專利名稱：用于確定緊固件壓力機的最優(yōu)插入力的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及緊固件壓力機，它采用伺服電機以精確控制壓頭位置。更具體地，本發(fā) 明涉及用于對齒嚙式緊固件的給定壓入確定最優(yōu)插入力的一種自動系統(tǒng)。
背景技術：
齒嚙式緊固件的兩個主要特征與將它們保持在通常是金屬板材的基質材料中有 關。它們是換置器(displacer)和流動槽(undercut)。將齒嚙式緊固件壓入到基質材料是 將緊固件的換置器按壓到基質材料中的工序。然后基質材料的被換置的體積被默認推到齒 嚙式緊固件的流動槽中，從而將它保留在板材中。由于緊固件的換置器的幾何形狀，在所述 按壓工序的過程中需要不同的力以將齒嚙式緊固件按壓到基質材料中。在按壓工序的過程 中所需要的力是變化的，但在恰當就位時所需的力有一個即時和突然的增加以繼續(xù)按壓。 如果力已經增大到超出了恰當插入的點，會導致過插入，且其效果通常是齒嚙式緊固件和/ 或基質材料的扭曲。如果按壓力不足，則結果是欠安裝且通常齒嚙式緊固件的保持值會減 少。目前，為緊固件選擇恰當的插入力僅限于兩種方案。第一個方案是從力表中選擇 一個力，其中力按照緊固件尺寸、類型和將要插入緊固件的基質材料的種類分為四類。這些 類別是非常概括性的，只提供一個估計的力。該估計的力是進行工作的基線，然后通過試錯 方法得出理想的力。試錯方法包括以預先選擇的力進行按壓，然后調整后續(xù)插入的力以確 定最優(yōu)的力。確定恰當插入力的第二種方法是將壓頭與在基質板材上恰當放置的緊固件接 觸，然后逐步增加力，直到獲得所需的插入結果。同樣，這通常需要反復試驗以取得期望的 效果，且需要高超的操作技能，如果需要快速、高效地進行的話。這使得第二種方案比較昂 貴。無論使用哪種方案，然后都記錄最優(yōu)的力，且該批次中所有的后續(xù)緊固件壓裝都用該力 安裝。因此，在現有技術中需要一種可靠的系統(tǒng)，它能夠準確可靠地確定緊固件壓力機 中的恰當插入力。另一個需求是一種準確和可靠的確定恰當插入力的工序，它可以自動進 行，使得只需要最少的操作技能。

發(fā)明內容
本發(fā)明被設計用于滿足現有技術的上述需求，它消除了對力進行分類的需要，也不需要通過試錯方法來確定恰當的插入力。與機電線性驅動器中使用的伺服技術和如應 變計的測力裝置相結合，在插入過程中監(jiān)測插入數據。最優(yōu)的插入力通過數學算法在準備 設定操作的過程中確定，其中在準備設定操作中通過指定的緊固件壓力機安裝樣品緊固 件。這樣的壓力機例如是由賓科工程和制造公司(PennEngineering and Manufacturing Corp.)生產和出售的Pemserter 3000系列壓入安裝機，如圖1所示，它是沖壓機4，包括一 個C型框架1，所述框架支撐被壓頭3往復地沖擊的一個鐵砧2。更具體地說，本申請人發(fā)明了一種用于確定將齒嚙式緊固件壓入到基質材料中的 最優(yōu)插入力的方法，包括從所有同類型緊固件的一個批次中選擇一樣品緊固件的步驟和在 緊固件壓力機的設定操作的過程中監(jiān)測將緊固件壓入到基質材料中的時間、插入速度和插 入力的步驟。設定操作包括選擇在整個安裝過程中將維持的一個插入速度，與所需的力無 關。接下來，執(zhí)行設定操作以測量在壓裝工序的過程中保持選定的插入速度所需的力。在 該工序的過程中，將插入力和所用的插入時間相比較以獲得一個力斜率。記錄力斜率突然 增加的點，然后使用該點作為所述批次中其它緊固件的壓裝力。因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種緊固件插入壓力機，它具有用于確定緊固件 的恰當插入力的自動工序，其可以應用于幾乎所有緊固件/基質材料組合。本發(fā)明的另 一個目的是提供一種自動的插入力確定系統(tǒng)，它可以由較少技能的操作者快速和有效地執(zhí) 行。在詳細解釋本發(fā)明的至少一個實施例之前，可以理解的是，本發(fā)明不僅限于本申 請中的詳細結構以及在隨后的說明書中描述并在附圖中顯示的元件的安排。本發(fā)明可以用 其它實施例和以各種方式實現和實施。還可以理解的是，這里的措辭和術語均用于描述的 目的，不應被視為限制性的。同樣地，本領域技術人員將會明白，作為本公開基礎的概念可以很容易地作為基 礎來設計其它結構、方法和系統(tǒng)以實現本發(fā)明的多種目的。因此，將權利要求書視為包括等 同構造是非常重要的，只要它們不脫離本發(fā)明的精神和范圍。


圖1是利用本發(fā)明的沖壓機的左前等軸測視圖。圖2a和2b是顯示利用本發(fā)明優(yōu)選實施例的力和速度的插入曲線的圖。圖3a和4a是替換的緊固件/基質材料組合的力和速度的插入曲線。圖3b和4b是第二替換的緊固件/基質材料組合的力和速度的插入曲線的圖。
具體實施例方式在執(zhí)行設定安裝的過程中，所需的緊固件被插入到基質板中。設定安裝以比正常 工作較慢的速度進行，由此可以更準確地確定恰當插入力的值。在該安裝過程中按照以下 步驟確定用于一個工作批次的后繼緊固件安裝的最優(yōu)插入力(1)首先，插入速度是預定的然后在插入過程中被監(jiān)測，以確保該速度被保持，與 用于保持該速度所需的力無關。(2)其次，保持該速度所需的力在插入過程中被監(jiān)測。(3)第三，在插入操作的過程中監(jiān)測以毫秒為單位的時間。在插入過程中，力隨著時間的增加(斜率)根據按壓動作的阻力而變化。(4)第四，監(jiān)測上述力斜率，和在它們被監(jiān)測時將數學算法應用于該數據點。通過平均最新的3個力的值、然后也平均第6、第7和第8個值獲得斜率的滾動平均。一旦上述 平均被計算出，它們被視為兩個點，然后得到其差值并用于計算斜率的移動平均。這個過程 消除了或掩蓋了數據異常，從而產生一個沒有扭曲的曲線。(5)第五，當預定量的連續(xù)平均點表明該力斜率的一個突然增加時，這一數據點表 示在該力的數值上緊固件是恰當就位的。(6)最后，這一力值被采集和記錄以用作所需的安裝力，它將用于該工作批次中所 有后續(xù)緊固件的安裝。下面的說明具體示例了對給定的緊固件/基質組合確定最優(yōu)插入力的上述方法 的一個實施例?，F在參照圖2a，其中顯示壓入齒花螺帽的一種方式。它表示力與時間的關 系。X軸是毫秒X10。Y軸顯示應變計的電壓讀數，它相當于力。該數據點表示在按壓操 作的過程中在給定時間的應變計電壓。圖中顯示的是平均值以外的點。滾動平均使曲線平 滑，并消除了對數據的錯誤解釋。滾動平均是在這里使用的一個基本數學約定。也可以使 用更復雜的公式。該圖的第一部分顯示了在齒花部件(clinch feature)被插入基質材料中時力的 上升。在大約350毫秒處，力曲線變平。這是由于換置器的幾何形狀和基質材料的初始變 形。從350毫秒到約2150毫秒的平坦曲線表示需要相當穩(wěn)定的力來將換置器按壓到基質 材料中，因為初始變形已經發(fā)生且換置器的幾何形狀現在恒定的。在大約2150毫秒處，力 曲線顯著地傾斜上升。這對應于緊固件被就位。在2350毫秒處該過程完成，因為已在該陡 的斜率上記錄了 5個連續(xù)的平均點。圖2b是與圖2a相關的圖，且與圖2a同時記錄。圖2b顯示壓力機壓頭的速度。X 軸表示毫秒X10和Y軸表示編碼器的記號，它相當于位置。該圖表示在按壓周期的過程中 壓頭以恒定的速度移動。該信息對于本發(fā)明的工序是至關重要的。如果速度不是恒定的， 那么對圖2a的解釋將是無效的，因為速度的波動會對在按壓操作的過程中所需的力產生影響。在將不同類型的齒嚙式緊固件按壓到不同的基質材料例如CRS (冷軋鋼)、鋁或不 銹鋼板材中的過程中，可以觀察到不同的力曲線。然而，都會發(fā)生在斜率中表示齒嚙式緊固 件被恰當就位的突然變化。下面的圖3a、3b、4a和4b描繪了不同齒嚙式緊固件安裝的一些 更多的例子。因此，上述內容被認為是僅僅用于說明本發(fā)明的原理。此外，由于本領域技術人員 可以進行大量的修改和變化，不希望將本發(fā)明限制為上面描述和顯示的具體構造和操作， 因此，所有適當的修改和等同物也應落入本發(fā)明的范圍中。
權利要求
一種確定將齒嚙式緊固件壓入到基質材料中的最優(yōu)插入力的方法，包括以下步驟從一批次的所有同類型的緊固件中選擇一樣品緊固件；在緊固件壓力機的設定操作的過程中監(jiān)測將所述緊固件壓入到基質材料中的時間、插入速度和插入力，包括以下步驟選擇將在整個壓裝工序中維持的一個插入速度，與所需的力無關；測量在壓裝工序的過程中所需的力以保持所選擇的插入速度；比較插入力和所用的插入時間以獲得力斜率；在力斜率上采集一個力斜率突然增加的數據點力；記錄該數據點力；將所述批次的其它緊固件壓入到相同類型的基質材料中，同時連續(xù)監(jiān)測插入力；和在觀察到上述插入力等于所述數據點力時，停止每個其它緊固件的壓裝工序。
2.根據權利要求1的方法，特征在于所述力斜率是力的滾動平均值。
3.根據權利要求2的方法，特征在于所述力的滾動平均是由當前3個力的值與第六、第 七和第八觀測值的平均值之間的差獲得的。
4.根據權利要求1的方法，特征在于用應變計測量所述力。
5.根據權利要求1的方法，特征在于所述緊固件是齒花螺帽。
6.根據權利要求1的方法，特征在于所述基質材料來自以冷軋鋼(CRS)、鋁和不銹鋼組 成的組。
全文摘要
在一個插入工序的準備設定操作的過程中，其中樣品緊固件由緊固件壓力機壓入到基質材料中，力的數據通過應變計進行監(jiān)測。利用數學算法以確定最優(yōu)的插入力，同時在整個壓裝工序中維持預定的插入速度，與所需的力無關。隨著壓頭速度保持不變，在壓裝工序的過程中測量插入力和與所用的時間作比較以獲得力斜率。在力斜率上與力斜率突然增加的點相對應的數據點被采集和記錄為最優(yōu)插入力。然后壓力機在樣品類型的所有緊固件/基質材料壓裝中使用所述最優(yōu)插入力。
文檔編號B27F7/17GK101801559SQ200880107260
公開日2010年8月11日 申請日期2008年11月6日 優(yōu)先權日2007年9月14日
發(fā)明者R·B·帕頓 申請人:Pem管理股份有限公司