CN1578712A - 电阻焊接紧固件的电极 - Google Patents

Abstract

提供了一种焊接组合件，用于将紧固件焊接至诸如车辆主体面板的物体上。组合件包括焊枪，焊枪具有第一和第二电极，它们可在张开位置与闭合位置之间相互相对运动。第一电极包括壳体组合件。插头安放在壳体组合件中，并在所述闭合位置上时，能在要求的螺母位置、上下颠倒的螺母位置，和没有螺母位置之间移动。光学探测器具有与插头隔开并将光线引导于其上的终端端部。探测器的终端端部接受来自插头的反射光线。探测器控制系统将反射光线处理成与要求的螺母位置、上下颠倒的螺母位置和没有螺母位置之一相对应的信号。

Description

电阻焊接紧固件的电极

发明背景

本发明涉及一种焊枪，用于将紧固件电阻焊接至金属物体上，更具体地讲，本发明涉及紧固件检测探测器。

焊枪组合件用于将紧固件电阻焊接至金属物体上，诸如车辆主体的面板上。诸如焊接柱螺栓或螺母的紧固件被装载在电极之一上。电极与致动器一起运动，致动器将紧固件置于在压力下与面板相啮合。十分强的电流施加至电极，它们将紧固件焊至面板上。

应用焊枪通常是一个自动化过程，其中，紧固件被装载在焊枪组合件中。有时，紧固件不合适地装载在焊枪中，或者紧固件完全没有装载在焊枪中。在这些情况下，重要的是检测紧固件的问题，以便紧固件能适当地焊接至面板上。为此目的，应用了探测器致力于确定紧固件在焊枪中的存在和定向。通常，将线性可变位移传感器与电极臂连接用以测量臂的运动。如果没有螺母存在，则臂移动的量要大于紧固件存在并位于适当定向时的量。如果紧固件不是位于适当的定向，则电极臂移动的量要略小于紧固件位于适当定向时的量。这样，就可检测到紧固件的存在和定向。但是，由于以下若干原因很难精确地检测到紧固件的适当定向。首先，电极臂的位置不是总与紧固件是否处于适当定向相对应。也即，由于紧固件的公差堆积和变化，位置探测器的定位不能精确地检测紧固件的定向。其次，强大的电极电流将不精确度引入位置探测器的信号中。即使应用磁屏蔽电缆，电极电流也会引入足够的干扰，以致给出虚假的紧固件读数。因此，需要有这样的探测器，它能更精确地检测紧固件在焊枪组合件中的定向和存在。

发明的内容及优越性

本发明提出一种焊接组合件，用于将紧固件焊接至诸如车辆主体面板的物体上。组合件包括焊枪，焊枪具有第一和第二电极，它们可在张开位置与闭合位置之间相互相对运动。第一电极包括壳体组合件。插头安放在壳体组合件中，并在所述闭合位置上时，能在要求的螺母位置上下颠倒的螺母位置和没有螺母位置之间移动。光学探测器具有与插头隔开并将光线引导于其上的终端端部。探测器的终端端部接受来自插头的反射光线。探测器控制系统将反射光线处理成与要求的螺母位置、上下颠倒的螺母位置和没有螺母位置之一相对应的信号。

在运行中，插头插入于面板的孔中。紧固件装载至插头上，电极则相互相对面板移动至闭合位置。当电极移动至与面板相啮合时，插头位移。进入光学探测器的反射光线量随插头的位移而改变。光线由探测器送入至光学放大器，在此处它被转换成模拟或数字信号。然后对信号加以处理，以确定紧固件是位于要求的、上下颠倒的或是没有紧固件的位置。

因此，本发明提出一种探测器，它能更精确地检测紧固件在焊枪组合件中的定向和存在。

附图概述

结合附图，并参考以下的详细说明，可了解本发明的其它优点，

附图中：

图1是焊枪组合件的示意图；

图2是本发明的电极和探测器的局部横截面分解图；

图3是图2中电极主体部分的顶视图；

图4是图2中探测器支架的顶视图；

图5说明电极处于闭合位置，所具有的螺母位于要求的定向；

图6说明电极处于闭合位置，所具有的螺母位于上下颠倒的位置；而

图7说明电极处于闭合位置，且没有螺母存在。

较优实施例的详细说明

图1是焊枪组合件10的高度示意的视图。焊枪组合件10包括下固定臂12，它支承着下电极13。上移动臂14连接至下臂12。上臂14包括上电极15。致动器16将上臂14从张开位置(如图所示)移动至闭合位置，在此闭合位置电极13和15啮合欲焊接的物体18，诸如车辆主体的面板。诸如焊接柱螺栓或螺母的紧固件被装载在电极13和15之一上，并被加压与物体18进行啮合。现有技术通常通过应用诸如LVDT的位移传感器检测上臂14的位置来检测紧固件在焊枪组合件内的存在和定向。本发明则应用在下电极13中的位置探测器20从物体18的下方检测紧固件的位置和定向。来自探测器的信息被送至探测器控制系统22，它可包括放大器24和控制器26，控制器26将信息处理成可用于控制失误的信号。

在对臂和电极的称谓加以“上”和“下”时，还应看到，焊枪组合件10及其部件的定向可不同于所述的定向，并仍在本发明的范围之内。

下电极13在图2中表明得更为详细。电极13包括壳体组合件30，它具有主体32。主体32具有端部34，它适用于安放在下臂12中。焊头36在与端部34的相对处连接至主体32，用于向物体18施加电流。壳体组合件30还可包括围绕主体32的壳38。主体32包括中心孔40(示于图3中)，而焊头36包括孔42，用于安放插头44。插头44的主体安装在中心孔40内，而插头的第一端46通过孔42而伸出。第一端46成锥形，用以安放诸如螺母的紧固件。但是，应明白，插头44的几何形状可加以改变以安放一个焊接柱螺栓。

插头44包括与第一端46相对的第二端48，它具有法兰48，用于阻止插头44脱离主体32。恢复弹簧50将插头44压向上电极15。通过中心孔40的加压空气也可用于偏压插头44。

探测器支架52布置在中心孔40内，并紧固至主体32上。探测器支架52包括中心孔54，用于安放和定位弹簧50，如图4所示。光缆58的直径最好为3mm，它被进给至壳体组合件30中，并安放在探测器支架52的孔56内。光缆58的终端端部60布置在插头44的第二端48的邻近。光缆58可通过经改变后用以安装空气连接件63的空气通道62进给至主体中。这样，电极13可略加改变以安放本发明的探测器58。但是应认识到，终端端部60也可布置在插头44的其它部分的邻近。另外，终端端部60也可布置在其它焊枪部件的邻近，只要此焊枪部件是与插头44的运动相关联的。也即，终端端部60不必一定位于插头的邻近，然而终端端部60跟踪插头44的运动。

在运行中，电极13和15相互隔开地位于张开位置，用以安放物体18，在此物体18上将焊接紧固件。插头44被布置在物体18的孔64中。诸如螺母66的紧固件放置在插头44的第一端46上。紧固件66包含一个焊接面68，它啮合物体18。焊接面68可包含导向环70，用于将螺母66定位在孔64内。焊接面68还包含凸出物72，在焊接过程期间，凸出物72熔融，从而将螺母66焊接至物体18上。螺母66中的孔74可包含一些特征，它们与端部46配合以便更好地相对物体18定位螺母66。在焊接面68上的诸如导向环70和凸出物72的特征限制在十分紧的公差内。位置测量通常在电极13和15闭合于物体18左右时进行。测量期间施加至物体18上的力可小于焊接力，并可在焊接前后进行以便使过程有效。通过测量插头44在啮合螺母66的焊接面一侧时的位置，插头位置将与螺母定向更精确地相关。上述另一方法中，诸如螺母厚度的螺母66的特征的公差不紧或没有加以控制。结果，从上电极一侧探测螺母66的定向，诸如像在现有技术中通过探测上臂位置那样，由于公差较大，可能会不精确地对应螺母的定向。

纤维光缆58传播的光线从终端端部60指向第二端48。从第二端48反射回来的光线进入光缆58。反射光线被光学放大器24所接收，产生模拟和/或数字信号。信号被送至控制器26，它处理信号以确定螺母66的存在和定向。探测器20检测的插头44的距离变化可细微至2μm。电极13和15相对物体18和螺母66一起运动至闭合位置。对螺母66和物体18施加压力，并施加电流流过电极。凸出物72在强电流存在下熔融，并将螺母66焊接至物体18。

图5、6和7分别说明螺母66处于要求的位置、螺母上下颠倒的位置和没有螺母时的位置。上电极15包含中心孔76，用于接受部分插头44。请参看图5，所示螺母66位于要求位置，其中焊接面68毗连物体18。物体18所具有的物质厚度为X。插头44在电极13和15共同闭合时位移。在此位置上，插头44可从探测器20移开距离K，对一特定的螺母，距离K可以是0.1115英寸。探测器控制系统22可加以标定，将距离K表示为正确的螺母定向。此外，值得赞赏的是，虽然电极13和15将随着时间而磨损，但电极的磨损可预测，因而在其使用期间可加以补偿。本发明中的电极磨损要小于现有技术中的电极磨损，因为下电极的磨损速度约为上电极的1/10，而现有技术的测量正是在上电极进行的。

请参看图6，螺母位于上下颠倒位置，在此位置时，焊接面68与物体相隔开。在这样的位置上，螺母66不能焊接至物体18上，因为凸出物72没有啮合物体。在螺母上下颠倒位置时，插头44安放在螺母孔74中的位置不同，即插头44与探测器20之间的距离是距离M，它对于螺母66可能是0.1225英寸。可以看到，要求的螺母位置与上下颠倒螺母位置之间的差是一个较小的距离L，只有0.0110英寸。因此，关键是探测器22能精确地检测螺母的定向。光纤不受焊枪电流产生的磁场的干扰，因此应用光纤可精确地检测插头的位置，此外，由于插头在物体18的附近从螺母下侧啮合螺母66，因此，螺母厚度的变化不会冲击探测器的精度。如图2所示，插头端部46可啮合孔76中的腔。如果螺母是上下颠倒的，设有腔的一侧将把插头44更往下压，这使上下颠倒的螺母定向更易于检测。

请参看图7，图中表示了没有螺母的位置。插头44与探测器20相隔的距离为N，对螺母66它可以是0.3489英寸。

目前，现有的下电极13可加以修改以容纳本发明的探测器20。探测器20具有包容在电极13内的优点，在那里它免受苛刻的焊接气氛。探测器20能略微忍受污染。虽然本发明的探测器20是按照光学探测器加以讨论的，但应明白，诸如LVDT的更常用的探测器也可用于检测插头的位置，但是，光学探测器具有上述优点。

已按照展示的样子对本发明进行了说明，但应明白，已应用的术语只是为了用词的本性加以说明，而不是为了限制。显然，本发明可根据以上思想进行许多修改和变化。因此，应看到，在所附权利要求的范围内，本发明可用不同于特定描述的方法加以实施。

Claims (19)

1.一种焊接组合件，用于将紧固件焊接至一件物体上，组合件包括：

焊枪，该焊枪具有第一和第二电极，它们可在张开位置与闭合位置之间相互相对运动，所述第一电极包括壳体组合件；

插头，它安放在所述壳体组合件中，并在所述闭合位置上时，能在要求的紧固件位置、上下颠倒的紧固件位置和没有紧固件位置之间移动；

光学探测器，它具有与所述插头隔开并将光线引导于其上的终端端部，所述终端端部接受来自所述插头的反射光线；以及

探测器控制系统，它将所述反射光线处理成与所述要求的紧固件位置、上下颠倒紧固件位置和没有紧固件位置之一相对应的信号。

2.如权利要求1所述的焊接组合件，其特征在于，所述插头包含适用于安放为了焊接金属物体的紧固件的第一端，以及与所述第一端相对的第二端，所述光学探测器的终端端部位于所述第二端的邻近。

3.如权利要求1所述的焊接组合件，该焊接组合件包括弹簧，它将所述插头压向所述第二电极。

4.如权利要求3所述的焊接组合件，其特征在于，所述光学探测器终端端部设置在所述弹簧内，位于所述插头的端部邻近。

5.如权利要求1所述的焊接组合件，其特征在于，所述第一电极是固定的下电极，它具有使所述第二电极向着所述第一电极运动至所述闭合位置的致动器。

6.电阻焊接组合件用的电极，该电极包括：

壳体组合件，它具有适用于安放在焊枪中的端部；

焊头，焊头支承在壳体组合件的与所述端部相对的位置上，并具有通过所述焊头而伸展的孔；

插头，该插头安放在所述壳体组合件中，其部分通过所述孔而伸出，用于安放紧固件，且所述插头可在要求的紧固件位置、上下颠倒的紧固件位置与没有紧固件位置之间移动；以及

光学探测器，它布置在所述壳体中，具有与所述插头隔开，并将光线引导于其上的终端端部，所述终端端部接受来自与所述要求的紧固件位置、上下颠倒紧固件位置和没有紧固件之一相对应的所述插头的反射光线。

7.如权利要求6所述的电极，其特征在于，所述壳体组合件包括主体，主体包含所述端部，在所述主体中有中心孔，所述插头至少部分设置于其中，而所述焊头则可拆卸地紧固至所述主体上。

8.如权利要求7所述的电极，所述电极包括探测器支架，用于支承所述光学探测器，该支架布置在所述中心孔中，并紧固至所述主体上。

9.如权利要求8所述的电极，其特征在于，所述插头包含适用于安放为了焊接金属物体的紧固件的第一端，以及与所述第一端相对的第二端，所述光学探测器的终端端部位于所述第二端的邻近处。

10.如权利要求9所述的电极，所述电极包括弹簧，该弹簧布置在所述插头端部和所述探测器支架之间，并将所述插头端部压向所述焊头。

11.电阻焊接紧固件的方法，该方法包括的步骤有：

a)将紧固件装载在插头上；

b)将相对的焊枪电极闭合于物体两侧；

c)移动插头；和

d)测量与插头运动相关联的焊枪部件。

12.如权利要求11所述的方法，所述方法包括将光线引导在与插头运动相关联的焊枪部件上，以及测量来自部件的反射光线，用以确定插头的位移。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，焊枪部件是插头。

14.如权利要求11所述的方法，所述方法还包括在步骤a)之前将插头插入物体的孔内的步骤。

15.如权利要求11所述的方法，所述方法包括一个指示要求的螺母位置、上下颠倒螺母位置，以及没有螺母位置之一时的插头位移的步骤。

16.如权利要求15所述的方法，所述方法包括在上下颠倒螺母和没有螺母位置时产生焊枪失误的步骤。

17.如权利要求2所述的焊接组合件，其特征在于，紧固件是螺母，它具有孔，而所述第一端则适用于设置在孔中。

18.如权利要求9所述的电极，其特征在于，紧固件是螺母，它具有孔，而所述第一端则适用于设置在孔中。

19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，紧固件是螺母，它具有孔，在要求的螺母位置和上下颠倒螺母位置时，锥形插头端设置在孔中。

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