CN111421212B - 用于检查用于工件的电阻焊接的焊接钳的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检查用于工件的电阻焊接的焊接钳的方法，其中，在焊接过程中借助于电极驱动器利用电极力将所述焊接钳的焊接电极压向所述工件的焊接点并且利用焊接电流为所述焊接电极通电（201），其中，在所述焊接过程（201）中确定（202）所述电极驱动器的至少一个驱动参数的时间曲线，由所述至少一个驱动参数的时间曲线确定（203）至少一个特征值，将所述至少一个特征值与至少一个基准值进行比较（204），并且基于比较结果评定（205、206）所述焊接电极彼此之间的机械对准。

Description

用于检查用于工件的电阻焊接的焊接钳的方法

技术领域

本发明涉及一种用于检查用于工件的电阻焊接的焊接钳的方法以及一种用于执行该方法的控制单元、焊接设备和计算机程序。

背景技术

借助于焊接过程、例如电阻焊接能够将工件材料锁合地连接在一起。例如，在自动化的车身骨架建造过程中，通过机器人引导的焊接钳将不同的工件、例如板材借助于电阻焊接连接在一起。

在该电阻焊接的的过程中，首先在所谓的力建立阶段中借助于电极驱动器将焊接钳的两个焊接电极压向所述工件的焊接点，直到达到预给定的电极力。然后，在焊接时间的持续时长内利用焊接电流为所述焊接电极通电，由此在所述焊接电极之间实现两个待焊接的工件的电阻加热并且加热所述工件直到达到需要的焊接温度。

发明内容

根据本发明，提出一种用于检查用于工件的电阻焊接的焊接钳的方法以及用于执行该方法的控制单元、焊接设备和计算机程序，其具有独立权利要求的特征。有利的构型方案是从属权利要求以及下文说明书的主题。

在用于电阻焊接的焊接过程中，借助于电极驱动器利用电极力将所述焊接钳的焊接电极压向所述工件的焊接点并且利用焊接电流为所述焊接电极通电。在本方法的框架下，在所述焊接过程中确定所述电极驱动器的至少一个驱动参数的时间曲线。由所述至少一个驱动参数的时间曲线确定至少一个特征值。将所述至少一个特征值与至少一个基准值进行比较，并且基于比较结果评定所述焊接电极彼此之间的机械对准。

在这个背景下，所述焊接电极的机械对准尤其应理解为：所述焊接电极、尤其是所述焊接电极的电极盖和/或杆如何相对于彼此取向和/或如何相对于所述焊接点或者所述工件取向。对于该焊接过程的或者产生的焊接连接的尽可能好的质量，所述焊接电极在该焊接过程中尤其应该同轴地对准，从而使得相应的焊接电极与配属的工件的接触点的连接指向位于所述电极力的方向上并且尤其分别垂直于相应的工件定向。如果不是这种情况，即如果所述焊接电极例如由于一个或者两个焊接电极的倾斜位态或者由于所述电极杆的相对于彼此的横向移位而未正确地对准，则这能够负面地影响该焊接过程的质量，尤其能够出现不期望的焊接飞溅物。焊接飞溅物应理解为熔融金属的熔滴，所述熔滴由于施加到焊接点处或者周围的热量和力的极端强度而裂开。这样的焊接飞溅物污染工件表面并且污染该焊接设备本身的表面。

由于作用到焊接钳上的高负荷或者也由于磨损现象，在焊接钳的使用寿命内总是能够发生这样的情况，即该焊接钳的焊接电极相对于彼此移位并且发生不利的对准。此外，例如在焊接钳第一次投入使用时，也不一定能够假定所述焊接电极机械地正确对准。

通过本方法现在提供一种用于在线地在该焊接过程中监控所述焊接电极的相对于彼此的对准并且尤其识别不利的对准的可能性，所述不利的对准能够导致产生对所述焊接过程质量的不利影响。因此，在该焊接过程中能够检查所述焊接钳的机械稳定性。所述至少一个特征参量适宜地实现对所述焊接电极的对准的定性评定，并且尤其允许得出下述结论：所述焊接电极是否这样对准，使得能够实现该焊接过程的尽可能好的质量。

在本发明的框架下尤其已认识到：驱动参数的时间曲线和由此能够确定的特定的特征值特别适合用于推断出所述焊接电极的对准。尤其是已认识到，在焊接电极被最佳地对准的情况下和不利地对准的情况下，驱动参数的时间曲线、进而由此能够确定的特征值彼此不同。在这种背景下，驱动参数应理解为参量或者参数，在调节或者控制该电极驱动器时确定该参数，用以以预给定的方式移动所述焊接电极并且将所述焊接电极压向所述工件。尤其是，所述驱动参数表征所述焊接电极的当前的位置或者地点（Position）或者运动。

有利地，基于所述比较结果评定所述焊接电极是否正确对准。通过将所述至少一个特征值与所述至少一个基准值进行比较，尤其评定所述焊接电极是否正确对准、进而评定尤其是是否叠合地接触所述工件。对应地，因此尤其能够识别所述焊接电极是否未正确对准，例如由于一个或者两个焊接电极的倾斜位态或者由于所述焊接电极的相对于彼此的横向移位。

如果评定所述焊接电极未正确对准，则有利地执行预给定的措施。由于这样的不正确的对准能够不利地影响该焊接过程的质量和产生的焊接连接的质量，因此通过所述措施尤其遏制质量的这种下降。例如，作为措施能够将故障消息输出给该焊接钳的用户。同样也能够考虑中断所述焊接过程作为措施，以便防止所述工件的或者该焊接钳的可能的损伤。优选地，执行或者允许所述焊接电极的再校准作为措施，从而使得所述焊接电极正确对准。

优选地，所述至少一个基准值预给定用于所述至少一个特征值的至少一个允许的值范围或者容差范围。因此，尤其定义值范围或者容差范围，当焊接电极被最佳地对准时，对应的特征值在所述值范围或者容差范围中运动。如果对应的被确定的特征值位于这样的值范围以外，则尤其推断出所述焊接电极的不正确的对准。替代地或者附加地，所述至少一个基准值优选也能够预给定用于所述至少一个特征值的阈值。当达到这个阈值时，尤其能够推断出所述焊接电极的不正确的对准。例如，这些值范围或者阈值也能够是与时间有关的并且例如与迄今为止已经过去的焊接时间有关。因此，不同的基准值、进而不同的值范围或者阈值能够例如适用于特定的用于在该电阻焊接期间的不同阶段的特征值。

有利地，所述至少一个驱动参数的时间曲线的或者所述至少一个驱动参数的时间曲线的至少一个区域的斜率和/或最大值和/或最小值被确定为所述至少一个特征值。对于带有正确对准的焊接电极的机械稳定的焊接钳而言，这样的特征值尤其处在定义的容差范围或者值范围中。因此，尤其能够通过将这些特征值与对应的通过所述基准值预给定的允许的值范围进行比较而识别出对带有未正确校准的焊接电极的焊接钳的错误校准。尤其是，对于该时间曲线的不同区域或者区段分别将该斜率的、该最大值的和/或该最小值的值确定为特征值。例如，能够根据迄今为止已经过去的焊接时间预给定该时间曲线的这些不同的区域，或者这些不同的区域尤其能够对应于该电阻焊接期间的不同阶段。

根据一种优选的实施方式，位置实际值的时间曲线被确定为所述至少一个驱动参数。位置实际值尤其应理解为一个或者两个焊接电极的当前位置或者地点，所述当前位置或者地点能够通过打开和关闭所述电极的驱动器的位置实际值给出。例如，能够相对于所述焊接点或者所述工件确定所述位置实际值，或者适宜地也能够相对于该焊接设备的基准点、尤其是相对于所述焊接电极的静止位置确定所述位置实际值。尤其是，所述位置或者所述位置实际值表征所述电极盖在空间中的地点。此外，尤其仅观察一个轴线，适宜地仅观察在所述电极的运动方向上的轴线。所述位置实际值是用于评定焊接电极对准的一个特别有利的驱动参数。替代地或者附加地，也能够确定其他驱动参数的时间曲线，所述其他驱动参数优选是该电极驱动器的转矩实际值和/或转速实际值和/或转速额定值和/或形成转矩的电流和/或加速度实际值和/或钳闭合速度。

优选地，确定所述至少一个基准值，其方式是，执行并且评估在定义的基准工件处的基准焊接过程。尤其是，对于这个基准焊接过程而言，正确地对准所述焊接电极并且适宜地以用于焊接参数（例如焊接电流、电极力和焊接时间）的预给定的值来执行所述基准焊接过程，以便学习对于以尽可能好的质量来执行的焊接过程而言典型的基准值。适宜地，在该基准焊接过程中的对应的驱动参数的时间曲线被确定为基准时间曲线，由这些基准时间曲线确定的特征值尤其被确定为对应的基准值。所述基准焊接过程例如能够在该焊接钳的制造过程中或者结束时来执行，或者例如也能够在所述焊接钳已经投入运行之后再执行。尤其能够考虑在该焊接钳的常规运行时以预给定的时间间隔重复这样的基准焊接过程，适宜地以便有规律地学习表征所述焊接钳的当前的基准值。

替代地或者附加地，优选能够确定所述至少一个基准值，其方式是，执行并且评估多个焊接过程。尤其是，为此目的评估多个常规焊接过程，在该焊接钳常规运行时执行所述常规焊接过程。在这个焊接过程中，分别适宜地确定相应的驱动参数的时间曲线，由此确定对应的特征值。从这多个特征值中适宜地选出代表值作为基准值。例如，能够借助于统计学方法选出这个代表值，例如作为统计平均值。如果所述焊接电极对称地对准，则这多个特征值尤其微弱地分散或者几乎不分散。相反，如果这些不同的特征值分散得很广，则这尤其表明所述焊接电极的不正确的对准，从而使得在确定基准值以前，适宜地首先再校准所述焊接电极。

特别有利地，所述方法适用于车身骨架建造，尤其适用于在车身骨架建造中的、优选在车辆生产过程中的自动化的焊接过程。尤其是，在此将板材焊接在一起，以便制造车辆的车身。在唯一的车身的制造过程中，能够自动化地处理高达数千个焊接点（例如对于中级车辆而言大约5000个焊接点）。通过本方法能够以尽可能好的质量焊接各个焊接点。

为了制造车辆车身，通常使用数百种不同的焊接钳。因此，例如为了生产中级车辆的车身，使用高达100种不同的钳类型，所使用的焊接钳的总数量能够共计高达400个。以常规方式需要很大花费来检查这样多的焊接钳的正确对准。通过本方法能够尤其自动化地在线地在常规生产运行时监控各个焊接钳，而无需额外花费，并且能够自动化地识别未正确地对准的焊接钳。

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方面设置用于执行根据本发明的方法。所述控制单元或者焊接控制器例如能够构造为SPS（speicherprogrammierbare Steuerung，存储器可编程控制器）、NC（NumericalControl，数字控制）或者CPC（Computerised Numerical Control，计算机化数字控制）。

根据本发明的用于电阻焊接的焊接设备尤其具有带有焊接电极的焊接钳以及用于移动所述焊接电极的电极驱动器。此外，所述焊接设备还具有根据本发明的控制单元的一种优选的构型方案。

以具有用于执行所有方法步骤的程序代码的计算机程序或者计算机程序产品的形式实施根据本发明的方法是有利的，因为这导致成本特别低，尤其是当实施的控制设备还用于其他任务并且因此本来就存在时。适合的用于提供计算机程序的数据载体尤其是电磁的、光学的和电子存储器，例如硬盘、闪存、EEPROM、DVD以及其他等等。也能够通过计算机网络（互联网、内联网等等）下载程序。

本发明的其他优点和构型方案由说明书和所附附图中得出。

显而易见的是，在上文中提到的和在下文中仍待阐述的特征不仅能够以相应给出的组合、还能够以其他组合或者能够单独使用，而不脱离本发明的框架。

根据实施例在附图中示意性地示出并且在下文中参考附图详细地说明本发明。

附图说明

图1示意性地示出根据本发明的焊接设备的优选的构型方案，所述构型方案分别设置用于执行根据本发明的方法的一种优选的实施方式。

图2作为框图示意性地示出根据本发明的方法的一种优选的实施方式。

图3示意性地示出焊接设备的电极驱动器的位置实际值的时间曲线，能够在根据本发明的方法的一种优选的实施方式的过程中确定该时间曲线。

图4示意性地示出焊接设备的电极驱动器的位置实际值的时间曲线，能够在根据本发明的方法的一种优选的实施方式的过程中确定该时间曲线。

具体实施方式

在图1a和图1b中分别示意性地示出用于电阻焊接的焊接设备，其分别用100或者100’来标记。图1a和1b中的相同附图标记表示相同的或者结构相同的元件。

利用焊接设备100或者100’能够分别将工件120通过电阻焊接材料锁合地连接。尤其是，在车身骨架建造过程中将工件120焊接在一起，其中，尤其制造机动车的车身。在这里，例如将由铝制成的两个板材121和122作为工件焊接在一起。

焊接设备100或者100’分别具有焊接钳110或者110’，所述焊接钳各有两个焊接电极111和112。设置有电极驱动器130，以便使焊接电极111、112相对于彼此运动。例如，电极驱动器130能够气动地、伺服气动地或者伺服电动地构造。

此外，焊接设备100、100’还分别具有控制单元（焊接控制器）140，所述控制单元例如能够分别构造为SPS（speicherprogrammierbare Steuerung，存储器可编程控制器）并且分别设置用于调节相应的电极驱动器130和相应的焊接过程。

在图1a中，焊接钳110实施为所谓的C焊接钳，在所述C焊接钳中，尤其实现焊接电极111和112中的一个焊接电极的一维运动，即借助于电极驱动器130使所述焊接电极中的一个焊接电极沿着其主延伸方向（轴线）移位。

在图1b中，焊接钳110’实施为所谓的X焊接钳，在所述X焊接钳中，尤其实现相应的焊接电极111和112的旋转运动。尤其通过使杆113、114围绕枢转点115枢转来实现这个旋转运动，在所述杆的端部处分别布置有焊接电极111、112。即使在这样的X焊接钳110’中也能够考虑，使两个焊接电极111、112中的仅一个焊接电极或者两个杆113、114中的仅一个杆以能够运动的方式构造，而另一个电极或者另一个杆刚性地构造。

在该电阻焊接的过程中，不仅使用C焊接钳110、还使用X焊接钳110’在所谓的力建立阶段借助于相应的电极驱动器130利用电极力在相应的焊接点125处将相应的焊接电极111和112压向板材121和122。然后，在真正的焊接过程中，在焊接时间的持续时长内为焊接电极111和112通电，由此在焊接点125处实现板材121和122的电阻加热。

对于该焊接过程的质量而言，在此重要的是，焊接电极111、112在焊接点125处叠合地接触工件121、122，并且尤其分别垂直于相应地工件121或者122定向，因为否则会发生不期望的焊接飞溅物，所述焊接飞溅物能够污染工件120的表面或者也能够污染焊接设备100或者100’本身的表面。在C焊接钳110的情况下和在X焊接钳110’的情况下都重要的是，相应的焊接电极111、112正确地彼此对准、尤其是同轴地对准。

为了检查相应的焊接钳110或者110’的焊接电极111、112的对准，相应的控制单元140此外尤其是在程序技术方面设置用于执行根据本发明的方法的一种优选的实施方式，该实施方式在图2中示意性地作为框图示出并且在下文中参考图1和2进行阐述。

下文的说明尤其涉及在图1a中示出的带有C焊接钳110的焊接设备100，但是其以对应的方式类似地适用于在图1b中示出的带有X焊接钳110’的焊接设备100’。

在步骤201中，使用焊接设备100执行工件120的常规电阻焊接过程，在该常规电阻焊接过程中，首先借助于电极驱动器130将焊接电极111、112压向板材121和122，然后利用焊接电流为焊接电极111、112通电，最后借助于电极驱动器130再将焊接电极111、112从工件120处移开。

在这个焊接过程中，根据步骤202，确定电极驱动器130的至少一个驱动参数的时间曲线，例如焊接电极111、112中的一个焊接电极的位置实际值的时间曲线。尤其是，为此使用该电极驱动器的、即能够运动的驱动部件（例如活塞、滑块、转子等等）的位置实际值。

在步骤203中，由至少一个驱动参数的时间曲线确定至少一个特征值。例如，该位置实际值的时间曲线的不同区域的斜率被确定为这样的特征值。

为此目的，该位置实际值的时间曲线例如能够这样划分为不同的区域或者区段，从而使得该时间曲线在这些区域中的每个区域中分别线性地或者至少基本上线性地分别以恒定的或者至少基本上恒定的斜率伸展。在这些区段中的每个区段中，相应的斜率被确定为特征值。在时间上，这些区段尤其对应于至少一个力建立阶段、至少一个前置阶段、至少一个电流阶段和至少一个后续阶段。

在步骤201中，将这些被确定的特征值中的每个特征值、即被确定的斜率中的每个斜率都与至少一个基准值进行比较、尤其是都分别与两个基准值进行比较，所述两个基准值为相应的斜率预给定允许的值范围。因此，在步骤204中尤其检查在步骤203中确定的各个斜率是否分别处在允许的值范围或者容差范围内。

对于带有同轴地对准的电极111、112的焊接钳110而言，在该焊接过程中尤其产生该位置实际值的特征曲线，该特征曲线在特征区段中分别具有特征斜率。所述基准值尤其定义围绕这些单个的特征斜率的值范围或者容差范围，在同轴地对准的焊接钳110中，对应的斜率通常处在所述值范围或者容差范围内。

例如，在基准焊接过程中能够学习这些基准值、进而对应的值范围，例如利用焊接钳110在定义的基准工件处执行该基准焊接过程。例如，能够在焊接钳110投入使用之前执行通过附图标记210表示的这个基准焊接过程或者例如也能够在焊接钳110的常规运行时以有规律的时间间隔重复该基准焊接过程。

如果现在在步骤203中确定的斜率分别处在其相应的允许的值范围内，则在步骤205中评定焊接电极111、112同轴地对准。

相反，如果在步骤203中确定的斜率中的至少一个斜率未处在相应的允许的值范围内，则在步骤206中评定焊接电极111、112未同轴地对准。在这种情况下，在步骤207中执行预给定的措施、尤其是对焊接钳110的再校准。

在这里应注意，对于C焊接钳110而言和对于X焊接钳110’而言能够分别产生驱动参数和特征值的不同的特定于钳的时间曲线，因此尤其是对于相应的钳类型能够适用特定的基准值，但是在对应的基准焊接过程中能够特定地学习所述特定的基准值。

图3示意性地相对于时间t绘制出电极驱动器130的位置实际值s的曲线图。曲线300例如是在焊接电极111、112同轴地对准的情况下该位置实际值的时间曲线。例如，在时间曲线300的第一区域310中，拟合直线311的斜率被确定为第一特征值。第一区域310是所谓的前置阶段，在该前置阶段中在该焊接过程开始前利用所述电极力将焊接电极111、112压向工件121、122的焊接点125，但是还未利用所述焊接电流为所述焊接电极通电。

在第二区域320中，拟合直线321的斜率例如被确定为第二特征值。所述第二区域是电流阶段，在该电流阶段中在焊接时间的持续时长内利用所述焊接电流为焊接电极111和112通电。

对应地，在第三区域330中和在第四区域340中，对应的拟合直线331和341的斜率被确定为第三特征值和第四特征值。在所述焊接时间结束之后并且在焊接电极111、112的通电已结束之后，所谓的后续阶段开始，在该后续阶段中仍然利用所述电极力将焊接电极111、112压向工件121、122的焊接点125，但是不再利用所述焊接电流为所述焊接电极通电。在这个后续阶段中，在本示例中确定所述第三特征值和所述第四特征值，其中，所述第三特征值是紧接在通电结束之后的斜率，所述第四特征值是在连接固化之后的斜率。

与图3类似，图4示意性地相对于时间t绘制出电极驱动器130的位置实际值s的曲线图。曲线400例如是在焊接电极111、112未同轴地对准的情况下该位置实际值的时间曲线。在这种情况下，例如在第一区域410中，拟合直线411的斜率被确定为第一特征值，在第二区域420中，拟合直线421的斜率被确定为第二特征值，在第三区域430中，拟合直线431的斜率被确定为第三特征值，并且在第四区域440中，拟合直线441的斜率被确定为第四特征值。

如根据图3和4能够看出的那样，同轴对准的焊接电极的位置实际值的时间曲线300明显与未同轴对准的焊接电极的时间对比400不同。尤其是，在第二种情况下在所述电流阶段中和在所述后续阶段中出现明显不同的斜率，因此能够清楚地区分两种状态。尤其是，在所述后续阶段中的上涨也明显比图3中的平坦。

直线321的斜率、即曲线300的第二特征值例如在数值上明显大于曲线400的第二特征值、即直线421的斜率。此外，曲线300的第三特征值例如具有正号，因为直线331具有正斜率。相反，曲线400的拟合直线431具有负斜率，对应地，曲线400的第三特征值具有负号。

因此，该位置实际值的时间曲线及其斜率代表一种特别有效的用于能够在本方法的框架下评定焊接钳的焊接电极的对准的可能性。

Claims (11)

1.用于检查用于工件(121、122)的电阻焊接的焊接钳(110、110’)的方法，其中，在焊接过程中借助于电极驱动器(130)利用电极力将所述焊接钳(110、110’)的焊接电极(111、112)压向所述工件(121、122)的焊接点(125)并且利用焊接电流为所述焊接电极通电(201)，其中，在所述焊接过程(210)中确定(202)所述电极驱动器(130)的至少一个驱动参数的时间曲线(300、400)，由所述至少一个驱动参数的时间曲线(300、400)确定(203)至少一个特征值，将所述至少一个特征值与至少一个基准值进行比较(204)，并且基于比较结果评定(205、206)所述焊接电极(111、112)彼此之间的机械对准，

其中，所述至少一个驱动参数的时间曲线(300、400)的或者所述至少一个驱动参数的时间曲线(300、400)的至少一个区域(310、320、330、340、410、420、430、440)的斜率被确定(203)为所述至少一个特征值，或者

其中，所述至少一个驱动参数的时间曲线(300、400)的或者所述至少一个驱动参数的时间曲线(300、400)的至少一个区域(310、320、330、340、410、420、430、440)的斜率和该区域的最大值和/或最小值被确定(203)为所述至少一个特征值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述比较结果评定所述焊接电极(111、112)是否正确对准(205)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，如果评定所述焊接电极(111、112)未正确对准(206)，则执行预给定的措施(207)。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，如果评定所述焊接电极(111、112)未正确对准(206)，则执行对所述焊接电极(111、112)的再校准。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个基准值预给定用于所述至少一个特征值的至少一个允许的值范围和/或至少一个阈值。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，位置实际值的时间曲线(300、400)被确定(203)为所述至少一个驱动参数。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述至少一个基准值，其方式是，执行并且评估在定义的基准工件处的基准焊接过程。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述至少一个基准值，其方式是，执行并且评估多个焊接过程。

9.控制单元(140)，其设置用于执行根据上述权利要求1-8中任一项所述的方法。

10.具有电极驱动器(130)并且具有根据权利要求9所述的控制单元(140)的焊接设备(100)。

11.机器可读的存储介质，其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，其允许根据权利要求10所述的焊接设备(100)执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法。

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