CN112658449A

CN112658449A - 用于工件的电阻焊接的方法

Info

Publication number: CN112658449A
Application number: CN202011102897.0A
Authority: CN
Inventors: J·霍伊夫格勒克纳; T·格罗尔
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2020-10-15
Publication date: 2021-04-16
Also published as: DE102019215887A1; EP3808491A1; EP3808491B1

Abstract

用于工件的电阻焊接的方法。本发明涉及一种用于工件（121、122）的电阻焊接的方法，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）并且给所述焊接电极通焊接电流，其中确定与焊接电极位置相关的位置实际值的第一时间变化曲线（310、410、510）（204），并且其中确定电极驱动器（130）的转矩的第二时间变化曲线（320、420、520）（204），其中分别检查第一时间变化曲线和第二时间变化曲线的特征性特征，并且其中根据所述特征性特征的出现来确定给焊接电极（111、112）通电流的持续时间。

Description

用于工件的电阻焊接的方法

技术领域

本发明涉及用于工件的电阻焊接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工件的电阻焊接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。

在给焊接电极通电流期间，确定与焊接电极方位相关的位置实际值的第一时间变化曲线和电极驱动器的转矩的第二时间变化曲线。

分别检查第一时间变化曲线和第二时间变化曲线的特征性特征，并根据特征性特征的出现确定或匹配给焊接电极通电流的持续时间。

本发明基于以下认识，即可以根据焊接电极的方位和驱动器在焊接过程期间的转矩来匹配焊接时间，也即在此期间在焊接过程的过程中给焊接电极通焊接电流的持续时间。

与焊接电极方位相关的位置实际值尤其应理解为一个或两个焊接电极或者移动（一个或多个）焊接电极的驱动器的当前位置或方位。例如，位置实际值可以相对于焊接点或工件来确定，或者适宜地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来确定。尤其是，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，适宜地是电极的运动方向上的轴，该轴可以通过打开和关闭电极钳（例如，C钳或X钳）的驱动器的位置实际值来给出。

电极驱动器的转矩或转矩实际值尤其应理解为从电极驱动器的马达、例如从伺服马达传递到电机驱动器的驱动主轴等的转矩，由此使焊接电极以相应的钳闭合速度移动。

在本发明的范围内已经认识到，位置实际值和转矩的时间变化曲线特别适合于推导出焊接过程的质量或进度。尤其是已经认识到，焊接过程的质量或进度反映在这些时间变化曲线的特定的特征性特征中。此外，尤其是在给焊接电极足够长时间地通焊接电流以使工件在焊接点以预定的所期望的质量相互连接时，在位置实际值和转矩的时间变化曲线中出现相应的特征性特征。

因此，在本方法的过程中，特别适宜地检查在所述时间变化曲线中是否以及何时出现相应的特征性特征。在本方法的范围内，这些特征性特征的出现以及尤其是它们的出现相对于彼此的时间点被适宜地用作关于工件在焊接点处是否已经以足够好的质量被焊接以及由此是否可以结束给焊接电极通电流的指标。因此，在本方法的范围内，特别适宜地可以在焊接过程本身期间动态地或在线地确定或匹配焊接过程的最佳或最佳可能的焊接时间。

通常，大多需要手动干预来确定特定焊接点的最佳焊接时间。尤其是，最佳焊接时间大多取决于要焊接的工件的材料及其板材厚度组合（Blechdickenkombination，BDK），即取决于要焊接的工件的厚度。此外，干扰参量也可以影响最佳的焊接时间，例如帽磨损、板材散布、粘合剂、铣削问题、力波动、不利的冷却或分流（即焊接电流未完全流过焊接点）。因此，通常，大多例如借助于破坏性测试或通过超声波的测试来手动地测试和调整每个单个的焊接点。因此，通常，大多对于每个单个的焊接点离线地手动确定相应的焊接时间，这与高时间和工作花销有关。

而通过本方法，可以适宜地自动在线（即在焊接过程期间）确定最佳可能的焊接时间，尤其是无需人工干预，这可以节省大量的时间和精力。在该方法的过程中适宜地自动考虑要磨损的工件的材料和厚度以及还有潜在的干扰参量。这些特征性特征在位置实际值和转矩的时间变化曲线中适宜地与工件材料、板材厚度组合以及可能出现的干扰参量无关地表明：已经实现具有所期望质量的最佳焊接连接。因此，位置实际值和转矩是最佳可能焊接时间的特别适宜的指标。

例如，可以明确检查时间变化曲线的相应的特征性特征，即适宜地检查在时间变化曲线中是否可以识别出相应的特征性特征。替代地或附加地也可以设想的是，将时间变化曲线分别与参考变化曲线进行比较，该参考变化曲线分别代表具有所期望质量的焊接过程并且具有相应的特征。

有利地，检查第一时间变化曲线的第一特征性特征，并且检查第二时间变化曲线的第二特征性特征。如果已经在焊接点处以所期望的质量产生工件的焊接连接，则适宜地在位置实际值以及转矩的变化曲线中都分别出现单独的特征。如果识别出这两个特征，则可以适宜地结束给焊接电极通电流。

优选地，检查第一时间变化曲线中的第一特征性特征，并且如果在第一时间变化曲线中识别出第一特征性特征，则有利地检查第二时间变化曲线中的第二特征性特征。因此尤其是，不仅在时间变化曲线中出现各个特征是重要的，而且它们彼此之间的关系也重要。适宜地，在焊接点处成功产生的焊接连接首先以第一特征性方式影响位置实际值的变化过程，并且然后以第二特征性方式影响转矩变化曲线。

特别优选地，还针对如下情况检查所述第二时间变化曲线：第二特征性特征是否在出现所述第一特征性特征的时间点之后的预定时间间隔内出现。尤其是，在成功制造的焊接连接的情况下，第二特征立即跟随第一特征或以相对短的时间间隔跟随第一特征。预定的时间间隔例如可以是100ms，尤其是75ms，进一步尤其是50ms。特别适宜的是，根据预定的时间间隔来检查第一特征性特征和第二特征性特征是否出现在同一电流块内（即，在连续通电流期间）。

根据一个特别有利的实施方式，检查第一时间变化曲线的极值，该极值表征最大电极间隔作为特征性特征。这基于如下认识，即电极在焊接期间由于工件的加热而首先彼此远离并且然后在工件液化时再次彼此靠近。在此，位置实际值在一个方向上的变化表示焊接电极彼此靠近的特性。相应地，位置实际值在另一方向上的变化表示焊接电极彼此远离或使其从工件移开的特性。在位置实际值的时间变化曲线中的极值因此意味着，在焊接过程期间焊接电极在其后方具有最大距离，并且开始液化。尤其是，这表明在焊接点处以足够的质量焊接了工件。

特别优选的是，检查第二时间变化曲线的作为特征性特征的升高。优选地检查第二变化曲线的大于15％、优选大于20％、更优选大于25％的升高。转矩的升高尤其意味着电极驱动器必须应用更多的功率，以便以预定的电极力将焊接电极压靠到工件。尤其是，这表明，由于液化开始，材料在焊接点处松弛，并且必须提高电极驱动器的转矩，以便继续以预定的电极力将焊接电极压靠到焊接点。因此，转矩的升高尤其表明工件以足够的质量被焊接。

转矩在位置实际值的最大值之后立即或不久之后的升高是针对如下情况特别适宜的指标：工件在焊接点处被以所期望的质量焊接并且可以终止给焊接电极通电流。

优选地，给所述焊接电极通电流至少长到直到在第一时间变化曲线和第二时间变化曲线中识别出相应的特征性特征。随着识别出所述特征例如可以开始所谓的电流减小阶段，在该电流减小阶段的过程中将焊接电流强度减小直到零值。

优选地，根据在所述第一时间变化曲线和所述第二时间变化曲线中的相应的特征性特征，延长和/或缩短预定的焊接时间。所述焊接时间可以适宜地先验地被预先给定为对于通电流持续时间的额定值。通过监视相应的驱动参数的两个变化曲线，可以适宜地在给焊接电极通电流期间评估：是否足够长地选择了焊接时间，或者是否过长或过短地选择了焊接时间。因此，在需要时可以在焊接过程期间在线动态匹配焊接时间。如果在预定的焊接时间期满之后仍未识别出特征性特征，则适宜地延长焊接时间，直到识别出所述特征。相应地，如果在预定的焊接时间期满之前就已经识别出所述特征性特征，则可以适宜地缩短焊接时间。

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，尤其是在选择最佳可能的焊接时间方面。通过监视位置实际值和转矩的时间变化曲线，可以改善这种困难的应用情况中的电阻焊接。

对于将具有复杂的、不同的板材厚度组合的大量焊接点彼此焊接在一起的过程，本方法特别有利。例如，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具有数百种不同板材厚度组合的焊接点，例如对于中档车辆来说具有约700种不同的板材厚度组合的约5000个焊接点。通过该方法可以自动为这些单个焊接点中的每一个在线确定最佳可能的焊接时间，而适宜地无需人工干预，例如无需破坏性测试或无需利用超声波的离线测试。通过该方法可以以最佳可能的质量焊接各个焊接点。

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还被设置为在焊接过程期间在线确定焊接时间或焊接电极111、112的通电流持续时间。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，实际的焊接过程开始并且给焊接电极111、112通焊接电流。焊接电流强度可以在此在通电流开始时例如在所谓的电流建立阶段的过程中被提高直至预定值。

在焊接电极111、112被通电流期间，在步骤204中，将电极驱动器130的位置实际值的第一时间变化曲线确定为与焊接电极方位相关的位置实际值，并确定电极驱动器130的转矩的第二时间变化曲线。

分别检查这两个时间变化曲线的特征性特征，并且根据所述特征性特征的出现确定或预先给定焊接电极111、112的通电流持续时间。

在步骤205中，检查在位置实际值的变化曲线中是否出现表明最大电极间距的极值形式的第一特征性特征，在这里例如为最大值。如果识别出这样的最大值，则在步骤206中检查在转矩的变化曲线中是否出现在出现位置实际值的最大值的时间点之后例如50ms的预定时间间隔内例如大于25%的转矩升高形式的第二特征性特征。

如果在出现位置实际值最大值之后的50 ms的时间间隔内没有发生这种转矩升高，则在步骤204中重新搜索位置实际值的最大值。在这种情况下，所识别出的最大值可以例如是位置实际值的短时局部最大值，例如由于焊接飞溅而导致的位置实际值的短时局部最大值。这样的没有随后的转矩升高的最大值尤其不表明工件121、122已经在焊接点125处以足够的质量被焊接。

而如果转矩在该时间间隔内相应地升高，则这表明工件121、122在焊接点125处以足够的质量被焊接。在这种情况下，在步骤207中结束对焊接电极111、112通电流。为此，例如可以在步骤207中执行所谓的电流减小阶段，在该电流减小阶段期间将焊接电流强度减小直到零值。

在给焊接电极111、112通电流结束之后，可以在步骤208中进行维持阶段，在该维持阶段期间焊接电极111、112仍然以电极力压靠到工件121、122的焊接点125，但是不再被通电流。

在图3至图5中，分别示意性地示出了焊接设备100的参数的时间变化曲线，这些时间变化曲线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。

在此，曲线310、410和510分别示出了电极驱动器的方位或位置实际值的时间变化曲线。曲线320、420和520分别示出了电极驱动器130的转矩的时间变化曲线。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分别示出了电阻的时间变化曲线。

图3示出了最佳选择的焊接时间的情况。如可以看出的那样，位置实际值的变化曲线310具有能在时间点t₁看出的最大值，同时转矩的变化曲线320经历明显升高。此后，在时间点t₂，焊接电流330减小到零值。

图4示出了所选择的焊接时间过短的情况。在这种情况下，还在位置实际值410的升高阶段期间，焊接电流430就已经在时间点t₃减小到零。随后，位置实际值410虽然下降，但是由于工件的冷却。尚未发生充分液化。作为冷却的结果，转矩也提高，以便对电极调位（nachführen）。在这种情况下，应当延长焊接时间。

而图5示出了所选择的焊接时间过长的情况。在时间点t_s，位置实际值510的最大值变得可识别，其中同时提高转矩520。但是，焊接时间在时间点t₆才结束，并且在这种情况下可以被缩短。位置实际值和振荡转矩的进一步降低表明材料从焊熔核（Schweißlinse）中被挤出。

Claims

1.用于工件（121、122）的电阻焊接的方法，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）并且给所述焊接电极通焊接电流（203），其中确定与焊接电极方位相关的位置实际值的第一时间变化曲线（310、410、510）（204），并且其中确定电极驱动器（130）的转矩的第二时间变化曲线（320、420、520）（204），其中分别检查第一时间变化曲线（310、410、510）和第二时间变化曲线（320、420、520）的特征性特征（205、206），并且其中根据所述特征性特征的出现来确定给焊接电极（111、112）通电流的持续时间（207）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中检查所述第一时间变化曲线（310、410、510）的第一特征性特征（205），并且其中检查所述第二时间变化曲线（320、420、520）的第二特征性特征（206）。

3.根据权利要求2所述的方法，其中检查所述第一时间变化曲线（310、410、510）的所述第一特征性特征（205），并且其中当在所述第一时间变化曲线（310、410、51）中识别出所述第一特征性特征时检查所述第二时间变化曲线（320、420、520）的第二特征性特征（206）。

4.根据权利要求3所述的方法，其中还针对如下情况检查所述第二时间变化曲线（320、420、520）：第二特征性特征是否在出现所述第一特征性特征的时间点（t₁、t₃、t₅）之后的预定时间间隔内出现。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中检查所述第一时间变化曲线（310、410、510）的极值，该极值表征最大电极间隔作为特征性特征（205）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中检查所述第二时间变化曲线（320、420、520）的作为特征性特征的升高（206），尤其是检查大于15％、优选大于20％、更优选大于25％的升高。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中给所述焊接电极（111、112）通电流至少长到直到在第一时间变化曲线（310、410、510）和第二时间变化曲线（320、420、520）中识别出相应的特征性特征（207）。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中根据在所述第一时间变化曲线（310、410、510）和所述第二时间变化曲线（320、420、520）中的相应的特征性特征，延长和/或缩短预定的焊接时间（207）。

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。