專利名稱：：接合片材的工具及方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及用于成形和接合第一片材和第二片材的系統(tǒng)。更為特別的是，本發(fā)明涉及一種加壓控制輥工具及其用于成形和接合片材的方法。相關技術的說明在汽車的裝配史上所需的一種最早的操作是使一塊內(nèi)板與一塊外板接合以形成各種機體部分，其中包括門、發(fā)動機蓋、燃料箱門和行李箱蓋，所有這些均被稱為嵌入車架內(nèi)的“轉動板”。用于成形和接合片材的已知機器包括加壓-模具設備，桌面(tabletop)和輥成形工具，后者為最近研發(fā)的裝置。通過輥成形工具成形和接合材料的缺點在于難以控制工具所要求的可變化壓力。已采用一種方案來克服該問題。一種已知的用于控制輥成形工具所需的可變化壓力的嘗試為使夾設在機械手面板和輥工具之間的用于實現(xiàn)機械可塑性的氣囊與能夠以動態(tài)控制氣囊壓力的閉合回路壓力反饋回路相結合。這種技術是在聯(lián)機機械手編程的階段和低速操作期間進行的。機械手沿片材的可變化范圍操縱氣囊和輥工具，同時，在機械手的面板和片材表面之間保持恒定的距離。當控制在輥工具處的壓力變化或在閉合回路壓力反饋回路中探測到不平衡時，應改變氣囊的壓力以進行校正。但是，用于穩(wěn)定所需的氣體壓縮和減壓的反應時間是有限的，從而會將裝有氣壓系統(tǒng)的輥成形工具的速度限制在200mm/sec。這一速度限制如本領域已知的那樣，僅允許進行低產(chǎn)量生產(chǎn)。另一種已知控制現(xiàn)存系統(tǒng)的可變壓力的嘗試使用了直接從機械手的控制器取樣的伺服馬達電流反饋。但是，這種取樣不允許成形工具或伺服定位系統(tǒng)的機械校正。后面的這種方案顯然是最不理想的。因此，現(xiàn)有的方案已不能解決與以大于200mm/sec的速度成形和接合片材時所需的可變壓力控制相關的速度限制問題。發(fā)明概述因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種設備和方法，該設備和方法能夠克服成形和接合第一片材和第二片材以形成車輛的轉動板的已知技術中存在的問題。本發(fā)明的一個特定目的在于提供一種成形和接合第一片材和第二片材的定位壓力輥工具，其包括用于控制工具的可變化壓力的有效方法。本發(fā)明的另一個目的在于提供這種定位壓力輥工具，其可包括一個住輥和一個修整輥。本發(fā)明的另一個目的在于提供這種定位壓力輥工具，其柔性足以容納各種尺寸、形狀和輪廓的板。本發(fā)明的另一個目的在于提供這種定位壓力輥工具，其可以與同各種機器一起工作的機械手結合使用。本發(fā)明的這些和其它目的是通過設置一種定位壓力輥工具來實現(xiàn)的，該定位壓力輥工具可操縱地與呈機械手形式的可編程設備和機器相聯(lián)系，其中，所述機器包括呈下側座形式的用于第一板的固定器，以及呈上側框形式的用于第二板的固定器。定位壓力輥工具或定位壓力變化單元[“PPVU”]包括一個帶有捕獲往復活塞和軸的缸蓋。在缸內(nèi)部和活塞的頂部上設置呈壓縮彈簧形式的偏壓件。偏壓件將活塞推至延伸位置。成形鋼材和輥成形工具也被固定在軸的端部。使一對結合的片材A，B接近下側座。隨后，通過對齊器準確定位第一片材A。之后，通過已知的方式，使上側框相對于第一片材A，與第二片材B對準。隨后，通過已知的方式或通過在PCT/US04/34238中披露并保護的真空系統(tǒng)(其可在本申請中結合使用)，可靠地將第一片材A固定就位。在以此方式固定就位后，進行接縫操作，通過固定至PPVU上的輥成形工具成形并接合第一片材A和第二片材B。在輥成形接觸點處，機械手的定位程序以相對于下側座形狀的表面垂線大致垂直的姿態(tài)定位PPVU。機械手的面板和下側座之間可編程定位的距離決定施加至片材表面上的壓力。該距離應能確保彈簧壓縮并通過輥成形工具反向施加一定量的力。通過機械手抵消由PPVU施加的力，其會固有地表現(xiàn)出包括其主體的鋼結構的柔性以及在包括其機械轉向節(jié)的齒輪傳動機構內(nèi)的間隙運動。機械手的柔性和間隙會引發(fā)定位錯誤。該錯誤為PPVU的物理位置與程序位置的物理位置之間的偏差。因此，需要程序的誤差校正。記錄總的誤差并在機械手偏離其本身時以時序順序以及以用于成形片材的時序壓力制表。使該表形成一種算法并將其用于校正PPVU的定位壓力程序中的偏差。一旦形成壓力，定位程序便控制機械手，以便可變化地控制面板和下側座之間的距離，同時，輥成形工具沿被成形和接合的片材A的接縫驅動。輥成形工具加壓成形材料A以使其重疊于材料B上，同時，通過下側座對其進行支承，從而完成接合操作。通過提供上面所述的用于片材成形和結合的設備和方法來實現(xiàn)這些和其它目的。附圖的簡要說明參照以下結合附圖對最佳實施例的詳細說明，將能更充分地理解本發(fā)明，其中，在所有的附圖中，相同的參考標號表示相同的部件，其中圖1為本發(fā)明最佳實施例的裝有定位壓力輥工具的機器的透視圖；圖2為由主輥的側面所示的、沿線2-2所示的本發(fā)明的輥工具組件的剖面圖，該圖說明了活塞處于其實質(zhì)卸載的充分延伸的位置處；。圖3為與圖2相似的本發(fā)明中輥工具組件的剖面圖，但其顯示了活塞處于其實質(zhì)裝載的局部延伸的位置處；圖4顯示了沿線4-4所示的輥組件的剖面圖，其顯示了主輥和修整輥，這兩個輥均具有平行的軸，這些軸可轉動地通過活塞軸安裝，該圖是沿平行的軸以軸向所示的；圖5為沿圖1中線4-4所示的片材的剖面圖，該圖顯示了處于完成成形之前位置處的材料；以及圖6為與圖5相似的視圖，該圖顯示了在它們的成形位置處的材料。對本發(fā)明的最佳實施例的詳細說明了本發(fā)明的最佳實施例。雖然所說明的實施例的結構是優(yōu)選的，但應想到在不脫離所描述的本發(fā)明的情況下，可采用本發(fā)明的替代結構。首先，參見圖1，以透視圖的形式顯示了通常標號為10的機器。機器10包括一上側框20和一下側座30。應理解所說明的機器10的結構是優(yōu)選的，不應將其理解為對本領域技術人員可想到的其它結構的限制。機器10固定有兩個片材部分，以便可以在不使片材部分偏移或移動至不適當位置處的情況下，進行接合工藝。兩個片材部分包括第一片材部分A和第二片材部分B。通過接縫接合在一起的兩個片材A和B形成一個整體部件，其中，第一片材部分A形成外部或表層，第二片材部分B形成內(nèi)部或支承結構。(如以下說明的那樣，在圖6中，以結合形式顯示了片材A和B)。如所說明的那樣，第一片材部分A和第二片材部分B具有大致方形結構，該結構能能夠形成大致方形整體部件。但是，應理解在本發(fā)明中，也適于采用其它的形狀。將片材A和B保持固定在上側框20和下側座30之間。簡而言之，片材A，B接近下側座30。下側座30包括一以流體方式與一真空源(未示出)相連的座表面32。隨后，通過對齊器34對第一片材A進行精確定位。之后，通過一機械手或線性滑動件使上側框20下降至準確位置處。通過從材料B中的框接合主定位孔伸出的定位銷，所述框使第一片材A相對于第二片材B定位。隨后，通過適用于其下側的真空裝置，將第一片材A固定就位。以此方式固定就位后，通過輥工具進行接縫操作，以便成形并使第一片材A與第二片材B接合。圖1顯示了PPVU作為與機械手52可操縱結合的組件50。PPVU組件50剛性安裝至可轉動地與機械手52相連的機械手面板54上。機械手52本身可操作地與計算機56相連。計算機56最好通過下面將進一步說明的特定程序實現(xiàn)機械手52的運動。PPVU組件50包括一個主輥工具58和一個修整輥工具60。以此方式，通過PPVU組件50安裝在可轉動固定的面板54上，根據(jù)所希望的操作，可轉動地選擇主輥工具58和修整輥工具60。在圖2和3中顯示了主輥工具58的剖面。輥組件50的剖面如圖4所示，并且，其顯示了主輥工具58和修整輥工具60。根據(jù)這些附圖，通過一具有安裝在缸66中的活塞端64的往復式輪轂62，通常可操作地使主輥工具58安裝在面板54上。如本領域所知道的那樣，缸66剛性作用于機械手的面板54上。偏壓件或彈簧68偏壓活塞端64離開缸66的端壁。作為使用所說明的彈簧偏壓件68的可選擇方案，在彈簧68的位置處可設置一個充氣缸，以實現(xiàn)必需的偏壓。以此方式，PPVU組件50提供了定位壓力輥工具，從而機械手面板54相對于下側座30的位置決定了在接縫S與輥72的磨損表面78之間的界面處所施加的壓力。主輥工具58包括一固定安裝在轂62中的軸70。主輥72通過一主軸承74可轉動地安裝在軸70上。軸70包括一用于相對于轂62保持主軸承74不動的主輥支承凸緣76。主輥72的外徑雖可采用各種尺寸，但最好采用本領域已知的標準尺寸90mm。特別參見圖4，主輥72具有硬化磨損表面78。將面板80旋擰至主輥72上，從而相對于主軸承74，將硬化的磨損表面78鎖定就位。修整輥工具60包括一根心軸82，該軸通過一列軸承84，由轂62可轉動地支承。軸承84設置在限定于轂62內(nèi)的凹腔86內(nèi)。鎖定件88通過螺紋固定在心軸82的一端，從而將軸承84夾持在它們之間。軸承84本身通過旋擰至轂62上的面板90被保持在轂62內(nèi)。工具插入件92可滑動地定位于限定在心軸82的一端的孔94內(nèi)，這一限定有孔94的心軸的端部與固定有鎖定件88的螺紋端相反。工具插入件92滑動裝配在孔94內(nèi)并且由一球形鎖定界面96可選擇地鎖定在應有的位置處。球形鎖定件采用了工業(yè)標準結構，該結構允許在除去工具插入件之前，通過經(jīng)檢查孔100推回滾珠軸承98并將彈簧102壓在止動塞104上，從而能夠除去工具插入件。工具92的外徑雖可采用各種尺寸，但是，最好采用本領域已知的標準尺寸20mm。如本領域已知的那樣，工具插入件92可以是階梯狀的，并且可具有兩個或更多具有不同直徑的表面。主輥工具58和修整輥工具60與本發(fā)明的機械手以及壓力系統(tǒng)一起工作。當未對被接合的材料施加壓力時，輥組件50的偏壓件68向活塞端向外延伸的位置推動活塞端64。相反，當通過機械手，可選擇地對輥組件50施加壓力時，通過被成形的材料的相反表面，可以往復運動地將活塞端64推入缸66內(nèi)。偏壓件(或充氣缸)68起到阻止活塞端64向內(nèi)運動的作用。部件(或充氣缸)68的偏壓與活塞端64成線性正比。直線行程的活塞端64的每一單元均運動至缸66內(nèi)，其以線性比例增加部件68的偏壓。在代替彈簧68使用充氣缸68的情況下，在其中充氣并且活塞端64移動至缸64內(nèi)。這一線性關系為機械手工作制定位置壓力變化程序的基礎。操作下面，將對機器10的操作進行概括性說明。當開始操作時，上側框20已處于其提升位置處，從而假定已完成接縫操作并且已移開了被接縫的部分，因此，保留下側座30排空。最初，將已知量的膠粘劑(如圖5中所示的“M”)涂敷至接近的表面區(qū)域，在該處，第一片材A與第二片材B接合。利用膠粘劑確保片材更徹底的連接。如果希望，可以使膠粘劑與一個片材或兩個片材接合。已知的膠粘劑可以包括本領域已知的填充有玻璃珠的制品。隨后，通過人員操作者或通過本領域已知的可編程序邏輯控制器操縱機器10。無論操作者的類型如何，在后文中均將其統(tǒng)稱為“操作者”。一旦已將膠粘劑選擇涂敷至片材A和B上，操作者則使第一片材A和第二片材B結合在一起，隨后，將結合的片材置于座表面32上，并且，使第一片材A朝下(即，將第一片材A的外表面置于座表面32上)。隨后，通過操縱第二氣壓源起動對齊器組件34(雖然顯示了兩臺對齊器，但應理解每一側最好有一臺或兩臺對齊器)，以使定位指前進至它們的接合和定位位置處。在以此方式接合后，第一片材A相對于座表面32定位。這種布置能夠促進第一片材A的可靠微觀定位。隨后，操作者接合機械手或線性滑動件(均未示出)以使上側框20下降至與材料B接合的位置處。機械手的控制部分確保上側框20以精確的姿態(tài)移動。一旦第一片材A就位，便起動真空源以在第一片材A的表面和多個真空槽(未示出)之間形成真空。因此，固定第一片材A。通過固定在機器10內(nèi)的第一片材A與第二片材B的結合組件，起動氣壓源(未示出)并且牽引對齊器34的指狀件離開它們的所說明的定位位置達到大致水平的位置。在以此方式定位后，指狀件將不會與隨后的成形操作發(fā)生干涉。隨后，通過繞第一片材A與第二片材B的結合體的周邊形成接縫，進行成形操作。參見圖5和6，成形操作分兩步進行。首先，從大致直立的位置A至最終成形位置A’形成凸緣F。接著，從大致直立的位置A’至最終成形位置A”形成凸緣F。接著，從預成形位置A’至最終成形位置A”形成凸緣F。形成所述接縫S以鎖定并接合第一和第二片材A和B。如上面強調(diào)的那樣，第一片材A與第二片材B的接縫是通過主輥工具58或修整輥工具60來實現(xiàn)的。兩個輥58，60之間的選擇是根據(jù)被接縫材料的接近性來實現(xiàn)的。特別是，在主輥工具58對于實際拐彎而言過大以致引起第二片材B產(chǎn)生不理想變形的情況下或在結合的片材的表面區(qū)域表現(xiàn)出相對于機架在內(nèi)部和外部之間流動的緊密徑向形式(tightradialform)，從而導致較大主輥工具58的使用不切實際的情況下，均可選擇修整輥工具60。本發(fā)明提供的一個優(yōu)點在于能夠控制主輥工具58和修整輥工具60的機械手52的脫機編程。當接合主輥工具58以進行接縫操作時，應預先考慮到機械手52會產(chǎn)生本身能夠引發(fā)定位誤差的一定量的結構偏差及其配合間隙。本發(fā)明在起初的脫機編程和隨后的編程期間，能夠對該誤差進行校正，從而能夠形成不會喪失精確度的高重復性精確接縫。通過裝入計算機56的校正程序能夠消除誤差，該程序在成形片材時，能夠控制機械手52的定位鉸鏈軸以及輥58，60的可變化壓力。一旦完成第一片材A與第二片材B的成形和接合，便從第二片材B移開上側框20，并且，切斷真空源208，從而使第一片材A再次從座表面32移動。從座表面32的頂部卸下結合成的片材A和B并加裝下一對片材A和B。由此，重復接合和接縫操作。本領域技術人員應從前面的描述理解本發(fā)明的廣義技術教導可以采用各種形式來實現(xiàn)。因此，雖然已結合本發(fā)明的特定實施例對本發(fā)明進行了說明，但是，由于通過研究附圖、說明書和以下的權利要求，本領域技術人員能夠了解其它的改進形式，因此，本發(fā)明的實際范圍不應受到限制。權利要求1.一種用于成形和接合第一片材和第二片材的設備，該設備包括一個用于固定第一片材的座；一個可操縱地與所述座相聯(lián)系的機械手；一個定位壓力輥工具，其用于成形并接合第一片材和第二片材，所述定位壓力輥工具可操縱地與所述機械手相聯(lián)系。2.根據(jù)權利要求1所述的設備，其還包括一臺具有輥工具驅動程序的計算機，該計算機可操縱地與所述機械手和所述定位壓力輥工具相聯(lián)系。3.根據(jù)權利要求1所述的設備，其還包括一個偏壓件，其用于在成形并接合第一片材和第二片材期間，將所述定位壓力輥工具偏壓在第二片材和第一片材上。4.根據(jù)權利要求3所述的設備，其中所述偏壓件為彈簧。5.根據(jù)權利要求3所述的設備，其中所述偏壓件包括一充氣缸。6.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述定位壓力輥工具包括一個主輥和一個修整輥。7.根據(jù)權利要求6所述的設備，其中所述主輥和所述修整輥擁有一個公共的轂，所述公共的轂可轉動地固定在所述機械手上。8.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述座包括一個周面，所述第一片材和第二片材設置在該周面上以便通過所述定位壓力輥工具進行成形和接合。9.一種用于成形和接合第一片材和第二片材的設備，所述第一片材具有周邊，所述周邊具有一定輪廓，所述設備包括一個用于固定第一片材的座，所述座包括一材料接觸部分，所述材料接觸部分基本上與所述第一片材的周邊輪廓配合；一個可操縱地與所述座相聯(lián)系的成形和接合組件，該組件包括一個機械手和一個定位壓力輥工具，所述定位壓力輥工具包括一個輥，該輥用于通過在座和所述輥之間滾壓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；以及一臺具有輥工具驅動程序的計算機，該計算機可操縱地與所述機械手和所述定位壓力輥工具相聯(lián)系。10.根據(jù)權利要求9所述的設備，其還包括一個偏壓件，其用于在成形并接合第一片材和第二片材期間，將所述定位壓力輥工具偏壓在第二片材和第一片材上。11.根據(jù)權利要求10所述的設備，其中所述偏壓件為彈簧。12.根據(jù)權利要求10所述的設備，其中所述偏壓件包括一充氣缸。13.根據(jù)權利要求9所述的設備，其中所述定位壓力輥工具包括一個主輥和一個修整輥。14.根據(jù)權利要求13所述的設備，其中所述主輥和所述修整輥擁有一個公共的轂，該公共的轂可轉動地固定在所述機械手上。15.根據(jù)權利要求13所述的設備，其中所述修整輥包括一個工具插入孔和一個可互換的工具插入件。16.根據(jù)權利要求15所述的設備，其中所述修整輥還包括一個用于可選擇地接合所述可互換的工具插入件的球形鎖定件。17.一種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邊，所述周邊具有一定輪廓，該方法包括將第一片材固定在一個座中，以便使所述第一片材的周邊支承在所述座的材料接觸部分上；將第二片材放置在所述第一片材的頂部上；相對于所述座定位具有定位壓力輥工具的機械手，其中，所述定位壓力輥工具具有一個輥，以便所述輥接合從所述伸出的凸緣；以及操縱所述機械手以使所述定位壓力輥工具沿工具路徑運動，以便所述輥在所述第二片材的周邊形成所述凸緣，其中，所述機械手相對于座的位置決定了所述輥和所述材料接觸部分之間施加的壓力。18.根據(jù)權利要求17所述的方法，其還包括執(zhí)行用于操縱所述機械手的控制器中的輥工具驅動程序，以便通過沿垂直于所述工具路徑的方向、相對于材料接觸部分定位所述定位壓力輥工具，從而沿所述工具路徑改變所述施加的壓力。19.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中所述局部壓力輥具有一個第二輥，該所述方法還包括重新定位所述機械手，以便所述第二輥接合從所述周邊伸出的凸緣；以及操縱所述機械手以使所述定位壓力輥工具沿第二工具路徑運動，以便所述第二輥在所述第二片材的周邊形成所述凸緣。20.根據(jù)權利要求19所述的方法，其中所述第一工具路徑的一部分與第二工具路徑的一部分重疊，以便進行最初的成形操作，并且，所述第二輥執(zhí)行隨后的成形操作。21.根據(jù)權利要求19所述的方法，其中所述第一工具路徑與所述第二工具路徑相距一定距離，以便所述輥形成所述凸緣的第一部分，所述第二輥形成所述凸緣的第二部分。22.根據(jù)權利要求17所述的方法，其還包括在所述第一片材和第二片材的至少一個上涂敷膠粘劑，以便在成形和接合時，所述第一片材粘結至第二片材上。全文摘要一種用于成形和接合設置在座(30)中的第一片材(A)和位于第一片材頂部上的第二片材(B)的設備和方法。該設備包括一個用于執(zhí)行成形和接合操作的定位壓力輥工具或定位壓力變化單元(50)。PPVU(50)可操縱地與呈機械手(52)形式的可編程定位設備相聯(lián)系，從而機械手(52)相對于座(30)的位置決定在輥(72)和座(30)之間的界面處施加的壓力。文檔編號B21D39/02GK1882401SQ200480034314公開日2006年12月20日申請日期2004年11月19日優(yōu)先權日2003年11月21日發(fā)明者喬納森·萊奧·坎彼安申請人:喬納森·萊奧·坎彼安