CN113199120A - 用于控制将第一基板焊接到第二基板的夹具系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于测量和控制将第一基板焊接到第二基板的夹具系统和方法。该系统包括具有第一端和第二端的挤压夹具。该系统还包括与挤压夹具相连的电机,使得第一端和第二端为可移动的以将第一基板夹紧至第二基板。该系统还包括设置在第一端和第二端之一上的电磁通量传感器、电流传感器、位置传感器和间隙传感器中的至少一个,用于确定第一基板与第二基板之间的第一测量变量。该系统还包括控制器,用于基于第一测量变量控制电机以将第一基板夹紧至第二基板。控制器与电磁通量传感器、电流传感器和间隙传感器通信。

Description

用于控制将第一基板焊接到第二基板的夹具系统和方法
技术领域
本公开涉及用于焊接机动车辆工件的方法和系统,并且更具体地,涉及具有用于控制将第一基板焊接到第二基板的焊接装置的方法和系统。
背景技术
汽车金属板和结构焊接是一种通过加热熔化部件材料并使其冷却和熔合在一起来连接部件的制造工艺。在气体金属电弧焊中,良好的焊接受到待焊接基板的位置以及基板之间的间隙的影响。此外,例如,在气体保护金属电弧焊期间,零件变化、钳位和瞬时变形可能导致焊接不一致。
发明内容
因此,虽然当前的焊接系统和方法实现了其预期目的,但是仍需要一种新的和改进的系统和方法来控制将第一基板焊接至第二基板。
本公开的一个方面改进了过程控制,因为可以实时控制和测量焊接第一基板和第二基板的间隙。因为系统可以安装在机器人上,并且在可编程控制下移动到不同的位置,所以过程的灵活性也得到了提高。这个方面使得减少了专用工具并减轻机器人末端执行器的重量。
本公开的各方面提供了一种系统和方法,用于在焊接操作的挤压夹持动作期间基于传感器输入来限定电机和夹持元件的位置。该系统和方法允许进行实时调节以控制基板材料之间的间隙,从而提高焊接质量。该系统和方法可具有多种控制策略,每种控制策略可以在焊接操作的挤压夹持动作期间一起或单独使用。
根据本公开的几个方面,提供了一种用于测量和控制将第一基板焊接到第二基板的夹具系统。在一个方面,该系统包括挤压夹具,该挤压夹具具有延伸至第一端的第一臂和延伸至第二端的第二臂。在该实施例中,第一端和第二端为相对关系,以将第一基板定位至第二基板。在该实施例中,该系统还包括连接到第一臂和第二臂的电机,使得第一端和第二端可移动以将第一基板夹紧到第二基板。电磁通量传感器、电流传感器、位置传感器和间隙传感器中的至少一个设置在第一端和第二端之一上,用于确定第一基板与第二基板之间的第一测量变量。
应理解,在不背离本公开的范围或精神的情况下,该系统可以包括其它合适的传感器,例如测量接触力的力传感器、测量接触电阻的欧姆计、用于进行区域或线扫描的数码相机、基于激光的间隙传感器或测量间隙宽度的电容位移传感器。
在该实施例中,该系统包括控制器,该控制器编程为基于第一测量变量控制电机将第一基板夹紧至第二基板。控制器与电磁通量传感器、电流传感器和间隙传感器中的至少一个以及电机通信。
在一个实施例中,第一测量变量包括第一基板与第二基板之间的磁通量、电流、扭矩和距离中的至少一个。
在另一个实施例中,电磁通量传感器、电流传感器和间隙传感器中的至少一个设置在第一端和第二端之一上,用于确定第一基板和第二基板之一与第一端和第二端之一之间的第二测量变量。在该实施例中,第二测量变量包括第一基板和第二基板之一与第一端和第二端之一之间的磁通量、电流、扭矩和距离中的至少一个。
在另一实施例中,控制器编程为当第一测量变量以第一测量变量的第一预定阈值或百分比变化时,停止电机以终止夹紧。在一个实施例中,第一预定阈值是第一测量变量的大约10%。
在又一实施例中,控制器编程为当第二测量变量以第二测量变量的第二预定阈值或百分比变化时,控制电机使第一基板和第二基板之一与第一端和第二端之一接触。在一个实施例中,第二预定阈值是第二测量变量的大约10%。
在又一实施例中,控制器编程为控制电机在焊接第一基板和第二基板之后使挤压夹具从第一基板和第二基板中的至少一个缩回。
在本公开的另一方面,提供了一种控制用于将第一基板焊接到第二基板的系统的方法。在一个示例中,该方法包括提供用于将第一基板焊接到第二基板的系统。在该实施例中,该系统包括具有第一端和第二端的挤压夹具。该系统还包括连接到挤压夹具的马达,使得第一端和第二端可移动以将第一基板夹持到第二基板。该系统还包括设置在第一端和第二端之一上的电磁通量传感器、电流传感器、位置传感器和间隙传感器中的至少一个,用于确定第一基板与第二基板之间的第一测量变量,以及用于确定第一基板和第二基板之一与第一端和第二端之一之间的第二测量变量。该系统还包括控制器,该控制器编程为基于测量变量控制电机将第一基板夹持到第二基板。控制器与电磁通量传感器、电流传感器和间隙传感器中的至少一个通信。
在该示例中,该方法包括将第一基板和第二基板定位到限定第一基板与第二基板之间的间隙的夹持位置。该方法还包括夹持第一基板和第二基板以减小第一基板与第二基板之间的间隙。在该示例中,该方法还包括确定测量变量。该方法还包括当第一测量变量以第一预定百分比变化时,停止电机以终止夹紧。此外,该方法还包括将第一基板焊接到第二基板,并且在焊接第一基板和第二基板之后缩回挤压夹具。
在一个示例中,该方法还包括在夹持第一基板和第二基板之前接近第一基板和第二基板之一,并且确定第二测量变量。该方法还包括当第二测量变量以第二测量变量的第二预定百分比变化时,接触第一基板和第二基板中的至少一个。
在另一示例中,第一测量变量包括第一基板与第二基板之间的磁通量、电流、扭矩和距离中的至少一个。
在又一示例中,第二测量变量包括第一基板和第二基板之一与第一端和第二端之一之间的磁通量、电流、扭矩和距离中的至少一个。第一预定阈值或百分比可以是第二测量变量的大约10%。此外,第二预定阈值可以是第二测量变量的大约10%。
在本公开的又一方面,提供了一种控制用于将第一基板焊接到第二基板的系统的方法。在这个方面,该方法包括提供用于将第一基板焊接到第二基板的系统。
在该示例中,该系统包括挤压夹具,该挤压夹具具有延伸至第一端的第一臂和延伸至第二端的第二臂。第一端和第二端为相对关系,以将第一基板定位至第二基板。该系统还包括连接到第一臂和第二臂的电机,使得第一端和第二端可移动以将第一基板夹紧到第二基板。在该示例中,该系统包括设置在第一端和第二端之一上的电磁通量传感器、电流传感器、位置传感器和间隙传感器中的至少一个,用于确定第一基板和第二基板之一与第一端和第二端之一之间的第一测量变量以及第一基板和第二基板之一与第一端和第二端之一之间的第二测量变量。在该示例中,该系统还包括控制器,该控制器编程为基于测量变量控制电机将第一基板夹紧到第二基板。控制器与电磁通量传感器、电流传感器和间隙传感器中的至少一个以及电机通信。
在该示例中,该方法包括将第一基板和第二基板定位到限定第一基板与第二基板之间的间隙的夹持位置。该方法还包括在夹持第一基板和第二基板之前,用挤压夹具接近第一基板和第二基板之一,然后用电磁通量传感器、电流传感器和间隙传感器中的至少一个确定第二测量变量。
在该示例中,该方法还包括当第二测量变量以第二测量变量的第二预定百分比变化时,使第一基板和第二基板中的至少一个与挤压夹具接触。该方法包括用电机和挤压夹具夹持第一基板和第二基板以减小第一基板与第二基板之间的间隙,然后用电磁通量传感器、电流传感器和间隙传感器中的至少一个确定测量变量。
在这个方面,该方法包括当第一测量变量以第一预定百分比变化时,停止电机以终止夹紧。该方法还包括将第一基板焊接到第二基板,并且然后在焊接第一基板和第二基板之后缩回挤压夹具。
在这个方面的另一示例中,第一测量变量包括第一基板与第二基板之间的磁通量、电流、扭矩和距离中的至少一个。
在另一示例中,第二测量变量包括第一基板和第二基板之一与第一端和第二端之一之间的磁通量、电流、扭矩和距离中的至少一个。在一个示例中,第一预定阈值或百分比大约为10%。在另一个示例中,第二预定百分比大约为10%。
在一个示例中,该系统可以用于卡车车架纵梁蛤壳式(clamshell)焊接。本公开的一个系统可以仅使用安装在机器人上的单个挤压夹具,而不是使用专用系列的多个挤压夹具来将卡车纵梁的两个半部挤压在一起。机器人可以将挤压夹具移动到特定位置,并且在预定的局部区域将零件挤压在一起。接下来,焊工可以用“点焊”将零件连接在一起,例如,在挤压夹具的位置附近。点焊冷却之后,松开挤压夹具并且将其移动到另一个位置进行焊接。因此,随着(n)个机器人的移动,可以将零件挤压在一起,并且在(n)个地方进行点焊,其中(n)是进行焊接的数量。在该示例中,机器人编程为在不同数量的位置移动、挤压和焊接。
在又一示例中,在不背离本公开的精神或范围的情况下,本公开的一个系统可以通过本文描述的方法与多个挤压夹具一起使用,以便更智能地控制挤压过程。
通过本文提供的描述,进一步的应用领域将变得显而易见。应理解,描述和具体示例仅旨在说明的目的,并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于说明目的,并且不旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1A为根据本公开的一个实施例的机器人系统的示意图,该机器人系统可以实施用于测量和控制将第一基板焊接到第二基板的夹具系统。
图1B为根据本公开的一个实施例的可用于图1A的机器人系统中的挤压夹具的侧视图。
图2为根据一个实施例的图1A-1B的夹具系统的示意图。
图3为描绘根据本公开的一个示例的控制用于将第一基板焊接到第二基板的系统的方法的流程图。
图4为描绘根据本公开的另一示例的控制焊接系统的方法的流程图。
图5为描绘根据本公开的一个示例的焊接操作期间磁场与时间关系的曲线图。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的,并且不旨在限制本公开、应用或使用。
本公开提供了一种系统和方法,用于在焊接操作的挤压夹持动作期间基于传感器输入来限定电机和夹持元件的位置。该电机可以是用于缩小基板材料之间的间隙的伺服电机。该系统可以是固定的或安装在机器人上的。该系统和方法允许实时调节以控制基板材料之间的间隙,从而提高焊接质量。该系统和方法可具有多种控制策略,每种控制策略可以在焊接操作的挤压夹持动作期间一起或单独使用。
在一个实施例中,该系统具有基于测量变量(例如磁通量)的伺服电机位置控制回路,其中该间隙是焊接操作中基板材料之间的间隙的函数。该系统可以具有模式选择算法,该算法能够在不同的控制策略(例如位置/力/电磁通量控制(或其组合))之间切换,以实现混合和互补控制策略。
根据图1A-1B,机器人系统100可以实施用于测量和控制将第一基板焊接到第二基板的夹具系统。根据一个实施例,图1B描绘了用于测量和控制将第一基板12焊接到第二基板14的夹具系统10。此外,夹具系统10(图1B)可以用于机器人系统100(图1A)中,例如用于卡车车架纵梁组件。如图1B所示,夹具系统10包括挤压夹具16,该挤压夹具具有延伸至第一端20的第一臂18和延伸至第二端24的第二臂22。在该实施例中,第一端20和第二端24为相对关系,以将第一基板12定位到第二基板14,从而限定间隙15。第一臂18和第二臂22可以通过横杆26可移动地连接,具有编码器28的电机(例如具有编码器的伺服电机)可移动地设置在该横杆上。在一个实施例中,挤压夹具内可以包括物理硬止动机构,用于防止第一基板和第二基板被过度挤压。
此外,第一端和第二端中的每一者可以具有设置在其上的旋转接触或旋转机构。旋转接触可以允许进行可接受的接触,即使当挤压夹具不垂直于第一基板或第二基板定位时也是如此。在该实施例中,旋转接触允许挤压夹具与第一基板或第二基板之间的对准偏差达到15度。
在该示例中,电机28设置在横杆26上,使得第一端20和第二端24可移动,以将第一基板12夹持到第二基板14。应理解,在不背离本公开的精神或范围的情况下,夹具系统可以在每一侧具有一个或多个接触点。在一个示例中,该系统可以具有两个接触点,间隔大约2至3英寸,以将该零件保持在两个位置,并允许在其间进行点焊。在操作中,该系统可以安装在机器人上(具有或无工具更换器)或固定安装(例如,在地板上)。
应理解,在不背离本公开的精神或范围的情况下,夹具系统10可以是任何合适的夹具系统。例如,夹具系统可以是剪刀(“X”)型夹具或具有伺服致动器的“C”型夹具。此外,夹具系统可以是具有直列式线性致动器的“U”形,或者是具有旋转垫且具有倾斜能力的夹具,以便能够在成角度的表面上进行夹持。
电磁通量(EMF)传感器30、电流传感器32、间隙传感器34和位置传感器(例如用于电机28的编码器)中的至少一个设置在第一端20和第二端24之一上或附近,用于确定第一基板12和第二基板14之间的第一测量变量(或夹紧变量)。上述传感器中的每一个均测量并验证过程中的间隙。此外,可以使用力传感器来避免过载,也可以使用位置传感器。
在该实施例中,第一测量变量包括第一基板12与第二基板14之间的磁通量、电流、扭矩和距离中的至少一个。优选地,EMF传感器30、电流传感器32和间隙传感器34中的每一个都设置在第一端20和第二端24之一上或附近。
在该实施例中,EMF传感器30、电流传感器32和间隙传感器34中的每一个设置在第一端20和第二端24之一上或附近,用于确定第一基板12和第二基板14之一与第一端20和第二端24之一之间的第二测量变量(或预夹紧变量)。在该实施例中,第二测量变量包括第一基板12与第二基板14之一与第一端20和第二端24之一之间的磁通量、电流、扭矩和距离中的至少一个。
在不背离本公开的精神或范围的情况下,EMF传感器30可以是用于测量磁通量的任何合适的电磁通量传感器。EMF传感器30可以测量第一端20与第二端24之间、第一端20与第一基板12之间,以及第二端24与第二基板14之间的磁通量。此外,在不背离本公开的精神或范围的情况下,电流传感器32可以是用于测量电机28的电流的任何合适的电流传感器。此外,在不背离本公开的精神或范围的情况下,间隙传感器34可以是任何合适的间隙传感器,例如,具有激光器的间隙测量相机,用于测量距离。间隙传感器34可以测量第一端20与第一基板12之间、第二端24与第二基板14之间,以及第一端20与第二端24之间的距离。
在该实施例中,夹具系统10包括控制器36,该控制器编程为控制电机28,以基于第一测量变量或夹具变量致动将第一基板12夹持到第二基板14。如图1和图2所示,控制器36与EMF传感器30、电流传感器32和间隙传感器34中的每一个以及电机28通信。在一个实施例中,控制器编程为通过算法致动/控制电机和挤压夹具。基于该算法,控制器可以使用来自EMF传感器、电流传感器和间隙传感器的一个或多个输入控制电机和挤压夹具。
在不背离本公开的精神或范围的情况下,上述硬停止机构可以通过任何合适的方式编程在控制器中。
在操作中,控制器36编程为致动电机28,以使第一端20和第二端24接近第一基板12和第二基板14,用于接触和随后的夹紧。在该实施例中,在接近期间,传感器检测预夹紧变量(第二测量变量)。当预夹紧变量发生变化时,确认端20、24和基板12、14之间接触。预夹紧变量的变化指示端20、24和基板12、14之间接触。预夹紧变量的这种变化可以表示为百分比变化。在一个实施例中,预夹紧变量的百分比变化可以为大约10%或更多。
如上所述,控制器36编程为控制电机28,以基于第一测量变量(夹紧变量)致动将第一基板12夹持到第二基板14。也就是说,控制器36致动电机28进一步向内移动第一端20和第二端24,从而夹持第一基板12和第二基板14。在该实施例中,传感器检测夹紧变量(第一测量变量)并且将输入数据发送给控制器。当夹具变量发生预定变化时,确认基板12、14被夹紧。夹紧变量的这种预定变化可以用百分比变化来表示。在一个实施例中,夹紧变量的百分比变化可以为大约10%或更少。
在操作期间,一个传感器可以用于检测第一测量变量(夹紧变量)和第二测量变量(预夹紧变量)。然而,应理解,在不背离本公开的精神或范围的情况下,可以使用一个、两个或所有传感器。
当夹具变量以夹具阈值变化时,控制器36编程为致动电机28以停止进一步夹紧并保持挤压夹具的位置以便焊接。夹紧阈值可以表示为夹紧变量的百分比。在一个实施例中,夹紧阈值可以大于夹紧变量的10%的变化。
焊接之后,控制器36致动电机28,以使第一端20和第二端24分别从第一基板12和第二基板14处缩回。因此,控制器36编程为控制电机28在焊接第一基板12和第二基板14之后使挤压夹具16从第一基板和第二基板中的至少一个处缩回。
在本公开的另一方面,提供了一种控制用于将第一基板焊接到第二基板的系统的方法110。如图所示,方法110包括在框112提供用于测量和控制将第一基板焊接到第二基板14的系统(例如,参见图1和2)。图1和2所示的夹具系统10是可以执行图3所描绘的步骤的这种系统的一个示例。然而,应理解,在不背离本公开的精神或范围的情况下,可以使用其它合适的系统和装置来执行方法110的步骤。
如上所述,夹具系统10包括挤压夹具16,该挤压夹具具有延伸至第一端20的第一臂18和延伸至第二端24的第二臂22。在该示例中,第一端20和第二端24为相对关系,以将第一基板12定位到第二基板14,从而限定间隙15。第一臂18和第二臂22可以通过横杆26可移动地连接,电机28(例如伺服电机)可移动地设置在该横杆上。在该示例中,电机28设置在横杆26上,使得第一端20和第二端24可移动,以将第一基板12夹紧至第二基板14。此外,夹具系统10包括控制器36,该控制器编程为控制电机28,以基于第一测量变量致动将第一基板12夹持到第二基板14。如图1和图2所示,控制器36与EMF传感器30、电流传感器32和间隙传感器34中的每一个以及电机28通信。
在该示例中,该方法110包括在框114将第一基板和第二基板定位到限定第一基板与第二基板之间的间隙的夹持位置。在不背离本公开的范围或精神的情况下,可以手动或通过机器人辅助或通过任何其它合适的方式将第一基板和第二基板设置在夹持位置。
方法110还包括在框116夹紧第一基板和第二基板以减小第一基板与第二基板之间的间隙15。优选地,控制器36编程为致动电机28,以移动第一端和第二端分别与第一基板和第二基板接触,并且因此开始夹紧。
方法110还包括在框118确定第一测量变量。如上所述,传感器(即,EMF传感器、电流传感器或间隙传感器)中的至少一个检测/感测第一基板与第二基板之间的第一测量变量。接着,控制器接收来自传感器的输入数据,并且通过算法确定第一测量变量。在该示例中,间隙传感器测量间隙距离,并且将输入数据发送到控制器,该控制器确定第一测量变量。然而,在不背离本公开的范围或精神的情况下,可以使用任何或所有传感器。
当第一测量变量以第一预定阈值(或第一预定百分比)变化时,方法110还包括在框120通过控制器停止致动电机,以停止进一步夹紧。也就是说,在夹紧期间,间隙传感器继续检测第一测量变量,并且将输入数据发送到控制器。当达到预定阈值时,控制器向电机发送信号以终止进一步的致动或运动。终止进一步夹紧,并且通过挤压夹具将第一基板和第二基板保持在适当位置以便焊接。
此外,方法110包括在框122将第一基板焊接到第二基板。在焊接之后,方法110还包括在框124使挤压夹具从第一基板和第二基板上缩回。缩回挤压夹具可以通过控制器向电机发送致动信号以反转其位置从而使第一端和第二端分别从第一基板和第二基板上缩回来实现。
参考图4,提供了控制用于将第一基板焊接到第二基板的系统的方法210。在这个方面,方法210包括在框212提供用于将第一基板焊接到第二基板的系统。图1和2所示的系统是可以执行图4所描绘的步骤的这种系统的一个示例。然而,应理解,在不背离本公开的精神或范围的情况下,可以使用其它合适的系统和装置来执行该方法的步骤。
在该示例中,方法210包括在框214将第一基板和第二基板定位到夹持位置,从而限定第一基板与第二基板之间的间隙15。在不背离本公开的范围或精神的情况下,可以手动或通过机器人辅助或通过任何其它合适的方式将第一基板和第二基板设置在夹持位置。
如图4和5所描绘的,方法210还包括在框216用挤压夹具接近第一基板和第二基板之一。在该示例中,控制器36编程为致动电机28,以使第一端20和第二端24接近第一基板12和第二基板14以便夹持。
在该示例中,在接近步骤中,在框218,EMF传感器检测第一端与第一基板之间的磁通量(预夹紧变量),并且将输入数据发送到控制器,该控制器确定预夹紧变量(此处为磁通量)。应理解,可以使用一个、两个或所有传感器来检测第二测量变量。如图5所描绘的,在该示例中,在接近步骤期间,y轴上的磁场通常恒定在大约800高斯。
在该示例中(图4),当预夹紧变量以预夹紧阈值变化时(或变化一预定百分比),方法210还包括在框220用挤压夹具接触第一基板和第二基板。参考图5,当EMF传感器继续检测第一端与第一基板之间的磁场时,将输入数据发送到确定磁场的控制器。当预夹紧变量发生预定变化时,确认第一端与第一基板之间接触。也就是说,预夹紧变量的变化指示第一端与第一基板之间接触。预夹紧变量的这种变化可以用百分比变化来表示。在一个示例中,预夹紧变量的百分比变化可以是大约10%或更多。
参考图4,方法210还包括在框222用电机和挤压夹具夹紧第一基板和第二基板,以减小间隙15。在该示例中,在接触步骤中,EMF传感器检测第一基板与第二基板之间的磁场,并且将输入数据发送到控制器。在框224中,控制器通过算法确定第一测量变量(夹紧变量)。在图5所示的示例中,当第一测量变量达到磁通量的预定减小变化时,确认第一基板和第二基板被夹持。
在这个方面,方法210包括在框226停止电机以终止进一步夹持。在图5所示的示例中,当第一测量变量以第一预定阈值变化时,认为间隙闭合。方法210还包括在框228将第一基板焊接到第二基板,然后在焊接第一基板和第二基板之后在框230使挤压夹具缩回。使挤压夹具缩回可以通过控制器向电机发送致动信号以反转其位置从而使第一端和第二端分别从第一基板和第二基板缩回来实现。
本公开的描述本质上仅仅是示例性的,并且不脱离本公开要点的变化旨在落入本公开的范围内。这种变化不应视为背离本公开的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于测量和控制将第一基板焊接到第二基板的夹具系统,所述系统包括:
挤压夹具,具有延伸到第一端的第一臂和延伸到第二端的第二臂,所述第一端和所述第二端为相对关系以将所述第一基板定位到所述第二基板;
电机,与所述第一臂和所述第二臂相连,使得所述第一端和所述第二端为可移动的,以将所述第一基板夹紧至所述第二基板;
电磁通量传感器、电流传感器、位置传感器和间隙传感器中的至少一个,设置在所述第一端和所述第二端之一上,用于确定所述第一基板与所述第二基板之间的第一测量变量;以及
控制器,编程为基于所述第一测量变量控制所述电机将所述第一基板夹紧至所述第二基板,所述控制器与所述电磁通量传感器、所述电流传感器和所述间隙传感器中的至少一个以及所述电机通信。
2.根据权利要求1所述的系统,其中所述第一测量变量包括所述第一基板与所述第二基板之间的磁通量、电流、扭矩和距离中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的系统,其中所述电磁通量传感器、所述电流传感器和所述间隙传感器中的至少一个设置在所述第一端和所述第二端之一上,用于确定所述第一基板和所述第二基板之一与所述第一端和所述第二端之一之间的第二测量变量。
4.根据权利要求3所述的系统,其中所述第二测量变量包括所述第一基板和所述第二基板之一与所述第一端和所述第二端之一之间的磁通量、电流、扭矩和距离中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的系统,其中所述控制器编程为当所述第一测量变量以所述第一测量变量的第一预定百分比变化时,停止所述电机以终止夹紧。
6.根据权利要求5所述的系统,其中所述第一预定百分比大约为10%。
7.根据权利要求4所述的系统,其中所述控制器编程为当所述第二测量变量以所述第二测量变量的第二预定百分比变化时,控制所述电机使所述第一基板和所述第二基板之一与所述第一端和所述第二端之一接触。
8.根据权利要求1所述的系统,还包括,其中所述第二预定百分比大约为10%。
9.根据权利要求1所述的系统,还包括可沿所述第一基板和所述第二基板移动并且与所述控制器通信的机器人,所述挤压夹具与所述机器人可移动地连接,以在预定位置夹紧所述第一基板和所述第二基板,以焊接所述第一基板和所述第二基板。
10.一种控制用于将第一基板焊接到第二基板的系统的方法,所述方法包括:
提供用于将所述第一基板焊接到所述第二基板的系统,所述系统包括:
挤压夹具,具有第一端和第二端;
电机,与所述挤压夹具相连,使得所述第一端和所述第二端为可移动的以将所述第一基板夹紧至所述第二基板;
电磁通量传感器、电流传感器、位置传感器和间隙传感器中的至少一个,设置在所述第一端和所述第二端之一上,用于确定所述第一基板和所述第二基板之间的第一测量变量,以及用于确定所述第一基板和所述第二基板之一与所述第一端和所述第二端之一之间的第二测量变量;以及
控制器,编程为基于所述测量变量控制所述电机将所述第一基板夹持到所述第二基板,所述控制器与所述电磁通量传感器、所述电流传感器和所述间隙传感器中的至少一个通信;
将所述第一基板和所述第二基板定位到一夹持位置,所述夹持位置限定了所述第一基板和所述第二基板之间的间隙;
夹紧所述第一基板和所述第二基板以减小所述第一基板与所述第二基板之间的所述间隙;
确定所述测量变量;
当所述第一测量变量以第一预定百分比变化时,停止所述电机以终止夹紧;
将所述第一基板焊接到所述第二基板上;以及
在焊接所述第一基板和所述第二基板之后缩回所述挤压夹具。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE9302850U1 (de) * 1993-02-26 1994-07-07 Kuka Schweißanlagen + Roboter GmbH, 86165 Augsburg Schweißvorrichtung
US20030196991A1 (en) * 2002-03-05 2003-10-23 Pascal Gobez Method and device for controlling the welding by flash welding of two metallic parts
CA2496261A1 (en) * 2004-03-16 2005-09-16 C.R.F. Societa Consortile Per Azioni A method for controlling the quality of industrial processes and system therefrom
CN102189366A (zh) * 2010-03-01 2011-09-21 株式会社神户制钢所 夹紧确认系统、焊接机器人系统、夹紧工具控制装置及夹紧确认方法
CN102649169A (zh) * 2011-02-22 2012-08-29 波音公司 用于末端执行器夹具的力和常态传感
CN102655979A (zh) * 2009-10-09 2012-09-05 株式会社Ihi 工件定位装置和方法以及对焊用工件定位装置
US20150375327A1 (en) * 2014-06-27 2015-12-31 Illinois Tool Works Inc. System and method for remote welding training
US20160125762A1 (en) * 2014-11-05 2016-05-05 Illinois Tool Works Inc. System and method for welding system clamp assembly

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE9302850U1 (de) * 1993-02-26 1994-07-07 Kuka Schweißanlagen + Roboter GmbH, 86165 Augsburg Schweißvorrichtung
US20030196991A1 (en) * 2002-03-05 2003-10-23 Pascal Gobez Method and device for controlling the welding by flash welding of two metallic parts
CA2496261A1 (en) * 2004-03-16 2005-09-16 C.R.F. Societa Consortile Per Azioni A method for controlling the quality of industrial processes and system therefrom
CN102655979A (zh) * 2009-10-09 2012-09-05 株式会社Ihi 工件定位装置和方法以及对焊用工件定位装置
CN102189366A (zh) * 2010-03-01 2011-09-21 株式会社神户制钢所 夹紧确认系统、焊接机器人系统、夹紧工具控制装置及夹紧确认方法
CN102649169A (zh) * 2011-02-22 2012-08-29 波音公司 用于末端执行器夹具的力和常态传感
US20150375327A1 (en) * 2014-06-27 2015-12-31 Illinois Tool Works Inc. System and method for remote welding training
US20160125762A1 (en) * 2014-11-05 2016-05-05 Illinois Tool Works Inc. System and method for welding system clamp assembly

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