオンさせら
れているときに磁気リング５２に作動している磁気力は、電磁石５０の大きさ、
第一面６４と磁気リング５８の表面との間のギャップ６６、磁気リングの第一面
５８の面積、磁気リング５８の体積及びコイルにおける電流レベルによって決定
される。本発明の一つの特徴によれば、電磁石５０及び磁気リング５８は、位置
決めアクチュエーターのまわりに同軸に配置されており、その結果、電極上に作
用した力は、一様に分配される。本発明の他の特徴としては、電磁石のコイルの
電流は予め決めることができ、その結果、工作物に沿う電極のクランプ力が予め
決定され、使用された材料によって変化させられるということである。
図３に関しては、位置決めアクチュエーター及び電磁クランプ装置４０の制御
システム６８が記載されている。制御システム６８のコントローラー７０は、ド
ライバー７２を通して位置決めアクチュ
エーターの直流（ＤＣ）モーター４６に連結されており、また電流増幅器７４を
通して電磁クランプ装置４４に連結されている。制御システム６８は、さらに力
をコントローラー７０にフィードバックするためのロードセル７６を含む。ロー
ドセル７６は位置決めアクチュエーター４２の外側、あるいは内側のどちらにで
も取り付けられる。コントローラー７０はロードセル７６からのフィードバック
を受け動的に電磁コイル６２の電流レベルを調節し電磁クランプ装置４４の適切
な圧力を維持する。
位置決めアクチュエーター及びクランプ装置の一つの実施例の連続動作を記載
する。はじめに、位置決めアクチュエーター４２に電圧が加えられ、溶接機の溶
接機アームが作動し電極を工作物の予め定められた位置に移動する。電極が工作
物に接触すると、位置決めアクチュエーターモーターは工作物にほぼ３００ポン
ドの力を加える。次に、電磁クランプ装置４４に電圧が加えられ、電磁石コア第
一面６４と磁気リング第一外面５８との間のギャップ６６を横切るように力を加
える。先に記載されたクランプ装置４４の取り付けのために、この力は電極に移
される。好ましい実施例においては、電磁クランプ装置４４はある種のスポット
溶接で要求される、１５００ポンドの力を供給することができる。溶接工程の完
了後、クランプ装置４４は電源が断たれ、位置決めアクチュエーター４２は工作
物から溶接ハンド及び電極を後退させる。
本発明の原理に応じて位置決め及び電磁クランプ装置の例示的な好ましい実施
例を上に記載した。当業者であれば、ここに開示された発明概念から離れること
なく上述の実施例に限定されず多くの効用を可能にする。それ故に、本発明は、
次のクレームの範囲によっ
てのみ明確になる。Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to a coupling device for clamping and positioning an electrode at a predetermined location on a workpiece of a welding head, and more particularly, to welding. The present invention relates to an apparatus that uses a ball screw motor and an electromagnetic clamping device to clamp and position an electrode at a predetermined position on a workpiece on a head. BACKGROUND OF THE INVENTION Automated welding stations are widely used, for example, in automated production lines. The welding station generally uses a commercially available welding gun mounted on the robot arm. As shown in FIG. 1, a typical welding gun 10 has an upper hand 12 and a lower hand 14 that are movable about a pivot 16. The upper and lower electrode holder arms 18, 20 are mounted in the upper and lower hands, respectively. The upper and lower electrodes 22, 24 are mounted on the upper and lower electrode holder arms, respectively, so that the workpiece 26 can be clamped by the electrode holder arms. The upper hand 12 is turned or moved to a position for holding a workpiece. Next, the upper and lower electrode holder arms apply a clamping force to enable welding. This pivoting and application of the clamping force is generally completed by the pneumatic cylinder 28. In particular, the ram 30 of the pneumatic cylinder is connected to the upper hand 12 and pivots the upper hand about the pivot, thereby moving the electrodes away from and closer to the workpiece. A pneumatic locking device, not shown in FIG. 1, is then adapted to engage the ram to lock the electrode in place. The locking device completely prevents any movement of the electrodes during the welding operation. The widening of the welding beats on the workpiece during the welding operation is due to the movement of the electrodes, leading to incomplete welding. It is therefore important not to move the electrodes during the welding operation. It is therefore desirable to provide a clamping force on the workpiece during welding. When a pneumatic device is used to provide clamping force, pressure build-up may be delayed due to airline length, pressure buildup in the airline, and clogging in the line. For example, in one type of conventional pneumatic locking device, a brake rod having a number of friction wedges extends into a shaft hole at the inner end of the ram. The brake rod has a frustro-conical end that extends axially from the friction wedge. The piston can move the end inside between the friction wedges and can move the wedge to the outer surface along the inner surface of the hole in the ram. The piston is moved into engagement with the brake by injection of pressurized air from the first port, and the locking device is released by injection of pressurized air from the second port. However, a problem with pneumatic locking devices is that the pneumatic device requires special tubing and a compressor to operate. Moreover, the use of pneumatic pressure makes it difficult to apply a uniform clamping force to the workpiece. Therefore, there is a need for an electrode positioning and clamping device that accurately and quickly positions the electrodes during a welding operation and that exerts a large force on the workpiece. The present invention overcomes the problems encountered with pneumatic positioning and locking devices by utilizing a positioning actuator to move the electrodes to a predetermined position on the workpiece and an electromagnetic device to clamp the electrodes on the workpiece. It is. SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore a primary object of the present invention to overcome one or more of the disadvantages and limitations of the prior art. It is an important object of the present invention to accurately and quickly position an electrode at a predetermined location on a workpiece, apply a substantial amount of force on the workpiece, and prevent movement of the workpiece during a welding operation. It is to provide a device. According to a broad aspect of the present invention, an improved electrical resistance welding apparatus including a welder having a frame and a hand for moving an electrode for clamping engagement and unclamping with a workpiece is disclosed. It includes an electrode positioning actuator for moving the welding machine hand to move the electrodes for release and an electromagnetic clamping device for clamping the electrodes on the workpiece during welding. The electromagnetic clamping device includes an electromagnet attached to the positioning actuator and a ring of magnetic material attached to the welding machine frame, the electromagnet and the ring typically being in a spaced relationship when the electromagnet is turned off. Yes, the ring is in proximity to the electromagnet when the electrode is in clamp engagement with the workpiece. One feature of the present invention is that the electromagnetic clamping device provides a high clamping force on a workpiece during a welding operation that is easily modified or controlled. Another feature of the present invention is that the positioning actuator device provides accurate positioning of the electrodes on the workpiece. Yet another feature of the present invention is that the positioning actuator provides high speed operation for quickly positioning the electrodes on the workpiece. These and other objects, advantages and features of the present invention will become readily apparent to those skilled in the art from the following description of exemplary preferred embodiments and the accompanying drawings and claims. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a side view of a conventional welding machine using the present invention. FIG. 2 is a sectional view of the positioning and electromagnetic clamping device of the present invention. FIG. 3 is a block diagram showing a control circuit of the positioning and electromagnetic clamp of the present invention. Description of an Exemplary Preferred Embodiment Referring to FIG. 1, a known welding machine or gun 10 used in a positioning and electromagnetic clamping device 40 is shown. The positioning and electromagnetic clamping device 40 is preferably mounted on the upper hand 12 of the welding machine 10, as shown in FIG. Referring to FIG. 2, the positioning actuator and the electromagnetic device 40 are described in detail. The electromagnetic device 40 is a coupling device that utilizes both the positioning actuator 42 and the clamp device 44. The positioning actuator 42 preferably includes a motor 46 and an acme or ball screw 48, and the electromagnetic clamping device 44 preferably includes an electromagnet 50 and a magnetic ring 52. Motor 46 preferably includes a direct current (DC) motor coupled to ball screw 48. The ball screw 48 is connected to a welding machine hand that positions the electrode at a predetermined position on the workpiece. For example, in the welding machine shown in FIG. 1, the ball screw 48 can be connected to the lower hand 14. Accordingly, the direct current (DC) motor rotates the ball screw 48 to extend and contract the welding machine hand. The pitch of the ball screw and the number of revolutions (RPM) of the motor are selected to match the speed required for positioning the electrodes on the workpiece. It should be noted that if desired, other types of actuators can be used to position the electrodes in conjunction with the electromagnetic clamping device. For example, an electromagnetic actuator, a fluid actuator or a pneumatic actuator can be used as a positioning device in connection with an electromagnetic clamp device. In another embodiment of the present invention, the electromagnetic clamping device 44 includes an electromagnet 50 and a magnetic ring 52. The electromagnet 50 is preferably mounted on the housing 54 of the positioning actuator 42. The electromagnet 50 is also preferably connected directly or indirectly to a welding hand for positioning the electrodes. The electromagnet 50 is preferably mounted coaxially with the positioning actuator 42. The magnetic ring 52 is preferably connected to a frame 56 of the welding head. The magnetic ring 52 has a first outer surface 58 that is substantially planar and extends perpendicular to the axis of movement of the positioning actuator. The electromagnet 50 further includes a core 60 and a coil 62. The core 60 has a first surface 64 that is substantially planar and extends perpendicular to the axis of movement of the positioning actuator. The coil 62 is located in an annular channel 65 on a first surface 64 of the core 60. The core first surface 64 is in a relationship facing the magnetic ring first outer surface 58. When the positioning actuator is in the initial retracted position, the positions of the electromagnet 50 and the magnetic ring 52 are such that the first surface 64 and the first outer surface 58 are close to each other via a predetermined gap 66 that exists between the two surfaces. Is determined as follows. In the disclosed embodiment, the predetermined gap 66 is preferably between 0.5 mm and 1 mm. A magnetic ring 52 and electromagnet 50 are provided to actuate the required forces on the electrodes to hold the positioning actuator in a fully extended position and to hold the electrodes against the workpiece during the welding operation. As described in greater detail below, the electromagnet 50 is actuated by applying a current to the coil 62, the positioning actuator carries the electrode to a predetermined position on the electrode, and the positioning actuator moves to the next welding cycle. The welding operation is terminated so that the electrode can be returned to the contracted position of the electrode, and the electromagnet 50 is stopped. When the electromagnet 50 is turned on, the magnetic force acting on the magnetic ring 52 depends on the size of the electromagnet 50, the gap 66 between the first surface 64 and the surface of the magnetic ring 58, and the first of the magnetic ring. It is determined by the area of the surface 58, the volume of the magnetic ring 58 and the current level in the coil. According to one feature of the invention, the electromagnet 50 and the magnetic ring 58 are coaxially arranged around the positioning actuator, so that the forces acting on the electrodes are evenly distributed. Another feature of the invention is that the current in the coil of the electromagnet can be predetermined, so that the clamping force of the electrode along the workpiece is predetermined and can be varied depending on the material used. With reference to FIG. 3, a control system 68 of the positioning actuator and the electromagnetic clamping device 40 is described. The controller 70 of the control system 68 is connected through a driver 72 to the direct-current (DC) motor 46 of the positioning actuator and through a current amplifier 74 to the electromagnetic clamp device 44. The control system 68 further includes a load cell 76 for feeding force back to the controller 70. The load cell 76 is mounted either outside or inside the positioning actuator 42. The controller 70 receives the feedback from the load cell 76 and dynamically adjusts the current level of the electromagnetic coil 62 to maintain an appropriate pressure of the electromagnetic clamp device 44. The continuous operation of one embodiment of the positioning actuator and the clamping device is described. First, a voltage is applied to the positioning actuator 42 and the welding machine arm of the welding machine is operated to move the electrode to a predetermined position on the workpiece. When the electrode contacts the workpiece, the positioning actuator motor applies approximately 300 pounds of force to the workpiece. Next, a voltage is applied to the electromagnetic clamping device 44 to apply a force across the gap 66 between the first electromagnet core surface 64 and the first magnetic ring outer surface 58. This force is transferred to the electrodes for attachment of the clamping device 44 described above. In the preferred embodiment, the electromagnetic clamping device 44 can provide the 1500 pounds of force required for some types of spot welding. After completion of the welding process, the clamp device 44 is turned off, and the positioning actuator 42 retracts the welding hand and the electrode from the workpiece. Exemplary preferred embodiments of the positioning and electromagnetic clamping device according to the principles of the present invention have been described above. One skilled in the art is not limited to the embodiments described above without departing from the inventive concepts disclosed herein, and will have many benefits. Therefore, the present invention is defined only by the scope of the following claims.
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フロントページの続き
(72)発明者 スチュアート，キース，オー.
アメリカ合衆国．90630 カリフォルニア,
サイプレス，ウエリントン コート 4556────────────────────────────────────────────────── ───
Continuation of front page
(72) Inventor Stuart, Keith, Oh.
United States of America. 90630 California,
Cypress, Wellington Court 4556