JP2005517534A - 短時間アーク溶接システム及び方法 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの座標軸で移動可能な少なくとも１つのアームを有するロボット、アーム上に取り付けられた溶接ヘッド、溶接ヘッド上に設けられた、要素を保持する保持装置、保持装置を該溶接ヘッドに対して前後に移動させる直線運動装置、及び、部品と前記保持装置により保持され、前記部品に溶接されるべき要素との間の相対的位置を求める測定システムを備え、この測定システムは、溶接ヘッド上に取り付けられた足部を有し、該足部は、前記要素と前記部品との間の相対的位置を求めるために、作動中、該部品に接触するようになっており、多数の溶接位置を格納することができるメモリ装置が設けられた、金属スタッドのような要素を、金属板のような部品に溶接する短時間アーク溶接システムを提案する。この場合、測定装置は、さらに、足部を溶接ヘッドに保持された要素に対する多数の少なくとも２つの異なる作動位置に位置決めするための位置決め手段を有し、該測定システムが、各々の格納された溶接位置に対して、該足部を、それぞれの適切な作動位置に位置させる。

Description

本発明は、少なくとも１つの座標軸で移動することができる少なくとも１つのアームを有するロボットと、
アーム上に取り付けられた溶接ヘッドと、
を備え、該溶接ヘッド上に、要素を保持する保持装置と、該保持装置を該溶接ヘッドに対して前後に移動させる直線運動装置とが設けられ、
部品と該部品に溶接されるべき要素との間の相対的位置を求めるための、保持装置により保持される測定システムが備えられ、
該測定システムには、要素と部品との間の相対的位置を求めるために、作動中、該部品に接触するようにされた足部が溶接ヘッド上に取り付けられ、
多数の溶接位置を格納することができるメモリ装置が設けられた、
金属スタッドのような要素を金属板のような部品上に溶接する短時間アーク溶接システムに関する。
本発明はまた、短時間アーク溶接のため対応する方法にも関する。

こうした短時間アーク溶接システム及び関連する方法は、一般的に知られている。
短時間アーク溶接において、要素は部品に溶接される。この場合において、要素と部品との間に端面を溶融するアークが形成される。次いで、要素及び部品は互いの方向に移動させられて、溶融物を混合する。アークは短絡され、全ての溶融物は凝固する。
アークの発生は、通常のことである（発生したアークによる溶接）。この場合には、要素は、最初に部品上に置かれる。次いで、パイロット電流が導通され、要素は、部品に対して、アークが発生する所望の高さにまで上昇させられる。このことが終わって初めて、溶接電流が導通される。

一貫して良好な溶接結果を達成するためには、とりわけ、要素と部品との間の相対的位置を知ることが重要であり、具体的には、溶接電流が接続される前に、要素を正しい高さにまで上昇させる。この目的のために、通常、各々の溶接行程の前に、相対的位置が、具体的にはヌル位置を求める形態で測定される。
このことは、ロボットベースのシステムにおいて特に重要である。現代のロボットは、確かに、一般に、比較的正確に位置決めすることができる。しかしながら、特に、大きな質量が移動させられることに起因して、非常に高い動特性をもって、同時に多大な正確さを達成することは不可能である。ロボットは、通常、３座標の移動範囲を移動することができる。最も簡単な場合では、ロボットは、上に溶接ヘッドが取り付けられた自動的に駆動される作動リニアガイド（スライド）である。
スタッド溶接システムは、特に自動車産業において用いられ、ここでこれらは、特に、ねじ、目穴、ナットなどのある又はこれらのないボルト又はスタッドのような要素を、板金車体に溶接するために用いられる。これらの要素は、次いで、例えば内面塗装のようなものを固定する固定具として用いられるものとなる。

自動車産業においては、製造速度が重要な要因である。数分間のうちに、何百もの要素を、自動的に、ロボットによって異なる位置に溶接しなければならない。したがって、ロボットは、短時間の動特性をもたなければならない。
したがって、ロボットのアームに、スライドを支持する溶接ヘッド基部を取り付けることが知られている。スライドは、通常、空気作動又は油圧作動システムにより、高い正確さをもって、高い動特性で移動させることができる。スライド上には、実際の溶接ヘッドが取り付けられ、これ自体が要素を移動させるための直線運動装置を有する。
要素と部品との間の相対的位置を求めるために、いわゆる支持足部を溶接ヘッドに取り付けることが知られている（例えば、「Ｎｅｕｅ ＴＵＣＫＥＲ−Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ．ＢｏｌｚｅｎｓｃｈｗｅｉＢｅｎ ｍｉｔ Ｓｙｓｔｅｍ」、Ｅｍｈａｒｔ Ｔｕｃｋｅｒ、１９９９年９月において）。
支持足部は、溶接ヘッド保持装置とほぼ平行に位置合わせされる。開始位置において、保持装置内に保持された要素は、支持足部を超えてある程度突出する。
相対的位置を求めるために、溶接ヘッドが部品の方向に移動される。この工程中、要素は、最初に部品に接触する。溶接ヘッドは、支持足部が部品に接触するまでさらに前進させられる。この工程において、保持装置は、弾性のある付勢力に抗して溶接ヘッドに対して全体的にずらされる。

したがって、適切な測定システム及び支持足部と溶接ヘッドとの間のインターロック式接触によって、要素と部品の間との相対的位置を求めることができる。
これの代わりに、要素と部品の間の相対的位置を求めるための、いわゆる支持足部のない測定システムも知られている。
例えば、ＵＳ−Ａ−５，２５２，８０２は、手持ち式ピストル形態のハウジングを有するボルト溶接装置を開示する。位置決めモータは、最初に、ハウジングを、ボルトが部品の近くに配置される位置に移動させる。ハウジングには、スタッドを支持する直線運動シャフトを軸方向に移動させるために、リニアモータが設けられる。リニアモータを制御するために、運動測定システムが設けられる。スタッドと加工物との間の相対的位置を求めるために、リニアモータが駆動させられ、スタッドを所定の速度で加工物の方向に移動させる。スタッドが加工物に触れるとすぐに、電気接触が閉じられる。
さらに、ＷＯ ９６／１１７６７においては、スタッド保持装置を加工物の方向に弾性的に付勢し、リニアモータによって、該スタッド保持装置を付勢力に対抗して軸方向に移動させることが知られている。
ＷＯ ９６／０５０１５は、さらに、支持足部のないスタッド溶接装置を開示する。

しかしながら、支持足部のないスタッド溶接は、必ずしもこの部品と要素又はボルトとの間の正確な位置関係を正しく維持できるわけではないために、特に、部品が薄板である場合には、不利である。これは、薄板が、ボルトと接触したときに、ある程度湾曲することが多いためである。ボルトを上昇させる工程において、アークを発生させるために、再び、ボルトが金属板から持ち上げられるとすぐに、金属板は戻るように移動し、正確な位置関係が失われる。
本質的には、この問題は、支持足部をもつスタッド溶接には存在しない。これは、支持足部が、溶接工程全体にわたって部品又は金属板と接触するためである。したがって、この機械的連結は、常に、正確な位置関係を維持することを可能にする。
しかしながら、支持足部をもつスタッド溶接は、必然的にスタッドに近接して配置される該支持足部がスタッド溶接に要求される空間量を増加させるという不利点がある。さらに、スポット溶接は、一般には、部品が平坦なところに配置されなければならない。段差又は凹み領域においては、多くの場合、ロボットのアームを回転させて、支持足部が溶接ヘッドの運動を妨げないようにする必要がある。これは、溶接ヘッドへの供給ラインが、ねじれ、圧縮などによりもたらされる高い応力レベルに曝されることを意味する。
上記の背景に対して、本発明の１つの目的は、改善された短時間アーク溶接システム及び短時間アーク溶接方法を特定することである。

最初に述べられた短時間アーク溶接システムの場合においては、この目的は、測定システムが、さらに、足部を、溶接ヘッドに保持される要素に対する多数の少なくとも２つの異なる作動位置に位置決めするための位置決め手段を有すること、及び、該測定システムを各々の格納された溶接位置について、それぞれ適切な作動位置に該足部を位置決めするように設計することにより達成される。
最初に述べられた短時間アーク溶接システムの場合においては、この目的は、要素と部品との間の相対的位置を求めるために、自動的に実行することができる多数の溶接工程について、該部品と接触するようにされた足部のためのそれぞれの適切な作動位置が格納された制御装置を有する短時間アーク溶接システムを用いる方法、さらに、この方法が、
ａ）選択された溶接工程において、アーム上に固定された溶接ヘッドが溶接位置に移動するように、該アームを有するロボットを作動させ、
ｂ）該足部を、該選択された溶接工程に適切な作動位置に位置決めし、
ｃ）該足部が該部品と接触するまで、該要素を該部品に方向に移動させて、
ｄ）該選択された溶接工程を実行する
段階を有する、ことにより達成される。

本発明は、支持足部を用いて、スタッド溶接をどんな所望の外形をもつ部品上にも実行することを可能にする。
本発明の内容においては、各々の場合における足部のための作動位置という表現は、要素と部品との間の相対的位置を求めるのに用いられる足部の位置を意味する。したがって、足部は、休止位置にあるのではなく、すべての作動位置において、部品と接触するように設計されている。
このことは、すべての溶接工程において、支持足部を用いるスタッド溶接の利点を利用可能にする。支持足部とスタッドとの間の相対的な運動能力は、該支持足部が「邪魔になる」ことなく、どんな所望の点でも溶接工程を実行可能にする。
位置決め手段は、足部を、要素が部品に溶接される溶接軸に対してほぼ平行に保持されている要素に対する多数の位置に位置決めできるように、設計されると特に有利である。
このことは、部品に凹みがある領域にも溶接要素を溶接することを可能にする。支持足部の相対的な「高さ」は、次いで、この凹みに適合させられることになる。

さらに好ましい実施形態においては、位置決め手段は、足部を、要素が部品に溶接される溶接軸に対して平行な軸の周りで保持されている要素に対する少なくとも２つの異なる位置に、位置決めするように設計される。
これらの特徴は、独立項の序文節と併せて、本発明独自のものとして見なされる。
足部を、平行軸の周りに、具体的には、溶接軸自体の周りに移動できるように設計する方策の結果として、ロボットアームが極端な運動を実行することなく、部品の段差又は縁領域にも要素を溶接することが可能になる。したがって、ロボットアームの端部における溶接ヘッドへの供給ラインは、圧縮、ねじれなどのような過度の応力から保護される。
さらに、ロボット運動の範囲を減少させることができるため、個々の溶接工程間でより短いサイクル時間を達成することが可能になる。
さらに、位置決め手段は、足部の位置を検知する足部運動センサを有することが好ましい。
このことは、溶接ヘッドに保持される要素に対する足部の位置決めを制御することを可能にする。このことは、頻度の高い繰り返しの場合であっても、高い位置決め精度を達成することを可能にする。足部の長さは、磨耗、侵食、又は材料の付着などに起因して、ある時間にわたって変化することがあるため、足部位置決めのための閉制御システムは、さらに通常の較正を可能にする。このことは、足部の長さに対する変化を補償することができる。

さらに好ましい実施形態においては、溶接ヘッドは、保持装置を供給方向に弾性的に付勢するための弾性手段を有する。
この方策は、保持装置を前後に移動させる直線運動装置が、如何なるエネルギも消費することなく、ほとんどの作動状態で保持されることを可能にする。このことは、エネルギ消費を減少させる。
さらに好ましい実施形態においては、測定システムは、溶接ヘッドに対する保持装置の運動を検知する運動センサを有する。
さらに、位置決め手段は、足部を溶接ヘッドに対して位置決めするように設計されることが好ましい。
保持装置により保持される要素は、一般には、溶接ヘッドとの周知の位置関係を有するために、足部と該溶接ヘッドとの間の相対的な運動は、該足部と該要素との間の正確に位置関係を求めるのに用いることができる。或いは、足部と保持装置との間の相対的な位置決めも可能である。

さらに、位置決め手段がモータを有し、休止状態においては、該モータは、軸方向のモータ運動に対して、好ましくは、おおよそ１５０Ｎより大きい抵抗トルクを適用するものであることが有利である。
抵抗トルクは、２００Ｎより大きいものであることが特に好ましい。
部品に接近するときには、足部は、該足部が該部品と接触するまで、かなりの力で移動される。休止状態からのモータ運動に対して意図される抵抗トルクをもつモータは、足部が部品に、相対的に強く当たったとしても、選択された位置を維持することを可能にする。したがって、モータにより前もって設定された位置が維持される。
さらに好ましい実施形態においては、位置決め手段は、休止状態において、足部を、保持されている要素に対して軸方向に固定するためのクランプ手段を有する。
本実施形態においては、位置決め手段のためのモータが、軸方向運動に対して高い抵抗トルクを有することは、絶対的に必要なものではない。これに代わり又はこれに付加する形で、クランプ手段は、足部が部品に、高い力で、又は高速で当たったとしても、モータにより設定された位置に残ることを確実にする。
短時間アーク溶接のための本発明による方法においては、さらに、段階ａ）及び段階ｂ）が重なるように実行されることが有利である。
このことは、新しい溶接位置へのロボットの運動中に、支持足部を時間節約方法により、それぞれの適切な足部の位置に移動させることを可能にする。
上述の特徴、及び以下においてさらに説明されるべき特徴は、それぞれの述べられた組み合わせにおいてだけでなく、さらに、他の組み合わせにおいて、又はこれら独自で、本発明の範囲から離れることなく用いることができることが自明である。

本発明の例示的な実施形態は、以下の説明により詳細に述べられ、図面に示される。
図１において、本発明による短時間溶接アークシステムの第１の実施形態は、全体を１０で示される。
以下のテキストでは、短くスタッド溶接システム１０と呼ばれる短時間アーク溶接システム１０は、ロボット１２を含む。ロボット１２は、回転ヘッド１４を有し、これにより単一の又は複数の関節アーム１６を回転させることができる。全体として、ロボット１２は、アームの端部を３つの座標軸ｘ、ｙ、ｚで自由に移動させるように設計されている。
溶接ヘッド基部２０が、ロボットアーム１６の端部に取り付けられている。この溶接ヘッド基部２０は、該溶接ヘッド基部２０に対して、軸２６に対して平行に、往復するように移動させることができるスライド２１を支持する。溶接ヘッド２２はスライド２１上に取り付けられる。
空気作動装置２４は、スライド２１によって、溶接ヘッド２２を溶接ヘッド基部２０に対して、往復移動させるように用いられる。
溶接ヘッド２２は、ボルト３２のような金属要素を、取り外し可能に保持するように設計された保持装置３０を有する。この目的のために、保持装置３０は、適当なクランプ手段を有するが、図１においては詳細には示されていない。

図１は、軸２６に対して本質的に垂直に位置合わせされた金属板３４のような金属部品をも示す。
さらに、支持足部３１が、溶接ヘッド基部２０上に設けられる。
溶接ヘッド２２は、直線運動装置３６をも有する。
この直線運動装置３６は、保持装置３０を溶接ヘッド２２に対して軸方向に移動させ、軸２６に対して平行に整合させるように用いられる。直線運動装置３６は、例えば、８ｍｍから２０ｍｍまでの間の範囲、特定的には１０ｍｍと１５ｍｍの間の範囲とすることができる行程３７を有する。
これと比較すると、空気作動装置２４の直線運動行程は、２ｃｍから１０ｃｍまでの範囲、特定的には４ｃｍから６ｃｍまでの範囲とすることができる。
一般には、直線運動装置３６は、リニアモータにより形成される。図示実施形態においては、直線運動装置３６は、しかしながら、ばね及び磁石システムにより形成される。溶接ヘッド２２は、永久磁石３８を有する。制御された方法により活性化することができるコイル３９は、保持装置３０のスリーブ形状部分上に形成される。活性化されると、保持装置３０は、圧縮ばね４０の影響に対抗して溶接ヘッド２２の中に引き込まれる。

圧縮ばね４０は、一方では、溶接ヘッド２２上又はスライド２１の可動部分上で作用し、他方では、保持装置３０上で作用する。
溶接ヘッド２２は、さらに、運動センサ４４を有するが、図１では概略的にしか示されていない。運動センサ４４は、保持装置３０と溶接ヘッド２２との間の相対的位置を検知するように用いられる。この目的のために、運動センサ４４は、溶接ヘッド２２上の直線コードを読み取るコードリーダを保持装置３０上に有することができる（又は逆もまた同様）。
さらに制御装置４６が設けられる。この制御装置４６は、ロボット１２、空気作動装置２４、直線運動装置３６、及び運動センサ４４に連結される。
制御装置４６は、ボルト溶接システム１０の可動要素を互いに連係させて制御し、その運動、速度及び／又は加速を、運動センサ４４からの信号に基づいて閉ループ制御するように用いられる。

要素３２と部品３４との間の相対的位置は、一般には、以下のように求められる。開始位置においては、コイル３９は活性化されていない。保持装置３０は、溶接ヘッド２２から最大限突き出る。この状況においては、部品３２は、支持足部３１の軸方向端部を超えてある程度突出する。溶接ヘッド２２は、次いで、要素３２が部品３４と接触するまで、作動駆動装置２４によって、部品３４の方向に移動される。この運動は、支持足部３１の軸方向端部が部品３４と接触するまで続けられる。作動駆動装置２４の運動は、この時点で中断される。この位置は、図１に示される。
溶接工程は、次いで、通常通りに、パイロット電流を要素３２及び部品３４に通して供給することにより実行され、該要素３２は、次いで、部品３４から上昇される。支持足部３１は、「部品３４が跳ね返る」のを阻止する。要素３２が、部品３４から適切な距離だけ上昇されるとすぐに、実際の溶接電流が導通される。相互に対向する表面が溶融する。ボルト３２が、次いで、部品３４上に、一般には、図１に示される位置の下まで下げられ、部品３４の溶融部に入るようになる。部品３４に到達すると、溶接電流が切られる。溶融部全体は凝固し、溶接工程が完了する。

リニアモータが直線運動装置３６として用いられる場合にも、溶接ヘッド２２は部品３４に接近することができ、保持装置３０が引き込まれた位置に置かれ、すなわち、要素３２が支持足部３１の軸方向端部を超えて突出しないことは自明である。この状況においては、溶接ヘッド２２は、支持足部３１が部品３４と接触するまで接近する。直線運動装置３６のリニアモータは、次いで、要素３２を部品３４上のできるだけ近くまで下げるように作動される。
両方の方法は、溶接工程全体にわたり、要素３２と支持足部３１又は部品３４との間に正確な位置関係があることを確実にする。
本発明においては、支持足部３１は、作動駆動装置５０を用いて移動できるように設計される。作動駆動装置５０は、駆動ハウジング５２に設けられ、これは、移動できるように、溶接ヘッド２２の外面上に取り付けられる。図１に示されるように、作動駆動装置５０は、溶接軸２６に対してほぼ平行な上下方向５４に、駆動ハウジング５２上に剛に取り付けられた支持足部３１を移動させることができる。この場合、作動駆動装置５０は、支持足部３１を、溶接ヘッド２２に対する多数の異なる軸方向位置に、一般には１ｍｍより少ない増分で移動させることができるステッピングモータを有することが好ましい。

溶接ヘッド２２を下から示す図２に示されるように、駆動ハウジング５２は、該駆動ハウジング上に取り付けられた支持足部３１と共に、概略的に５６で示されるように、ピボット軸２６の周りを移動することができる。運動範囲は、一般には９０°から２７０°までであり、図示される例示的な実施形態においては、１８０°である。
支持足部３１が、溶接ヘッド２２に対して、したがって、さらに要素３２に対して移動する能力は、溶接工程を部品３４のどんな所望の外形においても実行することを可能にする。
さらに、クランプ装置５８が図１に概略的に示される。クランプ装置５８は、支持足部３１を、溶接ヘッド２２上のそれぞれの作動位置において、しっかりとクランプするように用いられる。この場合のクランプ効果は、主として軸方向に作用する。このことは、溶接ヘッド２２が金属板３４の方向に移動されて、支持足部３１が該金属板３４と接触したときに、該支持足部３１が、該溶接ヘッド２２に対する作動位置から移動されないようにする。
作動駆動装置５０が、休止状態の溶接ヘッド２２に対する支持足部３１の軸方向運動に対して、十分に大きな抵抗トルクを適用する場合には、クランプ装置５８は必要ない。モータからの保持力（その抵抗トルク）は、おおよそ１５０Ｎより大きく、特定的には２００Ｎより大きいことが好ましいものとする。

図１は、さらに、足部運動センサ６０を示す。足部運動センサ６０は、支持足部３１と溶接ヘッド２２との間の相対的位置を検知するように設計される。最も単純な場合においては、足部運動センサ６０は、溶接ヘッド２２に対して移動させることができる、支持足部３１の一部であるか又は駆動ハウジング５２の一部にあるマーキング６２を検知する。図１においては６２で示されるマーキングは、溶接ヘッド２２に対する支持足部３１の軸方向位置を検知するのに用いられる。図２は、さらに、駆動ハウジング５２により回転されるクラウン６４が、溶接ヘッド２２上に設けられているのを示す。さらに別のマーキング６６がクラウン６４上に設けられ、これは運動センサ６０によって検知することができる。したがって、足部運動センサ６０は、さらに、溶接ヘッド２２に対する支持足部３１の角位置を検知することができる。
足部運動センサの図示実施形態は、例示的なものに過ぎないことは自明である。足部運動センサ６０は、支持足部３１と溶接ヘッド２２との間の相対的位置を検知できるということが重要な要素である。この相対的位置についての情報は、制御装置４６に供給される。制御装置４６は、溶接ヘッド２２に対する支持足部３１のそれぞれの所望の作動位置を設定するために、閉制御ループを有する。
この制御ループは、例えば、磨耗、侵食、材料の付着などによりもたらされる、支持足部３１の有効長さの変化を補償するために較正することができることは自明である。

さらに、支持足部３１と溶接ヘッド２２との間の相対的位置を検知するための運動測定システム、及び、ボルト３２と溶接ヘッド２２との間の相対的位置を検知するための運動測定システムを、互いに適合できることは自明である。したがって、溶接ヘッド基部２２の重要な可動要素は、いつでも知ることができる。
部品３４の外形に関しては、図１は、「ａ」の表示により識別される標準的な状況を示す。部品３４は、溶接点の領域においては、事実上平坦である。したがって、支持足部３１は、周知の溶接システムが支持足部を剛に取り付ける位置に配置される。
図３は、概略的に、ボルト状の要素３２を部品３４ｂにおける溝に溶接する工程を示す。３１ｂに示されるように、溝は、支持足部３１が該溝の縁領域と接触するほど狭い。位置３１ｂは、同様に、図１において破線で示される。
支持足部を用いる溶接工程は、周知の溶接システムでは可能なものではなかった。しかしながら、本発明の場合には、溶接ヘッド２２が部品３４に接近する前に、支持足部３１が、ティーチイン工程により求められる適切な位置、すなわち位置３１ｂまで移動される。次いで、上述のように、同じ方法により接近する。

図４は、溶接ボルトが、部品３４ｃ上の肩部の近傍に置かれることが意図される状況を示す。本実施形態においては、肩部は、溶接ヘッドが直線で肩部に接近する場合には、通常は、支持足部３１が配置される点に置かれる。したがって、従来技術においては、ロボット１２は、接近前に、溶接ヘッド２２を少なくとも９０°だけ回転させなければならなかった。このことは、溶接ヘッド２２に対する供給ラインをねじれさせて、圧縮される可能性をもたらすことになる。
本発明の場合においては、溶接ヘッド２２は、直線経路上で、溶接点に直接導くことができる。ロボット１２を用いた溶接ヘッド基部２２の接近前、又はこれの移動中でさえも、支持足部３１は、作動駆動装置５０により、１８０°だけ、図４に示される位置３１ｃまでピボット運動させられる。
支持足部を用いずに、要素３２と部品３４との間の相対的位置を求める代替的な工程においては、該支持足部３１は休止位置まで移動させられ、用いられることはない。

ここでは図に詳細に示されないこの方法においては、相対的位置は、例えば、次のように求められる。
最初に、制御装置４６が、ここでは詳細に示されないケーブルによってスタッド３２に電気接続される。さらに、制御装置４６は、測定電圧をスタッド３２に印加することができる。部品３４は、接地することができ、例えば、適当な電気測定装置を用いて、いつ要素３２が該部品３４に電気接触するかを求めることができる。
最初に、ロボット１２は、回転ヘッド１４及びロボットアーム１６を用いて、溶接ヘッド基部２０を、図１に示される基本的な溶接位置に移動させるように作動させられる。この位置においては、溶接ヘッド基部２０は、部品３４から特定の距離で配置されており、軸２６は該部品３４の所望の溶接位置に対して垂直である。
次いで、空気作動装置２４が作動させられて、溶接ヘッド３２が、部品３４の方向に、その全行程にわたって正確であるように、ヘッド溶接位置まで移動される。最終位置においては、要素３２は、直線運動装置３６の最大行程３７より短い距離だけ、部品３４から離れて配置される。

次に、直線運動装置３６が作動させられて、要素３２は、部品３４と接触するまで該部品３４の方向に移動させられる。この運動は、一定の速度で行われることが好ましい。この場合、移動した距離は、運動センサ４４により検知される。要素３２が部品３４に接触するとすぐ、測定電圧Ｖにより生成された回路が閉じられることになる。このことは、制御装置４６により検知され、直線運動装置３６が停止される。
さらに、この時点での要素３２と部品３４との接触位置は、残りの溶接工程のための「ヌル位置」として用いられる。したがって、要素３２が持ち上げられたときに、部品３４が「跳ね返らない」のであれば、各々の場合における該要素３２と該部品３４との間の正確な相対的位置は、運動センサ４４により、後続する溶接行程全体にわたって知られることになる。その結果、溶接工程は、要素３２と部品３４との間の所望の位置関係に対する、ロボット１２又は空気作動装置２４による位置決めに存在することがある如何なる許容差にも関係なく行うことができる。
実際のスタッド溶接工程は、次いで、それ自体が周知である方法で達成される。この場合においては、測定電圧Ｖが切断されると、パイロット電流が要素３２に印加される。次に、要素３２が部品３４に対して上昇させられて、アークが発生するようになる。或る高さに到達すると、実際の溶接電流が導通され、これによりアークのエネルギが上昇し、該要素３２の端部面と部品３４の関連する点とが溶融される。

次に、直線運動装置３６は、要素３２を部品の方向に戻すように移動させる。電気接触が再びなされるとすぐ、アークが短絡され、溶接電流が切られる。
一般に、供給運動工程は、部品３４の表面のある程度下の点まで続けられ、両側の溶融物が互いに良好に混合されるようになる。全ての溶融物は凝固し、実際の溶接工程は完了する。保持装置は要素３２を放す。次に、直線運動装置３６のスイッチが切られる。次いで、保持装置３０は、ばね４０により、引き込まれた休止位置に戻るように移動される。
さらに、この後に、又はこれと並行して、空気作動装置２４が制御装置４６により作動させられ、溶接ヘッド２２が引き込まれた開始位置に戻るように移動させられる。
すべての実施形態において、要素３２は、高度に動的な方法により、及び高度な正確さをもって部品３４に接近することができる。制御装置４６、運動センサ、及び直線運動装置３６の組み合わせは、次いで、好ましくは支持足部３１を用いて、又は該支持足部なしででも、要素３２と部品３４との間の相対的位置を求めるように用いることが好ましい。
幾つかの場合においては、ロボットアームの端部を直接、すなわち、スライド２４又は可動部品なしで、要素３２が接近工程の最後に配置される位置に移動させるだけで十分であることがある。このことは、保持装置３０が、ばね４０のような弾性手段により、溶接ヘッド２２に対する休止位置にプレストレスをかけられたか又は弾性的に付勢された場合に、特に当て嵌まる。

１つの代替的な実施形態においては、ロボット１２及びスライド２１は、自動的に駆動される単一の直線ガイドで置き換えることもできる。
上述されたものにより、単純化された実施形態においては、支持足部３１は、単に２つの軸方向位置の間を前後に移動させられるに過ぎないことは自明である。両方の軸方向位置は、作動位置であり、これは、要素（ボルト）３２と部品（金属板）３４との間の相対的位置を求めるために、両方の作動位置において、支持足部３１を、該部品（金属板）３４と接触するように用いることを意味する。自由に可変の軸方向位置は、もちろん、より理想的である。
代替的な単純化された実施形態においては、支持足部３１は、単純に、２つの角位置の間で対応する方法により前後にピボット運動させられる。両方の角位置は、上述の意味においては作動位置である。

支持足部をピボット軸の周りでピボット運動させる実施形態が上述されたが、これに対して平行な軸の周りをピボット運動させる実施形態も可能である。支持足部は、多くの場合、その自由端が湾曲された設計であるため、該支持足部をそれ自体の軸の周りでピボット運動させることも可能である。
さらに、作動位置だけでなく、さらに、支持足部３１が作動しない単一の休止位置を設定することが可能である。これは、特定の状況においては、支持足部を用いずに、要素と部品との間の相対的位置を求めることに価値があることがあるためである。休止位置は、このような特別な場合に価値がある。休止位置は、異なる溶接位置によって異なることになるのは自明である。一例として、図３における支持足部の位置は、図１に示されるように、平坦な金属板３４ａにおける溶接工程のための休止位置とすることができる。

本発明による短時間アーク溶接システムの第１の実施形態の概略図を示す。 図１に示される短時間アーク溶接システムの溶接ヘッドを下から見た概略図を示す。 部品の凹みにおける溶接工程の概略図を示す。 部品の肩部上における溶接工程の概略図を示す。

Claims (11)

1. 少なくとも１つの座標軸（ｘ、ｙ、ｚ）で移動可能な少なくとも１つのアーム（１６）を有するロボット（１２）と、
   前記アーム（１６）上に取り付けられた溶接ヘッド（２２）と、
   前記溶接ヘッド（２２）上に設けられた、要素（３２）を保持する保持装置（３０）と、
   前記保持装置（３０）を該溶接ヘッド（２２）に対して前後に移動させる直線運動装置（３６）と、
   部品（３４）と、前記保持装置（３０）により保持され、前記部品（３４）に溶接されるべき要素（３２）との間の相対的位置を求める測定システム（３１、４４、４６）と、
   を備え、
   前記測定システムは、前記溶接ヘッド（２２）上に取り付けられた足部（３１）を有し、該足部は、前記要素（３２）と前記部品（３４）との間の相対的位置を求めるために、作動中、該部品（３４）に接触するようになっており、
   多数の溶接位置を格納することができるメモリ装置が設けられた、
   金属スタッド（３２）のような要素（３２）を、金属板（３４）のような部品（３４）に溶接する短時間アーク溶接システム（１０）であって、
   前記測定システム（３１、４４、４６）が、前記足部（３１）を、前記溶接ヘッド（２２）に保持された前記要素（３２）に対する多数の少なくとも２つの異なる作動位置（ａないしｃ）に位置決めするための位置決め手段（５０）を有し、該測定システム（３１、４４、４６）が、各々の格納された溶接位置について、該足部（３１）を、それぞれの適切な作動位置（ａないしｃ）に位置決めするようになったことを特徴とする短時間アーク溶接システム。
2. 前記位置決め手段（５０）が、前記足部（３１）を、前記要素（３２）が前記部品（３４）に溶接される溶接軸（２６）に対してほぼ平行に保持されている要素（３２）に対する多数の位置に位置決めするように設計されたことを特徴とする請求項１に記載の短時間アーク溶接システム。
3. 前記位置決め手段（５０）が、前記足部（３１）を、前記要素（３２）が前記部品（３４）に溶接される溶接軸（２６）に対して平行な軸（２６）の周りで保持されている要素（３２）に対する少なくとも２つの異なる位置に位置決めするように設計されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の短時間アーク溶接システム。
4. 前記位置決め手段（５０）が、前記足部（３１）の位置を検知する足部運動センサ（６０）を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちの１項に記載の短時間アーク溶接システム。
5. 前記溶接ヘッド（２２）が、前記保持装置（３０）を供給方向に弾性的に付勢するために、弾性手段（４０）を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちの１項に記載の短時間アーク溶接システム。
6. 前記測定システム（３１、４４、４６）が、前記溶接ヘッド（２２）に対する前記保持装置（３０）の運動を検知する運動センサ（４４）を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちの１項に記載の短時間アーク溶接システム。
7. 前記位置決め手段（５０）が、前記足部（３１）を前記溶接ヘッド（２２）に対して位置決めするように設計されたことを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちの１項に記載の短時間アーク溶接システム。
8. 前記位置決め手段（５０）がモータ（５０）を有し、さらに、休止状態においては、前記モータ（５０）が、軸方向のモータ運動に対して、好ましくは、おおよそ１５０Ｎより大きい抵抗トルクを適用することを特徴とする請求項１ないし請求項７のうちの１項に記載の短時間アーク溶接システム。
9. 前記位置決め手段（５０）が、休止状態において、前記足部（３１）を、少なくとも、保持されている前記要素（３２）に対して軸方向に固定するためのクランプ手段（５８）を有することを特徴とする請求項１ないし請求項８のうちの１項に記載の短時間アーク溶接システム。
10. 要素（３２）と部品（３４）との間の相対的位置を求めるために、自動的に実行することができる多数の溶接工程について、前記部品（３４）と接触するようにされた足部（３１）のためのそれぞれの適切な作動位置（ａないしｃ）が格納された制御装置（４６）を有する短時間アーク溶接システム（１０）を用いて、金属スタッド（３２）のような要素（３２）を、金属板（３４）のような部品（３４）に溶接、特にボルト溶接する短時間アーク溶接方法であって、
    ａ）選択された溶接工程において、アーム（１６）上に固定された溶接ヘッド（２２）が溶接位置に移動するように、前記アーム（１６）を有するロボット（１２）を作動させ、
    ｂ）前記足部（３１）を、前記選択された溶接工程に適切な作動位置（ａないしｃ）に位置決めし、
    ｃ）前記足部（３１）が前記部品と接触するまで、前記要素（３２）を該部品（３４）に方向に移動させて、
    ｄ）前記選択された溶接工程を実行する
    段階を有することを特徴とする短時間アーク溶接方法。
11. 段階ａ）及び段階ｂ）が重なるように実行される請求項１０に記載の方法。

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