CN101518892A - 用于夹紧面板的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于夹紧面板的方法和装置。具体地，提供了一种用于定位和支撑面板(如汽车车体面板)的夹紧装置。夹紧装置包括具有至少三个大体球形接触器的支撑结构。面板包括至少三个延长槽，所述三个延长槽构造成足够容置至少三个大体球形接触器中的相应接触器，从而定位和支撑面板。至少一个夹紧臂可操作选择性地相对于所述至少三个大体球形接触器中的相应接触器夹持住至少三个延长槽之一。本发明还涉及一种采用上述的夹紧装置夹紧面板的方法。

Description

用于夹紧面板的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于夹紧或定位和支撑面板(例如汽车车体面板)的方法和装置。

背景技术

许多汽车车体面板由多块面板构成，因此用于夹紧或定位和支撑面板的方法和装置需要保证加工后的车身面板的适当公差。代表性的面板夹紧装置包括：支撑结构，例如具有三个或更多基本上平行的平接触器的底板；圆形截面的第一定位销；以及圆形或菱形截面的第二定位销。被夹紧的面板包括：至少三个基本上平的区域，所述区域构造成接合平接触器中的相应接触器；构造成与第一定位销接合的圆形孔；以及构造成与第二定位销接合的槽。平区域和平接触器共同形成平面。通常三个平区域和三个平接触器足以定位和支撑刚性体；可是，许多面板可能具有充分的弹性，从而需要额外的平区域和平接触器来完全支撑面板以避免平面变形。圆形孔和第一定位销配合，以限制面板在平面内的平移，而槽和第二定位销配合，以限制面板绕第一定位销的旋转。圆形孔和槽的尺寸都比相应的第一定位销和第二定位销略大，以允许面板被插入夹紧装置以及从夹紧装置移走。

发明内容

本发明提供一种用于定位和支撑面板(例如汽车车体面板)的夹紧装置。该夹紧装置包括支撑结构，该支撑结构具有至少三个大体球形接触器。所述面板包括至少三个延长槽，所述延长槽构造成足够容置所述至少三个大体球形接触器中的相应接触器，从而定位和支撑所述面板。至少一个夹紧臂可操作选择性地将所述至少三个延长槽中的一个相对于所述至少三个大体球形接触器中的相应接触器夹持住。

本发明还提供一种使用上述夹紧装置夹紧面板的方法，包括以下步骤：A)在面板上形成第一，第二，和第三延长槽；B)将面板放置于支撑结构上，支撑结构具有第一，第二，和第三大体球形接触器，使得第一，第二和第三延长槽中的每一个容置所述第一，第二和第三大体球形接触器中的相应接触器，从而定位和支撑所述面板；并且C)夹紧所述面板，使得保持在所述第一，第二和第三大体球形接触器和所述第一，第二和第三延伸槽之间接触。

本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点很明显地从以下详细描述的本发明的最佳实施方式以及结合相应的附图中得出。

附图说明

图1是夹紧装置的立体图；

图2是使用于图1的夹紧装置的汽车车体面板的平面图；

图3是安装有图2汽车车体面板的图1夹紧装置的立体图；

图4是用于图1和3夹紧装置的夹紧臂的示意图；

图5是用于图1和3夹紧装置中的可调垫块部件的立体图；以及

图6是用于图1和3中定位装置的替换实施方式中的定位部件的侧视图

具体实施方式

参照附图，其中相同的附图标记对应几个图中相同或相似的组件，图1示出了总体上用10表示的夹紧装置的立体图。夹紧装置10设置为在空位中夹紧或定位和支撑如图2所示的面板11，并且夹紧装置包括支撑结构，例如底板12。底板12具有分别安装于其上的第一，第二和第三大体球形接触器14，16和18。第一，第二和第三大体球形接触器14，16和18可以是夹具设计领域中的任何已知类型，如球形接触器，“独木舟球”接触器，等等。本领域技术人员可知，当面板夹紧在夹紧装置10中时，所选接触器的形式连同与接触器接触的面板部分的形状一起将对作用于面板11的赫兹应力的大小产生影响。接触器和面板在接触点处的主曲率之间的较大差异将对某一给定的作用力产生更高的赫兹应力。

在一优选实施例中，第一，第二和第三大体球形接触器14，16和18将两两隔开，从而形成三角形，其面积大体上是所有三角形中的最大可能面积，其中三角形的顶点置于面板11的凸出区域内，同时避免和面板11的其它功能形状特征相互干涉以及避免与面板11相邻接的其它面板在与面板11连接的组装过程中相互干涉。本领域技术人员将认识到可用于第一，第二和第三大体球形接触器14，16和18的替代性间隔方式，如相对于面板质心等角间隔，同时仍然在权利要求保护范围内。第一安装块20，第二安装块22和第三安装块24设置在相应的第一，第二及第三大体球形接触器14，16和18与底板12之间，并可操作为第一，第二和第三大体球形接触器14，16和18提供所需的位置，以便于使面板11在相对于底板12的三维平移和方向上接合在其所需的位置上。第一，第二和第三安装块20，22和24可被机器人的末端执行器替换，末端执行器自动将第一，第二和第三大体球形接触器14，16，和18垫到合适位置，下文将参照附图6讨论。

夹紧装置10包括第一，第二和第三夹紧臂26，28和30，所述夹紧臂可分别用来相对于相应的第一，第二和第三大体球形接触器14，16，和18保持图2中的面板11。第一，第二和第三夹紧臂26，28，和30的结构和操作的更多细节在下文中结合附图4讨论。图1，3，和6所示的优选实施例中显示了带有手工操作夹紧机构的手柄的第一，第二和第三夹紧臂26，28，和30。本领域技术人员可认识到，在自动加工环境中，夹紧机构最好是由气缸，电机，或其它动力装置驱动，而其仍然在权利要求保护的范围之内。

参照图2并且继续参照图1，面板11图示为汽车的内部车体面板。面板11是一张金属冲压薄板；不过，面板11可由其它材料例如复合材料，塑料，等等形成。面板11包括第一延长槽38，第二延长槽40，和第三延长槽42，所述延长槽构造成充分容纳相应的第一，第二，和第三大体球形接触器14，16和18。第一，第二和第三延长槽38，40和42与第一，第二和第三大体球形接触器14，16和18共同形成运动耦合或运动安装(kinematic couplingor mounting)，从而将面板11定位或固定在空位上。第一，第二和第三延长槽38，40和42的断面最好呈大体V形，并且最好与面板11整体成形。本领域技术人员将认识到可用于第一，第二和第三槽38，40和42的替代性断面，如歌特式(尖端)拱形(gothicarch)剖面，同时仍然在权利要求保护的范围内。第一，第二和第三延长槽38，40和42的长轴方向最好沿着由大体球形接触器14，16和18的中心形成的三角形的角平分线。

现在参照图3，图3显示了安装有面板11的夹紧装置10。如图1所示，第一，第二和第三大体球形接触器14，16和18与相应的第一，第二和第三延长槽38，40和42接合，从而夹紧面板11。第一，第二和第三夹紧臂26，28和30与面板11接合，从而相对于第一，第二和第三大体球形接触器14，16和18夹持面板11。第一，第二和第三夹紧臂26，28和30上安装有相应的第一，第二和第三压脚44，46，48，并且所述压脚构造成夹紧面板11。

现在参照图4，并且继续参照图1-3，图4显示了夹紧装置10的部分的示意图，更详细地示出了第一夹紧臂26的结构和操作。虽然图4仅示出了第一夹紧臂26，但是本领域技术人员可以认识到，同样的构思可应用于第二和第三夹紧臂28和30。第一夹紧臂26与面板11接合，以夹持或保持第一延长槽38与第一大体球形接触器14接合，从而固定和保持面板11就位，并且抵消在随后的加工操作中(如点焊)产生的任何可能施加给面板11的力。第一压脚44的表面50的轮廓最好在接触点处与面板11的大体轮廓相似。柔性元件52设置在第一夹紧臂26和第一压脚44之间，以确保第一压脚44完全接合面板11。柔性元件可由弹性材料(如橡胶)制成。也可用其它方法在第一压脚44和第一夹紧臂26之间提供柔性，如在第一压脚44和第一夹紧臂26之间允许自由运动或浮动，或在第一压脚44和第一夹紧臂26之间设置弹性元件，这仍然在权利要求的范围内。

面板11也可包括扁平部分54，当面板11被放置于夹紧装置10上时，该扁平部分被设置成大致平行于底板12。相对于底板12安装平接触器56，并且该平接触器56构造成与面板11的扁平部分54接合，从而给面板11提供支撑。本领域技术人员将认识到，附加的扁平部分54和平接触器56可在必要时用来给面板11提供必需的支撑。

第一大体球形接触器14包括扁平部分58，其可操作提供间隙，因此允许第一大体球形接触器14分别在第一和第二接触点60和62处与第一延长槽38接合。应该理解，大体球形接触器14的作用是提供第一和第二接触点60和62，使得接触器在远离接触点60和62之处可具有任何方便的形状，以在面板11和接触器14之间留有间隙。

现在参照图5，并且继续参照图1至4，图5，图5显示了垫块部件20A。在需要调整第一，第二和第三球形接触器14，16和18的应用中，垫块部件20A可以替换第一，第二和第三安装块20，22和24中的任何一个。垫块部件20A仅描述其在第—球形接触器14中的应用，可以理解的是，大致同样的结构和功能可被用于定位第二和第三球形接触器16和18。垫块部件20A包括大致为L形的元件64，其可移动地相对于底板12安装，且可沿箭头方向67移动。定位块元件66可移动地相对于L形元件64安装，且可沿箭头方向65移动。第一球形接触器14相对于定位块元件66安装。垫块部件20A可以这样的方向设置，即其赋予第一球形接触器14的移动平面横向于第一延长槽38的长轴。通过在第一，第二和第三安装块20，22和24的位置中的每一个上使用垫块部件20A，面板11相对于底板12的位置可在六个自由度调整，包括在三维平移和旋转。

在一替换的实施例中，第一，第二和第三安装块20，22和24可替换成机动的定位元件或末端执行器，例如机器人，从而自动垫充或将第一，第二和第三球形接触器14，16和18移到位。参照图6且继续参照图1至4，定位元件70安装有第一球形接触器14和第一夹紧臂26。定位元件70安装于底板12，并且有粗动(gross motion)和微动(fine motion)功能。虽然图6仅显示了一个定位元件70，但可以理解的是，附加的定位元件(未示出)可用于安装第二和第三球形接触器16和18以及其分别对应的第二和第三夹紧臂28和30。定位元件70的粗动功能有利于使第一球形接触器14移动就位，从而夹紧各种面板，每一种面板的延长槽与图2中的第一，第二和第三延长槽38，40和42类似，具有不同布置。定位元件70的微动功能可用于在三维位置和方向上调整上述面板的位置。该调整可通过控制器72向定位元件70发送适当的指令来执行。这包括采用各种测量装置自动测量面板位置来实时调整面板位置的可能性，各种测量装置包括，如，借助于激光产生的结构光的数字相机(未示出)或立体数码相机对(未示出)。

一种夹紧面板11的方法，具有以下步骤：A)在面板11上提供第一，第二和第三延长槽38，40和42；B)将面板11放置在底板12上，底板12有第一，第二和第三大体球形接触器14，16和18，使得第一，第二和第三延长槽38，40和42分别容纳相应的第一，第二和第三球大体形接触器14，16和18，从而定位和支撑面板11；和C)用第一，第二，和第三夹紧臂26，28，和30夹紧面板11，从而保持在所述第一，第二和第三大体球形接触器14，16和18与第一，第二和第三延长槽38，40和42之间的接合。面板11可通过冲压形成，并且在面板11上提供第一，第二和第三延长槽38，40和42的步骤最好包括在冲压面板11时在面板11上整体成形第一、第二和第三延长槽38，40和42。

夹紧装置10可操作仅用六个接触点完全限制面板，即，两个接触点用于第一，第二和第三大体球形接触器14，16和18中的每一个，具有高可重复度，从而减小零件变形。此外，本领域技术人员可知，第一，第二和第三延长槽38，40和42可形成更紧密地匹配相应的第一，第二和第三大体球形接触器14，16和18的轮廓，从而减小施加于面板11的赫兹应力。此外，由于在第一，第二和第三大体球形接触器14，16和18分别和第一，第二和第三延长槽38，40和42之间的面-面接触，夹紧装置10可实现比传统的销型定位夹具更低的磨损，所述销型定位夹具在销处具有线-面接触。通过使用标准接触器来定位和支撑面板11，可以避免使用相对昂贵的特制面板定位块来定位和支撑面板11。虽然本发明的上述描述涉及汽车车体面板，但是夹紧装置10也可用于夹紧其它形式的面板，如那些用于形成设备的面板中。

以上详细地描述了本发明的最佳实施方式，本领域技术人员可知，实施本发明的各种替换设计和实施方式都在所附权利要求保护范围之内。

Claims (20)

1、一种与面板结合的、用于定位和支撑所述面板的夹紧装置，包括：

支撑结构，具有至少三个大体球形接触器；并且

其中所述面板包括至少三个延长槽，所述延长槽构造成足够容置所述至少三个大体球形接触器中的相应接触器，从而定位和支撑所述面板。

2、如权利要求1所述的夹紧装置，其特征在于，所述至少三个延长槽的断面呈大致V形。

3、如权利要求1所述的夹紧装置，其特征在于进一步包括至少一个夹紧臂，所述夹紧臂可操作选择性地相对于所述至少三个大体球形接触器中的相应接触器夹持住所述至少三个延长槽之一。

4、如权利要求3所述的夹紧装置，其特征在于，所述至少一个夹紧臂包括可操作接合所述面板的至少一个压脚。

5、如权利要求4所述的夹紧装置，其特征在于，所述至少一个夹紧臂包括柔性元件，该柔性元件设置在所述至少一个夹紧臂和所述至少一个压脚之间。

6、如权利要求1所述的夹紧装置，其特征在于，所述支撑结构包括三个大体球形接触器，并且其中每个所述大体球形接触器相对于其质心大致成等角布置。

7、如权利要求1所述的夹紧装置，其特征在于，所述至少三个延长槽与所述面板整体成形。

8、如权利要求1所述的夹紧装置，其特征在于，所述面板由金属薄板制成。

9、如权利要求1所述的夹紧装置，其特征在于进一步包括：

相对于所述支撑结构安装的至少一个平接触器；并且

其中所述面板包括至少一个扁平部分，所述扁平部分可操作与所述至少一个平接触器中的相应接触器接合，从而支撑所述面板。

10、一种与汽车车体面板结合的夹紧装置，用于定位和支撑所述汽车车体面板，包括：

支撑结构，具有至少三个大体球形接触器；

其中所述汽车车体面板包括至少三个V形延长槽，所述延长槽构造成足够容置所述至少三个大体球形接触器中的相应接触器，从而定位和支撑所述汽车车体面板；

至少一个夹紧臂，可操作选择性地相对于与所述至少三个大体球形接触器中的所述相应接触器夹持住所述至少三个V形延长槽之一；并且

其中所述至少一个夹紧臂包括可操作接合所述汽车车体面板的至少一个压脚。

11、如权利要求10所述的夹紧装置，其特征在于，所述至少一个夹紧臂包括柔性元件，所述柔性元件设置于所述至少一个夹紧臂和所述至少一个压脚之间。

12、如权利要求10所述的夹紧装置，其特征在于，所述至少三个延长槽与所述汽车车体面板整体成形。

13、如权利要求10所述的夹紧装置，其特征在于，所述汽车车体面板由金属薄板制成。

14、如权利要求10所述的夹紧装置，其特征在于进一步包括：

相对于所述支撑结构安装的至少一个平接触器；并且

其中所述汽车车体面板包括至少一个扁平部分，所述扁平部分可操作与所述至少一个平接触器中的相应接触器接合，从而提供对所述汽车车体面板的支撑。

15、一种夹紧面板的方法，包括：

在所述面板上提供至少三个延长槽；并且

将所述面板放置于支撑结构上，所述支撑结构具有至少三个大体球形接触器，使得所述至少三个延长槽中的每一个容置所述至少三个大体球形接触器中的相应接触器，从而定位和支撑所述面板。

16、如权利要求15所述的方法，其特征在于进一步包括：夹紧所述面板以保持在所述至少三个大体球形接触器和所述至少三个延长槽之间的接合。

17、如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述面板是冲压而成的，并且其中，在所述面板上提供所述至少三个所述延长槽包括在冲压所述面板时在所述面板上整体成形所述至少三个延长槽。

18、如权利要求16所述的方法，其特征在于，夹紧所述面板可通过选择性地用至少一个夹紧臂接合所述面板来完成。

19、如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述面板由金属薄板制成。

20、如权利要其15所述的方法，其特征在于，所述面板是汽车车体面板。

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