TW464575B - Projection bolt welding device - Google Patents

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心4服 d o c / 0 0 6 A7 B7 五、發明說明（/ ) 本發明是有關於一種熔接突出螺絲釘之熔接系統， 並且此突出螺絲釘（projection bolt)包括一軸桿 (shaft)、一凸緣（flange)以及一待熔突出物（project ion f or we 1 d i ng)，而將此螺絲釘熔接到薄板形狀之工作件。 日本專利公開第2509103號揭露出在活動式電極頭 內具有一容納孔（r e c e i v i n g h ο 1 e)，而突出螺絲釘之軸桿 可放入此活動式電極頭之容納孔內，而此容納孔抓住突出 螺絲釘，再透過活動式電極頭（movable electrode)的前 進將突出螺絲釘焊接於工作件，工作件可以是鐵製薄板的 形狀。 習知技藝揭露於上，由於熔接系統是固定的類型， 因此必須移動工作件，如果將此熔接系統應用到大尺寸的 工作件上，例如汽車的地板板金，將會變得不切實際。而 另外的替代方案可以使用活動類型的熔接系統，然而在特 殊的考量下，必須提供一機構以供給突出螺絲釘到電極頭 上。換句話說，在熔接系統裝上一凸出螺絲釘進料機構 (projection bolt feed unit)後，此系統便可以提供突 出螺絲釘到電極頭上。此外，必須精確地抓住由軸桿、凸 緣、待熔突出物所組成的突出螺絲釘，以獲得良好的熔接 品質。 依照本發明，突出螺絲釘熔接系統是用來熔接突出 螺絲釘之用，而突出螺絲釘包括一軸桿、-凸緣、一待熔 突出物，凸緣位於軸桿的一端，待熔突出物位於凸緣的一一 表面，此表面是在具有軸桿之表面的背面，而面對薄板形 4 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -—111· I I I "— — —111 — — 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 464575 6203pif，d〇c/〇〇 五、發明說明（之） M t 1 ^ ^ °此突出螺絲釘熔接系統包括一熔接骨架 Weldmg fUme)、一移動式電極頭和一固定式電極頭 (flXed eleetr〇de)、-一突出螺絲釘進料機構，其中熔接 過自動控制系統（robot sy s t em)移動至適當位 § ’胃胃®I式電極頭和固定式電極頭裝設在熔接骨架上， 並f在移動式電極頭和固定式電極頭之中的其中一個具有 ’此容納孔可以容納突出螺絲釘的軸桿，此外突 絲、釘進料機構依附於該熔接骨架。接下來將透過突出 進料機構將突出螺絲釘的軸桿插入容納孔中，然後 架前進到指定的位置，並供給能量將突出螺絲釘 焊接於工作件上。如上所述，將熔接骨架和突出螺絲釘進 於一體，使得供應突出螺絲釘到電極頭後，電 貝前進到工作件上的目標位置完成焊接的動作，因此不 需要裝設特殊的器具來移動大尺寸的工作件。 從熔接骨架前進路徑的方向來看，突出螺絲釘進料 機構可裝設在活動式電極頭和固定式電極頭的後面。當熔 接骨架前進至工作件的過程中，抓住突出螺絲釘之電極頭 必須前進到熔接最初的位置，換句話說，不能因爲突出螺 絲釘進料系統而阻礙熔接骨架的前進。如果熔接螺絲釘進 料系統安裝於熔接骨架的前面，則熔接螺絲釘進料系統會 受周圍地區的其他元件阻礙，使得在任何想要的地方完成 溶接突出螺絲釘的工作變得不可能。因此，沒有阻礙問題 的突出螺絲釘進料系統如上所述，是一種高性能的熔接系 統c 本紙張尺料帛中賴家標iMCNS)A4規格（2】〇x297公爱） --t!il1( ------ 1--訂------l I I <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 6203pif.doc/006 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（j) 突出螺絲釘進料機構包括一前後活動進料桿 (forward-backward feed rod) —•抓取頭（holding head)、 .一驅動裝置（d门ve unit)，而抓取頭依附於進料桿，並且 透過驅動裝置將突出螺絲釘之軸桿放入容納孔之中。前後 活動進料桿從熔接骨架伸出也退回至熔接骨架，並且被抓 取頭抓住的突出螺絲釘可以順利地移動到活動式電極頭與 固定式電極頭之間。此外當突出螺絲釘之軸桿與容納孔同 軸時，進料桿的前進停止，再透過驅動裝置之輸出構件將 突出螺絲釘之軸桿放入容納孔中，如此可以確保高可靠度 的進料，故進料桿的前過程進會影響進料的可靠度。 將驅動裝置固定於熔接骨架之臂桿構件（arm member)，而將進料桿之前後活動驅動機構固定於驅動裝 置之輸出構件（output member)，並且進料桿由兩個方向， 沿著臂桿構件翹起一定之程度，而當抓取頭所抓住的突出 螺絲釘之軸桿與容納孔在同軸的位置時，則進料桿就停 住，將突出螺絲釘之軸桿從停住的位置放入容納孔之中。 由於提供前後活動驅動機構以及驅動裝置，因此突出螺絲 釘可以透過前後活動驅動機構將進料桿精確地移動到活動 式電極頭與固定式電極頭之間的位置，並且透過驅動裝置 可以將突出螺絲釘之軸桿精確地放入容納孔中，另外將前 後活動驅動機構固定於驅動裝置的輸出端，如此之機構將 會呈現高性能的熔接系統。因爲進料桿由兩個方向沿著臂 桿構件翹起，所以使得突出螺絲釘可以移動到活動式電極 頭與固定式電極頭之間，並且突出螺絲釘進料機構可以裝 III —--J!li 48^ · I I 1 卜 ί 1 訂----III-- <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 464575 6203pif.doc/006 A7 ____B7____________ 五、發明說明（4) 置於熔接骨架之上。 圖式之簡單說明： 第1圖繪示本發明實施例之突出螺絲釘熔接系統的 側視圖。 第2圖繪示第1圖之零件的右側視圖。 第3圖繪示抓取頭與容納孔關係的剖面視圖。 第4圖繪示突出螺絲釘的側視圖 圖式之標示說明： 1 :自動控制系統 2 :臂桿 3:活結接頭 4 :平衡器 5:熔接骨架 5a :臂桿構件 6:活動式電極頭 7:固定式電極頭 8、16、29 :氣缸 9 :容納孔 10 :突出螺絲釘 11 :軸桿 12 :凸緣 13 :待熔突出物 14 ··突出螺絲釘進料機構 15 :托座 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗〇χ 297公釐） ------ I I I I 1 ^ i t I l· I I I ^ -------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 46457 5 五、發明說明（t) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 17 : 活塞桿 18 ： 進料桿 19 : 前後活動驅動機構 20 ： 連結臂桿 21 ： 連結圓筒 22 ： 抓取頭 23 : 抓取頭主體 24 ： 空孔 24a :大直徑空孔 24b :小直徑空孔 25 : 磁鐵 26 ： 通氣孔 27 ： 通氣軟管 28 ： 磁鐵 30 ： 零件進料管 31 : 零件進料器 32 ： 通氣軟管 33 : 工作件 34 ： 夾具 35 : 固定構件 36 ： 基座 37 · 骨架構體 37a :旋轉式夾具臂桿 38 ： 工作軸桿 -------1产 裝---I Γ I--訂 * ------ (請先閒讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財農局員工消費合作社印製 ^ 〇 4 5 7 5 6203pif.doc/006 A7 --- B7 五、發明說明（6 ) 40 :壓縮螺旋彈簧 實施例 在此將詳細地說明本發明之實施例，並加以圖示以 作爲參考。 如第1圖所示，自動控制系統1( robot system)的 外緣部分具有一臂桿2(arm)以及一活節接頭 3(articulatory joint)。一般來說，自動控制系統1是 六軸形式。活節接頭3透過平衡器4( equalizer)與熔接骨 架 5(welding frame)接合。 熔接骨架5具有各種不同之形式，然而C型之熔接 骨架應用於本實施例中，亦可用X型之熔接骨架來替代C 型之熔接骨架。在熔接骨架5之頂端裝置一活動式電極頭 6 (movable electrode)以及一固定式電極頭 7(fixed electrode)。活動式電極焊6透過氣缸8( air cylinder) 來驅動，而氣紅8與溶接骨架5接合，亦可以用電動馬達 來代替氣缸8。活動式電極頭6、固定式電極頭7是裝設 在同軸的位置上，並且活動式電極頭或固定式電極頭的其 中一個具有一容納孔（receiving hole)，在此容納孔內， 可容納突出螺絲釘之軸桿’而在本實施例中’固定式電極 頭7具有一容納孔9。 如第4圖所示，一鐵製的突出螺絲釘1 〇 (P r 0 j e c t i on bo丨t)包括一軸桿lUshaft)、一圓形之Λ緣12(flange) 以及一待培突出物13(project ion for we丨ding) ’其中凸 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） --— — — — — — — — 1^ — — 訂----- ----I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 457 5 6203pif.doc/006 A7 ----- B7 五、發明說明（7) 緣12與軸桿11合成一體，並且待熔突出物13位於凸緣 之一表面，而此表面是在具有軸桿11之表面的背面，亦 可以在平坦的凸緣12之表面形成三或四個樹瘤狀（wart) 的突起之待熔突出物13。 如第1圖所示，從熔接骨架5前進的方向來看，也 就是往待用工作件之方向來看，突出螺絲釘進料機構 14(projection bolt feed unit)裝置在活動式電極頭6 和固定式電極頭7之後面的位置，而待用工作件位於另外 孤立之位置（在第1圖之右側）。換句話說，當熔接骨架5 在前進的過程中，活動式電極頭6和固定式電極頭7前進 至最先的位置，並且突出螺絲釘進料機構14位於活動式 電極頭6和固定式電極頭7之後面。 在熔接骨架側面地延伸部分具有一臂桿構件5aUrm member)，在臂桿構件5a的側面表面固定一托座 15(bracket)，在托座15之上裝上一氣缸16(air cy 1 i nder)，而氣缸16是一驅動裝置。一進料桿18( f eed rod) 之前後活動驅動機構 19(forward-backward moving drive unit)固定在活塞桿17(piston rod)之上，而活塞桿17是 驅動裝置（氣缸16)的輸出構件。前後活動驅動機構19包 括一氣缸19，而透過一連結臂桿20(coupling arm)以及 一連結圓筒21 (coupling cylinder)將氣缸19和活塞桿17 合成一單一機構，且連結圓筒21裝置在氣缸19之上。電 動馬達可以用來替代氣缸16和氣缸19，當使用電動馬達 時，必須裝置一機構，此機構將馬達之轉動運動轉換成線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------.—X^-----Γ —訂------—疼 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局具工消費合作社印製 ^64575 6203pif*doc/006 A7 _ _ B7 五、發明說明（p) 性來回之運動。 進料桿18是由兩個方向或是由兩個平面’沿著臂 桿構件5a翹起。如第1圖的指示所示，翹起的部分是傾 斜一角度Θ1 ;如第2圖的指示所示，翹起的部分是傾斜一 角度θ2，亦即進料桿18與臂桿構件5a是呈現具有斜度的 排列。抓取頭22( hoi ding head)與進料桿18的頂端接合， 並且抓取頭22可容納一突出螺絲釘10，而當抓取頭22在 前進的過程中，可以將突出螺絲釘10帶領到突出螺絲釘 之軸桿11與容納孔9同軸的位置。 如第3圖所示，抓取頭22的軸與進料桿18的軸交 叉呈銳角的狀態，且在抓取頭主體23(head body)之下具 有一開口朝下之圓形空孔24(concavi ty)，而在空孔24之 中可容納一凸緣12。由於待熔突出物13與凸緣12合成於 一體，因此空孔包含一大直徑空孔24a(large-diameter 口〇1^丨〇11)以容納凸緣12以及一小直徑空孔241)(3!1^11-diameter portion)以容納待熔突出物13。在空孔24的深 部埋入一磁鐵25(magnet)(永久性磁鐵），藉由吸住突出 螺絲釘之凸緣12,使得突出螺絲釘1〇呈現出安定狀態 (stable state)。此安定狀態是指凸緣12的周邊與大直 徑空孔24a的底部表面緊密連接。 在抓取頭主體23之中間位置具有一通氣孔26(air passage)，且通氣孔26開於小直徑空孔24b的底部。藉 由高壓氣體從通氣孔26灌入，用以突破磁鐵25的吸力， 使得突出螺絲釘之凸緣12強制地與空孔24分離，而臣將 本紙張尺度適用中舀國家標準（CNS)A4規格（2】0 X 297公釐） -------.— — lli. ----l· ! I 訂·！ — II· ί (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 464575 6203pif.ci〇c/006 A7 _B7___ 五、發明說明（1 ) 突出螺絲釘之軸桿11完全地插入容納孔9之中。其中， 通氣軟管27(air hose)與通氣孔26連接’且壓縮氣體進 氣的時機是當部份之突出螺絲釘的軸桿Π進入容納孔9 之後。在容納孔之深部具有一磁鐵28(magnet)(永久性磁 鐵），磁鐵28將插入容納孔後之突出螺絲釘10緊緊地吸 住。若是將圖3的頂部與底部倒置，則藉由磁鐵28吸住 突出螺絲釘10的裝置是必要的。 如第1圖所示，當進料桿18位於引退位置（retreat position)時，必須將凸緣12吸進空孔24之內。爲了達 到此目的，一零件進料管30(parts feed pipe)與托座 29(bracket)連接，而托座29固定於氣缸19之上，並且 零件進料管30的端點必須與抓取頭22配合（如第1圖的 虛線部份所示）。零件進料管30與零件進料器31(parts feeder)連接，藉由從通氣軟管32(air hose)輸入壓力氣 體，將突出螺絲釘10向上運載到抓取頭22。 一夾具34 ( c lamp un i t)將鋼鐵板狀之工作件 33(work)穩穩地固定住。夾具34是普通的樣式，將工作 件33緊密地夾在基座36(base)與旋轉式夾具臂桿 37a(rotary clamp arm)之間，而基座36裝設在固定構件 35( stationary member)之上。當熔接骨架5在返回的狀 態時，工作件33與熔接骨架5是呈現分離的狀態，然而 圖1指示出當熔接骨架5在前進時，工作片33位於活動 式電極頭6與固定式電極頭7之間。 透過平衡器4使得整個熔接骨架5往_h移動，將固 ΐ請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝！ ---—訂-------^ I . 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ' 46457 5 6203pif.doc/006 A7 _ B7 五、發明說明（0) 定式電極頭6與工作件33的下表面碰觸，再藉由氣壓缸8 的作用’使活動式電極頭6前進以接觸工作件33，如此將 產生反作用力，使工作件33被活動式電極頭6與固定式 電極頭7緊密地壓住。爲了達成上述之目的，一管道形式 的骨架構體37( frame member)固定於活結接頭3之上，而 工作軸桿38(working shaft)裝設在骨架構體37之內，並 且順滑地延伸穿過托座39(bracket)，且托座39固定於溶 接骨架5之上。在各個托座39與骨架構體37之端牆間具 有一壓縮螺旋彈簧40(compression coil spring)。移動 式電極頭6之前進會對熔接骨架5產生反作用力，而壓縮 螺旋彈簧40的其中一個會被壓縮，產生平衡的作用。 接下來將敘述上述機構的動作。當抓取頭22在第1 圖中虛線的位置時，突出螺絲釘10由零件進料器31傳送 過來，此時螺絲釘的凸緣12和待熔突出物13容納在抓取 頭22之空孔24中，而軸桿11從抓取頭22的下端伸出。 然後進料桿18前進使得軸桿11和容納孔9在同軸的位置’ 隨後透過氣缸16的動作，使得整個進料桿18前進將軸桿 11放入容納孔9之中，再透過通氣孔26傳送高壓氣體’ 使得突出螺絲釘之軸桿11完全地進入容納孔9之中。然 後抓取頭22依照相反的軌跡回到原先的位置° 接下來透過自動控制系統1的動作使得溶接骨架5 前進，活動式電極頭6和固定式電極頭7到達工作件33 的地方，而工作件33之前已經在遠離熔接骨架5的地方 待命。然後活動式電極頭6前進，而平衡器4平衡待熔突 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---1----I — 1.J裝 - ---* — —1 訂_! — — 1!線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 6457 5 6203pif.doc/006 八7 _______ 五、發明說明（丨丨） 出物13壓在工作件33下表面的壓力’之後供給能量將突 出螺絲釘10焊接於工作件33之上。當第一個突出螺絲釘 10完成焊接之後，活動式電極頭6退回’而透過平衡器4 的作用，使得熔接骨架5前進而使得固定式電極頭7與工 作件33之間具有一空間’然後抓取頭22前進至上述之空 間，將第二個突出螺絲釘之軸桿11放入容納孔9之中， 並完成熔接的動作。亦即將工作件33置於活動式電極頭6 與固定式電極頭7之間，突出螺絲釘10的熔接動作一個 接著一個順利地完成。 成功的熔接動作必須將熔接骨架5的移動軌跡縮 減，如此熔接骨架5的移動是有效率的’依序地將突出螺 絲釘10焊接完成。即使將第1圖的整個系統上下顛倒， 則相同的動作還是可以運作。 (請先閱讀背面之注辛¥項再填寫本頁) ·丨丨 — — 1 I 訂·! - 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印装 本紙張尺度適用中國囷家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 464575 62〇3pif.doc/〇〇6 六、申請專利範圍 1. 一種突出螺絲釘熔接系統，用以熔接突出螺絲 釘，而該突出螺絲釘包括一軸桿、一凸緣 '一待熔突出物， 該凸緣成形於該軸桿的一端’該待溶突出物位於該凸緣的 一表面，該表面是在具有該軸桿之表面的背面’而面對薄 板形狀之工作件’並且該突出螺絲釘熔接系統包括： 一熔接骨架，該熔接骨架透過一自動控制系統移動 至適當位置： 一移動式電極頭和一固定式電極頭，該移動式電極 頭和該固定式電極頭裝設在該熔接骨架上’而在該移動式 電極頭和該固定式電極頭之中的其中―個具有一容納孔， 該容納孔可容納該軸桿；以及 一突出螺絲釘進料機構，該突出螺絲釘進料機構依 附於該熔接骨架。 2. 如申請專利範圍第1項所述之突出螺絲釘熔接系 統，其中從該熔接骨架前進路徑$方向來.看，該突出螺絲 釘進料機構裝設在該活動式電寧該固定式電極頭的後 面。 3·如申請專利範圍第1項相隹項所述之突出螺絲 釘熔接系統，其中該突出螺絲釘^構包括一前後活動 進料桿、一抓取頭、-驅動裝置，而該抓取頭依附於該進 料桿，並且透過該驅動裝置將該突出螺絲釣之該軸桿放入 該容納孔之中。 4.如申請專利範圍第3項所述之突出螺絲釘熔接系 統，其中該驅動裝置固定於該熔接骨架之臂桿構件，而該 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（21〇 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) l· l· . I — I ! I 訂 i ----線 _ 46457 5 6203pif.doc/006 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 進料桿之前後活動驅動機構固定於該驅動裝置之輸出構 件，並且該進料桿由兩個方向，沿著該臂桿構件翹起一定 之程度，而當該抓取頭所抓住的該突出螺絲釘之該軸桿與 該容納孔位於同軸的位置時，則該進料桿就停住，將該軸 桿從停住的位置放入該容納孔之中。 5.—種突出螺絲釘熔接系統，用以熔接突出螺絲 釘，而該突出螺絲釘包括一軸桿、一凸緣、一待熔突出物， 該凸緣成形於該軸桿的一端，該待熔突出物位於該凸緣的 一表面，該表面是在具有該軸桿之表面的背面，而面對薄 板形狀之工作件，並且該突出螺絲釘熔接系統包括： 一熔接骨架，該熔接骨架透過一自動控制系統移動 至適當位置； 一移動式電極頭和一固定式電極頭，該移動式電極 頭和該固定式電極頭裝設在該熔接骨架上，而該移動式電 極頭和該固定式電極頭之中的其中一個具有一容納孔，該 容納孔可容納該軸桿；以及 一突出螺絲釘進料機構，該突出螺絲釘進料機構依 附於該熔接骨架，並且該突出螺絲釘進料機構包括： 一前後活動進料桿； 一抓取頭，該抓取頭依附於該進料桿；以及 一驅動裝置，透過該驅動裝置將該突出螺絲 釘之該軸桿放入該容納孔之中； 該驅動裝置固定於該熔接骨架之臂桿構件； 該進料桿之前後活動驅動機構固定於該驅動 1. ί I 111 —--Γ1 I l· r. - I I I I I I I ----111—· , (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2KJ X 297公釐） i4b45?5 &203pif. doc/006 "*---- 六、申請專利範圍 裝置之輸出構件，並且該進料桿由兩個方向’沿著該臂桿 構件翹起一定之程度’而當該抓取頭所抓住的該突出螺絲 釘之該軸桿與該容納孔位於同軸的位置時，則該進料桿就 停住，將該軸桿從停住的位置放入該容納孔之中。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）