專利名稱：無水焊接系統(tǒng)的制作方法
申請(qǐng)人以此根據(jù)美國(guó)申請(qǐng)序號(hào)No.____要求優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)是1995年4月19日提出、且頒布為美國(guó)專利No.5,742,022的美國(guó)申請(qǐng)No.424,933的部分繼續(xù)申請(qǐng)，并且基于1998年8月5日提出的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.60/095385要求優(yōu)先權(quán)。特引入美國(guó)申請(qǐng)No.____的完全公開，以供參考。
本發(fā)明一般涉及一種供電焊系統(tǒng)用的改進(jìn)的基于電阻焊接的焊槍組件，更具體地說，涉及一種選擇性地包括基于電阻的力控制器或機(jī)械非電氣閉環(huán)冷卻系統(tǒng)、以消除對(duì)工廠提供的設(shè)施的需要的組件。
電阻焊接利用電的流動(dòng)把兩個(gè)或多個(gè)重疊金屬工件彼此永久地連接。典型地，金屬工件置于電焊系統(tǒng)焊槍組件的兩個(gè)相對(duì)電極之間。強(qiáng)迫電極彼此接近，直到其末端在足以?shī)A持工件，并且保證電極與工件之間的適當(dāng)電氣接觸的壓力下接觸工件的外表面。然后引導(dǎo)電流從一個(gè)電極末端路經(jīng)夾持的工件流到另一個(gè)電極末端。工件在生成的電路中起導(dǎo)體作用，并且在金屬之間界面處的電流流動(dòng)的電阻產(chǎn)生熱。每個(gè)工件受影響的金屬選擇性地被熔化，并且與相鄰工件的熔化金屬相互作用，以而在電極末端接觸點(diǎn)處形成永久把工件粘結(jié)在一起的焊接熔核。
多個(gè)因素與焊接熔核的產(chǎn)生有關(guān)，包括電極末端與工件之間的接觸力和面積、電流流動(dòng)值、電流流動(dòng)持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度、工件缺陷程度、及甚至電極末端本身的狀態(tài)。
先有技術(shù)講授了產(chǎn)生適當(dāng)焊接熔核的重要性。因此，即使有顯著的工件缺陷，也由于有大的力、電流值、和電流施加次數(shù)，而使焊接系統(tǒng)過分配置成產(chǎn)生焊接熔核。然而，許多生成的焊接點(diǎn)仍然有缺陷。因此，一般添加占總焊接點(diǎn)的25％的焊接點(diǎn)以保證適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)完整性。
而且，對(duì)于可能工件缺陷的這種過補(bǔ)償導(dǎo)致電極末端在末端與相配工件之間的接觸點(diǎn)處的顯著大變形(擴(kuò)大)。如果不適當(dāng)?shù)乩鋮s電極末端，則電極經(jīng)歷過分的末端磨損、變形、末端粘著及甚至末端熔化，所有這些都導(dǎo)致差的焊接質(zhì)量、和增加的維修費(fèi)用。在電極末端處大量熱的產(chǎn)生也導(dǎo)致大量熱累積在焊接控制單元、變壓器、及布置在電極與變壓器之間的次級(jí)(即大電流)電纜中。
況且，對(duì)夾持工件施加連續(xù)的大電極力，要求使用大的壓縮空氣源。壓縮空氣保證致動(dòng)各種氣缸，以相對(duì)于要夾持在焊槍電極之間的工件而定位焊槍電極、且產(chǎn)生力。
復(fù)雜空氣和水系統(tǒng)及其多根軟管和相應(yīng)管路、閥等，與控制器和供給機(jī)構(gòu)相組合的使用，大地增加了制造費(fèi)用。據(jù)估計(jì)，電焊系統(tǒng)總成本的約25％能歸因于外部空氣和水冷卻循環(huán)系統(tǒng)的使用。
典型的電焊系統(tǒng)必須專門設(shè)計(jì)、建造、和測(cè)試，需要多個(gè)熟練工種的服務(wù)。在供應(yīng)商的這種測(cè)試之后，檢驗(yàn)的焊接系統(tǒng)然后拆卸、運(yùn)輸、及在最終制造設(shè)施處重新安裝。這樣的中間步驟顯著增加了提供完整電焊系統(tǒng)的時(shí)間滯后。況且，設(shè)計(jì)和測(cè)試設(shè)施、以及最終制造設(shè)施，必須花費(fèi)大量資金并且對(duì)空氣和水冷卻循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)投資。
問題不限于電焊系統(tǒng)本身的制造。要求的較大水冷卻和空氣循環(huán)系統(tǒng)的連續(xù)維修問題是昂貴的。據(jù)估計(jì)，典型電焊系統(tǒng)可能超過80％的停機(jī)時(shí)間，可以歸因于空氣軟管群、及與相應(yīng)管路、閥等相組合的供給和返回冷卻水軟管。
有需要復(fù)雜水和空氣供給循環(huán)系統(tǒng)的附加成本。每個(gè)電焊系統(tǒng)成為獨(dú)特的。必須使軟管的每段長(zhǎng)度、管路或?qū)Ч苤械拿總€(gè)彎、及用于各種冷卻水附件的每種選擇布置適合具體焊接系統(tǒng)。軟管群(貶意地稱作“意大利面條”)的運(yùn)動(dòng)學(xué)不能被準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)或模型化。因而，在每個(gè)工作單元中的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)必須在現(xiàn)場(chǎng)一步一步地輸入，以保證軟管不纏連。同樣由于壓縮空氣和水軟管及有關(guān)元件的增多，顯著減小了其中機(jī)械手可以運(yùn)動(dòng)伸到例如焊接點(diǎn)的生成“窗口”，從而進(jìn)一步使問題惡化。因而，延長(zhǎng)了編程機(jī)械手的時(shí)間，并且顯著增大了處理工件的生成過程時(shí)間。
在具有大量電焊系統(tǒng)的制造廠中，必須單獨(dú)建造、安裝、和維修的每個(gè)電焊系統(tǒng)的總成本是昂貴的。因而，需要提供一種盡量減小或消除上述一個(gè)或多個(gè)問題的改進(jìn)電焊系統(tǒng)。
本發(fā)明旨在一種供電焊系統(tǒng)用的改進(jìn)焊槍組件，該電焊系統(tǒng)包括各種特征，以消除帶有其附屬?gòu)?fù)雜性、費(fèi)用、和維修問題的基于外部裝置的外部空氣和水冷卻循環(huán)系統(tǒng)的需要。
本發(fā)明的第一方面包括一種具有相對(duì)電極的焊槍，該電極在一個(gè)預(yù)定范圍內(nèi)可持續(xù)分離，用來通過至少兩個(gè)金屬工件提供焊接電流。該焊槍包括一個(gè)焊接二級(jí)電路，包括變壓器二級(jí)繞組，與一個(gè)變壓器和焊接控制器組合；及一個(gè)電氣致動(dòng)、電子控制的致動(dòng)器，可操作地聯(lián)接到焊槍上。該致動(dòng)器能夠把電極運(yùn)動(dòng)到多個(gè)電極隔離中距離的任意一個(gè)，電極適于在小心控制的力值下接觸工件。最好，電極柔和地接觸工件(即用準(zhǔn)確控制的極小力)。對(duì)于低功循環(huán)焊接，不用冷卻，不需要另外的特征。對(duì)于高功循環(huán)，一個(gè)基于電阻的力控制器可結(jié)合聯(lián)接到致動(dòng)器上的主控制器而工作，以便按照包括由基于電阻的力控制器產(chǎn)生的信號(hào)的預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，來控制致動(dòng)器。
在操作中，致動(dòng)器最好包括一個(gè)校準(zhǔn)步驟，其中對(duì)于以預(yù)定力值彼此接觸的相對(duì)電極復(fù)位到零。在該點(diǎn)處，能使用閉合位置二級(jí)電阻值，以確定電極的狀態(tài)。如有必要，能產(chǎn)生用于末端修整的請(qǐng)求。
最好，當(dāng)電極選擇性地嚙合工件時(shí)，焊接二級(jí)電路提供一條高傳導(dǎo)性的電流路徑，其中工件比二極電路導(dǎo)電性差。而且，基于電阻的力控制器最好包括至少四根引線，一根激勵(lì)引線一般引到諸電極臂的每一個(gè)，而一根測(cè)量引線也引到電極臂的每一個(gè)。在操作中，當(dāng)電極沒有與工件接觸時(shí)，基于電阻的力控制器借助于每根激勵(lì)引線通過所述二級(jí)電路施加電流，選擇性地激勵(lì)二級(jí)電路，并且借助于每根測(cè)量引線選擇性地測(cè)量二級(jí)電路的電阻。
當(dāng)就要焊接工件時(shí)，力控制器激勵(lì)二級(jí)電路，并且測(cè)量二級(jí)電路的總電阻、和致動(dòng)器把預(yù)定力施加到工件上之后的工件導(dǎo)管路徑的生成電阻。把工件導(dǎo)管路徑的計(jì)算電阻與預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)相比較。如果電阻不在預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，例如當(dāng)工件帶有意想不到的缺陷時(shí)，則力控制器選擇性地產(chǎn)生一個(gè)到致動(dòng)器的信號(hào)，以通過一個(gè)預(yù)定增量調(diào)節(jié)由致動(dòng)器施加到工件上的預(yù)定力。重復(fù)性的過程繼續(xù)，直到滿足預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，并且焊槍組件然后產(chǎn)生一次或多次焊接。另外，力控制器可以連續(xù)地監(jiān)視和測(cè)量電阻(電壓降)，同時(shí)焊槍控制持續(xù)地增大力。當(dāng)達(dá)到適當(dāng)值以產(chǎn)生焊接時(shí)，力控制器可以中斷焊槍控制。
產(chǎn)生顯著的優(yōu)點(diǎn)。首先，電阻值的檢測(cè)、和關(guān)于諸如力、電流、電壓和電極位移之類焊接參數(shù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化的控制，有助于保證一致良好的焊接熔核。因而，對(duì)于特定部分需要的焊接熔核數(shù)量顯著減小。第二，利用電阻值的檢測(cè)可保證適當(dāng)電路的電阻值已經(jīng)形成在兩個(gè)電極與工件之間，從而允許使用低得多的施加到工件上的電極力。這樣一種較低的力使諸如電極末端、和焊槍機(jī)構(gòu)損壞之類的焊槍退化減至最小。第三，減小噴濺，噴濺是關(guān)于最好用來產(chǎn)生焊接熔核的熔化金屬的不希望損失。第四，電極具有精確和無限打開位置，減小了循環(huán)時(shí)間。第五，減小了電極變形，從而相等的電流允許較高的電流密度。這些和其他優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合允許在產(chǎn)生溫度處成功焊接，而不需要基于外部設(shè)施的水冷卻。
因而，即使在“高功循環(huán)”過程中，不基于設(shè)施的隔離冷卻機(jī)構(gòu)的使用也是可能的。一種這樣的機(jī)構(gòu)包括一個(gè)住復(fù)式冷卻劑熱提取器。該提取器包括一種高傳導(dǎo)性的冷卻劑；一個(gè)帶有諸如機(jī)械操作的活塞之類的致動(dòng)器的缸；一個(gè)熱交換器；及一個(gè)用于冷卻劑的閉環(huán)系統(tǒng)，包括致動(dòng)器和熱交換器。在操作中，當(dāng)操作焊槍組件時(shí)，一個(gè)活塞在缸中運(yùn)動(dòng)以循環(huán)冷卻劑，從而從熱源拾取熱，并且通過熱交換器釋放熱。
最好，活塞機(jī)械連接到焊槍上。一個(gè)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)產(chǎn)生在焊槍的相對(duì)電極之間，并且一根機(jī)械連桿然后固定到活塞和焊槍上。機(jī)械連桿的第一端固定到旋轉(zhuǎn)電極上，而第二端固定到活塞上。中間部分固定到電極臂之間的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)上。包含冷卻劑的管線包括各種路徑和單向閥，以在冷卻劑從熱元件除去熱和消散熱時(shí)控制冷卻劑的運(yùn)動(dòng)。
第二種不基于工廠的隔離冷卻機(jī)構(gòu)包括一個(gè)皮囊裝置。一個(gè)單向閥布置在一個(gè)熱源與一個(gè)熱交換器之間，并且一個(gè)第二單向閥布置在熱源與皮囊之間。當(dāng)冷卻劑隨著熱量添加而膨脹時(shí)，它從熱源通過第一單向閥流到熱交換器，皮囊膨脹以容納來自膨脹冷卻劑的增大體積。第一單向閥在冷卻劑膨脹結(jié)束時(shí)選擇性地關(guān)閉，同時(shí)第二單向閥選擇性地打開，以在來自皮囊的力作用下把冷卻劑重新供給到熱源。
第三種不基于工廠的隔離冷卻機(jī)構(gòu)僅依賴于與電極臂本身有關(guān)的自然傳導(dǎo)和對(duì)流。在與適于接收電極的容器相鄰的區(qū)域中，使每個(gè)臂的質(zhì)量和外表面面積最大，從而熱量可以從電極傳導(dǎo)到外表面，并且通過對(duì)流消散。為了增大臂的表面面積，可以使用一列帶有限定在其間的通道或在臂內(nèi)的開口的肋或波紋。
在閱讀如下詳細(xì)描述、權(quán)利要求書、和附圖時(shí)，將使本發(fā)明的特征和創(chuàng)造性方面變得更加明白，如下是附圖的簡(jiǎn)要描述

圖1是在帶有基于電阻的力控制器的電焊系統(tǒng)中使用的焊槍組件的示意圖。
圖2A、2B、和2C是表示使用基于電阻的力控制器以確定二級(jí)電阻的示意圖。
圖3是在帶有基于電阻的力控制器的電焊系統(tǒng)中使用的、且進(jìn)一步包括在二級(jí)電路內(nèi)的一根空氣冷卻跨接電纜的一種焊槍組件的第二實(shí)施例的示意圖。
圖4是在帶有基于電阻的力控制器的電焊系統(tǒng)中使用的、且進(jìn)一步包括一個(gè)用于變壓器和電極每一個(gè)的閉環(huán)冷卻系統(tǒng)的一種焊槍組件的第三實(shí)施例的示意圖。
圖5是在帶有基于電阻的力控制器的電焊系統(tǒng)中使用的、且進(jìn)一步包括一個(gè)用于變壓器和電極每一個(gè)的閉環(huán)冷卻系統(tǒng)以及一根空氣冷卻跨接電纜的一種焊槍組件的第四實(shí)施例的示意圖。
圖6是在帶有基于電阻的力控制器的電焊系統(tǒng)中使用的、且進(jìn)一步包括一個(gè)基于焊槍致動(dòng)器的機(jī)械運(yùn)動(dòng)而用于變壓器的閉環(huán)冷卻系統(tǒng)的一種焊槍組件的第五實(shí)施例的示意圖。
圖7是在帶有基于電阻的力控制器的電焊系統(tǒng)中使用的、且進(jìn)一步包括一個(gè)基于焊槍致動(dòng)器的機(jī)械運(yùn)動(dòng)而用于變壓器的閉環(huán)冷卻系統(tǒng)以及一根空氣冷卻跨接電纜的一種焊槍組件的第六實(shí)施例的示意圖。
圖8是關(guān)于本發(fā)明操作的流程圖。
圖9是包括提供輔助表面面積的槽和開口以提高對(duì)流的一種焊槍組件的一部分。
本發(fā)明涉及在電焊系統(tǒng)中使用的一種改進(jìn)的基于電阻焊的焊槍組件20，如圖1中所示。為了易于理解，借助于示意圖表示各種關(guān)鍵元件，并且已經(jīng)消除了對(duì)以后的權(quán)利要求書不是根本的元件。然而，關(guān)于具體元件的詳細(xì)信息能在共同待決申請(qǐng)序號(hào)____中找到，這些具體元件能并入基于焊接的焊槍組件20的一個(gè)可能實(shí)施例中，焊槍組件20信息包括關(guān)于主機(jī)控制、焊接控制、電氣致動(dòng)器系統(tǒng)、變壓器、及焊槍的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的具體信息，該申請(qǐng)的整個(gè)說明書特此編入供參考，并且增加如下描述。
組件20適于進(jìn)行電阻焊接操作。它包括帶有相對(duì)電極24和26的焊槍22，電極24和26可在預(yù)定范圍內(nèi)持續(xù)地隔離，以便選擇性地通過至少兩個(gè)工件28和30提供焊接電流。每個(gè)電極24和26在接觸相應(yīng)工件28和30的外表面34的有關(guān)末端32處終止。
組件20包括一個(gè)用來把焊接電流提供到電極24和26的變壓器36，如由二級(jí)電路線38所示。一個(gè)焊接控制器40又可操作地連接到變壓器36上，如由線42所示。
焊槍22包括一個(gè)其上安裝電極26的固定臂44、和一個(gè)其上安裝電極24的可旋轉(zhuǎn)臂46，臂46相對(duì)于臂44繞一個(gè)固定旋轉(zhuǎn)點(diǎn)48旋轉(zhuǎn)。一個(gè)電氣致動(dòng)電子控制致動(dòng)器50包括一個(gè)固定缸52和一個(gè)直線可運(yùn)動(dòng)的活塞54，活塞54的一個(gè)自由端56借助于一個(gè)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)58可旋轉(zhuǎn)地連接到臂46上。致動(dòng)器50能夠把電極24運(yùn)動(dòng)到相對(duì)于電極26的多個(gè)預(yù)定間隔距離的任一個(gè)處。致動(dòng)器50包括一個(gè)測(cè)量缸52內(nèi)活塞54的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的用于過程監(jiān)視的傳感器59，如相互計(jì)算電極24和26末端的位移監(jiān)視。致動(dòng)器50也能夠準(zhǔn)確和重復(fù)地把預(yù)定力施加到夾持在電極24和26之間的工件28和30上。如下面討論的那樣，致動(dòng)器50在實(shí)際提高焊接質(zhì)量的同時(shí)使施加的力最小。只表示一種可接受的致動(dòng)器50。如由熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員所認(rèn)識(shí)的那樣，其他可接受的致動(dòng)器包括線性電機(jī)、機(jī)械手、球和螺旋系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、及凸輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
致動(dòng)器50和焊接控制器40都可操作地連接到一個(gè)主控制器60上。主控制器60可以是一個(gè)個(gè)人計(jì)算機(jī)。主控制器60利用軟件/硬件，并且和與其通信的包括力、電流、電壓、位移和電阻傳感器的各種單元相結(jié)合地工作，以便對(duì)于具有最小熱輸出的高質(zhì)量焊接允許焊接參數(shù)(即力、電流、和焊接時(shí)間)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)和連續(xù)優(yōu)化。
一個(gè)基于電阻的力控制器66也借助于一根線68可操作地連接到主控制器60上?？刂破?6包括至少四根引線70、72、74和76。如圖所示，激勵(lì)引線70和72分別引到靠近電極24和26的臂46和44的部分，而測(cè)量引線74和76分別引到靠近電極24和26的臂46和44的部分。最好，引線70和74、及引線72和76在臂46和44的相同部分終止。
如在圖2A和2B最清楚表示得那樣，一個(gè)包括變壓器二級(jí)線圈的二級(jí)電路78一般由一個(gè)設(shè)備電路電流通路80限定。通路80的限定是通過臂46一部分的引線70和74的終端、進(jìn)入變壓器36的線38、臂44的一部分、及在引線72和76處終止。最好，二級(jí)電路78比工件28和30更易導(dǎo)電。在控制器66與焊槍22之間的引線70、72、74和76的布置在圖中僅是說明性的，只要他們形成二極電路78的一部分即可。況且，盡管為了解釋的目的獨(dú)立地表示控制器66，但它不必是一個(gè)獨(dú)立的控制器。例如，其功能能并入主控制器60或焊接控制器40中。
一般地，焊接操作依賴于交變電流(“AC”)。然而，如以上對(duì)于校準(zhǔn)提到的那樣，使用力控制器66時(shí)，一般使用直流(“DC”)。因而，電極24、26之一具有負(fù)極性，而另一個(gè)電極具有正極性。
在常規(guī)電阻焊接系統(tǒng)中，焊接力過大。根據(jù)最壞的焊接情況規(guī)定他們，其中要焊接的工件必須先彎曲，以在焊接力開始影響工件之間表面界面處的電阻之前，使他們接觸。
本發(fā)明通過測(cè)量電阻以確定最佳焊接力，來避免先有技術(shù)的問題。減小焊接力有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括延長(zhǎng)電極壽命，特別是在非冷卻狀態(tài)下，和降低致動(dòng)器要求。就較低的致動(dòng)器要求而論，設(shè)備和操作成本顯著地降低。與取決于基于設(shè)施的空氣循環(huán)系統(tǒng)的較常規(guī)壓縮空氣致動(dòng)器相反，一種電氣致動(dòng)、電子控制的致動(dòng)器50是可行的。焊接力減小也能限制產(chǎn)品的凹痕和提高焊接質(zhì)量。而且，諸如力、電流、電壓、及電極位移之類的焊接參數(shù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化的電阻值檢測(cè)和控制，大大增加了良好焊點(diǎn)的可能性。因此，需要償試去用較少的焊點(diǎn)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)完整性。據(jù)估計(jì)，約25％的焊點(diǎn)要添加到工件上作為保證。預(yù)期本發(fā)明將導(dǎo)致一致的焊接熔核形成、和熔化金屬噴濺的消除。而且，通過電極24和26的準(zhǔn)確和無限末端定位，將減少循環(huán)時(shí)間。
然而，更重要的是，這些各種改進(jìn)累積允許在產(chǎn)生溫度下的成功焊接，當(dāng)安裝到焊槍組件上時(shí)，不需要基于外部設(shè)施的帶有其相聯(lián)管線和硬件的水冷卻和空氣循環(huán)源。因而，根據(jù)本發(fā)明的焊槍組件20可以以大大減小的成本較簡(jiǎn)單地建造。據(jù)估計(jì)，高達(dá)焊槍組件總成本的25％與對(duì)空氣和水冷卻管線及其設(shè)施的需要有關(guān)。關(guān)于空氣和水管線的維修問題是焊槍組件停機(jī)時(shí)間的最重要原因之一。消除了這些原因。有與維修空氣和水的外部源有關(guān)的使用成本。這些也被消除。而且，空氣和水冷卻管線的消除大大地提高了機(jī)器人編程和焊槍可運(yùn)用性。
過程一般按如下工作，并且如圖2A、2B、2C和借助于圖8中的流程圖所示。首先，如圖8點(diǎn)90和圖2C中所示，電氣致動(dòng)器50對(duì)于彼此以預(yù)定力值接觸的電極24和26進(jìn)行重新零化。在這點(diǎn)，基于電阻的力控制器66使用引線70和72激勵(lì)二級(jí)電路78。使用測(cè)量引線74和76測(cè)量二級(jí)電路78的電阻。表示在圖2C中的在閉合位置的電阻值用來確定電極24和26的狀態(tài)，并且與預(yù)定電阻值相比較，以確定是否應(yīng)該產(chǎn)生對(duì)于末端修整的請(qǐng)求。
如在圖8的點(diǎn)92處和圖2A中所示，控制器60使用引線70和72與基于電阻的力控制器66連通，以激勵(lì)二級(jí)電路78。使用測(cè)量引線74和76測(cè)量帶有彼此分離的電極24和26的二級(jí)電路78的電阻。二級(jí)電路78的電阻可能隨溫度的變化而增大。如果這樣，那么當(dāng)在如此多次焊接之后有溫度增大時(shí)，可能需要進(jìn)行校準(zhǔn)。在打開位置(圖2A)的電阻值可以結(jié)合其他電阻測(cè)量使用，以計(jì)算或建立需要或希望的電阻值。
其次，如在步驟93、94、96和98處所示，機(jī)器人(未表示)首先把焊槍22定位在適當(dāng)焊接位置。然后致動(dòng)器50閉合焊槍22，從而電極24和26的末端32把一個(gè)編程的最小力施加到工件28和30上。一個(gè)可能的最小力是50磅，盡管如果把初始力設(shè)置成在上次焊接使用的力或在其附近，如同可以存儲(chǔ)在主控制器60中那樣，則循環(huán)次數(shù)可以減小。致動(dòng)器50將確認(rèn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了適當(dāng)?shù)淖钚【幊塘?。在上面為參考而編入的申?qǐng)中更詳細(xì)地討論了力檢測(cè)裝置的概念。然而，它包括一個(gè)可操作地聯(lián)接到焊槍20上用來檢測(cè)電極24和26之間的力的負(fù)載傳感器。負(fù)載傳感器(末表示)產(chǎn)生一個(gè)指示檢測(cè)力的力信號(hào)，并且把該信號(hào)傳送到控制器60。
一旦實(shí)現(xiàn)最小編程力，控制器66再次激勵(lì)二級(jí)電路78，如圖2B中和在圖8的點(diǎn)100處所示。測(cè)量引線74和76再次測(cè)量電阻。然而，測(cè)量的電阻是由與工件電流通路80并聯(lián)的二級(jí)電路78限定的焊接設(shè)備的電阻。工件電流通路80定義為由電極24和26結(jié)合工件28和30產(chǎn)生的電路。通過使用在圖2A中確定的電阻值，主控制器60能根據(jù)如下熟知的公式計(jì)算工件28和30的電阻RT＝(R1·R2)/(R1+R2)其中RT是二級(jí)電路和工件電流通路的組合電阻(如測(cè)量的那樣)，R1是二級(jí)電路的電阻(如測(cè)量的那樣)，及R2是工件電流通路的電阻(如計(jì)算的那樣)。當(dāng)然，如果必須測(cè)量輔助電阻，則根據(jù)取決于元件是否并聯(lián)、串聯(lián)、或其組合的公式RT＝1/((1/R1)+(1/R2)+(1/RN))或類似公式，可以改進(jìn)該公式，如熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員所熟知的那樣。況且，如以上提到的在整個(gè)時(shí)間上要求的那樣，能重新計(jì)算各種電阻。例如，當(dāng)電極24和26的末端開始磨損，但沒有到需要末端修整的點(diǎn)處時(shí)，在電極與工件28和30之間有擴(kuò)大的接觸面積。電阻變化能被補(bǔ)償，并且將導(dǎo)致焊接電流相對(duì)于時(shí)間的逐漸增大。
如果所計(jì)算的工件電阻離預(yù)定目標(biāo)值足夠近，如確定點(diǎn)102處所示，則通過在點(diǎn)104處與主控制器60和焊接控制器40通信而工件的電氣致動(dòng)器開始焊接，以產(chǎn)生焊接熔核。如果否，如點(diǎn)106處所示，則基于電阻的力控制器與控制器60通信，從而通過預(yù)定增量來適當(dāng)調(diào)節(jié)借助于致動(dòng)器50施加到工件28和30上的力。過程循環(huán)返回到點(diǎn)100，并且重復(fù)，直到達(dá)到目標(biāo)電阻值。
盡管已經(jīng)使用控制器60說明重復(fù)性過程，但應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，也可以利用諸如非重復(fù)模擬過程之類的其他手段。在這樣一種非重復(fù)模擬手段下，在工件28和30上的力連續(xù)增大的同時(shí)，力控制器60將連續(xù)地監(jiān)視和測(cè)量電阻(電壓降)，直至達(dá)到適當(dāng)?shù)闹禐橹?。一旦達(dá)到該值，就隔離力控制器60，并且產(chǎn)生焊接。
一旦完成焊接，就在點(diǎn)108處，焊接控制器40向致動(dòng)器50發(fā)信號(hào)。致動(dòng)器50打開焊槍22，并且向機(jī)器人發(fā)信號(hào)以前進(jìn)到下一個(gè)焊接位置，如在點(diǎn)110處所示。如在決定點(diǎn)112處所示，如果沒有完成由工件28和30代表部分的焊接，那么過程循環(huán)到點(diǎn)93，并且機(jī)器人(末表示)把焊槍22定位到下一個(gè)焊接位置。另外，如果完成工件28和30的焊接，那么機(jī)器人返回其原始位置，并且在到達(dá)時(shí)向主控制器60發(fā)信號(hào)，如點(diǎn)114處所示。最后，機(jī)器人在點(diǎn)116處等待下個(gè)循環(huán)的開始，并且循環(huán)在點(diǎn)90處再次開始。
基于電阻的力控制器66有多個(gè)重要特征。首先，控制器必須在焊接期間與二級(jí)電路78電氣隔離，以防止損壞控制器的電路。如果隔離是用物理開關(guān)實(shí)現(xiàn)，那么接觸電阻是一個(gè)關(guān)心的問題。然而，如果考慮用半導(dǎo)體裝置，那么電路設(shè)計(jì)必須適應(yīng)非線性和電流泄漏。第二，控制器66必須為電阻測(cè)量以低壓、大電流值(例如，10-100安培)提供穩(wěn)定的激勵(lì)。第三，控制器66必須能夠檢測(cè)甚至非常小的、在微歐姆量級(jí)上的電阻變化。第四，控制器66必須抑制電磁干擾(“EMI”)，以便分辨低電平信號(hào)。在實(shí)際中，預(yù)期控制器66將包括一個(gè)工業(yè)用微歐計(jì)，或包括一個(gè)高端電源的專用電路；及帶有適當(dāng)屏蔽的精確、低電阻單臂電橋，或測(cè)量低電阻的類似裝置。
為了進(jìn)一步有助于從組件20除去多余的熱量，焊接控制器40和變壓器36最好通過使用散熱片進(jìn)行空氣冷卻。因而，不使用冷卻水冷卻這些功率電子裝置。
本發(fā)明的第二實(shí)施例，一個(gè)焊槍組件120，表示在圖3中。焊槍組件120類似于組件20，但包括一個(gè)帶有布置在變壓器36與焊槍22之間的一個(gè)熱交換器的空氣冷卻無沖擊或跨接電纜系統(tǒng)120。二級(jí)電流電纜124、126、和128由周圍空氣冷卻，以在焊槍操作期間從組件除去多余熱量。當(dāng)焊槍尺寸或重量要求遠(yuǎn)程安裝變壓器的使用時(shí)，這樣一種物品可選擇地并入焊槍組件中，并且進(jìn)一步有助于從組件除去多余熱量，而不需要依賴于諸如水之類的軟管和工廠設(shè)施設(shè)備效用的外部冷卻系統(tǒng)。
只要本發(fā)明的焊槍組件用在“低功循環(huán)”環(huán)境中，則使用基于電阻的力控制器66結(jié)合以上指示的焊接參數(shù)的動(dòng)態(tài)控制、及變壓器36和二級(jí)電流電纜的周圍冷卻，一般足以用最小熱輸出提供高質(zhì)量焊接。然而，當(dāng)在“高功循環(huán)”環(huán)境中使用焊槍組件時(shí)，本發(fā)明包括利用機(jī)械、非電氣閉環(huán)冷卻系統(tǒng)通過電焊系統(tǒng)的大電流元件選擇性地抽吸高傳導(dǎo)性冷卻劑的輔助步驟。這樣的閉環(huán)冷卻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，他們實(shí)際包含在焊槍組件內(nèi)，并且是自循環(huán)的，如下面更詳細(xì)討論的那樣。因此，工廠設(shè)施設(shè)備不需要外部連接。跟隨的冷卻系統(tǒng)每個(gè)與焊槍組件的電氣系統(tǒng)電氣隔離。
一種這樣的閉環(huán)系統(tǒng)表示在圖4中所示的焊槍組件130中。焊槍組件130非常類似于圖1所示的組件，但包括一個(gè)用于電極24、26和變壓器36的獨(dú)立閉環(huán)冷卻系統(tǒng)132。這三個(gè)元件一般由于他們?cè)诤笜尣僮髌陂g承受的大電流負(fù)載而產(chǎn)生大部分熱量。還預(yù)見，單個(gè)系統(tǒng)132可以用于所有這三個(gè)元件，盡管在圖中表示有三個(gè)獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)。
冷卻劑系統(tǒng)132基于受由于焊接電流產(chǎn)生的熱量引起的蒸氣膨脹影響的循環(huán)冷卻流體的概念。每個(gè)冷卻劑系統(tǒng)132包括一種高傳導(dǎo)的冷卻劑134，冷卻劑134包含在一根管線135中，當(dāng)添加熱量時(shí)膨脹。系統(tǒng)132進(jìn)一步包括一個(gè)要冷卻的熱源、一個(gè)熱交換器136、一個(gè)包括一個(gè)彈性皮囊138的機(jī)械泵、及至少兩個(gè)單向閥140和142，它們都布置在管線135內(nèi)。在操作中，當(dāng)由電極24、26之一或變壓器36產(chǎn)生熱量時(shí)，冷卻劑膨脹。膨脹的冷卻劑從熱源經(jīng)單向閥140流動(dòng)并且進(jìn)入皮囊138中。從皮囊138，冷卻劑134選擇性地進(jìn)入消散大部分熱量的熱交換器136。皮囊138是彈性的，并且設(shè)計(jì)成相對(duì)于要求的偏移膨脹，以容納來自膨脹冷卻劑的增大體積。當(dāng)冷卻劑膨脹結(jié)束時(shí)(即一旦焊接完成)，第一單向閥140選擇性地關(guān)閉。然后第二單向閥選擇性地打開，以隨著皮囊返回其無偏移外形，在來自皮囊138的力作用下把冷卻劑重新供給到熱源。單向閥140和142有助于保證冷卻劑134僅在單向通過管線135運(yùn)動(dòng)。最好，這樣選擇冷卻劑134，從而使它在膨脹熱狀態(tài)是蒸氣狀的，而在冷卻狀態(tài)是流體狀的。
圖5公開了一種焊槍組件150。焊槍組件150非常類似于圖3中所示的組件，但包括用于以上討論的臂44、46、和變壓器36的一個(gè)獨(dú)立閉環(huán)冷卻劑系統(tǒng)132。
圖6用基于具有往復(fù)式軟芯熱提取器概念的一種閉環(huán)冷卻系統(tǒng)162的不同實(shí)施例，公開了一種焊槍組件160。冷卻系統(tǒng)162包括一種在一根管線165內(nèi)的高傳導(dǎo)性冷卻劑164、一個(gè)要冷卻的熱源(例如一個(gè)變壓器36)、一個(gè)熱交換器166、一個(gè)包括一個(gè)致動(dòng)器168的機(jī)械泵、及多個(gè)布置在管線165內(nèi)的單路單向閥170、172和174。機(jī)械致動(dòng)器168包括一個(gè)在缸178內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞176。活塞176在外端180處借助于一根第二機(jī)械連桿182，機(jī)械地連接到可運(yùn)動(dòng)臂46和致動(dòng)器50的活塞54上。
連桿182最好是直線的，并且在第一端184處可旋轉(zhuǎn)地固定到致動(dòng)器活塞54的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)58上，而在第二端186處可旋轉(zhuǎn)地固定到活塞176的外端180上。一個(gè)中間點(diǎn)188可旋轉(zhuǎn)地固定到在焊槍22的臂44與46之間的固定旋轉(zhuǎn)點(diǎn)48上。
管線165包括布置在缸178的第一端192與缸178的第二端194之間的一條第一冷卻劑通路190。單向閥172布置在通路190內(nèi)，以允許冷卻劑164從端部194向端部192運(yùn)動(dòng)。一條第二冷卻劑通路196布置在熱源(變壓器36)與缸178的第一端192之間。單向閥174布置在第二通路196內(nèi)，以允許冷卻劑164從第一端192運(yùn)動(dòng)到熱源中。一條第三冷卻劑通路198布置在熱源與熱交換器166之間。最后，一條第四通路200布置在熱交換器166與缸178的第二端194之間。單向閥170布置在通路200內(nèi)，允許冷卻劑164從熱交換器166運(yùn)動(dòng)到缸178的第二端194中。
在操作中，閉環(huán)冷卻劑系統(tǒng)162按如下工作。當(dāng)致動(dòng)器50的活塞54從其中電極24和26分離的停止位置，向其中電極24和26接觸工件28和30的致動(dòng)位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械致動(dòng)器168的活塞176從缸178的第一端192向第二端194運(yùn)動(dòng)。流體經(jīng)第一冷卻劑通路190從第二端194經(jīng)由單向閥172流入第一端192，旁通變壓器36和熱交換器166。然而，當(dāng)活塞54從致動(dòng)位置運(yùn)動(dòng)到停止位置時(shí)，活塞176從第二端194運(yùn)動(dòng)到第一端192。迫使冷卻劑164從第一端192通過熱源經(jīng)由通路196和198進(jìn)入熱交換器166中。從熱交換器166，冷卻劑164流入缸178的第二端194。因而，隨著在焊接已經(jīng)進(jìn)行后，致動(dòng)器從其致動(dòng)位置運(yùn)動(dòng)到其停止位置，熱量經(jīng)由熱交換器166從熱源除去。最好，這樣選擇冷卻劑164，從而使它在膨脹熱狀態(tài)下是蒸氣狀的，而在冷卻狀態(tài)下是流體狀的。
表示在圖7中的焊槍組件210以與圖6中所示的相同方式操作。然而，組件包括空氣冷卻跨接電纜系統(tǒng)122。
僅表示了閉環(huán)冷卻系統(tǒng)162的一個(gè)實(shí)施例。然而，可以想象，致動(dòng)器50可以向使用任何各種機(jī)械連接的焊槍系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)大電流區(qū)域提供冷卻。這樣一種方法的優(yōu)點(diǎn)在于，向焊槍組件提供要求的內(nèi)部冷卻，同時(shí)避免對(duì)于諸如基于水的之類的工廠設(shè)施冷卻系統(tǒng)的需要，如以上詳細(xì)討論的那樣。
圖8表明表示基于電阻的力控制器66使用的流程圖。然而，它還表示本發(fā)明的各種補(bǔ)充過程項(xiàng)。這些項(xiàng)包括用于初始系統(tǒng)校準(zhǔn)的致動(dòng)器50的使用、用于位移監(jiān)視的傳感器59的使用、及以上討論的冷卻系統(tǒng)132和162的使用。
圖9表示帶有僅取決于借助用來冷卻的大氣的自然對(duì)流、傳導(dǎo)和輻射的相對(duì)電極臂262和264的一種焊槍組件260的使用。焊槍組件260達(dá)到平衡，并且在通常焊接條件下保持該平衡超過6,000次焊接而不失效。況且，與堅(jiān)持要求復(fù)雜水冷卻系統(tǒng)的先有技術(shù)相反，在有足夠的電極臂材料存在，以支持從電極到用于對(duì)流的外表面的熱傳導(dǎo)時(shí)， 自然對(duì)流至今是關(guān)于焊槍組件熱消散的重要因素。熱消散的輻射作用是最小的。
因此，為了提高自然對(duì)流效果，焊槍組件260包括帶有沿外表面270限定在其間的通道268的多個(gè)肋266或波紋，以增大與電極相鄰的焊槍的表面面積和對(duì)流速率。在相鄰接收電極的容器272的區(qū)域中，表面面積需要最大化到可能的程度。隨著離開電極的距離增加，對(duì)流起冷卻的作用變小。
形成在相鄰肋之間的豎直延伸通道與水平延伸的肋相反，提供大大改進(jìn)的對(duì)流。然而，肋的主要目的在于通過增大可用表面面積改進(jìn)對(duì)流。肋本身可以延伸，以代表翅狀元件。
焊槍組件260還在各個(gè)電極臂中包括多個(gè)開口274。開口也增加可用于對(duì)流的表面面積。開口可以穿過整個(gè)臂延伸，或者在臂內(nèi)的各個(gè)位置結(jié)束，由此形成鉆孔。開口的數(shù)量和程度主要取決于，要保持的結(jié)構(gòu)完整性與提供必需傳導(dǎo)所需的足夠材料。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果熱量在對(duì)流開始之前流過較小距離，則需要較少材料。
為了起到把熱量消散到外焊槍組件表面的傳導(dǎo)作用，上和下電極臂262和264一般都具有類似的質(zhì)量，并且該質(zhì)量最好大于靠近電極的，特別是靠近電極的常規(guī)焊槍的質(zhì)量。通過使每個(gè)電極臂具有類似的質(zhì)量，大大地增強(qiáng)了組件260的熱平衡，盡量減小了系統(tǒng)失效的可能性。要求增加質(zhì)量以提供至外表面的適當(dāng)傳導(dǎo)，從而對(duì)流可以發(fā)生。一種最佳的電極臂材料是銅。
在自然對(duì)流不足夠的情況下，組件260可以包括一個(gè)或多個(gè)吹動(dòng)空氣穿過肋和通道的風(fēng)扇276，以進(jìn)一步提高熱量消散。通常推薦相對(duì)的風(fēng)扇，因?yàn)楣ぜ陌仓脮?huì)阻止空氣的流動(dòng)。除風(fēng)扇之外，電極臂262和264在焊接循環(huán)之間連續(xù)打開或閉合，以進(jìn)一步提高對(duì)流。臂本身可以包括葉片278，以增加對(duì)流氣流。
如下對(duì)于用于自然對(duì)流冷卻焊槍的要求豎直面積進(jìn)行粗略估計(jì)。主要假設(shè)是，能在整個(gè)時(shí)間段上平均來自輸入焊接過程的能量；假定輸入能量作用在焊槍組件的整個(gè)豎直表面面積上，并且穩(wěn)定的狀態(tài)存在。
輸入能量等于電流的平方乘以總電阻再乘以電流作用的時(shí)間，即E＝I**2*R*t(焦?fàn)?，其中R假定是0.001歐姆。典型的焊接過程具有施加較短時(shí)間的電流，接著是較長(zhǎng)時(shí)間的無電流。該模式重復(fù)多個(gè)循環(huán)，然后存在其中沒有電流通過的長(zhǎng)得多時(shí)間(例如焊槍組件的內(nèi)和外的部分運(yùn)動(dòng))。一個(gè)“周期”能定義為其中發(fā)生幾次焊接、除去第一部分、及插入下一個(gè)部分、準(zhǔn)備再次開始循環(huán)的總時(shí)間。當(dāng)在整個(gè)時(shí)間段上平均輸入能量，并且過程包括多個(gè)周期時(shí)，能把輸入能量考慮為在足夠長(zhǎng)時(shí)間下輸入的穩(wěn)態(tài)功率(注意以瓦特為單位的功率＝焦?fàn)柮棵?。
在第一實(shí)例焊接過程中，循環(huán)包括以9,000安培作用0.13秒，每4.43秒發(fā)生一次焊接。因此，在0與4.3秒之間無電流通過，然后在4.3與4.43秒之間施加9,000安培。周期是4.43秒長(zhǎng)。因此，E＝9,000**2*0.001*0.13＝10,773焦?fàn)?。?.43秒整個(gè)焊接過程上的平均功率是Q＝10,773焦?fàn)?4.43秒＝2,431.8瓦特。
在穩(wěn)定狀態(tài)下平衡輸入能量的要求面積是A＝Q/h(Tw-Ta)，其中Q是穩(wěn)態(tài)功率輸入，h是自然對(duì)流系數(shù)(對(duì)于豎直壁)，Tw是豎直壁的最大允許溫度，及Ta是周圍的空氣溫度。例如，假定Tw是250攝氏度，并且假定Ta是23攝氏度。因此，A＝2,431.8/20(250-23)＝0.54平方米，或約5.8平方英尺。
相同方法可以應(yīng)用于由如下參數(shù)給出的第二實(shí)例焊接過程16,000安培；0.13秒接通和然后1.87秒斷開；重復(fù)20次；及然后允許15秒部分變化。能量E＝16,000**2*0.001*0.13＝33.280焦?fàn)?。?5秒的整個(gè)周期上給出Q＝605.1瓦特。因此，要求的豎直面積是A＝605.1/20(250-23)＝0.13平方米，或約1.4平方英尺。
在兩個(gè)所示的例子中，即使電流在第二例子中較大(16 KA相對(duì)9KA)，并且完成每次焊接的時(shí)間較短(2秒相對(duì)于4.43秒)，要求的表面面積也較小。差別在于因?yàn)榭傊芷谝L(zhǎng)得多(55秒相對(duì)于4.43秒)。因而，對(duì)流在冷卻焊槍組件中起主要作用。使用足夠的表面面積，除以上討論的自然傳導(dǎo)和對(duì)流外，不需要其他冷卻機(jī)構(gòu)。
已經(jīng)公開了本發(fā)明的最佳實(shí)施例。然而，熟悉本專業(yè)的普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，在本發(fā)明的講授范圍內(nèi)能進(jìn)行某些修改。因此，應(yīng)該研究如下的權(quán)利要求書，以確定本發(fā)明的真正范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種在用來焊接至少一個(gè)金屬工件的電焊系統(tǒng)中使用的改進(jìn)焊槍組件，包括一個(gè)焊槍，帶有至少一個(gè)在預(yù)定范圍內(nèi)連續(xù)可分離的、用來經(jīng)工件提供焊接電流的電極；一個(gè)焊接二級(jí)電路；一個(gè)基于電阻的力控制器；及一個(gè)致動(dòng)器，可操作地聯(lián)接到所述焊槍上，用來把所述電極移動(dòng)到所述預(yù)定范圍內(nèi)的多個(gè)電極分離距離中的任意一個(gè)，按照預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)控制所述致動(dòng)器，所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)包括由所述基于電阻的力控制器產(chǎn)生的一個(gè)信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)焊槍組件，其中當(dāng)所述電極選擇性地嚙合所述工件時(shí)，所述焊接二級(jí)電路提供一條經(jīng)所述組件的高傳導(dǎo)性電流路徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述工件比所述二級(jí)電路傳導(dǎo)性差。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述基于電阻的力控制器包括至少四根引線，工件適于布置在兩根測(cè)量引線的每一根與兩根激勵(lì)引線的每一根之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述基于電阻的力控制器借助于所述激勵(lì)引線的每一根通過經(jīng)所述二級(jí)電路施加電流而選擇性地激勵(lì)所述二級(jí)電路，并且借助于所述測(cè)量引線的每一根而選擇性地測(cè)量第一電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述電流是直流。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述力控制器激勵(lì)所述二級(jí)電路，并且在所述電極接觸所述工件之前測(cè)量所述第一電阻。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述力控制器激勵(lì)所述二級(jí)電路，并且在所述致動(dòng)器把預(yù)定力施加到所述工件上之后測(cè)量第二電阻，及確定至少部分由所述第一電阻和所述第二電阻確定的計(jì)算電阻是否對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，如果所述計(jì)算電阻不在所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，則所述力控制器選擇性地產(chǎn)生所述信號(hào)，所述致動(dòng)器響應(yīng)所述信號(hào)，通過預(yù)定增量調(diào)節(jié)施加到所述工件上的所述預(yù)定力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的改進(jìn)焊槍組件，其中在實(shí)際焊接期間，所述基于電阻的力控制器與所述焊接二級(jí)電路電氣隔離。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的改進(jìn)焊槍組件，其中借助于物理開關(guān)和半導(dǎo)體裝置之一，把所述基于電阻的力控制器電氣隔離。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述致動(dòng)器是電氣致動(dòng)的、電子控制的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述組件沒有獨(dú)立的外部冷卻系統(tǒng)。
13.一種在用來焊接至少一個(gè)金屬工件的電焊系統(tǒng)中使用的改進(jìn)焊槍組件，包括一個(gè)焊槍，帶有在預(yù)定范圍內(nèi)連續(xù)可分離的、用來經(jīng)工件提供焊接電流的相對(duì)電極；一個(gè)焊接二級(jí)電路；一個(gè)電氣致動(dòng)的致動(dòng)器，可操作地聯(lián)接到所述焊槍上，用來把所述電極移動(dòng)到所述預(yù)定范圍內(nèi)的多個(gè)電極分離距離中的任意一個(gè)；一個(gè)基于電阻的力控制器，按照預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)控制所述致動(dòng)器，所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)包括由所述基于電阻的力控制器產(chǎn)生的一個(gè)信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述基于電阻的力控制器包括至少四根引線，兩根激勵(lì)引線如此布置，從而他們?cè)诎惭b工件的相對(duì)側(cè)，而兩根測(cè)量引線如此布置，從而他們?cè)诎惭b工件的相對(duì)側(cè)，所述基于電阻的力控制器借助于所述激勵(lì)引線的每一根通過經(jīng)所述二級(jí)電路施加電流而選擇性地激勵(lì)所述二級(jí)電路，并且借助于所述測(cè)量引線的每一根而選擇性地測(cè)量一個(gè)電阻。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述力控制器激勵(lì)所述二級(jí)電路，并且在所述電極接觸所述工件之前測(cè)量所述二級(jí)電路的電阻。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述力控制器激勵(lì)所述二級(jí)電路，并且在所述致動(dòng)器把預(yù)定力施加到所述工件上之后測(cè)量總電阻。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的改進(jìn)焊槍組件，其中借助于所述總電阻和所述二級(jí)電路的所述電阻來計(jì)算所述工件電流通路的電阻。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述組件沒有獨(dú)立的外部冷卻系統(tǒng)。
19.一種在帶有閉環(huán)冷卻劑系統(tǒng)的電焊系統(tǒng)中使用的改進(jìn)焊槍組件，包括一根冷卻劑管線；至少一個(gè)單向閥，布置在所述冷卻劑管線內(nèi)；一種高傳導(dǎo)性的冷卻劑，包括在所述冷卻劑管線內(nèi)；一個(gè)大焊接電流熱源；一個(gè)熱交換器，借助于所述冷卻劑管線連接到所述熱源上；及一個(gè)機(jī)械、非電氣冷卻劑泵。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的改進(jìn)焊槍組件，所述冷卻劑泵包括帶有一個(gè)機(jī)械操作活塞的缸，所述活塞在所述缸中響應(yīng)焊接電極分離距離的變化而運(yùn)動(dòng)，以便這樣循環(huán)所述冷卻劑，以致于所述冷卻劑從所述熱源拾取熱量，并且把所述熱量的至少一部分經(jīng)所述熱交換器釋放。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述組件包括一個(gè)焊槍，帶有至少一個(gè)其上安裝焊接電極的旋轉(zhuǎn)臂；和一個(gè)固定到所述活塞上的機(jī)械連桿，所述連桿的第一端可旋轉(zhuǎn)地固定到所述旋轉(zhuǎn)臂上，而第二端可旋轉(zhuǎn)地安裝到所述活塞上。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述旋轉(zhuǎn)臂繞一個(gè)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，所述連桿的中間部分可旋轉(zhuǎn)地固定到所述旋轉(zhuǎn)點(diǎn)上。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述閉環(huán)系統(tǒng)包括一條處在所述缸的一端與所述缸的第二端之間的第一冷卻劑通路，當(dāng)所述活塞從所述缸的所述第一端運(yùn)動(dòng)到所述第二端時(shí)，一個(gè)第一單向閥允許所述冷卻劑從所述第二端運(yùn)動(dòng)到所述第一端。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述閉環(huán)系統(tǒng)包括一條處在所述熱源與所述缸的所述第一端之間的第二冷卻劑通路、和一條處在所述熱源與所述熱交換器之間的第三冷卻劑通路。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的改進(jìn)焊槍組件，其中一個(gè)第二單向閥布置在所述第二和第三冷卻劑通路之一中，以便僅允許所述冷卻劑經(jīng)由所述熱源僅從所述缸的所述第一端流到所述熱交換器。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的改進(jìn)焊槍組件，其中一條第四冷卻劑通路布置在所述熱交換器與所述缸的所述第二端之間，一個(gè)第三單向閥布置在所述第四冷卻劑通路中，并且僅允許所述冷卻劑在所述熱交換器與所述第二端之間流動(dòng)。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的改進(jìn)焊槍組件，所述組件進(jìn)一步包括一個(gè)可運(yùn)動(dòng)致動(dòng)器，所述致動(dòng)器的一端選擇性地可在一個(gè)停止位置與一個(gè)致動(dòng)位置之間運(yùn)動(dòng)，當(dāng)所述致動(dòng)器從一個(gè)停止位置運(yùn)動(dòng)到一個(gè)致動(dòng)位置時(shí)，所述閉環(huán)系統(tǒng)旁通所述熱源和所述熱交換器。
28.根據(jù)權(quán)利要求19所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述冷卻劑泵包括一個(gè)彈性皮囊。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的改進(jìn)焊槍組件，其中第一單向閥布置在所述熱源與所述皮囊之間的所述冷卻劑管線中；及一個(gè)第二單向閥布置在所述熱源與所述熱交換器之間的所述冷卻劑管線內(nèi)，當(dāng)把熱量添加到所述熱源時(shí)，所述膨脹冷卻劑從所述熱源經(jīng)所述第一單向閥流到所述皮囊，并且選擇性地流到所述熱交換器。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述皮囊克服偏移膨脹，以容納來自所述膨脹冷卻劑的增大體積，當(dāng)所述冷卻劑膨脹結(jié)束時(shí)，所述第一單向閥選擇性地關(guān)閉，并且所述第二單向閥選擇性地打開，以便隨著皮囊返回其原始外形，在來自所述皮囊的力作用下重新供給冷卻劑。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述熱源是所述組件的電極和所述變壓器之一。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述冷卻劑在膨脹熱狀態(tài)下是蒸氣狀的，而在冷卻狀態(tài)下是流體狀的。
33.一種用來向金屬工件提供改進(jìn)焊接的方法，包括步驟當(dāng)相對(duì)電極不與工件接觸時(shí)，通過一個(gè)焊接二級(jí)電路測(cè)量第一電阻；通過所述焊接二級(jí)電路測(cè)量第二電阻，所述電路與接觸所述工件的所述電極并聯(lián)；及至少計(jì)算工件的電阻。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括如下步驟把所述計(jì)算電阻與預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)相比較，所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)包括在所述計(jì)算電阻與所述工件上的電極力之間的關(guān)系；及調(diào)節(jié)所述工件上的電極力，并且重新計(jì)算所述計(jì)算電阻，直到滿足所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，還包括如下步驟通過經(jīng)所述焊接電路測(cè)量第三電阻校準(zhǔn)所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，以確定所述電極的狀態(tài)，所述焊接電路與彼此直接接觸的所述電極并聯(lián)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，還包括如下步驟產(chǎn)生用于末端修整的請(qǐng)求。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，還包括如下步驟把電流施加到所述焊接二級(jí)電路上，并且同時(shí)測(cè)量所述第一電阻。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，還包括如下步驟把電流施加到所述焊接二級(jí)電路和工件上，并且同時(shí)測(cè)量所述第二電阻。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，還包括如下步驟電氣隔離一個(gè)在實(shí)際焊接操作期間用于所述第一和第二電阻的所述測(cè)量的基于電阻的力控制器。
40.一種借助于一個(gè)熱交換器冷卻在電焊系統(tǒng)中使用的改進(jìn)焊槍組件的大電流元件的方法，包括如下步驟把一個(gè)機(jī)械、非電氣冷卻劑泵連接到一個(gè)用來提供焊接電極分離距離變化的致動(dòng)器上；及借助于所述泵響應(yīng)所述致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)，在焊接電流熱源與熱交換器之間循環(huán)一種高傳導(dǎo)性冷卻劑。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，所述泵和所述致動(dòng)器中的至少一個(gè)包括一個(gè)可在一個(gè)缸中運(yùn)動(dòng)的活塞。
42.一種借助于一個(gè)熱交換器冷卻在電焊系統(tǒng)中使用的改進(jìn)焊槍組件的大電流元件的方法，包括如下步驟在所述焊接電流熱源與熱交換器之間的一根閉環(huán)冷卻劑管線內(nèi)循環(huán)一種高傳導(dǎo)性冷卻劑；所述冷卻劑在添加熱量時(shí)膨脹，而在除去熱量時(shí)收縮；把加熱的冷卻劑存儲(chǔ)在一個(gè)彈性皮囊內(nèi)，所述皮囊以原始非偏移外形膨脹，以容納來自所述膨脹冷卻劑的增大體積；及通過強(qiáng)迫所述冷卻劑穿過所述冷卻劑管線，使所述皮囊返回所述原始非偏移外形，從而所述皮囊起循環(huán)所述冷卻劑的機(jī)械、非電氣冷卻劑泵的作用。
43.一種改進(jìn)的焊槍組件，包括諸電極臂，所述臂中的至少一個(gè)包括多個(gè)沿外表面的多個(gè)肋之一，諸肋限定在其間的通道和一個(gè)在所述臂內(nèi)的開口，用于增大所述臂的總外表面面積，從而通過自然對(duì)流改進(jìn)熱消散。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述臂包括所述肋和所述通道、及所述開口。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述電極臂中的每一個(gè)一般帶有相等的質(zhì)量，以提供熱平衡。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的改進(jìn)焊槍組件，其中相鄰于適合保持電極的容器使每一個(gè)臂的所述質(zhì)量最大。
47.根據(jù)權(quán)利要求43所述的改進(jìn)焊槍組件，其中所述肋和所述開口豎直延伸。
48.一種包括相對(duì)電極臂的改進(jìn)焊槍組件，所述臂中的每一個(gè)包括多個(gè)一般沿外表面豎直延伸的肋，該肋在其間限定通道，以通過自然對(duì)流改進(jìn)熱消散，并且其中所述電極臂中的每一個(gè)一般具有相等的質(zhì)量，以提供熱平衡，相鄰于適合保持配對(duì)電極的容器使所述質(zhì)量外表面面積最大。
49.一種改進(jìn)焊槍組件，僅依賴于電極臂材料傳導(dǎo)和來自所述電極臂外表面的自然對(duì)流來冷卻所述焊槍組件，所述焊槍組件使電極臂質(zhì)量、和在相鄰于適合保持配對(duì)電極的容器的區(qū)域中的外表面面積最大。
全文摘要
一種在電焊系統(tǒng)中使用的、不需要工廠提供空氣和水冷卻循環(huán)系統(tǒng)的基于電阻焊的焊槍組件。其中,基于電阻的力控制器測(cè)量焊槍的二級(jí)電路的電阻、與當(dāng)夾持在電極之間時(shí)由工件和相對(duì)電極形成的電路相并聯(lián)的二級(jí)電路的組合電阻,并計(jì)算工件的電阻。把測(cè)量電阻與預(yù)定電阻比較,并調(diào)節(jié)電極的夾持力,直到工件的電阻是可接受的。本發(fā)明還涉及帶有冷卻劑管線、包含在冷卻劑管線中的冷卻劑、熱交換器、及機(jī)械冷卻劑泵的閉環(huán)冷卻劑系統(tǒng)。
文檔編號(hào)B23K37/02GK1259416SQ99111968
公開日2000年7月12日 申請(qǐng)日期1999年8月5日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月5日
發(fā)明者羅納德·C·布朗, 史蒂文·D·切西, 約瑟夫·L·米勒 申請(qǐng)人:Dct公司