CN111093879B - 测量焊钳的电极压力的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测量在焊钳(10)上的电极压力的方法，其中，所述焊钳(10)具有带第一电极(18a)的第一电极臂(14a)和与所述第一电极臂(14a)相对置的、带第二电极(18b)的第二电极臂(14b)，在焊接期间，至少一个工件(24)被夹紧在所述电极(18a、18b)之间。本发明要解决的技术问题是，提供一种用于测量电极压力的方法，该方法具有改善的信号品质。所述方法包括下述方法步骤：a)测量作用到所述第一电极(18a)上的第一力，b)测量作用到所述第二电极(18b)上的第二力，c)把测得的第一力和测得的第二力相加，其中，放大了从焊接位置传输到所述电极(18a、18b)上的电极压力信号并且消除了从外部导入所述至少一个工件(24)的并且传输到所述电极(18a、18b)上的干扰力信号。

Description

测量焊钳的电极压力的方法和装置
本发明涉及一种用于测量焊钳的电极压力的方法。尤其涉及一种用于检测在电阻焊接和点焊情况下作用在电极和待焊接物体之间的力的方法。本发明还涉及一种焊钳。
为了监控工件的焊接质量，除了诸如焊接电流和焊接电压的其他多种参数之外，通常也测量作用到焊接电极上的力。电极固定在焊钳上并且为了焊接而以预先规定的力朝工件挤压。该夹紧力应在焊接期间被检测。
由文献DE 103 38 176 A1已知用于控制焊钳的压紧力的方法和装置，其中，借助安装在焊钳上的力传感器测量由焊钳施加的力并且与期望的额定力比较。在有偏差时，例如可以相应地重新调节用于驱动焊钳的电动机。
本发明要解决的技术问题是，提供一种用于测量电极压力的方法，该方法提供改善的信号质量。
本发明建议一种用于测量在焊钳上的电极压力的方法，所述焊钳具有带第一电极的第一电极臂和与所述第一电极臂相对置的、带第二电极的第二电极臂。在焊接期间，至少一个工件被夹紧在第一电极和第二电极之间。所述方法包括下述方法步骤：
a)测量作用到所述第一电极上的第一力，
b)测量作用到所述第二电极上的第二力，
c)把测得的第一力和测得的第二力相加，其中，放大了从焊接位置传输到电极上的电极压力信号，并且消除了从外部导入所述至少一个工件的并且传输到电极上的干扰力信号。
本发明的目的是将由电极的夹紧力而产生的信号与从外部施加到工件上的力的信号分离。电极压力或者夹紧力自夹钳驱动装置经电极臂和电极作用到待焊接的工件上，所述电极压力或者夹紧力在第一电极的表面上和在第二电极的表面上产生向外作用的力，即所述力在电极表面上沿电极轴线的轴向朝焊钳上的电极支架的方向作用。
可能的干扰力FS例如由从外部导入工件的移动或者振动引起，都会使工件朝一个电极移动而远离另一个电极，并且因此导致在所述一个电极的表面上力增量(+FS)，以及在所述另一个电极的表面上力减量(-FS)。干扰力(+FS和-FS)的量在两个电极上是相同的。这种干扰力通常在同时利用多个作用在工件上的焊钳进行焊接的情况下出现，或者归咎于使得工件移动的其他工具或者输送装置。在此，干扰力叠加到在焊接时真正出现的力信号上并且降低了信号质量。
将作用到第一电极的表面上的第一力与作用到第二电极的表面上的第二力相加时，相应的电极压力由于正负号相同而相加，而干扰力由于正负号不同而分别彼此抵消。两个测得的力的总和的信号于是基本上不含可能从外部导入工件中的干扰力，并且两个测得的力的总和的信号仅代表作用在工件和电极之间的焊接力，其中，该信号的幅值具有作用到单个电极上的力的双倍的值。按照本发明的方法通过去除干扰信号和幅值的翻倍改善了信号质量，并且可以特别简单地实施，方式是将两个测得的力信号简单的相加。
在按照本发明的方法实际的实施方式中，使用X型焊钳作为焊钳。X型焊钳用于到达难以触及的焊接点。为此，X型焊钳的电极臂在垂直于电极轴线的极大的长度上延伸并且具有较小的弯曲刚度。从外部导入工件中的干扰力会使电极压力的较弱的信号显著失真。按照本发明的方法结合X型焊钳特别有利，因为可以减低或去除在X型焊钳中比较大的干扰力信号。甚至在C型焊钳的情况下在此所述的方法也能改善信号品质。在X型焊钳的情况下，力信号可以通过在钳臂上的应变传感器检测。在C型焊钳的情况下，力信号可以通过在电极支架上的压力传感器，例如压电传感器检测。
在实践中，第一力的测量可以借助在第一电极臂上的至少一个第一传感器进行，并且第二力的测量可以借助在第二电极臂上的至少一个第二传感器进行。优选的是，第一传感器和第二传感器分别布置在电极臂的水平延伸的部段的区域中。尤其地，第一传感器和第二传感器布置在电极臂的背离电极的侧面上。轴向作用到电极上的力可以特别好地在横向于电极延伸的电极臂上被探测，这些电极臂由于电极压力而弹性地变形。这种变形可以在电极臂的凸形弯曲的侧面上作为线膨胀被测量并且在凹形弯曲的侧面上作为压缩被测量，并且换算为力值。备选地，传感器也可以分别直接布置在电极支架的区域中并且设计为压力传感器，所述电极支架固定在电极臂的端部上。
也可行的是，针对每个电极使用多于一个的传感器，例如在电极臂外侧面上的一个传感器和在电极臂内侧面上的第二传感器。还可以将在钳臂上的应变传感器和在电极支架上的或者在驱动机上的压力传感器结合，所述应变传感器检测等同于电极压力的转矩。
作为传感器适宜的尤其是压电传感器和/或应变计。借助压电传感器或者应变计可以以简单的方式探测在电极臂的区域中的力引起的长度变化。压电传感器甚至能直接检测压力信号。压电传感器和应变计是易于使用的传感器。所使用的传感器应被校准，使得在作用到电极表面上的力的值相同的情况下传感器产生一样高的信号幅度。
本发明还涉及一种焊钳，其具有带第一电极的第一电极臂和带第二电极的第二电极臂。在第一电极臂上布置有至少一个第一传感器，其用于测量作用到第一电极上的力，并且在第二电极臂上布置有至少一个第二传感器，其用于测量作用到第二电极上的力。第一传感器的和第二传感器的测量信号被传导至分析电子装置并且相加。
在此，每个传感器都测量针对通常沿轴向作用到电极表面上的力的代表性的信号。换句话说，每个传感器的测得的信号可以基于固定的换算规则换算为轴向地导入电极中的力。所述传感器可以是在电极支架上的或者在电极臂上的压电传感器，该压电传感器输出与电极上的轴向力成比例的测量信号。但是传感器也可以是应变测量元件，其测量在电极臂的顶侧面上或者在底侧面上的拉伸或者说应变。作为应变测量元件考虑应变计或者压电传感器，其固定在两个紧固在电极臂的表面上的固持元件之间。也可以针对在焊钳的两个不同电极上的测量力而设置不同的传感器。通过校准测量传感器及其分析电子装置，能够将测量信号换算成力的绝对值。
测得的第一力信号和测得的第二力信号在实际中借助线缆连接传导至用于计算修正的力的分析电子装置。通过线缆的传输可以很好地屏蔽在焊接时出现的电磁场。
在实际的实施方式中，按照本发明的焊钳是X型焊钳。如上所述，在能弹性弯曲的X形焊钳的情况下电极压力的信号比较弱，使得通过消除干扰信号改善信号品质很重要。
为了测量电极压力，在相应电极臂上的至少一个传感器可以布置在至少一个下述位置上：
-在驱动机的区域中，
-在相应电极臂的水平延伸的部段的区域中，
-在电极支架的区域中，
在所有这三个区域中都可以测量作用到电极上的力。通过电极的表面轴向作用的力经电极传输到电极支架上并且从电极支架传输到电极臂上，电极臂又通过驱动机保持压到工件上的姿态。因此，该力压到电极支架上、弹性地弯曲钳臂并且由驱动机的转矩保持。
如上所述，作为传感器可以优选使用压电传感器和/或应变计。
本发明其他实际的实施方式和优点下面结合附图说明。附图中：
图1以侧视图示出按照本发明的焊钳，
图2示出作用到焊钳电极上的力的示意图，
图3示出第一电极压力的信号和第二电极压力的信号和相加的电极压力的信号的示意图。
在图1中示出按照本发明的焊钳10。焊钳10在此是X型焊钳。
第一电极臂14a和第二电极臂14b自驱动机12开始沿水平方向延伸。第一电极臂14a和第二电极臂14b彼此对置地布置并且相互平行地延伸。在第一电极臂14a的自由端部处布置有第一电极支架16a连同固定在第一电极支架16a上的第一电极18a，并且在第二电极臂14b上布置有带第二电极18b的第二电极支架16b。电极18a、18b用于工件(未示出)的电阻焊接或者点焊。工件大多由两个或者更多相互待焊接的板件构成。电极臂14a、14b相对于电极18a、18b的轴线垂直地延伸。
此外，焊钳具有多个连接，包括用于电极18a、18b的电源连接20a、20b。
在第一电极臂14a的远离电极16a的部段的顶侧面上布置有第一传感器22a，并且在第二电极臂14b的远离电极16b的部段的底侧面上布置有第二传感器22b。第一传感器22a和第二传感器22b在此分别是压电传感器，借助该压电传感器能测量电极臂14a、14b的弹性弯曲。由测量信号可以确定对应的力信号。
下面结合图2说明按照本发明的方法。在图2中仅示出第一电极18a和第二电极18b。在第一电极18a和第二电极18b夹紧待焊接的工件24。工件24包括两个相互待焊接的板件26a和26b。
在焊接时，持久的电极压力FE从驱动机12开始经电极臂14a、14b并且经电极18a、18b的表面施加到工件24上。力FE分别造成两个电极臂14a、14b的特殊的弹性变形，该变形能借助第一传感器22a和第二传感器22b测量并且换算成力值。
相反，工件24移位导致的外部的干扰力FS以相反的方向作用到两个电极18a、18b的表面上。在图2中向上作用的干扰力FS在此使得工件24向位于上部的第一电极18a的方向移动，并且在第一电极18a上的力增大，与此同时向位于下部的第二电极18b上的力以相同的量减小。传感器22a、22b被定标，使得分别作用到布置在电极臂14a、14b上的电极18a、18b的表面上的压力具有相同正负号。两个传感器22a、22b的基于干扰力FS的信号因此具有相反的正负号。在两个力值相加时，基于干扰力FS的信号份额因此消除。
在图3中示出测量，以此说明该原理。示出三条线，其中，第一条线30(短划虚线)对应在第一传感器22a上测得的第一力，第二条线32(点虚线)对应在第二传感器22b上的第二力，并且第三条线34(实线)对应第一力和第二力之和的一半的值。
如图所示，第一条线30和第二条线32不具有稳定的力曲线，而是具有强烈的力波动。这归咎于干扰力，该干扰力从外部经工件24作用到电极14a、14b上并且被第一传感器22a和第二传感器22b测量。在图3中所示的测量中，已有从外部施加到工件上使工件振动的力脉冲。第一条线30和第二条线32具有基本上相反的幅度。
第三条线34示出第一力(第一条线30)和第二力(第二条线32)构成的总和，其中，该总和还被除以二，以便位于与第一条线30和第二条线32相同的值范围中。如图所示，总和线34明显比第一条线30和第二条线32更平滑且更稳定。干扰力FS由于其相反的正负号而彼此抵消，具有相同正负号的电极压力FE相加。
在本说明书、附图以及权利要求中公开的本发明特征对于,无论是单独地还是以任何期望的组合,本发明在其各种实施例中的实施是必不可少的.本发明不局限于所述实施方式。本发明可以在权利要求的范畴内在考虑本领域技术人员的知识的情况下变化。
附图标记列表：
10 焊钳
12 驱动机
14a、14b 电极臂
16a、16b 电极支架
18a、18b 电极
20a、20b 连接
22a、22b 传感器
24 工件
26a、26b 板件
30 线
32 线
34 线

Claims (8)

1.一种用于在焊接期间测量在焊钳(10)上的电极压力的方法，其中，所述焊钳(10)具有带第一电极(18a)的第一电极臂(14a)和与所述第一电极臂(14a)相对置的、带第二电极(18b)的第二电极臂(14b)，其中，至少一个工件(24)被夹紧在所述第一电极(18a)与第二电极(18b)之间，所述方法包括下述方法步骤：
a)测量作用到所述第一电极(18a)上的第一力，
b)测量作用到所述第二电极(18b)上的第二力，
c)把测得的第一力和测得的第二力相加成总和，其中，放大了焊接期间从焊接位置传输到所述第一电极(18a)和第二电极(18b)上的电极压力信号，并且消除从外部导入所述至少一个工件(24)的并且传输到所述第一电极(18a)和第二电极(18b)上的干扰力信号消除，
d)将测得的作用在第一电极和第二电极上的力用于监控工件的焊接品质。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，作为焊钳(10)使用X型焊钳。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一力的测量借助在所述第一电极臂(14a)上的至少一个第一传感器(22a)进行，并且第二力的测量借助在所述第二电极臂(14b)上的至少一个第二传感器(22b)进行。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一传感器(22a)、第二传感器(22b)中的一个选自下组装置：压电传感器，应变计。
5.一种焊钳，所述焊钳具有带第一电极(18a)的第一电极臂(14a)和带第二电极(18b)的第二电极臂(14b)，其特征在于，在所述第一电极臂(14a)上布置有至少一个第一传感器(22a)，所述第一传感器(22a)用于测量在焊接期间作用到所述第一电极(18a)上的力，并且在所述第二电极臂(14b)上布置有至少一个第二传感器(22b)，第二传感器(22b)用于测量在焊接期间作用到所述第二电极(18b)上的力，其中，所述第一传感器(22a)的和第二传感器(22b)的测量信号被传导至分析电子装置并且相加，并且用于监控工件的焊接品质。
6.按照权利要求5所述的焊钳，其特征在于，所述焊钳是X型焊钳。
7.按照权利要求5或6所述的焊钳，其特征在于，在所述第一电极臂(14a)上的至少一个第一传感器(22a)和在所述第二电极臂(14b)上的至少一个第二传感器(22b)布置在至少一个下述位置上：
-在驱动机(12)的区域中，
-在第一电极臂和第二电极臂的水平延伸的部段的区域中，
-在电极支架(16a、16b)的区域中。
8.按照权利要求5所述的焊钳，其特征在于，所述第一传感器(22a)、第二传感器(22b)中的一个选自下组装置：压电传感器，应变计。
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