EA005870B1

EA005870B1 - Способ сварки сопротивлением соединителя

Info

Publication number: EA005870B1
Application number: EA200301312A
Authority: EA
Inventors: Даниэль Мартин Кабанава
Original assignee: Добен Лимитед
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2005-06-30
Also published as: US20030141341A1; ZA200309259B; US6906279B2; CA2761259C; US7282664B2; EP1404480A1; JP2004533935A; WO2003006199A1; US6576859B2; MXPA03011671A; US20030010758A1; CN1578712A; EA200301312A1; CA2761259A1; CN100436026C; CA2449737C; US20050224468A1; CA2449737A1; JP4398239B2

Abstract

В изобретении раскрыт способ сварки сопротивлением соединителя, который включает в себя загрузку соединителя на палец, замыкание противоположных электродов сварочного пистолета относительно объекта, измерение положения компонента сварочного пистолета, связанного с перемещением пальца. Способ также предусматривает направление света на компонент сварочного пистолета, связанный с перемещением пальца, и измерение отраженного от указанного компонента света для определения перемещения пальца.

Description

Предпосылки к созданию изобретения

Настоящее изобретение имеет отношение к сварке сопротивлением соединительных деталей (соединителей, крепежных средств) с металлическими объектами.

Для сварки сопротивлением соединительных деталей с металлическими объектами, такими как панели корпуса для автомобилей, используют комплекты сварочного пистолета. Соединительную деталь, такую как установочная шпилька или гайка, вводят (загружают) в один из электродов. Электроды сводят вместе при помощи исполнительного механизма, в результате чего соединитель входит в контакт с панелью под давлением. Затем к электродам прикладывают очень высокий ток, что приводит к сварке соединителя с панелью.

Обычно сварочные пистолеты используют в автоматизированном процессе, в котором соединители загружают в комплект сварочного пистолета. Иногда соединитель неправильно загружается в сварочный пистолет или же соединитель может просто по ошибке не загружаться в сварочный пистолет. В таких случаях важно своевременно обнаружить, что имеется проблема с соединителем, чтобы, в конечном счете, соединитель мог быть надлежащим образом приварен к панели. Для этого используют датчики, позволяющие определять наличие и ориентацию соединителя в сварочном пистолете. Обычно используют линейный датчик перемещения, который соединен с кронштейном электрода и производит измерение перемещения кронштейна. Если нет соединителя, такого как гайка, то кронштейн совершает большее перемещение, чем при наличии соединителя с правильной ориентацией. Если соединитель имеет неправильную ориентацию, то кронштейн электрода будет совершать немного меньшее перемещение, чем при наличии соединителя с правильной ориентацией. За счет этого можно обнаруживать наличие и ориентацию соединителя. Однако по различным причинам достаточно трудно произвести точное обнаружение ориентации соединителя. Прежде всего, положение кронштейна электрода не всегда соответствует положению правильной ориентации соединителя. Другими словами, датчик положения не всегда позволяет обнаруживать точную ориентацию соединителя, так как в его измерения входят допуски изготовления и вариации размеров соединителя. Во-вторых, высокие токи сварки создают помехи в сигнале датчика положения. Даже при использовании кабелей с магнитными экранами возникают помехи, достаточные для получения ложных измерений положения соединителя. Таким образом, существует необходимость в создании способа сварки, который позволяет более точно обнаруживать ориентацию и наличие соединителя в комплекте сварочного пистолета.

Краткое изложение изобретения и его преимуществ

В соответствии с настоящим изобретением используется сварочный комплект для сварки соединителя, такого как гайка, с объектом, таким как панель корпуса автомобиля. Указанный комплект включает в себя сварочный пистолет, имеющий первый и второй электроды, выполненные с возможностью перемещения друг относительно друга между открытым положением и замкнутым положением. Указанный первый электрод содержит узел станины. В указанный узел станины введен палец, который выполнен с возможностью перемещения в указанном замкнутом положении между желательным положением гайки, перевернутым положением гайки и положением отсутствия гайки. Оптический датчик имеет смещенный от указанного пальца кабельный наконечник, который направляет свет на указанный палец, причем указанный кабельный наконечник также принимает и отраженный от указанного пальца свет. Датчик системы управления преобразует отраженный свет в электрический сигнал, соответствующий одному из положений, выбранному из группы, в которую входят желательное положение гайки, перевернутое положение гайки и положение отсутствия гайки.

В ходе работы палец входит в отверстие, имеющееся в панели. Затем устанавливают (загружают) соединитель (надевают его на палец) и электроды перемещают в направлении друг к другу в замкнутое положение относительно панели. При перемещении электродов в положение контакта с панелью происходит и перемещение (смещение) пальца. При смещении пальца изменяется количество отраженного света, поступающего в оптический датчик. Свет от датчика поступает в оптический усилитель, где он преобразуется в аналоговый или цифровой сигнал. Этот сигнал поступает на обработку для того, чтобы определить, находится ли соединитель в желательном или перевернутом положении или же он отсутствует.

Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением предлагается способ, который позволяет более точно обнаруживать ориентацию и наличие соединителя в комплекте сварочного пистолета.

Краткое описание чертежей

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.

На фиг. 1 схематично показан комплект сварочного пистолета.

На фиг. 2 показано частично поперечное сечение в развернутом виде электрода и датчика.

На фиг. 3 показан вид сверху части корпуса электрода, показанного на фиг. 2.

На фиг. 4 показан вид сверху держателя датчика, показанного на фиг. 2.

На фиг. 5 показаны электроды в замкнутом положении, с гайкой, имеющей желательную ориентацию.

На фиг. 6 показаны электроды в замкнутом положении, с гайкой в перевернутом положении.

На фиг. 7 показаны электроды в замкнутом положении, когда гайка отсутствует.

- 1 005870

Подробное описание предпочтительного варианта

На фиг. 1 схематично показан комплект сварочного пистолета 10. Комплект сварочного пистолета 10 содержит нижний неподвижный (стационарный) кронштейн 12, который поддерживает нижний электрод 13. Верхний подвижный кронштейн 14 соединен с нижним кронштейном 12, причем верхний кронштейн 14 содержит верхний электрод 15. Исполнительный механизм 16 перемещает верхний кронштейн 14 из открытого положения (показано на фиг. 1) в замкнутое положение, в котором электроды 13 и 15 входят в контакт с объектом 18, сварку которого следует произвести, таким как панель корпуса автомобиля. Соединительная деталь (соединитель), такая как установочная шпилька или гайка, вводится (загружается) в один из электродов 13 и 15 и принудительно вводится в контакт с объектом 18 (прижимается к нему). В известных ранее комплектах осуществляли обнаружение наличия и ориентации соединителя в комплекте сварочного пистолета при помощи детектирования положения верхнего кронштейна 14, обычно за счет использования датчика перемещения, такого как измерительный преобразователь линейных перемещений. В соответствии с настоящим изобретением используют датчик положения 20 в нижнем электроде 13 для обнаружения положения и ориентации соединителя, при этом обнаружение проводят под объектом 18. Информацию от датчика направляют в систему управления датчиком 22, которая может содержать усилитель 24 и контроллер 26, который производит обработку сигнала, чтобы получить информацию, позволяющую обнаружить неполадку.

Несмотря на то, что кронштейны и электроды называются верхними и нижними, следует иметь в виду, что комплект сварочного пистолета 10 и его компоненты могут быть ориентированы и другим образом, что не выходит за рамки настоящего изобретения.

Нижний электрод 13 показан более подробно на фиг. 2. Электрод 13 содержит узел станины 30, имеющий корпус 32. Корпус 32 имеет нижний конец 34, приспособленный для введения в нижний кронштейн 12. Сварочная головка 36, которая закреплена на противоположном конце корпуса 32, служит для подачи тока к объекту 18. Узел станины 30 может также иметь оболочку 38, охватывающую корпус 32. Корпус 32 имеет отверстие 40 (которое показано на фиг. 3), а сварочная головка 36 имеет отверстие 42 для приема пальца 44. Корпус пальца 44 находится в отверстии 40, а первый конец пальца 46 выходит через отверстие 42. Первый конец пальца 46 является коническим, так что он может принимать соединительную деталь, такую как гайка (то есть он может быть введен в отверстие гайки). Однако следует иметь в виду, что геометрия пальца 44 может быть изменена для того, чтобы принимать установочную шпильку.

Палец 44 имеет второй конец 48, противоположный первому концу 46, который содержит фланец 48, не позволяющий пальцу 44 выходить из корпуса 32. Пружина возврата 50 смещает палец 44 в направлении верхнего электрода 15. Для смещения пальца 44 может быть использован также и сжатый воздух, который подается через отверстие 40.

Держатель датчика 52 установлен в отверстии 40 и закреплен на корпусе 32. Держатель датчика 52 имеет отверстие 54 для установки пружины 50, которое показано на фиг. 4. Волоконно-оптический кабель 58, преимущественно имеющий диаметр 3 мм, входит в узел станины 30 и проходит через отверстие 56 держателя датчика 52. Кабельный наконечник (торец кабеля) 60 кабеля 58 располагается в непосредственной близости от второго конца 48 пальца 44. Волоконно-оптический кабель 58 может быть введен в корпус через вентиляционный канал 62 с модифицированным воздушным штуцером 63. Кроме того, электрод 13 также должен быть немного модифицирован для приема датчика (с кабелем) 58 в соответствии с настоящим изобретением. Однако следует иметь в виду, что кабельный наконечник 60 может находиться вблизи и от другого участка пальца 44. Альтернативно, кабельный наконечник 60 может находиться вблизи от любого другого компонента сварочного пистолета, который связан с движущимся пальцем 44. Другими словами, кабельный наконечник 60 не обязательно должен находиться в непосредственной близости от пальца, при условии, что этот кабельный наконечник 60 отслеживает движение пальца 44.

В рабочем цикле, сначала электроды 13 и 15 раздвигают друг от друга (открытое положение) для приема объекта 18, к которому должен быть приварен соединитель, при этом палец 44 вводят в отверстие 64 объекта 18. Затем соединитель, такой как гайка 66, надевают на первый конец 46 пальца 44. Соединитель 66 имеет сварную сторону 68, которая находится в контакте с объектом 18. Сварная сторона 68 может иметь направляющее кольцо 70 для установки гайки 66 внутри отверстия 64. Сварная сторона 68 также имеет выступы 72, которые плавятся во время процесса сварки и приваривают гайку 66 к объекту 18. Отверстие 74 в гайке 66 может иметь особенности для взаимодействия с концом 46, позволяющие улучшить локализацию гайки 66 относительно объекта 18. Такие элементы на сварной стороне 68, как направляющее кольцо 70 и выступы 72, имеют весьма жесткие допуски. Измерения положения обычно проводят тогда, когда электроды 13 и 15 замкнуты с объектом 18. Усилие, которое прикладывается к объекту 18 в ходе измерения, может быть меньшим, чем усилие сварки, причем измерение может быть проведено как до, так и после сварки, чтобы произвести оценку сварки. За счет измерения положения пальца 44, который находится в контакте со сварной стороной гайки 66, можно более точно судить об ориентации гайки. Другими словами, такая характеристика гайки 66, как ее толщина, не контролируется (не принимается в расчет при изменениях). В отличие от этого, определение ориентации гайки 66 со сто

- 2 005870 роны верхнего электрода за счет определения положения верхнего кронштейна, как это делают в известных устройствах, не позволяет получить точную ориентацию гайки из-за большого допуска на ее толщину.

Волоконно-оптический кабель 58 позволяет направлять свет от кабельного наконечника 60 на второй конец пальца 48. Свет от второго конца 48 отражается назад в волоконно-оптический кабель 58. Отраженный свет поступает на оптический усилитель 24 (фиг. 1) и генерирует аналоговый и/или цифровой сигнал. Этот сигнал поступает на контроллер 26, который производит обработку сигнала для определения наличия гайки 66 и ее ориентации. Датчик 20 позволяет обнаруживать такие малые изменения положения пальца 44, как 2 мкм. После определения наличия гайки 66 и ее правильной ориентации начинают процесс сварки. Электроды 13 и 15 движутся вместе относительно объекта 18 и гайки 66 в замкнутое положение. Давление прикладывается к гайке 66 и к объекту 18, после чего через электроды пропускают ток. Выступы 72 расплавляются за счет большого тока и приваривают гайку 66 к объекту 18.

На фиг. 5, 6 и 7 показаны соответственно желательное положение гайки 66, перевернутое положение гайки и положение отсутствия гайки. Верхний электрод 15 содержит отверстие 76 для приема участка пальца 44. Обратимся сначала к рассмотрению фиг. 5, на которой гайка 66 показана в желательном положении, в котором ее сварная сторона 68 обращена к объекту 18 и находится в непосредственной близости от него. Объект 18 имеет материальную толщину X. Палец 44 перемещается, когда электроды 13 и 15 принимают замкнутое положение. В этом положении палец 44 (нижний конец 48 пальца 44) может находиться от датчика 20 на расстоянии К, которое может составлять 0,1115 дюйма для конкретной гайки. Датчик системы управления 22 калибруют таким образом, чтобы расстояние К указывалось как правильная ориентация гайки. Более того, в системе может быть скомпенсирован предсказуемый износ электродов 13 и 15 в течение их срока службы. Однако износ электродов в соответствии с настоящим изобретением меньше сказывается на результатах измерения, чем в известных ранее устройствах, так как скорость износа нижнего электрода составляет около 1/10 скорости износа верхнего электрода, относительно которого ранее проводились измерения.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 6, на которой показана гайка в перевернутом положении, в котором сварная сторона 68 обращена в противоположную сторону от объекта. В этом положении гайка 66 не может быть приварена к объекту 18, так как выступы 72 не находятся в контакте с объектом. В перевернутом положении гайки палец 44 по-другому входит в отверстие 74 в гайке, так что расстояние М между пальцем 44 и датчиком 20 становится равным 0,1225 дюйма для данной конкретной гайки 66. Можно видеть, что разница Ь между желательным положением гайки и перевернутым положением гайки является относительно небольшой и составляет всего только 0,0110 дюйма. Таким образом, возникает сложная задача обнаружения при помощи датчика 22 точной ориентации гайки. Однако за счет использования волоконной оптики, на которую не действуют помехи, создаваемые магнитным полем, генерируемым за счет тока сварочного пистолета, удается обнаруживать точное положение пальца. Более того, так как палец входит в гайку 66 с нижней стороны гайки, обращенной к объекту 18, то вариации толщины гайки не влияют на точность измерения датчика. Конец пальца 46 может входить в камеру, образованную в отверстии 74, как это показано на фиг. 2 (прилегать к сторонам образованной в отверстии фаски). Если гайка перевернута, то сторона без камеры будет больше смещать палец 44 вниз, что позволяет легче обнаруживать перевернутую ориентацию гайки.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 7, на которой показано положение без гайки. В этом случае палец 44 смещен от датчика 20 на расстояние Ν, которое для данной конкретной гайки 66 составляет 0,3489 дюйма.

Используемые в настоящее время нижние электроды 13 могут быть модифицированы для установки датчика 20 в соответствии с настоящим изобретением. Преимуществом датчика 20 является его расположение внутри электрода 13, где он защищен от имеющихся при сварке тяжелых условий. При этом датчик 20 также в некоторой степени защищен и от загрязнений. Несмотря на то, что в данном описании рассматривается оптический датчик 20, следует иметь в виду, что для обнаружения положения пальца могут быть использованы и другие, более традиционные датчики, такие как измерительные преобразователи линейных перемещений, однако, оптические датчики обладают преимуществами, которые уже были упомянуты здесь ранее.

Несмотря на то, что был описан приведенный для пояснения предпочтительный вариант осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят, однако, за рамки формулы изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ сварки сопротивлением соединителя, который включает в себя следующие операции:

a) загрузка соединителя на палец;

b) замыкание противоположных электродов сварочного пистолета относительно объекта;

c) перемещение пальца; и

б) измерение положения компонента сварочного пистолета, связанного с перемещением пальца.

- 3 005870
2. Способ по п.1, который предусматривает направление света на компонент сварочного пистолета, связанный с перемещением пальца, и измерение отраженного от указанного компонента света для определения перемещения пальца.
3. Способ по п.1, в котором компонентом сварочного пистолета является палец.
4. Способ по п.1, в котором операция а) включает в себя операцию введения пальца в отверстие в объекте.
5. Способ по п.1, который включает в себя операцию индикацию одного из положений, выбранного из группы, в которую входят желательное положение гайки, перевернутое положение гайки и положение отсутствия гайки.
6. Способ по п.5, который включает в себя операцию выработки сигнала неполадки в перевернутом положении гайки и в положении отсутствия гайки.
7. Способ по п.5, в котором соединителем является имеющая отверстие гайка, причем конец указанного пальца входит в это отверстие в желательном положении гайки и в перевернутом положении гайки.