JPH05505146A - 会話形のスタッド溶接銃 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 会話形のスタッド溶接銃 発明の背景 本発明は、スタッド端部溶接の技術に適用され、より詳細には、スタッド溶接電 源及び制御回路と相互作用し、スタッドの所定の持ち上げ、保持及び押し付けを 提供するスタッド溶接銃を備えるスタッド端部溶接装置に適用される。

代表的なスタッド溶接装置は、電源と、該電源に関連して設けられスタッド溶接 銃に関連して作動する制御回路とを備える。

代表的なスタッド溶接銃は、錠本体と、該錠本体の中で運動可能であると共にそ の一端部にスタッドチャックを有する銃シャフトとを備える形式である。スタッ ド溶接銃本体の中の銃シャフトの他端部は、クラッチ機構と協働する。

代表的なスタッド溶接銃は、クラッチ機構に接続された電気ソレノイドを備える 。銃が溶接すべき位置に設けられると、クラッチが、スタッドのチャックの中の 銃シャフトアセンブリ及びスタッドを基準データ面に位置させる。

電力供給及び制御回路が、スタッド溶接銃のトリガに接続されている。銃のトリ ガを閉じると、銃のソレノイドが、銃シャフトアセンブリ及びこれに含まれる銃 のチャック及びスタッドを所定距離だけ後退させる。次に、電源の中の制御回路 が、バネ手段によって押し付は方向に向けて偏倚されている銃のソレノイドを解 放する。ある場合には、その押し付けを空気圧又は油圧によって適正に緩和する ことができる。

代表的なスタッド溶接銃における押し付は長さは、スタッドが移動して被加工物 における溶融した金属プールに到達しなければならない距離によって制御される 。これは、実質的にはスタッドの持ち上げ及びバーンオフの総和である。同様に して、押し付けの速度は、摩耗するかあるいは調節が狂うことのあるバネの圧力 及び何等かの緩和機構の緩和効果によって制御され、従って一致しな（なる。

従って、押し付けがゆっくりになり過ぎると、被加工物とスタッドとの溶融接合 が不適切となり、また押し付けが早すぎると、融解金属の飛散が生ずる。最後に 、通常のスタッド溶接銃における代表的な押し付は長さは、約３／４インチある いはそれ以下である。

通常のかつ代表的なスタッド溶接銃においては、種々の寸法あるいは直径のスタ ッドを溶接する際に、スタッド溶接銃の内部機構を交換し、異なった押し付は長 さ及び必要な押し付は速度を受け入れる必要がある。

産業界においては、持ち上げ範囲、持ち上げ速度、持ち上げ位置におけるスタッ ドの保持時間、及び押し付けの範囲並びに速度を広範囲にわたって別個にかつ自 動的に変えることのできるスタッド溶接装置が必要とされている。本発明の会話 形のスタッド溶接銃はそのような柔軟性を提供する。

発明の総括 スタッド溶接銃とこれに関連して設けられる電力供給及び制御回路との間の相互 作用すなわち会話を提供する本発明のスタッド溶接装置は、４つの主要な要素、 すなわち、電源及び制御回路、該電源によって電力を供給されかつ制御装置によ って制御されるスタッド溶接銃、上記電源及び制御回路に遠隔の入力を与えるハ ンドベルト端子、及び会話形の錠制御装置、から構成される。

スタッド溶接銃は、通常のクラッチ及びソレノイド並びにステップモータに置゛ き換わるものである。励起信号を受けると、にステップモータは所定の回転を段 階的に行う。ステップモータの出力軸にはネジが切られており、該出力軸は、ス タッド溶接銃の銃シャフトアセンブリに関連して設けられるナンドを駆動する。

ステップモータは、いずれかの方向に回転し、銃シャフトアセンブリの持ち上げ あるいは押し付けを行う。

スタッド溶接銃は、ポテンショメータあるいはトランスジューサを更に備える。

ポテンショメータあるいはトランスジューサは、銃／ヤフトアセンブリと錠本体 との間で相互に接続されている。銃／ヤフトアセンブリが錠本体と相対的に動く と、ポテンショメータあるいはトランスジューサが基準信号を提供し、この基準 信号は、錠本体に対する銃シャフトアセンブリの相対的な位置を表す。

電源及び制御回路は、商業的に入手可能な設計のものである。電源の制御回路は 、銃の引き金と回路的に接続されており、励起されると、パイロットアーク及び 主溶接電力の確立並びに主溶接電力の調節を含む溶接プロセスを開始させる。

ハンドベルト端子が、会話形の錠制御装置を介してｉｉ源の制御回路に接続され ている。ハンドベルト端子は、パイロットアーク、主溶接電力及び電圧の設定等 のパラメータを設定し、また、最後の溶接のエネルギ、良好な溶接の数、最後の 溶接のパイロットアーク電流、溶接時間等の溶接パラメータを戻して表示させる 。

ハンドベルト端子及びこれに関連して設けられる制御回路は、商業的に入手可能 な機器の部品である。

会話形の錠制御装置は、マルチプレクサ制御型の装置である。会話形の錠制御装 置はポテンショメータ又はトランスジューサを読み、錠本体に対する銃シャフト アセンブリの相対的な位置を決定する。会話形の銃制備装！は、メモリに記憶さ れた予め選択されたデータによって作動し、ステップモータを所定数のパルスだ け持ち上げあるいは押し付けるように、パルスを与えすなわち段階的に作動させ 、これにより予め選択された持ち上げ及び押し付けの距離を達成し、これと同時 に、持ち上げ及び押し付けの速度を制御し、上記予め選択された値は総て、ハン ドベルト端子を介してマイクロプロセッサ制御される会話形の錠制御装置のメモ リに記憶されている。

゛　本発明の他の効果及び目的は、図面を参照して以下に記載する詳細な説明か ら、当業者には明らかとなろう。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の完全会話形のスタッド溶接装置のブロックダイアグラムである 。

図２は、本発明の会話形の絞制御のブロックダイアグラムである。

図３は、本発明の会話形のスタッド溶接銃を一部断面で示す側面図である。

発明の詳細な説明 図１は、本発明の会話形のスタッド溶接装！の全体的な要素をブロックダイアグ ラムで示している。電力供給及びコントローラ１０が設けられている。電力供給 及びコントローラ１０は、マイクロプロセッサ制御される装置であって、モデル Ｎｏ、ＥＭＭ１４００及びＥＭＭ２５００として、本発明の譲受人によって販売 されている。また、この電力供給及びコントローラは、現在は本発明の譲受人に 譲渡されている米国特許第４．４５６．８０８号の主題である。本件出願におい ては、上記米国特許の開示を参照している。

電力供給及びコントローラは、マイクロプロセッサ制御される電源であって、該 電源は、溶接における全エネルギを厳密に調節すると共に、全溶接エネルギ、溶 接サイクル及び溶接電圧等の上記米国特許に説明されている如き種々のデータ要 素を与える。また、電力供給及びコントローラ１０は、良好な溶接の数、全溶接 エネルギ等の後の表示に必要な種々のデータ、並びに、これも上記米国特許にお いて説明されている溶接工程の間に生じた失敗を表す種々のエラーコードを計算 する。しかしながら、米国特許第４．　４５６．８０８号を参照することが、本 発明の範囲を制限するものと考えるべきものではないことは理解する必要がある 。

電力供給及びコントローラ１０は、下に説明する溶接銃のトリガ回路と直接接続 されている。基本的には、溶接銃１１の引き金を押すと、電力供給及びコントロ ーラ１０がライン１２を介して引き金の閉止を検知し、電力供給及びコントロー ラ１０の溶接サイクルは、米国特許第４．４５６．８０８号に概略的に説明され ているように実行される。同様に、電力供給及びコントローラ１０は、通常の態 様で溶接銃］１に導かれる溶接ケーブル１３を介してパイロットアーク及び主電 力を提供する。

本発明の会話形のスタッド溶接装置は、ハンドベルト端子１４に関連して作動す ることができる。図２を参照してより詳細に説明するように、ハンドベルト端子 １４は、制御ケーブル１６．１７を介して、会話形の銃制備装（ｔ１５による通 信リンクによって、電力供給及びコントローラ１０への入力を与えると共に、該 電力供給及びコントローラから所定のデータを受ける。一般的に、ハンドベルト 端子１４を用いて、パイロットアーク電流、溶接電流、及びその電圧並びに時間 等のパラメータについて電力供給及びコントローラ１０をプログラムすることが できる。また、電力供給及びコントローラ１０は、上述の通信経路を介して、ハ ンドベルト端子１４にデータを戻し、全溶接エネルギ、溶接電流並びにパイロッ トアーク電流、そのサイクル、及び良好な溶接、不良な溶接等を表す種々のエラ ーコード等のパラメータの実際の読み取り値を表示する。ハンドベルト端子］− ４、及び種々のエラーコードと共にハンドベルト端子に設定することのできる種 々のパラメータは、１９８９年２月１４日発行の本発明の譲受人の米国特許第４ ．８０４．８１１号の主題であり、本件出願においては該米国特許の開示を参照 しているっしかしながら、米国特許第４．８０４．８１１号の開示を参照するこ とによって、本発明の範囲を制限する意図はなく、本件出願の開示を単に補足す るものである。

また、電力供給及びコントローラ１０はケーブル１８を介して、後に説明する会 話形の錠制御装置１５に対して低電圧の電力を供給する。

本発明の会話形のスタッド溶接銃１１が、図面の図３に示されている。スタッド 溶接銃ｊ１は本体１９を備え、この本体には端部キャップ２０が固定されている 。本体１９からハンドル２１が垂下している。このハンドル２１は、後に説明す る種々の電気的な要素に対する最適な相互接続を行うように、制御ケーブル（図 示せず）に対する相互接続を提供する。本体１９の前方には、面板アセンブリ２ ２があり、このアセンブリには通常のフートピース（図示せず）が取り付けられ ている。

銃１１の本体１９の中に設けられているのは、絶縁されたスリーブ２３である。

スリーブ２３の中で軸線方向に摺動可能に設けられているのは銃シャフトアセン ブリ２４である。銃／ヤフトアセンブリ２４は、通常のスタッドチャック（図示 せず）を受け入れるためのチャックアダプタ２５をその端部に備えている。チャ ックアダプタ２５は、通常の可撓性の溶接ケーブル２６によって、スタンド溶接 銃のハンドルを介して、通常の溶接ケーブルコネクタ２７に接続されている。こ のようにすると、溶接エネルギがチャックアダプタへ、また最終的にはチャック 及びスタッドに付与される。

銃シャフトアセンブリ３３は、チャックアダプタ２５の反対側の端部でかつスリ ーブ２３の中に、中央孔３０を備えている。孔３０の遠方側の端部には、ネジ付 きのナツト３１が固定されている。

キャップ２０の中に設けられているのは、ステップモータ３２である。ステップ モータ３２は、このステップモータから伸長するネジ付きの軸３３を有しており 、該軸はナツト３１の中にねじ込まれており、また該軸の端部は孔３０の中（ご 伸びている。ステップモータ３２は、ニューハンプシャー州ドーパ−のイースタ ン−ｘ７−デパインズ社（Ｅａｓｔｅｒｎ　、Ａｉｒ　Ｄｅｖｉｃｅｓ、　Ｉｎ ｃ、　）によって製造されモデルＮｏ、ｒ−Ａ２３０ＣＫと指定されているタイ プのものとすることができる。

ステップモータは、電気的なパルスを受け、パルスの性質に応じて時計方向又は 反特訓方向に、パルス当たりの回転の増分部分だけ回転するようになさねている 。ステップモータは、回転の方向を制御するための６つのラインを備えている。

適正なラインの組み合わせにパルスが与えられている限り、ステップモータは、 パルスが与えられるライン及びそのようなパルスの速Ｉで決定される方向及び回 転速度で回転し続ける。ステップモータがいずれかの方向に回転するに連ね、ネ ジ付きの軸３３が、銃シャフトアセンブリを持ち上げる方向又は押し付ける方向 に進める。パルスの終了により、ステップモータは、パルスが停止された点にお いて銃本体に相対的な位置で銃シャフトアセンブリを保持する。

会話形のスタッド溶接銃１１は更に、銃本体１】の下方部分に設けられたポテン ショメータあるいはトランスジューサ３４を備えている。）・ランスジューサ３ ４の前方には作動ロッド３５があり、該作動ロッドは、その最も後方の端部にお いてトランスジューサの中に伸長しており、また、調節可能な継手３６によって 銃シャフトアセンブリの前方端に接続されている。従って、銃シャフトアセンブ リ２４が、ステップモータ３２によって駆動されて銃本体１］と相対的に動くと 、′銃本体と相対的な銃シャフトアセンブリの相対的な位置の変化に応じて、ポ テンショメータあるいはトランスジューサ３４はその電気的な特性を比例的に変 化させる。上述されまたここに説明する実施例に用いられている特定のステップ モータ３２は、励起されていない時には、スタッドチャックに圧力を与えること によって持ち上げ方向に回転することができるようなタイプのものである。従っ て、フートピースが適所にありかつスタッドがスタンドチャックの中にある時に 、フートピースが被加工物に着座するまで、スタッドは被加工物に押圧される。

この点において、ポテンショメータ３４の最初の基準点が確立される。同様に、 ここに説明する実施例におけるステップモータ３２は、励起された時にスタッド を持ち上げ方向に上昇させ、また、逆転された時に被加工物に４０ポンド程度の 力を与えるに十分な力を有している。パルス当たりの回転角度に関するネジ付き の軸３３の代表的な進みは、銃シャフトアセンブリがパルス当たり０．０００３ インチ進むようなものである。銃シャフトアセンブリの全移動量は２イン千であ るように設計される。しかしながら、後に述べるように、持ち上げ及び押し付け の量は、溶接されているスタッドの寸法に依存し、常に２インチが用いられるの ではなく、溶接されるべきスタッドの最大の寸法に対して適正な持ち上げを提供 するべきである。

再び図１を参照すると、ポテンショメータあるいはトランスジューサ３４が、導 線３６を介し２て会話形の錠制御装置１５に電気的に接続されている。同様の態 様で、導線３７によってステップモータ３２が会話形の銃コントローラ１５に接 続されている。

次に図２を参照すると、会話形の錠制御装置１５がブロックダイアグラムで示さ れている。通常の溶接手順においては、ハンドベルト端子１４を用いて、通信マ ルチプレクサ４１及び電力供給通信バッファ４２を介して、ハンドベルト型の通 信バッファ４０にデータを通し、電力供給及びコントローラ１０に戻す。電力供 給及びコントローラ１０に供給されたデータは、パイロットアーク電流及び時間 並びに主溶接電流及び時間等のデータである。

会話形の錠制御装置は、マイクロプロセッサ４３と、これに関連して設けられる プログラムメモリ４４及び不揮発性のメモリとを備える。ハンドベルト端子１４ は、バッファ４０．マルチプレクサ４１及びシリアルボート４６を介してマイク ロプロセッサに接続されている。適正なコードのハンドベルト端子１４への入力 はマイクロプロセッサに通信され、また適正なメモリが、持ち上げおよび押し付 は距離並びにその速度、及びスタンドを持ち上げた位置に保持する時間に対する 所定のパラメータを選択するためのテーブルに通信される。マイクロプロセッサ ４３は、これに関連して設けられるメモリに制御されかつパラレルポートを介し て、信号調整及びステッパドライブ４８にパルスを与え、該パルスは導線３７を 介してステッパモータに与えられる。

溶接サイクルの開始時にそのプログラムにより制御されるマイクロプロセッサは 、ポテンショメータあるいはトランスジューサを参照して基準信号を読み、該基 準信号は、信号調整バッファ４９及びアナログ／デジタル変換器５０を介して、 マイクロプロセッサに伝達されて基準値を確立し、該基準値から持ち上げ及び押 し付けが測定される。プログラムが進行するに連れ、マイクロプロセッサは、ト ランスジューサ３４の位置に反映された持ち上げ範囲を監視し、これと同時に、 ある速度でパルスを付与して所定の時間内の持ちとげを確立する。その後、必要 に応じて、スタッドを所定時間にわたって持ち上げた位置に保持することができ る。その後、プログラムは、このプログラムによって所定の通り決定されるパル ス速度でステッパモータ３２の方向を反転させ、銃シャフトアセンブリが適正な 関係に到達するまで、ステッパモータを引き続き駆動し、所定の速度内での適正 な押し付は距離を確立する。この点において、ステッパモータの作動は中断され る。勿論、溶接サイクルの開始からのこの全体のプロセスの間に、電力供給及び コントローラは、パイロットアーク及び溶接電流を監視し５、また全エネルギを 測定し、更に溶接サイクルの間に適正な調節を行う。

溶接サイクルの完結時には、電力供給及びコントローラが会話形の錠制御装置を 介して、全エネルギ、サイクル数、不良な溶接等の種々の溶接結果を／＼ンドベ ルト端子に表示する。また会話形の錠制御装置は、持ち上げ及び押し付けの量及 び速度並びに持ち上げ位置における保持時間を計算しかつ表示する。

代替的な実施例においては、所望の持ち上げ及び押し付は距離についての入力に 応答して、ステッパモータを確立された持ち上げあるいは押し付は方向における 一連のパルスを開始させるようにマイクロプロセッサをプログラムすることがで き、これにより、所望の持ち上げ及び押し付は距離並びに押し７付は速度を達成 すると共に、ステップサイクルの終端に向かっての距離を監視しかつ必要に応じ た適正な調整を行う。

上述の事柄から、ここに開示する会話形のスタッド溶接銃を用いた本発明の会話 形のスタッド溶接装置は、持ち上げ及び押し付は速度並びに持ち上げた位置にお ける保持時間を確実に制御することができ、これにより、終始一貫した持ち上げ 及び押し付は距離並びに速度を提供すると共にそれを継続し、これと同時に、こ れら持ち上げ距離及び速度並びに押し付けを迅速に変更する柔軟性を提供し、従 って、会話形の錠制御装置のメモリに記憶される他の所定のパラメータを選択す ることによって、種々の寸法のスタッドの溶接を効率的にすることができる。

会話形のスタッド溶接銃は、ステップモータ及びポテンショメータを使用するこ とにより、会話形の錠制御装置と相互に作用を行い、これにより、持ち上げ及び 押し付けの距離並びに時間、及び保持時間を確実に合致させる。

本発明の会話形のスタッド溶接装置を、会話形のハンドガンに特定のタイプのス テップモータを用いた場合に関して説明した。しかしながら、本発明の原理及び 範囲内において、確実な駆動制御装置を有する他の適宜なタイプの駆動機構を用 いることができる。また、銃シャフトアセンブリの関係を、ポテンショメータ又 はトランスジューサに関して説明した。しかしながら、他の装置を用いて、スタ ・・・ド溶接銃の本体に対する銃シャフトアセンブリの関係に関する基準を提供 することもできる。同様に、上述の他の特定の装置も、本発明の原理及び範囲内 の特定の実施例を朧に例示するために示したものであり、本発明の原理及び範囲 は、添付の請求の範囲に鑑みて解釈されるべきものである。

こク ニニ 持ち上げ速度、保持時間及び持ち上げ位置並びに押し付けの範囲及び速度が広い 範囲にわたって変化されかつ制御されるように、スタッド溶接電源及び溶接コン トローラと相互作用することのできるスタッド溶接銃を用いたスタッド溶接装置 が提供される。会話形のスタッド溶接銃は、このスタッド溶接銃に設けられるス テップモータを用いており、該ステップモータは、銃シャフトアセンブリ及びこ れに関連して設けられ溶接すべきスタッドを担持するチャックを作動させる。

スタッド溶接銃に関連して設けられるトランスジューサが、読本体に対する銃シ ャフトアセンブリの相対的な位置を検知し、これに対する基準信号を提供する。

マイクロプロセッサ制御される会話形の銃制御装置が、トランスジューサからの 信号に応答し、銃シャフトアセンブリの位置を決定し、ステップモータに対する 励起召号を発生し、これにより、会話形の銃制御装置に予めプログラムされてい る持ち上げ、保持及び押し付は位置の間で銃のシャフトを駆動する。

国際調査報告　Ｑ、Ｔ／ｌｉｅ　Ｑｌ／ｌＶｎ、？。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．スタッド溶接電源及びスタッド溶接銃を備え、該スタッド溶接銃が、銃本体 と、銃シャフトアセンブリと、スタッドを保持するためのスタッドチャックとを 有し、該スタッドチャックは、前記スタッド溶接銃の本体の中で持ち上げ位置と 押し付け位置との間で運動可能に設けられている、スタッド溶接装置において、 スタッドの持ち上げ及び押し付けを確実に制御するための改善がなされ、該改善 が、 前記銃シャフトアセンブリと銃本体との間に接続され、前記銃本体に対する銃シ ャフトアセンブリの相対的な位置を表す位置信号を提供する信号手段と、前記銃 本体と前記銃シャフトアセンブリとの間に接続され、励起信号が存在する時に、 前記銃シャフトアセンブリを前記銃本体と相対的に持ち上げ及び押し付け方向に 確実にかつ徐々に駆動させるモータ手段と、前記位置信号を検知し、予め選択さ れかつプログラムされた強度、時間及び速度の持ち上げ位置、保持位置及び押し 付け位置へ前記銃のシャフトを駆動する励起信号を提供するようにプログラムさ れたマイクロプロセッサを有する会話形の銃制御手段とを備えることを特徴とす るスタッド溶接装置。
2. ２．請求項１のスタッド溶接装置において、前記モータ手段が、前記銃シャフト アセンブリに固定された協働するナットに螺合されたネジ付きの軸を駆動するス テップモータであることを特徴とするスタッド溶接装置。
3. ３．請求項１のスタッド溶接装置において、前記信号手段がトランスジューサで あることを特徴とするスタッド溶接装置。
4. ４．請求項３のスタッド溶接装置において、前記モータ手段が、前記銃シャフト アセンブリに固定された協働するナットに螺合されたネジ付きの軸を駆動するス テップモータであることを特徴とするスタッド溶接装置。