CN111132788B - 提供用于控制焊枪位置的参考距离信号的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提供与焊枪的接触头端(KS)与要加工的工件(W)之间的距离对应的参考距离信号(d)的方法和装置，该方法具有步骤：调节(S1)至少由送丝速率(VD)、焊接电压(U)和/或焊接电流(I)限定的预定的特征焊接线(SKL)上的工作点(AP)，并且调节焊枪的接触头端(KS)与要加工的工件(W)之间的CTWD距离；针对特征焊接线(SKL)上调节后的工作点(AP)读取或确定(S2)至少一个与CTWD距离有关的参数(P)的参数设定点值(PSoll)；通过测量至少一个实际焊接参数(P)、特别是送丝速率(VD)、焊接电压(U)和/或焊接电流(I)来确定(S3)与CTWD距离有关的参数(P)的参数实际值(Pist)；根据参数设定点值(PSoll)与参考值(Pref)之间的偏差值(ΔP)调整(S4)所确定的参数实际值(Pist)；以及将与调整后的参数实际值(Pist)对应的参考距离信号(d)输出(S5)到机械臂的位置或定位控制器。

Description

提供用于控制焊枪位置的参考距离信号的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种提供用于控制焊枪相对于要加工的工件的位置的参考距离信号的方法和装置。
背景技术
传统的电弧焊接装置具有焊枪或焊头，对其位置进行调节或跟踪以在要加工的工件上产生焊缝。焊枪具有焊丝电极，其头端从焊枪中伸出，在焊接过程中在焊丝电极的头端与要加工的工件之间形成电弧。在焊接过程中，通过送丝装置在送丝速率下连续地供应焊丝电极，在焊接过程中焊丝电极在头端处熔化。
图1示意性示出了传统的焊枪SB的例子，其包括由绝缘引导部IF包裹的接触管KR。在焊枪SB的接触管或接触头端KS与要加工的工件W之间，存在CTWD距离(接触头端到工件的距离)。在焊枪SB的下端部，具有伸出长度的焊丝电极SDE可见地从绝缘壳体伸出。焊枪SB的下边缘与要加工的工件W之间的距离形成可见的CTWD距离CTWD’。在图1中，可以看到焊丝电极SDE的伸出长度SOL以及突出的焊丝电极SDE的头端与要加工的工件W之间的电弧LB的弧长LBL。在图1中可以看出，可见的CTWD距离CTWD’包括伸出长度SOL和电弧的弧长LBL。
焊枪SB通常固定在机械臂上，该机械臂相对于工件W的位置通过焊缝轨迹控制信号来控制或调节。在传统的焊接装置中，在开始时使用设定的焊接参数执行参考行程，以校准焊缝轨迹信号。在该参考行程期间，测量信号电平并将其设定为机械臂的高度调节的目标值。传统程序的缺点在于，如果改变焊接特征，则必须重新执行用于校准焊缝轨迹信号的参考行程。此外，在传统程序中可能会发生错误，例如因为工件被错误地夹紧。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于提供参考距离信号的方法和装置，该参考距离信号可以用作焊缝轨迹信号，并且即使在焊接特征发生变化或进行其他校正的情况下也不需要焊枪的另外的参考行程。
根据本发明，上述目的通过具有权利要求1中所述特征的方法来实现。
在第一方面，本发明提供了一种用于提供参考距离信号的方法，该参考距离信号对应于焊枪的接触头端与要加工的工件之间的距离，该方法包括以下步骤：
调于预定的焊接特征上的工作点以及焊枪的接触头端与要加工的工件之间的CTWD距离，所述焊接特征至少由送丝速率、焊接电压和焊接电流限定；
针对焊接特征上设定的工作点读出或确定与CTWD距离有关的至少一个参数的目标参数值；
通过测量送丝速率、焊接电压或焊接电流的当前的焊接参数中的至少一个来确定与CTWD距离有关的参数的实际参数值；
根据目标参数值和参考值之间的差值来改变所确定的实际参数值；以及
输出与改变后的实际参数值对应的参考距离信号。
在根据本发明的方法的一个可能的实施方式中，与CTWD距离有关的参数包括焊接电压、焊接电流和/或焊丝电极的送丝速率。
在根据本发明的方法的另一个可能的实施方式中，与CTWD距离有关的参数是由焊接电压、焊接电流和/或送丝速率得出的变量。
在根据本发明的方法的一个可能的实施方式中，与CTWD距离有关的参数是电阻，该电阻表示由焊接电压和焊接电流得出的变量。
在根据本发明的方法的另一个可能的实施方式中，与CTWD距离有关的参数是电功率，该电功率表示由焊接电压和焊接电流得出的变量。
在根据本发明的方法的另一个可能的实施方式中，参考距离信号作为焊缝轨迹信号被输出到控制单元，以在焊接过程中调节焊枪的位置。
在根据本发明的方法的一个可能的实施方式中，通过将目标参数值与参考值之间的差值作为补偿值加到所确定的实际参数值上来改变所确定的实际参数值。
在根据本发明的方法的另一个可能的替代实施方式中，通过将所确定的实际参数值乘以校正因子来改变所确定的实际参数值，该校正因子是根据目标参数值与参考值之间的差值来确定的。
在根据本发明的方法的另一个可能的实施方式中，使用传感器测量焊接电压和焊接电流，所述传感器设置在焊枪上和/或与焊枪连接的焊接电源上。
在另一个方面，本发明还提供一种具有权利要求8中所述特征的用于提供参考距离信号的装置。
因此，本发明提供了一种用于提供参考距离信号的装置，该参考距离信号对应于焊枪的接触头端与要加工的工件之间的距离，该装置包括：
调节单元，用于调节预定的焊接特征上的工作点以及焊枪的接触头端与要加工的工件之间的CTWD距离，所述焊接特征至少由送丝速率、焊接电压和焊接电流确定；
目标值确定单元，用于针对焊接特征上设定的工作点确定与CTWD距离有关的至少一个参数的目标参数值；
实际值确定单元，用于通过至少测量送丝速率、焊接电压和/或焊接电流来确定与CTWD距离有关的参数的实际参数值；
修改单元，用于根据所确定的目标参数值与预定的参考值之间的计算出的差值自动地改变所确定的实际参数值；以及
输出单元，用于输出与由修改单元改变后的实际参数值对应的参考距离信号。
在根据本发明的装置的一个可能的实施方式中，输出单元具有用于将参考距离信号作为焊缝轨迹信号传输至控制单元的接口，该控制单元在焊接过程中根据焊缝轨迹信号来控制焊枪的位置。
在根据本发明的装置的另一个可能的实施方式中，修改单元通过将目标值确定单元确定的目标参数值与参考值之间的计算出的差值作为补偿值加到由实际值确定单元确定的实际参数值上来改变所确定的实际参数值。
在根据本发明的装置的另一个可能的替代实施方式中，修改单元通过将所确定的实际参数值乘以校正因子来改变所确定的实际参数值，该校正因子是根据由目标值确定单元确定的目标参数值与参考值之间的差值来确定的。
在根据本发明的装置的另一个可能的实施方式中，实际值确定单元具有传感器，该传感器以感知的方式检测与CTWD距离有关的参数的实际参数值。
在根据本发明的装置的另一个可能的实施方式中，传感器设置在焊枪自身上或与焊枪连接的焊接电源上。
在另一个方面，本发明还提供了一种具有权利要求14中所述的特征的焊枪。
因此，本发明提供一种焊接装置，其包括在焊接过程中根据参考距离信号来控制焊枪的位置的控制单元，该距离信号由根据本发明的第二方面的装置提供。
在焊接装置的一种可能的实施方式中，焊枪由机械臂来移动，其相对于要加工的工件的位置由焊接装置的控制单元根据参考距离信号自动地调节。
附图说明
在下文中，参照附图更详细地描述用于提供参考距离信号的根据本发明的方法和根据本发明的装置的可能的实施方式，在附图中：
图1是与要加工的工件之间具有CTWD距离的焊枪的示意图；
图2是示出焊接装置中根据本发明的用于提供参考距离信号的装置的可能的示例性实施方式的框图；
图3是示出根据本发明的焊接装置的示例性实施方式的视图，其包括根据本发明的用于提供参考距离信号的装置；
图4是示出根据本发明的用于提供参考距离信号的方法的实施方式的流程图；
图5至图8示出了可以在根据本发明的焊接装置中使用的焊接特征的例子。
具体实施方式
从图2可以看出，在所示的实施方式中，根据本发明的用于提供参考距离信号d的装置1具有多个组件或单元。在所示的实施方式中，装置1包括调节单元2，其用于调节所存储的焊接特征SKL上的工作点AP。所存储的焊接特征SKL至少由焊丝电极SDE的送丝速率VD、焊接电压U和焊接电流I限定。装置1的调节单元2还用于调节焊枪11的接触头端与要加工的工件W之间的CTWD距离。
装置1还包括目标值确定单元3。目标值确定单元3针对焊接特征SKL上的设定的工作点AP来确定与设定的CTWD距离有关的至少一个参数P的目标参数值PSoll。焊接特征SKL优选被存储在目标值确定单元3所访问的存储单元4中。与CTWD距离有关的参数P例如可以是焊接电阻R。此外，与CTWD距离有关的焊接参数P可以是焊接电压U、焊接电流或送丝速率VD或由它们得出的另一个变量，例如电焊功率。已经针对特定的CTWD距离创建了焊接特征SKL，并且优选将其存储在焊接特征存储器4中。用户还可以使用调节单元2来调节该CTWD值。用户可以设定CTWD值，但在这种情况下将重新计算参考值或者客户将其调整为他所知道的值(使用新的CTWD距离的校准行程)。
减法单元5(SUB)计算目标参数值PSoll与参数的参考值Pref之间的差值，如图2所示。
装置1还包括实际值确定单元6，用于确定与CTWD距离有关的相关参数P的实际参数值PIst。这优选通过测量当前焊接参数中的至少一个、特别是送丝速率VD、焊接电压U或焊接电流I来进行。如图2所示，确定的电流参数值PIst被提供给装置1的修改单元7。修改单元7根据确定的目标参数值PSoll与预定的参考值Pref之间的计算出的参数差值ΔP来调节确定的实际参数值PIst。在一种可能的实施方式中，通过将目标值确定单元3确定的目标参数值PSoll与参考值Pref之间的计算出的差值ΔP作为补偿值加到由实际值确定单元6确定的实际参数值PIst上，修改单元7改变所确定的实际参数值PIst。在一个可能的实施方式中，所讨论的参数P是焊接电阻R。焊接电阻R是与焊接电压U和焊接电流I有关的变量(R＝U/I)。因此，在该实施方式中，通过将目标电阻与参考电阻之间的差值ΔR作为补偿值加到所确定的实际电阻RIst上来改变所确定的电阻RIst的实际值。
在根据本发明的装置1的替代实施方式中，修改单元7通过将实际参数值PIst乘以校正因子KF来改变所确定的实际参数值PIst。优选地，根据目标值确定单元3确定的目标参数值PSoll与参考值Pref之间的计算出的差值ΔP来确定该校正因子KF。在一个可能的实施方式中，所讨论的参数是焊接电阻R。在该实施方式中，确定的实际电阻RIst或由焊接电压U和焊接电流I得到的瞬时测量的电阻R通过将其乘以校正因子KF来改变，该校正因子KR是根据目标电阻值RSoll与参考电阻值Rref之间的差值ΔR来确定的。
如图2所示，装置1具有用于输出参考距离信号d的输出单元，该参考距离信号d对应于由修改单元7改变的实际参数值PIst。在一个可能的实施方式中，装置1的实际值确定单元6具有传感器，该传感器以感知的方式检测与CTWD距离有关的参数P的实际参数值PIst。在一个可能的实施方式中，这些参数P是焊接电压U、焊接电流I和/或的焊丝电极10的送丝速率VD。在一个可能的实施方式中，实际值确定单元6的传感器设置在焊接装置的焊枪上和/或焊接装置的与焊枪11连接的焊接电源12上。
在一个可能的实施方式中，装置1将参考距离信号d发送至机器人控制单元8。在一个可能的实施方式中，机器人控制单元8控制机械臂9的位置，该机械臂9保持或承载焊接装置SG的焊枪11。焊枪11与向其供应焊接电流I的焊接电源12相连。如图2示意性所示，被供电的焊丝电极10从焊枪11伸出，在焊接过程中在焊丝电极10与要加工的工件W之间形成电弧LB。
图3示出了焊接装置SG的实施方式，其可以包括用于提供参考距离信号d的装置1。图3示意性示出了焊接系统或焊接装置SG，其适合于执行各种焊接方法、特别是MIG/MAG电弧焊接。焊接装置SG具有包括动力单元13的焊接电源12。在一个可能的实施方式中，焊接电源12的控制单元可以驱动控制阀14，该控制阀14设置在用于保护气体16的供应管线15中。保护气体16例如可以是二氧化碳、氦气或氩气，其被储存在焊接装置SG的保护气体储存器17中。焊接电源12的控制单元还驱动送丝装置18。经由焊丝引导管线19从供应卷筒20供应焊丝或焊丝电极10。
可以经由焊接电源12的动力单元的焊接线路21将用于在焊丝电极10和工件W之间形成电弧LB的电流I提供给焊枪11或在其中被引导的焊丝10。也可以通过另外的焊接线路22将要焊接或加工的工件W连接至焊接装置SG、特别是其焊接电源12，使得电源电路可以通过电弧LB闭合。为了冷却焊枪11，可以进一步设置冷却回路23。
在图3所示的实施方式中，装置1位于焊接装置SG的焊接电源12的壳体内，并经由线路24将参考距离信号或焊缝轨迹信号d发送给机器人控制单元8。机器人控制单元8经由控制线路25通过控制信号CTRL根据焊缝轨迹信号d来控制承载或保持焊枪11的机械臂9的位置或垂直位置。
在一个可能的实施方式中，根据本发明的用于提供参考距离信号d的装置1位于焊接电源12的壳体中，如图3所示。所提供的参考距离信号d对应于焊枪11的接触头端与要加工的工件W之间的距离。机器人控制单元8根据焊缝轨迹信号经由控制线路25控制机械臂9，该焊缝轨迹信号经由线路24接收并且对应于参考距离信号d。如图3所示，机械臂9机械地连接至焊枪11。
焊接电源12具有用户界面。在一个可能的实施方式中，根据本发明的装置1的调节单元2被集成到焊接电源12的用户界面26中。通过用户界面26，用户或焊工可以选择调节存储的焊接特征SKL上的工作点AP。工作点AP可以通过各种参数P、特别是焊丝电极10的送丝速率VD、焊丝电极SDE的头端与要加工的工件W之间的焊接电压U以及提供给焊枪11的焊接电流I来选择。用于选择工作点AP的另外可能的参数P包括材料厚度、焊接功率、焊缝的焊缝形状、设计焊喉厚度、热输入、焊接速率等。
图4是根据本发明的用于提供参考距离信号d的方法的实施方式的流程图。
在第一步骤S1中，调节预定的焊接特征SKL上的工作点AP。例如，这由焊工或用户使用焊接电源12的用户界面26来进行。焊接特征SKL优选被存储在装置1的内部存储器4中。
图5、图6、图7、图8示出了可以存储在装置1的存储器4中的各种焊接特征SKL。
图5示出了针对各种特征点CP的以米/分钟为单位的送丝速率VD。
图6示出了针对各种特征点CP的以安培为单位的焊接电流I。
图7示出了针对各种特征点CP的以伏特为单位的焊接电压U。
图8示出了针对各种特征点CP的以毫米为单位的材料厚度。
在另外的步骤S2中，读出或确定针对在焊接特征SKL上设定的工作点的、与CTWD距离有关的至少一个参数P的目标参数值PSoll。在一个可能的实施方式中，这借助于例如图5至图8所示的焊接特征SKL来进行，该焊接特征被存储在数据存储器4中。
在另外的步骤S3中，通过测量当前焊接参数中的至少一个来确定与CTWD距离有关的参数P的当前参数值PIst。这些焊接参数特别地包括焊丝电极SDE的送丝速率VD、设定的或当前的焊接电压U以及当前流动的焊接电流I。在一个可能的实施方式中，使用传感器检测一些或全部焊接参数P，以确定所讨论的参数P的实际参数值PIst。
在另外的步骤S4中，根据目标参数值PSoll与参考值之间的差值来自动地改变或连续地调整所确定的实际参数值PIst。
在另外的步骤S5中，输出与在步骤S4中改变后的参数的实际值PIst’对应的参考距离信号d。在这种情况下，在一个可能的实施方式中，参考距离信号d通过对应的接口输出到机器人控制单元8。将参考距离信号d作为焊缝轨迹控制信号输出到机器人控制单元8，以供机械臂9在焊接过程中调节焊枪11的位置。
为了通过简单的例子阐明根据本发明的方法的一种可能的示例性实施方式，假设对于作为CTWD相关参数P的电阻R，参考距离信号d的输出值范围为0至500mΩ。为了能够表示向上和向下的距离偏差，例如，将电阻的参考值Pref固定为输出范围的中点，换句话说，固定为250mΩ。对于存储在存储单元4中并针对焊接工序选择的焊接特征SKL上的当前工作点AP，目标电阻值Psoll被计算为例如70mΩ。在这种情况下，由减法单元5计算出的参考值Pref与目标电阻值Psoll之间的差值ΔP为180mΩ，并且在一个可能的实施方式中通过修改单元7将该差值加到根据当前测量值计算出的实际电阻值Rist(例如，为60mΩ)上。这产生了用于参考距离信号d的240mΩ的输出值。通过机械臂9，可以将焊枪11的位置改变为使得参考距离信号d的输出值变为参考值Pref，以保持所需的CTWD距离。
附图标记列表
1 用于提供参考距离信号的装置
2 调节单元
3 目标值确定单元
4 存储单元
5 减法单元(SUB)
6 实际值确定单元
7 调整单元
8 机器人控制单元
9 机械臂
10 焊丝电极(SDE)
11 焊枪
12 焊接电源
13 动力单元
14 控制阀
15 供应管线
16 保护气体
17 保护气体储存器
18 送丝装置
19 焊丝引导管线
20 供应卷筒
21 焊接线路
22 焊接线路
23 冷却回路
24 线路
25 控制线路

Claims (12)

1.一种提供参考距离信号（d）的方法，该参考距离信号（d）对应于焊枪（11）的接触头端（KS）与要加工的工件（W）之间的距离，所述方法包括以下步骤：
（a）调节（S1）预定的焊接特征（SKL）上的工作点（AP）以及CTWD距离，所述CTWD距离是所述焊枪（11）的所述接触头端（KS）与所述要加工的工件（W）之间的距离，所述焊接特征至少由送丝速率（VD）、焊接电压（U）和/或焊接电流（I）限定；
（b）针对所述焊接特征（SKL）上设定的所述工作点（AP）读出或确定（S2）与所述CTWD距离有关的一个参数（P）的目标参数值（PSoll）；
（c）通过测量所述送丝速率（VD）、所述焊接电压（U）或所述焊接电流（I）的当前焊接参数中的至少一个来确定（S3）与所述CTWD距离有关的所述参数（P）的实际参数值（PIst）；
（d）根据所述目标参数值（PSoll）与所述参数（P）的预定的参考值（Pref）之间的计算出的差值（ΔP）来改变（S4）所确定的所述实际参数值（PIst），预定的所述参考值（Pref）位于所述参考距离信号（d）的输出值范围的中点；以及
（e）在焊接期间将与改变后的实际参数值（PIst’）对应的所述参考距离信号（d）作为焊缝轨迹信号输出（S5）至机器人控制单元（8），以调节与机械臂（9）连接的所述焊枪（11）的位置，所述焊枪（11）的所述位置通过所述机械臂（9）被改变为使得所述参考距离信号（d）的输出值变为预定的所述参考值(Pref)，以保持所需的所述CTWD距离。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，与所述CTWD距离有关的所述参数（P）是所述焊接电压（U）、所述焊接电流（I）、所述送丝速率（VD）或由它们得出的变量。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，与所述CTWD距离有关的所述参数（P）是焊接电阻（R）或电焊功率。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，通过将所述目标参数值（PSoll）与所述参考值（Pref）之间的所述差值（ΔP）作为补偿值加到所确定的所述实际参数值（PIst）上来改变所确定的所述实际参数值（PIst）。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，通过将所确定的所述实际参数值（PIst）乘以校正因子（KF）来改变所确定的所述实际参数值（PIst），所述校正因子（KF）是根据所述目标参数值（PSoll）与所述参考值（Pref）之间的所述差值（ΔP）来确定的。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，使用传感器测量所述焊接电压（U）和所述焊接电流（I），所述传感器设置在所述焊枪（11）上或与所述焊枪（11）连接的焊接电源（12）上。
7.一种用于提供参考距离信号（d）的装置，该参考距离信号（d）对应于焊枪（11）的接触头端（KS）与要加工的工件（W）之间的距离，所述装置包括：
- 调节单元（2），用于调节预定的焊接特征（SKL）上的工作点（AP）以及CTWD距离，所述CTWD距离是所述焊枪（11）的所述接触头端（KS）与所述要加工的工件（W）之间的距离，所述焊接特征至少由送丝速率（VD）、焊接电压（U）和/或焊接电流（I）限定；
- 目标值确定单元（3），用于针对所述焊接特征（SKL）上设定的所述工作点（AP）确定与所述CTWD距离有关的一个参数（P）的目标参数值（PSoll）；
- 实际值确定单元（6），用于通过至少测量所述送丝速率（VD）、所述焊接电压（U）和/或所述焊接电流（I）来确定与所述CTWD距离有关的所述参数（P）的实际参数值（PIst）；
- 修改单元（7），用于根据所确定的所述目标参数值（PSoll）与所述参数（P）的预定的参考值（Pref）之间的计算出的差值（ΔP）自动地改变所确定的所述实际参数值（PIst），预定的所述参考值（Pref）位于所述参考距离信号（d）的输出值范围的中点；以及
- 输出接口，用于输出与由所述修改单元（7）改变后的所述实际参数值（PIst）对应的所述参考距离信号（d），所述输出接口被设置为用于将所述参考距离信号（d）作为焊缝轨迹信号发送至机器人控制单元（8），该机器人控制单元在焊接过程中根据接收到的所述焊缝轨迹信号控制与机械臂（9）连接的所述焊枪（11）的位置，所述焊枪（11）的所述位置通过所述机械臂（9）被改变为使得所述参考距离信号（d）的输出值变为预定的所述参考值（Pref），以保持所需的所述CTWD距离。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述修改单元（7）通过将所述目标值确定单元（3）确定的所述目标参数值（PSoll）与预定的所述参考值（Pref）之间的计算出的所述差值（ΔP）作为补偿值加到由所述实际值确定单元（6）确定的所述实际参数值（PIst）上来改变所确定的所述实际参数值（PIst）。
9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述修改单元（7）通过将所确定的所述实际参数值（PIst）乘以校正因子（KF）来改变所确定的所述实际参数值（PIst），所述校正因子是根据由所述目标值确定单元（3）确定的所述目标参数值（PSoll）与预定的所述参考值（Pref）之间的所述差值（ΔP）来确定的。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的装置，其中，所述实际值确定单元（6）具有传感器，该传感器以感知的方式检测与所述CTWD距离有关的所述参数（P）的所述实际参数值（PIst）。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述传感器设置在所述焊枪（11）上和/或与所述焊枪（11）连接的焊接电源（12）上。
12.一种焊接装置（SG），包括：
与该焊接装置连接的机器人控制单元（8），该机器人控制单元在焊接过程中根据参考距离信号（d）控制焊枪（11）的位置，该参考距离信号（d）由根据权利要求7至11中任一项所述的装置（1）提供，所述焊枪（11）由机械臂（9）移动，其相对于要加工的工件（W）的位置由所述机器人控制单元（8）根据所述参考距离信号（d）自动地调节。
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