CN1206077C - 突出螺钉熔接系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一突出螺钉熔接系统，装置于一熔接骨架上，通过自动控制系统来驱动熔接骨架。装置在熔接骨架上的活动式电极头与固定式电极头的其中一个具有一容纳孔，在此容纳孔内可装入一突出螺钉的轴。突出螺钉进料系统抓住突出螺钉，前进停止于突出螺钉轴与容纳孔同轴的位置，随后将熔接骨架前进至待用工作件，将工作件焊上突出螺钉。

Description

突出螺钉熔接系统
技术领域
本发明是有关于一种熔接突出螺钉的熔接系统，并且此突出螺钉(projection bolt)包括一轴(shaft)、一凸缘(flange)以及一待熔突出物(projection for welding)，将此螺钉熔接到薄板形状的工作件。
背景技术
日本专利公开第2509103号提出在活动式电极头内具有一容纳孔(receiving hole)，而突出螺钉的轴可放入此活动式电极头的容纳孔内，而此容纳孔抓住突出螺钉，再通过活动式电极头(movable electrode)的前进将突出螺钉焊接于工作件，工作件可以是铁制薄板的形状。
公知技术说明于上，由于熔接系统是固定的类型，因此必须移动工作件，如果将此熔接系统应用到大尺寸的工作件上，例如汽车的地板板金，将会变得不切实际。而另外的替代方案可以使用活动类型的熔接系统，然而在特殊的考虑下，必须提供一机构以供给突出螺钉到电极头上。换句话说，在熔接系统装上一凸出螺钉进料机构(projectionbolt feed unit)后，此系统便可以提供突出螺钉到电极头上。此外，必须精确地抓住由轴、凸缘、待熔突出物组成的突出螺钉，以获得良好的熔接质量。
发明内容
依照本发明，突出螺钉熔接系统是用来熔接突出螺钉之用，而突出螺钉包括一轴、一凸缘、一待熔突出物，凸缘位于轴的一端，待熔突出物位于凸缘的一表面，此表面是在具有轴的表面的背面，而面对薄板形状的工作件。此突出螺钉熔接系统包括一熔接骨架(weldingframe)、一移动式电极头和一固定式电极头(fixed electrode)、一突出螺钉进料机构，其中熔接骨架通过一自动控制系统(robot system)移动至适当位置，而移动式电极头和固定式电极头装设在熔接骨架上，并且在移动式电极头和固定式电极头中的其中一个具有一容纳孔，此容纳孔可以容纳突出螺钉的轴，此外突出螺钉进料机构依附于该熔接骨架。该突出螺钉进料机构包括一驱动装置，该驱动装置固定于该熔接骨架，以便沿着平行该容纳孔的一轴心的方向驱动该突出螺钉进料机构，而该突出螺钉进料机构在垂直该轴心的方向上不移动。
接下来将通过突出螺钉进料机构将突出螺钉的轴插入容纳孔中，然后将熔接骨架前进到指定的位置，并供给能量将突出螺钉焊接于工作件上。如上所述，将熔接骨架和突出螺钉进料机构整合于一体，使得供应突出螺钉到电极头后，电极头前进到工作件上的目标位置完成焊接的动作，因此不需要装设特殊的工具来移动大尺寸的工作件。
从熔接骨架前进路径的方向来看，突出螺钉进料机构可装设在活动式电极头和固定式电极头的后面。当熔接骨架前进至工作件的过程中，抓住突出螺钉的电极头必须前进到熔接最初的位置，换句话说，不能因为突出螺钉进料系统而阻碍熔接骨架的前进。如果熔接螺钉进料系统安装于熔接骨架的前面，则熔接螺钉进料系统会受周围地区的其它零件阻碍，使得在任何想要的地方完成熔接突出螺钉的工作变得不可能。因此，没有阻碍问题的突出螺钉进料系统如上所述，是一种高性能的熔接系统。
突出螺钉进料机构包括一前后活动进料杆(forward-backward feedrod)、一抓取头(holding head)、一驱动装置(drive unit)，而抓取头依附于进料杆，并且通过驱动装置将突出螺钉的轴放入容纳孔中。前后活动进料杆从熔接骨架伸出也退回至熔接骨架，并且被抓取头抓住的突出螺钉可以顺利地移动到活动式电极头与固定式电极头之间。此外当突出螺钉的轴与容纳孔同轴时，进料杆的前进停止，再通过驱动装置的输出构件将突出螺钉的轴放入容纳孔中，如此可以确保高可靠度的进料，故进料杆的前过程进会影响进料的可靠度。
将驱动装置固定于熔接骨架的臂杆构件(arm member)，而将进料杆的前后活动驱动机构固定于驱动装置的输出构件(output member)，并且进料杆由两个方向，沿着臂杆构件翘起一定的程度，而当抓取头所抓住的突出螺钉的轴与容纳孔在同轴的位置时，则进料杆就停住，将突出螺钉的轴从停住的位置放入容纳孔中。由于提供前后活动驱动机构以及驱动装置，因此突出螺钉可以通过前后活动驱动机构将进料杆精确地移动到活动式电极头与固定式电极头之间的位置，并且通过驱动装置可以将突出螺钉的轴精确地放入容纳孔中，另外将前后活动驱动机构固定于驱动装置的输出端，如此的机构将会呈现高性能的熔接系统。因为进料杆由两个方向沿着臂杆构件翘起，所以使得突出螺钉可以移动到活动式电极头与固定式电极头之间，并且突出螺钉进料机构可以装置于熔接骨架上。
附图说明
图1为本发明实施例的突出螺钉熔接系统的侧视图。
图2为图1的零件的右侧视图。
图3为抓取头与容纳孔关系的剖面视图。
图4为突出螺钉的侧视图。
附图标记说明：
1：自动控制系统
2：臂杆
3：活结接头
4：平衡器
5：熔接骨架
5a：臂杆构件
6：活动式电极头
7：固定式电极头
8、16、29：气缸
9：容纳孔
10：突出螺钉
11：轴
12：凸缘
13：待熔突出物
14：突出螺钉进料机构
15：托座
17：活塞杆
18：进料杆
19：前后活动驱动机构
20：连结臂杆
21：连结圆筒
22：抓取头
23：抓取头主体
24：空孔
24a：大直径空孔
24b：小直径空孔
25：磁铁
26：通气孔
27：通气软管
28：磁铁
30：零件进料管
31：零件进料器
32：通气软管
33：工作件
34：夹具
35：固定构件
36：基座
37：骨架构体
37a：旋转式夹具臂杆
38：工作轴
40：压缩螺旋弹簧
具体实施方式
在此将详细地说明本发明的实施例，并加以附图作为参考。
如图1所示，自动控制系统1(robot system)的外缘部分具有一臂杆2(arm)以及一活节接头3(articulatory joint)。一般来说，自动控制系统1是六轴形式。活节接头3通过平衡器4(equalizer)与熔接骨架5(weldingframe)接合。
熔接骨架5具有各种不同的形式，然而C型的熔接骨架应用于本实施例中，也可用X型的熔接骨架来替代C型的熔接骨架。在熔接骨架5的顶端装置一活动式电极头6(movable electrode)以及一固定式电极头7(fixed electrode)。活动式电极焊6通过气缸8(air cylinder)来驱动，而气缸8与熔接骨架5接合，也可以用电动马达来代替气缸8。活动式电极头6、固定式电极头7是装设在同轴的位置上，并且活动式电极头或固定式电极头的其中一个具有一容纳孔(receiving hole)，在此容纳孔内，可容纳突出螺钉的轴，而在本实施例中，固定式电极头7具有一容纳孔9。
如图4所示，一铁制的突出螺钉10(projection bolt)包括一轴11(shaft)、一圆形的凸缘12(flange)以及一待熔突出物13(projection forwelding)，其中凸缘12与轴11合成一体，并且待熔突出物13位于凸缘的一表面，而此表面是在具有轴11的表面的背面，也可以在平坦的凸缘12的表面形成三或四个树瘤状(wart)的突起的待熔突出物13。
如图1所示，从熔接骨架5前进的方向来看，也就是往待用工作件的方向来看，突出螺钉进料机构14(projection bolt feed unit)装置在活动式电极头6和固定式电极头7后面的位置，而待用工作件位于另外孤立的位置(在图1的右侧)。换句话说，当熔接骨架5在前进的过程中，活动式电极头6和固定式电极头7前进至最先的位置，并且突出螺钉进料机构14位于活动式电极头6和固定式电极头7的后面。
在熔接骨架侧面地延伸部分具有一臂杆构件5a(arm member)，在臂杆构件5a的侧面表面固定一托座15(bracket)，在托座15上装上一气缸16(air cylinder)，而气缸16是一驱动装置。一进料杆18(feed rod)的前后活动驱动机构19(forward-backward moving drive unit)固定在活塞杆17(piston rod)上，而活塞杆17是驱动装置(气缸16)的输出构件。前后活动驱动机构19包括一气缸19，而通过一连结臂杆20(coupling arm)以及一连结圆筒21(coupling cylinder)将气缸19和活塞杆17合成一单一机构，且连结圆筒21装置在气缸19上。电动马达可以用来替代气缸16和气缸19，当使用电动马达时，必须装置一机构，此机构将马达的转动运动转换成线性来回的运动。
进料杆18是由两个方向或是由两个平面，沿着臂杆构件5a翘起。如图1的指示所示，翘起的部分是倾斜一角度θ1；如图2的指示所示，翘起的部分是倾斜一角度θ2，即进料杆18与臂杆构件5a是呈现具有斜度的排列。抓取头22(holding head)与进料杆18的顶端接合，并且抓取头22可容纳一突出螺钉10，而当抓取头22在前进的过程中，可以将突出螺钉10带领到突出螺钉的轴11与容纳孔9同轴的位置。
如图3所示，抓取头22的轴与进料杆18的轴交叉呈锐角的状态，且在抓取头主体23(head body)下具有一开口朝下的圆形空孔24(concavity)，而在空孔24中可容纳一凸缘12。由于待熔突出物13与凸缘12合成于一体，因此空孔包含一大直径空孔24a(large-diameterportion)以容纳凸缘12以及一小直径空孔24b(small-diameter portion)以容纳待熔突出物13。在空孔24的深部埋入一磁铁25(magnet)(永久性磁铁)，由吸住突出螺钉的凸缘12，使得突出螺钉10呈现出安定状态(stable state)。此安定状态是指凸缘12的周边与大直径空孔24a的底部表面紧密连接。
在抓取头主体23的中间位置具有一通气孔26(air passage)，且通气孔26开于小直径空孔24b的底部。由高压气体从通气孔26灌入，用以突破磁铁25的吸力，使得突出螺钉的凸缘12强制地与空孔24分离，而且将突出螺钉的轴11完全地插入容纳孔9中。其中，通气软管27(airhose)与通气孔26连接，且压缩气体进气的时机是当部份的突出螺钉的轴11进入容纳孔9后。在容纳孔的深部具有一磁铁28(magnet)(永久性磁铁)，磁铁28将插入容纳孔后的突出螺钉10紧紧地吸住。若是将图3的顶部与底部倒置，则由磁铁28吸住突出螺钉10的装置是必要的。
如图1所示，当进料杆18位在引退位置(retreat position)时，必须将凸缘12吸进空孔24内。为了达到此目的，一零件进料管30(parts feedpipe)与托座29(bracket)连接，而托座29固定于气缸19上，并且零件进料管30的端点必须与抓取头22配合(如图1的虚线部份所示)。零件进料管30与零件进料器31(parts feeder)连接，由从通气软管32(air hose)输入压力气体，将突出螺钉10向上运载到抓取头22。
一夹具34(clamp unit)将钢铁板状的工作件33(work)稳稳地固定住。夹具34是普通的样式，将工作件33紧密地夹在基座36(base)与旋转式夹具臂杆37a(rotary clamp arm)之间，而基座36装设在固定构件35(stationary member)上。当熔接骨架5在返回的状态时，工作件33与熔接骨架5是呈现分离的状态，然而图1指示出当熔接骨架5在前进时，工作片33位于活动式电极头6与固定式电极头7之间。
通过平衡器4使得整个熔接骨架5往上移动，将固定式电极头6与工作件33的下表面碰触，再由气压缸8的作用，使活动式电极头6前进以接触工作件33，如此将产生反作用力，使工作件33被活动式电极头6与固定式电极头7紧密地压住。为了达到上述的目的，一管道形式的骨架构体37(frame member)固定于活结接头3上，而工作轴38(working shaft)装设在骨架构体37内，并且顺滑地延伸穿过托座39(bracket)，且托座39固定于熔接骨架5上。在各个托座39与骨架构体37的端墙间具有一压缩螺旋弹簧40(compression coil spring)。移动式电极头6的前进会对熔接骨架5产生反作用力，而压缩螺旋弹簧40的其中一个会被压缩，产生平衡的作用。
接下来将叙述上述机构的动作。当抓取头22在图1中虚线的位置时，突出螺钉10由零件进料器31传送过来，此时螺钉的凸缘12和待熔突出物13容纳在抓取头22的空孔24中，而轴11从抓取头22的下端伸出。然后进料杆18前进使得轴11和容纳孔9在同轴的位置，随后通过气缸16的动作，使得整个进料杆18前进将轴11放入容纳孔9中，再通过通气孔26传送高压气体，使得突出螺钉的轴11完全地进入容纳孔9中。然后抓取头22依照相反的轨迹回到原先的位置。
接下来通过自动控制系统1的动作使得熔接骨架5前进，活动式电极头6和固定式电极头7到达工作件33的地方，而工作件33之前已经在远离熔接骨架5的地方待命。然后活动式电极头6前进，而平衡器4平衡待熔突出物13压在工作件33下表面的压力，然后供给能量将突出螺钉10焊接于工作件33上。当第一个突出螺钉10完成焊接后，活动式电极头6退回，而通过平衡器4的作用，使得熔接骨架5前进而使得固定式电极头7与工作件33之间具有一空间，然后抓取头22前进至上述的空间，将第二个突出螺钉的轴11放入容纳孔9中，并完成熔接的动作。即将工作件33置于活动式电极头6与固定式电极头7之间，突出螺钉10的熔接动作一个接着一个顺利地完成。
成功的熔接动作必须将熔接骨架5的移动轨迹缩减，如此熔接骨架5的移动是有效率的，依序地将突出螺钉10焊接完成。即使将图1的整个系统上下颠倒，则相同的动作还是可以运作。

Claims (8)

1.一种突出螺钉熔接系统，用以熔接突出螺钉，其特征为：该突出螺钉包括一轴、一凸缘、一待熔突出物，该凸缘成形于该轴的一端，该待熔突出物位于该凸缘的一表面，该表面是在具有该轴的表面的背面，而面对薄板形状的工作件，并且该突出螺钉熔接系统包括：
一熔接骨架，该熔接骨架通过一自动控制系统移动至适当位置；
一移动式电极头和一固定式电极头，该移动式电极头和该固定式电极头装设在该熔接骨架上，而在该移动式电极头和该固定式电极头中的其中一个具有一容纳孔，该容纳孔可容纳该轴；以及
一突出螺钉进料机构，该突出螺钉进料机构依附于该熔接骨架，该突出螺钉进料机构包括一驱动装置，该驱动装置固定于该熔接骨架，以便沿着平行该容纳孔的一轴心的方向驱动该突出螺钉进料机构，而该突出螺钉进料机构在垂直该轴心的方向上不移动。
2.如权利要求1所述的突出螺钉熔接系统，其特征为：从该熔接骨架前进路径的方向来看，该突出螺钉进料机构装设在该活动式电极头和该固定式电极头的后面。
3.如权利要求2所述的突出螺钉熔接系统，其特征为：该突出螺钉进料机构还包括一前后活动进料杆和一抓取头，而该抓取头依附于该进料杆，并且该进料杆的一前后活动驱动机构固定于该驱动装置。
4.如权利要求1所述的突出螺钉熔接系统，其特征为：该突出螺钉进料机构还包括一前后活动进料杆和一抓取头，而该抓取头依附于该进料杆，并且该进料杆的一前后活动驱动机构固定于该驱动装置。
5.如权利要求4所述的突出螺钉熔接系统，其特征为：该驱动装置固定于该熔接骨架的臂杆构件，而该进料杆的前后活动驱动机构固定于该驱动装置的输出构件，并且该进料杆由两个方向，沿着该臂杆构件翘起一定的程度，而当该抓取头所抓住的该突出螺钉的该轴与该容纳孔位于同轴的位置时，则该进料杆就停住，将该轴从停住的位置放入该容纳孔中。
6.如权利要求1所述的突出螺钉熔接系统，其特征为：该熔接骨架通过平衡器与该自动控制系统接合。
7.一种突出螺钉熔接系统，用以熔接突出螺钉，其特征为：该突出螺钉包括一轴、一凸缘、一待熔突出物，该凸缘成形于该轴的一端，该待熔突出物位于该凸缘的一表面，该表面是在具有该轴的表面的背面，而面对薄板形状的工作件，并且该突出螺钉熔接系统包括：
一熔接骨架，该熔接骨架通过一自动控制系统移动至适当位置；
一移动式电极头和一固定式电极头，该移动式电极头和该固定式电极头装设在该熔接骨架上，而该移动式电极头和该固定式电极头中的其中一个具有一容纳孔，该容纳孔可容纳该轴；以及
一突出螺钉进料机构，该突出螺钉进料机构依附于该熔接骨架，并且该突出螺钉进料机构包括：
一前后活动进料杆；
一抓取头，该抓取头依附于该进料杆；以及
一驱动装置，通过该驱动装置将该突出螺钉的该轴放入该容纳孔中；
该驱动装置固定于该熔接骨架的臂杆构件；
该进料杆的前后活动驱动机构固定于该驱动装置的输出构件，并且该进料杆由两个方向，沿着该臂杆构件翘起一定的程度，而当该抓取头所抓住的该突出螺钉的该轴与该容纳孔位于同轴的位置时，则该进料杆就停住，将该轴从停住的位置放入该容纳孔中。
8.一种突出螺钉熔接系统，用以熔接突出螺钉到工作件，该突出螺钉包括一轴、成形于该轴的一端的一凸缘和位于该凸缘的一表面的一待熔突出物，该表面是在具有该轴的表面的背面，而面对薄板形状的工作件，其特征为：该突出螺钉熔接系统包括：
一熔接骨架，该熔接骨架通过一自动控制系统移动至适当位置；
一移动式电极头和一固定式电极头，该移动式电极头和该固定式电极头装设在该熔接骨架上，而该移动式电极头和该固定式电极头中的其中一个具有一容纳孔，该容纳孔可容纳该轴；以及
一突出螺钉进料机构，该突出螺钉进料机构通过一驱动装置依附于该熔接骨架，并且该驱动装置固定于该熔接骨架的臂杆构件，该突出螺钉进料机构包括一抓取头，该抓取头具有容纳该突出螺钉的该凸缘的一空孔，在该空孔的深部埋入一磁铁，在该空孔的深部还提供一通气孔。
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