CN1882401A

CN1882401A - 接合片材的工具及方法

Info

Publication number: CN1882401A
Application number: CN 200480034314
Authority: CN
Inventors: 乔纳森·莱奥·坎彼安
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2006-12-20

Abstract

一种用于成形和接合设置在座(30)中的第一片材(A)和位于第一片材顶部上的第二片材(B)的设备和方法。该设备包括一个用于执行成形和接合操作的定位压力辊工具或定位压力变化单元(50)。PPVU(50)可操纵地与呈机械手(52)形式的可编程定位设备相联系，从而机械手(52)相对于座(30)的位置决定在辊(72)和座(30)之间的界面处施加的压力。

Description

接合片材的工具及方法

技术领域

本发明涉及用于成形和接合第一片材和第二片材的***。更为特别的是，本发明涉及一种加压控制辊工具及其用于成形和接合片材的方法。

相关技术的说明

在汽车的装配史上所需的一种最早的操作是使一块内板与一块外板接合以形成各种机体部分，其中包括门、发动机盖、燃料箱门和行李箱盖，所有这些均被称为嵌入车架内的“转动板”。用于成形和接合片材的已知机器包括加压-模具设备，桌面(tabletop)和辊成形工具，后者为最近研发的装置。

通过辊成形工具成形和接合材料的缺点在于难以控制工具所要求的可变化压力。已采用一种方案来克服该问题。

一种已知的用于控制辊成形工具所需的可变化压力的尝试为：使夹设在机械手面板和辊工具之间的用于实现机械可塑性的气囊与能够以动态控制气囊压力的闭合回路压力反馈回路相结合。这种技术是在联机机械手编程的阶段和低速操作期间进行的。

机械手沿片材的可变化范围操纵气囊和辊工具，同时，在机械手的面板和片材表面之间保持恒定的距离。当控制在辊工具处的压力变化或在闭合回路压力反馈回路中探测到不平衡时，应改变气囊的压力以进行校正。

但是，用于稳定所需的气体压缩和减压的反应时间是有限的，从而会将装有气压***的辊成形工具的速度限制在200mm/sec。这一速度限制如本领域已知的那样，仅允许进行低产量生产。

另一种已知控制现存***的可变压力的尝试使用了直接从机械手的控制器取样的伺服马达电流反馈。但是，这种取样不允许成形工具或伺服定位***的机械校正。后面的这种方案显然是最不理想的。

因此，现有的方案已不能解决与以大于200mm/sec的速度成形和接合片材时所需的可变压力控制相关的速度限制问题。

发明概述

因此，本发明的主要目的在于提供一种设备和方法，该设备和方法能够克服成形和接合第一片材和第二片材以形成车辆的转动板的已知技术中存在的问题。

本发明的一个特定目的在于提供一种成形和接合第一片材和第二片材的定位压力辊工具，其包括用于控制工具的可变化压力的有效方法。

本发明的另一个目的在于提供这种定位压力辊工具，其可包括一个住辊和一个修整辊。

本发明的另一个目的在于提供这种定位压力辊工具，其柔性足以容纳各种尺寸、形状和轮廓的板。

本发明的另一个目的在于提供这种定位压力辊工具，其可以与同各种机器一起工作的机械手结合使用。

本发明的这些和其它目的是通过设置一种定位压力辊工具来实现的，该定位压力辊工具可操纵地与呈机械手形式的可编程设备和机器相联系，其中，所述机器包括呈下侧座形式的用于第一板的固定器，以及呈上侧框形式的用于第二板的固定器。定位压力辊工具或定位压力变化单元[“PPVU”]包括一个带有捕获往复活塞和轴的缸盖。在缸内部和活塞的顶部上设置呈压缩弹簧形式的偏压件。偏压件将活塞推至延伸位置。成形钢材和辊成形工具也被固定在轴的端部。

使一对结合的片材A，B接近下侧座。随后，通过对齐器准确定位第一片材A。之后，通过已知的方式，使上侧框相对于第一片材A，与第二片材B对准。随后，通过已知的方式或通过在PCT/US04/34238中披露并保护的真空***(其可在本申请中结合使用)，可靠地将第一片材A固定就位。

在以此方式固定就位后，进行接缝操作，通过固定至PPVU上的辊成形工具成形并接合第一片材A和第二片材B。在辊成形接触点处，机械手的定位程序以相对于下侧座形状的表面垂线大致垂直的姿态定位PPVU。机械手的面板和下侧座之间可编程定位的距离决定施加至片材表面上的压力。该距离应能确保弹簧压缩并通过辊成形工具反向施加一定量的力。

通过机械手抵消由PPVU施加的力，其会固有地表现出包括其主体的钢结构的柔性以及在包括其机械转向节的齿轮传动机构内的间隙运动。

机械手的柔性和间隙会引发定位错误。该错误为PPVU的物理位置与程序位置的物理位置之间的偏差。因此，需要程序的误差校正。

记录总的误差并在机械手偏离其本身时以时序顺序以及以用于成形片材的时序压力制表。使该表形成一种算法并将其用于校正PPVU的定位压力程序中的偏差。

一旦形成压力，定位程序便控制机械手，以便可变化地控制面板和下侧座之间的距离，同时，辊成形工具沿被成形和接合的片材A的接缝驱动。辊成形工具加压成形材料A以使其重叠于材料B上，同时，通过下侧座对其进行支承，从而完成接合操作。

通过提供上面所述的用于片材成形和结合的设备和方法来实现这些和其它目的。

附图的简要说明

参照以下结合附图对最佳实施例的详细说明，将能更充分地理解本发明，其中，在所有的附图中，相同的参考标号表示相同的部件，其中：

图1为本发明最佳实施例的装有定位压力辊工具的机器的透视图；

图2为由主辊的侧面所示的、沿线2-2所示的本发明的辊工具组件的剖面图，该图说明了活塞处于其实质卸载的充分延伸的位置处；。

图3为与图2相似的本发明中辊工具组件的剖面图，但其显示了活塞处于其实质装载的局部延伸的位置处；

图4显示了沿线4-4所示的辊组件的剖面图，其显示了主辊和修整辊，这两个辊均具有平行的轴，这些轴可转动地通过活塞轴安装，该图是沿平行的轴以轴向所示的；

图5为沿图1中线4-4所示的片材的剖面图，该图显示了处于完成成形之前位置处的材料；以及

图6为与图5相似的视图，该图显示了在它们的成形位置处的材料。

对本发明的最佳实施例的详细说明

附图说明了本发明的最佳实施例。虽然所说明的实施例的结构是优选的，但应想到：在不脱离所描述的本发明的情况下，可采用本发明的替代结构。

首先，参见图1，以透视图的形式显示了通常标号为10的机器。机器10包括一上侧框20和一下侧座30。应理解：所说明的机器10的结构是优选的，不应将其理解为对本领域技术人员可想到的其它结构的限制。

机器10固定有两个片材部分，以便可以在不使片材部分偏移或移动至不适当位置处的情况下，进行接合工艺。两个片材部分包括第一片材部分A和第二片材部分B。通过接缝接合在一起的两个片材A和B形成一个整体部件，其中，第一片材部分A形成外部或表层，第二片材部分B形成内部或支承结构。(如以下说明的那样，在图6中，以结合形式显示了片材A和B)。如所说明的那样，第一片材部分A和第二片材部分B具有大致方形结构，该结构能能够形成大致方形整体部件。但是，应理解：在本发明中，也适于采用其它的形状。

将片材A和B保持固定在上侧框20和下侧座30之间。简而言之，片材A，B接近下侧座30。下侧座30包括一以流体方式与一真空源(未示出)相连的座表面32。随后，通过对齐器34对第一片材A进行精确定位。之后，通过一机械手或线性滑动件使上侧框20下降至准确位置处。通过从材料B中的框接合主定位孔伸出的定位销，所述框使第一片材A相对于第二片材B定位。随后，通过适用于其下侧的真空装置，将第一片材A固定就位。

以此方式固定就位后，通过辊工具进行接缝操作，以便成形并使第一片材A与第二片材B接合。图1显示了PPVU作为与机械手52可操纵结合的组件50。PPVU组件50刚性安装至可转动地与机械手52相连的机械手面板54上。机械手52本身可操作地与计算机56相连。计算机56最好通过下面将进一步说明的特定程序实现机械手52的运动。PPVU组件50包括一个主辊工具58和一个修整辊工具60。以此方式，通过PPVU组件50安装在可转动固定的面板54上，根据所希望的操作，可转动地选择主辊工具58和修整辊工具60。

在图2和3中显示了主辊工具58的剖面。辊组件50的剖面如图4所示，并且，其显示了主辊工具58和修整辊工具60。根据这些附图，通过一具有安装在缸66中的活塞端64的往复式轮毂62，通常可操作地使主辊工具58安装在面板54上。如本领域所知道的那样，缸66刚性作用于机械手的面板54上。偏压件或弹簧68偏压活塞端64离开缸66的端壁。作为使用所说明的弹簧偏压件68的可选择方案，在弹簧68的位置处可设置一个充气缸，以实现必需的偏压。以此方式，PPVU组件50提供了定位压力辊工具，从而机械手面板54相对于下侧座30的位置决定了在接缝S与辊72的磨损表面78之间的界面处所施加的压力。

主辊工具58包括一固定安装在毂62中的轴70。主辊72通过一主轴承74可转动地安装在轴70上。轴70包括一用于相对于毂62保持主轴承74不动的主辊支承凸缘76。主辊72的外径虽可采用各种尺寸，但最好采用本领域已知的标准尺寸90mm。

特别参见图4，主辊72具有硬化磨损表面78。将面板80旋拧至主辊72上，从而相对于主轴承74，将硬化的磨损表面78锁定就位。

修整辊工具60包括一根心轴82，该轴通过一列轴承84，由毂62可转动地支承。轴承84设置在限定于毂62内的凹腔86内。锁定件88通过螺纹固定在心轴82的一端，从而将轴承84夹持在它们之间。轴承84本身通过旋拧至毂62上的面板90被保持在毂62内。

工具***件92可滑动地定位于限定在心轴82的一端的孔94内，这一限定有孔94的心轴的端部与固定有锁定件88的螺纹端相反。工具***件92滑动装配在孔94内并且由一球形锁定界面96可选择地锁定在应有的位置处。球形锁定件采用了工业标准结构，该结构允许在除去工具***件之前，通过经检查孔100推回滚珠轴承98并将弹簧102压在止动塞104上，从而能够除去工具***件。工具92的外径虽可采用各种尺寸，但是，最好采用本领域已知的标准尺寸20mm。如本领域已知的那样，工具***件92可以是阶梯状的，并且可具有两个或更多具有不同直径的表面。

主辊工具58和修整辊工具60与本发明的机械手以及压力***一起工作。当未对被接合的材料施加压力时，辊组件50的偏压件68向活塞端向外延伸的位置推动活塞端64。相反，当通过机械手，可选择地对辊组件50施加压力时，通过被成形的材料的相反表面，可以往复运动地将活塞端64推入缸66内。偏压件(或充气缸)68起到阻止活塞端64向内运动的作用。

部件(或充气缸)68的偏压与活塞端64成线性正比。直线行程的活塞端64的每一单元均运动至缸66内，其以线性比例增加部件68的偏压。在代替弹簧68使用充气缸68的情况下，在其中充气并且活塞端64移动至缸64内。这一线性关系为机械手工作制定位置压力变化程序的基础。

操作

下面，将对机器10的操作进行概括性说明。当开始操作时，上侧框20已处于其提升位置处，从而假定已完成接缝操作并且已移开了被接缝的部分，因此，保留下侧座30排空。

最初，将已知量的胶粘剂(如图5中所示的“M”)涂敷至接近的表面区域，在该处，第一片材A与第二片材B接合。利用胶粘剂确保片材更彻底的连接。如果希望，可以使胶粘剂与一个片材或两个片材接合。已知的胶粘剂可以包括本领域已知的填充有玻璃珠的制品。

随后，通过人员操作者或通过本领域已知的可编程序逻辑控制器操纵机器10。无论操作者的类型如何，在后文中均将其统称为“操作者”。

一旦已将胶粘剂选择涂敷至片材A和B上，操作者则使第一片材A和第二片材B结合在一起，随后，将结合的片材置于座表面32上，并且，使第一片材A朝下(即，将第一片材A的外表面置于座表面32上)。随后，通过操纵第二气压源起动对齐器组件34(虽然显示了两台对齐器，但应理解：每一侧最好有一台或两台对齐器)，以使定位指前进至它们的接合和定位位置处。在以此方式接合后，第一片材A相对于座表面32定位。这种布置能够促进第一片材A的可靠微观定位。

随后，操作者接合机械手或线性滑动件(均未示出)以使上侧框20下降至与材料B接合的位置处。机械手的控制部分确保上侧框20以精确的姿态移动。

一旦第一片材A就位，便起动真空源以在第一片材A的表面和多个真空槽(未示出)之间形成真空。因此，固定第一片材A。通过固定在机器10内的第一片材A与第二片材B的结合组件，起动气压源(未示出)并且牵引对齐器34的指状件离开它们的所说明的定位位置达到大致水平的位置。在以此方式定位后，指状件将不会与随后的成形操作发生干涉。

随后，通过绕第一片材A与第二片材B的结合体的周边形成接缝，进行成形操作。参见图5和6，成形操作分两步进行。首先，从大致直立的位置A至最终成形位置A’形成凸缘F。接着，从大致直立的位置A’至最终成形位置A”形成凸缘F。接着，从预成形位置A’至最终成形位置A”形成凸缘F。形成所述接缝S以锁定并接合第一和第二片材A和B。如上面强调的那样，第一片材A与第二片材B的接缝是通过主辊工具58或修整辊工具60来实现的。两个辊58，60之间的选择是根据被接缝材料的接近性来实现的。特别是，在主辊工具58对于实际拐弯而言过大以致引起第二片材B产生不理想变形的情况下或在结合的片材的表面区域表现出相对于机架在内部和外部之间流动的紧密径向形式(tight radial form)，从而导致较大主辊工具58的使用不切实际的情况下，均可选择修整辊工具60。

本发明提供的一个优点在于：能够控制主辊工具58和修整辊工具60的机械手52的脱机编程。当接合主辊工具58以进行接缝操作时，应预先考虑到：机械手52会产生本身能够引发定位误差的一定量的结构偏差及其配合间隙。本发明在起初的脱机编程和随后的编程期间，能够对该误差进行校正，从而能够形成不会丧失精确度的高重复性精确接缝。通过装入计算机56的校正程序能够消除误差，该程序在成形片材时，能够控制机械手52的定位铰链轴以及辊58，60的可变化压力。

一旦完成第一片材A与第二片材B的成形和接合，便从第二片材B移开上侧框20，并且，切断真空源208，从而使第一片材A再次从座表面32移动。从座表面32的顶部卸下结合成的片材A和B并加装下一对片材A和B。由此，重复接合和接缝操作。

本领域技术人员应从前面的描述理解：本发明的广义技术教导可以采用各种形式来实现。因此，虽然已结合本发明的特定实施例对本发明进行了说明，但是，由于通过研究附图、说明书和以下的权利要求，本领域技术人员能够了解其它的改进形式，因此，本发明的实际范围不应受到限制。

Claims

1.一种用于成形和接合第一片材和第二片材的设备，该设备包括：

一个用于固定第一片材的座；

一个可操纵地与所述座相联系的机械手；

一个定位压力辊工具，其用于成形并接合第一片材和第二片材，所述定位压力辊工具可操纵地与所述机械手相联系。

2.根据权利要求1所述的设备，其还包括：一台具有辊工具驱动程序的计算机，该计算机可操纵地与所述机械手和所述定位压力辊工具相联系。

3.根据权利要求1所述的设备，其还包括：一个偏压件，其用于在成形并接合第一片材和第二片材期间，将所述定位压力辊工具偏压在第二片材和第一片材上。

4.根据权利要求3所述的设备，其中：所述偏压件为弹簧。

5.根据权利要求3所述的设备，其中：所述偏压件包括一充气缸。

6.根据权利要求1所述的设备，其中：所述定位压力辊工具包括一个主辊和一个修整辊。

7.根据权利要求6所述的设备，其中：所述主辊和所述修整辊拥有一个公共的毂，所述公共的毂可转动地固定在所述机械手上。

8.根据权利要求1所述的设备，其中：所述座包括一个周面，所述第一片材和第二片材设置在该周面上以便通过所述定位压力辊工具进行成形和接合。

9.一种用于成形和接合第一片材和第二片材的设备，所述第一片材具有周边，所述周边具有一定轮廓，所述设备包括：

一个用于固定第一片材的座，所述座包括一材料接触部分，所述材料接触部分基本上与所述第一片材的周边轮廓配合；

一个可操纵地与所述座相联系的成形和接合组件，该组件包括一个机械手和一个定位压力辊工具，所述定位压力辊工具包括一个辊，该辊用于通过在座和所述辊之间滚压所述第一片材和第二片材，成形并接合第一片材和第二片材；以及

一台具有辊工具驱动程序的计算机，该计算机可操纵地与所述机械手和所述定位压力辊工具相联系。

10.根据权利要求9所述的设备，其还包括：一个偏压件，其用于在成形并接合第一片材和第二片材期间，将所述定位压力辊工具偏压在第二片材和第一片材上。

11.根据权利要求10所述的设备，其中：所述偏压件为弹簧。

12.根据权利要求10所述的设备，其中：所述偏压件包括一充气缸。

13.根据权利要求9所述的设备，其中：所述定位压力辊工具包括一个主辊和一个修整辊。

14.根据权利要求13所述的设备，其中：所述主辊和所述修整辊拥有一个公共的毂，该公共的毂可转动地固定在所述机械手上。

15.根据权利要求13所述的设备，其中：所述修整辊包括一个工具***孔和一个可互换的工具***件。

16.根据权利要求15所述的设备，其中：所述修整辊还包括一个用于可选择地接合所述可互换的工具***件的球形锁定件。

17.一种用于成形和接合第一片材和第二片材的方法，所述第一片材具有周边，所述周边具有一定轮廓，该方法包括：

将第一片材固定在一个座中，以便使所述第一片材的周边支承在所述座的材料接触部分上；

将第二片材放置在所述第一片材的顶部上；

相对于所述座定位具有定位压力辊工具的机械手，其中，所述定位压力辊工具具有一个辊，以便所述辊接合从所述伸出的凸缘；以及

操纵所述机械手以使所述定位压力辊工具沿工具路径运动，以便所述辊在所述第二片材的周边形成所述凸缘，其中，所述机械手相对于座的位置决定了所述辊和所述材料接触部分之间施加的压力。

18.根据权利要求17所述的方法，其还包括：执行用于操纵所述机械手的控制器中的辊工具驱动程序，以便通过沿垂直于所述工具路径的方向、相对于材料接触部分定位所述定位压力辊工具，从而沿所述工具路径改变所述施加的压力。

19.根据权利要求17所述的方法，其中：所述局部压力辊具有一个第二辊，该所述方法还包括：

重新定位所述机械手，以便所述第二辊接合从所述周边伸出的凸缘；以及

操纵所述机械手以使所述定位压力辊工具沿第二工具路径运动，以便所述第二辊在所述第二片材的周边形成所述凸缘。

20.根据权利要求19所述的方法，其中：所述第一工具路径的一部分与第二工具路径的一部分重叠，以便进行最初的成形操作，并且，所述第二辊执行随后的成形操作。

21.根据权利要求19所述的方法，其中：所述第一工具路径与所述第二工具路径相距一定距离，以便所述辊形成所述凸缘的第一部分，所述第二辊形成所述凸缘的第二部分。

22.根据权利要求17所述的方法，其还包括：在所述第一片材和第二片材的至少一个上涂敷胶粘剂，以便在成形和接合时，所述第一片材粘结至第二片材上。