CN1370654A - 手动电焊钳自动选择焊接次序的方法及手动电焊钳 - Google Patents

Abstract

电焊钳包括一个钳体,该钳体通过一铰链连接9,13,14悬挂在一吊索6下,该铰链连接包括:一枢轴环13,钳体能够在该枢轴环内绕一纵向的旋转主轴X转动;以及安装在该枢轴环上的一枢轴14,并且借助于该枢轴钳体1能够在吊索6的下端绕一条垂直于X轴线的水平横向轴y转动。钳体1上安装有一倾斜计,该倾斜计能输出钳体绕主轴X以及横向轴y相对于一基准垂直轴的转动角度的检测值。该信息被用来确定焊接位置以及自动地选择相应于该位置的适当的焊接顺序。该顺序被编程并传递到一待执行的焊接控制箱。

Description

手动电焊钳自动选择焊接次序的方法及手动电焊钳

本发明主要一种涉及手动电焊钳自动选择焊接次序的方法，该手动电焊钳与种用于焊接金属板材的电阻点焊焊钳特别相关。

大体上，这种手动电焊钳包括一个电焊钳钳体，该钳体通过一条挠性电缆与电源相连，并且，如果合适的话，该钳体还可具有一个向电焊钳输送高强度电流的降压变压器，所述的电焊钳钳体借助于铰链连接悬挂一吊索下，该吊索在静止状态时位于垂直平面内并且其上最好设有一平衡卷盘。这种铰链连接通常包括：一枢轴环，所述电焊钳钳体能在该枢轴环内绕一纵向旋转主轴旋转；以及一安装在所述枢轴环上的枢轴，所述枢轴环连带着电焊钳钳体能借助于该枢轴在所述吊索的下端绕垂直于所述纵向轴的水平横向轴转动。最终，这种电焊钳至少包括一手柄，借助于该手柄，操作者能恰当地控制该电焊钳与待焊接的金属板材之间的关系，随之，操作者就能通过触动电焊钳上的控制板机或类似装置启动所述的焊接次序。

众所周知，焊接次序的主要参量是焊接电流的强度，施加在电极之间的金属板材上的力以及焊接时间，这些参量对每一个焊接点来说都必须精确地进行确定。目前，在确定了电焊钳相对于待焊接金属板的位置后，是操作者来选择适当的具体焊接次序然后启动焊接循环。因此，就会存在这样的缺陷，即由于记忆或注意力的错误或过失，操作者会选择某种不适合于该焊接点的某个焊接次序，从而造成某种有缺陷的点焊。由于这种缺陷可能与操作者的疲劳和环境条件有关，所以这种缺陷是可以改变的，但是要完全消除这种缺陷是非常困难的。为了减少这种缺陷，在某种程度上，可以将每个电焊钳上可供操作者选择不同焊接次序的数量限定为两个或三个。

为了避免对电焊钳的输出以及使用的灵活性造成强烈的不良影响，对于要求有大量不同焊接次序的一个焊接区域，通过被迫在该焊接区域采用相当多的手动电焊钳；通过采用位于电焊钳或焊接控制箱上的一个码盘或触点进行手动选择焊接次序来实现具体焊接次序的选择；或者借助于一个能够自动化的且能借助于电焊钳来利用一接触臂的位移的系统来关闭外部触点，从而关闭这些与焊接次序相应的触点；或者通过一个可编程的自动装置根据焊接点的出现的情况来确定焊接次序的序号；或者当不同的焊接点需要在车间的不同的区域进行焊接时可采用一种区域分隔标记，所有上述的这些方案对操作者来说都显得很麻烦或受到限制。

本发明的目的在于消除现有技术中的上述所有的缺陷，并根据电焊钳相对于基准方各的方位来自动地选择焊接次序，所述的基准方向在这种情况下是垂直的。采用这种方式，相同的电焊钳就能够用于大量不同的焊接点，而不会有产生相对于每一个焊接点的正确焊接次序而言的错误。

为此，根据本发明，在开始的时候提到的那种类型的自动选择方法的主要特征在于，所述的电焊钳钳体上装有一个倾斜计单元，该倾斜计能够以信号的形式至少产生两组信息：

a)表示所述电焊钳钳体相对于基准轴线绕所述纵向主轴的旋转角度的方向和大小的信息；以及

b)表示所述电焊钳钳体相对于所述基准轴线绕所述横向轴线的旋转角度的方向和大小的信息，

接着，采用信息来识别焊接位置并自动地选择与该位置相应的合适焊接次序，将所确定的焊接次序编成程序以便能够传递到一个焊接控制箱，接着该焊接控制箱执行该程序。

因此，本发明主要包括，在电极被正确地置于金属板材上时，根据电焊钳的方位，也就是根据电焊钳钳体相对于基准垂直轴的倾斜度，自动地选择待焊接金属板材上的一个确定位置处的特定所需焊接次序。此外，由于电极相对于金属板材的位置会直接影响到焊接点处的焊接质量，如果电极相对于金属板材实际上被正确地置于该位置上，也就是，如果电焊钳整体上处于一个平行于待焊接的金属板材的平面内，则可以提供一个唯一容许的执行循环，接着，电极垂直地接触金属板材的表面；然而，在电焊钳的位置确定方面的容许偏差是可以调节的。

根据本发明的一个方法，其特征还在于，有一个在一种“学习”模式下对不同焊接点进行编程或再编程的前期阶段，该前期阶段借助于与所述电焊钳分开的连系界面来实施，该连系界面起到一个可移动自主单元的作用并能够在编程或再编程的过程中与所述的控制箱相连，对于每一个焊接点来说，所述的前期阶段包括在所涉及的焊接点处将电焊钳置于的理想位置内，并将电焊钳钳体的绕所述纵轴和横向轴的特征旋转角以及这些角度的可容许的偏差记录在一个存储器中，以及明确在所涉及的焊接点处所需焊接顺序的序号，通过一个操作执行再编程以消除先前存留在所述存储器中的参量。

当然，在该程序或该新程序有效之前，需要确证在所记录的位置和一个已经被编程的位置之间不存在竞争；如果存在竞争这种情况，编程器就会在放弃新程序或覆盖先前的竞争程序之间进行选择。无论如何，在一个删除循环期间，编程器都可以在删除所有寄存在存储器中的程序和将这些程序一一删除之间进行选择。在后一种情况下，编程器会通过将电焊钳置于与该程序相应的位置内来选择将要被删除的程序。

为了提高该方法的可靠性，可以提供了一个装置以便将一个焊接次序的预定指令编入一个焊接序列发生器中，并且借助于所述倾斜计单元来核实该指令与所检测到的次序的一致性。

出于相同的目的，可以提供了一个装置来确证电极相对于待焊接金属板材的位置和相对于焊接位置的位置，以便核实操作者在该位置处恰好使得电焊钳对齐。为此，可以使用一架摄像机或其它任何用于三维定位的系统。

更有利的是，本发明的方法的特征还在于，所述的倾斜计单元至少包括两个加速度计，该加速度计能够测量电焊钳钳体的所述纵轴和横轴相对于垂直基准轴的角位移。

这些承受着重力加速度的加速度计会使得电焊钳钳体的这些基准轴相对于一条垂直基准轴的倾斜度被(操作者)知晓。

而且，较好的是，所述倾斜计单元具有一第三加速度计，该加速度计能测量出电焊钳钳体的垂直于所述横轴和纵轴的第三条轴线相对于所述垂直基准轴的角位移。

实际上，包含电焊钳钳体的纵轴和横轴的垂直平面中的每一个都在水平面的任何一侧被分割成一定数量的可识别的区段，接着，通过识别这两个区段而将电焊钳的方位记录下来，将两个相对应的加速度计的轴线被分别置于这两个区段中。

当然，这些区段(它们中的每个区段的弧度例如可以为5度)可以在一定的容许偏差范围之内被分别出来。同样，在编程期间，为了正确地确定电焊钳的位置，将会确定焊接点所属的每一条轴线的区域。就每一条轴线而言，相对于所设计位置的容许偏差可能为±10°。

根据使用者的意愿，所述电焊钳钳体的还可以带有一个绕所述垂直基准轴旋转的检测器(例如，可以是一个光学编码器)以便测量电焊钳绕该轴的转动。

这种装置会对加速度计对电焊钳在水平面内绕垂直基准轴的转动反应不灵敏这种情况起补偿作用。因此，当还需要知道电焊钳绕垂直轴的旋转角度时就会采用这种装置。

本发明还涉及一种采用上述方法的在开始的时候提到的那种类型的手动点焊电焊钳，这种电焊钳的主要特征在于，所述电焊钳钳体带有一个倾斜计单元，该倾斜计能以信号的形式输出至少两组信息：

a)表示所述电焊钳钳体相对于一基准轴线绕所述纵向主轴的旋转角度的方向和大小的信息；以及

b)表示所述电焊钳钳体相对于所述基准轴线绕所述横向轴线的旋转角度的方向和大小的信息，

接着，采用信息来识别焊接位置并自动地选择与该位置相应的合适焊接次序，将所确定的焊接次序编成程序以便能够传递到一个焊接控制箱，接着该焊接控制箱执行该程序。

由于这种倾斜计单元采用了电容式加速度计，它对重力加速度反应敏感，并能输出一个脉冲宽度可调式的倾斜度信号，本发明的优点主要在于成本、空间要求、稳定性，并且能缩短响应时间。

为了更好地理解本发明，给出下列附图，但这些附图并非限制性例子，这些附图为：

图1表示一种用于电点焊的手动电焊钳，该焊钳悬吊在一条吊索上并由一个操作者操纵；

图2是该电焊钳的一更详细的侧视图；

图3是俯视图，其中没有电极；

图4所示的是一个电路，该电路可以被用来测量加速度计的电容的变化；

图5采用图解的方式表示出电焊钳钳体的轴线与垂直参考方向之间的空间划分，采用这种划分来设计焊接点以及适应于该焊接点的焊接区。

在图1中，示意性地表示出了一种手动点焊电焊钳钳体1，这种焊钳主要是利用焊极2和3来焊接金属板材(未示出)。该电焊钳钳体能够承载其自己的变压器，该变压器通过挠性电缆与电源相连，如果有必要，该变压器的电缆可以含有或安装有冷却电极的水流管线。该装置通过带有一卷盘7的吊索6而悬吊在导轨5下，卷盘具有一个平衡电焊钳重量的弹簧式装置。吊索6的吊钩8和电焊钳的钳体1之间通过刚性杆9连接起来。操作者利用两个手柄10和11来操纵电焊钳。在图2中的更详细的侧视图中能看到第二手柄11，其中图示出了电极2′和3′，这两个电极与图1中所示的那些电极有所不同；手柄11最好具有一个板机或类似的装置12，操作者能够在他已经确定好电极与待焊接的金属板材之间的位置关系时，通过该板机来启动焊接顺序。

为了实现这种定位，操作者必然会绕着由吊索6构成的垂直轴线V转动电焊钳钳体1。操作者也可以绕一旋转纵向轴线X转动钳体，为此，钳体1以枢轴的形式安装在枢轴环13内，该枢轴环与刚性杆9的下端相连(在图3中，显示的该刚性杆被折叠到水平面内。)。操作者也可以绕枢轴14的横向水平轴y转动电焊钳钳体1，该枢轴14将刚性杆9的下端与枢轴环13连接起来。

采用这种方式，可以将一个基准定位系统与电焊钳钳体联系起来，所述系统具有三条轴线：枢轴X或者说是电焊钳的纵轴、平行于吊索6的垂直轴线Z以及平行于旋转轴y并且垂直于轴线X和Z的横向轴Y。假设倾斜计装置(在图1-3中未示出)借助于对重力加速度敏感的加速度计来测量电焊钳体的转动的话，那么唯一可能的基准轴就是垂直轴V。因此，由于沿着含有轴线Y的垂直平面的力作用在一加速度计上，借助于承受该作用力的加速度计，倾斜计将会通过测量轴线Y相对于垂直轴V的转动来测量轴线X上的电焊钳钳体的转动；并且，由于沿着含有轴线X的垂直平面的力作用在一加速度计上，借助于承受该作用力的加速度计，倾斜计将会通过测量轴线X相对于垂直轴V的转动来测量轴线y上的电焊钳钳体的转动。此外，如果有必要将绕X和y轴的对称枢轴转动区别开来，该倾斜计的一第三加速度计则会输出一个信号，该信号表示电焊钳钳体的轴线Z相对于垂直轴V的转动。

如上所述，这些加速度计最好是电容式的。由于作用在传感器上的加速度是通过受到一弹簧的反向作用的一质量块的位移来体现的，因此，当该位移比较小时，传感器的电容量的变化与该位移成正比，结果测量出该变化就得出了该位移，并随之而得出了作用在传感器上的加速度，随之又得出其相对于垂直轴V的转动角度。图4中图示出了一个测量这种电容量变化的集成电路，该电路中带有可输出调相脉冲信号的传感器。

该传感器包括几个单一单元和一个通用馈元，它们以梳型排列。电容量变化检测器由固定的独立的齿板15、16以及与馈元集成在一起可移动中心齿板17构成，该中心齿板随着所施加的加速度而移动，也就是随着与固定在电焊钳钳体上的倾斜计单元有关的传感器相对于垂直基准轴的倾斜度而移动。从而，在中心齿板17首先和固定齿板15其次与固定齿板16形成的两个电容串联起来形成一个带有可移动中间电容器板的承载齿板17的电容分配器。固定电容器板的承载齿板15、16通过频率为1MHz的信号进行差别控制，该信号可以由振荡器18以两个幅值相同相差为180度的信号s1和s2的方式输出。在静止状态，两电容15-17和16-17的电容量是相等的，且中心电容器板上的势差为零。当向传感器上施加一个加速度时，中心馈元的可移动电容器板就会向两个串联的固定电容器板15或16中的某一个电容器板移动，从而在两个电容器之间产生一种不平衡，并在中心电容器板上产生一个信号s，该信号的幅值随所施加的加速度成正比例变化。该势差在20中得到“缓冲”并被施加到一同步解调器21上，该解调器的时钟脉冲由振荡器18(经电路22)进行相位监控。如果势差是同步且与时钟脉冲的相位相同，则该解调器的输出量c1为正值，而如果这些信号的相差为180度，解调器的输出量则为负值，所有其它的信号被滤掉。外部电容C固定了解调器21的通频带。

采用这种方式，借助于相应的加速度计，人们可以方便并充分精确地得到表示电焊钳钳体的轴线X、Y以及Z(如果合适的话)相对于垂直基准轴V的倾斜度的信号，这些信号也由此而表示出钳体的方位，从而自动地启动与这样记录下的位置相应的适当的焊接次序。由于倾斜计单元不包括任何对该结果的连系界面，因此操作者就不能再影响这种选择了。一个象七段显示器这种类型的指示器能够向操作者显示倾斜计单元上的程序的数量。

为了布置这些焊接点，借助于规划空间上的适当交连系界面，可以相对于三条轴线中的每一条将该空间每5度分成多个区域。这在图5中图释出来，例如，电焊钳钳体1的纵轴线X和垂直基准轴V之间的空间就是这样分隔的。在规划焊接点的时候，也就决定了所限定的点P所属的轴线X(或Y)的区域。从而，该焊接区域就是点P所述的区域以及在其各变的附近区域。在这种情况下，相对于每一根轴线来说，容许偏差相对于所规划的位置会大于或小于10度；当然，任何其它分割空间的方法都是可能的。

Claims (13)

1.一种用于自动选择一种手动电焊钳的焊接次序的方法，特别涉及一种用于安装金属板材的手动电阻点焊焊钳，这种类型的电焊钳包括一个电焊钳钳体(1)，该钳体通过一根挠性电缆(4)与电源相连，并且如果合适的话，可以该钳体上可带有一个向电焊钳输送高强度电流的降压变压器，所述电焊钳钳体借助于一种铰链连接(9，13，14)悬挂在吊索(6)下，该吊索在静止状态下沿垂直轴线延伸，并且在该吊索上最好设有一个平衡卷盘(7)，该铰链连接首先有一个枢轴环(13)该所述电焊钳钳体的(1)能在该枢轴环内绕一纵向的旋转主轴(X)转动，其次有一个安装在所述枢轴环(13)上的枢轴(14)，并且，借助于该枢轴，所述枢轴环以及随着电焊钳钳体(1)能够在所述吊索(6)的下端绕一个垂直于所述纵轴(X)的水平横向轴(y)转动，该电焊钳至少还包括一个手柄(10，11)，借助于该手柄，操作者能相对于待焊接的金属板材适当地操纵电焊钳，接着，操作者就能通过驱动电焊钳上的控制器(12)而启动所述的焊接次序，其特征在于，所述的电焊钳钳体(1)与一倾斜计单元成为一体，该倾斜计单元能够以信号的方式输出至少两组信息：

a)表示所述电焊钳钳体(1)相对于一基准轴线(V)绕所述纵向主轴(X)的旋转角度的方向和大小；以及

b)表示所述电焊钳钳体(1)相对于所述基准轴线(V)绕所述横向轴线(y)的旋转角度的方向和大小，

随着，该信息用于识别焊接位置并自动地选择与该位置相应的合适焊接次序，所确定的焊接次序被编成程序以便能够被传递到一个焊接控制箱，接着该焊接控制箱执行该程序。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，有一个在一种“学习”模式下对不同焊接点进行编程或丙编程的前期阶段，该前期阶段借助于独立于所述电焊钳的连系界面进行，该连系界面起到一个可移动的自主单元的作用并能够在编程或再编程的过程中与所述的控制箱相连，对于每一个焊接点来说，所述的阶段包括将电焊钳置于所涉及的焊接点处的理想位置内并将电焊钳钳体(1)的绕所述纵轴(X)和横向轴(y)的旋转特征角以及这些角度的可容许的偏差记录在一个存储器中，以及明确在所涉及的焊接点处所需焊接顺序的数量，通过一个操作者进行再编程以消除先前存留在所述存储器中的参量。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将焊接次序的预定指令编入一焊接序列发生器中，并且借助于所述倾斜计单元来核实该指令与所检测到的次序的一致性。

4.如前述权利要求任一一项所述的方法，其特征在于，有一个确证电极相对于待焊接金属板材的位置关系的操作工具，以便核实操作者将电焊钳定适当地置于该位置处。

5.如前述权利要求任一一项所述的方法，其特征在于，所述的倾斜计单元至少包括两个加速度计，该加速度计能够测量电焊钳钳体的所述纵轴(X)和横轴(y)相对于垂直基准轴(V)的角位移。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述倾斜计单元包括一第三加速度计，该加速度计能测量电焊钳钳体(1)的垂直于所述横轴和纵轴(X)的第三条轴线(Z)相对于所述垂直基准轴(V)的角位移。

7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，包含电焊钳钳体的纵轴(X)和横轴(y)的垂直平面中的每一个都在水平面的任何一侧被分割成一定数量的可识别的区段，接着，通过识别这两个区段而将电焊钳的方位记录下来，将两个相对应的加速度计的轴线被分别置于这两个区段中。

8.如权利要求5-7中任一一项所述的方法，其特征在于，所述的电焊钳钳体(1)还带有一个绕所述垂直基准轴(V)旋转的检测器。

9.一种用于执行前述任一一项权利要求所述方法的手动电气点焊电焊钳，这种类型的电焊钳包括一个电焊钳钳体(1)，该钳体通过一根挠性电缆(4)与电源相连，并且如果合适的话，可以该钳体上可带有一个向电焊钳输送高强度电流的降压变压器，所述电焊钳钳体(1)借助于一种铰链连接(9，13，14)悬挂在吊索(6)下，该吊索在静止状态下沿垂直轴线延伸，并且在该吊索上最好设有一个平衡卷盘(7)，该铰链连接首先有一个枢轴环(13)该所述电焊钳钳体的(1)能在该枢轴环内绕一纵向的旋转主轴(X)转动，其次有一个安装在所述枢轴环(13)上的枢轴(14)，并且，借助于该枢轴，所述枢轴环以及随着电焊钳钳体(1)能够在所述吊索(6)的下端绕一个垂直于所述纵轴(X)的水平横向轴(y)转动，该电焊钳至少还包括一个手柄(10，11)，借助于该手柄，操作者能相对于待焊接的金属板材适当地操纵电焊钳，接着，操作者就能通过驱动电焊钳上的一个板机或类似装置的控制器(12)而启动所述的焊接次序，其特征在于，所述的电焊钳钳体(1)上承载有一倾斜计单元，该倾斜计单元能够以信号的方式输出至少两组信息：

a)表示所述电焊钳钳体(1)相对于一基准轴线(V)绕所述纵向的主轴(X)旋转的角度和方向；以及

b)表示所述电焊钳钳体(1)相对于所述基准轴线(V)绕所述横向轴线(y)旋转的角度和方向，

随着，该信息用于识别焊接位置并自动地选择与该位置相应的合适焊接次序，所确定的焊接次序被编成程序以便能够被传递到一个焊接控制箱，接着该焊接控制箱执行该程序。

10.如权利要求9所述的电焊钳，其特征在于，所述的倾斜计单元至少包括两个加速度计，该加速度计能够测量电焊钳钳体的所述纵轴(X)和横轴(y)相对于垂直基准轴(V)的角位移。

11.如权利要求9或10所述的电焊钳，其特征在于，所述倾斜计单元包括一第三加速度计，该加速度计能测量电焊钳钳体(1)的垂直于所述横轴(y)和纵轴(X)的第三条轴线(Z)相对于所述垂直基准轴(V)的角位移。

12.如权利要求9-10中任一一项所述的电焊钳，其特征在于，所述的电焊钳钳体(1)还带有一个绕所述垂直基准轴(V)旋转的检测器。

13.如权利要求10或11所述的电焊钳，其特征在于，所述的加速度计是电容式的，且能输出脉冲宽度可调式的倾斜度信号。

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