CN112658448A - 用于在工件的电阻焊接时检查质量的方法 - Google Patents

Abstract

用于在工件的电阻焊接时检查质量的方法。本发明涉及一种用于在工件（121、122）的电阻焊接时检查质量的方法，其中借助于电极驱动器（130）将焊接电极（111、112）压靠到工件（121、122）的焊接点（125）并且在焊接过程的过程中给所述焊接电极通焊接电流，其中在给焊接电极通电流结束之后确定电极驱动器（130）的驱动参数的时间变化曲线并且根据驱动参数的所确定的时间变化曲线来评价所述焊接过程的质量。

Description

用于在工件的电阻焊接时检查质量的方法

技术领域

本发明涉及用于在工件的电阻焊接时检查质量的方法以及用于实施该方法的控制单元、焊接设备和计算机程序。

背景技术

借助例如电阻焊接的焊接过程，可以将工件牢固地（stoffschlüssig）彼此连接。例如，在自动化的白车身构造的过程中，通过机器人引导的焊钳将不同的工件、例如板材借助于电阻焊接彼此焊接在一起。

在电阻焊接的过程中，首先在所谓的力建立阶段（Kraftaufbauphase）期间，借助于电极驱动器将焊钳的两个焊接电极压靠到工件的焊接点，直到达到预定的电极力。随后跟随有实际的焊接过程，在该焊接过程的过程中，在预定的焊接时间或电流时间内给焊接电极通焊接电流，由此在焊接电极之间对要焊接的两个工件进行电阻加热，并且加热工件直到达到所需的焊接温度。在焊接时间结束之后以及在给焊接电极通电流结束之后，进行所谓的维持阶段，在该维持阶段期间，焊接电极仍然利用电极力压靠到工件的焊接点，但不再通焊接电流。

发明内容

在这种背景下，提出了具有独立专利权利要求的特征的用于在工件的电阻焊接时检查质量的方法以及用于实施该方法的控制单元、焊接设备和计算机程序。有利的构型是从属权利要求以及下面的描述的主题。

借助于电极驱动器以电极力将焊接电极压靠到工件的焊接点，并且在焊接过程的过程中给焊接电极通焊接电流。焊接电流强度可以在焊接过程开始时在所谓的电流建立阶段的过程中提高到直至预定值，并且在焊接过程结束时在所谓的电流减小阶段的过程中减小到直至零值。

在本方法的范围内，在给焊接电极通电流结束之后，确定电极驱动器的驱动参数的时间变化曲线，并且根据所述驱动参数的所确定的时间变化曲线来评价焊接工艺的质量。适宜地，在确定驱动参数的时间变化曲线期间，将焊接电极还进一步地压靠到工件的焊接点。尤其是，所述时间变化曲线在所谓的维持阶段或保持时间期间被确定或者在主电流时间之后并且在保持时间之前的无电流时段期间被确定。

本发明基于如下认识，即可以从驱动参数的变化曲线中推断出焊接连接的质量，所述驱动参数在通电流结束之后在调节或控制电极驱动器的范围内被确定。通常，焊接过程质量大多根据电测量参量（如焊接电流强度）来评估，这些电测量参量在焊接时间期间（即，在电极被通电流期间）被检测。在本发明的范围中已经认识到，焊接过程的特殊的事件和性质对在给焊接电极通电流结束之后的电极驱动器的驱动参数的时间变化曲线有特殊影响，并且因此这种时间变化曲线特别适合于评价焊接过程质量。通过本发明也将焊接时间或电流时间之后的时间范围包括到质量评估中。

在给焊接电极通电流之后，焊接点冷却。焊熔核（Schweißlinse）凝固并且热膨胀减少。热膨胀的该减小通常导致焊接电极在焊接点处彼此相对移动，这反映在特定驱动参数的时间变化曲线中，从中可以推断出焊接电极的当前位置或方位。

在该上下文中，驱动参数尤其应理解为在调节或控制电极驱动器的过程中被确定的参量或参数，以便以预定的方式移动焊接电极并将其压靠到工件。驱动参数尤其表征焊接电极的当前位置或方位或者焊接电极的移动。从驱动参数的当前值或时间变化曲线中可以适宜地推断出焊接电极的当前位置，并且由此出发又可以推断出工件的焊接过程或性质。因此，驱动参数特别适合焊接过程的质量评估。

通过分析驱动参数的时间变化曲线，使得能够评价焊接点的质量并且实现改善的焊接过程监视，而无需附加的硬件，尤其是无需附加的传感器。通过避免附加的传感器，因此可以避免提高的成本、更高的故障可能性以及提高的安装和维护花销。

根据本发明的特别有利的实施方式，根据驱动参数的时间变化曲线的斜率和/或绝对值来评价焊接过程的质量。绝对值尤其可以是时间变化曲线的最大值或终点值。尤其是，时间变化曲线的斜率和绝对值适宜地允许得出关于在焊接点冷却期间焊接电极的位置或方位如何改变的结论。如果驱动参数的变化曲线不是线性的，则优选从均衡直线（Ausgleichgerade）确定斜率。

有利地，将驱动参数的时间变化曲线与参考变化曲线进行比较，并且根据该比较来评价焊接过程的质量。该参考变化曲线适宜地表示在具有高质量的参考焊接过程中驱动参数的时间变化曲线，在该参考焊接过程中尤其是不出现损伤或焊接飞溅。适宜地，在该比较过程中检查：斜率和/或绝对值、例如时间变化曲线的最大值或终值是否与参考变化曲线的斜率或绝对值一致或基本一致。如果时间变化曲线的斜率或绝对值与参考变化曲线的相应斜率或相应绝对值偏差得小于预定阈值，则将焊接过程的质量适宜地评价为良好。而如果该偏差超过预定的阈值，则将该质量尤其是评估为差。在后一种情况下，还可以尤其是根据具体存在的偏差得出在焊接过程期间的具体故障或具体损伤的结论，所述具体存在的偏差导致了质量不足。可以理解，针对不同参量（例如绝对值和斜率）的比较还可以规定不同的阈值。

根据特别优选的实施方式，确定一个或两个焊接电极的位置实际值的时间变化曲线。位置实际值在此尤其应理解为一个或两个焊接电极或使焊接电极移动的驱动器的当前位置或方位。例如，可以相对于焊接点或工件确定位置实际值，或者适宜地也可以相对于焊接设备的参考点、尤其是相对于焊接电极或驱动器的静止位置确定位置实际值。尤其是，该位置或位置实际值表征了电极帽在空间中的方位。此外，尤其是仅考察一个轴线，适宜地在电极的运动方向上的轴线，该轴线可以通过打开和关闭电极的驱动器的位置实际值给出。

在通电流结束之后焊接点的冷却和热膨胀的减小尤其导致焊接电极彼此相对移动或进一步向工件移动。位置实际值的如此得到的时间变化曲线、尤其是其斜率和绝对值在质量良好的焊接过程中与质量差的焊接过程不同。因此，位置实际值是特别有利的驱动参数，用于推导出焊接过程的质量并且用于尤其是识别焊接飞溅和损伤。特别适宜地，为了评价质量，将位置实际值的时间变化曲线的斜率和/或绝对值与相应的参考变化过程的斜率或绝对值进行比较。

替代地或附加地，优选确定电极驱动器的转矩或转矩实际值和/或转速或转速实际值的时间变化曲线。电极驱动器的马达、例如伺服马达根据其转速尤其是将相应的转速输出到电极驱动器的驱动主轴，由此使焊接电极以相应的钳闭合速度运动。由此，根据机械参数尤其是出现一定的力，该力的实际值被适宜地调节到额定值，为此尤其是转矩实际值被相应地改变。

转矩或转速是适宜的驱动参数，用于推断出焊接电极的位置或方位和用于评估焊接过程的性质和情况。不同的损伤和焊接飞溅尤其是分别导致转矩实际值和转速实际值的特征性改变，例如分别导致以特征性斜率升高。

优选在评价焊接过程的质量的过程中执行对损伤的识别。在焊接过程期间的不同的损伤或故障分别尤其是对驱动参数的时间变化曲线起到不同影响。因此，根据时间变化曲线的特征性改变、尤其是根据时间变化曲线相对于参考恩正曲线的特征性偏差，可以推断出焊接过程的相应损伤。这种损伤可包括例如帽磨损、板材飞散、粘合剂、铣削问题、力波动、间隙、不利的冷却或分流（即，焊接电流没有完全流过焊接点）。

有利地，在评价焊接过程的质量的过程中执行对焊接飞溅的识别。在该上下文中，焊接飞溅应理解为由于在焊接过程时间施加在焊接点处或焊接点周围的极高热量和力而破裂的熔融金属滴。这种焊接飞溅可以不利地影响焊接质量并且导致对金属表面、尤其是工件表面和焊接设备本身的表面（例如电极帽）的污染。在焊接过程期间的焊接飞溅对在通电流结束之后的焊接电极的位置或方位起到特征性影响，尤其是作为变化曲线中的步骤。通过在焊接过程结束之后分析驱动参数的时间变化曲线，可以精确地识别出焊接飞溅，并且可以适宜地通过改变焊接参数来抵消这种负面影响。

优选地，如果在评价焊接过程的质量的过程中识别出焊接过程的质量不足，例如焊接飞溅，则执行预定措施。例如，作为这种措施可以匹配对焊接过程的调节，即改变焊接参数、如电极力变化曲线和焊接电流变化曲线，以便在后续执行的焊接过程中抵消相应的负面影响。

工件优选地由铝和/或钢制成。在此，工件可以例如是具有尤其是直至1mm厚度的薄板材。这类工件的电阻焊接对于精确焊接过程调节表现出特别困难的应用情况。通过本发明可以在这种困难的应用情况中精确地评价焊接过程的质量。

该方法特别有利地适用于白车身构造，尤其适用于白车身构造中的自动化的焊接过程，优选在机动车制造过程中。在此，尤其是将板材彼此焊接，以制造机动车的车身。在唯一一个车身的制造过程的过程中，可以自动化地处理多达几千个焊接点（例如对于中档车辆来说约5000个焊接点）。通过该方法可以精确地评价各个焊接点的质量。

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被设置为执行根据本发明的方法。该控制单元或焊接控制器可以例如被构造为SPS（存储器可编程控制器（speicherprogrammierbare Steuerung））、NC（数字控制）或CNC（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是具有带有焊接电极的焊钳以及用于移动焊接电极的电极驱动器。此外，所述焊接设备包括根据本发明的控制单元的优选构型。

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来实现也是有利的，因为这导致特别低的成本，特别是当进行实施的控制设备还被用于其他任务并且因此无论如何都存在时。用于提供计算机程序的合适的数据载体尤其是磁性存储器、光学存储器和电存储器，例如硬盘、闪速存储器、EEPROM、DVD等。也可以通过计算机网络（互联网、内联网等）下载程序。

本发明的其他优点和构型从说明书和附图中得出。

可以理解，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征和下面仍要阐述的特征不仅能以分别说明的组合使用，而且还可以以其他组合或单独地使用。

本发明根据实施例在附图中示意性地示出并且下面参考附图详细描述。

附图说明

图1示意性地示出了根据本发明的焊接设备的优选构型，该焊接设备被设置为执行根据本发明的方法的优选实施方式。

图2作为框图示意性地示出了根据本发明的方法的优选实施方式。

图3至图5分别示意性地示出了焊接设备的参数的时间变化曲线，它们可以分别在根据本发明的方法的优选实施方式的过程中确定。

具体实施方式

在图1中示意性地示出了用于电阻焊接的焊接设备并用100表示。

利用焊接设备100可以通过电阻焊接将工件120彼此牢固地连接。尤其是，工件120在白车身构造的过程中彼此焊接在一起，其中尤其是制造机动车的车身。作为工件在这里例如将两个由铝制成的板材121和122彼此焊接在一起。

焊接设备100具有带有两个焊接电极111和112的焊钳110。提供电极驱动器130以移动焊接电极111、112。在图1中，焊钳110例如作为伺服电动焊钳来示出，具有构造为伺服马达的电极驱动器130。同样可以设想的是，电极驱动器130可以被构造为例如电动马达、液压马达或气动马达。

在电阻焊接的过程中，在所谓的力建立阶段期间，借助于电极驱动器130在焊接点125处以电极力将焊接电极111和112压靠到金属板121和122。随后在实际焊接过程期间在焊接时间的持续时间内为焊接电极111和112通焊接电流，由此实现板材121和122在焊接点125处的电阻加热，并且导致工件121、122在焊接点125处液化。

在焊接时间结束之后并且在给焊接电极111、112通电流结束之后，在所谓的维持阶段的过程中，仍然利用电极力将焊接电极111、112压靠到工件121、122的焊接点125，但是不再通焊接电流。

此外，焊接设备100具有控制单元（焊接控制器）140，其可以被构造为例如SPS（存储器可编程控制器）。控制单元140被设置为调节由附图标记151表示的电极驱动器130以及还有由附图标记152表示的焊接过程。为此，在控制单元140中执行相应的驱动调节141和相应的焊接过程调节142，它们可以分别作为相应的控制程序也或者作为共同的控制程序来实现。

控制单元140还被设置为评价焊接过程或所产生的焊接点125的质量。为此，控制单元140尤其是以编程技术被设置为执行根据本发明的方法的优选实施方式，该优选实施方式在图2中示意性地作为框图示出并且在下面参考图1和2进行阐述。

步骤201表示力建立阶段，在该力建立阶段的过程中借助于电极驱动器130将焊接电极111和112在焊接点125处压靠到板材121和122，直到达到预定的电极力。

步骤202表示所谓的提前阶段（Vorhaltephase），在该提前阶段期间，在焊接过程开始之前用电极力将焊接电极111、112压靠到工件121、122的焊接点125，但是尚未通焊接电流。

在步骤203中跟随有实际焊接过程，在该实际焊接过程的过程中在焊接时间的持续时间内给焊接电极111、112通焊接电流。如所提到的那样，焊接电流可以在此期间被调节到预先确定的值或者预先确定的变化曲线。

在焊接时间结束之后以及在给焊接电极111、112通电流结束之后，在步骤204中跟随有维持阶段，在该维持阶段期间仍然利用电极力将焊接电极111、112压靠到工件121、122的焊接点125，但是不再通电流。

在维持阶段期间，在步骤205中确定电极驱动器130的驱动参数的时间变化曲线，例如电极驱动器130的位置实际值的时间变化曲线，其表征焊接电极111、112的实际位置。

在步骤206中分析所述位置实际值的时间变化曲线，以便能够评价焊接过程的质量。为此目的，将该时间变化曲线与参考变化曲线相比较。该参考变化曲线表示在具有良好质量而没有损伤和焊接飞溅的参考焊接过程时的位置实际值的时间变化曲线。

尤其是，在步骤206中，将在步骤205中确定的时间变化曲线的绝对值或最大值和斜率与参考变化曲线的绝对值或最大值和斜率进行比较。

如果时间变化曲线的斜率和最大值相对于参考变化曲线的斜率或最大值的偏差小于预定的阈值，则在步骤207中将焊接过程的质量评价为良好。

而如果时间变化曲线的斜率和最大值相对于参考变化曲线的斜率或最大值彼此间的偏差大于预定的阈值，则在步骤208中将焊接过程的质量评价为差或不足。

在这种情况下，在步骤209中还根据与参考变化曲线相比的具体偏差，确定在焊接过程期间发生了哪个具体误差，例如是否出现了诸如板材飞散或分流的损伤或者在焊接过程期间是否发生了焊接飞溅。

在步骤210中可以执行相应的对策，使得在后续执行的焊接过程中不再次发生所识别出的损伤、例如发生焊接飞溅。

在图3至图5中，分别示意性地示出了焊接设备100的参数的时间变化过程，所述时间变化过程可以在根据本发明的方法的优选实施方式的过程中被确定。

在图3至图5的图表300、400和500中，分别相对于时间t绘出了焊接电流强度I或焊接电极的方位或位置实际值x。

在此，曲线310、410和510分别示出了焊接电极的方位或位置实际值的时间变化曲线。曲线320、420和520分别示出了在没有损伤和焊接飞溅的无故障的参考焊接过程中的位置实际值的参考变化曲线。曲线330、430和530分别示出了焊接电流强度的时间变化曲线，并且曲线340、440和540示出了电极驱动器130的转矩的时间变化曲线。

图3示出了无故障的焊接过程的情况，其中位置实际值的时间变化曲线310基本上与参考变化曲线320一致。如可以看出的那样，焊接电流强度的变化曲线在焊接时间之后下降到零值。在给焊接电极通电流结束之后，还示出了时间变化曲线310的均衡直线或斜率并用315表示。同样示出了参考变化曲线320的均衡直线或斜率并且用325表示。在无故障的焊接过程的情况下，这些均衡直线或斜率315和325基本上一致。

在图4中示出了在其中例如出现分流的有故障的焊接过程的情况。如可以看出的那样，位置实际值的时间变化曲线410和参考变化曲线420明显彼此偏离。它们在通电流结束之后的斜率415和425也明显彼此偏离。此外，时间变化曲线410在通电流结束之后的最大值也明显小于参考变化曲线420的最大值。

图5示出了具有板材飞散的有故障的焊接过程的情况。在这种情况下，位置实际值的时间变化曲线510和参考变化曲线520彼此间也明显有偏差。变化曲线510的斜率或均衡直线515也明显偏离参考变化曲线520的斜率或均衡直线525。通电流之后的时间变化曲线510的最大值此外明显高于参考变化曲线520的最大值。

Claims (13)

1.用于在工件（121、122）的电阻焊接时检查质量的方法，其中借助于电极驱动器（130）将焊接电极（111、112）压靠到工件（121、122）的焊接点（125）并且在焊接过程的过程中给所述焊接电极通焊接电流（203），其特征在于，在给焊接电极通电流结束之后（204）确定电极驱动器（130）的驱动参数（310、410、510）的时间变化曲线（205）并且根据驱动参数（310、410、510）的所确定的时间变化曲线来评价所述焊接过程的质量（206）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中根据所述驱动参数（310、410、510）的时间变化曲线的斜率（315、415、515）和/或绝对值来评价所述焊接过程的质量（206）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中将所述驱动参数（310、410、510）的时间变化曲线与参考变化曲线（320、420、520）进行比较，并且其中根据该比较来评价所述焊接过程的质量（206）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将一个或两个焊接电极（111、112）的位置实际值（310、410、510）的时间变化曲线确定为驱动参数（310、410、510）（205）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将电极驱动器（130）的转矩（340、440、540）和/或转速的时间变化曲线确定为驱动参数（310、410、510）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在评价所述焊接过程的质量的过程中执行对损伤的识别（209）。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在评价所述焊接过程的质量的过程中执行对焊接飞溅的识别（209）。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中如果在评价所述焊接过程的质量的过程中识别出焊接过程的质量不足，则执行预定的措施（210）。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述工件（121、122）由铝和/或钢板制成。

10.控制单元（140），其被设置为执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

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

12.计算机程序，当其在控制单元（140）上被实施时，该计算机程序促使控制单元（140）执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。

13.机器可读存储介质，其具有存储在其上的根据权利要求12所述的计算机程序。

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