CN116689928A - 具有位于固定电极上的致动器的焊枪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种焊枪，包括：第一电极；具有朝向彼此移动的固定部件和可移动部件的第二电极；第一电极的机电线性致动器，包括第一力传感器，第一电极的机电线性致动器的杆连接至第一电极；以及第二电极的可移动部件的机电线性致动器，包括壳体、电动马达、反转滚柱螺杆传动装置、位置传感器、以及锥齿轮。反转滚柱螺杆传动装置的轴线与第二电极的可移动部件的机电线性致动器的杆的轴线重合并相对于电动马达的轴线成角度。第二电极的可移动部件的机电线性致动器的一部分固定地附接在第二电极的固定部件上。第二电极的可移动部件的机电线性致动器的杆连接至第二电极的可移动部件。焊枪还包括第二力传感器，配置成测量第二电极上的力。

Description

具有位于固定电极上的致动器的焊枪

技术领域

本发明涉及用于电阻点焊的焊枪。

背景技术

焊枪用于电阻点焊。电阻点焊在工业中变得普遍使用。例如，点焊在车辆制造中用于连接金属车身部件。焊枪通常具有由机电线性致动器(以下称为EMA)驱动的第一可移动电极、以及相对于焊枪保持静止的第二电极。焊枪位于由机器人的控制器控制的工业操纵器(以下称为机器人)的臂上。在构造期间，例如通过在电极与板之间没有间隙的情况下将电极带至板并记录电流坐标来确定焊枪的固定电极的端部的空间坐标。在焊接之前，机器人接受了培训——操作员使用控制单元将焊枪带到焊接点，使得第二电极接触待焊接的部件中的一个部件。在焊接期间，机器人将焊枪移动到固定在设备中的两个或多个待焊接的部件，使得焊枪的第二电极以与该待焊接的部件的表面成直角的方式接触待焊接的部件中的一个部件。然后，响应于来自控制系统例如机器人的命令，EMA以较高的速度——优选地以最大速度——将第一电极带到待焊接的部件，然后将该电极的移动速度降低到接触速度。在可移动电极接触待焊接的部件中的一个部件之后，焊枪将待焊接的部件夹持在电极之间，然后电流通过电极，特别地，电流流过电极的与待焊接的部件接触的端部上的覆盖件并流过待焊接的部件，这导致局部加热、将被夹持区域中的金属融化并形成焊核。不再提供焊接电流之后，金属冷却并硬化，部件在焊核处接合，焊枪打开。具有用于焊接车辆部件的焊枪的多个机器人被接合到焊接工作单元中。重要的是，通过减少焊接周期持续时间来促进车身线上焊接工作单元容量的增加，这直接受到焊枪的电极的移动速度的影响。

为了避免第二电极与待焊接的部件碰撞并损坏待焊接的部件或电极，因为机器人具有较高的惯性，因此需要将焊枪以较低的速度带到待焊接的部件。因此，将电极平稳地运送到待焊接的部件需要时间，并且因此，增加了焊接持续时间，这也包括机器人移动焊枪的时间。

此外，当焊枪压缩时，电极在力的作用下弹性弯曲，其中电极中的每个电极弯曲到不同程度，这使电极与待焊接的部件之间的接触点移位。由于在电极之间存在固定在设备中的待焊接的部件，因此，电极接触点的位移导致待焊接的部件的不期望的挠曲和损坏。设备中的待焊接的部件以一定的公差布置，即，待焊接的部件可以沿着焊枪的电极的轴线位于不同位置。在这种情况下，机器人将焊枪相对于待焊接的部件放置在固定电极接触待焊接的部件中的一个部件的位置，而不是放置在固定电极有效地接触待焊接的部件中的一个部件的位置。在反复循环的焊接期间，电极端部上的覆盖件会被磨损。两个电极上的覆盖件的不均匀磨损增加了电极与待焊接的部件之间实际接触点与预期接触点的位移。用这个位置的覆盖件来压缩焊枪也会导致待焊接的部件的弯曲和损坏。为了避免损坏待焊接的部件，使用各种方法和装置来平衡两个电极上的力，即所谓的均衡。不均衡的焊接会导致两个电极上的力不均匀以及待焊接的部件的弯曲。应考虑的是，太弱的力将导致熔化的金属从焊点中心在电极下方的待焊接的板之间溢出，因此，焊点将不太牢固。相反，施加过强的力会增加金属板的接触面积并降低焊点中的电阻，从而减少焊点中金属的加热并减少焊点熔核。因此，电极上的不均匀力会降低焊接质量。

在US7738996B2中公开了一种均衡方法，该方法包括：当待焊接的部件被夹持时，通过机器人使焊枪在空间中移动一段距离来避免部件变形，该距离等于焊枪的弹性变形，该弹性变形对应于预定力。由此，考虑了电极与待焊接的部件之间的实际接触点相对于参考接触点的位移。焊枪的移动方向与电极的纵向轴线重合。然而，这种变相均衡增加了焊接过程的持续时间，因为如上所述，机器人具有较高的惯性，因此需要较长的时间来加速及减速，这阻止机器人实现焊枪的移动速度与第一电极的移动速度的相等。这可能导致下述情况：机器人仍在将焊枪移动至目标坐标，而第一电极已经停止，并且待焊接的部件的焊接可能已经被执行。

焊枪的包括第二EMA的构型是已知的，第二EMA例如位于焊枪基部与焊枪框架的一部分之间，焊枪通过该焊枪基部附接至机器人，第一电极和第二(固定)电极紧固在焊枪框架的该部分上。这种C型和X型焊枪从专利文献US5988486A中是已知的。在这种焊枪构型中，所述EMA可以移动焊枪的一部分，直到第二电极比机器人更快地接触待焊接的部件。为了均衡，所述EMA将焊枪的一部分移动了等于电极的弹性变形量的距离。然而，由于连接至EMA杆的焊枪部件的重量较大，因此EMA的加速度和速度会降低。同样重要的是，当EMA如此定位时，在机器人构造(训练)时，如果焊枪与障碍物碰撞，则EMA容易受到损坏。例如，操作员可以利用机器人的控制器的控制单元来设置机器人的沿着具有障碍物的路径的移动，该障碍物呈用于待焊接的部件的设备或另一焊枪的形式。在这种情况下，与被EMA移动的框架部件发生碰撞将撞击EMA，从而导致EMA断裂。可以为EMA添加各种加强件，例如，作为引导件的EMA的杆的径向支撑件将承受该撞击，但这不会防止沿着EMA杆的轴线的撞击造成的损坏，并且还会增加焊枪的重量和机器人的惯性。

此外，从JP3319086B2中已知一种焊枪结构，其中每个电极——第一电极24和第二电极25——驱动单独的EMA，这允许执行均衡，即，当焊接期间待焊接的部件被焊枪夹持时，电极中的每个电极上实现相等的力。然而，当焊枪与障碍物碰撞时，这种结构趋于损坏第二电极25的EMA。应当指出，由于使EMA移动的第二电极25的明显长度，较大的弯曲力矩被施加至EMA杆，这是由该电极在焊枪被压缩时的弯曲引起的。此外，为了打开焊枪，使电极25移动的EMA杆必须延伸，这进一步增加了存在弯曲力矩的杆。此外，在这种结构中，EMA使明显具有实质长度和重量的第二电极25移动，这增加了第二电极的加速时间，并因此增加了焊接周期持续时间。该焊枪的刚性小于没有使第二电极25移动的EMA的焊枪，从而需要安装EMA杆引导件以用于减小焊枪弯曲。这增加了焊枪的重量。在没有引导件的情况下，由于较低的刚性，驱动第二电极25的EMA杆的行程必须增加，这也由于EMA的重量增加而增加了焊枪的重量。增加焊枪的重量会增加焊枪惯性，从而降低加速度，进而降低安装有焊枪的机器人所能达到的速度。

DE102012112547B4公开了一种焊枪结构，该焊枪结构具有附接有电极的两个电磁体，电极在焊枪中夹持待焊接的部件。为了使焊枪能够更多地打开(即，为了使焊枪的电极中的至少一个电极能够行进更大的行程)，必须通过线性致动器来移动电磁体中的一个电磁体，在该线性致动器的杆上附接有电磁体。这增加了这些焊枪的重量和尺寸，并由于更多的部件而不便于制造。此外，这种结构需要更多的电子部件来控制每个致动器和电磁体。基于由来自力传感器的反馈确定的目标力来确定由电磁体消耗的电流。由电磁体消耗的电流根据电磁体的热率而变化，这改变了电流与电磁体产生的力的比，因此，增加了电磁体在设定电流处产生的力的误差。力的增加的误差使得必须对电磁铁的电流进行额外调节，直到达到目标力为止。调节电流的过程也需要时间。记录和评估电磁体的温度使系统复杂化，因为记录和评估需要处理更多的参数，并且在焊枪的操作寿命期间也不能提供力电流比的稳定性。因此，需要更频繁地校准电磁体，以确定电极上的力与电磁体消耗的电流的比。因此，这些焊枪的缺点中的一些缺点是缩短的响应时间、增加的焊接周期持续时间、更频繁的维护，这降低了焊接工作单元的性能。应当指出，不可能对由电磁体驱动的电极设置预定速度。如果将电流在电极与待焊接的部件相距某个距离时供给至电磁体，则电极将朝向待焊接的部件移动，并以电极在经过所述距离时产生的速度与待焊接的部件碰撞。速度可能过高，电极会损坏待焊接的部件。因此，需要使用机器人将焊枪带至待焊接的部件，直到电极接触待焊接的部件为止，这降低了焊接工作单元的性能。

因此，目的是提供一种具有更高的第二电极移动速度和改进的EMA保护的焊枪，该EMA在构造机器人时使第二电极移动而免受焊枪与障碍物碰撞造成的损坏。

发明内容

为了解决所指出的问题，提出了一种焊枪，该焊枪包括：第一电极；具有固定部件和可移动部件的第二电极，其中，第二电极的可移动部件和第一电极能够朝向彼此移动；相对于第二电极的固定部件固定地附接的第一电极的机电线性致动器，其中，第一电极的机电线性致动器包括第一力传感器，其中，第一电极的机电线性致动器的杆连接至第一电极；以及第二电极的可移动部件的机电线性致动器，第二电极的可移动部件的机电线性致动器包括：壳体；电动马达；用于将电动马达的旋转运动转换成第二电极的可移动部件的机电线性致动器的杆的平移运动的反转滚柱螺杆传动装置(inverted roller-screw gear)；用于将电动马达的旋转传递至反转滚柱螺杆传动装置的锥齿轮；以及用于确定第二电极的可移动部件的位置的位置传感器。反转滚柱螺杆传动装置的轴线与第二电极的可移动部件的机电线性致动器的杆的轴线重合并且相对于电动马达的轴线成角度。第二电极的可移动部件的机电线性致动器通过第二电极的机电线性致动器的壳体的定位有电动马达的一部分固定地附接在第二电极的固定部件上。第二电极的可移动部件的机电线性致动器的杆连接至第二电极的可移动部件。焊枪还包括第二力传感器，第二力传感器配置成对第二电极上的力进行测量。

由于电极的可移动部件附接至第二电极的可移动部件的EMA杆(以下称为第二电极的EMA)，并且第二电极的EMA通过第二电极EMA的本体的一部分固定在第二电极的固定部件上，其中反转滚柱螺杆传动装置和电动马达彼此成角度地布置，并且可以显著地减小由第二电极的EMA移动的第二电极的可移动部件的重量。因此，所述EMA实现的速度和加速度可以显著地增大。当机器人将焊枪带到待焊接的部件时，允许缩短将第二电极的可移动部件带到待焊接的部件的阶段的焊接周期持续时间。增大第二电极的可移动部件的速度和加速度也加快了第二电极的零位置和焊枪的空间坐标的确定，这例如在第二电极的零位置在被磨损的覆盖件被削尖或被更换之后确定时减少了焊枪配置过程在启动时的持续时间并且还减少了焊枪维护期间的焊接工作单元的静止时间。

此外，由于反转滚柱螺杆传动装置和电动马达不是同轴的而是彼此成角度的，因此，第二电极的EMA的在沿着第二电极轴线的方向上的长度减小，这减小了第二电极的固定部件从电极的端部突出的部分的长度，因为第二电极的EMA布置在第二电极的固定部件的弯曲部分中。这减少了焊枪在焊点附近占用的空间、允许在紧凑的空间中进行焊接、并且还减少了一个焊枪与在车身上的同一焊接工作单元中的相邻区域中执行焊接的另一焊枪碰撞的风险。此外，用于将旋转从电动马达传递至反转滚柱螺杆传动装置的锥齿轮的设置有助于减小电动马达的尺寸，从而减小EMA的尺寸，这对于通过车身部件中的工作孔口进行焊接以及在部件(待焊接的零件)的弯曲部分附近的位置中进行焊接的可能性是非常重要的。

提供减速器作为锥齿轮有助于减小需要由电动马达产生的扭矩，以实现焊枪的第二电极的较高的加速度。因此，减小了第二电极的EMA的尺寸。另一方面，这允许增大第二电极的加速度并提高焊接工作单元的性能，同时保持相同的尺寸。应当注意的是，锥齿轮可以制成具有齿形齿轮的轴线彼此之间的各种倾斜角度，这允许：在第二电极的固定部件与第二电极可移动部件不成直角的情况下，滚柱螺杆传动装置和电动马达不仅可以彼此成直角地定位，而且可以以不同的角度定位，这对于在待焊接的部件的弯曲部分附近焊接该待焊接的部件而言是必需的。例如，第二电极的固定部件可以设置成与第二电极的可移动部件成钝角或锐角。

由于两个电极在所建议的焊枪结构中都是可移动的，其中两个电极可以被设置成以相同的速度移动，因此电极可以同时而不是连续地被带至待焊接的部件，这减少了焊接周期持续时间。

由于第二电极的EMA包括电动马达、位置传感器的事实、以及配置成用于对第二电极上的力进行测量的力传感器被安装在焊枪上的事实，可以确定第二电极的坐标，该电极在该坐标处触碰待焊接的部件中的一个部件，并且还可以确定第二电极的位置对该电极上的力的依赖性，即焊枪的刚度。这允许将第二电极移动至对应于预定力的坐标，同时补偿由焊枪的压缩引起的焊枪的弯曲(通过均衡)，该弯曲在每个焊接周期中被确定。确定焊枪的刚度还可以防止EMA的温度影响力的精度。此外，位置电路中的控制允许加速均衡过程，从而减少焊接周期持续时间。焊枪的第二电极上的力传感器还允许定期检查第一EMA中的力传感器，而不使用通常手动安装在焊枪的电极之间的外部力传感器，这减少了焊枪静止时间并提高了焊接工作单元的性能。

由于第二电极的EMA包括用于将电动马达的旋转运动转换成杆的平移运动的反转滚柱螺杆传动装置(以下称为滚柱螺杆传动装置)的实施，可以减小用于驱动第二电极的第二EMA的尺寸，这允许产生工作孔口，较小尺寸的焊枪或焊枪的仅第二电极穿过该工作孔口，并且还允许在靠近待焊接的部件的弯曲部分的位置进行焊接，例如以直角进行焊接。这可以减小待焊接的部件的重叠尺寸、减小待焊接的部件重量，从而减轻车辆重量。

此外，由于第二电极的可移动部件较短，并且因此施加至第二电极的EMA的杆的弯曲力矩较大，因此，提高了第二电极在例如机器人训练期间免受焊枪与障碍物碰撞而损坏的保护水平，因而，施加至第二电极的EMA的杆并且因此施加至反转滚柱螺杆传动装置的较大的弯曲力矩在横向于第二电极的轴线的方向上撞击第二电极期间是不会发生的。应注意的是，焊枪与障碍物碰撞使得撞击被沿着第二电极的EMA的轴线引导的风险几乎被完全消除，这防止了第二电极的EMA的滚柱螺杆传动装置的损坏，否则将导致生产线停滞时间。

有利地，反转滚柱螺杆传动装置的轴线与电动马达的轴线之间的角度可以是直角、钝角或锐角。

有利地，第二电极的可移动部件的机电线性致动器的杆可以与第二电极可移动部件同轴或平行。

有利地，第二电极的可移动部件可以相对于第二电极的可移动部件的机电线性致动器的杆成角度。

有利地，焊枪还可以包括第二电极的可移动部件的防旋转组件和用于对第二电极的可移动部件进行冷却的冷却流体的通道。

有利地，用于对第二电极的可移动部件进行冷却的冷却流体的通道可以部分地位于防旋转组件中。

用于第二电极的冷却流体——例如水——的供给通道位于防旋转组件内，这不仅减小了第二电极的EMA的尺寸，而且使得可以不使用用于在EMA周围供给冷却的管，从而降低了损坏EMA的风险，否则会导致电极和EMA过热以及焊枪损坏。此外，这减少了防旋转组件的摩擦部件的加热，增加了防旋转组件的摩擦部件的使用寿命，从而延长了焊枪的使用寿命。有利地，冷却液供给通道紧邻电动马达经过，这减少了电动马达的加热并减小了EMA的尺寸，从而能够在靠近待焊接的部件的弯曲部分的位置进行焊接。EMA的冷却进一步提高了焊接工作单元的性能，因为EMA可以消耗更多的电流，因此可以更快地加速及减速而不会过热。

应当注意，第二电极的EMA的改进的性能减少了在焊枪的定期检查——例如第一EMA的第一力传感器的检查——期间焊枪的静止时间。

有利地，防旋转组件可以包括可滑动地接触衬套的两个管和用于冷却流体的通道，用于冷却流体的通道部分地位于管和壳体中的开口中，其中，管和所述开口平行于杆。

有利地，防旋转组件可以包括可滑动地接触壳体的两个突出部和用于冷却流体的通道，用于冷却流体的通道部分地位于管和所述突出部中的开口中，其中，管和所述开口平行于杆。

有利地，第一电极的机电线性致动器可以相对于第二电极的固定部件被固定地附接。

在另一实施方式中，有利地，第二电极的固定部件可以相对于第二电极可移动部件成角度。

有利地，第二电极的可移动部件可以与第一电极同轴或平行。

在另一实施方式中，有利地，第二电极的可移动部件可以相对于第一电极成角度。

有利地，第二电极的可移动部件可以包括具有筒形突出部的安装基部，其中，第二电极可移动部件和第二电极固定部件是使用安装基部连接至彼此的。

有利地，第二力传感器可以包括安装至第二电极的固定部件的表面的电阻应变传感器或压电力传感器。

有利地，焊枪可以包括控制系统，该控制系统具有计算单元，以计算第一电极的位置和第二电极的可移动部件的位置。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施方式的处于关闭状态和打开状态的焊枪(侧视图)。

图2示出了根据本发明的实施方式的焊枪的第二电极和第二电极的可移动部件的EMA(截面侧视图)。

图3示出了根据本发明的实施方式的焊枪的第二电极和第二电极的可移动部件的EMA的轴测图。

图4示出了根据本发明的实施方式的用于对焊枪的第二电极的覆盖件和第二电极的可移动部件的EMA进行冷却的通道(部分截面侧视图)。

图5示出了具有带花键轴的防旋转组件的第二电极的可移动部件的EMA的实施方式(截面侧视图)。

图6示出了第二电极的可移动部件的EMA的实施方式(部分截面侧视图)，其中，水通道部分地布置在防旋转组件中。

图7示出了第二电极的可移动部件的EMA的实施方式(部分截面侧视图)，其中，防旋转组件呈过渡件上的突出部的形式，第二电极的可移动部件附接至过渡件。

具体实施方式

图1示出了焊枪，该焊枪包括框架1、第一电极2(以下称为电极2)和第二电极，该第二电极具有第二电极的固定部件3和第二电极的可移动部件4(以下称电极4)。焊枪通过凸缘5和安装螺钉(图中未示出)固定地附接在六轴机器人(图中没有示出)的可移动臂上。第一电极的EMA 8固定地安装在焊枪的框架1上，EMA 8的杆9固定地附接至第一电极2。第一电极的EMA 8包括电动马达(图中未示出)、滚柱螺杆传动装置(图中没有示出)和位置传感器(图中没有示出)。应当指出，可以使用将电动马达的旋转运动转换成EMA杆的平移运动的任何其他传动装置来代替滚柱螺杆传动装置，例如滚珠螺杆。此外，第一电极的EMA 8可以是线性电动马达。第一电极的EMA8的杆连接至滚柱螺杆传动装置的移动往复元件——滚柱螺杆传动装置的滚柱(图中未示出)，滚柱螺杆传动装置的滚柱实现电极2的往复运动。第一电极的EMA 8包括被配置成对第一电极2上的力进行测量的力传感器(图中未示出)。

覆盖件6和7安装在焊枪的电极的端部处，这些覆盖件6和7与待焊接的部件54接触。为了简单起见，覆盖件6、7与待焊接的部件54之间的接触被称为电极2和电极4与待焊接的部件54的接触。第二电极具有固定地安装在焊枪的框架1上的固定部件3。第二电极的EMA10固定地附接在第二电极的固定部件3上。第二电极的EMA 10的杆11固定地附接至与第一电极2同轴的电极4(图2)。在所表明的实施方式中，第二电极的可移动部件4通过过渡件12连接至EMA的杆11，以便由于安装有覆盖件7的保持锥形件的磨损而更换第二电极的可移动部件4。电极4通过安装螺钉13连接至过渡件12。过渡件12通过与杆11同轴的安装螺钉14连接至杆11。为了提高杆11与过渡件12之间的连接的坚固性，在杆11上设置有纵向齿，该纵向齿被切入到过渡件12中的筒形开口的光滑表面中，从而导致该表面变形。在所表明的实施方式中，杆11与电极4同轴。然而，为了将待焊接的部件54以直角在接近待焊接的部件54的弯曲部分的位置进行焊接，电极4可以相对于杆11略微偏心，这种偏心将允许第二电极的EMA 10的期望的操作寿命。应当指出，为了减少车身部件中的工作孔口，电极2和4可以彼此不同轴，而是例如可以彼此成角度。如果待焊接的部件54的焊接点太靠近待焊接的部件的弯曲部分，电极2和4也可以彼此不同轴，以防止焊枪撞击待焊接的部件并损坏待焊接的部件。在这种情况下，杆11相对于电极4成角度。第二电极的EMA 10包括电动马达、反转滚柱螺杆传动装置、锥齿轮和壳体15和16内的位置传感器17，第二电极的EMA 10横截面如图2所示。电动马达包括固定在壳体16中的开口的内表面上的定子18、以及具有永磁体20的转子19，永磁体20固定地附接在转子19的表面上。转子19安装在两个轴承支撑件21和22上，这两个轴承支撑件21和22是径向轴承，但也可以是构造成接收负载的其他已知轴承，例如滚针轴承。作为感应编码器的位置传感器17的轴固定在转子19上。位置传感器也可以是光学编码器或分解器，或是任何其他已知的位置传感器，位置传感器用于确定电动马达的转子19的角位置。位置传感器17固定在过渡部件23上，该过渡部件23固定至壳体16。位置传感器17和定子18通过线缆(图中未示出)连接至第二电极的EMA 10的控制系统，并且控制系统可以执行为变频器(图中未示出)。变频器接收来自位置传感器17的信号并形成定子18的电源电压。

滚柱螺杆传动装置包括具有内螺纹的螺母24、具有外螺纹的滚柱25和杆11的下述部分：在该部分上定位有具有外螺纹的一部分。在另一实施方式中，杆11可以包括两个单独的部分：具有外螺纹的一部分的滚柱螺杆传动装置的螺杆、以及杆。当螺母24旋转时，滚柱25以行星运动的方式围绕杆11滚动，并与杆11一起沿着螺母24的轴线移动。第二电极的EMA10的杆11固定地连接至螺钉。因此，电极4和杆11在受螺母24的内螺纹长度限制的行程内以往复方式移动。螺母24设置成在轴承支撑件中旋转，该轴承支撑件表示两个径向止推轴承26。锥齿轮构造成将旋转运动从电动马达的转子19传递至螺母24。锥齿轮构造成将旋转运动和扭矩从电动马达的转子19传递至螺母24，并且还将螺母24和转子19定位成使得螺母24和转子19的轴线彼此垂直。通常，焊枪的固定电极具有多个弯曲部。以彼此成角度的方式布置滚柱螺杆传动装置和电动马达允许将EMA放置在固定电极的弯曲部分中，而基本上不增加焊枪的长度。换言之，滚柱螺杆传动装置和电动马达的这种布置减小了第二电极的EMA10在沿着电极4的轴线的方向上的长度，这减小了从电极4的端部至第二电极的固定部件3的外部突出部分的距离。该特征减少了焊枪在焊点附近占用的空间，从而降低了一个焊枪与另一焊枪在车身上的一个焊接锅单元中的相邻区域进行焊接时发生碰撞的风险。齿轮27和28彼此接合，并将旋转运动和扭矩从电动马达的转子19传递至螺母24。锥齿轮的减速比被选择成提供电极4的期望的线性运动速度和该电极上的力，同时保持电动马达较小的尺寸和第二电极的EMA 10的较小的尺寸。重要的是，根据待焊接的部件54的构型，焊枪具有第二电极的固定部件3的对应形状，例如，以与第二电极的可移动部件成锐角或钝角的方式布置。在这种情况下，齿轮27和28在轴线之间具有与第二电极的固定部件3和电极4相同的角度。这使焊枪的突出部分的尺寸最小化。

应当指出，第二电极的EMA 10的杆11的行程明显小于第一电极的EMA8的行程，因为第二电极的EMA 10仅使第二电极4移动了较小的距离。这是当机器人将焊枪带到待焊接的部件54时，电极4的端部与待焊接的部件54中的一个部件之间形成的距离。该距离的选择考虑了设备中待焊接的部件54的公差。

使用焊接变压器29向电极2和4提供焊接电流，焊接变压器29由焊接控制器(图中未示出)控制。来自焊接变压器29的电流经由电流引线30供给至第一电极2，电流引线30的端部固定在第一电极和连接至焊接变压器29的电流传导元件(图中未示出)上。电极4通过连接至焊接变压器29的第二电极的固定部件3并沿着电流引线31接收焊接电流，电流引线31的端部固定在安装基部32和过渡件12上。电流引线30和31由一组较薄的铜片制成，以用于：在第一电极和第二电极移动时，提供第一电极的EMA8和第二电极的EMA10的灵活性并避免第一电极的EMA8和第二电极的EMA10上的额外负载。安装基部32构造成与第二电极的固定部件3连接。在所表明的实施方式中，安装基部32具有筒形突出部。固定电极的各部件的这种连接对于具有单个可移动电极2的已知结构的焊枪来说是典型的。该特征通过进一步将焊枪与用于移动第二电极4的EMA配装而不改变焊枪结构的主要部分来提供了该焊枪的现代化。安装基部32通过结合到焊枪的第二电极的固定部件3中的夹持件33夹持。夹持件33通过安装螺钉34压缩，安装螺钉34因此相对于第二电极的固定部件3固定地紧固安装基部32。由于第二电极的EMA 10的壳体相对于第二电极的固定部件3的摩擦固定，电极4可以在组装期间与第一电极2同轴地放置。在第二电极的固定部件3上而不是在与该突出部联接的平坦表面的安装基部32上设置有突出部。因此，电极4在焊枪组装期间具有精确的角位置。安装基部32可以制成没有突出部，使得电极4的角位置可以被调节成使得电极4的端部与电极2的端部重合。安装基部32通过安装螺钉(图中未示出)连接至壳体16，并且是可更换的，以允许将电极4与第二电极的EMA 10一起安装在焊枪上，焊枪具有用于不同直径和形状的电极4的安装区域。应当指出，电极2、第二电极的固定部件3、电极4、覆盖件6和7以及过渡件12是由诸如铜的导电材料制成的。

设置有力传感器37，该力传感器37是电阻应变传感器，该力传感器附至第二电极的固定部件3的表面，以使得：当第二电极的固定部件3弯曲时，力传感器37变形并且力传感器37的电阻改变。在校准期间，通过压缩放置在电极2与4之间的外力传感器并绘制外力传感器上的力与力传感器37的信号的比率来在焊枪上对力传感器37进行校准。力传感器37也可以表现为压电力传感器，压电力传感器通过安装螺钉安装至第二电极的固定部件3。力传感器37的信号通过线缆(图中未示出)传输至对第二电极的EMA 10进行控制的变频器。在另一实施方式中，力传感器37定位在EMA内。

覆盖件6和7在待焊接的部件54的焊接期间加热。覆盖件通过水冷进行冷却。为此，在电极4内，在电极4中设置有呈纵向孔口形式的供水通过的通道和管35。在第一电极2内部也设置有类似的和用于水的通道和管36。通道和冷却液流管在安装基部32内穿行。为了对盖7进行冷却，水通过形成在第二电极的固定部件3内部的第一通道(图中未示出)进入、然后通过安装基部32中的第一开口(图4)、接着通过壳体16中的管42中的一个管、然后通过壳体15中的第一开口、然后通过与壳体15的第一开口连通的管38、然后通过过渡件12中的第一开口(图中未示出)、然后通过管35。此后，水沿着电极4的开口中的通道通过覆盖件7的内部容积进入过渡件12的第二开口。然后，水通过覆盖件7的热被加热，水通过与过渡件12中的第二开口连通的第二管38、然后通过壳体15中的第二开口、然后通过壳体16中的第二管42(图中未示出)、然后通过安装基部32中的第二开口进入第二电极的固定部件3内部的第二通道。为了便于制造水流开口，壳体15可以包括主要部分和盖43，橡胶密封环44和45布置在主要部分与盖43之间以密封通道。盖43通过安装螺钉(图中未示出)附接至壳体15。壳体15和16的接合部由橡胶密封环46和47保护，以防止在管42区域中泄漏。管38通过橡胶环48保护以防止泄漏。管38例如通过压配合固定地安装在过渡件12上，压配合通过为管38提供直径略微超过用于将管38接纳在过渡件12中的开口的直径而实现。管38与过渡件12和电极4一起相对于壳体15移动。为了减少管38移动时的摩擦，设置有衬套40，管38布置成穿过衬套40。应指出的是，布置成用于使水流至覆盖件7并从覆盖件7返回的通道位于管38内部，该通道没有超过第二电极的EMA 10的尺寸，这消除了在第二电极的EMA 10外部提供水流管的需要，该水流管在焊枪在机器人训练期间与障碍物碰撞时可能被损坏。

可选地，为了防止螺母24和第二电极的EMA 10的杆11一起旋转并且实现杆11的线性运动，第二电极的EMA 10包括防旋转组件。在其中一个实施方式中，防旋转组件是电流引线31，电流引线31可以在沿着电极4的轴线的方向上弯曲，但在横跨电极4的轴线的方向上具有足够刚性，这使得杆11保持在相同的轴向位置并实现杆11的平移运动。在图5所示的另一实施方式中，防旋转组件包括固定地附接在盖43上的花键轴49、以及杆11的开口中的纵向槽50。槽50与花键轴49上的纵向槽配合。因此，实现了杆11的线性运动，从而实现了电极4的线性运动。重要的是，根据另一实施方式(图6)，当管38足够坚固时，即，如果管具有足够的直径和壁厚以接收施加至杆11的扭矩，则防旋转组件包括两个管38和衬套40。管以可滑动的方式接触衬套40。管38固定地附接至过渡件12并且平行于杆11。通过管38的水改进了衬套40的冷却，这减少了衬套40的磨损量，并增加了防旋转组件的操作寿命，因此也增加了焊枪的操作寿命。

为了增加第二电极的EMA 10的最大力，必须加强防旋转组件，因为杆11接收增加的扭矩。为此，在另一实施方式中，构造成接纳在衬套39的开口中的筒形杆41固定地附接在壳体15上。衬套39被压入过渡件12中的开口中，杆41具有销的形式并被压入壳体15中。同时，杆41的直径略小于衬套39的内径，以允许杆41相对于彼此以平行于杆11的轴线的方式自由移动。在另一实施方式中，杆41可以通过其表面上的螺纹和壳体15中的带螺纹的开口连接至壳体15。过渡件12与管38和衬套39一起分别相对于衬套40和杆41移动，其中，杆38和衬套38分别在杆11和过渡件12以及电极4的整个行程中接触衬套40和管41。因此，杆11、过渡件12和电极4相对于第二电极的EMA 10的壳体围绕杆11、过渡件12和电极4的轴线固定，并且实现杆11、过渡件12和电极4的往复运动。

如上所述，在实施方式中，电极4可以与电极2成角度地布置，并且杆11可以与电极4成角度地相应地布置。在这种情况下，当部件被焊接时，发生作用在电极4上的径向(横向)负载。如果碰撞撞到电极4，例如在训练机器人时，作用在电极4上的径向负载也发生在焊枪与障碍物碰撞的时候。在相应的实施方式中，管38和杆41承受径向负载以延长滚柱螺杆传动装置的操作寿命。由于电极4的较短的长度防止了在电极4、管38、衬套40、杆41、衬套39和滚柱螺杆传动装置的部分上形成较大的弯曲力矩，因此可以减小所述部分和单元的尺寸以及过度件12的联接元件和电极4的尺寸，并且因此可以减小第二电极的EMA10的尺寸。在图7所示的另一实施方式中，过渡件12在面向壳体15的端面上具有两个突出部51。每个突出部51具有与固定在壳体15中的管52平行的开口，其中所述开口略大于管52，以允许所述开口相对于彼此平行于杆11的轴线自由移动。水通过管52供给至覆盖件7并从覆盖件7抽取。这些管用密封环53密封。突出部51可滑动地接触壳体15，使得过渡件12可以以平行于杆11的轴线的方式自由移动，但不能围绕过渡件12自身的轴线旋转。因此，本实施方式中的过渡件12和电极4被防止旋转，以使电极4实现线性运动。耐磨垫(图中未示出)放置在突出部51与壳体15之间。由于水通过突出部51中的开口，所述垫的冷却得到改善。在增大用于电极4上的力所需的扭矩增大的情况下，还设置有固定在壳体15上的杆41和固定在过渡件12上的衬套39，其中，杆41和衬套39能够相对于彼此线性移动。

第一电极的EMA8由单独的变频器控制，但是如果第一电极的EMA 8能够连接至至少两个EMA并控制所述至少两个EMA——例如，在双通道实现形式中，则第一电极的EMA8可以由与第二电极的EMA10相同的变频器控制。来自第一电极的EMA 8的力传感器的信号供给至变频器。

所建议的焊枪如下操作。当构造机器人时，操作员使用机器人控制器的控制单元使焊枪移动至测试板(相对于机器人固定安装的钢板)，使得电极4面向测试板、垂直于测试板、并且与最近的表面的距离不超过第二电极的EMA 10的杆的行程长度。同时，杆11完全缩回，这使得：当焊枪与障碍物——例如具有待焊接的部件54的设备或另一焊枪——碰撞时损坏第二电极的EMA 10的风险最小化。在杆11完全缩回的情况下，壳体15与过渡件12之间的间隙消失，这导致在撞击时可以施加至电极4的力传递至壳体15而不是传递至杆11的螺纹部分、滚柱螺杆传动装置或轴承26的其他细节。响应于来自操作员的命令，控制器将焊枪的当前空间坐标记录在控制器存储器中。然后，操作员经由控制单元发送使电极4移动的命令。定子18从变频器接收电源电压，其中在定子中产生旋转磁场，该旋转磁场与转子19接合，从而使齿轮27旋转。齿轮27驱动齿轮28和螺母24。当螺母24旋转时，与螺母24的内螺纹接合的滚子25围绕杆11的螺纹部分以行星运动方式滚动，并与杆11和电极4一起延伸。电极4朝向测试板移动，直到电极4接触测试板为止，其中，接触时间是基于来自力传感器37的信号确定的，当力开始作用在电极4上时，该信号发生变化。使用位置传感器17确定了电极4的坐标，其中，来自力传感器37的信号达到预定力，该预定力的值可用于推断电极4触碰测试板。当达到该力时，电极4停止。电极4从焊枪被添加的坐标起沿着电极4移动所沿的轴线经过的距离被添加到焊枪先前记录的坐标。所得到的坐标是电极4的端部(工具中心点)的坐标，其中杆11相对于机器人完全缩回。因此，焊枪相对于机器人的空间位置变得已知，并且电极4的零位置被确定。然后，当焊枪被带到要由该焊枪焊接的每个焊点时，需要确定焊枪的空间坐标。该过程以与确定电极4的端部的坐标及其零位置的过程相同的方式执行，除了电极4触碰待焊接的部件54中的一个部件而不是测试板。通过使电极4而不是焊枪移动，并且由于电极4的较小的重量，焊枪的构造过程执行得更快。这降低了构造焊枪的成本，因此对于使用数百支焊枪的车辆工厂尤为重要。

为了对待焊接的部件54进行焊接，焊接工作单元机器人将焊枪带到放置焊枪的焊接点，使得电极4面向待焊接的部件54中的一个部件，其中电极4垂直于待焊接的部分54。定子18从变频器接收电源电压，其中在定子中产生旋转磁场，该旋转磁场与转子19接合，从而使齿轮27旋转。齿轮27驱动齿轮28和螺母24。当螺母24旋转时，与螺母24的内螺纹接合的滚子25围绕杆11的螺纹部分以行星运动的方式滚动，并与杆11和电极4一起延伸。电极4朝向待焊接的部件54移动，直到电极4接触该待焊接的部件为止，并且该接触时间是基于来自力传感器37的信号确定的，当力开始作用在电极4上时，该信号发生改变。然而，电极4可以在使焊枪的机器人完全停止之前开始移动，以减少焊接周期持续时间。此后，变频器首先以较高的速度使联接至第一电极的EMA 8的电极2朝向待焊接的部件54移动，并且从电极2仍不接触待焊接的部件54的某一坐标开始以防止在与电极2碰撞时损坏待焊接的部件54的减小的速度移动。

应当注意的是，当电极4要移动到待焊接的部件时，可以开始将电极2移动至待焊接的部件54，以缩短焊接周期持续时间。然后，电极2接触待焊接的部件54，并且开始用焊枪将待焊接的部件54夹持在电极4与电极2之间。当待焊接的部件54被夹持时，两个电极以相同的速度移动。响应于来自第一电极的EMA8和第二电极的EMA10的位置传感器的信号，确定了焊枪的电极上的力与这些电极的位置的比(来自位置传感器的信号)，并预测每个电极的坐标，在该坐标处，焊接周期中将达到预设力。电极2和4在预设坐标处停止，并且控制系统基于来自第一电极的EMA 8的力传感器37和力传感器的信号来检查是否达到力。然后，焊接控制器通过焊接变压器29向电极2和4提供电流，并且执行待焊接部件54的焊接。焊接完成后，第一电极的EMA8和第二电极的EMA10使电极2和4移动远离焊接部件。然后机器人将焊枪移动到下一个焊接点。

在焊接过程中，覆盖件6和7被磨损，并且执行诸如打磨的恢复覆盖件6和7的形状的程序。经过若干次打磨程序后，覆盖件6和7变得非常短，并覆盖件被更换。在这种情况下，应当对确定电极4的端部的坐标的过程进行重复。因此，不仅减少了焊枪启动时的构型，而且节省了焊枪维护时间，因此减少了焊接工作单元的低效静止时间。

此外，下述实施方式是可能的：在该实施方式中，控制系统由控制器(图中未示出)和两个信道频率转换器或两个频率转换器呈现。计算单元集成在控制器中以计算电极2和4的位置。该控制系统避免了变频器中计算功能的冗余，并简化了所述变频器。该控制器的功能也可以由机器人控制器执行。

应当注意，所建议的焊枪可以是固定布置的，即，固定地附接至例如固定在制造工厂的地板上的基部上，并且可以使用机器人将待焊接的部件54带带焊枪，该机器人在其移动轴上具有用于捕获这些待焊接的部件的设备。

本发明并不意味着通过示例的方式受说明书中公开的特定实施方式的限制，并且本发明包括落入所附权利要求中限定的本发明的精神和范围内的所有可能的修改和替代实施方式。

Claims (14)

1.一种焊枪，包括：

第一电极(2)；

第二电极，所述第二电极具有固定部件(3)和可移动部件(4)，其中，所述第二电极的所述可移动部件(4)和所述第一电极(2)能够朝向彼此移动；

所述第一电极的机电线性致动器(8)，其中，所述第一电极(2)的所述机电线性致动器(8)包括第一力传感器，其中，所述第一电极的所述机电线性致动器(8)的杆(9)连接至所述第一电极(2)；以及

所述第二电极的所述可移动部件(4)的机电线性致动器(10)，所述可移动部件(4)的所述机电线性致动器(10)包括：

-壳体(15、16)；

-电动马达；

-反转滚柱螺杆传动装置，所述反转滚柱螺杆传动装置用于将所述电动马达的旋转运动转换成所述第二电极的所述可移动部件(4)的所述机电线性致动器(10)的所述杆(11)的平移运动；

-锥齿轮(27、28)，所述锥齿轮(27、28)用于将所述电动马达的旋转传递至所述反转滚柱螺杆传动装置；

-其中，所述反转滚柱螺杆传动装置的轴线与所述第二电极的所述可移动部件(4)的所述机电线性致动器(10)的所述杆(11)的轴线重合，以及其中，所述反转滚柱螺杆传动装置的所述轴线相对于所述电动马达的轴线是成角度的；以及

-位置传感器(17)，所述位置传感器(17)用于确定所述第二电极的所述可移动部件(4)的位置；

其中，所述第二电极的所述可移动部件(4)的所述机电线性致动器(10)通过所述第二电极的所述可移动部件(4)的所述机电线性致动器(10)的所述壳体的定位有所述电动马达的一部分来固定地附接在所述第二电极的所述固定部件(3)上；

所述第二电极的所述可移动部件(4)的所述机电线性致动器(10)的所述杆(11)连接至所述第二电极的所述可移动部件(4)；以及

所述焊枪还包括第二力传感器(37)，所述第二力传感器(37)配置成对所述第二电极上的力进行测量。

2.根据权利要求1所述的焊枪，其中，所述反转滚柱螺杆传动装置的所述轴线与所述电动马达的所述轴线之间的角度是直角、钝角或锐角。

3.根据权利要求1或2所述的焊枪，其中，所述第二电极的所述可移动部件(4)的所述机电线性致动器(10)的所述杆(11)相对于所述第二电极的所述可移动部件(4)是同轴或平行的。

4.根据权利要求1或2所述的焊枪，其中，所述第二电极的所述可移动部件(4)相对于所述第二电极的所述可移动部件(4)的所述机电线性致动器(10)的所述杆(11)是成角度的。

5.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的焊枪，还包括所述第二电极的所述可移动部件(4)的防旋转组件、以及对所述第二电极的所述可移动部件(4)进行冷却的冷却流体用的通道，其中，对所述第二电极的所述可移动部件(4)进行冷却的冷却流体用的所述通道部分地位于所述防旋转组件中。

6.根据权利要求5所述的焊枪，其中，所述防旋转组件包括以可滑动的方式接触衬套(40)的两个管(38)，并且冷却流体用的所述通道部分地位于所述管(38)中以及所述壳体(15)中的开口中，其中，所述管(38)和所述壳体(15)的所述开口平行于所述杆(11)。

7.根据权利要求5所述的焊枪，其中，所述防旋转组件包括以可滑动的方式接触所述壳体(15)的两个突出部(51)，并且冷却流体用的所述通道部分地位于所述管(52)中以及所述突出部(51)中的开口中，其中，所述管(52)和所述突出部(51)的所述开口平行于所述杆(11)。

8.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的焊枪，其中，所述第一电极的所述机电线性致动器(8)相对于所述第二电极的所述固定部件(3)被固定地附接。

9.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的焊枪，其中，所述第二电极的所述固定部件(3)相对于所述第二电极的可移动部件(4)是成角度的。

10.根据前述权利要求1至9中的一项或更多项所述的焊枪，其中，所述第二电极的所述可移动部件(4)相对于所述第一电极(2)是同轴或平行的。

11.根据前述权利要求1至9中的一项或更多项所述的焊枪，其中，所述第二电极的所述可移动部件(4)相对于所述第一电极(2)是成角度的。

12.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的焊枪，其中，所述第二电极的所述可移动部件(4)包括具有筒形突出部的安装基部(32)，其中，所述第二电极的所述可移动部件(4)和所述第二电极的所述固定部件(3)是使用所述安装基部(32)彼此连接的。

13.根据权利要求1所述的焊枪，其中，所述第二力传感器(37)包括电阻应变传感器或压电力传感器，所述电阻应变传感器或压电力传感器安装至所述第二电极的所述固定部件(3)的表面。

14.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的焊枪，还包括控制系统，所述控制系统具有计算单元，所述计算单元用于对所述第一电极(2)的位置和所述第二电极的所述可移动部件(4)的位置进行计算。