CN111037079B - 用于在工件的电阻焊接中检验品质的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在工件（121、122）的电阻焊接中检验品质的方法，焊接电极（111、112）借助电极驱动器（130）以电极力压抵工件（121、122）的焊接点（125），并在焊接过程期间，焊接电极（111、112）在焊接时间的持续时间中以焊接电流来通电以便液化工件（121、122）的表面，在液化开始前的第一时间点确定表示一个或两个电极的姿势的焊接电极参数的第一值，在第一时间点，焊接电极（111、112）以电极力压抵工件（121、122）的焊接点（125），在液化开始后的第二时间点确定表示一个或两个电极的姿势的焊接电极参数的第二值，在第二时间点，焊接电极（111、112）以电极力压抵工件（121、122）的焊接点（125），第一值和第二值进行相互比较并且根据比较结果判断焊接过程的品质。

Description

用于在工件的电阻焊接中检验品质的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在工件的电阻焊接中检验品质的方法以及一种控制单元、焊接设备和用于执行该方法的计算机程序。

背景技术

借助焊接过程、例如电阻焊接可以使工件材料融合地相互连接。例如在自动化的白车身制造中，通过机器人控制的焊接钳使不同的工件、例如板材借助电阻焊接来相互焊接。

在电阻焊接中，首先在所谓的力构建阶段中，焊接钳的两个焊接电极借助电极驱动器压抵工件的焊接点，直到达到预设的电极力。随后进行实际的焊接过程，在焊接过程中，焊接电极在焊接时间的持续时间中以焊接电流进行通电，由此，进行对焊接电极之间的两个待焊接的工件的电阻加热，并且工件被加热，直到达到需要的焊接温度。

发明内容

基于该背景，提出了具有独立权利要求的特征的一种用于在工件的电阻焊接中检验品质的方法以及一种控制单元、焊接设备和用于执行该方法的计算机程序。有利的设计方案是从属权利要求和随后的描述的主题。

焊接电极借助电极驱动器利用电极力压抵工件的焊接点，并且在焊接过程中，焊接电极以焊接电流进行通电，以便液化或熔化工件的表面。尤其地，焊接电流强度在焊接过程开始时在所谓的电流增大阶段中提高，直到达到预设的值。在焊接过程结束时，焊接电流强度在所谓的电流减小阶段中适宜地减小到值0。

在本方法的范围内，在第一时间点确定表示一个或两个电极的姿势的焊接电极参数的第一值。在第一时间点，液化开始前，焊接电极利用电极力压抵工件的焊接点。在液化开始后，在第二时间点确定焊接电极参数的第二值，其中在第二时间点，焊接电极利用电极力压抵工件的焊接点。

第一时间点尤其是在焊接过程的第一阶段开始之前的或在这期间的时间点，在该时间点，工件表面然而还没有液化或者熔化。在第一时间点，要么还没有焊接电流流动，要么虽然已经有焊接电流流动，但其还是很小的，从而还没有对工件表面进行液化。

第二时间点尤其是在最后的阶段期间的或在焊接过程结束后的时间点。工件表面尤其是可以在第二时间点已经又凝固。在第二时间点，要么不再有焊接电流流动，要么虽然还有焊接电流流动，但其是很小的，从而还不能够实现另外的液化。因此尤其地，第二时间点位于液化结束之后，即进一步尤其是在凝固开始后没有出现从固态到液态的另外的相变化，即还进一步尤其是在凝固结束后已经出现从液态到固态的相变化，即工件表面已经又是固态的。

第一值和第二值进行相互比较，并且根据比较结果判断焊接过程的品质。在本发明的范围内识别的是，焊接电极参数和尤其是其第一和第二值在开始液化之前或之后示出特别有效的可能性，以便可以判断并且此外量化焊接过程的品质。

表示一个或两个电极的姿势（Lage）的焊接电极参数表征焊接电极的位置或姿势。姿势实际值例如可以在此相对于焊接点或工件被确定，或者适宜地也相对于焊接设备的参考点、尤其是焊接电极的静止姿势被确定。姿势或姿势实际值尤其是表征电极盖在空间中的位置。此外尤其是观察仅一个轴线，适宜地观察沿电极的移动方向的轴线，其可以通过打开和关闭电极的驱动器的姿势实际值提供。

第一值因此描述了适宜地相对于焊接点的在开始液化工件表面之前的并且因此尤其是在焊接过程开始之前或开始时的位置或姿势。第二值描述了同样尤其是相对于焊接点的在开始液化工件表面之后的并且因此尤其是在焊接过程结束之后或结束时的位置/姿势。第一和第二值的比较尤其是可以推断出，焊接电极相对于焊接点的位置如何改变，并且因此此外工件在焊接点上在焊接过程期间如何改变。因此，该比较能够实现关于工件的在焊接点上产生的焊接连接的品质并且因此关于焊接过程的品质的有说服力的推断。

姿势实际值是特别有利的焊接电极参数，以便推断出焊接过程的特性和情况，并且尤其是可以判断焊接过程的品质。因为在焊接飞溅物中液态的金属从工件被去除，所以这导致的是，焊接电极进一步移动到工件上，并且尤其是提高姿势实际值。

尤其地，焊接电极参数的值此外也可以在第一和第二时间点之间，即尤其是在焊接过程期间被确定，并且用于判断品质。因此，焊接过程可以借助焊接电极参数尤其是被连续监控。

根据有利的实施方式，第一时间点是下述时间点，在该时间点，焊接电极利用电极力压抵工件的焊接点，但还没有以焊接电流进行通电。尤其地，第一时间点在该情况下在焊接过程开始之前发生。第一时间点在该情况下例如可以位于所谓的维持阶段，维持阶段在电阻焊接时位于力构建阶段与焊接过程开始之间。

有利地，第二时间点是下述时间点，在该时间点，焊接电极不再以焊接电流进行通电，但还利用电极力压抵工件的焊接点。因此，第二时间点尤其是在焊接过程结束后发生。在该情况下，第二时间点例如可以位于所谓的持续阶段中，尤其是在焊接过程结束后，在焊接电极移动离开焊接点之前。

备选地，根据有利的实施方式也可想到的是，在第一和/或第二时间点，尤其是没有导致表面液化的焊接电流流动。

优选地，第一时间点是在电流增大阶段期间、即在焊接电流强度在开始给焊接电极通电后升高期间的时间点。备选地，第一时间点优选是在所谓的预处理阶段期间的时间点，在预处理阶段期间，尤其是已经有焊接电流流过焊接电极，焊接电流的焊接电流强度然而还是很小的，从而还没有液化工件表面。备选地，第一时间点优选是在焊接时间的持续时间的第一个10%内的时间点。

优选地，第二时间点是在电流减小阶段期间、即在焊接电流强度减小为值0期间的时间点。备选地，第二时间点优选是在所谓的再加热阶段期间的时间点，在再加热阶段期间还有焊接电流流过焊接电极，其中焊接电流强度然而已经是很小的，以便还进一步液化工件表面。备选地，第二时间点是在焊接时间的持续时间的最后的10%内的时间点。

根据特别优选的实施方式，从第一值和第二值量化焊接飞溅物（Schweissspritzer）对焊接过程的品质的影响。焊接飞溅物理解为熔化的金属滴，其基于非常大强度的在焊接点处或周围施加的热量和力爆发。这种焊接飞溅物可以对焊接品质产生负面影响，因为因此在焊接点处损失的材料不再是可用的。

因为液态金属通过焊接飞溅物移动离开工件，所以焊接电极在出现焊接飞溅物时进一步移动至工件上，或者相互靠近地移动，并且改变焊接电极的当前的姿势或位置。借助焊接电极参数（其尤其是表征焊接电极相对于焊接点的姿势或位置）可以判断并且尤其是量化焊接飞溅物的影响。

如果越多材料在焊接点处通过焊接飞溅物损失，那么对焊接过程的品质的影响是越负面的，那么焊接电极在焊接过程中在焊接点处越会相互靠近地移动，那么焊接电极参数的改变越大，并且那么焊接电极参数的第一和第二值之间的差异越大。

以常规的方式大多不一定能够判断焊接飞溅物对焊接点或焊接过程的品质的影响，因为所述影响与多个不同的因素有关，例如与各个工件的厚度有关或与飞溅物的结合在哪个平面中、例如在其中一个工件的表面上或在工件之间出现有关。借助焊接电极参数现在能够实现的是，可以判断并且量化焊接飞溅物对焊接过程品质的影响。

有利地，形成第一值和第二值的差，并且该差与至少一个阈值比较。该差适宜地量化焊接电极相对于焊接点的姿势在焊接过程期间的改变，并且此外尤其是量化工件在焊接点上的改变。因此，该差是特别有利的量化参量，以便可以判断焊接过程的品质。

优选地，作为焊接过程的品质判断焊接点的压入深度和/或剩余壁厚度。压入深度尤其是理解为，焊接电极在焊接过程期间在焊接点上进入工件中多深。剩余壁厚度尤其是理解为在焊接点上结合的工件的厚度。压入深度和剩余壁厚度尤其是表征工件在焊接点上的改变，并且允许说明焊接过程的品质。尤其是可以从焊接电极参数（其表征焊接电极的姿势）推断出压入深度。可以适宜地从压入深度推断出剩余壁厚度，并且从该剩余壁厚度又尤其是推断出焊接过程的品质。

优选地，从第一值和第二值量化焊接点的压入深度和/或剩余壁厚度。表征焊接电极的姿势的焊接电极参数和尤其是其直接在焊接过程之前的第一值以及其直接在焊接过程后的第二值因此是特别有利的可能性，以便确定这种用于判断焊接过程品质的量化参量。

有利地，焊接电极参数是电极驱动器的驱动参数。在该关系下，驱动参数尤其是理解为在调节或控制电极驱动器期间被确定的参量或参数，以便以预设的方式移动焊接电极并且压抵工件。驱动参数尤其是表征焊接电极的当前的姿势或位置或移动。因此适宜地，从驱动参数的值可以推断出焊接电极的当前的姿势，并且从此出发又推断出工件的特性或焊接过程。因此，该驱动参数特别有利于判断焊接过程的品质。

驱动参数例如可以是电极驱动器的在调节电极驱动器期间被确定的控制和/或调节参量，尤其是电极驱动器的实际值和/或额定值，以便将电极力调节为预设的值。电极驱动器可以尤其是电气和/或机械和/或气动的电极驱动器。驱动参数因此可以例如是相应的电气和/或机械和/或气动参量。

因此优选地提供如下可能性，针对调节或控制电极驱动器确定驱动参数，并且此外针对判断焊接过程的品质使用驱动参数。以常规的方式，在电阻焊接时大多调节电极驱动器，大多借助相应的驱动调节设备调节电极驱动器，并且独立地调节焊接过程，大多借助单独的独立的焊接控制器来调节焊接过程。

在焊接过程调节期间，通常不能够访问驱动调节的参数。然而在本方法的范围内证实特别有利的是，为了判断焊接过程的品质考虑到电极驱动器的调节的驱动参数。本方法因此有利地提供如下可能性，使对焊接过程和电极驱动器的调节相互关联，并且大多原本针对调节电极驱动器被确定的驱动参数与对焊接过程的调节相联系，用于判断焊接过程品质。

有利地，在比较期间此外考虑到工件的板材厚度组合。在该关系下，板材厚度组合（BDK）理解为由要相互焊接的具有不同的工件厚度的工件构成的组合，其中工件厚度又尤其是理解为相应的工件沿垂直于焊接方向的方向或沿与力沿该方向通过焊接过程施加到工件上的方向平行的方向的厚度。

针对特殊的板材厚度组合需要的焊接板材大多是特别窄的，即在该区域中实现焊接过程的良好的品质。由此得到在电阻焊接特殊的板材厚度组合时从相应的焊接区域移出的危险，由此焊接飞溅物的数量增加，并且焊接连接的品质降低。因此，在本方法的范围内，现在有利地也考虑到待焊接的工件的板材厚度组合，用于判断焊接过程的品质。因此，在品质判断期间，例如可以将焊接点的在焊接过程后保留的剩余壁厚度与工件厚度比较，并且因此判断是否虽然构造了焊接点，但没有达到必需的强度。

本方法因此特别有利地适用于如下过程，在该过程中，使具有复杂的不同的板材厚度组合的多个焊接点相互焊接。例如，本方法特别有利地适用于白车身制造，尤其是白车身制造中的优选在机动车生产期间的自动化的焊接过程。在此尤其地，板材相互焊接，以便制造机动车的车身。在单一的车身的制造过程期间，可以自动化地加工直至几千个具有几百个不同的板材厚度组合的焊接点，例如大约5000个具有大约700个不同的针对中档车辆的板材厚度组合的焊接点。通过该方法可以精准地判断各个焊接点的品质。

优选地，在比较期间此外考虑到至少一个焊接参数。在该关系下，焊接参数在此适宜地理解为涉及焊接过程本身并且因此尤其是涉及焊接电极的电气运行的参量或参数。焊接电流和/或焊接电压和/或电流时间或焊接时间（即焊接电流流动的时间）尤其是可以被考虑为焊接参数。同样可想到的是，考虑到焊接过程调节对至少一个焊接参数的反应。

优选地，工件由铝和/或钢构成。工件在此例如可以是具有尤其是直至1mm的厚度的薄板材。对这种工件的电阻焊接对于精准焊接过程调节来说是特别困难的应用情况。通过本方法，可以在这种困难的应用情况下精准地判断焊接过程的品质。

根据本发明的控制单元（计算单元），例如焊接设备的焊接控制器尤其是在程序技术上设置用于执行根据本发明的方法。控制单元或焊接控制器例如可以构造为SPS（存储器可编程的控制器）、NC（数字控制）或CNC（计算机数字控制）。

根据本发明的用于电阻焊接的焊接设备尤其是具有带有焊接电极的焊接钳和用于移动焊接电极的电极驱动器。此外，焊接设备包括根据本发明的控制单元的优选的设计方案。

根据本发明的方法以具有用于执行所有方法步骤的程序代码的计算机程序的形式的实施也是有利的，因为这导致特别小的成本，尤其是当实施的控制设备还用于另外的任务，并且因此总归存在时。适当的用于提供计算机程序的数据载体尤其是磁的、光学的和电气的存储器，例如硬盘、闪存、EEPROM、DVD等。程序通过计算机网络（因特网、内网等）的下载也是可能的。

本发明的另外的优点和设计方案由说明书和附图得到。

要理解的是，之前提到的和随后还将阐述的特征可以不仅以分别说明的组合，而且还以其他的组合或单独使用，而不会偏离本发明的范围。

附图说明

本发明借助附图中的实施例示意性地示出，并且随后参考附图详细描述。

图1示意性示出了根据本发明的焊接设备的优选的设计方案，焊接设备设置用于执行根据本发明的方法的优选的实施方式。

图2作为方框图示意性示出了根据本发明的方法的优选的实施方式。

图3示意性示出了焊接电极参数的时间曲线，焊接电极参数在根据本发明的方法的优选的实施方式中可以被确定。

图4示意性示出了焊接电极参数的时间曲线，焊接电极参数在根据本发明的方法的优选的实施方式中可以被确定。

具体实施方式

图1示意性示出了用于电阻焊接的焊接设备，并且该焊接设备以100来表示。

焊接设备100可以与工件120通过电阻焊接相互材料融合地连接。尤其地，工件120在白车身制造中相互焊接，其中尤其是制造机动车的车身。在此，例如两个由铝制成的板材121和122作为工件相互焊接。

焊接设备100具有焊接钳110，其具有两个焊接电极111和112。电极驱动器130设置用于移动焊接电极111、112。在图1中，焊接钳110例如作为伺服电气焊接钳示出，其具有构造为伺服马达的电极驱动器130。同样可想到的是，电极驱动器130例如可以构造为电动马达、液压马达或气动马达。

在电阻焊接中，在所谓的力构建阶段期间，焊接电极111和112借助电极驱动器130利用电极力在焊接点125上压抵板材121和122。随后，焊接电极111和112在实际的焊接过程期间在焊接时间的持续时间中以焊接电流进行通电，由此实现板材121和122在焊接点125上的电阻加热，并且导致工件121、122的表面的液化。

此外，焊接设备100具有控制单元（焊接控制器）140，其例如可以构造为SPS（存储器可编程的控制器）。控制单元140设置用于通过附图标记151示出地调节电极驱动器130，并且此外通过附图标记152示出地调节焊接过程。针对该目的，在控制单元130中执行相应的驱动调节141和相应的焊接过程调节142，其分别可以实施为相应的控制程序或也实施为共同的控制程序。

控制单元140此外设置用于判断焊接过程或产生的焊接点125的品质。针对该目的，控制单元140尤其是在程序技术上设置用于执行根据本发明的方法的优选的实施方式，其在图2中示意性地作为方框图示出，并且随后参考图1和2阐述。

步骤201表示力构建阶段，在该力构建阶段中，焊接电极111和112借助电极驱动器130在焊接点125上压抵板材121和122，直到达到预设的电极力。

步骤202表示所谓的维持阶段，在维持阶段中，焊接电极111、112利用电极力在焊接过程开始前压抵工件121、122的焊接点125，但还没有以焊接电流进行通电。在该维持阶段中，在本示例中，在工件121、122的表面的液化开始前的第一时间点，电极驱动器120的姿势实际值的第一值确定为焊接电极参数，第一值表征焊接电极111、112的当前的姿势。

在步骤203中，现在进行焊接过程，在焊接过程中，焊接电极111、112在焊接时间的持续时间中以焊接电流进行通电。

也可想到的是，只要还没有进行工件表面的液化，那么在开始焊接过程后，在第一阶段中确定姿势实际值的第一值。第一值例如可以在第一时间点被确定，第一时间点例如在所谓的预处理阶段期间可以位于焊接持续时间的直至10%内。

在焊接时间结束后，并且在给焊接电极111、112的通电结束后，在步骤204中进行所谓的持续阶段，在持续阶段期间，焊接电极111、112还利用电极力压抵工件121、122的焊接点125，但不再以焊接电流进行通电。在该持续阶段中，在本示例中，在工件121、122的表面的液化开始后的第二时间点确定焊接电极参数、即电极驱动器130的姿势实际值的第二值。第二时间点在此尤其是已经位于凝固结束后。

备选地，当还有很小的焊接电流流动时，姿势实际值的第二值也可以在焊接过程结束前的最后的阶段期间被确定。第二值例如可以在第二时间点被确定，第二时间点可以从完整的焊接持续时间的90%开始，例如在所谓的再加热阶段期间。

姿势实际值的第一值和第二值现在进行相互比较，并且根据比较结果判断焊接过程或产生的焊接点125的品质。针对该目的，在步骤205中形成第一值和第二值的差。该差尤其是表征姿势实际值如何在焊接过程期间改变。当在焊接过程期间出现焊接飞溅物时，液态的金属在焊接点125上从工件121、122移出，焊接电极111、112进一步相互靠近地移动，并且姿势实际值得到提高。因此，该差是特别有利的参量，以便可以判断和量化焊接飞溅物对焊接过程的品质的影响。

在步骤206中，该差现在与阈值比较。阈值例如可以根据待焊接的工件121、122的板材厚度组合来选择。当差没有达到阈值时，这指出的是，焊接电极111、112的姿势在焊接过程期间没有以超过允许的值进行改变，并且因此不出现焊接飞溅物，或者在出现焊接飞溅物时至少不出现品质损害。在步骤207中，在该情况下判断达到焊接过程或焊接点125的高的品质。

当差相反地达到或超过阈值时，焊接电极111、112的姿势在焊接过程期间以超过允许的值进行改变，这是因为出现焊接飞溅物。在步骤208中，在该情况下判断，焊接点125的剩余壁厚不足够高地确保期望的强度，并且没有达到焊接过程或焊接点125的足够的品质。在该情况下，在步骤209中可以执行相应的措施，例如可以输出错误讯息，即虽然构造了焊接点125，但没有达到必需的强度。

图3示意性示出焊接电极参数关于时间画出的图表300，焊接电极参数在根据本发明的方法的优选的实施方式中可以被确定。

曲线310示出了姿势实际值的时间曲线。此外，在图3中示出了电极力的时间曲线320和电极驱动器130的转速实际值的时间曲线330。图3所示的曲线310、320、330尤其是表征具有高的品质的焊接过程，在该焊接过程中不出现焊接飞溅物。

图3中此外示出了姿势实际值的在第一时间点t₁确定的第一值和姿势实际值的在第二时间点t₂确定的第二值的差Δ₁。差Δ₁在所示的示例中具有正值，这指出的是，电极相互分开，并且因此不出现焊接飞溅物。

与图3类似地，图4也示意性示出焊接电极参数关于时间画出的图表400，焊接电极参数在根据本发明的方法的优选的实施方式中可以被确定。在图4中也示出了电极驱动器130的转速实际值430、姿势实际值410和电极力420的时间曲线。图4然而示出了具有不足够的品质的焊接过程的情况，在该焊接过程中出现焊接飞溅物。

与图3类似地，图4此外示出了姿势实际值的在第一时间点t₃确定的第一值和姿势实际值的在第二时间点t₄确定的第二值的差Δ₂。差Δ₂在所示的示例中具有负值，这指出的是，电极相互靠近地移动（Aufeinanderzubewegen），并且因此出现焊接飞溅物。

Claims (14)

1.用于在工件（121、122）的电阻焊接中检验品质的方法，其中焊接电极（111、112）借助电极驱动器（130）利用电极力压抵所述工件（121、122）的焊接点（125），并且其中在焊接过程中，所述焊接电极（111、112）在焊接时间的持续时间中以焊接电流进行通电，以便液化所述工件（121、122）的表面，

其特征在于，在液化开始前的第一时间点（t₁、t₃），确定表示一个或两个电极的姿势的焊接电极参数（310、410）的第一值，其中在所述第一时间点（t₁、t₃），所述焊接电极（111、112）利用电极力压抵所述工件（121、122）的焊接点（125），在液化开始后的第二时间点（t₂、t₄），确定表示一个或两个电极的焊接电极参数（310、410）的姿势的第二值，其中在所述第二时间点（t₂、t₄），所述焊接电极（111、112）利用电极力压抵所述工件（121、122）的焊接点（125），所述第一值和所述第二值进行相互比较，并且根据比较结果判断焊接过程的品质，其中，在比较中此外考虑到所述工件（121、122）的板材厚度组合和/或至少一个焊接参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述第一值和所述第二值量化焊接飞溅物对焊接过程的品质的影响。

3.根据权利要求1或2所述的方法，形成所述第一值和所述第二值的差（Δ₁、Δ₂），并且其中，所述差（Δ₁、Δ₂）与至少一个阈值进行比较。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，作为焊接过程的品质来判断所述焊接点的压入深度和/或剩余壁厚度。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述焊接电极参数（310、410）作为所述电极驱动器（130）的驱动参数来获得和/或是所述焊接电极（111、112）的姿势实际值。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述工件（121、122）由铝和/或钢制成。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一时间点（t₁、t₃）是下述时间点，在该时间点，所述焊接电极（111、112）利用电极力压抵所述工件（121、122）的焊接点（125），但还没有以焊接电流进行通电。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一时间点（t₁、t₃）是在电流增大阶段期间的时间点、在预处理阶段期间的时间点或在焊接时间的持续时间的第一个10%内的时间点。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第二时间点（t₂、t₄）是下述时间点，在该时间点，所述焊接电极（111、112）不再以焊接电流进行通电，但还利用电极力压抵所述工件（121、122）的焊接点（125）。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第二时间点（t₂、t₄）是在电流减小阶段期间的时间点、在再加热阶段期间的时间点或在焊接时间的持续时间的最后的10%内的时间点。

11.根据权利要求4所述的方法，其中，从所述第一值和所述第二值量化所述焊接点的压入深度和/或剩余壁厚度。

12.控制单元（140），所述控制单元设置用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

13.焊接设备（100），具有根据权利要求12所述的控制单元（140）。

14.机器可读的存储介质，所述存储介质具有存储在其上的计算机程序，当所述计算机程序在控制单元（140）上实施时，所述计算机程序促使所述控制单元（140）执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法。

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