CN110296781A - 具有压力传感器的工件对准系统 - Google Patents

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侯赛因·雅各布·萨德里
斯蒂芬·尤斯奇克
杰弗里·约翰·库珀
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Abstract

本公开提供“具有用于评估工件与固定装置的对准的压力传感器的工件对准系统”。本公开涉及一种工件对准系统，所述工件对准系统包括被构造为接纳工件的固定装置，以及沿着所述固定装置设置在不同位置处的多个传感器。所述传感器中的每一个被构造为检测施加到所述传感器的力，并输出指示所述施加的力的信号。基于所述信号，所述系统确定工件是否在所述固定装置上对准。

Description

具有压力传感器的工件对准系统
技术领域
本发明涉及一种工具固定装置，该工具固定装置包括用于与工件对准的定位器。
背景技术
此部分中的说明仅提供与本公开相关的背景信息，并且可以不构成现有技术。
在物品(例如，车辆、家具、电子装置等)的制造过程中，使用固定装置将部件(即，工件)准确地对准在期望的坐标或位置，并且在处理部件时限制部件的移动。为了使部件对准，固定装置可包括被构造为使部件沿着一个或多个轴线对准的定位器，例如单轴定位器、双轴定位器和/或平面定位器。
在一个实现方式中，单轴定位器和双轴定位器被设置为与部件中的特征对准的销，且因此，当部件与此类定位器对准或未对准时，在视觉上是明显的。另选地，平面定位器通常沿着固定装置设置为两个或更多个指定平坦表面，所述指定平坦表面将部件沿着平面对准，且当部件搁置在表面上时，该部件被认为是对准的。然而，可能难以评估部件是否与指定表面中的每一个对准。这些问题和其他问题通过本公开的教导得到解决。
发明内容
此部分提供对本公开的一般概述，并且不是本公开的全部范围或其所有特征的全面公开。
在一种形式中，本公开涉及一种工件对准系统，该工件对准系统包括被构造为接纳工件的固定装置，以及沿着固定装置设置在不同位置处的多个传感器。传感器中的每一个被构造为检测施加到传感器的力，并输出指示所施加的力的信号。
在另一种形式中，工件对准系统还包括控制器，该控制器可通信地耦接到多个传感器，并被构造为基于来自多个传感器的信号确定工件是否在固定装置上对准。
在又一种形式中，控制器是可编程逻辑控制器。
在一种形式中，多个传感器是电阻式压力传感器，并且由传感器生成的信号指示电阻，并且控制器被构造为响应于给定压力传感器的电阻超过预定的接触阈值而确定工件与压力传感器对准。
在另一种形式中，对于多个传感器中的每一个，控制器被构造为响应于施加到传感器的力超过预定阈值而确定工件与传感器对准。
在又一种形式中，控制器被构造为响应于工件与多个传感器中的每一个对准而确定工件在固定装置上对准。
在一种形式中，多个传感器中的每一个是包括被布置成栅格的多根铜线的电阻式压力传感器。
在另一种形式中，多个传感器中的每一个是包括二维铜膜的电阻式压力传感器。
在又一种形式中，多个传感器是电阻式压力传感器、电容式压力传感器或压电传感器中的至少一种。
在一种形式中，本公开涉及一种工件对准系统，该工件对准系统包括固定装置、多个压力传感器和控制器。固定装置被构造为接纳工件，并且具有主体和布置在主体的不同位置处的多个对准块。多个压力传感器设置在多个对准块处，并且压力传感器的每个被构造为检测由工件施加的力并生成指示所施加力的响应信号。控制器可通信地耦接到多个传感器以接收响应信号。对于多个传感器中的每一个，控制器被构造为响应于所施加的力超过预定阈值而确定工件与传感器对准，并且控制器被构造为基于多个传感器与工件对准而确定工件是否在固定装置上对准。
在另一种形式中，控制器被构造为响应于工件与多个压力传感器中的每一个对准而确定工件在固定装置上对准。
在又一种形式中，工件对准系统包括至少三个对准块，所述至少三个对准块沿着主体设置在三个不同位置处以使工件沿着平面对准；以及至少三个压力传感器，用于检测工件与至少三个对准块的对准。
在一种形式中，多个压力传感器是电阻式压力传感器、电容式压力传感器或压电传感器中的至少一种。
在另一种形式中，压力传感器中的每一个包括被布置成栅格的多根铜线和设置在多根铜线的顶部上的薄膜。
在又一种形式中，压力传感器中的每一个包括二维铜膜和设置在铜膜上的塑料膜。
在一种形式中，本公开涉及一种工件对准系统，该工件对准系统包括固定装置、多个压力传感器和控制器。固定装置具有主体和布置在主体的不同位置处的多个块。多个压力传感器设置在多个块处，并且能够操作以生成指示施加到传感器的力的响应信号。控制器被构造为接收来自传感器的响应信号，并基于来自传感器的响应信号确定工件是否在固定装置上对准。
进一步的适用领域将通过本文提供的描述变得明显。应当理解，描述和具体示例仅出于说明的目的，而非旨在限制本公开的范围。
附图说明
为了可以充分理解本公开，现在将参照附图通过示例的方式描述其各种形式，在附图中：
图1示出了根据本公开的教导的工件对准系统；
图2是根据本公开的教导的设置在对准块处的传感器的透视图；
图3是图2的传感器和对准块的剖视图；
图4A和图4B分别示出了根据本公开的教导的栅格传感表面和平行传感表面；并且
图5是根据本公开的教导的示例性工件对准程序的流程图。
本文所述的附图仅出于说明的目的，并非旨在以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
以下描述在本质上仅仅是示例性的，并且并非旨在对本公开、其应用或用途进行限制。应当理解，在所有附图中，对应的附图标记表示相似或对应的部分和特征。
为了使工件沿着限定平面对准，固定装置包括平面定位器，该平面定位器包括被构造为使工件沿着限定平面对准的多个指定表面。由于不同工件之间的尺寸变化，一些工件可能看起来沿着固定装置搁置在指定表面上，但是可能略微偏移，使得工件例如悬停在表面上或仅略微接触表面。本公开涉及一种工件对准系统，该工件对准系统利用沿着限定平面设置的传感器来评估工件是否沿着限定平面对准。因此，该系统提供了工件的客观评估以评估对准，并且不依赖于主观视觉评估。
参见图1，工件对准系统100被构造为接纳工件102，并且确定工件102是否沿着限定平面对准。在一种形式中，系统100包括固定装置104、多个传感器1061、1062和1063(统称为传感器106)、控制器108和一个或多个用户接口111。虽然示出了三个传感器106，但可设置两个或更多个传感器106。
固定装置104对准并固定工件102的位置，以便进行制造过程。在一种形式中，固定装置104包括被构造为支撑工件102的主体110，以及布置在主体110上的一个或多个对准块112。对准块112是定位器，其用于沿着限定平面将工件102对准或换句话说定位在固定装置104上。因此，当定位在固定装置104上时，工件102应搁置在对准块112上并且在限定平面内。
固定装置104可以基于应用以各种合适的方式构造，并且不应限于所示的特定形状/构造。在一个变型中，固定装置可包括单轴定位器(即，双向定位器)和双轴定位器(即，四向定位器)，用以分别使工件沿着单个轴线和两个轴线定位和对准。在另一个变型中，固定装置104可包括夹具，一旦工件与定位器对准，夹具就保持工件102的位置。
传感器106能够操作以检测力或换句话讲施加到传感器106的压力，并将指示力的信号输出到控制器108。在一种形式中，传感器106中的每一个设置在对准块112中的一个处。例如，参见图2和图3，传感器106设置在对准块112的用于接纳工件102的表面上，并且诸如尼龙膜的覆盖件120设置在传感器106的顶部上以进行保护。虽然传感器106被示出为位于对准块112处，但传感器106也可以直接设置在主体110上的指定位置处，其将沿着限定平面接触工件102。
在一种形式中，传感器106被设置为电阻式压力传感器，该电阻式压力传感器输出指示电阻值的信号。例如，在一种形式中，每个传感器106耦接到电源，该电源向传感器106施加电压(例如，1V至5V)。传感器106被构造为使得随着压力增大，传感器106的电压输出(作为信号提供)增加。基于电压输出，控制器108被构造为确定电阻，并因此确定施加到传感器106的力。例如，使用预定义算法和查找表，控制器108计算电阻，然后使用查找表来确定所施加的力。
在另一种形式中，接触阈值基于最小接触阈值，其中施加到传感器106的任何接触或力指示对准。在另一种形式中，为了使工件102被认为在特定传感器106上对准，施加到传感器106的力应大于预定的接触阈值。具体地讲，工件102可以略微偏离传感器106，使得工件102在例如点或接触线处接触传感器106，但是在传感器106上不平坦或齐平。因此，接触阈值基于工件102在传感器106上基本上齐平时置于传感器106上的力的量，且因此可基于应用而变化。
在一种形式中，电阻式压力传感器具有一个或多个电阻元件，诸如铜，所述电阻元件形成传感表面以检测工件102。电阻元件可以各种合适的方式构造，例如二维膜，或围绕表面拉伸的多条线。例如，图4A示出了包括六个电阻元件1321至1326的栅格传感表面130，并且图4B示出了包括平行布置的三个电阻元件1421至1423的平行传感表面140。在两种构造中，控制器108被构造为向每个电阻元件供电，并检测从电阻元件输出的电压以确定工件102是否在传感器106上对准。栅格传感表面130具有多个节点，这些节点限定在两个电阻元件重叠的区域中，并且受力的节点越多，施加的所有力/压力越高。平行传感表面140以类似的方式操作。其他电阻式压力传感器诸如应变计也可用于传感器106，并且在本公开的范围内。
虽然传感器106被描述为电阻式压力传感器，但可实现其他合适的传感器，同时保持在本公开的范围内。例如，传感器106可以是电容式压力传感器或压电传感器。
在一种形式中，控制器108是包括处理器和存储器的计算机，所述存储器存储由处理器执行的计算机可读指令。在另一种形式中，控制器108设置有可编程逻辑控制器。控制器108被构造为可通信地耦接到传感器106中的每一个，以接收来自传感器106的信号。虽然控制器108被构造为经由图1中的有线通信连接，但控制器108和传感器106可以经由诸如蓝牙、WI-FI等的无线通信链路交换信息。在一种形式中，当实现无线通信时，固定装置可包括向传感器106供电的电源，例如电池。控制器108被构造为经由用户接口111与操作员通信，该用户接口包括监视器和键盘。也可使用其他用户接口，例如鼠标、外部存储器驱动器等。
控制器108被构造为基于来自传感器106的数据确定工件102是否在固定装置104上对准。在一种形式中，控制器108将来自传感器106的数据与接触阈值进行比较，以确定工件102是否与传感器中的每一个对准。如果数据超过接触阈值，则确定工件102与传感器106对准。更具体地讲，基于所选的传感器和接触阈值，控制器108可以各种合适的方式构造以确定工件102是否与传感器106中的每一个对准。例如，在一种形式中，接触阈值是电阻值，并且控制器108被构造为基于来自给定传感器106的信号计算电阻。因此，当给定传感器106的计算电阻小于接触阈值时，认为工件102与给定传感器106对准。在另一个示例中，接触阈值是施加的压力/力的量，并且控制器108被构造为基于来自给定传感器106的信号以及将信号的特性(例如，电压、电流、电阻、电容)与给定力值相关联的预定信息来计算所施加的压力/力的量。因此，当施加的压力/力大于接触阈值时，工件102与给定传感器106对准。在又一个示例中，接触阈值是电压电平，并且控制器108被构造为基于信号确定电压量。因此，当来自给定传感器106的电压大于接触阈值时，工件102与给定传感器106对准。
在一种形式中，控制器108被构造为当工件102与传感器106中的每一个对准时确定工件102在固定装置上对准。更具体地讲，如果工件102与传感器106中的至少一个未对准，则控制器108确定工件102未在固定装置104上对准。控制器108被构造为经由用户接口输出确定，诸如在监视器上显示消息或者甚至打开指示灯以指示固定装置对准(例如，绿灯)或未对准(例如，红灯)。另外，如果工件102未对准，则控制器108被构造为指示工件102未与哪个传感器106对准。在另一种形式中，控制器108被构造为当工件102与传感器106中的一些对准时(但不是必需)确定工件102与固定装置104对准。例如，如果固定装置包括四个或更多个传感器，则当工件102在三个传感器处而不是全部四个传感器处对准时，可以认为该工件与固定装置对准。
参见图5，提供了由控制器108执行的示例性工件对准程序200。控制器108被构造为在工件定位在固定装置上之后执行程序200。在202处，控制器108将传感器计数器初始化为1(例如，i＝1)，并且在204处，获取来自传感器i的信号，其中信号指示施加到传感器i的力。在206处，控制器108确定施加的力是否超过接触阈值。在此，控制器108被构造为基于信号确定力，然后将计算的力与接触阈值进行比较。在另一种形式中，控制器108可被构造为将信号的电压幅值与电压值形式的接触阈值进行比较。因此，206处的分析不限于力/压力，并且可以是其他合适的参数。
如果力超过接触阈值，则在208处，控制器108确定工件与传感器i对准，然后前进至212。如果力不超过接触阈值，则在210处，控制器108确定工件未与传感器i对准，然后前进至212。在212处，控制器108使计数器递增(即，i+1＝i)，并且在214处，确定计数器是否大于传感器的总数(即，N)。在此，控制器108确定是否已评估所有传感器。如果否，则控制器108继续前进至204，以评估来自传感器i的信号。
如果已评估所有传感器，则在216处，控制器108确定工件是否与所有传感器对准。如果是，则在220处，控制器确定工件与固定装置对准并将对准通知发送到用户接口。对准通知可以是显示在监视器上的指示固定装置对准的消息、被点亮以指示对准的光和/或其他合适的通知方法。如果一个或多个传感器未与工件对准，则在222处，控制器108确定工件未与固定装置对准，并将未对准通知发送到用户接口，然后程序200结束。未对准通知可以是显示在监视器上的消息，其指示工件未对准以及工件未与哪一个传感器对准。通知还可包括点亮的指示灯或其他合适的通知。例程200仅是基于来自传感器的信号评估固定装置是否在工件上对准的一个示例。也可以实现其他合适的程序。
本公开的工件对准系统被构造为通过布置在围绕固定装置的指定位置处的压力传感器确定工件是否沿着限定平面对准。因此，使用自动系统评估工件的对准，而不是基于主观视觉评估。
在一种形式中，本公开的工件对准系统可以是物品组装数据管理系统的一部分，该物品组装数据管理系统能够将来自工件对准系统的数据与和使用工件组装的最终物品相关联的其他数据相关。例如，在一个应用中，处理工件以形成安装在车辆中的物品，并且本公开的工件对准系统是车辆组装数据管理(VADM)系统的一部分，该VADM系统存储和管理关于车辆部件/子系统的制造和车辆的组装的数据。这样的VADM系统在申请人的共同未决申请美国序列号15/894,985中有所描述，该申请已提交且名称为“METHOD AND SYSTEM FORLINKING FIXTURE ALIGNMENT MODIFICATIONS WITH A WORKPIECE”，其与本申请被共同拥有，且其内容全文以引用方式并入本文。VADM系统包括尺寸自动连杆系统，该尺寸自动连杆系统根据对固定装置上某些定位器的调整来跟踪工件的变化。当与尺寸自动连杆系统结合时，工件对准系统跟踪部件相对于平面定位器(即，传感器)的对准。该信息由VADM系统存储和使用，以跟踪工件之间的尺寸/结构变化，并根据一个或多个产品开发工具分析信息。通过使用VADM系统实现工件对准系统，诸如产品开发工程师、制造操作员或研究开发专业人员的用户能够将固定装置与安装的工件之间的对准/未对准与最终部件相关，以协助部件/部分的进一步开发和质量控制。
本公开的描述在本质上仅仅是示例性的，且因此，不脱离本公开的实质的变型旨在落入本公开的范围内。此类变型不应被视为脱离本公开的精神和范围。
根据本发明，提供了一种工件对准系统，该工件对准系统具有：被构造为接纳工件的固定装置；以及沿着固定装置设置在不同位置处的多个传感器，其中传感器中的每一个被构造为检测施加到传感器的力并输出指示所施加的力的信号。
根据实施例，上述发明的特征还在于控制器，该控制器可通信地耦接到多个传感器，并被构造为基于来自多个传感器的信号确定工件是否在固定装置上对准。
根据实施例，控制器是可编程逻辑控制器。
根据实施例，多个传感器是电阻式压力传感器，并且由传感器生成的信号指示电阻，并且控制器被构造为响应于给定压力传感器的电阻超过预定的接触阈值而确定工件与压力传感器对准。
根据实施例，对于多个传感器中的每一个，控制器被构造为响应于施加到传感器的力超过预定阈值而确定工件与传感器对准。
根据实施例，控制器被构造为响应于工件与多个传感器中的每一个对准而确定工件在固定装置上对准。
根据实施例，多个传感器中的每一个是包括被布置成栅格的多根铜线的电阻式压力传感器。
根据实施例，多个传感器中的每一个是包括二维铜膜的电阻式压力传感器。
根据实施例，多个传感器是电阻式压力传感器、电容式压力传感器或压电传感器中的至少一种。
根据本发明，提供了一种工件对准系统，该工件对准系统具有：固定装置，该固定装置被构造为接纳工件并且具有主体和布置在主体的不同位置处的多个对准块；多个压力传感器，所述多个压力传感器设置在所述多个对准块处，其中压力传感器中的每一个被构造为检测由工件施加的力并生成指示施加的力的响应信号；以及控制器，该控制器可通信地耦接到多个传感器以接收响应信号，其中对于多个传感器中的每一个，该控制器被构造为响应于所施加的力超过预定阈值而确定工件与传感器对准，并且该控制器被构造为基于多个传感器与工件对准确定工件是否在固定装置上对准。
根据实施例，控制器被构造为响应于工件与多个压力传感器中的每一个对准而确定工件在固定装置上对准。
根据实施例，控制器是可编程逻辑控制器。
根据实施例，上述发明的特征还在于至少三个对准块，所述至少三个对准块沿着主体设置在三个不同位置处以使工件沿着平面对准；以及至少三个压力传感器，用于检测工件与至少三个对准块的对准。
根据实施例，多个压力传感器是电阻式压力传感器、电容式压力传感器或压电传感器中的至少一种。
根据实施例，压力传感器中的每一个包括被布置成栅格的多根铜线和设置在多根铜线的顶部上的薄膜。
根据实施例，压力传感器中的每一个包括二维铜膜和设置在铜膜上的塑料膜。
根据本发明，提供了一种工件对准系统，该工件对准系统具有：固定装置，该固定装置具有主体和布置在主体的不同位置处的多个块；多个压力传感器，所述多个压力传感器设置在多个块处，并且能够操作以生成指示施加到传感器的力的响应信号；以及控制器，该控制器被构造为接收来自传感器的响应信号，并且基于来自传感器的响应信号确定工件是否在固定装置上对准。
根据实施例，多个压力传感器是电阻式压力传感器、电容式压力传感器或压电传感器中的至少一种。
根据实施例，对于每个压力传感器，控制器被构造为响应于施加的力超过预定阈值而确定工件与压力传感器对准。
根据实施例，控制器被构造为响应于工件与多个传感器中的每一个对准而确定工件在固定装置上对准。

Claims (13)

1.一种工件对准系统，其包括：
固定装置，所述固定装置被构造为接纳工件；以及
多个传感器，所述多个传感器沿着所述固定装置设置在不同位置处，其中所述传感器中的每一个被构造为检测施加到所述传感器的力并输出指示所述施加的力的信号。
2.如权利要求1所述的工件对准系统，其中所述多个传感器中的每一个是包括被布置成栅格的多根铜线的电阻式压力传感器。
3.如权利要求1所述的工件对准系统，其中所述多个传感器中的每一个是包括二维铜膜的电阻式压力传感器。
4.如权利要求1所述的工件对准系统，其中所述多个传感器是电阻式压力传感器、电容式压力传感器或压电传感器中的至少一种。
5.如权利要求1所述的工件对准系统，其中
所述固定装置具有主体和布置在所述主体的不同位置处的多个对准块，并且
所述多个传感器设置在所述固定装置的所述多个对准块处。
6.如权利要求1所述的工件对准系统，其中所述传感器中的每一个包括被布置成栅格的多根铜线和设置在所述多根铜线的顶部上的薄膜。
7.如权利要求1所述的工件对准系统，其中所述传感器中的每一个包括二维铜膜和设置在所述铜膜上的塑料膜。
8.如权利要求1至7中任一项所述的工件对准系统，其还包括控制器，所述控制器可通信地耦接到所述多个传感器，并被构造为基于来自所述多个传感器的所述信号确定所述工件是否在所述固定装置上对准。
9.如权利要求8所述的工件对准系统，其中所述控制器是可编程逻辑控制器。
10.如权利要求8所述的工件对准系统，其中：
所述多个传感器是电阻式压力传感器，并且由所述传感器生成的所述信号指示电阻，并且
所述控制器被构造为响应于给定压力传感器的所述电阻超过预定的接触阈值而确定所述工件与所述压力传感器对准。
11.如权利要求8所述的工件对准系统，其中对于所述多个传感器中的每一个，所述控制器被构造为响应于施加到所述传感器的所述力超过预定阈值而确定所述工件与所述传感器对准。
12.如权利要求11所述的工件对准系统，其中所述控制器被构造为响应于所述工件与所述多个传感器中的每一个对准而确定所述工件在所述固定装置上对准。
13.如权利要求8所述的工件对准系统，其还包括可通信地耦接到所述控制器的用户接口，并且所述控制器被构造为向所述用户接口输出指示所述工件在所述固定装置上对准的对准通知或指示所述工件未在所述固定装置上对准的未对准通知中的至少一者。
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