专利名称：在焊接夹臂上设置力传感器的装置以及安装该力传感器的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于安装在焊接夹臂上的力传感器的装置，以及安装该力传感器的方法。
目前的汽车主要由一些电焊接点组装。当组装车身时，如今所使用的组装的质量控制方式是对该焊接装置的焊接参数的控制，伴随由在生产线上的手动测试或者由在生产线之外的统计破坏检测进行的控制。
总体上对金属部件的堆叠的电阻焊和用两个电极并且导致电焊接点的电阻焊根据下述原理进行工作根据该原理使用至少一个与该待焊接的堆叠接触的加热的电极，通过该电极在所述待焊接的部件上施加力并且在该电极中通过电流，所述电流因此通过所述待焊接的部件。根据所选择的焊接类型，使用一个在所述待焊接部件上应用的移动电极，另一个电极由与该移动电极最远间隔的金属部件的电极构成。根据另一种焊接，使用了两个移动电极，将力通过电极施加在待焊接的部件上从而将所述部件夹在该电极之间并且使电流穿过所述待焊接的部件。
这样的点焊接要求对于每种待焊接的部件类型来说根据该待焊接的部件的性质和厚度确定必须怎样随着时间改变某些焊接参数以便获得最小的焊接期限。然后根据确定的参数控制焊接工位。
这样的工作方式使得进行焊接点所必须的时间总是与用于给定的部件类型所必须的时间相同。然而，在非常大批量生产中，正如在汽车工业中的情况一样，在一个汽车上可能具有数千个焊接点。因此存在这样的确定的兴趣确保对选择用于一直评价该焊接质量的焊接参数的跟踪检查是可靠的并且不会由构成焊接工位的一个或者另一个元件导致的作用而出差错。事实上，一直观察的并且其随时间的变化允许对焊接点的质量得出结论的焊接参数中的一个是通过待焊接的夹子在所述待焊接的部件上施加的夹持力。因此，例如根据在文件FR-A-2631866中描述的每个焊接操作的期限的优化方法，通过根据待焊接部件的类型的预先的试验建立了所述夹持力的一些阀值，在焊接周期期间测量夹持力并且在所测量的夹持力超过相应的阀值时控制一些焊接操作。更具体地说，在力增加阶段建立第一阀值并且在该测量的力超过所述第一阀值时使电流通过该电极。还建立了表示该焊接的满意质量的第二阀值，并且在通电流时验证该夹持力是否超过该第二阀值。最后，在该力减少阶段建立第三阀值，将移动该焊接机器人的命令赋予该第三阀值以便在打开该电极之后尽可能早地进行移动。在该测量的力超过该第三阀值时将给出所述移动命令。在焊接操作进展期间监测该焊接质量的前面的例子表明了实时测量的值的可靠性的重要性以便在焊接时正确利用由固定在该夹臂上的力传感器发射的信号。
为了评价由所述焊接臂施加的力，利用被在该夹臂上固定的压电传感器发射的信号。通常，焊接点的体积膨胀反映了在该夹臂上的附加力。换句话说，对于由焊接夹的机构施加在待焊接的部件上的相同的力来说，由压电传感器发射的信号可以根据体积膨胀现象改变。
本发明的目的是提出一些固定力传感器到焊接夹臂上的固定装置，其能够在焊接操作时增加被该力传感器发射的电信号的可靠性。
本发明的目的通过一种设置在一夹臂上的力传感器的装置实现，根据该装置，一中间部件设置在该夹臂和该力传感器之间。所述解决方案依靠下面的想法。
在其上安装了一力传感器的夹臂部分一般是用铜制成的并且因此相对较软。与上述不同的是，该力传感器的盒是用比铜更加硬的材料制成的。另外，该传感器盒一般设有多个支撑接头。正如当夹臂变形时该传感器施加在该臂上一定的力那样，该传感器可能在该臂中略微凹陷，从而破坏了该测量结果。
为了避免该现象，或者至少为了减少其冲击，使用了其硬度小于该传感器的盒的硬度的中间部件，该部件的硬度大于该焊接臂的铜的硬度，该中间部件的宽度足够用来稳定所述测量。该中间部件并没有与该传感器的支架机械连接。
最好，该中间部件的硬度为350-450Hv0.3，最好大约400Hv0.3。
正如在本发明的实施例的描述中更详细地描述那样，该传感器不必须通过螺纹固定在该焊接臂上，而是仅仅通过夹紧固定在该焊接臂上。所述夹紧是借助于一种支架而获得的，该支架具有这样的整体形状同时围绕该焊接臂和该传感器的箍的形状。
为了获得在该焊接臂上最好地支撑该传感器，所述中间部件是一种具有两个相对的安装表面的扁平元件，该第一个安装表面用于接触所述焊接臂，该第二个安装表面用于接触该传感器。所述两个安装表面中的每一个都具有相对该焊接臂和该传感器的形状的互补形状以便在需要时实现在该焊接臂和该传感器之间的形状调整。事实上，该传感器的盒具有大致扁平的支撑表面，支撑接头的大约为0.5mm的小厚度并不很大地影响其性能。与此不同，其上安装了该传感器的夹臂部分可以是圆的，从而对应于具有圆截面的焊接臂；或者是略微扁平的，从而对应于具有平坦部分的焊接臂。因此，该中间部件的第二安装表面是平面的或者是凹陷的，其弯曲半径等于该夹臂的弯曲半径。
根据该支架的特定实施例，该支架遵循这样的方式允许该传感器和该中间部件在安装时取向。该中间部件特别符合每个夹臂的直径，或者适合于多个夹臂的直径。
本发明的目的还通过在一夹臂上安装一力传感器的安装方法而实现。根据本发明，该方法包括至少下述步骤在传感器的安装部位制备该夹臂的表面，将一中间部件设置在该安装部位上，将该传感器设置在该中间部件上，借助固定元件固定所述中间部件和该传感器到该夹臂上。该固定元件最好是箍形支架，该支架可以仅仅通过支撑就将该传感器和该中间部件固定在所述夹臂上。
本发明的其他特征和优点将来自下面的本发明的一个实施例的描述中，该描述参照了附图，附图包括
图1是具有在一些夹臂之一上的力传感器的焊接工位的部分简示图；图2示出了在一个夹臂上的力传感器的布置简示图；图3和图4示出了图2的布置的轴向视图，用于两个不同的焊接臂类型；图5示出了用于将一传感器固定在一夹臂上的支架的侧视图，该夹臂具有平面部分；图6示出了沿图5的VI-VI的横截面图；图7和8示出了用于固定一传感器到一圆截面夹臂上的轴向视图和立体视图；和图9和10示出了安装在一夹臂上的图6和图7的相应支架。
在电阻焊接方法中，待焊接的金属部件之间形成了堆叠1(图1)，并且夹在两个电极2a，2b之间，由千斤顶4致动的夹3在两个电极上施加了夹持力F。该焊接夹3包括彼此通过铰链点33枢转连接的两个臂31，32。通过输出可根据时间t变化并且可通过电压表5测量的电压V(t)的端子B1，B2示出的电压源连接在电极2a，2b上。
该电压V(t)最好以导致出现可根据时间t变化并且可通过安培表测量的强度I(t)的焊接电流的周期脉冲系列的形式施加。根据该控制装置从安装在该焊接夹3的臂31，32上的力传感器8的收到的输入信号，该电压V(t)的施加受到控制装置控制。在图1示出的方案中，该传感器8固定在该臂31上。
通过最好在通入电流之前，期间和之后测量表示该夹持力F例如，该夹3的臂31受到的应力，的力参数Cf(t)实现对该夹持力F的监测。随后通入电流I(t)期间所述力参数Cf(t)与第一阀值CFi比较。该力参数Cf(t)在该焊接方法的不同阶段中改变。在称为对接阶段并且其间将电极2a，2b移动直到紧紧夹紧待焊接部件的堆叠的第一期间t1中，该参数Cf(t)以增加和快速的方式改变。
该对接阶段t1随后是略微长的夹紧阶段t2，在该夹紧阶段期间该力参数Cf(t)是恒定的。该夹紧阶段的期限被确定为使得该对接阶段和该夹紧阶段的总期限至少等于这样的时间间隔在该时间间隔该千斤顶4最慢地施加对应于对接阀值CFo的力，从而获得稳定的夹紧。从该夹紧力F稳定起，该电压V(t)施加在所述电极2a，2b之间。该电流I(t)然后开始通过焦耳效应加热该堆叠1的金属部件。
该电流I(t)取决于在给定时刻该待焊接部件堆叠1具有的总电阻Ro(t)。该总电阻主要包括表示由于该堆叠1的部件的不完全的相互接触导致的电阻的分量Rc(t)，和表示该待焊接部件的组成材料的内在电阻的分量Rt(t)。该分量Rt(t)取决于该堆叠1的温度。它随着所述部件的温度而增加并且因此随着从第一施加电压V(t)时刻起经过的时间而增加。该分量仅仅在结束施加电压V(t)之后而减小。
该总电阻Ro(t)的减小导致电流I(t)的增加，从而增加了消散的电能，导致了待焊接部件的堆叠1的温度的突然升高。将电压V(t)施加到电极2a，2b上并且称为该金属部件的堆叠1的体积膨胀阶段的时间间隔的特征在于金属部件的堆叠的突然膨胀，从而导致增加夹紧力F，因此还增加力参数Cf(t)。通常，一旦该力参数Cf(t)已经超过大于对应于对接力的阀值CFo的最小阀值CF1则切断电压V(t)。
所导致的并且以连接阶段t4为特征的焊接点的冷却导致金属部件的堆叠1的收缩，从而在该收缩阶段导致夹紧力F减小，因此还导致力参数Cf(t)减小。
在该连接阶段t4结束时，即在待焊接部件的堆叠1的完全连接之后，该夹紧力被放松以便允许所述电极2a，2b向在该待焊接部件的堆叠上的另一个位置移动。
为了用于安装在该焊接夹3的臂31上的该力传感器8能够可靠地产生表示最小的力改变的电信号，在所述实施例中装备有两个支撑接头9的传感器8设置在本身位于该夹臂31上的中间部件10上，正如图2所示出的。
为了理解在该传感器必须安装的部位处该夹臂31的特定形状，中间部件10具有两个安装表面，其中第一安装表面11与该传感器8接触，第二安装表面12或者13用于接触该焊接臂31。附图标记12表示中间部件101的第二安装表面，该中间部件101是所述中间部件10的变形，特别用于将该传感器8固定在具有圆横截面的夹臂31上，正如图3所示。
该中间部件10的另一个变形实施例102包括用于接触在一部分长度上设有至少一个平面部分33的焊接臂31的第二安装表面13。该变形在图4中示出并且还可以借助后面描述的图5理解。
根据图5示出的布置，设有缆线8A的传感器8安装在一夹臂31上，通过所述缆线该传感器由支架20连接到上述的控制装置上，该夹臂31在其一部分长度上包括平面部分33。该支架20具有两个部分的L形箍的整体形状，其中的用于容纳传感器8和该中间部件102的上部分21成形为用于相对夹臂31的纵轴从所述臂的侧面支撑在夹臂31上，下部分22用于相对该夹臂31的纵轴从另一侧面支撑在该夹臂31上。所述支架20的两个部分21，22彼此连接并且由向该部分21的方向插入到所述部分22中的螺丝23夹紧在该夹臂31上，在这里螺丝接合到相应的螺纹孔24中。所述部分21和22的圆周尺寸选择为使得确保在所述两个部分围绕一个夹臂31螺纹连接在一起时在所述两个部分的相对表面之间保持一距离e并且因此避免了由于两个部分21，22中的一个支撑在另一个上导致的不充足的夹紧。
该支架20的L型构思选择用于下面的原因。在该传感器和其支架处，该臂表现为嵌入在所述两个支撑部分之间的接触区域处的梁。如果仅仅有一个镶嵌点，正如本发明的装置那样，则变形相对较大并且便于测量。
如果相反选择T型构思，则将有两个镶嵌点，该臂的变形很小，因为这将形成在该传感器的两个端部之间的桥。一部分应力因此平行恢复以便安装并且将同样减小该装置的灵敏度。
该支架20还包括与实施在该支架20的上部分21中的螺纹孔26接合或者配合的螺纹紧固杆25。该紧固杆25包括两个相对的端部，一个端部最好设有六角头部27以便简化借助合适的工具通过旋紧而进行的轴向移动。紧固杆25支撑在该传感器8的盒上以便通过所述中间部件102将该传感器8支撑在该夹臂31上。
正如在图6特别表示的那样，该紧固杆25在具有两个相对端部并且位于该支架20的第一部分21内部的杆上设有销钉29或者环，通过所述环该杆25在将传感器8安装在该夹臂31上时支撑在该传感器8上。当该传感器8被确定地安装时，该杆25的位置因为支撑在所述支架20的第一部分21上的对应的螺母28被固定。为该杆25装备代替例如刚性扁平头部或者球形端部的销钉或者环29的作法允许了该传感器8在安装时取向并且因此补偿在该夹臂31上传感器8的可能的定位困难，不管出于什么困难原因。该部件29因此简单地为一个中间部件，用于补偿在该杆25和传感器8之间的可能的不对齐。
另外，代替固定部件的销钉29的应用确保了在安装传感器时该杆25的旋转运动和直接接触该传感器8的杆25的端部之间的一定的断开。所述断开同时构成了一种保护，保护该传感器8的盒不会因为该杆25旋转地进入到该传感器8上而破坏所述盒。
图7和8分别以轴向视图(图7)和立体视图(图8)示出了使用中间部件101的安装支架，正如图3所示和参照该图的描述那样。
该支架20A不同于图5和6示出的安装支架20，主要在于存在代替该中间部件102的中间部件101。事实上，该安装支架20A用于将传感器8安装在夹臂31上，该夹臂31具有圆截面，所述中间部件特别符合所述圆截面。
支架20A的其他元件对应于支架20的元件，图7再次使用与对应于图6的部件相同的标记。
图9和10以立体视图并且以在一夹臂31上安装的状态示出了相应于图8和图5的支架20A和20。每个附图再次使用了与所述支架的相同元件一样的标记。在图10中将特别注意到一种用于在操作时赋予该传感器不会出问题的法兰盘。
权利要求
1.将力传感器(8)设置在夹臂(3)上的装置，其特征在于，在该夹臂(3)和该力传感器(8)之间设置中间部件(10)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该中间部件(10)用这样一种材料实施该材料的硬度在该夹臂(3)的硬度和该传感器(8)的硬度之间。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该中间部件(10)用这样一种材料实施该材料的硬度为350-450HV0.3。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，该中间部件(10)是基本上扁平的元件，具有两个相对的安装表面(11，12或者13)，其中第一表面(11)用于接触该传感器(8)，第二表面(12或者13)用于接触该焊接臂(31)，所述两个安装表面(11，12或者13)中的每一个都具有相对该焊接臂(31)和该传感器(8)的相应的形状互补的形状，从而实现在该臂(31)和该传感器(8)之间的形状调整。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，该中间部件(10)用这样的材料实施该材料的硬度大约是400HV0.3。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，该传感器(8)借助安装支架(20)固定在所述夹臂(31)上。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，该安装支架(20)成形为允许该传感器(8)在安装时取向。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，该安装支架(20)具有这样的整体形状具有两个部分(21，22)的将该夹臂(31)夹紧的L型箍，所述两个部分(21，22)中的上部分(21)成行为相对纵轴在该夹臂(31)的侧面支撑在该臂上，下部分(22)用于相对纵轴在另一侧面支撑在该夹臂(31)上。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的装置，其特征在于该支架(20)包括一个螺纹紧固杆(25)，其与实施在该支架(20)的上部分(21)中的螺纹孔(26)接合或者配合，该紧固杆(25)支撑在该传感器(8)的盒上，以便将该盒挤压到该夹臂(31)上，并且该紧固杆(25)由对应的螺母(28)固定到位。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其特征在于，该中间部件(10)成形为特别用于每个夹臂的直径。
11.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其特征在于，该中间部件(10)适合于该夹臂的多个直径。
12.一种将力传感器安装在夹臂上的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤-制备具有传感器安装部位的夹臂的表面；-将一中间部件设置在该安装部位上；-将该传感器设置在该中间部件上；-借助固定元件将该中间部件与该传感器固定在该夹臂上。
全文摘要
在焊接夹具的一个臂上安装力传感器(8)的装置，其中在该夹具的臂(3)和该力传感器(8)之间设置一个插件(10)。还提供一种安装所述力传感器的方法。本发明涉及用于安装在焊接夹臂(31)上的力传感器(8)的装置，根据该装置中间元件(10)设置在该夹臂(31)和该力传感器(8)之间。本发明还涉及一种安装上述力传感器的方法。
文档编号G01B5/00GK1997480SQ200580021568
公开日2007年7月11日 申请日期2005年6月27日 优先权日2004年6月28日
发明者帕特里斯·奥热 申请人:标致·雪铁龙汽车公司