铆钉设置机器的制造方法
【专利说明】
[0001]【背景技术】和
【发明内容】
[0002]一般而言，本公开涉及铆钉设置，更具体地，本公开涉及铆钉设置机器内的线性位移检测。
[0003]已知自动的和机械性移动的铆钉设置机器。在下列美国专利中公开了使用自冲铆钉的示例性机器:8，146，240，名称为“用于形成铆接的铆接系统和工艺(Riveting Systemand Process for Forming a Riveted Joint) ”,其于 2012 年 4 月 3 日颁发给 Mauer 等；7，559，133，名称为“铆接系统(Riveting System) ”，其于2009年7月14曰颁发给Chitty等；以及6，789，309，名称为“自冲铆接系统机器人(Self-Piercing Robotic RivetSetting System) ”,其于2004年9月14日颁发给Kondo。所有这些申请通过引用被并入本申请中。虽然这些在先的专利在该领域中具有显著进步，但是对于一些更简单的铆钉设置情形，并不总是需要它们的复杂的自动控制。例如，由于许多动作被检测和比较，例如利用测力传感器检测力，以及检测马达电流和/或电压，因此这些在先的自动控制系统并不总是如有时针对每个铆钉设置循环所期望的那么快。
[0004]在2005年10月4日颁发给Clew等的名称为“紧固件插入装置和方法(FastenerInsert1n Apparatus and Method) ”的美国专利N0.6，951，052 中公开了另一种传统设备，其通过引用将该申请并入本申请中。值得注意的是，Clew专利的第9栏、第20-25行声明“维持线性驱动器的圆柱部分的速度以向铆钉插入过程传送预定量的能量而不依赖于位置或力传感器的本方法消除了那些控制问题”。从而，Clew教导了远离使用位置传感器而是使用角速度编码器，由于这是基于马达控制的间接测量，因此其增加了不同级别的复杂性，包括与其滑轮、皮带、轴、柱塞等关联的所有组件容差变化和组件反弹间隔，从而导致了不准确。
[0005]根据本发明，提供了一种铆钉设置机器。在另一方面，线性位移传感器直接感知并检测铆钉设置冲头相对于铆钉设置机器的端件的位置。另外的方面提供了一种通过可编程控制器使用的用于检测冲头和端件的相对位置以在不使用力传感器、马达电流/电压传感器、或旋转传感器的情况下确定和监控铆钉设置位置的控制系统和软件指令。还提供了一种操作铆钉设置机器的方法。
[0006]本发明的铆钉设置机器优于传统设备。例如，在一方面，由于需要更少的复杂的检测值和计算，所以本发明的机器、系统和方法允许快得多的铆钉设置循环时间。此外，由于使用了直接的线性位移测量，所以本发明的机器、系统和方法有利地更准确。另一方面有利地将线性位移传感器毗邻端件安装，这通过避免多个组件容差和移动变化改善了直接测量和准确性；这提供了当确定和/或改变铆钉头到工件的齐平情况时，相对于被端件夹紧的工件的直接冲头位置测量。根据下文结合附图的描述和权利要求书，本发明另外的优点和特征将显而易见。
【附图说明】
[0007]图1表示示出本发明的铆钉设置机器的机械式实施例的透视图；
[0008]图2表示沿图1的线2-2截取的示出铆钉设置机器的剖视图；
[0009]图3表示也是沿图1的线2-2截取的示出在第一位置处的铆钉设置机器的放大的首丨J视图;
[0010]图4表示也是沿图1的线2-2截取的示出在第二位置处的铆钉设置机器的放大的首丨J视图;
[0011]图5表示示出铆钉设置机器的手持实施例的剖视图；
[0012]图6表示示出在任一实施例的铆钉设置机器中使用的磁性线性位移传感器的图解视图；
[0013]图7A-C表示示出任一实施例的铆钉设置机器所使用的用于在工件中设置自冲铆钉的运动的一系列剖视图解视图；
[0014]图8表示针对在任一实施例的铆钉设置机器中使用的软件指令的逻辑流程图；以及
[0015]图9表示示出在任一实施例的铆钉设置机器中使用的替代限位开关、线性位移传感器的电气示意图。
【具体实施方式】
[0016]图1-4描绘了铆钉设置机器11的第一实施例，其包括壳体13、C型框架15、驱动器17、可编程控制器19、铆钉馈送器21和23、以及自动可移动和铰接式机械手25。C型框架15通过一个或多个线性滑动机构27耦合到铰接式机械手25的一个臂。继而，C型框架15的一端安装到壳体13，而C型框架15的相对端保持冲模29。壳体13包括一个或多个外保护罩。
[0017]优选地，驱动器17是用于旋转能量传动装置47的一组齿轮41、43和45的马达。齿轮45的旋转用于通过齿轮45 (也称为螺母)与主轴49之间的螺纹接口线性地驱动纵向延伸的主轴49去往或远离冲模29。此外，接收器杆51耦合到主轴49的前端，其继而具有耦合到其前端的、也被称为撞锤的冲杆53。从而，当由电动马达驱动器17提供能量时，冲头53与接收器杆51和主轴49 一起在纵向方向上线性地前进和缩进。在铆钉设置期间，轻的螺旋压缩弹簧55和更强劲的螺旋压缩弹簧57用于使端件61前进以将片状金属工件63和65夹在冲模29的上表面。工件63和65优选的是铝合金汽车板，但是或者可以钢。
[0018]一组单独馈送的自冲铆钉81被气动地从振动碗馈送器21和23推动通过细长的软管或其他的管线83，以用于在端件61的横向通道内的接收。每一自冲铆钉81横向地移动经过转动的指状物87，该指状物87被压缩弹簧和弹性缓冲器89偏移以避免每一铆钉81在其被保持在与冲头53对齐的馈送位置处之后反转方向，如在图3的所馈送的铆钉和缩进的冲头位置中所观测到的。连接到控制器19的接近传感器指示在该馈送位置中是否已经接收到铆钉。此后，在控制器19的非暂态RAM、ROM或可移动存储器中存储的软件指令93在微处理器中运行以提高电动马达驱动器17的通电。因此，冲头53将铆钉81的头部推向工件63和65以及冲模29。
[0019]现在参考图3、4和6，线性位移传感器101毗邻端件61安装以直接检测和感知冲头53相对于端件61的线性位置。利用该单个传感器101完成了该测量和检查，无需额外地通过传统的力检测负载单元、电动马达电流和/或电压传感器、对远程设置的传输组件的旋转检测、或甚至加速度检测来进行检测。此外，线性位移传感器101优选的是磁性长度传感器，其中第一传感器子组件103被安装到腔内或端件61的表面，而第二传感器子组件105被安装到腔外或冲头53的表面。如在本申请中所使用的，“传感器”或“检测器”意在包括组件103和105两者。此外，本申请中所使用的“端件”意在包括横向接收所馈送的铆钉、在冲头前进之前保持铆钉且将其直接夹在工件的上表面的一个或多个组装组件。
[0020]更具体地，传感器组件103优选地包括一对磁阻惠斯通桥，通过横向偏移产生两个相移信号，其中它们的极条满足它们的设计极距。此外，传感器组件105是纵向拉长的磁尺，其具有交替的部分，在交替的部分之间具有相反方向的磁场。沿组件105的滑动组件103 (例如，通过相对于端件前进或缩进冲头)产生作为它们之间的位置函数的正弦和余弦输出信号。理想地，组件105与组件103的边缘之间的空气间隙不超过极距的一半。由于传感器操作原理是基于各向异性磁电阻效应的，所以信号幅度几乎独立于磁场强度，且从而空气间隙的变化对准确性没有较大的影响。组件103检测电磁辐射场并从而对均质杂散场不敏感。通过使用正弦/余弦解码器将对精确的位移值存档。传感器组件103操作性地向可编程控制器19 (参见图1)发送指示冲头53对端件61的相对线性位置的输出信号。可以从汉普顿、弗吉尼亚州的测量专业公司获得一个这样的磁长度传感器组件。还应当明白的是，虽然组件105被示出安装到冲头53且传感器组件103被示出安装到端件61，但是根据在铆钉设置机器中可用的包装空间以及连接电路的易使用性，它们可以被相反地安装。
[0021]可替代的实施例的传感器组件101使用光学编码器模块，该光学编码器模块包括安装到端件61的一部分的单个发光二极管(LED)、以及固定到端件61的相对的部分的集成的检测器电路，其中，线性编码条在发射器和检测器之间移动。编码条从与其线性移动的冲头的一侧横向突出。LED发射的光通过直接设置在LED上的单个透镜最终形成平行光束。此外，集成的检测器电路包括多个