带有用于高速生产焊接的浮动式焊接器的系统和方法
【专利摘要】一种固定系统，例如焊接系统，其包括机器人，所述机器人构造成将零件传送初始位置。固定站包括框架和支撑在框架上的枪。枪包括能够相对于彼此运动的第一和第二构件，所述第一和第二构件例如是第一和第二焊枪电极。枪构造成在固定操作期间于固定位置将部件固定至零件。浮动组件将枪互连至框架，并且构造成允许枪相对于焊接框架在初始位置和固定位置之间滑移。复位组件包括复位引导件，所述复位引导件构造成在固定操作(例如将紧固件电阻焊接至片材金属工件)期间从初始位置释放焊枪。
【专利说明】带有用于高速生产焊接的浮动式焊接器的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2014年7月2日提交的美国临时申请N0.62/020,064的优先权，该临时申请通过援引并入本文。
【背景技术】
[0003]本公开涉及一种例如用于将紧固件固定至冲压件的焊接系统和焊接器。
[0004]诸如车辆、器具、消费品和家具的复杂组件的生产通常需要制造焊接的子组件，例如带有一个或多个焊接的紧固件的片材金属工件。在生产像车辆一样复杂的组件时，可能有相当大量以及各种这样的片材金属工件，这些片材金属工件在冲压操作中制成，用于后续成批焊接以生产所需的焊接的子组件。机器操作员必须在随机定向并且有时被互锁的片材金属工件装载到焊接机中之前将其从存储箱移除。接着，手动地或自动地添加第二部件，以便为焊接做好准备。在电阻焊接的情况下，两个电极在施加完成电阻焊接所需的力和高电流之前在工件和第二部件上闭合。然后从机器移除完工的子组件，以便为重复焊接操作做好准备。
[0005]由于汽车部件生产成本的持续压低，人们更加密切关注劳动生产率。工业中常见的方向是用高度自动化来代替人工。为了有竞争力，重要的是使设备和操作员两者的生产率最大化。人们进行了很多努力旨在通过建造带有用于为工件定向的元件(例如一个或多个固定件)的设备或允许机器人准确地抓取并定位工件的复杂视觉系统来解决该挑战。这样的系统的建立具有挑战性并且可能需要专业且昂贵的技能来构造、故障排除和维护。这种方案所产生的问题在于对于许多消费者(或特定工厂)而言，设备很难建立、操作和维护。一些消费者(或特定工厂)没有技术人员，或者没有足够复杂的设备来使专业人员和工具方面的投资合理化。在生产环境中，过于复杂可能会限制操作的可靠性。复杂度还增加了设备的资本成本以及用于维持设备运行的备件的库存。
[0006]希望使用一种简单地构造、操作、故障排除和维护的设备。也希望使设备转换时间最小化，同时还使其复杂度最小化。
【发明内容】
[0007]在一个示例性实施例中，一种固定系统包括机器人，所述机器人构造成将零件传送至初始位置。固定站包括框架，所述框架带有支撑在框架上的枪。枪包括能够相对于彼此运动的第一构件和第二构件。枪构造成在固定操作期间于固定位置将部件固定至零件。浮动组件将枪互连至框架。浮动组件构造成允许枪相对于焊接框架在初始位置和固定位置之间滑移。复位组件包括复位引导件，所述复位引导件构造成在固定操作期间从初始位置释放焊枪。
[0008]在上述实施例的进一步的实施例中，固定站是焊接站，所述焊接站包括由框架支撑的进给器。第一构件和第二构件是第一电极和第二电极。进给器构造成相对于初始位置在进给器前进位置和进给器退回位置之间滑动。在进给器前进位置，部件布置在第二电极之上。
[0009]在任意上述实施例的进一步的实施例中，进给器构造成在第二电极处于电极前进位置的情况下将部件提供至枪。部件是紧固件。
[0010]在任意上述实施例的进一步的实施例中，第二电极能够在电极退回位置和电极前进位置之间运动。
[0011]在任意上述实施例的进一步的实施例中，第二电极包括销，在第二电极处于电极前进位置的情况下，所述销能够在销前进位置和销退回位置之间运动。
[0012]在任意上述实施例的进一步的实施例中，在进给器处于进给器前进位置并且销处于销前进位置的情况下，销接合部件。
[0013]在任意上述实施例的进一步的实施例中，进给器构造成在所述部件装载在销上的情况下从进给器前进位置运动至进给器退回位置。部件构造成在运动至进给器退回位置时由释放机构释放。
[0014]在任意上述实施例的进一步的实施例中，进给器包括相对的爪，所述相对的爪被弹簧偏压至部件保持位置。爪构造成在进给器从进给器前进位置运动至进给器退回位置时释放部件并克服弹簧。
[0015]在任意上述实施例的进一步的实施例中，进给器包括构造成将第二部件保持在第一部件之后的夹具。第一部件装载在销上。夹具构造成循环并允许第二部件前进至爪，以便随后装载到销上。
[0016]在任意上述实施例的进一步的实施例中，浮动组件包括将枪互连至框架的连接件。连接件构造成允许枪在水平面内运动。
[0017]在任意上述实施例的进一步的实施例中，复位组件包括选择性地与引导件协作以将枪保持在初始位置的销。
[0018]在任意上述实施例的进一步的实施例中，引导件包括选择性地接合销以将枪定位在水平面内的臂。
[0019]在任意上述实施例的进一步的实施例中，控制系统评估电极和销的位置，以识别、抑制(contain)和矫正工件和操作错误情况。
[0020]在任意上述实施例的进一步的实施例中，控制系统包含对应于多个组件构造的参数表。
[0021]在另一示例性实施例中，一种制造组件的方法，所述方法包括步骤:将零件装载到组装站中，并且允许组装站相对于零件浮动。在进行允许步骤的同时，在组装站处将部件固定至零件。
[0022]在任意上述实施例的进一步的实施例中，部件是紧固件。组装站是焊接站。固定步骤包括将紧固件焊接至零件。
[0023]在任意上述实施例的进一步的实施例中，装载步骤包括在组装站处于初始位置的情况下将零件自动地传送至组装站的步骤。允许步骤包括在进行自动地传送零件的步骤之后从初始位置释放组装站。
[0024]在任意上述实施例的进一步的实施例中，所述方法包括利用进给器将部件装载到电极上并且在部件装载步骤之后退回进给器的步骤。进给器退回步骤在允许步骤之前进行。
[0025]在任意上述实施例的进一步的实施例中，所述方法包括在允许步骤期间使电极前进以接合零件的步骤。
[0026]在任意上述实施例的进一步的实施例中，部件是第一部件，并且包括以下步骤:在进给器中夹紧第二部件;在进给器退回步骤期间释放第一部件;并且进行松开第二部件的步骤。
[0027]在任意上述实施例的进一步的实施例中，进给器退回步骤包括克服进给器中的被弹簧偏压的爪。
[0028]在任意上述实施例的进一步的实施例中，所述方法包括在零件装载步骤之前拾取零件离开刮板输送机的步骤。
【附图说明】
[0029]当结合附图考虑时，参照下文详细说明能够进一步理解本公开，其中:
[0030]图1是焊接单元实施例的高度示意性视图；
[0031 ]图2是没有防护或物料搬运的焊接系统实施例的简化透视图；
[0032]图3是焊接机的简化透视图；
[0033]图4是结合在焊接机中的电阻焊枪的放大透视图；
[0034]图5A是绘制了焊枪的另一放大透视图，其中紧固件进给器位于进给器退回位置，销位于销退回位置，电极位于电极前进位置；
[0035]图5B是绘制了位于进给器前进位置的进给器和位于电极前进位置的电极的放大透视图；
[0036]图5C是绘制了位于销前进位置的销和从进给器前进位置运动到进给器退回位置的紧固件进给器的放大透视图；
[0037]图5D是绘制了位于销前进位置的销和位于进给器退回位置的紧固件进给器的放大透视图；
[0038]图6A是用于装载紧固件的另一进给器的透视图；
[0039]图6B是用于装载紧固件的进给器的俯视图，其中移除了一些部件以示出内部的紧固件的队列；
[0040]图7A是具有一个示例性复位组件的位于初始位置的电阻焊枪的俯视图；
[0041]图7B是位于适应焊接位置所需的随机位置的电阻焊枪的俯视图；
[0042]图8是具有另一示例性复位组件的电阻焊枪的俯视图，并且以实线示出了初始位置，以虚线示出了随机位置；
[0043]图9是图8所示的复位组件的透视图；和
[0044]图10是其中工件随机放置的零件输送机的透视图。
[0045]以上段落的实施例、示例和替代例、权利要求、或下文说明书和附图，包括它们的各个方面和相应各个独立特征中的任何方面和特征，都可以单独或任意组合地使用。结合一个实施例描述的特征能够应用于所有实施例，除非这样的特征不能兼容。
【具体实施方式】
[0046]所公开的系统提供低成本自动化来高速焊接紧固件或者将其它零件(例如销、夹子或托架)高速固定至片材金属冲压件。所述系统能够应用到其它组装工艺中，例如将铆钉、自穿孔紧固件、机械紧固件组装至各种工件(包括由塑料制成的工件)的组装工艺。因此，尽管所公开的系统是主要就焊接系统和方法而言进行讨论的，但是应当理解可以构想其它类型的固定系统。
[0047]焊接系统10示意性地示出于图1中。第一和第二输送机12a、12b将不同的零件、例如冲压件进给到焊接站15内的机器人14中。机器人14将零件从输送机12a、12b传送至焊接机16a、16b。一个焊接机16a固定由振动进给碗17a供应的螺栓，另一个焊接机16b固定由振动进给碗17b供应的螺母。图1所示的配置仅仅是示例性的并且可以与所示出的不同地构造。
[0048]图2更详细地示出了用于高速生产的一个示例性焊接系统10，该焊接系统包括刮板输送机12、高速机器人14、焊接机16、卸载滑道18和控制系统20。刮板输送机12提供多个等间隔的装载站，每个具有用于接合工件的传送销110，诸如紧固件的部件将被焊接至该工件上。刮板输送机12使由操作员在一个端部处装载到传送销110上的工件朝卸载端部(在图10中更详细示出)前进。高速机器人14定位成紧靠刮板输送机12的卸载端部和焊接机16，机器人将在卸载端部处抓取工件，并且将工件带至焊接机16以便焊接。控制系统20互连至焊接系统10的每个元件以提供这些元件的功能控制和这些元件的运动协调，从而使操作循环时间最小化。在一个示例中，焊接系统10可以构造成焊接超过30种或更多种不同的组件。控制系统20保存管理每种组件中的紧固件的位置和数目所需的用于每种组件的数据、用于机器人能够释放组件的时间的指令、错误恢复协议、焊接信号、以及其它用于使组件的焊接自动化的信息。
[0049]继续参照图2，焊接系统10构造成在尽可能最短的时间内接收诸如片材金属冲压件这样的工件W(图10)并且将诸如紧固件F的零部件焊接到该工件上(例如，图5A-6B)。刮板输送机12的各个独立站包括传送销110，该传送销接合在工件的孔中，以将工件W从装载位置拉动至卸载位置。工件W的几何形状和质量将决定其在搁置于刮板传输机12上并与传送销110接合时的姿态。刮板输送机12的底座与工件W之间的摩擦足以促使所有工件随其朝卸载位置运动而呈足够一致的取向。
[0050]传送销110的数目和间隔将决定刮板输送机12的长度和宽度。传送销110的直径选择成:接合待焊接的工件范围内的孔，具有足够的强度以使弯曲最小化，并且在孔和工件W之间提供一定间隙使得高速机器人14能够可靠地移除工件W。传送销110的长度基于工件接合传送销110位置处的刮板输送机12上方的高度。刮板输送机12的高度取决于是在对操作员而言方便的高度处手动装载输送机、还是直接从生产工件时所使用的冲压设备自动地装载输送机。
[0051 ]图2所示的焊接系统10包括刮板输送机12，该刮板输送机具有三排、24个站。排和站的数目取决于多个因素，例如可容许的占地空间、工件装载时间、焊接顺序时间、缓冲库存要求以及相邻站中的工件之间的相互作用。
[0052]高速机器人14被编程为从刮板输送机12的卸载端部处的站适当地抓取工件W并且将其转变成与焊接机16接合所需的姿态和位置。由于工具作业使用了简单的传送销110，对于工具作业或工具设置而言不存在编程之外的需要来适应不同的工件。
[0053]高速机器人14和焊接机16通过控制系统20协调作用以尽可能快地使工件W与焊接机16接合，因此焊接处理能够完成并且完成的组件能够从焊接系统10排出。焊接机16包括用于适应工件的一定的未对准的设备，例如图7A-9所示的浮动组件，工件的未对准是由于刮板输送机12上的工件的姿态变化、高速机器人14的定位误差以及因工件W变化导致的任何定位误差引起的，或者是由于工件传送期间工件W在高速机器人14的夹持装置中的运动引起的。
[0054]更详细地，继续参照图2，焊接系统的尺寸和构造适于待焊接的组件范围。焊接机16的能力，包括其物理尺寸、焊接电流或功率能力、和电极力范围，由工件特性和焊接工艺的要求决定。卸载滑道18的构造和高度基于其中完成的焊接件排出的容器的类型。
[0055]图2所示的焊接机16是构造成用于焊接凸焊螺母的电阻焊接机。其还可以构造成焊接凸焊螺栓，通过诸如激光焊接的其它方式焊接，或者执行诸如组装的其它处理。焊接系统10的多用性可以通过结合焊接不同尺寸的紧固件F的多个焊接机16(例如，图5A-6B)或不同类型的操作而被扩展。它们都可以位于高速机器人容易达到的范围内，手动地重新定位，或者自动地供应以将一个或多个焊接机16指引到高速机器人14能达到的范围内的有效位置。
[0056]图3所示的焊接机16包括焊接机框架30，其支撑电阻焊枪32和用于将待焊接的紧固件F输送至工件W的进给器34。焊接机框架30保持部件的对齐和定向，并且包括用于调平(leveling)以确保所需功能的设备。电阻焊枪32支撑用于产生所需焊接电流的电阻焊接变换器36和用于实现焊接电极的所需协调运动及实现用于焊接的所需电极力的焊接致动器38。电阻焊接变换器可以是任何类型的，例如交流或逆变器。电阻焊枪定向成在其运动至焊接位置时利用重力来保持与由进给器34输送的紧固件F的接合。进给器34—次一个地将待焊接至工件的紧固件F分配到可动焊接电极44上。
[0057]所示的进给器34用于进给凸焊螺母。进给器34的设计是基于待焊接的紧固件F的需要并且可以是例如螺栓、销或托架;或者基于其它处理，例如铆钉、螺钉、铆螺母、机械夹或其它机械紧固件的进给。因此，焊接机16可以采用除电阻焊接之外的处理，或者可以采用不包括这样的机械紧固(包括铆接、自穿孔紧固件、栓接等等)的处理。
[0058]焊接机框架30的刚度足以确保在电阻焊枪32的质量改变时以及在焊枪受到外力时电阻焊枪位置的一致性。当需要焊接循环时，焊接致动器32延伸至当进给器34前进以输送待焊接部件时与进给器34对准的位置。当进给器34退回至其初始位置或进给器退回位置时，焊接致动器32完全延伸以闭合电极并且按压待焊接的紧固件F使其抵靠由高速焊接机器人14定位的工件W。在焊接过程期间，由电阻焊接变换器36输送的焊接电流产生用于焊接的热量。在完成焊接时，焊接致动器38的输出部退回以使可动焊接电极44返回至其初始位置或电极退回位置。
[0059]图3的焊接机框架30将电阻焊枪32保持在所需工作高度，该所需工作高度主要由卸载滑道18的所需高度决定，或者由确保电阻焊枪32的操作没有干涉所需的间隙决定。电阻焊枪32的尺寸设计成适应工件W或多个工件的物理尺寸以及所需的电极力和焊接电流。焊接致动器38的行程由所需的电阻焊枪32的开口决定，其进而决定焊接致动器38的长度。
[0060]图3所示的焊接机框架30的构造是出于阐释目的的概括性设计。焊接机框架30可以是标准化型式或者是针对特定应用构建的定制设计。焊接机框架30可以是独立的，其可以安装至支撑焊接系统10的其它部件的框架上，或者其可以结合到提供多种功能的更大设备内。所示的C型电阻焊枪32利用了焊接致动器38，该焊接致动器使电极朝相对的固定焊接电极48以线性运动的方式运动(图4)。线性运动对于凸焊来说是期望的，这是因为在焊接过程中其对于在每个凸点上提供一致的力以及跟随凸点压溃(project1n col lapse)最为有效。
[0061]电阻焊枪32可以具有实现特定工程范围所需的任何设计、结构或材料。所示的焊接致动器是电伺服型的，但其也可以是具有中间行程位置的气动缸，例如退回缸或其它类似装置。
[0062]图4更详细地示出了焊接机16的元件。电阻焊枪32包括两个间隔开的焊枪侧框架40和42，其提供主结构用以保持焊枪的部件、包含焊接力并且提供用于安装在焊接机16内的装置。包含紧固件粗定位销46的可动焊接电极44连接至焊接致动器38的输出轴。包含紧固件定位销50的固定焊接电极48与可动焊接电极44相对。紧固件定位销50由定位销缸52致动，并且其位置由定位销位置传感器53感测。
[0063]关于合适的销位置感测的示例可以在2003年6月10日授权的题目为“ResistanceWelding Fastener Electrode”的美国专利6，576，859以及2014年9月18日提交的题目为uWelder with Indirect Sensing of Weld Fastener Posit1n” 的PCT国际申请N0.PCT/CA2014/050896中找到，该美国专利和PCT国际申请的全部内容通过援引并入本文。
[0064]—个或多个传感器可以用于追踪电极和焊接销运动，以监测可能产生导致缺陷零件或焊接系统10故障的错误的情形。例如，当焊枪在由机器人递送的工件上闭合时，如果定位紧固件的销被压低，则工件可能会没有间隙孔，或者工件可能会在机器人夹持部中滑动过远而使得焊接单元的浮动动作难以适应(在后文中更详细地对其进行讨论)。在该情况中，控制系统20可以命令机器人14将工件输送至收容区域，并且从刮板输送机12拾取新的工件。在另一示例中，如果电极没有闭合至期望高度，则可能存在不合适的工件、紧固件，或也许是两个紧固件。在这种情况中，系统可以首先尝试排出紧固件并重新装载。如果发生同样的错误，工件可以如上所示被替换。
[0065]固定焊接电极48和紧固件定位销50被特别地设计成适合工件W的厚度加上间隙孔以及紧固件F定位直径。紧固件定位销50需要设计有缓和平滑的过渡弯曲部，以帮助促使电阻焊枪32到达正确的位置。紧固件定位销50上的过度的粗糙度、尖角或台阶可能导致销悬挂在工件上，从而阻止定位销缸52将紧固件定位销50前进至完全延伸的位置。工件W孔位置的明显偏离可以通过这种布置得到适应。最大偏离将在被测紧固件螺纹的40%的范围内。我们的展示系统略高，为具有8mm螺纹的紧固件提供了 5mm的补偿窗口。
[0066]定位销缸52的行程和力能力需要足够大以克服施加于可动焊接电极44中的紧固件粗定位销46的力。
[0067]电阻焊枪32通过一个或多个浮动组件59连接至焊接机框架30，所述浮动组件允许平面内的运动。出于简化考虑，将描述一个机构，尽管图4示出了在电阻焊枪32的相对侧存在一个这种机构。框架上的托架54与焊接单元上的托架56的平面对齐通过至框架的连接件58和至焊接单元的连接件60提供。销和轴承设置在该机构的部件之间的附接位置处，以使焊枪32能够相对于框架30自由地浮动。复位组件61包括复位致动器66，该复位致动器接合引导销62和64以促使电阻焊枪到达固定初始位置，该初始位置是紧固件定位销50的标称位置，高速机器人14已被编程为在该标称位置定位用于紧固件定位销50的间隙孔。在图7A-7B中更详细地示出了图4所示的浮动组件59和复位组件61。在图8-9中示出了替代构造。
[0068]图4的电阻焊枪32在焊枪侧框架40和42之间提供间隙，以容纳进给器34。与焊枪侧框架40和42—样，进给器34具有电阻焊枪32和工件或高速焊接机器人夹持部之间干涉的潜在位置，因此希望保持进给器不造成妨碍，这通过将进给器放置在电阻焊枪32的喉部实现。进给器34通常设置有通过管、轨道或承载件(例如图1所示的振动进给碗17a、17b)来自自动进给系统的部件，例如紧固件。容纳该设备所需的进给路径可以相当长，并且其可以设置并容纳在焊接机框架30内。
[0069]为了装载诸如紧固件的部件，焊接致动器38的杆前进(其中进给器34处于进给器退回位置)，以将可动焊接电极44升高至与进给器34相互作用所需的电极前进位置(图5A)。进给器34以线性运动的方式前进至进给器前进位置(图5B)，在该位置，紧固件与紧固件粗定位销46对准。此时，紧固件粗定位销46前进至其完全延伸的销前进位置(图5C)以捕获紧固件。然后，进给器34撤回至其初始进给器退回位置(图f5D)，该动作导致进给器34释放紧固件粗定位销46上的紧固件。在进给器34不妨碍可动焊接电极44的情况下，一旦高速焊接机器人14确认其已经将工件放置在固定焊接电极48中的紧固件定位销50上，焊接致动器48便可以自由地使可动焊接电极44前进。
[0070]图6A是进给器34的透视图。进给器安装板78用于相对于电阻焊枪32或焊接机框架30建立固定位置。滑动杆82接合滑动体84，擒纵(escapement)组件安装在所述滑动体上，因此滑动体可以在与进给器退回位置和进给器前进位置对应的返回位置和前进位置之间运动。两个关节连接的爪86和88分别被弹簧90和92偏压成彼此接触。顶板100和底板与爪86和88协作以形成保持紧固件F的腔室，以准备好装载到紧固件粗定位销46上。图6B是进给器34的俯视图，其中夹紧臂96、夹紧垫98和顶板100被移除，以示出用于进给到焊接机16的排成队的紧固件F、保持紧固件F2和其它紧固件。夹紧缸94驱动夹紧臂96，该夹紧臂支撑夹紧垫98以捕获保持紧固件F2，该保持紧固件紧邻将装载到紧固件粗定位销46上的紧固件F并且与之接触。
[0071]图6A和6B的进给器34从外部系统接收紧固件，所述外部系统分类、定向并传递紧固件。当可动焊接电极44处于接收紧固件F的位置时，由控制系统20发出信号以致动前进缸80。滑动体84沿滑动杆82运动，以使擒纵机构前进到紧固件F中的孔与紧固件粗定位销46对准的位置。控制系统20提供一信号以操作夹紧缸94，该夹紧缸驱动夹紧臂96以按压夹紧垫98使其抵靠保持紧固件F2。当已经到达前进位置时，控制系统20提供一信号以使紧固件粗定位销46前进至其完全延伸位置，在该位置，紧固件粗定位销接合紧固件F。在该过程中的这一点，前进缸80退回。紧固件粗定位销46与紧固件F的接合防止紧固件F运动。紧固件F传递给爪86和88的力使所述爪抵抗弹簧90和92作用，因此所述爪将打开以释放紧固件F。因此，进给器34在已经将紧固件F放置在紧固件粗定位销46上之后返回至不妨碍可动焊接电极44的位置。前进缸80退回以释放夹紧垫98，从而释放保持紧固件F2使得其可以前进至紧固件F的位置。
[0072]进给器34的尺寸和构造必须适于特定紧固件F的尺寸和要求。这样的紧固件在螺纹类型、尺寸和长度方面有很大不同；并且诸如引导直径、台阶面、凸起的数量和类型的其它属性也有很大不同。爪86和88的形状必须适于提供引导并包含紧固件F的通道，以及在前进缸80退回时允许紧固件F迫使爪86和88打开。夹紧垫98的尺寸和夹紧臂96的长度将很大程度取决于紧固件F和保持紧固件F2的直径或有效尺寸，使得保持紧固件F2被适当地保持并且不存在与紧固件F的干涉，该干涉会损害其排出和放置的可靠性。为了有适当的操作寿命，进给器34的与紧固件接触的部件需要由硬化材料制成，所述硬化材料抵抗由冲击和滑动摩擦引起的磨损。该进给操作的循环时间非常快，典型为0.3秒或更小。
[0073]尽管图6A和6B示出的紧固件F是用于电阻焊接的凸焊螺母，但是部件可以是包括销、螺栓或托架的各种部件中的任一种。爪86和88的形状将需要适于部件的形状和进给功能。夹紧垫98的构造将类似地改变以匹配用于固定保持紧固件F2的要求。这可以包括例如用于接合保持紧固件F2中的孔的销，或者包括用于阻止紧固件F2的行进或用于提供紧固件F与保持紧固件F2之间的分开的屏障部。
[0074]在另一示例中，夹紧缸94、夹紧臂96和夹紧垫98可以省略(如图5A-5D所示)。在该情况下，重力促使紧固件F到达进给器34的端部。控制系统20跟踪进给器34内部的紧固件F的数目(这由紧固件尺寸决定)，以确保足够的促动力。尽管不存在用于保持的装置，但是由于释放操作发生极快，利用跟随紧固件F的轮廓的夹紧爪86、88，第二紧固件F2不存在被释放的机会。
[0075]如图4和图7A-7B所示，在等待从高速机器人14接收工件的同时，电阻焊枪通过复位致动器66前进通过弓I导销62和64而被锁定至固定位置。该固定位置为高速机器人提供目标，以使工件W中的紧固件间隙孔与固定焊接电极48中的紧固件定位销50对准。一旦高速机器人14已经完成到装载位置的转移，工件W将紧邻固定焊接电极48或搁靠在固定焊接电极上。随后，复位致动器66退回以允许电阻焊枪32在焊接平面内自由地运动。当定位销缸52使紧固件定位销50前进通过工件W时，紧固件定位销50与工件W中的孔之间的任何未对准将引起在定位销50的一侧上的力。该力将促使电阻焊枪32在焊接平面内移动至顺应位置，在该顺应位置，紧固件定位销50对中于工件W的孔中并且在另一侧上与紧固件F接合。为了完全延伸，紧固件定位销50必须将紧固件粗定位销46推出紧固件F并回到可动焊接电极44中。定位销位置传感器53核验紧固件定位销50已经到达期望的行程延伸范围并且位移符合预期。
[0076]为了相对于固定焊接机框架30移动电阻焊枪32，框架上的托架54与焊接单元上的托架56之间的距离将改变。通过改变至框架的连接件58与至焊接单元的连接件60之间的角度，容易地适应安装托架距离的改变。至焊接单元的连接件60结合了用于调节至框架的连接件上的张紧的配置，以确保不存在损害浮动组件59的功能的过度束缚或松弛。
[0077]对于零件的质量不太可能影响焊接工艺的小的组件，当电极在工件W和紧固件上闭合时，高速机器人14可以释放工件W以返回至刮板输送机12以便拾取另一工件W。如果存在待焊接的额外的紧固件F或多个紧固件，或者焊接件的质量过大，高速机器人14将继续保持工件W。随后，完成焊接工艺以将紧固件F固定至工件W。如果组件焊接件被释放，通过退回焊接致动器38而打开电阻焊枪32的动作将使焊接的组件自由，从而掉落到卸载滑道18上以从焊接机排出。
[0078]如果存在焊接额外的紧固件的需求，则一旦可动焊接电极44已经返回至进给器34循环位置，便可以重复进给器34操作过程和焊接过程。如果焊接完成，高速机器人14可以将组件移动至组件可以被释放的位置。
[0079]复位致动器66的力和行程需要足以接合引导销62和64，促使电阻焊枪32回到其初始位置。复位致动器66的行进速度以及引导销62和64的形状决定电阻焊枪32运动的速率。
[0080]用于使电阻焊枪32能够在焊接平面内运动的机构可以是空气支承或低摩擦X-Y滑动组件。可以使用其它用于将紧固件放置在可动电极上的构件，例如传统的矛型紧固件装载器。复位致动器66和引导销62和64的配置代表一种引导电阻焊枪32回到其初始位置的方式。渐缩的销、楔形件和扩张心轴或引导件是用于定中在一个平面内相对于彼此位移的两个物体的其它设备的示例。
[0081]当工件W中设置的用于接近紧固件F螺纹的孔的位置对于用于建立紧固件F的焊接位置而言不够精确时，例如当孔被略微错位的激光切割时，可以将图4的原理应用于外部设备，该外部设备利用工件W的另一不同的孔或特征作为参考来完成促使电阻焊枪32到达期望位置的相同功能。在这种情况下，执行紧固件定位销50的定位功能的另一辅助销可以被附接并由辅助致动器驱动，使得其可以接合工件的期望用于建立紧固件F相对于工件W的位置的孔或特征。辅助致动器将使辅助销前进以接合工件W。销的形状将被选择成当其接合工件W时促使电阻焊枪到达用于焊接的合适位置。将该功能重新分配给辅助致动器和辅助销不会影响紧固件定位销50提供监测和检测定位销F的功能的能力。
[0082]图7A是处于初始位置的电阻焊枪32的俯视图，其中引导销62和64分别接合在复位引导件68和70中。复位引导件68和70中的每个提供对应于运动平面内的二维位置的圆柱形孔。这两个复位引导件68和70—起工作以固定紧固件定位销50的位置，在焊接机16的下一个操作循环中，高速机器人14将瞄准该位置用于工件放置。
[0083]图7B是处于引导销62和64不再分别与复位引导件68和70接合或对准的位置的电阻焊枪32的俯视图。当复位致动器66使引导销62和64从复位引导件68和70退回并且施加在紧固件定位销50上的力促使电阻焊枪32进入这种对准时，实现该位置。
[0084]当复位致动器66被激活以使电阻焊枪32返回至其初始位置时，复位引导件68和70被迫使分别抵靠并通过引导销62和64。在复位致动器66完全前进的位置，引导销62和64将由复位引导件68和70牢固地容纳，如图7A所示。
[0085]复位引导件68和70提供圆柱形孔以在运动平面内建立二维位置，并且二者一起协作以建立电阻焊枪32的初始位置。圆柱形孔的直径由引导销62和64的直径确定并且具有确保滑动配合所需的最小间隙量。引导销62和64需要具有足以抵抗弯曲的直径以及适应从小直径末端到全直径的期望比率过渡的长度。末端的小直径决定引导销62和64能够进入复位引导件68和70的最大引导销位移。在大多数情况下，引导销62和64以及复位引导件68和70应当被硬化，并且具有低摩擦涂层以防止卡死和束缚。复位引导件68和70的间隔和位置随电阻焊枪32以及从复位引导件68和70的中心到紧固件定位销50的中心的距离而变化。复位致动器66必须具有足够的力和行进速度以快速地且没有过度冲击地使引导销62和64与复位引导件68和70重新对准。
[0086]用于固定电阻焊枪32的位置的硬件可以包括除期望方案之外的其它方案。例如，可以使用楔形件或凸轮来替代引导销62和64。复位引导件68和70也可以在长度上分开以闭合到引导销62和64上，从而降低摩擦。使用这种方案，实心引导销62和64可以被辊包围或替代，以在重新定位期间进一步降低摩擦。
[0087]图8和9示出了另一复位组件161。复位组件161使用一对复位引导件169、170，所述一对复位引导件分别与引导销162、164协作以将焊接单元定位到初始位置。在该示例中，第一复位致动器166致动一对臂169使其与引导销162的相对两侧接合，以便夹紧引导销162并将焊接单元的一侧沿第一方向定位在水平面内。第二复位致动器167致动带有凹口 173的一对臂171，使其与引导销164的相对两侧接合，以便夹紧引导销164并将焊接单元的另一侧沿第一方向和第二方向两者定位在该平面内。第一和第二致动器166、167典型地同时操作以将焊接单元的两侧定位在平面内的初始位置。使臂169、171运动脱离与相应引导销162、164的接合，以允许焊接单元浮动。
[0088]图10是添加有多个工件W的刮板输送机12的透视图。工件W接合在附着于刮板输送机链112的均匀间隔的多个传送销110上。三个这样的输送机链112由刮板输送机12的每个端部处的链轮组件支撑并驱动。输送机链112与在相邻摩擦杆116之间设置的空间对准，以允许传送销110行进并且因此允许工件W行进。
[0089]图10所示的工件W用于示出操作原理，但不代表可允许的工件W的范围和尺寸。尽管未以硬件限定，但是图10示出了多个区域来解释刮板输送机12的操作。操作员装载区域A位于操作员容易达到的范围内，操作员将手动地分类、定向和放置工件W，因此工件W的选定特征(例如特定的孔)接合传送销110。在区域A内，工件W的取向不需要是精确的，并且其占据的传送销110的数目及其装载顺序并不重要。链轮组件114驱动输送机链112以使传送销110朝卸载区域C前进。沿着刮板输送机的长度设有工件定向区域B，在该工件定向区域中，工件W作用于摩擦杆116的摩擦促使工件W呈基本一致的取向。还示出了空区域BI，该空区域对应于操作员无法装载工件W的时间。这可能有任意多个理由，例如在无法方便地获取工件W的时候。这可能在工件供应中断时发生，例如可能在保持工件的容器是空的并且需要更换时发生。在定向零件区域B2中，工件被逐步定向使得工件在离开该区域并进入卸载区域C时位于能够被高速机器人14识别的位置。
[0090]在卸载区域C，将采用检测方法，因此控制系统20可以将工件W的位置传达给高速机器人14。检测方法可以是感应接近开关、光敏开关、激光、或图像系统。检测方法可以检测并核验每个传送路径的卸载区域C中的工件W，或者其可以结合到高速机器人14的用于捕获工件W以装载到焊接机中的工具中。刮板输送机12将前进，以将至少一个工件W定位在卸载区域C中机器人能达到的范围内。高速机器人14能够等待直到工件W已经到达固定的卸载位置，或者如果刮板输送机12和高速机器人14以协调的运动被操作，则高速机器人能够在工件于卸载区域C内运动的同时捕获工件。
[0091]检测和核验工件W是否在卸载区域C内所采用的检测方法还可以用于核验工件W的特征，使得未对准或不正确的工件W可以简单地通过使其运动经过一位置而从刮板输送机12卸下，在该位置处，工件W保持与摩擦杆116和传送销110相接合。
[0092]图10所示的输送机框架118仅用于阐释目的。输送机框架可以是如图所示的独立单元，或者可以与支撑焊接系统10的其它部件的框架成一体。输送机链112的数目和长度取决于支持焊接系统10的操作要求所需的传送销110的数目和间隔。传送销110可以不具有圆形横截面并且可以具有当工件W搁置在表面上时接合工件所需的任何长度。所示出的刮板输送机12区域的长度和界限随着焊接系统10的操作要求和其它因素(例如机器防护)以及确保工件W被一致地定向所需的摩擦施加的持续时间而变化。摩擦杆116将通常由宽度、长度、厚度适合于工件W的尺寸的钢板材或片材制成。代替改变传送销110的长度以适应不同的工件W，可以规定，改变摩擦杆116和输送机链112之间的间隔。
[0093]图10所示的刮板输送机12是示例性构造。传送路径不必如所示出的那样是线性的。传送路径可以是像旋转桌那样的圆形、可以是蛇形、或者可以沿行进长度具有过渡成不同形状的过渡部。传送路径也不必在一个平面中或者在平行于地板的平面中。输送机链112可以由任意数目的装置驱动，例如机器人14的用于提供协调运动的控制器、速度受控的马达、或连接至气动缸的棘轮驱动器。摩擦杆116可以由任意数目的金属、诸如自修复聚合物的其它材料、或者各材料的组合物制成。如果例如立管或引导件对加速工件W的定向有益、对降低工件W锁定在传送销110上的可能性有益、或者对防止在相邻工件W之间产生干涉的运动有益，则摩擦杆116还可以补充有立管或引导件。摩擦杆之间的空间可以由输送器链112的连接件、附件或罩占据，其防止工件W与相邻摩擦杆116之间的空隙接合，否则这种接合会防止工件W运动至所需对准位置。
[0094]原理性焊接系统10的每个部件的示例性操作过程如下。每当在能达到的范围内存在可用工位时，自动地或由设备操作员把工件装载在刮板输送机12上。每当在卸载区域C内没有适当定向以用于拾取的工件W时，刮板输送机12就使工件W朝卸载区域C前进。当高速机器人可以自由地开始传送过程并且工件W已被检测为处于有利于接合的取向时，高速机器人14就运动至合适位置以接合工件W。当电阻焊枪32打开足以接收高速机器人14以装载工件W时，高速机器人14将使工件W运动至与固定焊接电极48对准的位置。与高速机器人14的操作独立地或同时地，当可动焊接电极44已经被焊接致动器38运动至用以从进给器34接收紧固件F的位置时，进给器34将前进至紧固件F与可动焊接电极44对准的位置。然后，紧固件粗定位销50前进以与紧固件F接合，同时夹紧臂96前进以使夹紧垫98与保持紧固件F2接触。接着进给器34退回至其休止位置，该动作导致爪86和88抵抗偏压弹簧90和92而运动以释放紧固件F。当进给器34已经退回时，紧固件F将通过搁置其的可动焊接电极44朝工件W升高。当焊接致动器38到达在可动焊接电极44和固定焊接电极48之间工件W和紧固件F应当接触的行进距离时，将从复位引导件68和70释放复位引导销62和64。随后，紧固件定位销50将前进，以监测并核验零件位置以及通过促使电阻焊枪32运动而使待焊接零件(如果存在)对准。焊接机16将进行焊接操作。当工件W不需要额外的紧固件F并且能够被焊接电极支撑时，高速机器人14将与工件W脱离并且运动以从刮板输送机14拾取另一工件W。否则，高速机器人将继续保持并支撑工件W，直到可动电极44退回到足以允许高速机器人14将子组件指引到下一焊接位置或者释放完成的组件使得其可以离开焊接系统10的位置。焊接致动器38将使可动焊接电极44返回至其完全降低位置，以再次开始紧固件进给和焊接循环。
[0095]所公开的焊接系统高速焊接紧固件以使劳动生产率最大化，同时降低复杂度以使停机时间和资本成本最小化。通过使操作员不必与焊接机循环同步地装载部件，设备和操作员两者的生产率都得到提高。当操作员可以从存储箱抓取多个工件并且将它们以高于设备循环时间的速率装载到设备中时，操作员从存储箱获得更多的工件所需的时间可以被淹没在系统循环时间内，因此焊接处理能够以焊接机的最大生产率进行。
[0096]通过使生产率最大化，允许焊接机或组件处理的资本成本分摊在更多的组件上。除了因增加生产焊接速率带来的劳动力节约之外，增加的生产量提供了将任何辅助错误避免系统的成本分摊在更多的组件上的机会。
[0097]该系统提供了足够的速度、多用性和可靠性定位在生产冲压件或者进行注塑成型的冲压站中，以消除库存和额外物料搬运。
[0098]还应理解的是，尽管在所示的实施例中公开了特定部件布置，但是其它布置将从中受益。尽管示出、描述并要求保护了特定步骤过程，但是应理解的是，除非其它方式指出，可以以任何顺序、单独或组合地执行这些步骤并且仍然受益于本发明。
[0099]尽管不同示例具有图示中显示的特定部件，但是本发明的实施例不局限于那些特定组合。可以将这些示例中的一个示例的部件或特征与这些示例中的另一个示例的特征或部件组合使用。
[0100]尽管已经公开了示例性实施例，但是本领域技术人员将认识到，某些改进将落入权利要求的范围之内。为此，应研究以下权利要求来确定其真正的保护范围和内容。
【主权项】
1.一种固定系统，包括: 机器人，所述机器人构造成将零件传送至初始位置； 固定站，所述固定站包括: 框架； 支撑在所述框架上的枪，所述枪包括能够相对于彼此运动的第一构件和第二构件，所述枪构造成在固定操作期间于固定位置将部件固定至所述零件； 将所述枪互连至所述框架的浮动组件，所述浮动组件构造成允许所述枪相对于焊接框架在所述初始位置和所述固定位置之间滑移； 包括复位引导件的复位组件，所述复位引导件构造成在所述固定操作期间从所述初始位置释放焊枪。2.根据权利要求1所述的固定系统，其中，所述固定站是焊接站，所述焊接站包括由所述框架支撑的进给器，所述第一构件和所述第二构件是第一电极和第二电极，所述进给器构造成相对于所述初始位置在进给器前进位置和进给器退回位置之间滑动，在所述进给器前进位置，所述部件布置在所述第二电极上。3.根据权利要求2所述的固定系统，其中，所述进给器构造成在所述第二电极处于电极前进位置的情况下将所述部件提供至所述枪，所述部件是紧固件。4.根据权利要求3所述的固定系统，其中，所述第二电极能够在电极退回位置和电极前进位置之间运动。5.根据权利要求4所述的固定系统，其中，所述第二电极包括销，所述销在所述第二电极处于所述电极前进位置的情况下能够在销前进位置和销退回位置之间运动。6.根据权利要求5所述的固定系统，其中，在所述进给器处于所述进给器前进位置并且所述销处于所述销前进位置的情况下，所述销接合所述部件。7.根据权利要求6所述的固定系统，其中，所述进给器构造成在所述部件装载在所述销上的情况下从所述进给器前进位置运动至所述进给器退回位置，所述部件构造成在运动至所述进给器退回位置时由释放机构释放。8.根据权利要求7所述的固定系统，其中，所述进给器包括相对的爪，所述相对的爪由弹簧偏压到部件保持位置，其中，所述相对的爪构造成在所述进给器从所述进给器前进位置运动至所述进给器退回位置时释放所述部件并克服所述弹簧。9.根据权利要求8所述的固定系统，其中，所述进给器包括构造成将第二部件保持在第一部件之后的夹具，所述第一部件被装载在所述销上，所述夹具构造成循环并允许所述第二部件前进至所述相对的爪以便随后装载到所述销上。10.根据权利要求1所述的固定系统，其中，所述浮动组件包括将所述枪互连至所述框架的连接件，所述连接件构造成允许所述枪在水平面内运动。11.根据权利要求1所述的固定系统，其中，所述复位组件包括选择性地与引导件协作以将所述枪保持在所述初始位置的销。12.根据权利要求11所述的固定系统，其中，所述引导件包括选择性地接合所述销以将所述枪定位在水平面内的臂。13.根据权利要求1所述的固定系统，其中，控制系统评估电极和销的位置，以识别、抑制和矫正工件和操作错误情况。14.根据权利要求13所述的固定系统，其中，所述控制系统包含对应于多个组件构造的参数表。15.一种制造组件的方法，所述方法包括以下步骤: 将零件装载到组装站中的零件装载步骤； 允许所述组装站相对于所述零件浮动的允许步骤;并且 在进行允许步骤的同时，在所述组装站处将部件固定至所述零件的固定步骤。16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述部件是紧固件，所述组装站是焊接站，所述固定步骤包括将所述紧固件焊接至所述零件。17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述零件装载步骤包括在所述组装站处于初始位置的情况下将所述零件自动地传送至所述组装站的步骤，并且所述允许步骤包括在进行自动地传送零件的步骤之后从所述初始位置释放所述组装站。18.根据权利要求17所述的方法，所述方法包括利用进给器将所述部件装载到电极上的部件装载步骤以及在所述部件装载步骤之后退回所述进给器的进给器退回步骤，所述进给器退回步骤在所述允许步骤之前进行。19.根据权利要求18所述的方法，所述方法包括在所述允许步骤期间使所述电极前进以接合所述零件的步骤。20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述部件是第一部件，并且所述方法包括以下步骤:夹紧所述进给器中的第二部件;在所述进给器退回步骤期间释放所述第一部件;并且进行松开所述第二部件的步骤。21.根据权利要求18所述的方法，其中，所述进给器退回步骤包括克服所述进给器中的被弹簧偏压的爪。22.根据权利要求17所述的方法，所述方法包括在所述零件装载步骤之前从刮板输送机拾取所述零件的步骤。
【文档编号】B23K11/30GK105916624SQ201580004669
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2015年7月2日
【发明人】L·科斯切尔斯基, G·I·休查恩, E·米肖, M·布拉诺夫, D·D·雷诺
【申请人】多宾有限公司