CN102626924B - 引用至少一个电驱动器的驱动状态的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对生产夹钳(10，12)的至少一个半个夹钳(14，16)的电驱动器(20)在两个半个夹钳(14，16)的闭合位置上的驱动状态进行引用的方法；和一种包括生产夹钳(10，12)，特别是焊钳(12)、铆钳或压接钳；和用于控制该生产夹钳(10，12)的相应控制装置的系统，该控制装置设计用于执行本发明的方法。

Description

引用至少一个电驱动器的驱动状态的方法

技术领域

本发明涉及一种对生产夹钳中的至少一个半个夹钳的电驱动器在两个半个夹钳的闭合位置上的驱动状态进行引用(Referenzieren)的方法；和一种包括生产夹钳，特别是焊钳、铆钳或压接钳和用于控制该生产夹钳的相应控制装置的系统，该控制装置设计用于执行本发明的方法。

背景技术

专利文献WO 03008145 A1公开了一种用于电阻焊接装置的校准方法。这种电阻焊接装置具有受机器人控制的焊钳，焊钳具有一个或多个具有电极的可移动电极臂。利用测量焊钳电极之间的电极力的力传感器，对该电阻焊接装置进行校准。

发明内容

本发明的目的在于提出一种对生产夹钳的至少一个半个夹钳的电驱动器在两个半夹钳的闭合位置上的驱动状态进行引用的方法，特别是焊钳、铆钳或压接钳。

本发明的目的通过一种对生产夹钳的至少一个半夹钳的电驱动器在两个半夹钳的闭合位置上的驱动状态进行引用的方法得以实现，该方法包括以下步骤：

-通过电驱动器的电动操作，使两个张开的半夹钳闭合；

-多次确定所述至少一个电驱动器的实际位置和在从所述半夹钳闭合直至其到达闭合位置的时间点的时间间隔内电驱动器的跟随误差值；

-特别是通过基于所确定的跟随误差值、根据与此相关的时间-跟随误差函数的拟合计算(Ausgleichsrechnung)，从在该时间间隔的终点的跟随误差值中确定出一条直线；

-确定所所确定的时间-跟随误差函数的直线的过零点的时间点；以及

-将所述至少一个电驱动器的实际位置确定为闭合位置，该闭合位置与所述时间-跟随误差函数直线的过零点的时间点相对应。

电驱动器可以具有至少一个电动机和至少一个配属的功率电路(Leistungselektronik)。在此电机和功率电路可以作为受控电驱动器的元件。电驱动器位置的实际值与额定值的偏差可以作为受控电驱动器的跟随误差值。

生产夹钳连例如可以是焊钳、铆钳或压接钳。但是，也可以将夹持工具或卡抓作为生产夹钳，特别用于在产品生产范围内的组装。每个半夹钳都具有触点衍架(Kontaktglieder)。通过单独一个或者两个半夹钳的移动，可以使这两个触点衍架彼此相向移动或彼此分开。为了使一个或两个半夹钳移动，可以设置驱动器，该驱动器具有例如电动机和可选的传动装置。通过控制驱动器，可以对电动机进行控制或调节。

由于结构确定的相互关系，半夹钳的状态与所属的驱动器的电动机的特定状态相对应。在此生产夹钳的闭合位置与所确定的驱动器状态相对应。通过根据本发明的方法可以确定这种与生产夹钳的闭合位置相对应的驱动器状态。由于生产夹钳的闭合状态，特别是对于焊钳，会因为例如半焊钳的接触电极的烧损而受到漂移的限制，因此这种与生产夹钳的实际闭合位置相对应的驱动器状态必须定期重新确定。特别在自动化焊接技术或机器人技术当中，可以将这种重新确定称为调准(Justieren)或引用(Referenzieren)。通常也可以将调准或引用理解为校准(Kalibrieren)。因此，本发明的所有实施方式都可以理解为对生产夹钳的至少一个半夹钳的电驱动器在两个半夹钳的闭合位置上的驱动状态进行校准的方法。

利用根据本发明的方法，特别可以在无力传感器，即不使用力传感器的情况下进行引用。这意味着，可以在没有力传感器的情况下构造生产夹钳，而按照传统的方式，力传感器对于检测闭合状态是必不可少的。

本发明的方法的前提是张开的生产夹钳。在通过驱动器的电动操作使两个张开的半夹钳闭合之前，在必要时特别还可以在已经闭合的生产夹钳中设置生产夹钳的开口。

当在半夹钳闭合期间的时间间隔中对至少一个驱动器的实际位置进行多次确定时，可以特别将与代表各个实际位置的位置值相对应的各个时间值存储起来，特别是与测量时间点相对应的时间值。

在确定、特别是计算出作为闭合位置的至少一个驱动器的实际位置之后，可以将该实际位置指定为生产夹钳控制装置的当前或新的闭合位置，特别将其写入、也就是存储在控制生产夹钳的控制装置中。

在本发明方法的一种实施方式中，两个半夹钳在这两个半夹钳的两个触点衍架相互触碰的时刻到达闭合位置。

在本发明方法的另一种实施方式中，两个半夹钳可以在这两个半夹钳的触点衍架接触到大小已知的测量体的彼此相对侧面的时刻到达闭合位置。由已知的测量体的大小和/或形状，根据在生产夹钳上的几何结构的实际情况，可以推断、特别是计算出实际的闭合位置，也就是当两个半夹钳的两个触点衍架彼此接触时的闭合位置。

在本发明方法的所有实施方式中，特别可以利用已知的数学算法确定直线，尤其是通过作为拟合计算的回归(Regression)来确定回归线(Regressionsgeraden)。

在此跟随误差的回归可以通过计算得到，直至达到转矩边界值，以在越过接触位置后回溯地推断出夹持工具或夹钳工具的接触位置。

在另一种实施方式中，确定跟随误差的回归的步骤中包括对回归线的确定。回归线在此可以近似于例如单调上升的跟随误差值，并表示为函数。此外，该回归线描述了跟随误差的特别简单的待确定的回归。

此外，可以确定从检测到的跟随误差值直至达到转矩边界值的回归线。在到达转矩边界值并通过焊钳施加预设的焊接力之前，焊钳以其钳臂在实际的焊接力力形成(Kraftaufbau)实现之前首先接触到待焊接的工件。因此，这样的回归线在实施方式中是特别适用于回溯地推断出焊钳的触碰点。

在本方法的所有实施方式中，可以在预定的、特别是恒定的位置步长(Positionsschritten)和/或时间步长(Zeitschritten)下多次确定至少一个驱动器的实际位置和/或电动控制驱动器的跟随误差值。所有的实际位置、跟随误差值和时间值都是可以保存的，特别是写入或保存在生产夹钳的控制器中。

在一种变形中，可以时间同步地确定实际位置和跟随误差值。由此可以确定和保存例如各个相对于同一个时间点的实际位置和对应的跟踪误差值。

在本发明方法的所有实施方式中，可以通过电动操作驱动器，以恒定的速度、特别是以控制驱动器的电动机的恒定转速，使两个张开的半夹钳闭合。由此可以在实施方式中至少部分地补偿或基本上消除干扰，例如在生产夹钳中可能出现的摩擦力，这种干扰可能会由跟随误差信号的偏移(Offset)或跟随误差信号的瞬间升高所引发。

在考虑到平均跟随误差、跟随误差回归线的斜率和/或跟随误差偏移(Schleppfehler-Offset)的情况下，可以确定至少一个驱动器的被设定为闭合位置的实际位置，该实际位置与时间-跟随误差函数直线的过零点的时间点相对应。

生产夹钳例如可以是焊钳、铆钳或压接钳。

对于焊钳而言，半夹钳是由半焊钳构成的，其具有作为触点衍架的触点电极。

对于铆钳而言，半夹钳是由半铆钳构成的。铆钳可应用于咬合连接的构造过程中，咬合连接也被称为铆焊(Durchsetzfügen)。铆焊是一种不使用焊接填料而连接金属薄板的方法。对于压接钳而言，半夹钳是由半压接钳构成的。可以将压接理解为一种接合技术，其中，两个组件通过塑性变形连接在一起。压接是卷边的一种特殊形式。铆钳和压接钳都具有压印和凹模，以作为触点衍架。

在根据本发明的包括焊钳和用于操作焊钳的控制装置的系统中，控制装置设置为，用于一次或多次执行根据本发明方法的实施方式。

在根据本发明的包括铆钳和用于操作铆钳的控制装置的系统中，控制装置设置为，一次或多次执行根据本发明方法的实施方式。

在根据本发明的包括压接钳和用于操作压接钳的控制装置的系统中，可以将控制装置设置为，一次或多次执行所述根据本发明方法的实施方式。

在根据本发明的包括夹持工具和用于操作夹持工具的控制装置的系统中，可以将控制装置设置为，一次或多次执行所述根据本发明方法的实施方式。这种用于操作夹持工具的控制装置可以是工业机器人的机器人控制器，其特别与夹持工具相连接并控制夹持工具。

附图说明

下面以焊钳为例，通过附图对本发明的具体实施方式进行说明。

图1示出了具有X形钳臂的焊钳的示意图，

图2示出了具有机器人臂的工业机器人，机器人臂具有多个节肢，

图3示出了跟随误差特性曲线图。

具体实施方式

下面以焊钳为例，说明在没有力传感器的情况下，对电动生产夹钳的至少一个半个夹钳的驱动器在两个半个夹钳的闭合位置上的驱动状态进行引用的方法。正如所描述的焊钳那样，这种夹钳工具还可以是铆钳或压接钳。它们可以不使用力传感器。无传感器的夹钳工具，特别是无力传感器的夹钳工具在此特别是可以例如与机器人的机器人臂相连接，如下面的图2所示。

在如图1所示的生产夹钳10的实施例中，焊钳12例如具有构造为X形的半夹钳14、16。在半夹钳14和16的前端部例如各自具有带有例如电极帽(未示出)的电极。如图1所示，第一半个夹钳14被设计为围绕摆动轴18可移动的。第二半夹钳16可以是固定或可移动的。为了使第一半夹钳14围绕摆动轴18相对于第二半夹钳16摆动，设置驱动器20，在此为夹钳电机。驱动器20例如是电驱动器，例如电动机。

借助于电驱动器20，可以使第一半夹钳14相对于第二半夹钳16在闭合位置和张开位置之间运动。在闭合位置上，两个半夹钳14、16在此例如尽可能是彼此接近的，从而使它们在不同的面上与厚度已知的测量体17相接触。

生产夹钳10(如图1所示的焊钳12)可以被设置为静止的，或者例如可以通过如图2所示的工业机器人22或其他操纵器而移动。

图2以透视图示出了工业机器人22的一种实施例，其具有例如机器人臂24。在图2所示的实施例中，机器人臂24包括多个依次设置并利用关节彼此连接的节肢。在该实施例中，工业机器人22具有支架26。在此还设置有相对于支架26可转动地支承的转动盘28。转动盘28相对于支架26围绕垂直延伸的轴A1(也称为轴1)可转动地安装。在该实施例中，机器人臂24的其他节肢包括摇臂30、悬臂32和优选为具有法兰36的多轴机器人手34。摇臂30的下端部围绕优选为水平的轴A2(也被称为轴2)可摆动地支承在例如在未详细示出的位于转动盘28上的摆动轴头(Schwingenlagerkopf)上。另一方面，摇臂30的上端部围绕同样优选为水平的轴A3可摆动地支承在悬臂32上。悬臂32在端侧以其优选的三个轴A4、A5、A6支承机器人手34。

为了使工业机器人22或其机器人臂24移动，其以普遍公知的方式包括与控制装置38相连接的驱动器，特别是电驱动器。在图2中仅示出了该驱动器的若干电动机40、42。

生产夹钳10(例如，如图1所示的焊钳12)可以固定在机器人手34或其法兰36上，并根据下面参照图3所述的方法对其进行引用。

迄今为止有许多对焊钳和相似构成的工具进行自动校正或引用的方法，也就是设置工具的零位置的方法。但是这些方法都是基于对焊钳或使焊钳移动的夹钳电机的内部或外部力传感器信号的分析。

通过力传感器信号的上升可以确定焊钳电极的触碰点，并在此后根据所确定的触碰点对夹钳进行校准。该触碰点在此例如是这样的点：即焊钳，或者准确的说是焊钳的两个钳臂的电极，与工件相接触或彼此相对触碰或接触的点。

然而，这些方法不能应用在没有力传感器的焊钳或工具上。而就市场而言，无力传感器的焊钳在已安装好的制造车间中有着最广泛的使用。

因此提出一种方法，利用该方法可以使无力传感器的夹持工具或夹钳工具自动校准(例如无传感器的焊钳、铆钳或压接钳)，而无需人的介入或辅助。

图3示出了用于夹持工具或夹钳工具(例如前面所述的焊钳)的跟随误差曲线44的图解。

如图3所示，焊钳的与时间相关的实际位置46以间断线表示。在此将时间例如以秒为单位表示在X轴上，而将焊钳的位置例如以增量INC(Inkrement)表示在Y轴上。

由图可知，诸如无力传感器的焊钳这样的夹持工具或夹钳工具以恒定的速度运动到闭合位置上，在该位置上，焊钳的两个半夹钳在此在最大程度上彼此接近，从而使它们在不同的侧面例如与工件(在此为焊接对象)接触，并最终以预先设定的焊接压力在该工件或焊接对象上压紧。

此外，以实线表示焊钳的跟随误差值44或经滤波的跟随误差值。在此跟随误差是夹持工具或夹钳工具(在此例如为焊钳，或者在为X形焊钳时其可移动的焊钳臂)在相应时间点的额定位置和实际位置的差。

在此，可以例如根据所监测的夹钳电机的电流来确定跟随误差44，在此夹钳电机用于操作该夹钳。

如图3所示，只要焊钳的钳臂在焊钳闭合期间不发生触碰，或者没有通过可移动的钳臂到达焊钳的触碰点，则跟随误差在起初会在零位置48附近波动，跟随误差在该位置上为零。

但是，一旦焊钳处于闭合位置并且焊钳的钳臂到达彼此触碰或与工件或焊接对象触碰的触碰点，并且开始产生焊接力，跟随误差44或跟随误差曲线就会如图3所示地上升。

在本发明的一种实施方式中，为了确定触碰点50，确定跟随误差回归(Schleppfehler-Regression)，其在图3中以点划线表示。在如图3所示的实施例中，将跟随误差的回归直线52确定为跟随误差回归，其在图中以虚线表示。这样，回归直线52在点51处的过零点至少非常接近地与焊钳钳臂到达触碰点的时间点或触碰时间点54相符。

对诸如前面所述的焊钳这样的夹持工具或夹钳工具的调准或引用遵循以下自动化的方法。

夹持工具或夹钳工具例如通过较低或恒定的速度而闭合或通过其驱动器的较低或恒定的转速而闭合。在此给出夹持工具或夹钳工具的实际位置46的变化，如其在如图3所示的实施例中以间断线所示出的那样。

在此可以设定的位置步长或时间步长来检查是否已经达到之前为了保护夹持工具或夹钳工具(在此为焊钳)而设定的转矩边界值。

在焊钳上施加焊接力或电极力通常发生在转矩传动中。在此，为了施加所需要的焊钳的焊接力，预先给定与该焊接力相匹配的电机电流，从而由此实现所设定的焊钳驱动器的电机转矩，利用该电机转矩可以操作焊钳。

可以这样选择与焊接力相关联的转矩边界值：使转矩边界值例如与预定要施加的焊钳的焊接力或电极力相对应。

在夹持工具或夹钳工具闭合的整个过程期间，以一定的间隔，特别是周期性的间隔，也就是例如以预先设定的位置步长或时间步长来确定夹持工具或夹钳工具的当前位置数据以及夹持工具或夹钳工具的跟随误差并进行存储。如前所述，跟随误差在此等于夹持工具或夹钳工具的额定位置与实际位置之差。

一旦达到转矩边界值，并且焊钳的钳臂相互触碰并产生了预设的焊接力，则可以根据所存储的、例如在恒定的额定转速下单调上升的跟随误差值，在越过触碰点50之后回到触碰点50或者夹持工具或夹钳工具的调整位置(Justageposition)。

为此在一种实施方式中，计算跟随误差值的回归。在如图3所示的实施例中，例如可以通过所测得的跟随误差值来计算回归线52。如前所述，回归线52在图3中用点划线表示。

在此可以计算出例如从根据经验确定的跟随误差值直到转矩边界值的回归线52并由此计算出预先设定的焊接力。

这种跟随误差边界值在此应该优选仅通过形成力(在此为形成焊接力)而引起，并优选不再由摩擦力引起。

这样，回归线52的过零点至少非常接近于时间点54，在该时间点上，两个工具部件或夹持工具或夹钳工具的夹持臂或钳臂，例如焊钳的两个电极臂或钳臂的电极帽，发生触碰。

如图3中的实施例所示，可以增量INC为单位，夹持工具或夹钳工具的实际位置在此例如可以确定为1000INC，而跟随误差值例如可以确定为0.01INC。

现在，借助所确定的跟随误差值可以计算出从例如根据经验确定的跟随误差值起直至达到转矩边界值的回归线52。为此将使用下述范围中的跟随误差值：其中跟随误差值上升，例如单调上升，如图3所示。

通过对夹持工具或夹钳工具(在此例如为焊钳)的位置数据和跟随误差数据的时间同步的存储，还可以简单的方式来计算触碰位置50。

由于在设置和引导焊钳的电极时出现的摩擦力要么导致跟随误差信号的恒定偏移或恒定偏差，或者导致跟随误差信号的瞬间升高，因此它们对该方法没有影响。

如果将例如恒定行驶阶段(Konstantfahrphase)的平均跟随误差(Schleppfehler Mittel Konstantfahrt，恒速平均跟随误差)减去回归线的Y偏移或Y偏差，并除以上升的跟随误差，就可以在确定触碰点50时排除这两种干扰。在恒定行驶阶段，夹持工具或夹钳工具以恒定速度或者夹持电机或夹钳电机的恒定转速闭合。

由此得出下列公式：

力形成期间的跟随误差＝(跟随误差斜率×时间)+跟随误差偏移

(Schleppfehler__Kraftaufbau＝(Schleppfehler_Steigung x Zeit)+Schleppfehleroffset)

触碰时间点＝(恒速平均跟随误差-跟随误差偏移)/跟随误差斜率

(Berührzeitpunkt＝(Schleppfehler_Mittel_Konstantfahrt-Schleppfehleroffset)/Schleppfehler_Steigung)

调整位置＝触碰位置＝夹持工具或夹钳工具位置(触碰时间点)

(Justageposition＝Berührungsposition＝Greif-oderZangen-Werkzeugposition(Berührzeitpunkt))。

如果在此证实：所计算出的触碰点50位于测量行驶的起始位置之前，则由此可以推断夹持工具或夹钳工具在测量行驶开始时已经闭合。因此，重新的尝试行驶或测量行驶在在第一步中确定的触碰点之前可以有足够的一段来开始。换句话说，可以将测量行驶的起始位置选择为其到达或位于焊钳的触碰点之前的位置。

该方法可以通过迭代的重复测量而更加细化。

为了自动地确定工具的触碰点或调整位置，可以将前面所述的方法在工具或机器人的控制器中自动化或对其进行编程。

除了机器人之外，还可以通过其他的操纵器使夹持工具或夹钳工具移动，或者可以将夹持工具或夹钳工具设置为固定的。

Claims (15)

1.一种对生产夹钳(10，12)的至少一个半夹钳(14，16)的电驱动器(20)在两个半夹钳(14，16)的闭合位置上的驱动状态进行引用的方法，该方法包括以下步骤：

通过所述电驱动器(20)的电动操作，使两个张开的半夹钳(14，16)闭合；

多次确定至少一个电驱动器(20)的实际位置(46)和在从所述半夹钳(14，16)闭合直至其到达闭合位置的时间点的时间间隔内所述电驱动器(20)的跟随误差值；

通过基于所确定的跟随误差值(44)、根据与此相关的时间-跟随误差函数的拟合计算，从在所述时间间隔的终点的跟随误差值(44)中确定出一条直线；

确定所确定的时间-跟随误差函数的直线的过零点的时间点；并

将所述至少一个电驱动器(20)的实际位置(46)确定为闭合位置(50)，该闭合位置与所述时间-跟随误差函数直线的过零点的时间点相对应。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在所述两个半夹钳(14，16)的两个触点衍架相对触碰的时刻，所述两个半夹钳(14，16)到达所述闭合位置。

3.如权利要求1所述的方法，其中，当所述两个半夹钳(14，16)的触点衍架触碰到已知大小的测量体(17)的相对侧面时，所述两个半夹钳(14，16)到达所述闭合位置。

4.如权利要求1所述的方法，其中，通过作为拟合计算的回归来确定所述直线。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述直线是回归线(52)。

6.如权利要求1所述的方法，其中，以预定的位置步长和/或时间步长来实现多次确定所述至少一个电驱动器(20)的实际位置(46)和/或电控制的所述电驱动器(20)的跟随误差值(44)。

7.如权利要求1所述的方法，其中，以预定的、恒定的位置步长和/或时间步长来实现多次确定所述至少一个电驱动器(20)的实际位置(46)和/或电控制的所述电驱动器(20)的跟随误差值(44)。

8.如权利要求6所述的方法，其中，时间同步地确定所述实际位置(46)和/或所述跟随误差值(44)。

9.如权利要求1所述的方法，其中，通过电动操作所述电驱动器(20)，以恒定的速度使所述两个张开的半夹钳(14，16)闭合。

10.如权利要求1所述的方法，其中，通过电动操作所述电驱动器(20)，以操纵所述电驱动器(20)的电动机的恒定的转速，使所述两个张开的半夹钳(14，16)闭合。

11.如权利要求5所述的方法，其中，在考虑平均跟随误差、所述回归线(52)的斜率和/或跟随误差偏移的情况下，确定所述至少一个电驱动器(20)的、作为闭合位置确定的所述实际位置(46)，该实际位置与所述时间-跟随误差函数的直线的过零点的时间点相对应。

12.一种包括焊钳(12)和用于操作该焊钳(12)的控制装置的系统，该控制装置用于执行如权利要求1到11中任一项所述的方法。

13.一种包括铆钳和用于操作该铆钳的控制装置的系统，该控制装置用于执行如权利要求1到11中任一项所述的方法。

14.一种包括压接钳和用于操作该压接钳的控制装置的系统，该控制装置用于执行如权利要求1到11中任一项所述的方法。

15.一种包括夹持工具和用于操作该夹持工具的控制装置的系统，该控制装置用于执行如权利要求1到11中任一项所述的方法。