CN103079723A

CN103079723A - 联接方法

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Publication number: CN103079723A
Application number: CN2011800429079A
Authority: CN
Inventors: M.布洛彻
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2031-06-22
Also published as: EP2590762A1; EP2590762B1; US9089892B2; JP2013530049A; CN103079723B; JP5907355B2; TW201210715A; US20130139370A1; WO2012004129A1; KR20130048766A; DE102010027195A1

Abstract

联接方法，尤其是用于连接至少两个工件（24、26）的方法，其中在联接操作过程中记录由联接工具（30）施加的力的分布（F）并将其与参照的力分布（F_R）进行比较以便检查所形成的被联接的连接部（36）的质量，形成所述力分布（F）和参照的力分布（F_R）之间的差（Δ），将由此确定的差分布（AF）的至少一个部分（A；B）变换成用数字表示的质量值（QW）。

Description

联接方法

本发明涉及一种联接方法，尤其是用于连接至少两个工件的方法，其中记录联接操作过程中由联接工具施加的力的分布（profile of a force）并将其与参照的力分布进行比较，以便能检查已形成的被联接连接部的质量。

这种类型的一些联接方法通常是公知的，例如，以自贯穿铆接方法、敲弯-联接（clinch-joining）方法或实心铆接方法的形式。与这些联接方法、而且也与其他类型的联接方法相关的是，记录由联接工具施加的力的分布并与预先记录的参照的力分布进行比较。在执行示例性联接方法的过程中存储参照的力分布。已知的是，在这种情况下，限定出相对于该参照的力分布的所谓包络曲线。此处，使参考的力曲线沿正向位移特定绝对值以便限定上限曲线。相应地，使参考的力曲线位移特定绝对值成为负值以便限定出下限曲线。这两条极限曲线形成包络曲线。随后记录与力分布相关的联接操作并绘制与包络曲线一样的曲线图。因此，对于每个联接操作能够视觉确定实现的联接操作的力的分布是否被维持在包络曲线内。如果被维持在包络曲线内，可判定所形成的被联接的连接部的质量良好。否则，则判定质量不好并输出缺陷信号或类似信号。

这类缺陷监测相当不灵活，且其仅通过视觉对能辨明一种趋势（例如，磨损增加、疲劳现象或类似现象）的多个这种曲线图进行比较。

文件DE 197 31 222 B4公开了用于形成自贯穿铆接的方法，在这种情况中测量作为冲压器或锚固器（hold-down）行程的函数的冲压器和锚固器的力，并确定实际分布，当被确定的实际分布偏离期望分布关于预定限制值在至少一个预定范围内时，信号被触发。

本发明的目的是详细说明一种对背景技术作出改进的联接方法。

此目的可通过一种联接方法、尤其是用于连接至少两个工件的方法来实现，其中，在联接操作过程中，记录由联接工具施加的力的分布并将其与参照力分布进行比较以便能检查已形成的被联接连接部的质量，形成所述力的分布和参照的力分布之间的差，由此，将被确定的差分布的至少一部分变换成数字表示的质量值（being mapped numerically onto a quality value）。

因此，根据本发明，例如，每个所形成的被联接连接部被配置至少一个用数字表示的质量值，可将该值与预先确定的质量极限值相比较，以便确定所形成的被联接连接部是否完好。另外，变换成用数字表示的质量值的结果是可存储该质量值，以便多次连续进行联接操作和随后的统计学评价。此外，通过简单的数值法（例如，计算梯度等）可以从多个质量值辨明趋势。例如，给定部件磨损的增加，质量值将沿特定方向运动，而给定多个适当的联接操作，质量值优选在允许平均数周围分散。在联接操作过程中通过施加力将能量输入被联接的连接部中。因此，所述力分布和参照的力的差分布的形成优选与能量偏差的形成相应。

通过示例，所述力分布可以是相对联接工具的行程绘制的力分布图。或者，也可以是相对时间绘制的力分布图。

通常，就力分布而言，其也可以记录除力之外的其他类型的物理参数并借助本发明方法对它们进行评价。例如，在焊接操作或类似情况下，所述参数可以是温度。

本发明的方法不仅可用于使联接操作的质量形象化，还可将质量减小到至少一个用数字表示的质量值，从而简化随后在控制单元等中的评价。此外，可用多个质量值进行统计学评价，例如，以便显示出预示磨损、或联接工具（如模具或冲压器）上的沉积物、或联接工具（如模具或冲压器）的损坏的趋势。

此外，本发明的方法能够仅对联接操作的特定区域进行目标评价并以质量值或特征值的形式进行变换（mapping in a quality value or characteristicvalue）。更具体地说，由此可将联接操作的临界区与比该联接操作临界区小的其他极限值进行比较。也就是说，能够将联接操作的多个部分或阶段变换成相应质量值。例如，能够确定安装联接部件的某阶段的质量值、深冲压阶段的质量值、分开（底切）阶段的质量值、和/或按压被联接的连接部阶段的质量值。

最后，本发明的方法不仅能执行特定联接操作的统计学评价，而且还能通过由相同的联接工具和可能不同的联接工具执行多个联接操作的统计学评价，从而可以得出关于联接工具质量的结论。

本联接方法可以是连接两个工件（例如，金属板）的方法，其能够在不使用联接部件（如，例如，在敲弯时）或使用联接部件（如，例如，在自贯穿铆接的情况下）的情况下形成连接部。此外，通过示例，该联接方法还涵盖那些联接部件被连接到工件上的联接操作（例如，具有以紧固螺栓方式突出于工件的部段的自贯穿铆接）。

在任何情况下，可将联接分布以模拟或数字形式存储。

因此，完全可实现所述目的。

在将不同力分布的部分变换成质量值包括对不同的分布进行积分时尤其有利。

对于执行差分布的积分而言用数字表示是比较方便的。此外，例如，对于相对行程绘制的力分布而言，差分布的积分主要对应于上面提到的能量偏差。

根据另一实施例，变换，例如，包括如差分布的平方之类的力量（powers）之和。

关于这类变换，采用误差平方的概念，其中，与相对小的偏差相比，可以更多地考虑大的偏差。

一般而言，还能够在对差分布进行积分时更多地考虑相对大的偏差（对于重量）。

根据又一优选实施例，第一变换将差分布的正值部分绘为第一质量值，第二变换将差分布的负值部分绘为第二质量值。

已显示出，分开考虑正偏差和负偏差相对于被联接的连接部的质量能提供更多的信息。

另外，重复执行联接操作时，和以相对联接操作的数量绘制质量值曲线的形式表示相应的质量值时，这是优选的。

以这种方式能够用简单的光学方式检测这类联接操作导致的趋势。

根据再一优选实施例，重复执行多个不同的联接操作，以相对联接操作的数量绘制的质量值曲线来表示相应质量值。

对此实施例而言，不仅能够评价特定联接操作。而且，还能够进行扩展到与联接工具的质量相关的整个联接操作的评价。

再者，总体上说，当力分布的变换部分包括这样的部分或阶段是有利的，在该部分或阶段中通过联接工具执行工件和/或联接操作中使用的联接部件的变形。

例如，在所谓自贯穿铆接的情况中和敲弯的情况中完成这样的变形。如果合适的话，在所谓的实心铆接方法中也发生工件（其中的冲穿部分）的变形和联接部件（铆钉）的轻微变形。

此外，当力分布的变换部分包括在联接操作过程中借助联接工具所使用的联接部件被移出接收器进入最初联接位置的部分时总的说来是有利的。

通过进给结构可以自动方式将联接部件（例如，如自贯穿铆钉）频繁地供给开始提到的那类联接工具。此处，联接部件被送进联接头的接收器，随后，作为示例，通过冲压器使联接部件运动离开该位置并进入初始联接位置（例如，以抵靠要被互连的工件施压（bearing）的方式）。

例如，在该过程中联接部件达到转动或倾斜的程度，可能执行质量低劣的非有意的联接过程，或者导致联接工具的零件损坏，等。

通过监测联接部件移动的那部分力分布可以避免这种存在缺陷的联接操作。要点在于，借助质量值的帮助本发明的方法能够检测联接部件是否移进正确的位置或移进倾斜的或其他被取代位置。

对于通过促动结构使联接工具运动以使联接部件移出接收器进入初始联接位置的情况这是特别有利的。

促动结构可以是弹簧结构，但也可以是气动结构、液压结构、或具有电机的结构。如果忽略连接部件位移中产生的摩擦，因为引起的增加的促动作用大体近似可与参照的力分布进行比较的线性力分布，可将它们之间的差变换为用数字表示的质量值。随后，此质量值提供关于联接部件是否正确对齐于初始联接位置的信息。

问题在于，联接部件无论何时移进倾斜位置或其他偏移位置，联接部件将略微变形，这可能导致由本发明过程评价确定的力略有增加。

显然，尽管移动联接部件所需的力比之实际变形操作中产生的力相对小，可以对联接过程进行这类监测。

无需多说，上面提到的特征和那些需要在下面说明的特征不仅可用于各种具体组合，而且在不超出本发明范围的前提下还能用于其他组合或独立地使用。

附图中示出了本发明的一些示例性实施例，下文将对其作更详细的说明。附图中：

图1为用于实现本发明联接方法的联接结构示意图；

图2示出了用于本发明联接方法的力对行程的曲线；

图3示出了图2所示联接方法的一部分；

图4示出了力的分布和参照的力分布之间的差分布情况；

图5的曲线示出了如何通过积分来确定质量值；

图6为相对于被实现的多个联接操作的数量绘制的质量值的曲线图；

图7为与图6相比的不同类型的联接操作的曲线图；

图8为重复地相对于被执行的多个不同联接操作的联接操作数量绘制的质量值的曲线图；

图9与图2相应，其为力对行程的说明图，用于解释在倾斜的联接部件位移的情况中力的分布。

图1中以图解方式示出了以自贯穿铆接装置形式的联接结构，并总体以附图标记10表示。联接结构10包括联接头12，其可以固定方式安装或者可以通过机器人14运动。此外，联接结构10具有用于使联接部件成为单一件（singulating）的单分装置（singulation device）16以及进给结构18。进给结构18包括进给软管20，可将被单分出的联接部件从单分装置16供给到联接头12，例如，通过喷气。但是，可供选择的是，进给结构还可具有处于联接头上的存储盒，存储盒可被用来自动将单分出的联接部件输送到保持器22内。

接收器22设置在联接头12内，可从喷气或存储盒进给结构将联接部件拾起于接收器内。

联接结构10用于连接第一工件24和第二工件26，例如可将工件设计成金属板，但是也可设计成使联接部件连接到工件。此外，还可将联接结构设计成敲弯结构。

图1中以附图标记28标识了已被单分的联接部件在进给到联接头12之前短暂就位的情况。以28’标识出经由进给软管20已被导入联接头12的接收器22中的联接部件。

首先从接收器22出来的联接部件被带到初始联接位置，在该位置联接部件搁置于两个工件24、26的上面一个的顶侧。这以28”标识。联接头12包括冲孔工具30。接收器22是冲孔工具30的部件。此外，联接头12具有经由刚性C形支架34被连接到冲孔工具30的模具32。

如上所述，可将联接头12设计为自贯穿铆接头并用于形成如图1中以36示意地示出的被联接的连接部。还示出了在被联接的连接部36中，使联接部件28”’变形成其可将两个工件24、26刚性互连。通常自贯穿铆接过程的细节是已知的，本申请不再赘述。

冲孔工具30包括锚固器42，在联接操作过程中锚固器被按压到上部工件24的顶侧上，以将由两个工件24、26构成的结构固定于穿孔工具30和下部工件26的下侧上的模具32之间。

此外，穿孔工具30具有能相对于锚固器42运动的冲压器44。冲压器44被连接到冲压器夹持器46，借助示意地示出于冲孔工具30上的提升设备48，冲压器夹持器可沿图1中箭头所示的联接方向运动。弹簧结构50被安置在保持器22之间，该保持器被刚性连接到锚固器42。弹簧结构50被设计成两级弹簧结构，其具有相对低的弹簧常数的压缩弹簧52和相对高的弹簧常数的锚固器弹簧54。

为了执行联接操作，首先将锚固器42安装在上部工件24的顶侧上。随后，借助提升设备48使冲压器44沿工件24、26的方向运动。图2用图解方式绘出了由提升设备48施加的力对行程（冲压器44和锚固器42/接收器22之间的相对运动）的分布曲线。

图中，位置s₀对应于图1中示出的冲压器44的位置，联接部件28’位于接收器22内。随后伴随着冲压器夹持器46的降低，冲压器44向下运动，于是联接部件28’移进初始联接位置，初始联接位置由28”表示。压缩弹簧52因此被压缩。此移动区段终止于s₁处。在此情况下，锚固器弹簧54处于结合状态并以相对大的力将锚固器42压抵上部工件24的顶侧。从s₂时刻开始，冲压器44以使联接部件28”的中空段贯穿进工件结构的方式用更大的力压迫联接部件28”，在此过程中中空段变形。例如，当联接部件28”’的顶侧结束于与上部工件24的顶侧齐平时达到冲压器44的最后位置s₃，如图1中的右侧所示。然而，在联接部件28的顶侧略高出上部工件24的顶侧的情况下也可以设定其他铆钉埋设深度（setting depths）。

图2中还用虚线示出了锚固器弹簧54的线性特征。可以看出，出于简单和易懂的原因，关于图2的曲线，此处所示的用于特征的梯度并非是按比例的。

图2中还示出了可以监测到行程点s₂和s₃之间的部分A中的力/行程特征。

图3更详细地示出了这一点，该图以图解方式绘出了力F与行程s的关系曲线。此外，图3示出了先前执行的示例性联接操作的图解方式的参照力分布F_R。

从图3中看出，近乎端部的力分布F都与参照力的分布F_R大致相符。只在邻近部分A的端部出现大的偏差。

图4示出了力分布F和参照力分布F_R之间的差（以放大的方式示出）。图4中此差分布用ΔF表示。可以看出，负偏差结果直到行程s₀。在行程点s_a的情况下，差ΔF近似等于零。随后，负偏差结果再次直到s_b。于此之后，正偏差结果直到s_c。依次地，从s_c到s_d为负偏差结果。从s_d到s_e为短暂的正偏差结果。从s_e直到部分A的端部（在s_g处）为更大的负偏差结果。

为了从该差分布ΔF中确定用数字表示的质量值，对差分布ΔF数字积分。这示于图5中。图5中示出的虚线是曲线OW，其与差分布ΔF的各积分值对应。在这种情况下对差分布ΔF的绝对值进行积分，从而形成质量值QW的连续增加的分布。

不言自明，在这种情况下，质量值越小以这种方式监测到的被联接连接部的质量越高。

在当前的情况下，质量值QW朝向端部变得更大。在图5中没有再绘出代表实际的质量值的在部分A端部附近达到的积分最终值。

优选借助于通过对差分布ΔF的正值部分进行积分形成第一质量值监测联接操作。这在图5中以QW+示出。通过对差分布ΔF的负值部分进行积分确定第二质量值QW-。从图5中看出，正质量值QW+在部分A的端部（s_g处）附近的值接近120。相比之下，负质量值QW-具有-700的负值，该值基本上大于-350的质量极限值QWS（图5中其在s_f处达到）。

正质量极限值，例如，可为+350，但是也可更小或更大，且其在图5中未示出。完全可以理解，所述数据是示例性的，并非是限制性的。

因此，在该示例中，联接操作的监测结果是由正质量值QW+（该情况下是120）和负质量值QW-（该情况下是-700）组成的一对值。

通过比较相应的质量极限值，就质量而言，可将这些质量值用来确定所执行的联接操作是否可以接受。

图6中示出了针对重复执行的联接操作的数量i的相应质量值QW。可以看出，首先该质量值以基本的统计学方式关于值0波动，但在端部附近长久地保持在负值范围内。通过示例，能够以简单的方式从其中了解到，重复执行的联接操作的质量越来越恶化的趋势。

图7示出了一类似示例，其示出了利用相同的联接工具执行的示例性的另一类联接操作。关于其他联接操作，例如，可以采用另外的联接部件、其他金属板厚度和/或其他工件材料。

在图7所示的质量值分布的情况中还检测相关的联接操作中的某些恶化倾向。

通过以相应质量值的形式数字地检测联接操作的质量，能够在用相同联接工具执行不同的联接操作时进行趋势分析，此趋势分析不仅与不同联接操作中之一有关，还作为一整体与联接工具有关。这在图8中示出。

图8示出了使用联接工具总能可选地执行第一联接操作（用圆圈表示）和第二联接操作（用×表示）的情况。图8中明显示出，整个趋势在负质量值附近逐渐展开。这表示质量问题不限于与联接工具一起存在的单个联接操作。要点在于，只涉及单个联接操作时，图8中的曲线延伸离开，例如，对于一个联接操作（圆圈），随机偏差高于值0，相比之下，对于其他的联接操作（例如，×）则有明显的偏差。

不言自明，对于质量值QW+和QW-，也可形成与图6到图8相应的图表，这些图表或者可以按每一种情况单独形成，或者以曲线图的形式形成。

图9示出了应用本发明联接方法的另一种可能性。图9示出的是，当联接部件28从接收器22（图1中的28’所示）中的位置移位到初始联接位置（图1中的28”处），线性分布的曲线的梯度基本取决于通常引起力分布的部分B的压缩弹簧52的弹簧常数。

但是，接收器22中的联接部件达到倾斜的程度（例如，转动90°），该联接部件在运动到初始联接位置28”中时被变形，这将导致力尖峰56，图9中以图解方式示出了该尖峰。

在应用本发明方法过程中形成这样力尖峰56将导致力分布的部分B的质量值与联接部件在正确位置中位移时所确定的质量值明显不同。

Claims

1.联接方法，其中，在联接操作过程中，记录由联接工具（30）所施加的力的分布（F）并将其与参照的力分布（F_R）进行比较以便检查所形成的被联接的连接部（36）的质量，

形成所述力分布（F）和参照的力分布（F_R）之间的差（Δ），将由此确定的差分布（ΔF）的至少一个部分（A；B）变换成用数字表示的质量值（QW）。

2.如权利要求1所述的联接方法，其中，所述变换包括对差分布（ΔF）的积分。

3.如权利要求1或2所述的联接方法，其中，所述变换包括差分布（ΔF）的力量值之和。

4.如权利要求1至3中一项所述的联接方法，其中，第一变换将差分布（ΔF）的正值部分绘图为第一质量值（QW+），第二变换将差分布（ΔF）的负值部分绘图为第二质量值（QW-）。

5.如权利要求1至4中一项所述的联接方法，其中，重复执行所述联接操作，且其中以相对联接操作的数量（i）绘制的质量值的曲线图的形式表示相应的质量值（QW）。

6.如权利要求1至5中一项所述的联接方法，其中，重复执行多个不同的联接操作，且其中以相对联接操作的数量（i）绘制的质量值的曲线图的形式表示相应的质量值（QW）。

7.如权利要求1至6中一项所述的联接方法，其中，所述力分布的被变换部分包括部分（A），在此情况中通过联接工具执行工件（24、26）和/或联接操作中使用的联接部件（28）的变形。

8.如权利要求1至7中一项所述的联接方法，其中，所述力分布的被变换部分包括部分（B），在该部分中要在联接操作过程中使用的联接部件（28）通过联接工具（30）被移出接收器（22）进入初始联接位置（28”）。

9.如权利要求8所述的联接方法，其中，通过促动结构（50）使所述联接工具（30）运动以便将所述联接部件（28）移出接收器（22）进入初始联接位置（28”）。