专利名称：适配柱头螺栓至少一个尺寸的公差范围将柱头螺栓连接到工件的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于连接柱头螺栓到工件的方法，特别是为了柱头螺栓焊接的目的，并且涉及用于执行该方法的连接装置。
背景技术：
用于连接诸如柱头螺栓的紧固元件到诸如板子的工件的各种方法是现有技术中已知的。例如，已经知晓粘结或热塑焊接紧固元件到部件元件的应用实践。此外，所谓的柱头螺栓焊接是焊接金属紧固件到金属工件的制定工艺。这些类型的连接方法广泛地用于汽车工业，例如，其中柱头螺栓连接到诸如车体 板或其它车体部分的工件。然后，所述柱头螺栓常常用作安装部件或夹紧塑料夹的锚钉，进而，诸如电线、刹车管等的其它部件可固定在其上。在工业应用中，这些类型的连接方法通常是自动化的，连接头通常以自动化方式由机器人引导。此外，已经知晓例如通过压缩空气自动供给柱头螺栓到连接头的应用实践。在连接头中，在柱头螺栓连接到工件前，通常柱头螺栓的每一个由保持装置或夹具单独保持。在此情况下已经知晓的是，在实际连接操作前，通过对柱头螺栓应用传感元件以及通过采集为此目的所需的传感元件行进距离，获取待连接的柱头螺栓的尺寸。例如，因此可保证连接正确杆直径的柱头螺栓。特别是在不同尺寸的柱头螺栓的顺序处理的情况下，在实际连接操作前，这样的测量操作是特别重要的。在错误的柱头螺栓错误存在于连接头中的情况下，在实施实际连接操作前仍然可去除错误的柱头螺栓。因此，可避免复杂的修理工作。在此情况下，柱头螺栓的尺寸通常与允许的公差范围比较。
发明内容
针对于背景技术，本发明的目标是提供连接柱头螺栓到工件的改进方法，特别是用于柱头螺栓焊接的目的，并且提供相关的连接装置。上述目标通过连接柱头螺栓到工件的方法实现，特别是用于柱头螺栓焊接的目的，包括如下步骤-通过应用传感元件到柱头螺栓以及通过采集为此目所需的该传感元件的行进距离，获取待连接的该柱头螺栓的至少一个尺寸；以及-如果该柱头螺栓的该尺寸在允许公差范围内，则连接该柱头螺栓到工件，在至少一个前述方法步骤的情况下，该允许公差范围根据该传感元件的该行进距离适配(adapted)。此外，上述目标通过用于执行该方法的装置实现。已经显示，在连接操作的多样性的执行中，待连接的柱头螺栓的尺寸的获取显得困难，这在于传感元件随着时间而磨损或者沉积物累积在其上。因此，在现有技术中，有必要以循环间隔置换传感器或者作为选择手动校准该允许公差范围，以便补偿传感元件长度上的变化。在手动校准操作的情况下，例如，在连续连接操作的情况下，当一个或多个柱头螺栓在公差范围之外时，手动干涉变得必要。在该手动干涉的情况下，例如，根据所提供的柱头螺栓测量传感元件的变化，并且手动重置公差范围。相反的是,本发明使得允许公差范围的自动适配(automatic adaptation),其在至少一个前述方法步骤的情况下取决于所述传感元件的行程距离。这可在每个连接操作的情况下实现，或者作为选择在限定数量的连接操作后循环性地实现。因此，本发明能够在操作期间持续地纠正传感元件在长度上的伸缩变化(是否由于磨损或沉积)。尽管，在现有技术中，无论何时一个还是多个柱头螺栓在原始设定的公差范围之外都要执行公差范围的再校准，但是，根据本发明，公差范围自动适配在传感元件的长度上的变化。因此，通常可避免手动干涉，直到传感元件必须被完全替换的时间点。因此，绝对不需要，或者至少不再这样频繁地需要手动干涉来校准传感元件，以为了传感元件上补偿磨损的目的。 柱头螺栓的尺寸可为直径，例如，柱头螺栓的杆直径或凸缘直径。然而，待连接的柱头螺栓的尺寸也可为长度，例如，杆长度、柱头螺栓长度或凸缘长度。在当前情况下，术语连接应在广泛意义上理解，并且包括柱头螺栓焊接以及粘合柱头螺栓到工件的方法以及热塑焊接柱头螺栓到工件的方法。因此，柱头螺栓和工件二者可由任何材料制作，例如，金属、塑料、合成材料等。再者，在当前情况下，术语柱头螺栓应理解为广泛的意思，并且包括旋转对称部件和不规则形状部件二者，例如，在端表面上连接到工件的板件(”Weldfast” )。允许公差范围可匹配于相应的应用，并且可为相对很宽。然而，公差范围也可相对很窄，并且在特殊情况下可为单一、限定的数值。为了防止非适配柱头螺栓的连接，待连接的柱头螺栓的至少一个尺寸的采集优选在各连接操作之前实现。然而，通常还可能的是这种采集操作在连接操作后执行。用于决定柱头螺栓尺寸的传感元件的行进距离可直接采集或间接采集，例如，通过传感元件的运动的角度、通过传感元件的速度等。允许公差范围可为分别的设定值，其适合取决于在至少一个前述连接操作的情况下传感元件的行进距离。在此情况下，可能的是间接适配公差范围，在其中所述公差范围结合到用于必需行进距离的设定值。因此，该公差范围也可自动适配。总体上，可能的是实施传感元件的循环，手动校准。可延长由工作人员在校准之间的周期。将操作中断最小化在于不正确的柱头螺栓直径在早期阶段被检测到。这是因为设定值或允许公差范围适配于传感元件上的磨损。因此，上面的目标全部实现。根据特别优选的实施例，为了允许公差范围的适配目的，在至少一个前述连接操作的情况下在应用到待连接的柱头螺栓期间采集传感元件的行进距离。在该实施例的情况下，在每个连接操作或作为选择循环操作的情况下优选实现根据至少一个前述连接操作的柱头螺栓尺寸的公差范围的自动适配。在该实施例的情况下，公差范围的自动适配可在没有对连接工具进行任何结构变化的情况下实现。根据本发明的方法可通过软件实现。
如果允许公差范围根据传感元件的行进距离在多个前述连接操作的情况下适配的话，则是特别有利的。因此公差范围的适配可以较好的精度实现。特别是，能够补偿一定的尺寸变化。例如，这可通过适当地过滤行进距离的前述测量值而实现。还可能的是，在此情况下，也可对更多的近期测量值给出比较早测量值更大的权重。如果在多个前述连接操作的情况下允许公差范围的适配是根据传感元件的行进距离的滑动平均值(sliding mean value)的话,则是特别优选的。在不需要很高计算能力的情况下可实现公差范围的相对精确适配。在滑动平均值的形成中所包括的足够高数量的前述连接操作的情况下，即使诸如多个连接柱头螺栓之一的尺寸在允许公差带之外，也可实现允许公差范围的适配。然而，优选地，在相对少量的前述连接操作的基础上实现滑动平均值的形成，例 如，少于10。如果在前述连接操作中柱头螺栓的尺寸在允许公差带内，就可实现允许公差范围的适配的话，则是特别优选的。这防止不正确柱头螺栓的尺寸包括在公差范围的适配中。根据进一步的优选实施例，为了附加的公差范围适配的目的，传感元件的行进距离在应用到基准心轴(mandrel)期间采集。这样的适配操作例如可循环地实现，以这样的方法，在正确的柱头螺栓有落入公差范围之外的风险之前，公差范围总是在足够早的阶段上适配。例如，这样的适配操作可在大量的连接操作后执行，其数量小于10，000，特别是小于5，000，特别是小于2，000。基准心轴可以是特别生产的标准件，或者作为选择可以是“常规”柱头螺栓。此外，总体上有利的是柱头螺栓连接到工件前由机械夹具夹紧。在此情况下特别有利的是该夹具具有至少一个夹臂，其构成传感元件。这使得所述方法能以少量的结构资源而执行。应当理解的是，上述特征和下面所要说明的部分不仅可在各特定组合中应用，而且可在其它组合中应用或单独应用，而不脱离本发明的范围。
本发明的示范性实施例示出在附图中且在下面更加全面地描述。附图中图I示出了根据本发明的连接装置的示意图；图2示出了在根据本发明的方法实施中，随着时间或者在所执行的多次连接操作上所获得的测量到的柱头螺栓直径和相关公差范围的示意图；图3示出了与图2比较的示意图，其中公差范围通过手动干涉重新限定；以及图4示出了与图2比较的示意图，其中公差范围通过在基准心轴上的自动校准实现。
具体实施例方式在图I中，连接装置总体上由10表示。连接装置10用于连接柱头螺栓12到工件14，例如通过柱头螺栓焊接、柱头螺栓粘结等。连接装置10具有机器人16，在其臂上设有连接头18。在连接头18上设置夹具20，用于在每种情况下夹紧一个柱头螺栓。此外，连接装置10包括料斗(magazine)22，其中容纳后续待连接的柱头螺栓12’，12"。图I中进一步示出了柱头螺栓12"'已经连接到工件14。在由图I中的夹具20保持的柱头螺栓12已经连接到工件14后，连接头18可通过机器人16朝着料斗22运动，以便通过夹具20夹紧另外的柱头螺栓12’，并且因此将其提供到进一步的连接操作。因此，连接图I中由12"所表示的柱头螺栓。在当前情况下，柱头螺栓12示意性地表示为凸缘的柱头螺栓，其具有杆直径D。在图I所示装置的情况下，所提供的是，在连接操作前测量该杆直径D，以便决定由夹具20所保持的柱头螺栓12是否为用于后续连接操作的正确柱头螺栓类型。然而，应当理解的是，该装置也可设置在连接头中，以便作为选择或其附加测量凸缘直径、柱头螺栓长度、杆长度或柱头螺栓的其它尺寸。测量柱头螺栓的尺寸，在当前情况下为杆直径D，其中传感元件应用到柱头螺栓，并且其中获得为此目的所需的传感元件的行进距离。在当前情况下，通过位移传感器24实现尺寸的获得，这在图I中被示意性示出，并且设计为获得夹具20的第一夹臂26和第二夹臂28的行进距离。因此，图I示出了第一和第二夹臂26、28在夹紧柱头螺栓12之前处于零位置，分别由Ptll和Ptl2表示在图I中。为了夹紧柱头螺栓12的目的，夹臂26、28彼此相向运动，其中它们分别行进第一和第二行进距离P1和P2。只要夹臂26、28施压在柱头螺栓12的杆上，其直径D可通过公式D= (P01-P1) +(Ptl2-P2)计算。 该计算柱头螺栓尺寸的方式应理解为仅为示例。在其它实施例中，也可为夹具元件在柱头螺栓上旋转运动，从而获得夹臂的旋转角。也可为夹臂之一保持刚性，并且仅第二夹臂在刚性夹臂上运动。也可提供多于两个的夹臂。在当前情况下，柱头螺栓杆的直径D通过获得夹臂26、28的行进距离计算。然而，作为选择，也可能的是待连接的柱头螺栓尺寸的采集由与夹具20分开的测量装置实现。这样的单独测量装置可设置在连接头18上，但是也可设置在料斗22的区域中。在连接装置10的操作期间，磨损发生在夹臂26、28的支撑表面上。通常，这是一定数量的磨损，但是也可能是材料的沉积。结果，作为夹臂26、28磨损的示例，引起这样的情形，即在第一次校准后，所测得的杆厚度D变得不断减小，这是因为夹臂26、28行进的行进距离PpP2变得不断增大。图3示出了一个示例，其中，在校准操作I1的情况下，测量值Dmess根据实际杆直径决定，并且其中公差范围T1限定在该校准值Dmess周围。随着多个连接操作的执行以及夹臂26、28的相继磨损,Dmess的数值减少越来越多,直到最后它达到公差范围T1的边缘。手动干涉操作M用于校准测量系统，从而，在时刻i2，Dmess的新数值被限定作为正确测量值，并且因此限定新的允许公差范围T2。图2示出了允许公差范围T在操作期间可自动适配于夹臂26、28的磨损。例如，这可实现为，在多个先前连接操作的情况下，根据夹臂26、28的行进距离Pp P2的滑动平均值适配允许公差范围。因此，不需要采集系统的循环、手动再校准M。这能使由工作人员进行介入的间隔延长。此外，可能的是可以将中断最小化，这可作为不正确柱头螺栓直径被识别出来的结果而发生。这是因为设定值及其相关允许公差范围T适配于夹臂26、28上的磨损。在当前情况下，对于图2中的允许公差范围T，获得线性下降，其对应于线性磨损。如果磨损是非线性的，则相应地允许的公差范围也适配于非线性方式。图4示出了根据本发明方法的进一步实施例。在该方法的情况下，如图I所示的基准心轴30用于公差范围T的自动适配。基准心轴30位于连接头18的夹具区域中，并且可由连接头18在两个连接操作之间接近，以便通过夹臂26、28执行自动再校准。基准心轴30的直径是柱头螺栓12的标准直径D。图4示出了在时刻I1，例如在第一连接操作前，用新夹臂26、28实现基于基准心轴30的校准，然后设定第一公差范围1\。在第二时刻i2，希望其显著地在Dmess的数值由于夹子臂26、28的磨损而掉落在第一公差范围T1之外的时刻之前，第二测量步骤通过采用基准心轴30自动实现。由于中间已 经发生的夹臂26、28的磨损，存在公差范围的位移，如T2所示。在限定数量的连接操作(该量例如为〈10，000，特别是〈5，000，且特别优选为〈2，000)之后，再一次通过采用基准心轴30 (在i3,…)进行自动操作以适配公差范围。在该实施例的情况下，由于采用精确的基准心轴30，不需要形成用于自动适配公差范围目的的滑动平均值。用于设定这样自动公差适配方法的结构资源要求相对来说比较小，并且基本上存在于软件适配中，以及基本上存在于连接头18的夹具区域中的基准心轴30的构造中。
权利要求
1.一种连接柱头螺栓(12)到工件(14)的方法，特别是为了柱头螺栓焊接的目的，包括如下步骤 -通过应用传感元件(26、28)到柱头螺栓(12)以及通过采集为此目所需的该传感元件(26.28)的行进距离(PpP2),获取待连接的该柱头螺栓(12)的至少一个尺寸(D);以及 -如果该柱头螺栓(12)的该尺寸(D)在允许公差范围(T)内，则连接该柱头螺栓(12)到工件(14)， 在至少一个前述方法步骤的情况下，该允许公差范围(T)根据该传感元件(26、28)的该行进距离(Pi、P2)适配。
2.如权利要求I所述的方法，其中，为了适配该允许公差范围(T)的目的，该传感元件(26.28)的该行进距离(PpP2)在至少一个前述连接操作的情况下在应用到待连接的柱头螺栓(12"，)期间被采集。
3.如权利要求I或2所述的方法，其中该允许公差范围(T)根据该传感元件(26、28)的该行进距离在多个前述连接操作的情况下适配。
4.如权利要求3所述的方法，其中该允许公差范围(T)根据该传感元件(26、28)的该行进距离的滑动平均值在多个前述连接操作的情况下适配。
5.如权利要求1-4任何一项所述的方法，其中只有在前述连接操作中该柱头螺栓(12)的该尺寸(P:、P2)在允许公差带(T)内，则实现该允许公差范围(T)的适配。
6.如权利要求I所述的方法，其中为了该允许公差范围(T)的适配的目的，在应用于基准心轴(30)期间获得该传感元件(26、28)的该行进距离(PpP2)15
7.如权利要求1-6任何一项所述的方法，其中，在连接到该工件(14)前，该柱头螺栓(12)由机械夹具(20)夹紧。
8.如权利要求7所述的方法，其中该夹具(20)具有至少一个夹臂(26、28)，其构成该传感元件。
9.一种用于执行如权利要求1-8任何一项所述方法的连接装置，包括连接头，其具有夹具，并且具有通过应用传感元件到该柱头螺栓获取柱头螺栓至少一个尺寸的装置。
全文摘要
本发明涉及连接柱头螺栓(12)到工件(14)的方法，特别是用于柱头螺栓焊接的目的，包括如下步骤通过应用传感元件(26、28)到柱头螺栓(12)以及通过采集为此目的所需的该传感元件(26、28)的行进距离(P1、P2)，采集待连接的该柱头螺栓(12)的至少一个尺寸(D)；以及如果该柱头螺栓(12)的该尺寸(D)在允许公差范围(T)内，则连接该柱头螺栓(12)到工件(14)，该允许公差范围(T)根据该传感元件(26、28)的该行程(P1、P2)在至少一个前述方法步骤的情况下适配。
文档编号B23K9/20GK102869472SQ201180022134
公开日2013年1月9日 申请日期2011年2月3日 优先权日2010年4月1日
发明者R.布罗尔, M.盖泽尔, U.赫特, M.伊森伯格, U.舒尔茨, R-D.格拉夫 申请人:纽弗雷公司