CN110382133B - 用于将压铆螺母固定到先进高强度钢板上的装置和方法以及所得的组件 - Google Patents

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Abstract

将压铆螺母(24)固定到AHSS板(26)上作为组件(22)的装置(20)和方法。在一个实施方式中，并联运动机器(PKM)(88)按顺序进行操作，而另一个实施方式包括将压铆螺母(24)附接至AHSS板(26)的螺母柱塞组件(112)，并且另外的实施方式包括C形框架(114)，该C形框架支撑所述装置并且通过机械手(130)运动，以将压铆螺母(24)按顺序附接至AHSS板(26)的不同位置。压铆螺母的附接是以光安全的方式进行的。

Description

用于将压铆螺母固定到先进高强度钢板上的装置和方法以及 所得的组件
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年3月3日提交的美国临时申请序列第62/466,489号的权益，该美国临时申请的全部公开内容通过引用在此并入。
技术领域
本发明涉及用于将压铆螺母固定到先进高强度钢板上的装置和方法，并且还涉及先进高强度钢板和穿孔压铆螺母的附接所得的组件。
背景技术
如Durandet等的美国专利8,234,770所公开的，激光器先前已用于以预热的方式使用自穿孔铆钉机械地接合铝和/或镁元件。
在金属接合加工中使用激光器进行加热必须以光安全的方式进行，使得强激光束的散射辐射不会对操作员造成伤害。以前这样的加工是在加工站中进行的，该加工站在使用期间防止操作员进入，因此操作员不会暴露于激光束。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于将压铆螺母固定到先进高强度钢板(下文也称为AHSS)上的改进装置。
在实现上述目的时，该装置包括接合组件，AHSS板定位在该接合组件附近，并且该接合组件包括基部和安装在基部上以平行于AHSS板运动的转位构件，转位构件具有沿平行于AHSS板的方向彼此间隔开的加热开口和压铆模具。致动器使转位构件在加热位置与接合位置之间运动，在加热位置，转位构件的加热开口位于AHSS板的工作位置，而在接合位置，转位构件的压铆模具位于AHSS板的工作位置。激光器组件在转位构件处于加热位置时通过转位构件的加热开口发射激光束，以对AHSS板的工作位置进行加热。该装置还包括螺母柱塞，压铆螺母被送到螺母柱塞中，每个压铆螺母具有螺纹孔，并且当转位构件处于接合位置时，螺母柱塞与压铆模具对齐，以将压铆螺母在AHSS板的被加热的工作位置附接至AHSS板，因此可以将螺纹紧固件连接至AHSS板。该装置的控制器被配置为操作接合组件和螺母柱塞。
如所公开的那样，接合组件包括外壳，该外壳限定激光器组件所在的光安全的腔室。激光器组件在转位构件处于加热位置时通过外壳的基部上的孔并因此通过转位构件中的加热开口发射激光束，以对AHSS板的工作位置进行加热。该装置的检测组件由控制器操作，以仅在转位构件处于其加热位置且AHSS板与转位构件在转位构件的加热开口周围进行光安全的接触时才允许操作激光器组件。检测组件包括用于向腔室提供加压气体的加压气体的源，并且还包括用于检测从该源通过腔室的气流以检测AHSS板是否与转位构件在转位构件的加热开口周围进行光安全的接触的检测器。
该装置可将穿孔压铆螺母送到螺母柱塞中以附接至AHSS板。
所公开的接合组件可包括：滑道，其将转位构件安装在外壳的基部上以通过致动器而在加热位置与接合位置之间进行直线运动；或者，枢轴连接部，其将转位构件安装在外壳的基部上以通过致动器而在加热位置与接合位置之间进行枢转运动。
该装置还公开了用于从AHSS板的上方或下方感测AHSS板在AHSS板工作位置处的的温度的温度传感器。
该装置的一个实施方式包括：彼此间隔开并由控制器操作的多个接合组件；以及由控制器操作的并联运动机器(PKM)，该并联运动机器包括：第一支撑件；三脚架，其具有三个可伸展且可缩回的支柱，这些支柱以朝向彼此会聚的方式安装并远离第一支撑件延伸；第二支撑件，其通过三个支柱上安装并与第一支撑件间隔开以安装螺母柱塞，螺母柱塞在控制器的操作下与压铆模具对齐，以将压铆螺母附接至AHSS板；以及垂直导轨，其将PKM安装成用于在彼此垂直的水平方向上运动以与接合组件配合，从而将压铆螺母附接至AHSS板的不同位置。
该装置的另一个实施方式包括底板和框架，框架具有在底板上方间隔开的上梁，接合组件和螺母柱塞位于底板与框架的上梁之间并在底板与框架的上梁之间操作。如所公开的，接合组件的实施方式在AHSS板下方支撑在底板上，并且螺母柱塞在AHSS板上方由框架的上梁支撑。该实施方式还可包括安装在底板上彼此间隔开并由控制器操作的多个接合组件，并且还包括螺母柱塞组件，该螺母柱塞组件在控制器的操作下将多个螺母柱塞安装成与接合组件配合，以将压铆螺母附接至AHSS板的不同位置。
该装置又一个实施方式包括C形框架和机械手，C形框架具有支撑接合组件的一个端部，并且具有支撑螺母柱塞组件的另一个端部，该螺母柱塞组件在控制器的操作下与压铆模具配合，以将压铆螺母附接至AHSS板，机械手在控制器的操作下使C形框架运动，以将压铆螺母同时附接至AHSS板的不同位置。
本发明的另一个目的是提供一种用于将压铆螺母固定到AHSS板上的改进方法。
在实现这一目的时，该方法是通过将AHSS板定位在接合组件附近来进行的，该接合组件包括转位构件，转位构件可平行于AHSS板运动并具有沿平行于AHSS板的方向彼此间隔开的加热开口和压铆模具。在转位构件处于加热位置时通过转位构件的加热开口发射激光束，以加热AHSS板的工作位置，然后使转位构件平行于AHSS板运动到接合位置，在该接合位置，转位构件的压铆模具与AHSS板的工作位置对齐。当转位构件处于接合位置时，控制器操作各自具有螺纹开口的压铆螺母被送到其中的螺母柱塞，以与压铆模具配合，从而将压铆螺母在AHSS板的工作位置附接至AHSS板，因此可以将螺纹紧固件连接至AHSS板。
如所公开的那样，当转位构件处于加热位置时，从光安全的腔室内通过腔室中的开口并因此通过转位构件的加热开口发射激光束，以对AHSS板的工作位置进行加热。仅在检测到存在AHSS板在转位构件的加热开口周围以光安全的接触方式封闭转位构件的加热开口时，控制器才允许激光束发射。
所公开的方法感测通过光安全的腔室的加压气流以检测AHSS板是否在光安全的程度上在转位构件的加热开口周围接触转位构件，以通过控制器控制激光束的操作，并且将穿孔压铆螺母送到螺母柱塞中。
在一种操作方式中，转位构件在加热位置与接合位置之间以直线方式运动，而在另一种操作方式中，转位构件在加热位置与接合位置之间枢转地运动。
所述方法还被公开为从AHSS板的上方或下方感测AHSS板在其工作位置的温度。
在该方法的一个实践中，控制器操作彼此间隔开的多个接合组件，并且还操作并联运动机器(PKM)，其中每个接合组件包括：第一支撑件；三脚架，其具有三个可伸展且可缩回的支柱，这些支柱以朝向彼此会聚的方式安装并远离第一支撑件延伸；以及第二支撑件，其通过三个支柱安装并与第一支撑件间隔开以安装螺母柱塞，该螺母柱塞在控制器的操作下与压铆模具配合，以将压铆螺母附接至AHSS板；并且其中垂直导轨将PKM安装成用于在控制器的操作下在彼此垂直的水平方向上运动以与接合组件配合，从而将压铆螺母附接至AHSS板的不同位置。
在该方法的另一个实践中，接合组件和螺母柱塞在底板与安装在底板上的框架的上梁之间操作。该方法的这种实践以接合组件在AHSS板下方操作并且螺母柱塞在AHSS板上方操作而公开。该方法的这种实践还可以利用安装在底板上彼此间隔开的多个接合组件，并且螺母柱塞组件安装多个螺母柱塞，且在控制器的操作下与控制器配合而将压铆螺母同时附接至AHSS板的不同位置。
在该方法的另外的实践中，C形框架的一个端部支撑接合组件，C形框架的另一个端部支撑螺母柱塞，螺母柱塞在控制器的操作下与压铆模具配合以将压铆螺母附接至AHSS板，并且机械手在控制器的操作下使C形框架运动以将压铆螺母附接至AHSS板的不同位置。
本发明又一个目的是提供一种组件，其包括AHSS板和具有螺纹孔的穿孔压铆螺母，该穿孔压铆螺母在通过该穿孔压铆螺母贯通AHSS板的孔处附接至AHSS板，其中附接通过压铆互锁结构实现，使得螺纹孔能够接收螺纹紧固件，以将另一个部件附接至AHSS板。
从下文结合参考附图对优选实施方式的详细描述中，本发明的目的、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明构造的装置的一个实施方式的略微示意性的立面图，该装置用于进行其将压铆螺母附接至AHSS板的方法。
图2是根据本发明构造的装置的另一个实施方式的略微示意性的立面图，该装置用于进行其将压铆螺母附接至AHSS板的方法。
图3是根据本发明构造的装置的又一个实施方式的略微示意性的立面图，该装置用于进行其将压铆螺母附接至AHSS板的方法。
图4是穿过根据本发明的连接至AHSS板的穿孔压铆螺母的组件的剖视图。
图5是穿过装置的一个实施方式的接合组件截取的略微的剖视图，该装置包括激光器组件，该激光器组件用于在转位构件处于加热位置时通过转位构件的加热开口发射激光束，以对AHSS板的工作位置进行加热。
图6是在转位构件已经通过致动器从加热位置运动到压铆模具所在的接合位置之后的类似于图5的局部视图。
图7和图8是分别沿图5和图6中的线7-7和8-8的方向截取的俯视平面图，以便示出通过致动器的操作在转位构件的加热位置和接合位置之间以直线方式运动的转位构件以及转位构件的运动。
图9和图10是类似于图7和图8的另一个实施方式的平面图，但该实施方式的转位构件通过其示意性示出的致动器在转位构件的加热位置和接合位置之间枢转运动。
图11是图3中所示的装置实施方式的放大但局部的视图。
图12是沿图11中的线12-12的方向截取的平面图，示出了转位构件处于其对应于图9的示意图的加热位置。
图13是图11中所示装置的一部分的放大视图，用于示出其接合组件。
图14是图13中所示的接合组件的立体图。
图15是所示装置的螺母柱塞的立体图，其中没有穿孔压铆螺母。
图16是所述装置的螺母柱塞的立体图，并被示出支撑穿孔压铆螺母。
图17是支撑压铆螺母的螺母柱塞的剖视立体图，该压铆螺母准备与转位构件的压铆模具协作贯穿AHSS板并压铆至AHSS板。
图18是处于贯穿和压铆操作的另外的阶段的类似于图17的立体图。
图19是在贯穿和压铆完成之后的类似于图18的立体图。
图20是示出使用装置的控制器进行的操作方法的流程图。
具体实施方式
根据需要，本文公开了本发明的详细实施方式和最新模式；然而，应该理解，所公开的实施方式和操作模式仅仅是本发明的示例，本发明可以以各种替代的形式和模式实施。附图不一定按比例；某些特征可能被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，本文公开的具体的结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。
参照图1、图2和图3，示出了根据本发明构造的装置20的三个不同实施方式，以提供本发明的用于提供穿孔压铆螺母24的组件22的方法，穿孔压铆螺母24具有延伸的穿孔结构132和穿过其中的螺纹孔25，并如图4所示的那样通过下文所述的压铆互锁结构固定到AHSS 26板上。下文将以一体的方式描述本发明的装置和方法，以便于理解本发明的不同方面。此外，AHSS板26具有至少700兆帕或更高的拉伸强度。这样，AHSS对于用于诸如支柱和车顶横梁等结构部件的车辆白车身(body-in-white)组装特别有用。这使得这些车辆结构部件能够具有相对较薄的规格并因此具有轻质构造，该轻质构造提高车辆能量效率并提供改善的乘员安全性。由于极端的硬度和伸长率欠佳(即，约低于9％)，AHSS板通常不能使用传统的机械接合方法加工。
图1至图3中所示的装置20的实施方式各自被公开为位于光安全的工作站28内，光安全的工作站28可以被控制，因此除非防止人进入其中，否则不能执行所涉及的激光加热操作。然而，如下文中更全面描述的，工作站28可被构造成可以允许人在操作期间进入。分别在图1、图2和图3中示出的装置20的实施方式各自安装在诸如“底板”、“工厂底板”、“支座”或“底板支座”的水平支撑件30上，出于本申请的目的，所有这些术语将结合附图标记30被涵盖。分别在图1、图2和图3中示出的装置20的不同实施方式更具体地标识为20a、20b和20c，并且可以单独地或组合地操作，这将在提供图4中所示的组件22时进行讨论，其中一个或多个压铆螺母24固定到AHSS板26上，从而便于通过使用通过压铆螺母24的螺纹孔25接收的螺纹紧固件(例如，带螺纹的螺栓、带螺纹的螺柱等)将另一个部件连接至AHSS板。
图1至图3中所示的每个工作站28包括至少一个接合组件32，多个这样的接合组件是图1和图2的实施方式20a和20b的一部分，而图3中所示的装置20c的实施方式只有一个接合组件。装置的每个实施方式都包括基部34和安装在该基部上以平行于AHSS板26运动的转位构件36。转位构件在加热开口38所处的加热位置和沿着平行于AHSS板26的方向间隔开的压铆模具40的接合位置之间运动。致动器42使转位构件36在图5、图7和图9所示的加热位置和图6、图8和图10中所示的接合位置之间运动，在加热位置，转位构件36的加热开口38与AHSS板26的工作位置44对齐，而在接合位置，位于转位构件内的压铆模具40与工作位置44对齐。
每个实施方式的激光器组件48在转位构件36处于加热位置时通过转位构件36的加热开口38发射图5所示的激光束50，以对AHSS板26进行加热。这种加热使AHSS板26的被加热的工作位置44更具延展性，以允许穿孔和将压铆螺母附接至AHSS板。装置20的每个实施方式都包括螺母柱塞52，穿孔压铆螺母24被循环地送到螺母柱塞52，并且螺母柱塞52与压铆模具40通过彼此相向运动而配合，以将每个压铆螺母附接至AHSS板26，从而如图17至图19所示的那样使其压铆到AHSS板的被加热的工作位置44，使得可以将先前所述的螺纹紧固件连接至AHSS板。
图1至图3中所示的装置20的每个实施方式都包括控制器54，控制器54操作接合组件32和螺母柱塞52以及装置的任何其他必要部件，以将压铆螺母24附接至AHSS板26上作为图4所示的组件22。
如图5中最佳所示并且在图13中在某种程度上所示，所公开的装置的每个实施方式都设置有其接合组件32，接合组件32包括外壳56，外壳56限定由基部34部分地限定的光安全的腔室58。激光器组件48在转位构件36处于加热位置时通过基部34中的开口60以及转位构件36中的加热开口38发射激光束50，以对AHSS板26的工作位置44进行加热。图5所示的AHSS板到基部34上的转位构件36的安装是光安全的，以防止从光安全的腔室逸出过量的辐射发射。此外，控制器54操作检测组件62，以仅在AHSS板26与转位构件36在转位构件36的加热开口38周围进行光安全的接触时才允许操作激光器组件48。这样，即使当装置正在进行所述的压铆螺母附接时，操作员也可以安全地进入工作站28以进行任何必要的操作、维修或维护功能，而操作员也不会受到来自激光束的任何有害的散射辐射。
如图5中最佳所示，接合组件32的每个实施方式都具有其检测组件62，检测组件62包括用于向接合组件的光安全的腔室58提供加压气体的源64，并且包括传感器66和68，检测器70位于传感器66和68之间以检测传感器之间的指示转位构件在其加热开口38周围与AHSS板26的光安全的接触欠佳的预定气体运动，以便向控制器54提供在激光器被启动时防止激光器组件48发射激光束50的信号。激光从激光发生器72提供给准直器74，准直器74将激光束50通过基部开口60和转位构件的加热开口38发射到如前所述的AHSS板26的工作位置44。
通过上述装置和方法附接的压铆螺母被公开为穿孔压铆螺母24，穿孔压铆螺母24贯穿AHSS板26并与该AHSS板26形成下文更全面描述的互锁连接，其中激光加热为AHSS板26提供足够的延展性以允许压铆螺母进行穿孔和附接。
如图7和图8所示，接合组件32包括滑道76，滑道76将转位构件36支撑在基部34上，以在致动器42的操作下以如上所述的光安全的方式在图7所示的转位构件36的加热位置与图8所示的转位构件36的接合位置之间进行直线运动，致动器42可以是直接连接或通过连接件连接至转位构件的任何合适的类型，例如气缸或电磁阀。
如图9和图10所示，接合组件32也可以使其转位构件36通过枢轴连接部78支撑在基部34上，以通过如上所述的光安全的方式在图9的转位构件36的加热位置与图10的转位构件36的接合位置之间进行枢转运动。此外，同样如图9和图10所示，转位构件可包括模具插入件80，其允许因磨损而更换压铆模具40或切换用于构造正在进行的生产作业所需的压铆模具的压铆螺母的类型。
还如图5所示，接合组件包括温度传感器82，用于通过转位构件36的加热开口38从AHSS板的顶侧或底侧感测AHSS板26的工作位置44的温度。这种温度感测可用于确定用于进行正在执行的任何生产作业的加热程度。如图13的实施方式(结构和操作将稍后描述)所示，温度传感器82也可以在其背离接合组件32的转位构件的一侧从上方感测工作位置44的温度。对于任一个实施方式，如果保证这种控制，则感测的温度也可以通过控制器54的操作来控制激光加热的程度。
参照图1，装置20a的实施方式包括安装在由工厂底板提供的水平支撑件30上的多个接合组件32。由装置20a提供的激光加热对AHSS板26加热，以如下文更全面描述的那样将压铆螺母机械接合至AHSS板。激光发生器72通过分束器馈送光纤电缆86将激光馈送到激光准直器(在图5中标识为74)，以在分别与多个接合组件32对齐的多个工作位置处选择性地提供加热。
图1中所示的装置20a还包括并联运动机器(称为PKM)88，其通过示意性示出的托架支撑的提升器90安装在水平导轨92和94上，水平导轨92和94在框架96上在彼此垂直的方向上延伸，框架96本身支撑在工厂底板30上并且具有上梁97，支撑件设置在上梁97上。PKM88支撑螺母柱塞52，螺母柱塞52与接合组件32的压铆模具40(图17至图19)配合，以通过对AHSS板穿孔并将压铆螺母压铆到AHSS板来提供接合，并且螺母柱塞52可沿着导轨92和94在彼此垂直的水平方向上运动到不同的工作位置，而PKM的支柱通过伸展和缩回的操作使螺母柱塞52运动，提供压铆螺母附接。此外，螺母柱塞52循环地馈送穿孔压铆螺母24以进行接合操作。在提升器90上示出的馈送器98将穿孔压铆螺母24循环地送到螺母柱塞52中，并且可以是任何常规类型，例如Mark A.Savoy等的题为“用于车身面板和压铆螺母附接的可编程装置和方法”的美国专利7,100,260所公开的馈送器，或者Phillip J.I.Morgan的题为“车身板材金属压铆螺母馈送器”的美国专利7,398,896所公开的馈送器，这两个专利的全部公开内容通过引用在此并入。图15和图16中示出了这种穿孔压铆螺母馈送器，其保持在弹簧指状物100之间并且抵靠在螺母柱塞52的定位止动件101上。
继续参照图1，PKM 88的提升器90将其第一支撑件102连接至托架104，托架104被支撑为在控制器54的操作下通过垂直导轨92和94在垂直方向上运动到选定位置。PKM 88的可伸展和可缩回的支柱106从第一支撑件102伸到第二支撑件108，以提供三脚架110结构，其中第二支撑件将螺母柱塞52安装为用于进行旋转和角度定位，这允许如前所述那样以任何所需的取向与接合组件32协同进行操作。支柱106可以通过任何合适的方式伸展和缩回，例如由Mark A.Savoy等的2016年9月15日公布的题为“用于接合金属板的工作站和方法”的美国专利申请公开第2016/0263641号所公开的方式，该专利申请的全部公开内容通过引用在此并入。更具体地，支柱106可以各自通过滚柱螺钉、细长螺钉、包括行星架的螺母和多个螺纹滚柱来实现，其中滚柱螺钉具有：枢转地连接至PKM的第一支撑件102的上端部和枢转地连接至第二支撑件108的下端部，所述多个螺纹滚柱可在行星架上旋转并与螺钉啮合，使得螺钉与螺母之间的相对旋转如所引用的申请中公开的那样改变支柱的长度。
参照图2，装置20b的实施方式包括至少一个安装在工厂底板30上的接合组件32。利用单个接合组件32，AHSS板26在位置上被转位以在不同位置提供压铆螺母连接。该实施方式类似于图1的实施方式也可以具有安装在工厂底板30上并由激光发生器72通过电缆86馈送的多个接合组件32。这些接合组件32由控制器54与螺母柱塞组件110协同操作，螺母柱塞组件110包括支撑一个或多个螺母柱塞52的压板111，每个螺母柱塞具有螺母馈送器98。压板111可通过在框架96的上梁97处垂直支撑在框架96上的一个或多个操作器112进行垂直移动，以提供图17至图19所示的用于附接压铆螺母的穿孔和压铆。当存在单个接合组件32时，该实施方式将使用单个螺母柱塞52一次执行一次压铆螺母穿孔。然后可以根据需要对AHSS板26进行水平转位，以在其他位置进行穿孔压铆螺母连接。此外，当存在多个接合组件32时，该实施方式可以对AHSS板26顺序地穿孔并在每个接合组件处将压铆螺母24压铆到AHSS板26。此外，该实施方式的每个螺母柱塞52可以根据需要通过凸轮在压板111上成角度地操作，以控制它们相对于通过操作器112提供的垂直运动的操作角度。
参照图3和图11，装置20c包括C形框架114，C形框架114具有支撑接合组件32的一个端部116，在接合组件32处提供激光束以加热AHSS板26，并且C形框架114具有支撑螺母柱塞52的另一个端部118。更具体地，C形框架114的外壳120支撑激光准直器74，并且如图13中最佳所示，其激光束50从准直器向下朝向位于由外壳限定的光安全的腔室58内的第一反射镜122投射。第一反射镜122将激光束50以90度的角度水平地朝向第二反射镜124反射，以便以90度向上朝向转位构件36反射，该转位构件36通过在其加热位置与其接合位置之间枢转而与前述图9和图10的实施方式起大致相同的作用。在本实施方式中，致动器42的活塞连杆126的伸展和缩回使转位构件36围绕枢轴连接部78枢转，以在加热位置与接合位置之间运动。
进一步参照图11，装置22c包括使螺母柱塞52垂直运动的滚柱螺钉128，并且图3中所示的机械手130支撑C形框架114并使该C形框架114运动到不同位置和从不同位置开始运动。
每个实施方式的穿孔压铆操作如图17所示以当转位构件处于图7中所示的接合位置时压铆模具40位于转位构件36中开始。在该位置时，由于安装在转位构件36中的压铆模具40覆盖开口60，因此腔室58保持光安全。然后，转位构件运动到加热位置，使得可以通过激光束加热AHSS板。图17所示的螺母柱塞52的致动使压铆螺母24的穿孔结构132与被加热的AHSS板26接触。螺母柱塞52的继续向下运动使穿孔结构132进入AHSS板中以形成图18所示的穿孔。穿孔的余料通过压铆模具40中的开口弃去。在AHSS板中形成孔的同时，当螺母柱塞52继续向下时，围绕压铆模具40的开口的被加热的AHSS板26区域开始流入图18所示的压铆螺母24的底切129中。当螺母柱塞52到达其向下运动的末端时，AHSS板26继续流入底切中，以便形成互锁结构133并完全填充底切129的区域，从而如图4和图19所示的那样将压铆螺母24牢固地附接至AHSS板26。之后，柱塞52向上运动到其开始位置，此后重复循环本身。
应该懂得，穿孔结构132可以是即圆形、方形、椭圆形或仿形的构型。
在本发明对其特别有用的车身组装期间，附接有压铆螺母24的AHSS板26通常具有0.7至2毫米的厚度，并且会被加热至大约500℃至825℃的温度。加热时间取决于厚度，但通常约为0.5至1.5秒，转位时间约为0.1至0.3秒，进行压铆附接的时间约为1.2至2.2秒，激光器将是能够实现所述这些功能的任何类型的激光器。此外，即使操作员位于图1至图3所示的站28内，由于对来自所述的激光束的散射辐射的遏制，操作也是光安全的。此外，所使用的激光器可以是光纤激光器或二极管激光器。此外，在激光加热和机械接合期间，可以使用任何合适但未被示出的夹具等来定位AHSS板26以进行操作。
以上结合图1至图3示出和描述的控制器54被配置为提供图20的流程图134所示的操作。如上所述，该操作在转位构件运动到加热位置时通过步骤136开始，并且在激光器提供对AHSS板的工作位置的光安全的加热时以步骤138继续。步骤140所示的随后使转位构件运动到接合位置后面是步骤142的用于将压铆螺母连接至AHSS板的螺母柱塞和模具操作。
虽然上面描述了示例性实施方式，但这些实施方式并不意图描述了本发明的所有可能形式。相反，说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且应懂得，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种改变。另外，可以组合各种实现的实施方式的特征以形成本发明的其他实施方式。

Claims (32)

1.一种用于将压铆螺母固定到AHSS板上的装置，其包括：
接合组件，所述AHSS板定位在所述接合组件附近；
所述接合组件包括基部和安装在所述基部上以平行于所述AHSS板运动的转位构件；并且所述转位构件具有沿平行于所述AHSS板的方向彼此间隔开的加热开口和压铆模具；
致动器，其使所述转位构件在加热位置与接合位置之间运动，在所述加热位置，所述转位构件的所述加热开口位于所述AHSS板的工作位置，而在所述接合位置，所述转位构件的所述压铆模具位于所述AHSS板的所述工作位置；
激光器组件，用于在所述转位构件处于所述加热位置时通过所述转位构件的所述加热开口发射激光束，以对所述AHSS板的所述工作位置进行加热；
螺母柱塞，压铆螺母被送到所述螺母柱塞中，每个所述压铆螺母具有螺纹孔，并且当所述转位构件处于所述接合位置时，所述螺母柱塞与所述压铆模具对齐，以将压铆螺母在所述AHSS板的被加热的工作位置附接至所述AHSS板，因此能够将螺纹紧固件连接至所述AHSS板；以及
控制器，其被配置为操作所述接合组件和所述螺母柱塞。
2.根据权利要求1所述的用于将压铆螺母固定到AHSS板上的装置，其中，所述接合组件包括外壳和检测组件，所述外壳限定光安全的腔室，所述光安全的腔室由所述基部部分地限定，并且所述激光器组件在所述转位构件处于所述加热位置时从所述光安全的腔室通过所述基部中的开口并因此通过所述转位构件中的所述加热开口发射激光束，以对所述AHSS板的所述工作位置进行加热，所述检测组件由所述控制器操作以仅在所述转位构件处于所述加热位置且所述AHSS板与所述转位构件在所述转位构件的加热开口周围进行光安全的接触时才允许操作所述激光器组件。
3.根据权利要求2所述的用于将压铆螺母固定到AHSS板上的装置，其中，所述检测组件包括用于向所述腔室提供加压气体的加压气体的源，并且还包括用于检测从所述源通过所述腔室的气流以检测所述AHSS板是否与所述转位构件在所述转位构件的加热开口周围进行光安全的接触的检测器。
4.根据权利要求1所述的用于将压铆螺母固定到AHSS板上的装置，其中，将穿孔压铆螺母送到所述螺母柱塞中以附接至所述AHSS板。
5.根据权利要求1所述的用于将压铆螺母固定到AHSS板上的装置，所述装置包括：滑道，该滑道将所述转位构件安装在所述基部上以通过所述致动器而在所述加热位置与所述接合位置之间进行直线运动；或者，枢轴连接部，该枢轴连接部将所述转位构件安装在所述基部上以通过所述致动器而在所述加热位置与所述接合位置之间进行枢转运动。
6.根据权利要求1所述的用于将压铆螺母固定到AHSS板上的装置，其还包括用于感测所述AHSS板在所述AHSS板的所述工作位置处的温度的温度传感器。
7.根据权利要求1所述的用于将压铆螺母固定到AHSS板上的装置，其包括：彼此间隔开并由所述控制器操作的多个所述接合组件；以及由所述控制器操作的并联运动机器(PKM)，所述并联运动机器包括：第一支撑件；三脚架，其具有三个能伸展和能缩回的支柱，所述支柱以朝向彼此会聚的方式安装并远离所述第一支撑件延伸；第二支撑件，其通过三个所述支柱安装并与所述第一支撑件间隔开以安装所述螺母柱塞，所述螺母柱塞在所述控制器的操作下与所述压铆模具对齐，以将所述压铆螺母附接至所述AHSS板；以及垂直导轨，其将所述PKM安装成用于在彼此垂直的水平方向上运动以与所述接合组件配合，从而将所述压铆螺母附接至所述AHSS板的不同位置。
8.根据权利要求1所述的用于将压铆螺母固定到AHSS板上的装置，其包括底板和框架，所述框架具有在所述底板上方间隔开的上梁，所述接合组件和所述螺母柱塞位于所述底板与所述框架的所述上梁之间并且在所述底板与所述框架的所述上梁之间运动。
9.根据权利要求8所述的用于将压铆螺母固定到AHSS板上的装置，其中，所述接合组件在所述AHSS板下方支撑在所述底板上，并且所述螺母柱塞在所述AHSS板上方由所述框架的所述上梁支撑。
10.根据权利要求8所述的用于将压铆螺母固定到AHSS板上的装置，其还包括：安装在所述底板上的多个所述接合组件，该多个所述接合组件彼此间隔开并由所述控制器操作；以及螺母柱塞组件，该螺母柱塞组件在所述控制器的操作下将多个所述螺母柱塞安装成与所述接合组件配合，以将压铆螺母同时附接至所述AHSS板的不同位置。
11.根据权利要求1所述的用于将压铆螺母固定到AHSS板上的装置，其包括C形框架和机械手，所述C形框架具有支撑所述接合组件的一个端部，并且具有支撑所述螺母柱塞的另一个端部，所述螺母柱塞在所述控制器的操作下与所述压铆模具配合，以将所述压铆螺母附接至所述AHSS板，所述机械手在所述控制器的操作下使所述C形框架运动，以将所述压铆螺母附接至所述AHSS板的不同位置。
12.根据权利要求1所述的用于将压铆螺母固定到AHSS板上的装置，其中，所述致动器使所述转位构件在0.1至0.3秒的范围内在所述加热位置与所述接合位置之间移动。
13.一种用于将压铆螺母固定到AHSS板上的方法，其包括：
将AHSS板定位在接合组件附近，所述接合组件包括转位构件，所述转位构件能平行于所述AHSS板运动并具有沿平行于所述AHSS板的方向彼此间隔开的加热开口和压铆模具；
在所述转位构件处于加热位置时通过所述转位构件的所述加热开口发射激光束，以加热所述AHSS板的工作位置；
使所述转位构件平行于所述AHSS板运动到接合位置，在所述接合位置，所述转位构件的压铆模具与所述AHSS板的所述工作位置对齐；以及
当所述转位构件处于所述接合位置时，使用控制器操作各自具有螺纹开口的压铆螺母被送到其中的螺母柱塞，以与所述压铆模具对齐，从而将压铆螺母在所述AHSS板的被加热的工作位置附接至所述AHSS板，因此能够将螺纹紧固件连接至所述压铆螺母。
14.根据权利要求13所述的用于将压铆螺母固定到AHSS板上的方法，其中，当所述转位构件处于所述加热位置时，从光安全的腔室内通过腔室的开口并因此通过所述转位构件的所述加热开口发射所述激光束，以对所述AHSS板的所述工作位置进行加热，并且其中仅在检测到存在所述AHSS板在所述转位构件的加热开口周围以光安全的接触方式封闭所述转位构件的所述加热开口时，所述控制器才允许所述激光束发射。
15.根据权利要求14所述的用于将压铆螺母固定到AHSS板上的方法，其中，感测通过所述光安全的腔室的加压气流以检测所述AHSS板是否在光安全的程度上在所述转位构件的加热开口周围接触所述转位构件，以通过所述控制器控制所述激光束的操作。
16.根据权利要求13所述的用于将压铆螺母固定到AHSS板上的方法，其中，将穿孔压铆螺母送到所述螺母柱塞中。
17.根据权利要求13所述的用于将压铆螺母固定到AHSS板上的方法，其中，所述转位构件在所述加热位置与所述接合位置之间以直线方式运动，或者在所述加热位置与所述接合位置之间枢转地运动。
18.根据权利要求13所述的用于将压铆螺母固定到AHSS板上的方法，其中，从所述AHSS板的上方或下方感测所述AHSS板在其工作位置的温度。
19.根据权利要求13所述的用于将压铆螺母固定到AHSS板上的方法，其中：所述控制器操作彼此间隔开的多个所述接合组件；所述控制器还操作并联运动机器(PKM)，所述并联运动机器包括：第一支撑件；三脚架，其具有三个能伸展和能缩回的支柱，所述支柱以朝向彼此会聚的方式安装并远离所述第一支撑件延伸；以及第二支撑件，其通过三个所述支柱安装并与所述第一支撑件间隔开以安装所述螺母柱塞，所述螺母柱塞在所述控制器的操作下与所述压铆模具对齐，以将所述压铆螺母附接至所述AHSS板；并且其中垂直导轨将所述PKM安装成用于在所述控制器对所述PKM的操作下在彼此垂直的水平方向上运动以与所述接合组件配合，从而将所述压铆螺母附接至所述AHSS板的不同位置。
20.根据权利要求13所述的用于将压铆螺母固定到AHSS板上的方法，其中，所述接合组件和所述螺母柱塞在底板和安装在所述底板上的框架的上梁之间操作。
21.根据权利要求18所述的用于将压铆螺母固定到AHSS板上的方法，其中，所述接合组件在所述AHSS板下方操作，并且所述螺母柱塞在所述AHSS板上方操作。
22.根据权利要求20所述的用于将压铆螺母固定到AHSS板上的方法，其中，所述控制器操作安装在所述底板上并且彼此间隔开的多个所述接合组件；并且螺母柱塞组件安装多个所述螺母柱塞，并且在所述控制器的操作下与所述接合组件配合以将穿孔压铆螺母同时附接至所述AHSS板的不同位置。
23.根据权利要求13所述的用于将压铆螺母固定到AHSS板上的方法，其中，C形框架的一个端部支撑所述接合组件，并且所述C形框架的另一个端部支撑所述螺母柱塞，所述螺母柱塞在所述控制器的操作下与所述压铆模具配合以将压铆螺母附接至所述AHSS板，并且其中机械手在所述控制器的操作下使所述C形框架运动以将所述压铆螺母附接至所述AHSS板的不同位置。
24.一种组件，其包括：
AHSS板；以及
穿孔压铆螺母，其在被加热的工作位置附接至通过所述穿孔压铆螺母贯穿所述AHSS板的孔处，其中附接通过压铆互锁结构实现，所述压铆互锁结构是通过权利要求13所述的方法形成的，
其中，所述AHSS板在所述压铆互锁结构内的延展性和可塑性与AHSS板在所述互锁结构外部的大致等同。
25.根据权利要求24所述的组件，其中，所述AHSS板的拉伸强度为至少700兆帕。
26.根据权利要求25所述的组件，其中，所述AHSS板的厚度为至少0.7毫米。
27.根据权利要求25所述的组件，其中，所述AHSS板的厚度为0.7至2毫米。
28.根据权利要求24所述的组件，其还包括激光器，以形成所述被加热的工作位置。
29.根据权利要求28所述的组件，其还包括受控腔室，所述受控腔室在所述被加热的工作位置处具有开口。
30.根据权利要求29所述的组件，其还具有进入所述受控腔室的气流的供应装置和用于感测通过所述被加热的工作位置处的所述开口的气流的机构。
31.根据权利要求30所述的组件，其中，通过所述工作位置处的所述开口的所述气流致动所述激光器。
32.根据权利要求24所述的组件，其中，所述穿孔压铆螺母在1.2至2.2秒内附接至所述AHSS板。
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