CN102886595A - 用于焊接工件的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于焊接工件的系统和方法。可以通过与工件接合的电极施加预定的电流。可以基于预定电流生成电阻轮廓。可以基于电阻轮廓选择焊接轮廓。然后可以执行焊接轮廓以对工件进行焊接。

Description

用于焊接工件的系统和方法
技术领域
本申请涉及焊接工件的系统和方法。
背景技术
美国专利第7,432,466号中公开了一种电阻点焊方法。
发明内容
在至少一个实施例中，提供了一种焊接工件的方法。电极可以预定的负载力水平与工件接合。当施加预定的负载力时，可以通过经由电极施预定电流来生成第一轮廓。可以基于第一轮廓选择焊接轮廓。然后，可以执行焊接轮廓以对工件进行焊接。
在至少一个实施例中，提供了一种焊接工件的方法。第一电极和第二电极以第一力水平与工件的相反侧接合。通过电极施加固定的电流水平。生成第一属性集合，其包括第一电阻斜率、第二电阻斜率和稳态电阻值。基于第一属性集合选择焊接轮廓集合中的轮廓。执行焊接轮廓集合中的所选轮廓以对工件进行焊接。在执行焊接轮廓时测量第二属性集合，其包括电压数据、电流数据、电极位置和电极力。基于第二属性集合选择第二轮廓集合中的轮廓。执行第二轮廓集合中的轮廓以对工件进行锻压和/或热处理。
优选地，在施加固定电流水平时，将第一力水平保持为恒定。
优选地，在施加固定电流水平之前和之后，不经由第一电极和第二电极向工件施加电流。
优选地，固定电流水平小于在执行焊接轮廓集合中的所选轮廓期间施加的最大电流水平且小于在执行第二轮廓集合中的所选轮廓期间施加的最大电流。
优选地，第一力水平大于在执行焊接轮廓中的所选轮廓期间施加的最大力水平且大于或等于在执行第二轮廓集合中的所选轮廓期间施加的最大力水平。
优选地，该方法进一步包括在对工件进行锻压和/或热处理之后确定工件是否可接受，并且当工件不可接受时，重复选择第二轮廓集合中的轮廓并执行第二轮廓集合中的所选轮廓。
优选地，当重复选择第二轮廓集合中的轮廓时，选择第二轮廓集合中的不同轮廓。
优选地，基于在执行第二轮廓集合中的轮廓期间测量的电压水平、电流水平、电极位置和电极力确定工件是否可接受。
在至少一个实施例中，提供了一种用于焊接工件的系统。该系统包括第一电极和第二电极、致动器以及电源单元。致动器驱动第一电极和第二电极中的至少一个电极与工件接合。电源单元电连接到电极。由电源单元经第一电极和第二电极提供预定的固定电流以生成上升斜率、下降斜率和稳态电流。执行焊接轮廓以对工件进行焊接。基于上升斜率、下降斜率和稳态电流中的至少一个选择焊接轮廓。
附图说明
图1是示例性焊接系统的示意图。
图2是焊接工件的示例性方法的流程图。
图3是焊接参数的示例性曲线图。
具体实施方式
根据需要，本文公开了本发明的详细实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本发明的范例，其可以以各种不同可选形式实施。附图不需要按比例绘制；可能为了表示特定组件的细节而增大或减小一些部件。因此，这里所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限定性的，而应被解释为仅仅是用于教导本领域技术人员以各种方式实施本发明的代表性基础。
参照图1，示出了示例性焊接系统10。焊接系统10可被配置成将一个或多个工件12焊接在一起。在至少一个实施例中，焊接系统10可以是电阻焊接系统，其中，电流流过工件12以产生可用于形成焊接点的热量。
焊接系统10可包括焊枪总成20。焊枪总成20可设置在控制装置(诸如自动机械)上，其可以相对于工件12定位焊枪总成20。可选地，焊枪总成20可设置在通常静止的支撑结构上，并且工件12可以相对于焊枪总成20被定位。焊枪总成20可具有任意合适的构成。例如，焊枪总成20可以包括第一电极22、第二电极24以及一个或多个致动器26。
第一电极22和第二电极24可使电流经过工件12以产生可将两个或两个以上的部件接合在一起的焊接点。这样，就可以在工件12上制出焊点或焊缝。第一电极22和第二电极24可以是任何适当的类型并且可以具有任何适当的结构。在至少一个实施例中，第一电极22和第二电极24在执行焊接期间可以彼此对准并沿工件12的相反侧布置。
可以配置一个或多个致动器26，以使第一电极22和/或第二电极24相对于彼此或相对于工件12定位。例如，第一电极22可以是静止的，致动器26可以朝着第一电极22或者远离第一电极22移动第二电极24，反之亦然。可选地，一个或多个致动器26可以使第一电极22和第二电极24朝着彼此或者相互远离来移动。在所示实施例中，致动器26可以是伺服电动机，其可以与控制模块或控制器相关联，下文将进一步对其进行详细论述。
焊接系统10还可以包括电源系统30、一个或多个控制模块或控制器32以及一个或多个传感器，诸如电流传感器34、电压传感器36、负载传感器38和位置传感器40。
电源系统30可被配置成向电极22、24提供足以促成焊接的电流。电源系统30可包括电源50，电源50向变压器52提供电能。变压器52可提供直流电，例如中频直流电。电源系统30和电极22、24可协作来限定焊接电路54的至少一部分。例如，当电极22、24与工件12接合或者以使电路闭合的方式设置时，电流可以从第一电极22流向第二电极24，反之亦然。
可以配置一个或多个控制器32来监测和控制焊接系统10的操作和焊接的执行。为了简单起见，图1中示出了一个控制器32。可以使控制器32电连接至致动器26和电源系统30或者与致动器26和电源系统30通信，从而监测和控制它们的操作和性能。在致动器26被配置为伺服电动机的实施例中，控制器32可以以本领域技术人员已知的方式通过伺服电动机控制器监测和控制一个或多个电极22、24的位置。
控制模块32还可以处理来自电流传感器34、电压传感器36、负载传感器38和位置传感器40的输入信号或数据。在焊接执行期间，电流传感器34可检测和提供指示焊接电路54中的电流的信号或数据，诸如邻近电极22、24或工件12的电流水平。电压传感器36可检测和提供指示焊接电路54中的电压的信号或数据。负载传感器38可检测和提供指示由电极22、24施加给工件12的力的信号或数据，诸如可由致动器26操作引起的信号或数据。如果设有位置传感器40，则其可以检测和提供指示焊枪总成20的一个或多个组件的位置的信号或数据。位置传感器40可设有伺服电动机或其它可移动组件，并且可以是可基于致动器26或伺服电动机的控制逻辑的虚拟传感器。
参照图2，示出了控制焊接系统10的示例性方法的流程图。如本领域普通技术人员所理解的，该流程图可以代表控制逻辑，其可以通过硬件、软件或者硬件和软件的组合来实现或作用。例如，各种功能可以通过编程微处理器来实现。控制逻辑可以使用任何多种已知的编程和处理技术或策略来实现，并且可以不限于所示出的顺序或序列。例如，可以以实时控制应用而不是所示纯粹按顺序的策略来采用中断或事件驱动处理。类似地，可使用平行处理、多任务或多线程系统和方法。控制逻辑可以独立于用于开发和/或实现所示控制逻辑的特定编程语言、操作系统、处理器或电路。类似地，根据特定的编程语言和处理策略，各种功能在大致相同的时间以所示序列执行或者以不同的序列但能完成该控制方法。在不脱离本发明的精神或范围的前提下，所示功能可以被修改或者在一些情况下可以被省略。
为了帮助理解方法步骤，图3中示出了示例性曲线图。在论述图2所示方法步骤之后，将进一步对图3进行详细论述。
在100处，该方法通过对电极22、24进行定位而开始。定位电极可以包括将焊枪总成20定位在用于对工件12进行焊接的期望位置。可选地，如前所论述的，可以相对于焊枪总成20来定位工件12。
定位电极还可以包括利用致动器26驱动一个或多个电极22、24，使得电极22、24与工件12接合并对工件12施加力。由电极22、24施加的力可以帮助穿过可能出现在工件外表面上的任何表面层污染物和/或氧化物。例如，在工件由铝合金制成的情况下，表面层可能充当可减少或禁止电极22、24之间和通过工件12的电传导的绝缘体。可以对工件12施加预定的负载力(图3中表示为F1)。这样的力可以用负载传感器38测量。此外，在达到预定的负载力之前不经由电极22、24提供电流。
在102处，执行电阻检查。电阻检查可以通过如下方法执行：在对工件12施加预定负载力的同时，经由电极22、24提供电流并测量电流和电压。电阻可以基于电流和电压测量结果来计算。
在电阻检查期间，可以以不导致工件12熔融或焊接的低水平来施加电流。此外，该电流可以被预先确定并且可以是固定或恒定量。更具体地，当在电阻检查期间施加电流时，所检测的电流可以从零增大到稳态电流量(图3中表示为I1)，然后当不提供电流时降回到零。电流的变化可用于确定上升斜率和下降斜率。上升斜率可以是电流从零增大到稳态电流量的线的斜率或速率。下降斜率可以是电流从稳态电流量下降到零的速率。
在104处，该方法确定电阻检查是否可接受。这种确定可以基于电阻检查期间的电阻(可以基于能获得稳态电流量时所检测到的电流和电压来计算)与预定电阻值或特性的比较。此外，其它属性(诸如所施加力的大小以及施加固定力和固定电流时电极的位置)可用于确定电阻检查是否可接受。如果电阻与一个或多个预定特性一致或者电阻大于预定电阻值，则该方法可在块106处停止。如果电阻与一个或多个预定特性不一致或者电阻小于预定电阻值，则该方法在块108处继续。
在108处，选择焊接轮廓(weld profile)。可以提供预定的焊接轮廓集合并将其储存在可存取存储介质中，这些焊接轮廓指示在一段时间内焊接工件所施加的力和电流水平。可以基于电阻检查期间测量的特性或属性来选择预定焊接轮廓集合中的轮廓。例如，可以利用一个或多个特性或属性，诸如上升斜率、下降斜率和稳态电阻量(例如，施加稳态电流时检测到的电阻)。在这样的实施例中，预定焊接轮廓可以设置在查找表中，并且可以基于上升斜率、下降斜率和稳态电阻量来索引或查找。
在110处，执行所选择的焊接轮廓来焊接工件。可以根据所选焊接轮廓的属性或结构，通过利用焊枪总成20向工件12提供电流和力来执行该焊接轮廓。当执行所选焊接轮廓时，可以动态地测量各种焊接特性。这些特性可包括电流、电压、电极位置和电极力(即，由电极施加给工件的力)。电流和电压可分别基于来自电流和电压传感器34、36的数据。电极位置可基于来自伺服电动机的位置数据。电极力可基于来自负载传感器38的数据。
在112处，选择锻压/热处理轮廓。可以在可存取存储介质中存储预定锻压/热处理轮廓的集合，锻压/热处理轮廓指示在一段时间内锻压和/或热处理工件所施加的力和电流水平。可以基于执行焊接期间所获得的电流、电压、电极位置和电极力来从锻压/热处理轮廓集合中选择锻压/热处理轮廓。
在114处，执行所选锻压/热处理轮廓以对工件进行锻压和/或热处理。可以根据所选锻压/热处理轮廓的属性或配置，通过利用焊枪总成20向工件提供电流和力来执行锻压/热处理轮廓。
在116处，该方法确定工件是否可接受。确定工件是否可接受可以基于执行所选锻压/热处理轮廓期间获得的数据与预定值或接受范围的比较。例如，锻压/热处理数据属性(诸如电流、电压、电极位置和/或电极力数据)可以在执行所选锻压/热处理轮廓期间获得并与预定值或接受范围进行比较。如果一个或多个锻压/热处理属性不在相关的接受范围内，则工件不可接受，并且该方法可返回到块112来重复锻压/热处理轮廓的选择。这种选择可以基于锻压/热处理属性或者在执行之前的锻压/热处理轮廓执行期间所测量的数据。如果锻压/热处理属性在相关的接受范围内，则工件可接受，并且该方法可以在块118处结束。
参照图3，示出了可施加给工件12的力和电流的示例性分块示图。在图3中，相对于沿水平轴绘制的公共时间段(t)绘制力(F)和电流(I)。
在时间0处，电极不与工件接合。因此，电极不向工件施加力，并且电流不流过电极。
在时间A处，电极与工件接合。由电极施加的力从零增大到时间B处的预定负载力的量F1。
在时间C处，通过经由电极提供电流开始执行电阻检查。电流从时间C处的零增大到时间D处的稳态电流量I1。时间C和时间D之间的变化速率为上升斜率。到时间E为止一直维持稳态电流量I1。
在时间E处，切断电流。所检测的电流在时间E和时间F之间从稳态电流量I1下降到零。在时间E和时间F之间的变化速率为下降斜率。
在时间G和时间H之间，由电极施加的力下降到预定负载力的量F1以下的水平，使得可以开始执行所选焊接轮廓。
在时间H或在时间H和时间I之间，开始执行所选焊接轮廓。在执行焊接轮廓期间，由电极施加的力可以小于预定负载力的量F1。此外，所施加的电流可以大于稳态值I1。在图3所示实例中，在时间H和M之间显示恒定的电极力，在时间J和时间K之间显示恒定的电流；然而，在执行不同的焊接轮廓期间可以改变力和/或电流。在执行焊接轮廓期间所施加的最大电流水平可以超过稳态值I1，以使邻近电极的工件熔融。此外，在执行所选焊接轮廓之后，不必使电流下降到零(例如，不必使电流在时间L下降到零)。
在时间M处，开始执行所选择的锻压/热处理轮廓。在执行锻压/热处理轮廓期间，由电极施加的力可以小于或等于预定负载力的量F1。此外，所施加的电流可以大于稳态值I1。在所示示例性曲线图中，在时间N和时间S之间施加恒定的力，以及在时间P和时间Q之间施加恒定的电流；然而，在执行不同的锻压/热处理轮廓期间可以改变力和电流。在执行所选锻压/热处理轮廓之后，如果工件是可接受的，则可以使电流在时间R处下降到零并且使力在时间T处下降到零以允许工件被移走。
尽管以上描述了示例性的实施例，但是这并不意味着这些实施例描述本发明的所有可能形式。相反，说明书中所使用的文字是描述性的而非限定性的，并且应当理解在不超出本发明的精神和范围的前提下可以进行各种变更。此外，可以将各种实施例的特征组合起来形成本发明的更多的实施例。

Claims (13)

1.一种焊接工件的方法，包括：
以预定负载力水平使电极与所述工件接合；
当施加所述预定负载力水平时，通过经由所述电极施加预定电流来生成第一轮廓；
基于所述第一轮廓选择焊接轮廓；以及
执行所述焊接轮廓以对所述工件进行焊接。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在生成所述第一轮廓的同时，所述电极对所述工件施加恒定力。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，执行所述焊接轮廓包括：施加大于所述预定电流的焊接电流。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，执行所述焊接轮廓的步骤包括：利用所述电极对所述工件施加第二负载力，所述预定负载力大于所述第二负载力。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在执行所述焊接轮廓期间检测电流数据、电压数据、电极位置数据和电极力数据。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：基于所述电流数据、所述电压数据、所述电极位置数据和所述电极力数据选择第二轮廓。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：执行所述第二轮廓以对所述工件进行锻压和热处理。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，执行所述第二轮廓进一步包括：确定所述工件是否可接受，并且如果所述工件不可接受，则重复选择和执行所述第二轮廓的步骤。
9.一种焊接工件的方法，包括：
使第一电极和第二电极以第一力水平接合到所述工件的相反侧；
通过所述第一电极和所述第二电极施加固定电流水平，并生成包括第一电阻斜率、第二电阻斜率和稳态电阻值的第一属性集合；
基于所述第一属性集合选择焊接轮廓集合中的轮廓；
执行所述焊接轮廓集合中的所选轮廓，以对所述工件进行焊接；
在执行所述焊接轮廓期间，测量包括电压数据、电流数据、电极位置和电极力的第二属性集合；
基于所述第二属性集合选择第二轮廓集合中的轮廓；以及
执行所述第二轮廓集合中的轮廓，以对所述工件进行锻压和/或热处理。
10.一种用于焊接工件的系统，包括：
第一电极和第二电极；
驱动所述第一电极和所述第二电极中的至少一个电极与所述工件接合的致动器；
电连接至所述第一电极和所述第二电极的电源单元；以及
其中，由所述电源单元经所述第一电极和所述第二电极提供预定的固定电流以生成上升斜率、下降斜率和稳态电流，并且
其中，执行焊接轮廓以对所述工件进行焊接，基于所述上升斜率、所述下降斜率和所述稳态电流中的至少一个选择所述焊接轮廓。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，当所述第一电极和所述第二电极对所述工件施加预定的恒定负载力时生成所述上升斜率、所述下降斜率和所述稳态电流。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，基于在执行所述焊接轮廓期间获得的电压数据、电流数据、电极位置和电极力选择锻压/热处理轮廓。
13.根据权利要求10所述的系统，其中，所述致动器为伺服电动机。
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