专利名称：用于检测被焊接材料厚度的装置及配备该装置的相关焊机的制作方法
用于检测被焊接材料厚度的装置及配备该装置的相关焊机本发明涉及一种用于检测使用焊机进行焊接的被焊接材料厚度的装置，特别是具 有点状电极的焊机(通常所说的定位焊机)和具有所述装置以及适合于应用由其计算出的 数据的相关焊机(定位焊机)。定位焊接也可称为点焊接，其为电阻焊的一种，包括使两个待焊接材料的局部相 互配合和通过机器压紧两件材料。随后，在数秒内电通路(电流)加热被焊接的部分直到达 到其熔点，由此通过一种内部横向的销(internal andtransversal pin)(由焊接过程中的 电流通道限定)将两种材料连接在一起，上述销由焊接中的每一部件的某些部分组成。所 谓的“横向销”不是一个由其它材料构成的销，而是通过电流横向流过所述材料，通过熔化， 稳定的结合，通过电流的流动形成路径的形状而形成(因此其为圆柱形状，似一个销)。定位焊接用于在被连接的工件零件上生成焊接点，即不产生焊缝或无中断的连续 焊接，但是在相隔或多或少的距离之间相对于彼此有规律地产生多个熔化点。这种焊接方 法经常用于受到不同程度机械力的部件的接合(上述焊接过程用于较小机械力，但是在某 些情况下，也适合于承受较强的力)，或者用于任何情况下的不必产生密封结合的部件间的 焊接。为获得稳定且坚固的点焊接，从电极通过被焊接材料的电流量与层叠材料的总厚 度、电极的构成材料、和所述材料彼此接触面的表面特征都相称是必要的。根据材料的种类以及表面特征是否大体上笔直来设置机器参数应用判断是否笔 直的标准化的规范，因此具有多种不同的操作设置成为可能，所述操作设置是这些参数的 函数，所述参数可以是大体上标准化的。至于被焊接材料的总厚度，并未认识到它是执行强固焊接的一个基本的、重要的 参数实际上，必须用于熔化材料的电流，必须与其要焊接的材料的量相符合。因此很明显，对于具有特殊厚度的材料，电参数必须被设置精准以达到最好的焊 接效果。对于厚度的测量通常由操作者通过直接测量而获得。在电极上应用测量元件是非常复杂的，原因在于上述元件必须承受住在其附近由 于发生的、由于极高的电流所引起的相关情况电磁感应现象，由于谐波含量引起的干扰，寸寸。本发明的目的在于通过提供一种对使用焊机进行焊接的被焊接材料的厚度进行 检测的装置来解决上述问题，上述装置可被定位在所述焊机的电极的附近，并且一点儿不 受电流所引起的感应现象和电磁现象的干扰。基于上述目的，本发明旨在设计一种具有本发明所述检测装置的、完全自动化操 作的焊机，该焊机的电流强度、电流通过的持续时间以及所有操作中的其它常用参数均由 所述装置根据被焊接零件的特征函数而自动确定。本发明的另一个目的在于提供一种对使用焊机进行焊接的被焊接材料的厚度进 行测量的装置，和具有较低的成本的相关焊机，这样易于应用到实践中并且在应用中比较稳妥。
4
通过对使用焊机进行焊接的被焊接材料厚度进行测量的装置所实现的这个目的、 这些目标和其它目标在下文中将会更加明显，上述焊机优选是通常所说的具有两个电极的 电阻定位型焊机，上述电极中的至少一个是可移动的，并通过上述电极将被焊接元件夹紧， 其特点在于，其包括至少一个这样的部件所述部件用于检测相应的可移动电极(3)相对 于参考位置的位置，所述参考位置与两个电极相互之间的最大距离相对应；还包括处理单 元，其适用于根据布置在参考位置中的两电极(3，4)相互间的最大距离和由所述电极执行 的位移之间的差值，来计算被焊接的元件(A，B)的厚度(X)，所述电极(3，4)移动是为了形 成用于夹紧被焊接元件(A，B)的结构。上述目的同样也可以通过通常所说的具有两个电极的电阻定位型焊机来实现，上 述电极中的至少一个是可移动的，并通过上述电极将被焊接元件夹紧，上述类型的焊机具 有控制管理处理器，其控制电焊机变压器和用于测量电极上的电流或电压值的相应部件， 上述焊机的特征在于包括对被焊接材料的厚度进行测量的装置，该装置受所述的处理器控 制；还包括用于收集焊机的设置参数的存储部件，所述设置参数是被焊接元件的特征函数， 所述的处理器根据通过装置检测到的厚度，在所述的存储部件中选择的相应的焊接参数。通过以下对优选实施例的详细描述，将使得本发明的其它特征和优势呈现得更加 明显，但是在附图中通过非限制性的例子示出了非排他性的、根据本发明的用于测量利用 焊机焊接的被焊接材料厚度的装置及相关焊机的具体实施方式
，其中
图1是如本发明所述的一种用于检测被焊接材料厚度的装置的示意图，所述被焊 接材料是使用焊机进行焊接的；图2是通常所说的电阻定位型焊机的示意图，该焊机配备有根据本发明所述的检 测装置。参看视图，数字1总体代表用于检测被焊接材料厚度X的装置，所述被焊接材料是 使用焊机2进行焊接的，和相关的焊机2。适合配备根据本发明的检测装置1的焊机2，优选为通常所述的电阻定位型焊机。这种电阻定位型焊机包括两个电极3和4，其中至少一个电极是可移动的(如图1 所示的具体实施例中，电极3是可移动的而电极4则是固定的)，通过电极3和4来夹持并 固定将被焊接的元件A和B (也有这样的可能性，即被焊接的元件可以是多层元件，原因在 于根据本发明的装置1和配备有该装置1的焊机2对于任意层数的被焊接元件均可以最佳 状态运行)。装置1包括至少一个部件5，其用来检测相应的可移动电极3相对于参考位置的位 置，所述参考位置与电极3和4相互之间的最大距离相对应。装置1还包括一个处理单元6，该处理单元适用于根据布置在参考位置中的两电 极3和4相互间的最大距离和由所述电极执行的位移之间的差值，来计算被焊接的元件A 和B的厚度X，上述电极移动的目的是为了形成用于夹持和固定被焊接的元件A和B的结 构。事实上，已知的电极3和4之间缝隙的最大宽度(当它们处于最大缝隙条件下时的相 互距离)是可以通过上述电极为夹持并固定元件A和B而向彼此移动了多大距离而充分可 知的，以便通过差值确定元件A和B的厚度X。根据实际中一个特别实用的实施例，位置检测部件5用于检测相应的有关联的电 极3，该部件5为光学型检测部件并包括面对且贴近相应的电极3的光源7，该部件5还包括一个同样面对且贴近相应的电极3的图像获取元件8，并且所述图象获取元件8与由光源 7射出的光束10所照射的区域9是对齐的。光源7和图象获取元件8都与处理单元6功能上是相联系的光源7照明可移动 的电极3 (特别在区域9内)。通过图像获取元件8，依次获取由光源7照明的电极3的区 域9的图像。由元件8获取的图像被传送到同样也控制着光源7的处理单元6中。处理单 元6比较在两个时间间隔获取的两个图像，并通过分析其中特征位置点(在电极3的表面 上可检测到)的移动，上述处理单元执行这样的计算在两个连续图像间经过的间隔时间 内电极3的位移。通过对一段时间内两张连续图像之间测得的个别瞬时位移的集成处理， 即可获得可移动电极3位移的测量值。通过了解可移动电极3相对于固定电极4的位移情况(或者通过了解两个可移动 电极的位移情况，根据结构图中未示出)，即可了解被焊接元件A和B的厚度X是可能的。这个过程在属于电阻焊机2的电极3和4接近的过程中自动执行。由处理单元6 计算出的厚度X将随后被发送到焊机2。根据应用中一个真实的实施例，图像获取元件8为一个高速录像照相机，其适于 根据在从每秒大约10至数千张的图像范围中所得到的图像，来检测一系列按时间顺序的 连续的图像。需要注意的是，高速录像照相机能够每秒获取高达数百数千张图像假如当最大 可能的速度以及根据本发明的装置1的最大可能精度均为必要时，不排除所选择的录像照 相机具有上述性能。从结构的观点，具有如本发明所述的装置1的焊机2需要将装置1的处理单元6 连接到焊机2的内部处理器11，以便将检测到的关于被焊接元件A和B的厚度X的相关数 据发送到内部处理器11。尤其参见如图1中所示的实施方式，电极4是固定的，并且适于通过稳固的支持物 来容纳被焊接元件A和B (在图中所示它们在所述电极上静止不动)，电极3则相对于固定 电极4在从相互间最大距离的位置到夹持并固定元件A和B的位置间是可移动的显然，在 这种情况下检测部件5是独立的，其仅与可移动电极3相关联(固定电极4的位置是确定 的而不是可变的)。适合配备根据本发明的装置1的焊机2，是通常所说的具有两个电极3和4的电阻 定位型焊机，其还包括控制管理处理器8，所述控制管理处理器8控制电焊机变压器12，和 用于测量电极3和4上的电流或电压值的相应部件13和14。更特别的是，焊机2包括用于检测被焊接材料厚度X的装置1，该焊机2由处理器 11控制，并且该焊机还具有存储部件15，上述存储部件15用于收集焊机2的设置参数，以 作为被焊接元件A和B的特征函数。根据通过装置1测得的厚度X的函数，处理机11从存储部件15所包含的最适合 的参数中选择相应的焊接参数。存储部件15包括用于被焊接元件A和B的多个电阻值的参数串(计划作为不同 层元件的总电阻)如果构成上述元件的材料是已知的(并且因此电阻系数值是已知的)， 那么具体的电阻值则仅由它们的厚度X的测量值而决定。参照如下公式R=P *L/S
6
这里，P为电阻系数(单位Ω *mm2/m)，L为部分的长度(单位m)，以及S为横截 面积(单位mm2)。横截面积S的值可假定为电极3和4的横截面积的函数，且厚度X与电 阻系数是已知的(上述公式中的长度L对应于本申请中所述的厚度X)，因此知道电阻值是 可能的。根据某种实际利益的具体应用，测量装置13和14为已知类型的装置，尤其是检流 器13，优选被构造成沿着电极3和4进行检测的罗果夫斯基线圈，以便测量穿过电极3和4 的电流值，而检压器14则是检测电极3和4之间的电压的传统电压计。适当地，可移动电极3可以与相应的制动器相关联，以便在所述处理器11的驱动 和控制下平移运动。由于电极3和4的定位、被焊接元件A和B的厚度X的检测以及焊接 参数的选择——所述焊接参数是被焊接元件A和B的电阻的函数——都由所述处理器11 自动控制，因此在这种情况下焊机2的操作是完全自动化的。因此被焊接元件A和B的厚度X成为了存储在存储部件15的数据库中的检索关 键词。根据初始厚度X，选择用于执行测量元件A和B的电阻值的参数。将上述确认的参数 传送给焊机2的处理器11，所述处理器11驱动电焊机变压器12 ；检流器13通过罗果夫斯 基线圈检测次级电流，而检压器14通过连接到电极3和4的相应终端机检测次级电压。所 述处理器11获取被焊接元件A和B的初始电阻值；上述初始值作为存储在存储部件15的 数据库中的次级检索关键词，以便确定正确的焊接参数。上述焊接参数被自动传送到焊机 2的所述处理器11，以便应用正确的焊接参数来完成元件A和B的焊接。所有配备根据本发明的装置1的焊机2所采用的自动化焊接程序，都包括以下步 骤 步骤a)在电极3和4之间布置被焊接元件A和B ；步骤b)在它们的位置自动检测过程中，将上述电极3和4夹持并固定在被焊接 元件A和B上，以便通过至少一个用于检测电极3和4位置的部件5来确定夹持并固定住 的元件A和B的厚度X ；步骤c)通过先检测得到的厚度X来确定电阻值，以及确定被焊接的元件A和B的 电阻系数，所述元件是使用焊机2的所述处理器11来焊接的；步骤d):从存储在焊机2的存储部件15的数据库中选择焊接参数，所述焊机2由 所述处理器11控制，主要涉及在电极3和4之间通过元件A和B的电流的强度、类型以及 电流的持续时间，涉及基于步骤c)确定的具体的电阻值，并且通过所述处理器11自动设置 上述焊接参数；步骤e)依据所设置的参数驱动电流从而执行焊接。基于本发明构思的众多修改和变化均在附加的权利要求的保护范围内；进一步， 所有的细节都可能被其它技术上相等同的部件所替代。在所举例说明的具体实施方式
中，实际中，与具体示例相关的个别特征可以与存 在于其它具体实施方式
中的不同特征彼此互换。此外，应当注意的是，在专利申请过程中可理解的是，已经知晓的任何发现不属于 权利要求的的范围或是无关的主题。实践中所选用的材料以及尺寸规格可根据需要以及工艺水平进行选择。
权利要求
一种用于检测被焊接材料的厚度(X)的装置，所述被焊接材料使用焊机(2)进行焊接，所述焊机(2)较佳地是通常所说的设有两个电极(3，4)的电阻定位型焊机，且上述电极中的至少一个是可移动的，通过上述两个电极夹紧被焊接元件(A，B)，其特征在于，所述装置包括至少一个部件(5)，所述部件(5)用于检测相应的可移动电极(3)相对于一参考位置的位置，所述参考位置与所述两个电极(3，4)相互间的最大距离相对应；处理单元(6)，所述处理单元适于根据布置在所述参考位置中的两个电极(3，4)相互间的最大距离和由所述电极执行的位移之间的差值来计算被焊接的元件(A，B)的厚度(X)，所述电极(3，4)移动是为了形成用于夹紧被焊接元件(A，B)的结构。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述位置检测部件(5)是光学检测部件，其 用于相应的有关联的电极(3)，所述位置检测部件包括面对且邻近相应的电极(3)的光源 (7)，面对且邻近相应的电极(3)的图像获取元件(8)，并且所述图像获取元件(8)与由光源 (7)射出的光束(10)所照射的区域(9)是对齐的，所述的光源(7)和图像获取元件(8)都 与所述的处理单元(6)在功能上相关联。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述图像获取元件(8)是高速录像照相机， 其适于根据在来从每秒大约10至数千张的图像范围中所得到的图像来检测一系列按时间 顺序的连续的图像。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理单元(6)与所述焊机(2)的内部处 理器(11)相连接，以便将所检测到的涉及被焊接元件(A，B)的厚度⑴的相关数据传送到 所述的处理器(11)。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电极的其中之一(4)是固定的，并且适 于通过稳固的支持物来容纳被焊接元件(A，B)，而另一个电极(3)则相对于所述固定的电 极(4)在从相互间最大距离的位置到夹紧元件(A，B)的位置间是可移动的，所述的位置检 测部件(5)是独立的，其仅与可移动电极(3)相关联。
6.一种通常所说的电阻定位型焊机，所述焊机具有两个电极(3，4)且所述两个电极中 的至少一个是可移动的，通过上述电极将被焊接元件(A，B)夹紧，所述焊机包括控制管理 处理器(11)，所述控制管理处理器控制电焊机变压器(12)，所述焊机还包括控制用于测量 电极(3，4)上的电流或电压值的相应部件(13，14)，其特征在于，所述焊机还包括用于检测 被焊接材料厚度⑴的装置(1)，所述装置由所述处理器(11)控制；和用于收集焊机⑵的 设置参数的存储部件(15)，所述设置参数是被焊接元件(A，B)的物理特性和尺寸特性的函 数，所述处理器(11)根据通过装置(1)检测到的厚度(X)，在所述存储部件(15)中选择相 应的焊接参数。
7.如权利要求6所述的焊机，其特征在于，所述存储部件(15)包括涉及被焊接元件 (A，B)的多个电阻值的参数串，如果构成上述元件的材料是已知的，那么具体的电阻值仅由 它们的厚度(X)的测量值而决定。
8.如权利要求6所述的焊机，其特征在于，所述测量装置(13，14)包括检流器(13)，其 较佳地被构造成沿着所述电极(3，4)进行检测的罗果夫斯基线圈 和检测所述电极(3，4) 之间电压的检压器(14)。
9.如权利要求6所述的焊机，其特征在于，所述可移动电极(3)与相应的制动器相关 联，以便在所述处理器(11)的驱动和控制下平移运动，由于电极(3，4)的定位、被焊接元件(A，B)的厚度⑴的检测以及焊接参数的选择——所述焊接参数是被焊接元件(A，B)的电 阻的函数——都由所述处理器(11)自动控制，因此焊机⑵的操作是完全自动化的。
10. 一种用于具有连个电极(3，4)的电阻定位型焊机(2)的自动焊接方法，其包括以下 步骤_在电极(3，4)之间布置被焊接元件(A，B)；-在它们的位置自动检测过程中，将上述电极(3，4)夹紧在被焊接元件(A，B)上，以便 通过至少一个用于检测电极(3，4)位置的部件(1)来确定被夹紧的元件(A，B)的厚度(X)； -通过在先检测得到的厚度(X)来确定电阻值，以及确定被焊接的元件(A，B)的电阻 系数，所述被焊接的元件(A，B)是使用焊机(2)的适配的处理器(11)进行焊接的；-从存储在焊机(2)的存储部件(15)的数据库中选择焊接参数，所述焊机(2)由所 述处理器(11)控制，主要涉及在电极(3，4)之间通过被焊接元件(A，B)的电流的强度、类 型以及电流的持续时间，涉及基于之前的步骤确定的具体的电阻值，并且通过所述处理器 (11)自动设置上述焊接参数；-依据所设置的参数驱动电流从而执行焊接。
全文摘要
本发明涉及一种用于检测使用焊机(2)进行焊接的被焊接材料厚度(X)的装置(1)，上述焊机(2)较佳地是通常所说的具有两个电极(3，4)的电阻定位型焊机，且上述电极中的至少一个为可移动的，通过上述电极将被焊接元件(A，B)夹紧。该装置(1)包括至少一个部件(5)，所述部件(5)用于检测相应的可移动电极(3)相对于参考位置的位置，所述参考位置与两电极(3，4)相互之间的最大距离相对应，处理单元(6)，其适于根据布置在参考位置中的两电极(3，4)相互间的最大距离和由所述电极执行的位移之间的差值，来计算被焊接的元件(A，B)的厚度(X)，电极(3，4)移动是为了形成用于夹紧被焊接元件(A，B)的结构。
文档编号B23K11/36GK101920388SQ20101024159
公开日2010年12月22日 申请日期2010年5月27日 优先权日2009年5月29日
发明者A·罗利 申请人:泰克纳股份公司