CN103157900A

CN103157900A - 焊接机器人

Info

Publication number: CN103157900A
Application number: CN2012104273598A
Authority: CN
Inventors: 塔尼娅·比尔纳-祖赫; 西蒙·迪特里希
Original assignee: KUKA Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2032-10-31
Also published as: EP2602046A3; CN103157900B; US9120174B2; EP2602046A2; US20130146574A1; DE102011087958A1

Abstract

本发明涉及一种用于电阻焊接的焊接机器人，其具有焊钳（21）；与焊钳（21）的焊接电极（24，25）相连接的焊接电机（1），用于在电阻焊接期间向焊接电极（24，25）提供电能；和工业机器人。该工业机器人具有机器人臂（2）和用于使机器人臂（2）运动的机器人控制装置（9）。焊钳（21）固定在机器人臂（2）上，并且机器人控制装置（9）与焊接电机（1）和焊钳（21）的夹钳驱动器（26，27）相连接。

Description

焊接机器人

技术领域

本发明涉及一种焊接机器人。

背景技术

专利文献DE 3115840A1公开了在电阻焊接中，在焊接期间通过改变参考电阻曲线的电极关合压力（Elektrodenandruck），自动匹配两个焊接电极之间的电阻，并附加地使焊接电极上的电压与参考电压曲线相匹配。

专利文献EP 1508396B1公开了一种焊接机器人，其包括工业机器人和固定在工业机器人的机器人臂上的焊钳。可通过机器人臂运动的焊钳包括两个电极臂、使电极臂运动的电动机和用于确定电极臂所施加的关合压力的力传感器。此外，该焊接装置还包括调节装置，用于根据实际关合压力与额定关合压力的偏差产生用于电动机的电机位置的调节量。

发明内容

本发明的目的在于提出一种改进的焊接机器人。

本发明的目的通过一种用于电阻焊接的焊接机器人实现，该焊接机器人具有：焊钳，其具有夹钳驱动器和两个可借助于夹钳驱动器相对按压的焊接电极，这两个焊接电极在焊接机器人正常运行时相对于至少两个要通过电阻焊接进行焊接的物体进行按压；与焊接电极相连接的焊接电机，用于在电阻焊接期间向焊接电极提供电能；工业机器人，其具有机器人臂和用于使机器人臂运动的机器人控制装置，其中，机器人臂具有多个依次设置的节肢和与机器人控制装置相连接的驱动器，焊钳固定在机器人臂上，机器人控制装置与焊接电机和夹钳驱动器相连接，并且在机器人控制装置上运行运算程序，该运算程序控制机器人臂的驱动器，以使机器人臂运动，并可调节地控制夹钳驱动器，从而在电阻焊接期间在焊接电极上施加预先给定的额定焊接电阻，并控制焊接电机，使焊接电机向焊接电极提供规定的电能。

根据本发明的焊接机器人相应地具有焊钳，并通过焊接电机在焊接期间向焊钳的焊接电极提供电能，如专业人员在电阻点焊原理中所公知的。焊接电机例如包括焊接变频器、特别是中频焊接变频器、焊接变压器和焊接整流器，其原理是专业人员公知的。优选将焊接电机设计为，对焊接电极产生可调的脉冲电压，从而使得在电阻焊接期间有预定的电流流过焊接电极。电阻焊接特别是电阻点焊，但是也可以例如是电阻缝焊。

根据本发明的焊接机器人还包括工业机器人，焊钳固定在工业机器人的机器人臂上。根据本发明，在工业机器人的机器人控制装置上运行运算程序，该运算程序不仅控制、必要时调节机器人臂驱动器的运动，而且还实现对力的调节，焊接电极通过该力并借助于夹钳驱动器挤压待焊接的物体。优选夹钳驱动器是电动夹钳驱动器。根据本发明，为了实现这种调节，将焊接电阻，也就是与在焊接期间通过焊钳将至少两个物体挤压在一起的力相关的待焊接物体的电阻，作为控制参数使用。此外，根据本发明，这样执行运算程序：使其控制焊接电流发生器向焊接电极提供所期望的电能。这例如可以这样实现：将根据本发明的焊接机器人设计为，执行在机器人控制装置上运行的运算程序，使得该运算程序在电阻焊接进程中向焊接电机传送关于焊接电极的额定电流的信息，并特别将焊接电机设计为，产生用于焊接电极的供电电压，从而使额定电流至少平均地流过焊接电极。

因此将机器人控制装置或在其上运行的运算程序设计为，借助于一个单一的控制器，即设计用于使机器人臂运动的控制器，来实现对焊接过程的全部控制或调节。由此，特别是与利用单独的焊接控制器控制或调节焊钳相比，可以更好地实现机器人臂、焊接电流发生器和焊钳运动的同步。此外，不是将在焊接过程中用来使焊接电极相对挤压的力用作控制参数，而是使用焊接电阻作为调节焊钳的控制参数。由此将不再需要相对昂贵的力测量装置或应变测量装置来确定当前施加在焊钳上的力。相反，例如可以通过相对简单的方式借助于焊接电流发生器确定当前的焊接电阻，因为根据当前流过焊接电极的电流和施加在焊接电极上的电压可以得到当前的焊接电阻。

根据本发明的焊接机器人的一种优选的实施方式，在机器人控制装置上运行的运算程序包括至焊接电机的第一双向接口，用以与焊接电机实现双向通信。特别将第一双向接口设计为，能够实现实时通信，优选为硬实时（harterEchtzeit）通信。由此使机器人控制装置或运算程序能够获得关于当前焊接电阻的信息。由此使机器人控制装置或运算程序能够控制焊钳的夹钳驱动器，从而实现所期望的控制行为，即以焊接电阻作为控制参数来调节焊钳。

根据本发明的焊接机器人的另一种变形，将在机器人控制装置上运行的运算程序设计为，根据额定焊接电阻的参考曲线可调节地控制夹钳驱动器。优选可以自动生成额定焊接电阻的参考曲线。由此使得机器人控制装置可以在焊接过程中根据该参考曲线通过控制夹钳驱动器调节焊接电阻的时间进程。从而能够提高焊接质量。

为了根据焊接电阻更好地调节焊钳，还可以将在机器人控制装置上运行的运算程序设计为，使机器人控制装置根据要由电极施加的力的额定值特性（Sollwert-Profil）附加地可调节地控制夹钳驱动器。

根据本发明的焊接机器人的另一种实施方式，将机器人臂的驱动器设计为可控的电驱动器。优选将机器人控制装置或运算程序设计为，使其通过运算程序向该可控的电驱动器传送用于其运动的额定值。

根据本发明的焊接机器人的一种优选的实施方式，运算程序包括第一运算程序和第二运算程序。第一运算程序设计用于控制机器人臂的驱动器，特别是控制夹钳驱动器。第二运算程序设计用于控制焊接电流发生器，使其向焊接电极提供规定的电能，并产生用于控制夹钳驱动器的额定值，从而在电阻焊接期间在焊接电极上施加规定的额定焊接电阻。也就是将在机器人控制装置上运行的运算程序设计为，其包括第一运算程序形式的对机器人臂和夹钳驱动器的运动控制和第二运算程序形式的焊接控制。由此，例如可以通过相对简单的方式对业已存在的仅包括机器人臂的运动控制的机器人控制装置扩充第二运算程序，从而借助于该机器人控制装置实现对焊接机器人的全部控制或调节。优选第二运算程序包括可能存在的用于焊接电流发生器的第一双向接口。

第二运算程序可以具有用于与第一运算程序通信的第二双向接口。特别是将该第二双向接口设计为，能够进行实时通信，特别是硬实时通信。

根据本发明的焊接机器人的一种变形，将机器人控制装置设计为，借助第二运算程序，特别是通过快速现场总线与焊接电机进行双向实时通信。由此能够在机器人控制装置和焊接电机之间实现相对迅捷的通信。

还可以将机器人控制装置设计为，借助于第二运算程序同时控制焊接电流发生器和夹钳驱动器，和/或同时控制夹钳驱动器和机器人臂驱动器。

第二运算程序可以从第一运算程序获得用于焊钳闭合的数据，并根据该运动控制焊接电流发生器。第二运算程序可以将第一运算程序设定为，控制夹钳驱动器以使焊钳张开。第二运算程序可以由第一运算程序获得用于使焊钳围绕焊点转动的数据，并根据该转动控制焊接电机。第二运算程序还可以与焊钳校准装置双向地、特别是实时地交换数据。此外，设置对焊钳的电气和机械特征参数的自动校准。

借助于根据本发明的焊接机器人，可以获得电阻焊接的控制方法。特别是可以通过下列工艺参数的共同作用实现电阻焊接的工艺过程：

-焊接能源

-电极力

-附加运动。

工艺过程的质量以及由此的焊点的质量（焊接质量）特别是依赖于对工艺参数的控制或调节的质量。对工艺参数的调节越精确以及越同步，焊接质量就越好。

优选将焊接能源以可调的焊接电流的形式提供给焊钳，焊接电流由焊接电流发生器产生。该焊接电流特别是由与焊接电机的焊接变压器和焊接整流器的组合相关联的中频焊接变频器产生。

电极力，也就是使焊接电极相对压迫的力，将通过焊钳的夹钳驱动器实现。夹钳驱动器可以例如是气动、伺服气动或电动运行。优选使用电机驱动的焊钳。在利用根据本发明的焊接机器人的电阻焊接、特别是电阻点焊中，优选将机器人控制装置中的夹钳驱动器描述为机器人臂的附加轴（例如轴7），并因此由机器人控制装置控制。对电极力的调节同样可以通过机器人控制装置中的软件或运算程序实现。

焊钳在电阻点焊或电阻焊接中的附加运动可以是打开/闭合运动、平衡运动（焊钳平衡）和旋转运动。

焊钳的打开/闭合运动在必要时同样由夹钳驱动器实现，并优选与焊钳相对于工件的运动相协调。首先在利用焊接机器人进行电阻点焊时，优选使焊钳的焊接运动至少部分地与朝向焊点的运动相重叠，另一方面，使焊钳的打开运动至少部分地与离开焊点的运动相重叠。通过在焊钳闭合并产生电极力之后延迟开始焊接电流可以实现前保持时间（Vorhaltezeit），在此，通过在焊接电流结束之后延迟打开焊钳可以实现后保持时间（Nachhaltezeit）。前保持时间和后保持时间是焊接参数，其可以影响到焊接质量。在根据本发明的焊接机器人的一种优选的变形中，使对焊钳的打开/闭合运动的控制与对焊接电流的控制相协调。

焊钳的平衡运动应该确保焊钳在例如工件位置、电极帽磨损、钳臂弯曲等变化的条件下与工件相匹配。由于钳臂的弯曲与当前的电极力相关，因此优选使对平衡运动的控制与对电极力的控制/调节紧密地相结合。

焊钳的旋转运动描述焊钳围绕焊点轴线的转动，同时伴随着焊接过程。在根据本发明的焊接机器人的一种变形中，这种可能存在的运动由机器人控制装置来控制。

根据本发明的焊接机器人的实施方式，可以实现下述功能：

-与机器人臂的运动同步地打开/闭合焊钳，

-通过机器人控制的附加轴控制/调节电极力，

-与电极力同步的焊钳平衡，

-与电极力同步的焊接电流，

-与旋转运动同步的焊接电流。

附图说明

在附图中示例性地说明了根据本发明的实施例。其中，

图1示出了一种焊接机器人，其具有工业机器人和固定在工业机器人的机器人臂上的焊钳，

图2示出了焊钳。

具体实施方式

图1示出了一种焊接机器人，其特别设计用于电阻焊接，优选用于电阻点焊。该焊接机器人具有工业机器人、在图2中详细示出的焊钳21和焊接电机1。工业机器人包括机器人臂2和用以使机器人臂2运动的机器人控制装置9。焊钳21固定在位于机器人臂2上的机器人臂2的固定装置8上，并因此可以借助于机器人臂2运动。

在本实施例中，机器人臂2包括多个依次设置并通过关节相连接的节肢。这些节肢特别是静止的或可移动的支架3和相对于支架3围绕垂直延伸的轴A1可转动地安装的转盘4。在本实施例中，机器人臂2的其他节肢可以是摇臂5、悬臂6和优选为多轴的机器人手7，机器人手7具有例如构造为法兰的固定装置8，用以固定焊钳21。摇臂5在下端部上（例如在未详细示出的摇臂轴承头上）优选围绕水平轴可摆动地安装在转盘4上。悬臂6也同样优选围绕水平轴可摆动地安装在摇臂5的上端部上。悬臂6在端侧优选以其三个轴支承机器人手7，在图1中示出了其中的轴A4和轴A6。

为了使机器人臂2运动，机器人臂2包括与机器人控制装置9相连接的驱动器，这些驱动器特别是电驱动器，在本实施例中为可控的电驱动器。在图1中仅示出了这些电驱动器的几个电动机10到12。在机器人控制装置9上有运算程序13运行，在工业机器人运行中，机器人控制装置9利用运算程序13例如这样控制工业机器人：使固定装置8或所谓的工具中心点执行预先设定的运动。在必要时机器人控制装置9控制驱动器，如其在原理上为专业人员所公知的。

在本实施例中，焊钳21如同专业人员所公知的那样具有两个电极臂22、23，在它们的端部上分别设置焊接电极24、25。借助于夹钳驱动器可以使这两个电极臂22、23相对于彼此围绕垂直于图2的图面的轴A7偏转。由此可以使两个电极24、25相对按压至少两个要通过电阻点焊焊接在一起的物体。在本实施例中，夹钳驱动器包括电动机26和与电极臂22相连接的机轴（Spindel）27，机轴27由电动机26驱动，以使两个电极臂22、23关于轴A7偏转。焊钳21还包括固定装置28，焊钳21通过该固定装置固定在机器人臂2的固定装置8上。

在本实施例中，运算程序包括第一运算程序16和第二运算程序17。第一运算程序16用于控制机器人臂2的驱动器和夹钳驱动器的电动机26。如果机器人臂的驱动器是可控的电驱动器，则将机器人控制装置9设计为，其可以通过运算程序13或第一运算程序16向该可控的电驱动器传输用于其运动的额定值。

在本实施例中，第二运算程序17用于控制焊接电流发生器1，使其向焊接电极24、25提供预先设定的电能。焊接电机1如专业人员所公知的那样例如包括中频焊接变频器、焊接变压器和焊接整流器。在本实施例中，焊接电流发生器1用于产生可调的脉冲电压，由此在电阻点焊期间使预先设定的电流流过焊接电极24、25。在本实施例中，机器人控制装置9通过第二运算程序17在电阻点焊过程中向焊接电流发生器1传输关于该预先设定的电流的信息。为了进行通信，第二运算程序17例如包括用于焊接电流发生器1的第一双向接口14。焊接电流发生器1通过该第一双向接口14特别是实时地、优选为硬实时地传输关于当前焊接电阻的信息，该焊接电阻施加在焊接电极24、25上并根据焊接电流和由焊接电流发生器1产生的电压得出。

第二运算程序17可以通过用于第一运算程序16的第二双向接口18与第一运算程序16进行特别是实时通信，优选为硬实时通信。

因此，将在机器人控制装置9上运行的运算程序13设计为，其包括特别是第一运算程序16形式的对机器人臂2和夹钳驱动器的电动机26的运动控制以及第二运算程序17形式的焊接控制。

在本发明的实施例中，运算程序13不仅用于使机器人控制装置9控制机器人臂2的驱动器的运动，而且还用于根据利用焊接驱动器的电动机26使焊接电极24、25挤压要焊接的物体的力来调节焊接电阻，也就是待焊接的物体的电阻。因此，对于该调节，将焊接电阻、即待焊接的物体的电阻根据通过焊钳21使至少两个物体在焊接期间被挤压在一起的力作为控制参数使用。在本实施例中，这种调节可以借助于第二运算程序17实现，其特别是实时地、优选为硬实时地将用于控制夹钳驱动器的电动机26的相应信息传输给第一运算程序16。

因此，第二运算程序17例如实现以下调节：其中，Pos表示夹钳驱动器的电动机26的位置或地点，R_Ist表示焊接电阻的实际值，R_Soll表示焊接电阻的额定值，Δpos表示对应于夹钳驱动器的电动机26的位置变化的信号：

Pos=f（R_Ist）

ΔPos=f（R_Ist-R_Soll）。

因此可以将机器人控制装置9或在其上运行的运算程序13设计为，通过单一的控制装置，即对机器人臂2的运动的控制所设置的控制装置，来实现对焊接进程的全部控制或调节。由此特别是能够更好地实现机器人臂2、焊接电流发生器1、焊钳21及其夹钳驱动器的运动的同步。

在本发明的实施例中，在机器人控制装置9上运行的运算程序13被设计为，根据额定焊接电阻的参考曲线可调地控制夹钳驱动器的电动机26。优选额定焊接电阻的参考曲线可以自动生成。由此，机器人控制装置9在焊接进程期间根据该参考曲线，通过控制夹钳驱动器的电动机26来调节焊接电阻的时间进程。

在机器人控制装置9上运行的运算程序13，特别是第二运算程序17还可以被附加地设计为，使机器人控制装置9根据由电极24、25所施加的力的额定值特性来可调节地控制夹钳驱动器21。

第二运算程序17还可以从第一运算程序16获得用于焊钳21闭合的数据，并根据该运动控制焊接电机1。第二运算程序17可以将第一运算程序16设定为，控制夹钳驱动器的电动机26，以使焊钳21张开。第二运算程序17可以从第一运算程序16获得用于使焊钳21围绕焊点转动的数据，并根据该转动控制焊接电机1。第二运算程序17还可以与焊接校准装置19双向地、特别是实时地交换数据。此外，可以设置对焊钳21的电气和机械参数的自动校准。

Claims

1.一种用于电阻焊接的焊接机器人，具有：

焊钳（21），该焊钳具有夹钳驱动器（26，27）和两个可借助所述夹钳驱动器（26，27）相对按压的焊接电极（24，25），这两个焊接电极在该焊接机器人正常运行时相对于至少两个要通过电阻焊接进行焊接的物体进行按压；

与所述焊接电极（24，25）相连接的焊接电机（1），用于在电阻焊接期间向所述焊接电极（24，25）提供电能；

工业机器人，其具有机器人臂（2）和用于使该机器人臂运动的机器人控制装置（9），其中，所述机器人臂（2）具有多个依次设置的节肢和与所述机器人控制装置（9）相连接的驱动器，所述焊钳（21）固定在所述机器人臂（2）上，所述机器人控制装置（9）与所述焊接电机（1）和所述夹钳驱动器（26，27）相连接，并且在所述机器人控制装置（9）上运行运算程序（13），该运算程序控制所述机器人臂（2）的驱动器，以使所述机器人臂运动，并调节地控制所述夹钳驱动器（26，27），从而在电阻焊接期间在所述焊接电极（24，25）上施加预先给定的额定焊接电阻，以及控制所述焊接电机（1），使其向所述焊接电极（24，25）提供预先给定的电能。

2.如权利要求1所述的焊接机器人，其运算程序（13）具有至所述焊接电机（1）的第一双向接口（14），所述机器人控制装置（9）通过该接口利用所述运算程序（13）与所述焊接电机（1）通信。

3.如权利要求1或2所述的焊接机器人，其中，将在所述机器人控制装置（9）上运行的所述运算程序（13）设计为，在电阻焊接的过程中向所述焊接电机（1）传送关于所述焊接电极（24，25）的额定电流的信息，以及所述焊接电机（1）特别是用于产生用于所述焊接电极（24，25）的供电电压，使得所述额定电流至少平均地流过所述焊接电极（24，25）。

4.如权利要求1到3中任一项所述的焊接机器人，其中，所述焊接电机（1）向所述机器人控制装置（9）传送关于当前焊接电阻的信息。

5.如权利要求1到4中任一项所述的焊接机器人，其中，在所述机器人控制装置（9）上运行的所述运算程序（13）根据额定焊接电阻的参考曲线调节地控制所述夹钳驱动器（26，27），在此，特别是自动生成该额定焊接电阻的参考曲线。

6.如权利要求1到5中任一项所述的焊接机器人，其中，将在所述机器人控制装置（9）上运行的所述运算程序（13）设计为，使所述机器人控制装置（9）根据由所述电极（24，25）施加的力的额定值特性调节地控制所述夹钳驱动器（26，27）。

7.如权利要求1到6中任一项所述的焊接机器人，其中，将所述机器人臂（2）的驱动器设计为可控电驱动器，所述机器人控制装置（9）通过所述运算程序（13）向该可控电驱动器传送用于该可控电驱动器的运动的额定值。

8.如权利要求1到7中任一项所述的焊接机器人，其中，所述运算程序（13）包括第一运算程序（16）和第二运算程序（17），其中，所述第一运算程序（16）设计用于控制所述机器人臂（2）的驱动器，特别是控制所述夹钳驱动器（26，27），所述第二运算程序（17）设计用于控制所述焊接电机（1），使所述焊接电机（1）向所述焊接电极（24，25）提供预先给定的电能，并产生用于控制所述夹钳驱动器（26，27）的额定值，从而在电阻焊接期间在所述焊接电极（24，25）上施加预先给定的额定焊接电阻。

9.如权利要求8所述的焊接机器人，其中，所述第二运算程序（17）通过第二双向接口（18）与所述第一运算程序（16）双向通信。

10.如权利要求8或9所述的焊接机器人，其中，所述机器人控制装置（9）利用所述第二运算程序，特别是通过快速现场总线与所述焊接电机（1）双向实时通信，和/或同时控制所述焊接电机（1）和所述夹钳驱动器（26，27），和/或同时控制所述夹钳驱动器（26，27）和所述机器人臂（2）的驱动器，和/或所述第二运算程序从所述第一运算程序获得用于使所述焊钳（21）闭合的数据，并根据该运动控制所述焊接电机（1），和/或所述第二运算程序将所述第一运算程序预先设定为，控制所述夹钳驱动器（26，27），以使所述焊钳（21）张开，和/或所述第二运算程序从所述第一运算程序获得用于使所述焊钳（21）围绕焊点转动的数据，并根据该转动控制所述焊接电机（1），和/或所述第二运算程序与用于焊钳的校准装置（17）双向地、特别是实时地交换数据，和/或对所述焊钳（21）的电气和机械参数进行自动校准。