KR20110099686A - 하이브리드 부품을 탄성변형가능한 가공물에 접합하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

하이브리드 부품을 탄성변형가능한 가공물에 접합하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR20110099686A
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section
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force
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크라우스-기스베르트 슈미트
안드리아스 베커
레인홀트 오퍼
미쉘 슈미트
레이마르 살텐베거
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뉴프리 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 하이브리드 접합 부품(10)을 가공물(12)에 축방향 접합하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 접합 부품(10)은 가열될 수 있는 금속 섹션(18)과 열가소성 접합 섹션(16, 17)을 가지며, 접합 부품(10)을 가공물(12)의 표면상으로 축방향 하강시키는 단계와, 접합 섹션(16, 17)이 적어도 부분적으로 용융되도록 금속 섹션(18)을 가열하는 단계와, 접합 부품(10)이 가공물(12)의 표면과 억지-끼워맞춤, 인터로킹 및/또는 일체식 연결을 구성하도록 금속 섹션(18)의 가열을 종료하는 단계를 포함한다. 이 경우, 접합 부품(10)은, 접합 부품(10)이 임의의 상반된 지지 없이 가공물(12)의 표면에 접합될 수 있도록, 적어도 금속 섹션(18)을 가열하는 동안 가공물(12)에 대해 힘이 조절되고 및/또는 위치가 조절된 상태로 보유된다.

Description

하이브리드 부품을 탄성변형가능한 가공물에 접합하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR JOINING A HYBRID COMPONENT TO AN ELASTICALLY DEFORMABLE WORKPIECE}
본 발명은 접합 부품을 가공물에 접합하기 위한 방법 및 특히 이와 같은 접합 방법을 수행하기 위한 접합 장치에 관한 것이다.
통상적으로, 본 발명은 부착 요소와 같은 접합 부품을 차체 부품과 같은 가공물에 접합하는 분야에 관한 것이다.
우선, 이 경우, 이와 같은 부착 요소는 통상적으로 플랜지 섹션에 의해 가공물에 연결될 수 있는 2개의 기능적 섹션을 갖는다. 둘째로, 접합 부품은 통상적으로 예를 들어 플라스틱 클립과 같은 추가 부착 요소를 고정하기 위해 부착 샤프트의 형태일 수 있는 고정 섹션을 갖는다.
이와 같은 접합 부품은 소위 스터드 용접에 의해 금속 차체 시트와 같은 가공물에 용접되는 금속으로 구성된 용접 스터드로서 오랜 시간에 걸쳐 공지되었다. 이러한 타입의 부착은 이와 같은 용접 스터드가 심지어 단지 일 측면으로부터만 접근가능할 때 가공물에 용접될 수 있는 장점을 갖는다.
이와 같은 금속 스터드는 금속 차체 시트에 접착방식으로 접합되는 것으로 알려졌다. 이 경우, 스터드의 플랜지 섹션의 접합 표면은 가공물의 표면과 억지 끼워맞춤 접착성 연결을 형성하기 위해 스터드를 가열시킴으로써 활성화될 수 있는 열가소성 접착제가 제공된다. 스터드 부착을 위한 장치는 예를 들어 DE 10 2004 012 786 Al호에 공개되었다. 이 경우, 스터드는 고정 장치에 의해 고정되며, 고정되는 볼트의 생크 섹션에 대해 동축으로 배열된 유도 코일에 의해 가열된다. 게다가, 접합 장치상에 제공된 캐리지는 스터드를 가공물에 대해 압축시키기 위해 선형 드라이브에 의해 가공물을 향하여 이동될 수 있다. 접착제가 활성화되고 액화될 때, 접착 비드는 플랜지 섹션의 외측 림 주위에 형성된다.
유사한 장치(US-A-4,355,222) 내에서, 스터드는 우선 가공물 상에 배치되고, 그 뒤 접착제가 활성화되는 동안 접합 공구에 의해 가공물에 대해 압축된다.
문헌 DE 10 2006 059 337 Al호는 열가소성 재료로 구성된 부분을 연결하기 위한 방법을 공개하며, 여기서 홀더의 형태인 접합 부품은 플라스틱으로 구성된 차량 범퍼 바에 결합된다. 구멍, 돌출부 및/또는 함몰부를 갖는 연결 요소는 서로 연결되는 부분들의 표면 사이에 배열된다. 연결 요소는 가변 자기장이 가해질 때 가열되도록 설계된다. 이에 따라 표면의 열가소성 물질이 용융된다. 용융된 재료가 응고될 때, 이에 따라 적어도 연결 요소와 표면 사이에 연결이 형성되며, 이에 따라 연결 요소에 의해 부분들 사이에 연결이 형성된다. 연결 요소는 사전에 연결되는 부분들 중 한 부분에 결합될 수 있다. 게다가, 연결 요소는 접합 공정 동안 접합 부품에 마주보게 가공물의 측면 상에 배열되는 유도 가열 장치에 의해 유도적으로 가열된다.
상기 배경기술 부분에 대해, 본 발명의 목적은 보다 우수한 접합 방법 및 접합 장치를 설명하기 위함이다.
이 목적은 가공물에 하이브리드 접합 부품을 축방향 접합하기 위한 방법에 따라 구현되는데, 접합 부품은 열가소성 접합 섹션 및 가열될 수 있는 금속 섹션을 가지며, 상기 방법은
a) 접합 부품을 가공물의 표면상으로 축방향 하강시키는 단계와,
b) 접합 섹션이 적어도 부분적으로 용융되도록 금속 섹션을 가열하는 단계와,
c) 접합 부품이 가공물의 표면과 억지-끼워맞춤(force-fitting), 인터로킹(interlocking) 및/또는 일체식 연결(integral connection)을 구성하도록 금속 섹션(18)의 가열을 종료하는 단계를 포함하고,
접합 부품은, 접합 부품이 임의의 상반된 지지(opposing support) 없이 가공물의 표면에 접합될 수 있도록, 적어도 금속 섹션을 가열하는 동안 가공물에 대해 힘이 조절되고(force-regulated) 및/또는 위치가 조절된(position-regulated) 상태로 보유되며, 상반된 지지는 접합 부위 뒤에서 가공물의 후방 측면상에서의 지지를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
게다가, 이러한 목적은 상기 언급된 접합 방법을 수행하는데 특히 적합한 접합 장치에 의해 구현되며, 상기 접합 장치는
a) 접합 부품을 축방향으로 가공물의 표면상으로 이동시키도록 설계되며, 접합 부품이 고정될 수 있는 접합 공구와,
b) 접합 부품의 금속 섹션을 가열하기 위한 가열 장치를 포함한다.
본 발명에 따르는 방법에 따라 단지 일 측면으로의 접근으로 하이브리드 접합 부품을 가공물에 접합시킬 수 있다.
통상적으로, 본 발명에 따르는 접합 방법은 가열될 수 있는 금속 섹션과 열가소성 접합 섹션을 갖는 모든 유형의 하이브리드 접합 부품에 대해 사용될 수 있다. 예를 들어, 접합 부품은 열적으로 활성화될 수 있는 접착제와 같이 열가소성 접합 섹션이 적용되는 접합 면에 대해 플랜지 섹션을 포함하는, 금속으로 구성된 기저 몸체를 가질 수 있다. 특히 바람직하게, 그러나 접합 부품은 통상적으로 슬리브 섹션과 플랜지 섹션을 형성하는 열가소성 재료로 구성된 기저 몸체를 가지며, 금속 섹션은 플랜지 섹션 내에 일체로 구성된다.
이와 같은 접합 부품은 본 특허 출원과 동일자에 출원되고 "접합 부품을 제조하기 위한 방법 및 접합 부품"이라는 발명의 명칭의 독일 특허 출원에 기재된다. 이 특허 출원의 전체 내용은 참조로 인용된다.
가공물은 예를 들어, 금속 시트, 유리 플레이트 또는 이와 유사한 것과 같은 임의의 선호되는 가공물일 수 있다. 그러나, 가공물은 특히 바람직하게 열가소성 재료로 구성된 가공물이다.
이 경우, 용어 "축방향 하강"은 중력의 방향으로 하향 이동되는 것뿐만 아니라 가공물을 향하는 임의의 선호되는 이동, 즉 예를 들어 가공물의 표면을 향하여 중력과 상반된 방향의 이동을 말한다(오버헤드 접합).
게다가, 가공물은 축방향으로 탄성변형될 수 있도록 설계된다. 이는 가공물의 재료 자체가 탄성변형될 수 있는 의미로 이해하여야 한다. 그러나, 특히 이는 상반된 지지가 없기 때문에 가공물이 축방향으로 탄성변형될 수 있는 의미로 이해하여야 한다.
가공물과 접합 부품 사이의 접합 연결부(joint connection)는 가공물이 축방향으로 변형될 때, 신뢰성 있는 공정, 가공물에 대한 본 발명에 따르는 접합 부품의 힘과 위치 조절에 의해 형성될 수 있다.
하이브리드 접합 부품은 열가소성 가공물, 예를 들어 열가소성 재료로 구성된 플레이트에 접합되고, 완성된 접합 연결부는 적어도 적소에 형성될 수 있고, 즉 매우 큰 고정력을 가질 수 있다. 이 경우, 이는 또한 열가소성 용접 공정으로 언급될 수 있다.
본 발명에 따르는 방법에서, 가공물은 축방향으로 탄성변형가능하고, 접합 부품은, 가공물이 축방향으로 변형되도록, 금속 섹션이 가열되기 전 가공물의 표면상으로 하강되는 것이 특히 선호된다.
한편, 이에 따라 가공물의 표면과 접합 부품의 접합 섹션 사이에 신뢰성 있는 접촉이 구현될 수 있다. 게다가, 접합 공정 중 자체적으로 탄성 복원되는 가공물의 능력은 넓은 영역에 걸쳐서 "근접한" 접합 연결을 구현하는데 기여할 수 있다.
이 경우, 변형되지 않은 상태에서 가공물의 표면의 축방향 위치를 측정하기 위해 영점은 표면으로의 하강의 개시 시에 또는 표면으로의 하강 중에 측정되는 것이 특히 선호된다.
영점의 이러한 측정에 따라 가공물의 영점 표면에 대해 접합 부품의 위치를 조절할 수 있다. 이에 따라 접합 연결 품질이 향상될 수 있다.
한편, 이 실시예에서, 접합 공정 중 접합 부품이 고정되는 접합 공구 상에 배열된 거리 센서를 이용하여 영점을 측정할 수 있다.
예시로서, 이와 같은 거리 센서는 레이저 센서 또는 이와 유사한 것일 수 있으며, 이러한 센서에 의해 센서와 영점 사이의 거리가 매우 정확하게 측정될 수 있다. 그러나, 거리 센서는 또한 몇몇의 그 외의 다른 광학 또는 전자 부품일 수 있으며, 이를 이용하여 거리가 측정될 수 있다. 가장 단순한 경우에, 거리 센서는 상이한 거리를 측정할 수 없지만 가공물이 축방향으로 변형되기 전 접합 부품의 접합 표면이 가공물의 표면에 도달될 때 영점 신호만을 제공할 수 있다.
그러나, 영점이 접합 부품의 축방향 하강을 위해 필요한 힘의 변화에 따라 측정되는 것이 특히 선호된다.
이 실시예에서, 개별 거리 센서는 절대로 필수적이지 않다. 사실상, 영점은 접합 부품이 가공물과 접촉할 때 힘의 변화를 측정함으로써 측정될 수 있다.
이를 위해, 힘의 변화가 용이하게 측정될 수 있도록 가공물을 향하여 일정한 속도(특히 속도 조절)로 접합 부품을 이동시키는 것이 선호될 수 있다.
이 실시예에서, 힘은 예를 들어 압력-측정 박스, 스트레인-게이지 스트립, 등등과 같이 힘을 측정하는 힘 센서에 의해 직접 측정될 수 있다. 그러나, 접합 부품이 가공물 상으로 하강됨으로써 액추에이터의 힘에 의해 힘의 변화를 간접적으로 측정하는 것이 선호될 수 있다. 예를 들어, 액추에이터는 선형 전기 모터일 수 있다. 이 경우, 힘은 선형 모터의 제어에 의해 전류에 비례할 수 있다. 그러나, 예를 들어 유체 액추에이터의 경우 유체 압력에 의해 간접적으로 힘을 측정할 수 있다. 게다가, 액추에이터는 전자자기 액추에이터(electromagnetic actuator)일 수 있으며, 이 경우 힘은 전류에 의해 재차 측정될 수 있다.
따라서, 접합 부품은 기계식 스프링에 의해 가공물을 향하여 이동될 수 있다. 이 경우, 예를 들어 힘은 스프링의 디플렉션의 시간 프로파일에 의해 간접적으로 계산될 수 있다.
게다가, 무엇보다고 가공물의 탄성은 영점의 측정에 포함되는 것이 선호된다. 가공물의 탄성은 미리 측정되거나 또는 프로그래밍될 수 있으며, 이에 따라 각각의 접합 방법에서 개별적인 측정이 필요 없다.
추가 선호되는 실시예에 따라서, 접합 부품은 금속 섹션이 가열되기 전 가공물이 탄성적으로 변형되는 사전정해진 초기 접합 위치로 이동된다.
특히, 초기 접합 위치로의 이동은 영점이 측정된 후 수행될 수 있으며, 이에 따라 사전정해진 초기 접합 위치를 조절하기 위해 위치 조절을 이용할 수 있다.
이 경우, 영점이 측정되는 동안 초기 접합 위치는 가공물의 변형부와 영점 사이에 위치되는 것이 특히 선호된다.
이 실시예에서, 영점은 특히 접합 부품이 가공물과 접촉할 때의 힘의 변화로부터 측정될 수 있다. 이 경우, 가공물은 비교적 높은 속도에서 가공물 상으로 접합 부품이 하강될 수 있도록 상대적으로 심하게 탄성변형된다. 그 뒤, 금속 섹션이 가열되기 전, 접합 부품은 접합 부품의 접합 표면이 다소 영점 아래에 위치되는 축방향 초기 접합 위치로 이동되고, 즉 영점 측정 시 가공물의 변형부에 대해 후방으로 이동된다.
전반적으로, 가공물과 접합 부품 사이의 상대 위치는 적어도 금속 섹션이 가열되는 중에 목표 위치에서 조절되는 것이 선호된다. 금속 섹션이 가열되는 동안, 접합 섹션의 열가소성 재료가 용융되고, 이에 따라 서로에 대해 압축되는 접합 부품과 가공물은 금속 섹션이 가열될 때 가공물과 접합 부품 사이의 상대 위치가 변화할 수 있도록 이동된다.
변형되지 않는 강성의 가공물의 경우, 열가소성 재료는 비드를 형성하기 위해 측면에서 포스아웃될 수 있다(force out). 이 경우, 접합 부품은 접촉력으로 인해 이 공정 동안 가공물을 향하여 추가로 이동된다.
가공물이 축방향으로 변형되는 경우, 접촉력의 적어도 일부가 가공물의 탄성복원력에 의해 가해질 수 있다.
가공물이 열가소성 재료로 제조된다면, 가공물의 표면 섹션은 또한 금속 섹션이 가열될 때 용융될 것이다. 이 경우, 열가소성 재료는 플랜지 섹션의 영역 내에 비워진 공동 내부로 흐를 수 있거나 또는 측면에서 포스아웃될 수 있다.
하이브리드 접합 부품이 열가소성 가공물에 접합될 때, 완성된 접합 연결부에서 소정의 침투가 이뤄지는 것이 선호되며, 완성된 접합 연결부에서 접합 섹션의 원래의 접합 표면은 가공물의 표면 아래에 위치된다(즉 영점 아래). 이에 따라 특히 근접한 접합 연결(close joint connection)이 구현된다.
이 실시예에서, 가공물과 접합 부품 사이의 상대 위치는 사전정해진 침투가 구현되도록 위치 조절되는 것이 선호된다.
그러나, 이와 같은 위치 조절은 열가소성 재료로 구성되지 않은 강성의 가공물의 경우 선호될 수 있다.
추가 선호되는 실시예에 따라서, 가공물과 접합 부품 사이의 상대 위치는 목표 힘에 대한 조절에 의해 설정되며, 이 접합 부품은 적어도 금속 섹션이 가열되는 동안에 가공물에 대해 압축된다.
이 실시예에서, 상대 위치는 가변 제약(varying constraint)(가변 재료 특성, 등등)을 보다 잘 상쇄될 수 있도록 힘 조절에 의해 설정된다.
이 경우, 힘 조절은 가공물과 접합 부품 사이의 상대 위치가 사전설정된 최대 상대 위치에 도달될 때 위치 조절로 변환되는 것이 특히 선호된다.
이 실시예에서, 가공물과 접합 부품 사이의 상대 위치는 또한 힘 조절 공정 중에 연속적으로 측정된다.
사전설정된 최대 상대 위치에 도달될 때, 위치 조절로 변환된다. 이에 따라 접합 부품은 가공물의 상반된 표면으로 가압되는 것이 방지된다. 게다가, 이에 따라 보다 일정한 접합이 구현될 수 있다.
전술된 기술 내용은 목표 위치(target position) 또는 목표 힘(target force)에 관한 것이며, 이는 고정된 사전설정된 변수에 관한 것일 수 있다. 그러나, 이는 또한 사전정해진 위치 또는 힘 프로파일에 관한 것일 수 있다.
전반적으로, 바람직하게 가공물은 열가소성 재료로 제조되며, 금속 섹션은 열가소성 용접으로 전술한 바와 같이 가공물의 표면 섹션과 접합 부품의 접합 섹션이 용융되도록 가열된다.
전반적으로, 바람직하게 접합 부품은 금속 요소가 일체구성되는 플랜지 섹션을 포함한 열가소성 기저 몸체를 가지며, 접합 방법은 금속 요소가 완성된 접합 연결부 내에서 열가소성 재료에 의해 완전히 둘러싸여지도록 수행된다.
이에 따라 주변 환경으로부터 금속 요소를 캡슐화할 수 있다. 특히, 이에 따라 완성된 접합 연결부에서 부식 문제가 방지된다.
추가 실시예에 따라서, 바람직하게, 접합 부품은, 금속 섹션이 플랜지 섹션의 림에 의해 둘러싸여지도록, 금속 요소가 일체구성된 플랜지 섹션을 포함한 열가소성 기저 몸체를 가지며, 접합 방법은 림이 용융되도록 수행된다.
림이 용융은 완성된 접합 연결부에서 금속 요소가 완전히 둘러싸여지는 것에 기여할 수 있다. 한편, 림의 용융은 또한 열가소성 재료와 금속 요소 사이에 인터로킹 연결이 반경방향으로 구현되는데에 기여할 수 있다.
게다가, 바람직하게 접합 부위의 온도는 적어도 금속 섹션이 가열되는 동안 측정되며, 이와 같은 방식으로 측정된 온도는 접합 방법의 제어(control) 내에 포함된다.
이에 따라 가변 제약에 대해 방법을 비교적 용이하게 조절할 수 있다.
전반적으로, 바람직하게 열가소성 재료로 구성되고 접합 부위의 림 영역 내에 형성된 비드의 형태는 모니터링되며, 이와 같은 방식으로 측정된 형태는 접합 방법의 제어 내에 포함된다.
이 경우, 각각의 측정된 형태는 예를 들어, 이미 저장된 패턴과 비교될 수 있고 패턴 식별 중 카테고리화될 수 있다.
이에 따라, 비드 형태가 관찰될 수 있고, 접합 방법의 제어 내에 포함된다.
대안으로, 접합 연결부가 정확하게 형성되었는지의 여부를 측정하기 위해 접합 연결부의 완성 이후 접합 연결부를 검사하기 위하여 공정 모니터링 중 비드 형태의 탐지를 이용할 수 있다.
본 발명에 따르는 접합 장치의 경우, 특히 바람직하게, 가열 장치는 페라이트 코어 및 코일을 포함한 유도 가열 장치를 가지며, 페라이트 코어는 슬리브 섹션을 가지며, 접합 부품은 접합 부품의 고정 섹션이 슬리브 섹션에 의해 둘러싸여지도록 접합 공구상에 고정될 수 있다.
이 실시예에서, 가열 장치의 작동이 효율적이도록 설계될 수 있다. 게다가, 가열 장치는 고정 장치와 물리적으로 용이하게 조합될 수 있다.
이는 특히, 슬리브 섹션이 접합 부품의 고정 섹션 상에 진공 고정력(vacuum holding force)을 가하도록 설계된 진공 고정 장치에 연결되는 것이 선호된다.
이 실시예에서, 특히 바람직하게, 고정 장치는 유도 가열 장치의 영역에 임의의 방해 금속 부분(disturbing metal part)을 갖지 않아야 한다. 사실상, 접합 부품은 진공에 의해 고정될 수 있다.
또한 바람직하게, 접합 공구는 접합 부위의 온도를 측정하도록 설계된 온도 센서를 갖는다.
이에 따라, 접합 장치를 이용하여 수행되는 접합 방법의 품질이 향상될 수 있다.
이 경우, 특히 바람직하게 온도 센서는 슬리브 섹션 상에 배열된다.
실례로서, 슬리브 섹션은 이를 축방향으로 관통하는 홀을 가질 수 있으며, 이 홀을 통해 온도 센서가 접합 부위의 주변으로 이동된다. 이 경우, 바람직하게 센서는 금속 섹션에 가해진 유도가 간섭되지 않거나 또는 상당히 간섭되지 않도록 열선을 전달하는 예를 들어 유리 섬유와 같은 비-금속 재료로 형성될 수 있다.
추가 선호되는 실시예에 따라서, 가열 장치와 접합 부품을 고정하기 위한 고정 장치는 접합 공구의 하우징에 대해 선형 드라이브에 의해 이동될 수 있는 캐리지 상에 배열된다.
이 실시 형태에서, 접합 부품을 가공물 상으로 하강시키는 단계는 캐리지에 의해 수행될 수 있다. 또한, 캐리지는 접합 연결부가 완성되자마자 재차 접합 부위로부터 이격되도록 신속이 이동될 수 있다. 따라서, 추가 접합 공정 중 새로운 접합 부품을 픽업하기 위해 캐리지를 이용할 수 있다.
특히 바람직하게, 접합 장치는 캐리지의 위치 측정을 위한 위치 센서를 갖는다.
이 실시예에서, 위치 조절은 특히 금속 섹션이 가열되기 전 그리고 가열되는 동안 수행될 수 있다. 게다가, 위치 센서는 영점을 측정하기 위해 이용될 수 잇으며, 이 공정은 임의의 추가 센서 없이 액추에이터가 캐리지에 가하는 힘에 의해 간접적으로 수행된다.
추가 선호되는 실시예에 따라서, 접합 장치는 접합 부품이 가공물에 대해 압축되는 힘의 측정을 위한 힘 센서를 갖는다.
힘 센서는 압력 측정 박스 또는 이와 유사한 것과 같은 개별 센서일 수 있다. 그러나, 힘 센서는 또한 예를 들어 선형 모터와 같은 액추에이터의 조작 변수를 측정하는 센서일 수 있다.
또한 바람직하게 접합 장치는 공간 내에서 접합 공구의 배향을 측정하기 위한 배향 센서(orientation sensor)를 갖는다.
이에 따라, 중력을 고려하여 힘 조절이 수행될 수 있으며, 이는 힘 조절 공정이 접합 공구가 하부를 향하거나 또는 상부를 향하여("오버헤드") 정렬될지를 여부에 관한 인자를 포함하기 때문이다.
게다가, 바람직하게 접합 공구는 가공물로 이동되기 전 또는 이동되는 동안에 종방향 축 주위에서 사전정해진 회전 위치에 접합 부품을 정렬시킬 수 있는 회전 액추에이터(rotary actuator)를 포함한다.
이에 따라 가공물에 대한 회전 방향으로 정확한 상대 배향을 구현하기 위하여 가공물 상에 배치하기 전 만곡된 가공물 표면과 일치되지만 평평하지 않은 플랜지 섹션을 갖는 접합 부품을 회전시킬 수 있다.
전반적으로, 바람직하게 접합 공구 및/또는 가열 장치는 상위 제어 장치에 전송될 수 있는 식별 코드를 위한 스토어(store)를 갖는다.
바람직하게, 스토어는 전자적 특성(electronic nature)이며, 이에 따라 예를 들어 상위 제어 유닛 내에서 특정 식별 코드에 대해 저장될 수 있는 접합 공구 및/또는 가열 장치 작동 매개변수를 할당할 수 있다. 대안으로, 물론 상위 제어 장치에 의해 판독될 수 있는, 작동 매개변수를 스토어 내에 직접 저장할 수 있다.
실례로서, 온도에 대한 부하 용량(load capacity)은 작동 매개변수로서 사용될 수 있다. 실례로서, 다양한 온도 부하 용량이 다양한 유형의 가열 장치와 접합 공구에 대해 제공될 수 있다. 드라이브는 접합 공구와 가열 장치가 온도에 대해 과부하되지(overload) 않도록 상위 제어 장치 내의 함수로서 정해질 수 있다. 실례로서, 제어 유닛에 의해 접합 공구에 교류가 제공될 때, 이는 펄스 폭을 제한함으로써 수행될 수 있다. 대안으로, 접합 공구에 대해 제공되는 전압의 크기는 또한 유형-의존 기초(type-dependent basis)에 제한될 수 있다.
통상적으로, 본 발명에 따른 접합 방법 및 본 발명에 따른 접합 공구는 하나 이상의 하기 장점을 구현한다.
열가소성 접합 부품은 상반된 지지 없이 단지 일 측면에서만 접근가능한 가공물에 접합될 수 있다.
이 방법은 인터로킹, 억지-끼워맞춤 및/또는 일체식 연결이 일체형 금속 섹션과 동일하거나 또는 상이한 타입의 열가소성 부품들 사이에 형성되도록 접합 부품의 형태를 고려하여 수행될 수 있다.
유도 가열 장치의 페라이트 코어는 단지 슬리브의 형태일 수 있지만 직사각형 또는 둥근 횡단면을 갖는 E-코어 또는 직사각형 횡단면을 갖는 U-코어의 형태일 수도 있다.
이와 같이, 유도 가열 장치용 코일은 1 내지 최대 100 턴(turn)을 가질 수 있다.
게다가, 유도 가열 장치는 코일의 온도를 측정하기 위한 온도 센서 시스템이 장착될 수 있다. 이에 기초하여 코일은 냉각 공기와 같은 냉각 매체에 의해 냉각될 수 있다.
접합 부위 온도는 접합 부품의 접합 플랜지의 온도에 의해 간접적으로 측정될 수 있으며, 예를 들어 접합 부위와 마주보는 플랜지 섹션의 상측 면에서 유리 섬류 라인에 의해 정밀하게 측정될 수 있다.
감소된 압력을 생성하기 위한 공압 작동 요소는 접합 공구 내에 일체구성될 수 있으며, 공압 작동식 캐리지 이동을 위해 및/또는 냉각 공기를 제공하기 위해 및/또는 접합 부품을 고정하기 위해 그리고 픽업을 위해 사용될 수 있다. 공압 작동 요소는 고정 장치 내에 접합 부품의 존재 및/또는 접합 공구 내의 압축된 공기의 존재를 식별할 수 있도록 압력 및/또는 감소된 압력 측정을 위한 센서 시스템에 연결될 수 있다.
하위 제어 전자장치가 구동 동작을 수행하고, 측정 및 특성 데이터를 상휘 제어 유닛에 전송하며 및/또는 예를 들어 연속적 데이터 전송에 의해 상위 제어 유닛으로부터 제어 데이터를 수신하기 위하여 접합 공구 내에 제공될 수 있다.
접합 공구는 하이브리드 라인에 의해 상위 제어 유닛에 연결될 수 있고, 하이브리드 라인은 예를 들어 파워의 전달(가열 장치의 작동을 위해)을 위한 라인, 데이터 라인 및/또는 압축된 공기 또는 감소된 압력 공급을 위한 공압 라인을 포함한다.
유도 가열 장치와 고정 장치는 위치-관련 기반으로 동일한 접합 매개변수에 따라 작동될 수 있도록 접합 부품을 가공물에 자동 및 수동 접합을 위해, 접합 부품과 유도 가열 장치 사이의 자기적 결합의 영역에 대해 기하학적 그리고 전기적으로 동일하게 설계될 수 있다.
얇은 가공물의 경우, 금속 섹션을 가열하는 동안 힘 및/또는 위치 조절이 수행될 수 있어서 가공물의 후방 면에 가시가능하거나 추적가능한 변형이 발생되지 않는다.
자동식 접합 공구의 경우, 접합 부품은 각각의 접합 공정 전 예를 들어 공급 스테이션(supply station)으로부터 개별적으로 픽업될 수 있다.
게다가, 또한 각각의 경우 자동식 접합 공구가 사전정해진 개수의 접합 부품(예를 들어, 매거진 내에서)을 전달할 수 있다. 그 뒤, 매거진이 비워지고 매거진이 교체될 필요가 있을 때까지 다수의 접합 공정이 수행될 수 있다.
특히 부착 요소가 열가소성 기저 몸체를 가질 때, 부착 요소들은 매거진 내에서 벨트 형태(belted form)로 서로 고정되거나 또는 링크고정될 수 있다.
통상적으로, 접합 부품은 공급 스테이션 내에서 분리되고, 각각의 경우 접합 공정 이전에 가요성 공급 튜브에 의해 접합 공구에 개별적으로 공급된다.
게다가, 접합 방법은 센서로부터의 저장 데이터와 그 외의 다른 접합 매개변수에 의해 모니터링될 수 있다. 게다가, 열가소성 가공물에 접합 시 각각의 침투가 측정될 수 있고, 이의 위에 놓여진 포락선(envelope curve)을 가질 수 있다.
접합 공구가 완성된 접합 연결부로부터 빼내지기 전 심지어 침투(penetration)가 측정될 수 있다.
게다가, 접합 공정의 온도 프로파일이 각각의 접합 위치에 대해 측정될 수 있으며, 포락선과의 불일치 시 관리 표시(maintenance indication) 또는 이와 유사한 것을 알려주기 위해 이 위에 놓인 대응하는 포락선을 가질 수 있다.
통상적으로, 포락선이 오버샷(overshot)되거나 또는 언더샷(undershot)되는 접합 연결부는 정해진 주파수에 따라 접합 공정이 수행된다면 관리 수단이 개시될 수 있는 것을 특징으로 한다.
구현된 침투 및 영점의 측정치는 최대 허용 오차에 종속되며, 각각의 접합 공정은 오차가 오버샷 또는 언더샷된다면 종료되거나 또는 바람직하지 못한 접합 공정으로서 식별될 수 있다.
접합 부품이 가공물 상으로 압축되는 접합력은 1 내지 100 N의 범위일 수 있다.
캐리지의 위치는 자기저항 위치 센서 또는 광학 센서("인코더")에 의해 측정될 수 있다. 캐리지의 속도 및 가속도는 위치 측정으로부터 기인될 수 있다(예를 들어, 접합 공구 내에 제공된 제어 장치 내에서).
접합 부품이 가공물 상으로 압축되는 힘은 힘 센서(예를 들어, 힘 측정 박스)에 의해 직접적으로 측정될 수 있거나 또는 선형 모터를 위한 전류와 같은 액추에이터 조작 변수에 의해 간접적으로 측정될 수 있다.
3차원 내에서 접합 공구의 배향을 측정하기 위한 개별 센서 대신에, 배향은 또한 힘 측정의 결과치로부터 계산될 수 있다.
전술된 특징들과 하기 내용에서 설명될 특징들은 각각 언급된 조합에 따라 이용될 수 있을 뿐만 아니라 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 자체로 또는 조합하여 이용될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예는 도면에 도시되고 하기 기술 내용에서 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 접합 공구를 가공물에 접합하기 위한, 본 발명에 따른 접합 장치를 도시하는 도면.
도 1a는 열가소성 가공물에 대한 완성된 접합 연결부를 도시하는 도면.
도 1b는 금속과 같이 용융될 수 없는 재료로 구성된 가공물에 대한 완성된 접합 연결부를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에 따르는 접합 방법을 도시하기 위해 시간에 대해 좌표화된 유도 가열 장치의 작동을 위한 전류, 캐리지를 이동시키기 위한 선형 모터의 전류 및 캐리지의 축방향 이동을 도시하는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 방법의 변형예를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따르는 접합 방법을 설명하기 위해 위치에 대해 좌표화된 접합 부품에 가해진 힘을 도시하는 도면.
도 5는 영점을 측정하기 위해 시간에 대해 좌표화된 접합 공구의 캐리지의 위치를 나타내는 도면.
도 6 및 도 7은 바람직하지 못한 접합 공정을 결정하기 위해 시간에 대해 좌표화된 캐리지의 위치 프로파일에 대한 포락선을 도시하는 도면.
도 8은 본 발명에 따르는 접합 공구의 추가 실시예의 종단면도.
도 9는 본 발명에 따르는 접합 공구의 추가 실시예의 종단면도.
도 10은 본 발명에 따르는 접합 공구의 추가 실시예의 종단면도.
도 11은 본 발명에 따르는 접합 공구의 추가 실시예의 측면도.
도 12는 예시적인 측면도의 형태인, 본 발명에 따르는 접합 공구의 추가 실시예를 도시하는 도면.
도 1에서, 본 발명에 따르는 접합 장치(joining apparatus)의 제 1 실시예가 통상적으로 도면부호(8)로 도시된다.
접합 장치(8)는 하이브리드 접합 부품(hybrid joining component, 10)을 가공물(workpiece, 12)에 접합하는 접합 공정을 수행하기 위해 이용된다.
접합 부품(10)은 금속으로 구성되지만 바람직하게 열가소성 재료로 제조된 기저 몸체(11)를 갖는다. 기저 몸체(11)는 고정 섹션(holding section, 14)을 가지며, 상기 고정 섹션에 의해 접합 부품(10)이 고정될 수 있고, 뿐만 아니라 상기 기저 몸체는 플랜지 섹션(flange section, 16)을 가지며, 상기 플랜지 섹션에 의해 접합 부품이 가공물(12)의 표면에 접합될 수 있다.
열가소성 기저 몸체를 포함한 도시된 실시예에서, 구멍이 제공된 평평한 금속 요소의 형태인 금속 섹션(18)이 플랜지 섹션(16) 내에 일체로 구성된다. 플랜지 섹션(16)의 림(17)과 함께 금속 섹션(18)은 접합 표면(joining surface, 19)을 형성한다.
대안으로, 기저 몸체(11)가 금속으로 제조된다면, 열가소성 접착제가 플랜지 섹션(16)의 하측 면에 도포될 수 있다.
나머지 기술 내용은 통상적으로 플랜지 섹션(16) 내에서 금속 섹션(18)이 일체로 구성되는 열가소성 기저 몸체(11)를 가는 접합 부품(10)을 기초로 한다. 그러나, 대응 기술내용은 기저 몸체(11)가 금속으로 제조되는 접합 부품(10)에 동일한 방식으로 적용될 수 있다.
접합 장치(8)는 도시된 실례에서 로봇(22)의 암(arm, 24)에 장착된 접합 헤드(joining head)의 형태인 접합 공구(joining tool, 20)를 갖는다.
게다가, 접합 장치(8)는 파워(power)를 공급하고 제어하기 위한 장치(26)를 가지며, 예를 들어 로봇(22)의 측면을 따라서 고정 상태로 배열될 수 있다. 하기 기술 내용에서, 이 장치(26)는 제어 유닛(26)으로 언급된다.
제어 유닛(26)은 바람직하게 가요성의 하이브리드 연결 라인(28)에 의해 접합 공구(20)에 연결된다. 하이브리드 연결부(28)는 예를 들어, 접합 공구(20)에 압축된 공기 또는 감소된 압력을 공급하기 위한 공압 라인, 제어 라인 및/또는 파워를 공급하기 위한 라인이 장착될 수 있다.
대안으로, 접합 공구(20)는 또한 수동 작동식 접합 공구일 수 있다. 이 경우, 수동 조작을 위한 적합한 수단이 접합 공구(20) 상에 제공된다.
접합 공구(20)는 접합 헤드 하우징(30)을 가지며, 상기 접합 헤드 하우징(30) 상에 축방향(A)으로 이동가능하도록 캐리지(carriage , 32)가 장착된다. 캐리지(32)는 예를 들어, 화살표(35)로 지시된 바와 같이 선형 전기 모터 또는 공압 드라이브와 같은 예시적으로 도시된 선형 드라이브(34)에 의해 축방향으로 이동가능하다.
접합 공구(20)는 게다가 제어 유닛(26)으로부터 제어 신호를 수신하고 프로세스 모니터링 신호를 제어 유닛(26)에 전송하는 하위 제어 장치(subordinate control device, 36)를 포함한다.
게다가, 접합 공구(20)는 접합 부품(10)의 고정 섹션(14)을 고정하기 위한 고정 장치(38)를 포함하고, 이 고정 장치(38)는 예시적으로 도시된 액추에이터(39)에 의해 작동될 수 있다.
고정 장치(39)는 기계식 고정 장치와 같이 도 1에 도식적으로 도시되지만 바람직하게 진공의 적용에 의해 접합 부품(10)을 캐리지(32)에 고정할 수 있는 진공 고정 장치이다.
게다가, 가열 장치(40)가 캐리지(32) 상에 제공되고, 가공물(12)의 표면 및/또는 플랜지 섹션(16)의 용융가능한 접합 섹션을 용융하는 방법으로 금속 섹션(18)(또는 금속성 기저 몸체의 경우 기저 몸체 자체)을 가열하도록 설계된다.
캐리지(32)는 스프링(42)에 의해 접합 헤드 하우징(30) 내로 프리스트레스가 가해진다(pre-stress). 선형 드라이브(34)는 순차적으로 스프링(42)의 힘에 대해 접합 헤드 하우징(30)으로부터 캐리지(32)를 이동시킨다.
접합 공구(20)는 또한 캐리지(32)의 위치(이에 따라 제 위치에 고정된 접합 부품(10)의 위치)를 탐지하기 위한 위치 센서(44)가 장착된다. 게다가, 접합 공구(20)는 힘 센서(46)를 포함하고, 상기 힘 센서에 의해 접합 부품(10)이 가공물(12)에 대해 압축되는 힘을 측정할 수 있다.
따라서, 접합 공구(20)는 선호적으로 접합 공구(20)의 공간적 배향을 탐지하기 위한 배향 센서(48)뿐만 아니라 접합 부위의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서(50)를 포함한다. 접합 부위의 온도는 또한 예를 들어, 플랜지 섹션(16)의 상측 면의 온도를 측정함으로써 간접적으로 측정될 수 있다.
따라서, 접합 공구(20)는 비드 형 센서(bead shape sensor, 52)를 가질 수 있으며, 상기 비드 형 센서에 의해 플랜지 섹션의 림 상에서 접합 공정 동안에 형성되는 비드의 형태가 광학적으로 탐지될 수 있다. 비드의 형태는 프로세스 모니터링을 제공하는 방식으로 비드의 사전 저장된 기준 형태와 비교될 수 있다.
하기에서 설명되는 바와 같이, 접합 공정 중 가공물(12)의 표면과 접합 공구(20) 사이의 상대적인 거리는 중요하다. 이를 위해, 거리 센서(distance sensor, 53)가 이러한 거리를 측정하기 위해 접합 공구(20) 상에 제공될 수 있다. 거리 센서(53)는 캐리지(32) 또는 접합 헤드 하우징(30) 상에 배열될 수 있다.
게다가, 접합 장치(8)는 부품 공급 스테이션(54)을 포함하고, 이 부품 공급 스테이션에서 각각 이미 분리된 접합 부품(10)이 제공되며 이 접합 부품은 로봇(22) 및 캐리지(32)의 작동에 의해 픽업되어 접합 공구(20) 내로 보내져서 접합 공정이 개시된다.
통상적으로, 접합 부품(10)의 플랜지 섹션(16)은 평평하게, 바람직하게 원형 플랜지 섹션과 같이 설계된다. 그러나, 또한 특히 접합 부품이 접합되는 지점에서 가공물(12)의 표면이 평평하지 않을 때 플랜지 섹션(16)이 평평하지 않도록 설계될 수 있다. 이 경우 접합 부품(10)을 종방향 축(A) 주위에서 정확한 배향으로 배치를 보장하기 위해, 접합 공구(20)는 게다가 접합 헤드 하우징(30)에 대해 종방향 축(A) 주위에서 접합 부품(10)을 회전시키기 위한 회전 액추에이터(rotary actuator, 56)를 포함할 수 있다.
게다가, 식별 코드를 위한 스토어(store, 58)가 접합 공구 내에 제공된다. 식별 코드는 예를 들어 특정 유형의 접합 공구 및/또는 각각의 개별 접합 공구와 같이 접합 공구(20)를 식별한다. 대안으로 또는 추가로, 이와 같은 스토어(58)는 예를 들어 각각의 개별 가열 장치(40)의 유형을 식별하기 위해 캐리지(32) 상에 제공될 수 있다.
제어 유닛(26)은 예를 들어, 로봇(22)에서 접합 헤드(20)를 교체할 때 자동적으로 수행될 수 있는 식별 코드를 판독하도록 설계된다.
예를 들어, 온도 부하 용량(temperature load capacity)과 같은 각각의 접합 공구(20)(각각의 가열 장치(40))의 특정 작동 매개변수는 그 뒤 식별 코드에 의해 제어 유닛(26) 내에서 추정될 수 있다(deduce). 이에 따라 작동 중 어떠한 손상 작동 모드가 발생되지 않도록(특히 손상 가열) 설정 매개변수(setting parameter)들에 대한 제한이 제어 유닛(26)에서 정의될 수 있다. 실례로서, 이러한 제한은 접합 공구(20)의 전력 공급에 영향을 미침으로써, 수행될 수 있다.
예를 들어, 펄스형 전기 파워 공급원의 경우, 펄스 폭은 제한될 수 있다. 대안으로, 입력 DC 전압의 크기를 감소시킬 수 있으며, 상기 전압으로부터 접합 공구(20)를 위한 펄스형 전기 파워 서플라이가 유도된다. 도 1a 및 도 1b는 도 1에 도시된 접합 장치에 의해 형성된 완성된 접합 연결부(60)를 도시한다.
도 1a는, 도 1에 도시된 바와 같이 하측 면에서 금속 섹션(18)이 일체구성되는 플랜지 섹션(16)을 갖는 열가소성 기저 몸체(11)를 갖는, 접합 부품(10)을 도시한다.
게다가, 도 1a에서의 완성된 접합 연결부(60)의 경우 가공물(12)은 열가소성 재료로 구성된다. 한편 도시된 바와 같이, 금속 섹션(18)을 둘러싸는 비드(62)는 완성된 접합 연결부(60) 내의 플랜지 섹션(16)의 외측 주변에 형성된다. 보다 정확하게, 접합 연결부(60) 내의 금속 섹션(18)은 플랜지 섹션(16), 비드(62) 및 가공물(12)의 열가소성 재료에 의해 완전히 둘러싸여져서 부식의 문제가 배제된다.
금속 섹션(18)은 복수의 축방향 관통홀을 가지며, 상기 관통홀을 통해 가공물(12) 및 플랜지 섹션(16)의 용융물(melt)이 정밀하게 연결되어 일체형 연결부(66)가 형성된다. 게다가, 인터로킹 연결부(interlocking connection, 64)는 이와 같은 방식으로 그리고 금속 섹션(18)의 혼입에 의해 반경방향으로 형성된다.각각의 경우 금속 섹션(18)은 금속 섹션(18)의 상측 면과 하측 면에서 억지 끼워맞춤(force fit, 68)에 의해 인접한 열가소성 재료에 연결된다.
또한 도 1a에 도시된 바와 같이, 완성된 접합 연결부(60) 내의 접합 부품(10)은 가공물(12)의 표면 내로 축방향으로 소정의 크기로 침투된다. 이 경우, 소정의 크기는 "침투(70)"를 말한다.
도 1b는 완성된 접합 연결부(60)의 대안의 실시예를 도시한다. 이 경우, 접합 부품(10)은 가공물(12)이 용융될 수 없는 경우 열가소성 재료로 구성되는 기저 몸체(11)가 설치되며, 예를 들어 금속 또는 유리 또는 이와 유사한 재료로 구성된다. 이 경우, 열가소성 재료는 억지-끼워맞춤 연결부(68)가 가공물(12)의 표면과 접합 부품(10)으로 형성된 접합 섹션 사이에 형성되도록 금속 섹션(18)의 전체 하측 면에 걸쳐서 제공된다. 이 경우, 접합 섹션은 금속 섹션(18)에 의해 가열되고 용융되며, 접합 공정 동안 소정의 압력이 접합 부품(10)에 가해지고, 이에 따라 용융된 열가소성 재료는 측면으로 빠져나가서 비드(62)를 형성하며, 금속 섹션(18)은 또한 이 경우 열가소성 재료에 의해 완전히 둘러싸인다. 통상적으로, 이를 위해 열가소성 재료의 특정 잔여 두께(72)가 가공물(12)의 표면과 금속 섹션(18) 사이에 유지될 필요가 있다.
게다가, 도 1b의 실시예에서 기저 몸체(11)는 금속으로 제조될 수 있으며, 예를 들어 금속 섹션(18)과 일체로 형성될 수 있다.
게다가, 도 1a에 도시된 실시예에서, 접합 부품(10)은, 하측 면에 열가소성 재료가 제공되고 용융되며 가공물(12)의 용융물과 혼합되어 일체형 연결부가 형성되도록, 금속으로 구성된 기저 몸체(11)가 제공될 수 있다.
도 2는 열가소성 기저 몸체(11)를 포함한 하이브리드 접합 부품(10)의 경우 접합 부품(10)이 열가소성 재료로 구성된 가공물(12)에 접합되는, 접합 공정(80)의 절차를 나타낸다. 게다가, 이러한 실시예에서, 가공물(12)은 축방향으로 탄성적으로 변형될 수 있으며, 즉 예를 들어 압력이 가해질 때 전체적으로 축방향으로 편향될 수 있는 열가소성 재료로 구성된 상대적으로 얇은 플라스틱 패널의 형태이다.
도 2에서의 상측 부분은 시간에 대해 좌표화된 캐리지(32)의 위치(s)를 나타낸다. 중앙 부분은 시간(t)에 대하여 좌표화된 선형 드라이브(34)에 대한 전류(iL)를 나타낸다. 하측 부분은 유도 가열 장치(40)에 대한 전류(iI)를 나타낸다.
접합 방법은, 초기에 캐리지(32)가 접합 헤드 하우징(30) 내로 재차 완전히 이동되고 접합 부품(10)이 고정 장치(38)에 고정된 상태로부터 개시된다. 캐리지(32)의 이러한 위치는 도 2에서 S1으로 표시된다. 시간(t1)에서 선형 드라이브(34)는 제 1 값(I1)인 전류(iL)가 공급된다. 이에 따라, 캐리지(32)는 가공물(12)을 향하여 정밀하게 스프링(42)의 힘에 대해 접합 헤드 하우징(30)으로부터 이동된다. 이 경우, 캐리지(32)는 바람직하게 일정한 속도로 이동하여 선형 이동 프로파일이 생성된다.
변형되지 않은 상태에서 가공물(12)의 표면은 도 2에서 S0으로 표시된다. 시간(t2)에서 접합 부품(10)의 접합 표면(19)은 가공물(12)의 표면과 접촉한다. 이에 따라, 선형 드라이브(34)는 속도 조절로 인해 상대적으로 높은 전류가 필요하며, 이 전류는 도 2에서 I2로 예시적으로 도시된다. 이러한 공정 동안, 가공물(12)은 최대 디플렉션(maximum deflection, 84)까지 축방향으로 편향된다. 영점(So)은 I1으로부터 I2로의 전류 변화의 디플렉션과 캐리지(32)의 위치의 동시 디플렉션에 의해 정해질 수 있으며, 도 2에서 S2로 표시된 최대 디플렉션(84)의 크기도 또한 공지되었다.
이러한 방식으로 영점(So)이 정해지면, 선형 드라이브(34)의 전류(iL)는 값(I3)으로 감소된다. 이 값은 바람직하게 위치 조절에 의해 제공된 초기 접합 위치(initial joining position, S4)가 야기될 때까지 가공물(12)이 재차 탄성적으로 이동하기에 충분히 작다. 이 위치에서, 접합 표면(19)은 여전히 영점(So) 아래에 위치되며, 이에 따라 가공물(12)은 여전히 작은 크기 만큼 편향된다. 이러한 초기 접합 디플렉션 또는 벤딩은 도 2에서 86으로 표시된다.
유도 가열 장치(40)에 대한 전류(iL)는 그 뒤 시간(t4)에서 스위치-온(switch on)된다. 이 전류는 금속 섹션(18)을 가열시켜 플랜지 섹션(16)의 인접한 섹션들과 가공물(12)의 표면의 인접한 섹션들이 용융된다. 바람직하게, 시간(t'4)에서 위치 조절로부터 힘 조절로 변환된다(도 4에 도시됨).
섹션들이 용융되자마자, 용융물은 임의의 공동 내로 침투되기 시작하며 및/또는 횡방향으로 빠져나가고, 일체 연결부를 형성한다. 이에 따라, 선형 드라이브 전류(I3)가 동일하게 유지된다면, 캐리지(32)는 가공물(12)을 향해 추가로 이동된다. 본 실시예에서, 이는 힘 조절 또는 위치 조절에 의해 구현된다. 따라서, 시간(t5)에서 사전-프로그래밍된 침투(70)가 수행된다(이 경우, 캐리지(32)의 위치는 S5임). 이 과정이 진행됨에 따라, 캐리지(32)의 위치는 조절되고 사전프로그래밍된 침투(70)에서 일정하게 유지된다. 게다가, 시간(t5)에서 선형 드라이브(34) 내의 전류는 통상적으로 값(I4)으로 추가로 감소될 수 있으며, 본 경우에는 일정한 전류로서 도시된다. 그러나, 전류 값은 또한 위치 조절로 인해 이 영역에서 가변될 수 있다.
시간(t6)에서, 유도 가열 장치(40)는 스위치 오프된다. 그 뒤, 전체 용융물이 응고되는 동안 시간(t7)까지 대기 시간이 지나갈 수 있다. 이때, 선형 드라이브(34)는 후방 이동으로 변환되며, 이에 따라 음의 전류(-I1)가 생성되며, 캐리지(32)는 가공물(12)로부터 이격되도록 이동된다. 이러한 이동 이전에 고정 장치(38)는 해제되어야 한다. 시간(t8)에서 캐리지(32)는 접합 헤드 하우징(30) 내의 원래의 위치에 재차 도달되고, 이로 인해 전류의 크기가 재차 증가된다. 그 뒤, 전류는 스위치 오프되고, 접합 공정은 완료된다. 실례로서, 도 1a에 도시된 바와 같이 접합 연결부(60)가 형성된다.
도 1b에 도시된 바와 같이 접합 연결부(60)의 경우, 접합 부품(10) 또는 캐리지(32)의 위치는 금속 섹션(18)이 가열되는 동안 위치 조절될 수 있다. 이 경우, 침투(70)의 값은 비교적 작아지며, 특히 초기 접합 위치에 있는 동안 디플렉션(86)의 값보다 작다.
이 경우 간접적 영점 측정에 기초하여 위치 측정이 수행된다면, 측정 허용 오차가 고려되어야 한다. 이는 특히 영점과 근접하게 위치 조절을 하는 경우이다(예를 들어, 초기 접합 위치).
본 발명에 따르는 접합 장치 및 접합 방법의 추가 실시예는 통상적으로 각각 도 1에서의 접합 장치와 도 2에서의 접합 방법에 대응되는 하기 기술 내용에서 설명될 것이다. 따라서, 동일한 요소는 동일한 도면부호가 표시된다. 단지 차이점만이 하기에서 설명될 것이다.
도 3은, 시간(t4) 이후 특정 침투 값에서 위치 조절이 수행되지 않는 접합 방법(80)의 변형된 실시예를 도시한다. 사실상, 금속 섹션(18)을 가열하는 중 힘 조절이 수행되며, 이에 따라 가공물(12) 상에 접합 부품(10)에 의해 가해진 힘이 조절된다. 이에 따라 시간(t6)에서 침투(70)가 발생되며, 이 침투(70)는 화살표(71)로 도시된 바와 같이 한 접합 공정으로부터 그 외의 다른 접합 공정까지 가변될 수 있다.
이 실시예에서, 최대 침투(70')에 도달될 때(도 3의 시간(t'5)에서 점선으로 도시된 바와 같이), 과도한 깊이의 침투를 방지하기 위해 위치 조절로 전환될 수 있다. 이 경우, 위치는 도 3에 도시된 바와 같이 최대 침투(70')로 조절된다.
도 4는 캐리지(32)의 위치(s)에 대해 좌표화된, 접합 부품(10)에 의해 가공물(12)에 가해진 힘(F)의 형태인, 접합 방법(80)을 도시한다.
이 경우, 초기 위치(S1)로부터 시작하여 힘(F1)이 우선적으로 가해진다. 힘(F1)은 스프링(42)의 힘(F3)을 극복하고, 접합 장치(8)의 접합 헤드 하우징(30) 내로 캐리지(32)를 완전히 압축된 상태로 유지시키며, 캐리지(32)가 일정한 속도에 도달될때까지 가공물(12)의 방향으로 캐리지(32)를 가속시킨다. 일정 속도에 도달되자마자, 위치(S'1)에서 가속력은 스위치 오프되고, 예를 들어 300 mm/s의 일정한 속도를 유지하고 스프링력을 극복하기 위해 필요한 힘 성분만이 작용한다.
위치(So)에서 접합 부품(10)은 가공물(12)의 표면과 접촉한다. 선형 드라이브(34)는 캐리지(32)의 일정한 속도를 유지시키는 것을 시도할 때 이의 구동력을 증가시킨다. 그러나, 캐리지(32)는 가공물(12)이 변형되는 경우 제동되며, 위치(S2)에서 정지된다. 가공물의 위치(S0)는 거리 센서(53)에 의해 식별되며, 이 공정 상태로 공지되었다. 이제 접합 부품(10)은 선형 드라이브(34)의 구동력을 감소시킴으로써 위치(S4)로 이동되고, 이 위치에서 시간(t'4)까지 유지된다. 시간(t'4)에서, 위치(S4)에 대한 위치 조절은 위치(S5)에 도달되도록 힘 조절로 변환된다. 위치(S5)는 제공되는 유도 열 에너지의 양에 의존하여 물결처럼 움직인다(fluctuate). 힘 조절에 따라, 심지어 유도 가열이 스위치 오프될 때 만곡된 가공물(12)의 리셋팅 력이 일정한 힘(F2)에 대해 상쇠될 때까지 일정한 힘(F2)은 접합 부품(10)을 가공물(12) 내로 추가로 압축시키고 접합 부위로부터 용융된 재료를 압착한다. 접합 부품(10)은 용융된 열가소성 재료가 완전히 응고될 때까지 이러한 위치(S5)에 유지된다. 이제, 일정한 힘(F2)은 캐리지(32)가 접합 장치(8) 내의 이의 후방을 향하는 위치로 일정 속도로 재차 이동될 수 있을 때까지 감소된다.
게다가, 도 4는 2가지의 공정 윈도우(process window, 87A, 87B)를 도시한다. 공정 윈도우(87A)는 접합 공정이 수행되어져야 하는 선형 드라이브의 파워 한계(power limit)를 나타낸다. 바람직하게, 이러한 파워 한계는 접합 부품(10)의 길이에 의해 정해진다. 이 경우, 위치(S6)는 캐리지(32)가 접합 공정 이후 가공물(12)로부터 재차 잡아당겨질 수 있도록 오버샷(overshot)되어야 한다. 위치(S3)는 접합 공정 동안 오버샷되지 않는 캐리지의 최대 허용 이동 거리(12)를 나타낸다. 이 위치들은 유도 가열을 스위치 온하는 공정의 개시 이전에 점검되어야 하며, 이에 따라 접합 공정은 오버샷된다면 유도 가열이 스위치-온되기 전 종료될 수 있다. Fa와 Fb는 선형 드라이브(32)가 이 공정을 수행하기 위해 제공되어야 하는 최소 및 최대 힘이다.
공정 윈도우(87B)는 매개변수 모니터링이 바람직한 형태로 수행될 수 있도록 실제 접합 공정 절차가 수행되어야 하는 한계를 나타낸다. 이의 매개변수 한계와 오차는 각각의 접합 위치에 대해 개별적으로 정해져야 하며, 이의 자체 식별 번호가 제공되어야 한다.
힘/거리 프로파일은 바람직하게 예를 들어 도 6 및 도 7에서와 같이 오차 밴드(tolerance band)에 의해 둘러싸여진다. "접합 부품(10)을 가공물(12) 상에 배치하고" 및 "접합 부품(10)을 가공물(12) 상에 접합하는" 단계는 프로파일의 재현성(reproduceability)에 대해 개별적으로 모니터링될 수 있다. 이에 따라, 예방 관리(preventative maintenance)의 수단이 기인될 수 있다.
도 5는 접합 공정 동안 위치(S4) 신뢰성 있는 측정과 위치(S0)의 대략적인 \측정을 위한 2가지의 방법을 상세히 도시한다. 본 도면에 도시된 바와 같이, 가공물(12)은 접합 부위 주위에서 비교적 큰 크기 또는 작은 크기(S2 및 S2')로 재차 만곡된다.
만곡부(S2)의 경우, 이벤트 트리거(event trigger, T1, T2)는 캐리지가 실제로 정지되기 전 그리고 이후에 캐리지의 이동(트리거 T2)의 측정에 기초로 하고, 힘 측정 박스 상에서 선형 드라이브에 의해 가해진 힘(트리거 T1) 또는 선형 드라이브 내의 전류의 측정치에 기초로 수행된다. 만곡부(S2')의 경우, 이벤트 트리거(Ta, Tb)는 선형 드라이브에 의해 가해진 힘 또는 선형 드라이브 내의 전류의 측정치를 기초로 수행된다.
트리거(T1, Ta)에 따라 캐리지 위치가 직접적으로 측정된다. 이는 선호되는 위치(S4)와 대략 S0에 해당되며, 이는 힘과 전류의 갑작스러운 상승으로 인해 S0가 오버-샷되어야 하기 때문이다. 트리거(T2, Tb)에 따라 캐리지의 구동력의 감소가 야기되며, 이에 따라 캐리지는 S0 아래의 위치(S4)로 신뢰성 있게 이동될 수 있다.
이러한 두 가지의 경우, S0는 충분한 정확도로 식별될 수 있으며, 캐리지는 S0 다소 아래의 위치(S4)로 신뢰성 있게 이동될 수 있고, 이 위치에서 접합 부품(10)과 가공물(12)은 서로에 대해 압축된다.
도 6 및 도 7은, 도 3 및 도 2에 도시된 바와 같이 포락선(envelope curve, 88)이 이동(S)의 프로파일의 특정 섹션에 걸쳐서 배열되는, 접합 방법을 예시적으로 도시한다. 이 포락선(88)은 미리 형성되며, 허용가능한 이동 프로파일 오차를 나타낸다. 이러한 이동은 각각의 접합 공정 중 기록되고, 그 뒤 포락선(88)과 비교된다. 임의의 불일치(도 6 및 도 7에서 이중 머리 화살표로 도시된 바와 같이)가 있다면, 의심스러운 접합 공정이 추정되거나 또는 접합 공정은 특정의 기준에 부합되지 않는다. 대안으로, 복수의 이러한 불일치가 있는 경우에 관리 공정이 개시될 수 있다.
이 경우, 도 6은, 금속 섹션(18)이 가열되는 동안 힘 조절에 의해 가변될 수 있는 정도까지 침투(70)가 수행되는, 도 3으로부터의 방법을 도시한다.
도 7은 금속 섹션(18)이 가열되는 동안 위치 조절이 수행되는 도 2의 대안의 실시예를 도시한다. 따라서, 이 경우 침투(70)에 대한 포락선 오차는 제공되지 않는다.
도 8은 접합 공구(20)의 대안의 실시예를 도시한다. 접합 공구(20)는 코일(90)과 페라이트 코어(ferrite core, 92)를 포함한 유도 가열 장치(40)를 갖는다. 페라이트 코어(92)는 슬리브 섹션(94)을 가지며, 이 슬리브 섹션의 외측 주변 주위에 코일(90)이 배열된다. 슬리브 섹션(94)은 종방향 축(A)에 대해 동심을 이루어 정렬되고, 축방향 관통구(96)를 갖는다. 관통구(96)는 슬리브 섹션(94)의 하측 면이 플랜지 섹션(16)의 상측 면과 인접하게 배치되도록 접합 부품(10)의 고정 섹션(14)(예시적으로 생크(shank)의 형태)을 수용하도록 설계된다.
하나 이상의 돌출부(98)는 플랜지 섹션(16)의 상측 면에 형성되고, 플랜지 섹션(16)의 상측 면과 슬리브 섹션(94)의 하측 면 사이에 특정의 간격이 형성되도록 설계된다. 이에 따라 슬리브 섹션(94)은 필수적으로 단지 일부분이 플랜지 섹션(16)의 상측 면과 접촉하지 않으며 이에 따라 플랜지 섹션(16)이 가열될 때 슬리브 섹션(94)의 접착이 방지될 수 있다. 돌출부(98)의 길이는 금속 부분(18) 내에 자기장 밀도(magnetic field density)를 형성하는 결정 인자이며, 이에 따라 엄격한 오차에 따라 제조되어야 한다. 진공 고정 장치(vacuum holding device, 38)의 형태인 고정 장치(38)는 슬리브 섹션(94)의 상측 면에 제공된다. 이 경우, 관통구(96)의 상측 측면은 공기 채널에 의해 진공 펌프(100)에 연결되고, 상기 진공 펌프에 의해 슬리브 섹션(94)의 하측 면으로부터 상부를 향하는 공기 흐름(102)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 접합 부품(10)은 감소된 압력으로 슬리브 섹션(94)에 고정될 수 있다. 이러한 방식으로 유도 가열 장치(40)에 의한 자기장의 생성을 방해할 수 있는 금속성 부품이 배제된다. 게다가, 접합 공구(8)의 외측 직경은 상당히 작은 상태로 유지될 수 있다. 유도 코일(90)에 의해 생성된 자기장(104)은 연-자성 페라이트 코어(92)를 통과하고, 이의 하측 면으로부터 형성되어 플랜지 섹션(16)을 통하여 유도적으로 가열될 수 있는 금속 섹션(18)으로 들어간다. 이로부터, 자기장(104)은 실질적으로 반경방향으로 형성되며, 슬리브 섹션(94) 주위에서 외부에 형성되어 상측 면으로부터 자기 회로를 폐쇄한다.
지점(106)은, 과부하 시 냉각이 필요할 경우 공기 흐름(108)을 코일(90)을 통해 통과시키거나 또는 코일(90)을 지나가도록 설계된 코일 냉각 장치를 나타낸다. 필요 시, 공기 흐름(108)은 진공 펌프(100)로부터의 배출-공기 흐름으로부터 기인될 수 있다.
코일(90)이 냉각되어야 하는지를 식별하기 위하여, 온도 센서(110)가 코일(90) 상에 제공될 수 있다. 온도 센서는 자기장(104)의 가장 높은 밀도의 력선이 코일의 위치에 대해 배열되는, 즉 코일(90)이 가장 높게 가열될 수 있는 위치에 배열되는 것이 선호된다.
게다가, 제 2 온도 센서는 도면부호(112)로 도시되고, 플랜지 섹션(16)의 상측 면의 온도를 측정하도록 설계된다. 제 2 온도 센서(112)는 슬리브 섹션(94) 내에 축방향 센서 홀(114)을 제공함으로써 설치될 수 있으며, 이러한 센서 홀(114)을 통해 예를 들어 비-자성 재료로 구성된 유리-섬유 라인이 자기장에 영향을 미치지 않도록 형성된다. 실례로서, 온도는 플랜지 섹션(16)의 상측 면으로부터 방출되는 열 복사에 의해 또는 이와 유사한 방법으로 측정될 수 있다.
도 6은 유도 가열 장치(40)를 포함한 접합 공구(20)의 추가 대안의 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 페라이트 코어(92)는 U-형태이며, 슬리브 섹션(94)을 형성하는 개구부를 갖는 상측 횡방향 림(upper lateral limb)을 가지며, 상기 개구부를 통해 접합 부품(10)의 고정 섹션(14)이 돌출될 수 있다. 이에 따라, 필요 시 기계식 타입의 고정 장치(38)가 고정 섹션(14)에 작용할 수 있다.
게다가, 페라이트 코어(92)는 종방향 축과 평행하게 연장된 2개의 종방향 섹션을 가지며, 코일(90)은 상기 종방향 섹션 중 적어도 하나 주위에 배열된다.
도 9는 또한 제 2 종방향 섹션 주위에 배열될 수 있는 코일(90)을 도시한다.
따라서, 페라이트 코어(92)는 플랜지 섹션(16)의 외측 주변을 향하여 연장되는 2개의 하측 반경방향 림(lower radial limb)을 가질 수 있다. 이 경우, 자기장(104)은 페라이트 코어(92)를 통과하고 반경 방향(R)으로 금속 섹션(18)으로 들어가며, 이로부터 마주보는 측면에서 빠져나온다.
도 10은 유도 가열 장치(40)를 갖는 접합 공구(20)의 추가 실시예를 도시한다. 가열 장치(40)는 도 8에 도시된 가열 장치의 슬리브 섹션(94)과 유사할 수 있는 중앙 슬리브 섹션(94)을 포함하고, E-형 페라이트 코어(92)를 갖는다. 2개의 반경방향 림이 이의 상측 면에서 연결되고, 2개의 외측 종방향 섹션 내에서 병합된다. 각각의 경우, 코일(90)은 E-형 페라이트 코어(92)의 종방향 섹션과 슬리브 섹션(94) 주위에 배열될 수 있다. 이 경우, 2개의 자기 회로가 형성되며, 이들 각각은 자기장(104)를 생성한다. 이 경우, 예를 들어 도 8에 도시된 실시예의 경우와 같이, 각각의 자기장(104)은 플랜지 섹션(16)을 경유하여 상부로부터 부품(10)으로 들어가고, 금속 섹션(18)과 상호작용하며, 접합 부품(10)으로부터 반경방향으로 빠져나가고, 이에 따라 각각의 경우 페라이트 코어(92)의 외측 종방향 섹션의 하측 단부로 유입된다.
도 11은 유도 가열 장치(40)를 포함한 접합 공구(20)의 추가 실시예를 도시하며, 이 경우 통상적인 형상은 도 8에 도시된 것과 대응된다. 도면은 코일(90)의 위치가 축방향으로 가변될 수 있도록 선택될 수 있는 것을 도시한다. 도면은 또한 코일(90)이 가장 인접한 슬리브 섹션(94)의 축방향 단부에서 비교적 높은 자기장 밀도로 인해 가장 높은 온도(υ)가 각각 발생되는 것을 도시한다. 따라서, 슬리브 섹션(94)의 종방향 부분에 대해 코일(90)을 대략 중앙에 배열하는 것이 선호된다. 도면은 또한 필요 시 코일(90)의 온도 감지를 위한 온도 센서(110)가 코일(90)과는 독립적으로 온도가 가장 높은 영역에 정확히 놓여질 수 있는 것을 도시한다.
도 12는 암(120)을 갖는 접합 공구(20)의 추가 실시예를 도시하는데, 접합 헤드(30)는 도 12에서의 화살표로 도시된 바와 같이 축(116) 주위에서 회전할 수 있도록 상기 암(120) 상에 배열된다.
암(120)은 예를 들어 보다 구체적으로 도시되지 않은 매거진(magazine) 내에서 암(120) 상에 장착되는 다수의 접합 부품(10)을 보유하도록 설계된다.
부품(10)은 서로 연결된 부품 체인(component chain, 122)의 형태로 매거진 내에 배열될 수 있으며, 개개의 접합 부품(10)은 열가소성 기저 몸체로부터 제조되고 동일한 재료로 구성된 연결 웨브(124)에 의해 서로 링크고정된다. 게다가, 예시적으로 도시된 분리 장치(126)는 암(120) 내에 제공되고, 각각의 경우 부품 체인(122), 도시된 경우 부품(10A)으로부터 하나의 부품을 분리하도록 설계된다.
이와 같은 방식으로 분리되는 부품(10A)은 핸드오버 장치(handover device, 128)에 의해 핸드오버 위치로 전달될 수 있다. 도 12는 핸드오버 위치에 있는 부품(10B)을 도시한다.
접합 헤드(30)는, 캐리지(32)가 작동 시 도 12에서 점선으로 도시된 바와 같이 핸드오버 위치에 있는 부품(10B)을 픽업할 수 있도록, 회전할 수 있다.
그 뒤, 이와 같은 방식으로 픽업된 부품은 도 12에서 부품(10C)에 대해 도시된 바와 같이 가공물(12)의 표면에 접합될 수 있다.
부품 체인(122) 내의 요소들은 또한 플랜지 섹션(16) 상에 링크고정되는 대신에 고정 섹션(14) 상에서 서로 링크고정될 수 있다. 게다가, 부품 체인(122)은 또한 롤의 형태로 매거진 내에 배치될 수 있다. 이 경우, 부품 체인(122)의 전방 단부가 항시 핸드오버 위치에 위치되도록 도시되지 않은 이동 장치에 의해 부품 체인(122)이 전방을 향해 이동될 수 있기 때문에 핸드오버 장치(128)가 제공되지 않을 수 있다.
본 발명은 하기 기술 내용에 설명된 바와 같이 다양한 방식으로 구성되고 변경될 수 있다.
실례로서, 접합 부품(10)은 8 내지 20 mm 범위의 플랜지 섹션 직경을 갖는 x-마스 트리 스터드의 형태일 수 있다.
접합 부품의 고정 섹션은 쓰레드(thread)가 있거나 또는 없는 생크 섹션(shank section)의 형태일 수 있으며, 이에 따라 부품(예를 들어 라인)의 홀더와 같은 기능을 수행하는 플라스틱 클립이 고정 섹션에 부착될 수 있다. 대안으로, 고정 섹션은 또한 이러한 기능을 자체적으로 수행하도록 설계될 수 있다.
이 도면에서, 전류(iL, i1)는 평균 전류로서 각각 도시된다. 사실상, 전류는 통상적으로 교류이며, 예를 들어 5 kHz 내지 50 kHz의 범위로 측정될 수 있다.
압축 공기를 유입시키는 대신에, 코일(90)은 또한 공기가 코일 내에서 또는 코일(90)을 지나서 이동되도록 코일(90)을 연결시킴으로써 감소된 압력으로 냉각될 수 있다.
실례로서, 돌출부(98)는 0.05 mm 미만의 높은 정확도에 따라 0.2 mm 내지 0.5 mm의 범위로 각각 설계된 3개의 돌출부에 의해 형성될 수 있고, 120˚로 오프셋 설정된다.
금속 섹션(18)을 가열하는 동안 힘 조절을 수행하기 위해, 선형 드라이브(34)에 의해 가해지는 힘으로부터 스프링(42)에 의해 가해진 대항력(opposing force)을 차감함으로써 접합 부품(10)에 가해진 전체 힘을 계산하는 것이 선호될 수 있다. 필요 시 중력은 공간 내에서 접합 공구(20)의 배향에 의존하여 이러한 전체 힘에 추가되거나 또는 이로부터 차감될 수 있다. 이 경우, 캐리지(32)의 전체 중량은 앵글(angle)이 기울어진 경우 가능한 삼각함수 공식을 이용하여 고려된다.
통신의 목적으로, 제어 유닛(26)과 제어 장치(36) 사이의 접속이 버스 접속(bus connection) 또는 RS485 통신 라인 또는 이와 유사한 것에 의해 형성될 수 있다.
복수의 접합 부품(10)들을 서로 직렬로 결합할 때, 본 발명에 따르는 방법은 각각 연속적으로 수행될 수 있으며, 하나의 새로운 접합 부품(10)은 각각의 공정들 사이에서 접합 공구(20)로 전달된다. 이러한 전달은 고정 부품 공급 스테이션(54) 또는 접합 공구(20) 상에 제공된 매거진으로부터 수행될 수 있다. 매거진이 접합 공구(20) 상에 있는 실시예에서, 특정 수의 접합 공정 이후 매거진을 교체할 필요가 있으며, 이 경우 새로운 매거진은 재차 부품 공급 스테이션(54)에 제공될 수 있다. 로봇(22)을 이용할 때, 이러한 전달은 또한 자동화될 수 있다.
또한, 매거진이 교체될 때 전체 접합 공구(20)를 교체할 수 있다. 이 경우, 새로이 채워진 매거진을 포함한 새로운 접합 공구(20)는 로봇(22) 상에서 픽업되고, 매거진이 비워진 접합 공구는 예를 들어 접합 부품(10)으로 매거진을 끼워넣기 위해 제거된다.

Claims (27)

  1. 가공물(12)에 하이브리드 접합 부품(10)을 축방향 접합하기 위한 방법(80)으로서, 접합 부품(10)은 열가소성 접합 섹션(16, 17) 및 가열될 수 있는 금속 섹션(18)을 가지며, 상기 방법은
    a) 접합 부품(10)을 가공물(12)의 표면상으로 축방향 하강시키는 단계와,
    b) 접합 섹션(16, 17)이 적어도 부분적으로 용융되도록 금속 섹션(18)을 가열하는 단계와,
    c) 접합 부품(10)이 가공물(12)의 표면과 억지-끼워맞춤, 인터로킹 및/또는 일체식 연결을 구성하도록 금속 섹션(18)의 가열을 종료하는 단계를 포함하고,
    접합 부품(10)은, 접합 부품(10)이 임의의 상반된 지지 없이 가공물(12)의 표면에 접합될 수 있도록, 적어도 금속 섹션(18)을 가열하는 동안 가공물(12)에 대해 힘이 조절되고 및/또는 위치가 조절된 상태로 보유되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 가공물(12)은 축방향(A)으로 탄성변형가능하고, 접합 부품(10)은, 가공물(12)이 축방향으로 변형되도록, 금속 섹션(18)이 가열되기 전 가공물(12)의 표면상으로 하강되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 변형되지 않은 상태에서 가공물(12)의 표면의 축방향 위치를 측정하기 위해 영점은 표면으로의 하강의 개시 시에 또는 표면으로의 하강 중에 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 영점(S0)은 접합 공구(20) 상에 배열된 거리 센서(53)에 의해 측정되고, 이 접합 공구상에서 접합 부품(10)은 접합 방법(80) 동안 고정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 영점(S0)은 접합 부품(10)의 축방향 하강을 위해 필요한 힘(iL)의 변화에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 가공물(12)의 탄성은 영점의 측정에 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 접합 부품은, 금속 섹션(18)이 가열되기 전 가공물(12)이 탄성 변형되는 사전정해진 초기 접합 위치(S4)로 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 초기 접합 위치(S4)는 영점이 측정되는 동안 가공물(12)의 변형부(S2)와 영점(S0) 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 가공물(12)과 접합 부품(10) 사이의 상대 위치(70)는 적어도 금속 섹션(18)을 가열하는 일부 단계 중 목표 위치에서 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 가공물(12)과 접합 부품(10) 사이의 상대 위치(70)는 목표 힘으로 조절에 의해 설정되며, 이에 따라 접합 부품(10)은 적어도 금속 섹션(18)을 가열하는 일부 단계 중 가공물(12) 상으로 압축되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 가공물(12)과 접합 부품(10) 사이의 상대 위치(70)는 위치에 대해 미리조정된 최대치에 도달될 때 힘 조절이 위치 조절로 변환되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 가공물(12)은 열가소성 재료로 제조되고, 금속 섹션(18)은 가공물(12)의 표면 섹션과 접합 부품(10)의 접합 섹션(16, 17)이 용융되도록 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 접합 부품(10)은 금속 요소(18)가 일체구성된 플랜지 섹션(16)을 포함한 열가소성 기저 몸체(11)를 가지며, 접합 방법(80)은 금속 요소(18)가 완성된 접합 연결부(60) 내의 열가소성 재료에 의해 완전히 둘러싸여지도록 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 접합 부품(10)은, 금속 섹션(18)이 플랜지 섹션(16)의 림(17)에 의해 둘러싸여지도록, 금속 요소(18)가 일체구성된 플랜지 섹션(16)을 포함한 열가소성 기저 몸체(11)를 가지며, 접합 방법(80)은 림(17)이 용융되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 접합 부위의 온도는 적어도 금속 섹션(18)을 가열하는 동안 측정되며, 이와 같은 방식으로 측정된 온도는 접합 방법(80)의 제어 내에 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 열가소성 재료로 구성되고 접합 부위의 림 영역 내에 형성된 비드(62)의 형태는 모니터링되며, 이와 같은 방식으로 측정된 형태는 접합 방법(80)의 제어 내에 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따르는 접합 방법(80)을 수행하기 위한 접합 장치(8)로서,
    a) 접합 부품(10)을 축방향(A)으로 가공물(12)의 표면상으로 이동시키도록 설계되며, 접합 부품(10)이 고정될 수 있는 접합 공구(20)와,
    b) 접합 부품(10)의 금속 섹션(18)을 가열하기 위한 가열 장치(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  18. 제17항에 있어서, 가열 장치(40)는 페라이트 코어(91) 및 코일(90)을 포함한 유도 가열 장치를 가지며, 페라이트 코어(92)는 슬리브 섹션(93)을 가지며, 접합 부품(10)은 접합 부품(10)의 고정 섹션(14)이 슬리브 섹션(94)에 의해 둘러싸여지도록 접합 공구(20) 상에 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  19. 제18항에 있어서, 슬리브 섹션(94)은 접합 부품(10)의 고정 섹션(14)에 진공 고정력을 가하도록 설계된 진공 고정 장치(38)에 연결되는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 접합 공구(20)는 접합 부위의 온도를 측정하도록 설계된 온도 센서(50)를 갖는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  21. 제18항 및 제20항에 있어서, 온도 센서(50)는 슬리브 섹션(94) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  22. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 접합 부품(10)을 고정하기 위한 고정 장치(38)와 가열 장치(40)는 접합 공구(20)의 하우징(30)에 대해 선형 드라이브(34)에 의해 이동될 수 있는 캐리지(32) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  23. 제22항에 있어서, 캐리지(32)의 위치를 측정하기 위한 위치 센서(44)를 갖는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  24. 제17항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 가공물(12) 상으로 접합 부품(10)을 압축시키는 힘을 측정하기 위한 힘 센서(46)를 갖는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  25. 제17항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 공간 내에서 접합 공구(20)의 배향을 측정하기 위한 배향 센서(48)를 갖는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  26. 제17항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 접합 공구(20)는 회전 액추에이터(56)를 가지며, 상기 회전 액추에이터에 의해 접합 부품(10)은 가공물(12)로 이동되기 전 또는 이동되는 동안 종방향 축(A) 주위의 사전정해진 회전 위치에서 정렬될 수 있는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  27. 제17항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 접합 공구(20) 및/또는 가열 장치는 제어 유닛(26)으로 전송될 수 있는 식별 코드를 위한 스토어를 갖는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
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