CN113523525A - 用于电阻焊接的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电阻焊接的方法，其中，执行（201）焊接过程，在该焊接过程的进程中，焊接电极分别根据预先给定的焊接参数被压靠到工件的焊接点上并且被以焊接电流通电（201），其中，在该焊接过程的进程中分别确定（202）至少一个表征焊接质量的特征值，其中，在执行多个焊接过程之后执行（203、204、205、206）对确定的特征值的统计分析，并且其中，根据该统计分析的结果确定是否应该执行对预先给定的焊接参数的适配（207）。

Description

用于电阻焊接的方法

技术领域

本发明涉及一种用于电阻焊接的方法以及一种控制单元、一种焊接设备以及一种用于执行该方法的计算机程序。

背景技术

借助焊接过程、像比如电阻焊接，工件可以材料锁合地相互连接。例如在自动化的白车身制造的进程中通过机器人引导的焊钳将不同的工件、例如板材借助电阻焊接相互焊接在一起。

在电阻焊接的进程中，首先在所谓的力建立阶段的进程中借助电极驱动器将焊钳的两个焊接电极压靠到工件的焊接点上，直至达到预先给定的电极力。接着进行实际的焊接过程，在该焊接过程的进程中焊接电极在焊接时间的持续时间内以焊接电流通电，由此在焊接电极之间进行两个待焊接的工件的电阻加热并且工件被加热直到达到所需的焊接温度。

发明内容

在此背景下，提出具有独立权利要求的特征的用于电阻焊接的方法以及控制单元、焊接设备和用于执行该方法的计算机程序。有利的设计方案是从属权利要求以及以下说明的主题。

在本方法的范围内执行焊接过程，在所述焊接过程的进程中分别根据预先给定的焊接参数将焊接电极压靠到工件的焊接点上并且用焊接电流来通电。因此在焊接过程中的每个焊接过程的进程中分别焊接一个焊接点。

焊接参数尤其是表示预先给定的额定值或额定值的时间上的变化曲线，应该根据所述额定值来执行相应的焊接过程。焊接参数尤其可以是指涉及焊接电极的运动或通电的电的和/或机械的值。例如可以根据待焊接的工件来预先给定用于待执行的焊接过程的焊接参数。尤其可以将焊接参数以所谓的焊接程序的形式存储起来，该焊接程序适宜地由相应的焊接控制装置来实施。

此外，在这些焊接过程的进程中分别确定至少一个表征焊接质量或焊接点质量的特征值。这些特征值分别尤其描述所制造的焊接点的和/或所执行的焊接过程的质量。这些特征值可以分别例如在相应的焊接过程的进程中通过测量技术来检测和/或由检测到的测量值导出。

统计地分析所确定的特征值，并且根据该统计分析的结果来确定是否应该执行对预先给定的焊接参数的适配。如果是这种情况，则适宜地用这些经适配的焊接参数来执行将来的焊接过程。

因此，在本方法的范围内研究，当前所使用的焊接参数是否导致所期望的焊接质量。如果不是这种情况，则适配焊接参数，以便在随后的焊接过程中实现更好的焊接质量。

本方法基于经焊接的焊接点的统计分析。相应的焊接控制装置记录每个焊接的过程，基于统计来分析该记录。如果要执行适配，则尤其是计算电流和力特征曲线的适配并且必要时也计算其它焊接参数，并且将其写入到或者返回写入到控制装置中。控制装置现在继续利用新的参数来焊接。

在执行多个（N 》1）焊接过程之后执行统计分析。在此，尤其执行对于所有最后（aller zuletzt）（比如最后的M；M和N可以相同的）利用当前的预先给定的焊接参数所执行的焊接过程的统计分析并且检验，是否应该在所述控制装置中执行对于焊接参数的适配。

例如，如果满足一个或多个预先给定的标准，则执行适配。相反，如果不满足所述一个或多个标准，则接下来的多个焊接过程也继续以当前的预先给定的焊接参数来执行，适宜地如此长时间地执行，直至满足所述标准。因此，尤其可以执行连续的分析。

因此，尤其可以在每个焊接过程之后执行统计分析。焊接过程的数量例如可以固定地预先给定或者也可以灵活地例如在每个统计分析之后重新预先给定。例如，如果需要相对强烈地适配焊接参数，则可以将接下来的多个焊接过程选择得较小，以便在相对较短的时间内重新执行检验。相反，如果仅需要相对较少地适配焊接参数或者根本不需要适配焊接参数，则可以更高地选择接下来的多个焊接过程，以便在相对较长的时间之后才重新执行检验。

因此，在本方法的范围内，焊接过程可以特别适宜地周期性地予以执行，其中，在每个周期的进程中执行预先给定的数量的焊接过程。因此，在每个周期中检验，是否应该进行焊接参数的适配，并且如果是，则利用经适配的焊接参数来执行接下来的周期。同样，也可以适宜地在每个焊接过程之后连续地进行对于焊接参数的适配的检验。

因此，焊接参数连续地并且动态地与相应当前的焊接质量相适配。此外，所述适配尤其自动地进行，从而自动地适配焊接参数并且适宜地不需要用户的手动干预。因此，电阻焊接过程能够始终以最佳适配的焊接参数来执行，以便实现尽可能好的焊接质量。

特别有利地，至少一个表征焊接质量的特征值表征在相应的焊接过程期间出现的焊接飞溅（Schweißspritzer），尤其是在相应的焊接过程期间分别出现焊接飞溅的飞溅时间点。在这种关系下，作为焊接飞溅应理解为熔融金属的液滴，其由于施加在焊接点处或周围的热和力的极端强度而断裂。这种焊接飞溅会对焊接质量产生负面影响，并且会导致金属表面、尤其是工件表面和焊接设备本身的表面、例如电极帽被污染。因此重要的是，能够精确地识别焊接飞溅，以便能够抵抗这种负面影响。通过本方法可以通过自适应地自动适配焊接参数来减少这种焊接飞溅的出现。可以适宜地取消手动适配。此外，能够避免由过度飞溅的出现而引起所谓的Q 停止，即由于质量问题引起的生产线停止。

以常规的方式，经常出现飞溅的焊接程序大多手动地重新参数化，大多在焊接过程中在特定的时间点以较小的电流来参数化。由于飞溅是从焊接熔核排出的材料，因此具有UlR调控的焊接设备确保焊接时间得以延长，以便重新构造焊接熔核并确保点质量。然而，飞溅点的焊接持续时间在此将会延长，这可能导致生产线上的过程进行得更慢。与之相反，在本方法的进程中，通过统计地分析处理特征值，能够识别出现的焊接飞溅，并且能够自动地适配焊接参数，以便在将来的焊接过程中减少或者尽可能避免焊接飞溅的出现。因此可以提高所执行的焊接过程的质量和效率。

优选地，根据在多个焊接过程期间出现的焊接飞溅的数量和/或速率来执行统计分析。焊接飞溅的数量和速率尤其描述飞溅临界值。尤其是可以首先评估，所出现的飞溅的数量或速率是否足够高，以便保证焊接参数适配。如果在多个焊接过程期间出现的焊接飞溅的数量或速率未达到相应的预先给定的阈值，则可以尤其评估焊接参数被选择得足够好以致焊接飞溅很少出现，并且不需要适配焊接参数。相反，如果焊接飞溅的数量或速率达到相应的阈值，则适宜地评估需要适配焊接参数。

优选地，根据统计平均值、尤其根据飞溅时间点的中值来执行统计分析，在所述飞溅时间点在相应的焊接过程期间分别出现焊接飞溅。因此，适宜地分析处理在焊接过程期间的哪个时间点平均地出现焊接飞溅。例如可以推断出，如何能够适配额定值的时间上的变化曲线作为焊接参数，以便在相应的时间点防止出现焊接飞溅。

优选地，根据在相应的焊接过程期间分别出现焊接飞溅的飞溅时间点的散度、特别是方差和/或标准偏差来执行统计分析。在此，散度尤其是有助于确定导致焊接飞溅的焊接参数是否具有稳定的特性，以便能够实现适当的适配类型。多模式的焊接程序可能在多个时间点导致焊接飞溅并且与之相应地需要更复杂的适配。

有利地，根据飞溅时间点的中值

与飞溅时间点的标准偏差σ和可预先给定的常数k的乘积的差（

-kσ）来执行统计分析。这个差（

-kσ）表示特别适宜的评估参量，借助该评估参量可以执行焊接参数的适配。常数k的值可以适宜地选择，例如由用户自己选择。如果例如（

-kσ）处于焊接电极通电的所谓的预阶段，则焊接电流强度可以例如在从焊接过程开始直至飞溅时间点加上k乘以标准偏差或者直至第一序列或焊接块（Weldblock）结束的时间范围内减小。如果（

-kσ）例如处于预阶段之后，则可以将例如负斜坡添加到现有的电流参数化。

优选地，根据检验、尤其是卡方检验来执行统计分析，以确定在多个焊接过程期间出现的焊接飞溅是否符合随机分布。尤其地，在该检验的进程中，在统计上确定飞溅出现是否具有足够的随机分布。通过这种检验尤其可以排除，错误地适配焊接参数。尤其检验飞溅的出现是否被随机地分布在利用焊接参数焊接的所有焊接点上，或者是否存在多个焊接飞溅的系统性的聚集或者再出现（Wiederkehr）。肯定的检验结果尤其意味着，飞溅出现充分随机地分布并且应该进行焊接参数的适配。否定的检验结果尤其指示焊接参数是正常的，但是可能已经被用于错误应用。在这种情况下，尤其不进行焊接参数的适配。

有利地，还根据工件的材料和/或焊接电极的特性来执行统计分析。因此，适宜地在分析的进程中一起考虑待焊接的材料以及焊接电极本身，因为它们可能对出现焊接飞溅产生影响。尤其地，适宜地利用相应的统计参量来记录每次焊接的过程，并且根据材料、焊钳、焊接程序和飞溅时间点的每种组合基于统计来分析相应的记录。

特别优选地，预先给定的焊接参数包括电极力和/或焊接电流和/或焊接电压和/或焊接时间和/或电极力的时间上的变化曲线和/或焊接电流强度的时间上的变化曲线和/或焊接电压的时间上的变化曲线。因此，待适配的焊接参数涉及机械参量以及电参量或其在时间上的变化曲线。

该方法特别有利地适合于白车身制造，尤其适合于在白车身制造中、优选在机动车制造的进程中的自动化焊接过程。在此，尤其将板材彼此焊接，以便制造机动车的车身。在单个车身的制造过程的进程中，可以自动加工多达数千个焊接点（例如用于中型车辆的大约5000个焊接点）。通过该方法可以以尽可能好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装置，尤其在程序技术上，被设置为执行根据本发明的方法。控制单元或焊接控制装置例如可以构造为SPS（可存储器编程的控制部）、NC （数字控制）或CNC （计算机化的数字控制）。

用于电阻焊接的根据本发明的焊接设备尤其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。尤其也可以设置机器人，以便操控焊钳，例如在气动焊钳的情况下。此外，焊接设备包括根据本发明的控制单元的优选的设计方案。

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计算机程序产品的形式来实现根据本发明的方法也是有利的，因为这引起特别低的成本，尤其是当实施的控制器还被用于其他任务并且因此本来就存在时。用于提供计算机程序的合适的数据载体尤其是磁存储器、光学存储器和电存储器，像比如硬盘、闪存、EEPROM、DVD等。也可以通过计算机网络（互联网、内联网等）下载程序。

附图说明

本发明的其它优点和设计方案由说明书和附图得出。

不言而喻，前面所提到的和后面的还有待阐述的特征不仅能够以相应所说明的组合来使用，而且也能够以其它的组合或者单独地使用，而不离开本发明的范围。

本发明借助实施例在附图中示意性地示出并且下面参照附图详细描述。

图1示意性地示出了根据本发明的焊接设备的一种优选的设计方案，其被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作为框图示意性示出了根据本发明的方法的一种优选的实施方式。

图3示意性地示出了焊接飞溅数量、焊接电阻和电流值的时间上的变化曲线，它们可以是根据本发明的方法的一种优选的实施方式的基础。

具体实施方式

在图1中，用于电阻焊接的焊接设备示意性地示出并标记为100。

利用焊接设备100可以将工件120通过电阻焊接材料锁合地相互连接。尤其地，工件120在白车身制造的进程中彼此焊接，其中，尤其是制造机动车的车身。在此，例如将两个由铝制成的板材121和122作为工件来彼此焊接在一起。

焊接设备100具有带两个焊接电极111和112的焊钳110。设置有电极驱动器130以移动焊接电极111、112。在图1中，焊钳110例如作为伺服电焊钳示出，其带有构造为伺服马达的电极驱动器130。同样可以考虑的是，电极驱动器130例如可以构造为电动马达、液压马达或气动马达。

在电阻焊接过程的进程中，在所谓的力建立阶段期间，借助电极驱动器130以电极力在焊接点125处将焊接电极111和112压靠到板材121和122上。接着，在实际的焊接过程期间，以焊接电流将焊接电极111和112通电达焊接时间的持续时间，由此实现板材121和122在焊接点125上的电阻加热并且出现工件121、122的表面的液化。

此外，焊接设备100具有如下控制单元（焊接控制装置） 140，该控制单元可以例如被构造为SPS（可存储器编程的控制部）。控制单元140设置用于操控电极驱动器130和焊钳110，这通过附图标记151和152来表示，并且以便由此调控焊接过程。为此目的，在控制单元140中实施相应的控制程序或焊接程序141，通过该控制程序或焊接程序根据预先给定的焊接参数来操控电极驱动器130和焊钳110。这些焊接参数例如可以包括电极力的以及焊接电流的时间上的变化曲线。

此外，所述控制单元140设置用于对所执行的焊接过程或者所产生的焊接点125的质量进行分析并且在质量不达标时相应地对所述焊接参数进行适配。为此目的，所述控制单元140尤其在程序技术上设置用于执行根据本发明的方法的优选的实施方式，该实施方式在图2中示意性地作为框图示出并且下面参照图1和2来阐述。

根据一种优选的实施方式，焊接过程周期性地予以执行。在每个周期的进程中，分别执行并且统计地分析预先给定数量的焊接过程。根据该分析，焊接参数根据需要被适配，并且随后的周期以经适配的焊接参数来执行。

在步骤201中，执行相应的预先给定的数量的焊接过程，其中在这些焊接过程中的每一个焊接过程的进程中分别根据预先给定的焊接参数将焊接电极111、112压靠到工件121、122的焊接点125上并且利用焊接电流来通电。例如可以执行1000至2000个焊接过程。

此外，根据步骤202，在这些焊接过程中的每一个焊接过程的进程中分别确定至少一个表征焊接质量的特征值。这些特征值尤其表征在相应的焊接过程期间出现的焊接飞溅。例如，在相应的焊接过程期间分别出现焊接飞溅的飞溅时间点被确定为特征值。在执行了预先给定数量的焊接过程之后，统计地分析所确定的特征值，即所确定的飞溅时间点。

尤其地，首先在步骤203中，在多个焊接过程期间确定焊接飞溅的数量和速率。在步骤204中检验，所述数量和所述速率是否分别达到预先给定的阈值。如果不是这种情况，则这表明焊接参数被选择得足够好，使得仅出现非常少的焊接飞溅。在这种情况下，不进行焊接参数的适配，并且以不变的焊接参数来执行接下来的多个焊接过程。

相反，如果焊接飞溅数量或者焊接飞溅速率分别达到预先给定的阈值，则这表明，超过了飞溅临界值并且应该进行焊接参数的适配，以便减少焊接飞溅的出现。

在这种情况下，在步骤205中，检验焊接飞溅的出现是否符合随机分布。尤其地，为此目的，执行卡方检验。这种检验应排除，焊接程序被错误地选择用于焊接参数适配。

为此目的，检验飞溅出现是否随机分布在利用该焊接程序焊接的所有焊接点上，或者是否存在多个焊接飞溅的系统性的聚集或再出现。

否定的检验结果表明焊接程序的参数化是正常的，但是可能已经被用于错误的应用。在这种情况下不进行焊接参数的适配，而是适宜地更换程序。相反，肯定的检验结果表明，飞溅出现足够随机地分布。在这种情况下，进行焊接参数的适配。

为此目的，在步骤206中由所确定的特征值、即由飞溅时间点来确定飞溅时间点的中值

以及标准偏差σ。根据中值与标准偏差和可预先给定的常数k的乘积的差（

-kσ），在步骤207中确定如何适配焊接参数，以便在随后的焊接过程中减少焊接飞溅的出现。

利用这些经适配的焊接参数重新执行预先给定的数量的焊接过程。因此，焊接参数连续地并且动态地与相应当前的焊接质量相适配。这种适配特别适宜地自动地进行，而无需用户的手动干预。

根据一种优选的实施方式，也可以在每个焊接过程之后执行统计分析。在这种情况下，在每个焊接过程的进程中也分别确定至少一个表征焊接质量的特征值。尤其地，如以上关于步骤202所阐述的那样，确定分别出现焊接飞溅的飞溅时间点作为该特征值。尤其是在这种情况下，上述的检验根据步骤203至207在每个焊接过程之后予以执行。在此，在每个焊接过程之后根据步骤203确定在所执行的焊接过程期间出现的焊接飞溅的数量和速率，焊接过程适宜地利用相同的焊接参数来执行。如参照步骤204所阐述的那样，检验该数量和该速率是否分别达到预先给定的阈值。如果不是这种情况，则下一个焊接过程以不变的焊接参数来执行。如果相反是这种情况，则根据步骤205执行卡方检验。在否定的检验结果中尤其更换程序，在肯定的检验结果中适宜地进行焊接参数的适配，尤其如上面根据步骤206和207所阐述的那样。下一个焊接过程利用这些经适配的焊接参数来执行。

图3示意性地示出了参量的时间上的变化曲线，所述参量可以是根据本发明的方法的一种优选的实施方式的基础。

在图表300中，关于相应的焊接过程的持续时间t绘制了在焊接过程的一个周期期间出现的焊接飞溅的数量n。条310分别代表相应地在相应的焊接过程期间的特定的时间点出现的多个焊接飞溅。

此外，在图表300中关于持续时间t绘制出了焊接电阻R。曲线320代表在没有焊接飞溅出现时的以高焊接质量进行的焊接过程中的焊接电阻的参考曲线。相反，曲线330代表在带有焊接飞溅的焊接过程中的焊接电阻。

此外，在图表300中示出了在值（

-kσ）和（

+kσ）之间的间隔，其中，

是飞溅时间点的中值，σ是飞溅时间点的标准偏差，并且其中，对于常数k选择了值1。

如上所述，根据参量（

-kσ）来确定如何适配用于下一个焊接过程周期的焊接参数。例如，如果评估参量（

-kσ）的值在焊接过程的最初150 ms期间如图3所示那样处于所谓的预阶段，则焊接电强度如图表400中所示那样减小。

在图表400中，关于焊接过程的持续时间t来绘制出电流值ΔI，焊接电流强度以该电流值ΔI作为焊接参数被降低。曲线410代表该电流值的时间上的变化曲线。在此，在阶段420期间不进行焊接电流强度的适配。在阶段430中，焊接电流强度减小，并且在阶段440中，焊接过程以相应减小的焊接电流强度继续。

替代地规定，回归模型用于针对有待焊接的下一个焊接点来预测出现焊接飞溅的概率和时间点。如果由回归模型估计的针对下一次焊接的飞溅出现概率高于由用户定义的极限值，则对于下一点自动地进行焊接参数的适配。以这种方式，可以适配许多参数以在不限制点质量的情况下在飞溅之前采取行动。

回归模型尤其是基于递归神经网络，并且其本身识别输入参量中的哪些将被考虑到它们的输出/目标值。可以将来自焊接控制装置的所有记录的数据（例如，参考和/或实际曲线的时间序列、焊接所使用的焊接参数、以及诸如在各个焊接之间的时间段导出的数据）提供给模型。模型的输出可以是飞溅概率和时间点，其中可以形成关于输入参量的梯度。利用该梯度，可以自动地适配参数，以便最小化出现飞溅的概率。

Claims (13)

1.一种用于电阻焊接的方法，其中，执行（201）焊接过程，在该焊接过程的进程中，焊接电极（111、112）根据预先给定的焊接参数分别被压靠到工件（121、122）的焊接点（125）上并且被以焊接电流通电（201），其中，在所述焊接过程的进程中，分别确定（202）至少一个表征焊接质量的特征值，其中，在执行多个焊接过程之后，执行（203、204、205、206）对所确定的特征值的统计分析，并且其中，根据统计分析的结果来确定是否应该执行（207）对预先给定的焊接参数的适配。

2.根据权利要求1所述的方法，其中至少一个表征焊接质量的特征值表征在相应的焊接过程期间出现的焊接飞溅，尤其是在相应的焊接过程期间分别出现焊接飞溅的飞溅时间点。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述统计分析根据在所述多个焊接过程期间出现的焊接飞溅的数量和/或速率来予以执行（203、204、205）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述统计分析根据统计平均值、尤其根据飞溅时间点的中值（

）来执行，在所述飞溅时间点在相应的焊接过程期间分别出现（206）焊接飞溅。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述统计分析根据在相应的焊接过程期间分别出现（206）焊接飞溅的飞溅时间点的散度（σ）来执行。

6.根据权利要求4和5所述的方法，其中，根据所述飞溅时间点的中值（

）与所述飞溅时间点的标准偏差（σ）与能够预先给定的常数的乘积的差来执行（206）所述统计分析。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述统计分析根据检验、尤其是卡方检验来执行（205），焊接飞溅的出现在所述多个焊接过程期间是否符合随机分布。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，还根据工件（111、112）的材料和/或所述焊接电极（121、122）的特性来执行统计分析。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述预先给定的焊接参数包括以下参数中的一个或多个：

- 电极力；

- 焊接电流；

- 焊接电压；

- 焊接时间；

- 电极力的时间上的变化曲线；

- 焊接电流强度的时间上的变化曲线，和

- 焊接电压的时间上的变化曲线。

10.一种控制单元（140），其设置用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

11.一种焊接设备（100），其具有根据权利要求10所述的控制单元（140）。

12.一种计算机程序，当所述计算机程序在所述控制单元（140）上实施时，所述计算机程序使所述控制单元（140）执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。

13.一种机器可读的存储介质，其具有存储在其上面的根据权利要求12所述的计算机程序。

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