DE10053655A1

DE10053655A1 - Device for controlling the welding parameters during resistance welding comprises using manually guided spot welding units to automatically determine the position of the welding electrodes of the spot welding units in the chamber

Info

Publication number: DE10053655A1
Application number: DE2000153655
Authority: DE
Inventors: Bernhard Kreuzer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-10-28
Filing date: 2000-10-28
Publication date: 2002-05-23

Abstract

Device for controlling the welding parameters during resistance welding comprises: (a) using manually guided spot welding units to automatically determine the position of the welding electrodes of the spot welding units in the chamber and position of the welding point on the part to be welded directly before the actual welding process; (b) automatically selecting a welding program by comparing with previously electronically stored position-specific data about the component; and (c) the welding program. Preferably the welding parameters from one or more welding units can be controlled.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Schweißparametern beim Widerstandsschweißen mit manuell geführten Punktschweißanlagen.The invention relates to a device for controlling the welding parameters when Resistance welding with manually operated spot welding systems.

Bekanntlich existiert bei manuellen Punktschweißanlagen die Möglichkeit für den Bediener, mittels manuellem Programmwahlschalter, verschiedene Parametereinstellungen aus zwei oder mehreren vorher definierten Schweißprogrammen auszuwählen.As is known, manual spot welding systems offer the possibility for the Operator, using the manual program selector switch, various parameter settings select from two or more previously defined welding programs.

Unterschiedliche Anforderungen an die Schweißpunkte (Blechdickenkombination, Material, Beschichtung, Kupferunterlage etc.) erfordern eine entsprechende Wahl verschiedener Schweißparameter. Die verschiedenen Schweißparameter sind in der Schweißsteuerung als Schweißprogramm elektronisch gespeichert und können mittels geeigneter Wahlschalter manuell abgerufen werden. Gegebenenfalls wird zur Fehlervermeidung ganz auf die Möglichkeit der Auswahl verschiedener Programme verzichtet, insbesondere dann, wenn die Schweißaufgabe dies zuläßt. Wesentlicher Nachteil der manuellen Programmwahl ist die fehlerfreie Auswahl des richtigen Schweißprogramms durch den Bediener. Zudem wird die Beschränkung auf wenige Schweißprogramme hinsichtlich der Vereinfachung für den Bediener (meist zwei Schweißprogramme) nicht notwendigerweise den besonderen Anforderungen aller Schweißpunkte der Schweißaufgabe gerecht.Different requirements for the welding points (sheet thickness combination, material, Coating, copper base, etc.) require an appropriate choice of different Welding parameters. The different welding parameters are in the welding control as The welding program is stored electronically and can be selected using a suitable selector switch can be called up manually. If necessary, to avoid errors entirely on the Ability to choose different programs, especially if the Welding task allows this. The main disadvantage of manual program selection is that error-free selection of the correct welding program by the operator. In addition, the Limitation to a few welding programs with regard to the simplification for the Operator (usually two welding programs) not necessarily the special one Requirements of all welding points to meet the welding task.

Weiterhin sind Schweißsteuerungen bekannt welche durch kontinuierliche Messung relevanter Schweißparameter den eigentlichen Schweißprozeß überwachen und regeln, und dadurch eine gleichbleibende Schweißgüte für unterschiedliche Anforderungen innerhalb gewisser Grenzen ohne die Notwendigkeit der manuellen Programmvorwahl sicherstellen. Nachteil dieser Art der Parameterbeeinflussung ist eine signifikante Verlängerung des Schweißprozesses an sich.Furthermore, welding controls are known which are based on continuous measurement relevant welding parameters monitor and regulate the actual welding process, and thereby a constant weld quality for different requirements within certain limits without the need for manual program selection. The disadvantage of this type of parameter influencing is a significant extension of the Welding process itself.

Generell werden bei den bekannten Verfahren strukturelle und örtlich variierende, aus den Passungsverhältnissen des Bauteils sowie aus der jeweiligen Aufspannsituation resultierende, Einflußgrößen des Schweißprozesses wie beispielsweise unterschiedliche Gegenkräfte zur Elektrodenkraft oder verschiedene ursprüngliche Spaltmaße der Blechoberflächen, nicht berücksichtigt.In general, in the known methods, structural and locally varying ones are made from the Fit relationships of the component as well as from the respective clamping situation resulting influencing variables of the welding process, such as different ones Opposing forces to the electrode force or various original gap dimensions of the Sheet metal surfaces, not taken into account.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung für das Widerstandsschweißen mit manuellen Punktschweißanlagen zu konzipieren, welche eine individuelle Programmierung von Schweißparametern für sämtliche, in der Schweißaufgabe beinhalteten, Schweißpunkte bezüglich ihrer jeweilige Position auf dem Bauteil, erlaubt. Weiterhin soll diese Steuerung im Zuge der Ausführung der Schweißaufgabe durch den Bediener entsprechend der jeweiligen Position der zu schweißenden Schweißpunkte automatisch das vorher festgelegte Schweißprogramm auswählen und den Schweißprozeß steuern.The invention has for its object a controller for resistance welding to design with manual spot welding systems, which an individual Programming of welding parameters for all, included in the welding task, Welding spots with regard to their respective position on the component are permitted. Furthermore, this should Control during the execution of the welding task by the operator accordingly the respective position of the welding spots to be welded automatically the previous Select the defined welding program and control the welding process.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch die Anwendung geeigneter Verfahren und entsprechender Vorrichtungen die Lage der Schweißelektroden der Punktschweißanlage im Raum und damit die Position des Schweißpunktes auf dem zu schweißenden Bauteil unmittelbar vor dem eigentlichen Schweißprozeß automatisch bestimmt wird und durch einen automatischen rechnerischen Vergleich mit vorher elektronisch gespeicherten positionsspezifischen Daten des Bauteils ein Schweißprogramm mit den damit verbundenen Schweißparametereinstellungen entsprechend der berechneten Ist-Position des zu setzenden Schweißpunktes automatisch ausgewählt wird und in Folge der eigentliche Schweißprozeß mit dem dadurch automatisch, positionsspezifisch ausgewählten Schweißprogramm ausgelöst wird.The object is achieved in that by using more suitable Process and corresponding devices, the location of the welding electrodes Spot welding system in the room and thus the position of the welding spot on the welding component automatically immediately before the actual welding process is determined and by an automatic computational comparison with before a welding program electronically stored position-specific data of the component with the associated welding parameter settings according to the calculated Actual position of the welding point to be set is selected automatically and as a result the actual welding process with the automatically selected position-specific one Welding program is triggered.

Eine individuelle positionsspezifische Programmierung der Schweißparameter erlaubt gegenüber den bekannten manuellen Verfahren eine gezielte Optimierung der Schweißparameter unter Berücksichtigung der jeweils besonderen materiellen und strukturellen Anforderungen der einzelnen Schweißpunkte.Individual position-specific programming of the welding parameters allows a targeted optimization of the Welding parameters taking into account the particular material and structural requirements of the individual welding spots.

Gegenüber der manuellen Programmwahl sind bei der automatischen positionsspezifischen Wahl des Schweißprogramms Fehler durch den Bediener ausgeschlossen.Compared to manual program selection, the automatic position-specific selection of the welding program Operator error locked out.

Die elektronische Verarbeitung der positionsspezifischen Schweißdaten in der Steuerung bietet weiterhin die vorteilhafte Möglichkeit zur elektronischen Weiterverarbeitung und Speicherung der Daten beispielsweise zu Dokumentationszwecken oder zur automatischen Durchführung von quantitativen und qualitativen Analysen des gesamten Schweißprozesses (Statistische Prozeßkontrolle).The electronic processing of the position-specific welding data in the control also offers the advantageous option for electronic processing and Storage of the data for example for documentation purposes or for automatic Carrying out quantitative and qualitative analyzes of the entire welding process (Statistical process control).

Durch die offene und übergeordnete Struktur der Steuerung werden Ankopplungen an herkömmliche Schweißsteuerungen wie auch an parametergeregelte Schweißsteuerungen ermöglicht. Des weiteren ist durch diese Struktur die Nachrüstung bestehender Anlagen möglich.Due to the open and higher-level structure of the controller, connections are made conventional welding controls as well as parameter-controlled welding controls allows. Furthermore, this structure means that existing systems can be retrofitted possible.

Die angewandten Verfahren zur Ermittlung der Lage der Schweißelektroden im Raum können vielgestaltig sein. So ist es möglich, durch Übertragung von Luftschall - bevorzugt im Ultraschallbereich - von einem Sender zu mehreren Empfängern und der entsprechenden Messung der Laufzeiten des Schalls die Position des Senders zu berechnen. Bei Anbringen eines oder mehrerer Ultraschallsender an der beweglichen Punktschweißanlage und ortsfester Plazierung entsprechender Empfänger in günstiger Entfernung ist die Position der Schweißanlage und insbesondere der Schweißelektroden bestimmbar. Vorteil des Verfahrens ist die Unempfindlichkeit sowohl gegenüber kleineren Hindernissen im Übertragungsraum (z. B. Kabel, Stahlträger, etc.) wie auch gegenüber Eigenschaftsänderungen der Luft (Temperatur, Druck, Feuchte, etc.). Ultraschallsender und -empfänger sind industrielle Standardbauteile, bestehende Punktschweißanlagen können bei Verwendung von Ultraschall mit geringem Aufwand nachgerüstet werden.The procedures used to determine the position of the welding electrodes in the room can be varied. So it is possible to transmit airborne sound - preferably in Ultrasound range - from one transmitter to several receivers and the corresponding Measuring the transit times of the sound to calculate the position of the transmitter. When attached one or more ultrasonic transmitters on the movable spot welding system and The position of the appropriate receiver at a convenient distance is the position of the Welding system and especially the welding electrodes can be determined. Advantage of The process is insensitive to both small obstacles in the process Transmission room (e.g. cables, steel beams, etc.) as well as opposite Changes in the properties of air (temperature, pressure, humidity, etc.). Ultrasound transmitter and -Receivers are standard industrial components, existing spot welding systems can Use of ultrasound can be retrofitted with little effort.

Wird Ultraschall nicht als Luftschall sondern als Körperschall übertragen ergibt sich eine weitere vorteilhafte Ausführung in der Weise, daß der Schall von einem Ultraschallsender am Zangenarm der Punktschweißanlage über die zu verscheißenden Bauteile selbst an mehrere Empfänger in der Spannvorrichtung übertragen wird. Durch die Übertragung als Körperschall ist das Verfahren weitgehend frei von Störeinflüssen aus der Umgebung. Zudem ist die Wahl der Position von Sender und Empfängern weniger eingeschränkt als bei Anwendung von Luftschall, diese können beispielsweise auch verdeckt unter Gehäuseteilen montiert werden.If ultrasound is transmitted not as airborne sound but as structure-borne sound, one results another advantageous embodiment in such a way that the sound from an ultrasonic transmitter on Tongs arm of the spot welding system itself to several of the components to be welded Receiver is transmitted in the jig. Through the transmission as structure-borne noise the process is largely free of environmental interference. In addition, the choice is yours the position of the sender and receiver is less restricted than when using Airborne sound, these can also be installed concealed under housing parts, for example.

Eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung der Position und Lage der Punktschweißanlage ergibt sich durch die Ausrüstung aller frei beweglichen Translations- und Rotationsachsen der Aufhängung der Punktschweißanlage mit Weg- bzw. Winkelmeßgebern. Bei bekannter Geometrie der Punktschweißanlage ergibt sich die Position der Schweißelektroden und damit des zu setzenden Schweißpunktes jederzeit aus den einzelnen Auslenkungen bzw. Achsstellungen der Aufhängung der Punktschweißanlage. Diese Verfahren ist besonders unempfindlich gegenüber Störeinflüssen aus der Umwelt (elektromagnetische Felder, Schall, Temperaturschwankungen usw.) jedoch mit einem höheren, insbesondere mechanischen, Aufwand verbunden.Another way to determine the position and location of the spot welding system results from the equipment of all freely movable translation and rotation axes the suspension of the spot welding system with displacement or angle encoders. With known The geometry of the spot welding system results in the position of the welding electrodes and thus the welding spot to be set at any time from the individual deflections or Axis positions of the spot welding system's suspension. This procedure is special insensitive to interference from the environment (electromagnetic fields, sound, Temperature fluctuations etc.) but with a higher, especially mechanical, Associated effort.

Bei den optischen Verfahren zur Positionsermittlung wird mittels einer oder mehrerer fest montierter Digitalkameras mit entsprechenden Bildverarbeitungssystemen die Position der Punktschweißanlage zwei- oder dreidimensional bestimmt. Zur Verringerung von Störeinflüssen können an der Schweißanlage Leuchtmitteln oder Reflektoren angebracht sein und diese können gegebenenfalls für einen bestimmten, vor der Kamera gefilterten, Frequenzbereich ausgelegt sein. Die einfache Nachrüstbarkeit, insbesondere aufgrund der wenigen erforderlichen mechanischen Komponenten, zeichnet diese optischen Verfahren aus.The optical method for determining the position is fixed by means of one or more mounted digital cameras with appropriate image processing systems the position of the Spot welding system determined in two or three dimensions. To reduce Interferences can be attached to lamps or reflectors on the welding system and these can possibly be for a specific, filtered in front of the camera, Frequency range can be designed. The easy retrofit, especially due to the few optical components required, these optical processes out.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigenEmbodiments of the invention are shown in the drawings and are in following described in more detail. Show it

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer nach der Erfindung ausgebildeten Steuerung von manuellen Punktschweißanlagen für das Widerstandsschweißen. Fig. 1 is a block diagram illustrating a structure of a control designed according to the invention of manual spot welding systems for resistance welding.

Fig. 2 eine räumliche Darstellung einer Schweißstation zur Veranschaulichung des Funktionsprinzips der Erfindung bei Verwendung von Schallsignalen (Luftschall) zur direkten Positionsermittlung. Fig. 2 is a spatial representation of a welding station to illustrate the principle of operation of the invention when using sound signals (airborne sound) for direct position determination.

Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 2 zur Veranschaulichung des Funktionsprinzips nach Ausführung Fig. 2. Fig. 3 shows a detail from FIG. 2 for illustrating the principle of operation according to exemplary Fig. 2.

Fig. 4 eine räumliche Darstellung einer Schweißstation zur Veranschaulichung des Funktionsprinzips der Erfindung bei Verwendung von Schallsignalen (Luftschall) zur indirekten Positionsermittlung. Fig. 4 is a spatial representation of a welding station to illustrate the functional principle of the invention when using sound signals (airborne sound) for indirect position determination.

Fig. 5 einen Ausschnitt aus Fig. 4 zur Veranschaulichung des Funktionsprinzips nach Ausführung Fig. 4. Fig. 5 shows a detail of Fig. 4 for illustrating the principle of operation according to embodiments Fig. 4.

Fig. 6 eine räumliche Darstellung einer Schweißstation zur Veranschaulichung des Funktionsprinzips der Erfindung bei Verwendung von Körperschall zur direkten Positionsbestimmung. Fig. 6 is a spatial representation of a welding station to illustrate the functional principle of the invention when using structure-borne noise for direct position determination.

Fig. 7 eine Schnittdarstellung A-A zur Veranschaulichung des Funktionsprinzips nach Ausführung Fig. 6. Fig. 7 is a sectional view AA showing the principle of operation according to embodiments Fig. 6.

Fig. 8 eine räumliche Darstellung einer Schweißstation zur Veranschaulichung des Funktionsprinzips der Erfindung bei Verwendung von Weg- und Winkelmeßeinrichtungen für die Positionsbestimmung Fig. 8 is a spatial representation of a welding station to illustrate the functional principle of the invention when using displacement and angle measuring devices for position determination

Fig. 9 eine Schnittdarstellung A-A zur Veranschaulichung des Funktionsprinzips nach Ausführung Fig. 8. Fig. 9 is a sectional view AA showing the principle of operation according to embodiments Fig. 8.

Fig. 10 eine räumliche Darstellung einer Schweißstation zur Veranschaulichung des Funktionsprinzips der Erfindung bei Verwendung eines digitaler Bildverarbeitungssystems zur direkten Positionsermittlung. Fig. 10 a perspective view of a welding station for illustrating the operation principle of the invention, when using a digital image processing system for directly determining position.

Fig. 11 einen Ausschnitt aus Fig. 10 in Kameraebene zur Veranschaulichung des Funktionsprinzips nach Ausführung Fig. 10. Fig. 11 shows a detail from Fig. 10 in camera plane for illustrating the principle of operation according to exemplary Fig. 10.

Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung als Blockschaltbild. Dargestellt ist eine konventionelle Steuerung 1 (gegebenenfalls auch mit Einrichtung zur Schweißprozeßregelung) für eine Widerstandsschweißanlage 2. Der Schweißtrafo 11 ist mit einen Leistungsteil 12 und der Zylinder 13 mit einem Proportionalventil 14 bzw. einem System von mehreren Druckminderern 14 mit der Steuerung 1 betriebsmäßig verbunden. Die dargestellte Steuerung 1 dient somit zur ablauf- und parametermäßigen Steuerung der Schweißanlage 2. Ein übergeordnetes Positionsermittlungssystem 3 besteht in diesem Beispiel aus einer Steuer- und Verarbeitungseinheit 4 sowie einer bestimmten Anzahl von Signalgebern 5 sowie einer bestimmten Anzahl entsprechender Sensoren 6. Die Steuer- und Verarbeitungseinheit 4 steuert die von den Signalgebern 5 ausgesendeten Signale und verarbeitet die von den Sensoren 6 empfangenen Signale zur Berechnung der Position der Schweißelektroden 15 der Schweißanlage 2 in Bezug auf ein geeignetes Koordinatensystem. Die Signalgeber 5 sind dazu an der beweglichen Schweißanlage 2 montiert und die Sensoren 6 sind in der Umgebung ortsfest plaziert oder umgekehrt. Fig. 1 shows a preferred embodiment of the invention as a block diagram. A conventional control 1 (possibly also with a device for welding process control) for a resistance welding system 2 is shown . The welding transformer 11 is the cylinder 13 with a proportional valve 14 or a system of a plurality of pressure reducing valves 14 with the controller 1 is connected to a power section 12 and operatively. The controller 1 shown is thus used for the sequence and parameter-based control of the welding system 2 . In this example, a higher-level position determination system 3 consists of a control and processing unit 4 and a certain number of signal transmitters 5 and a certain number of corresponding sensors 6 . The control and processing unit 4 controls the signals emitted by the signal transmitters 5 and processes the signals received by the sensors 6 in order to calculate the position of the welding electrodes 15 of the welding system 2 in relation to a suitable coordinate system. For this purpose, the signal generators 5 are mounted on the movable welding system 2 and the sensors 6 are placed in a fixed position in the vicinity or vice versa.

Die so ermittelten Positionsdaten der Schweißelektroden 15 dienen der nachgeschalteten Programmwahlsteuerung 7 als Eingangsdaten. Die Programmwahlsteuerung 7 vergleicht die Positionsdaten der Schweißelektroden rechnerisch mit, in den Datenbank 8, gespeicherten Positionsdaten der Schweißpunkte der Schweißaufgabe. Wird eine Übereinstimmung innerhalb festgelegter Toleranzen gefunden, fragt die Programmwahlsteuerung 7 die ebenfalls in der Datenbank 8 gespeicherte Nummer des, für den entsprechenden Schweißpunkt zu verwendendes, Schweißprogramms ab und übergibt diese Nummer als Eingangssignal an die konventionelle Schweißsteuerung.The position data of the welding electrodes 15 determined in this way serve as input data for the downstream program selection control 7 . The program selection control 7 compares the position data of the welding electrodes with position data of the welding points of the welding task stored in the database 8 . If a match is found within defined tolerances, the program selection controller 7 queries the number of the welding program to be used for the corresponding welding point, which number is also stored in the database 8 , and transfers this number as an input signal to the conventional welding controller.

In Abhängigkeit vom angewendeten physikalischen Funktionsprinzip des Positionsermittlungssystems 3 sind verschiedene Alternativen für den Ablauf des Schweißprozesses ausführbar. Bei der dargestellten Alternative (a), Pfeil 9 wird das Startsignal für die Ausführung einer Schweißung auf das vorgeschaltete Positionsermittlungssystem 3 gegeben, welches nach Ermittlung der Schweißelektrodenposition wiederum ein Signal an die Programmwahlsteuerung 7 zur Ermittlung der Schweißprogrammnummer gibt. Die Programmwahlsteuerung 7 wiederum gibt diese Nummer als Eingangs- und Startsignal an die eigentliche Schweißsteuerung 1 weiter.Depending on the physical functional principle of the position determination system 3 used , various alternatives can be carried out for the course of the welding process. In the alternative (a), arrow 9 shown , the start signal for carrying out a weld is given to the upstream position determination system 3 , which in turn gives a signal to the program selection controller 7 for determining the welding program number after determining the welding electrode position. The program selection control 7 in turn passes this number on as an input and start signal to the actual welding control 1 .

Bei Ablaufalternative (b), Pfeil 10, wird der Startimpuls für den Schweißprozeß konventionell direkt an die konventionelle Schweißsteuerung 1 gegeben. Das Positionsermittlungssystem 3 funktioniert dabei als Regelschleife, welche quasi ständig die Position der Schweißelektroden überwacht. Über die Programmwahlsteuerung 7 wird der konventionellen Schweißsteuerung 1 dementsprechend quasi zu jeder Zeit die richtige Schweißprogrammnummer bereitgestellt.With sequence alternative (b), arrow 10 , the starting pulse for the welding process is conventionally given directly to the conventional welding controller 1 . The position determination system 3 functions as a control loop, which quasi constantly monitors the position of the welding electrodes. The correct welding program number is accordingly made available to the conventional welding controller 1 at any time via the program selection control 7 .

Im folgenden werden erfindungsgemäße Funktionsprinzipien für die Positionsbestimmung der Widerstandsschweißanlage bzw. des zu schweißenden Schweißpunktes erläutert.The following are functional principles according to the invention for determining the position the resistance welding system or the welding spot to be welded.

Fig. 2 und Fig. 3 zeigen zur Veranschaulichung ein typisches Ausführungsbeispiel einer Schweißstation mit der erfindungsgemäßen Verwendung von Schallsignalen zur direkten Positionsermittlung. Dargestellt ist eine Widerstandsschweißanlage 1, hier als Hängepunktanlage mit Steuerschrank 11 und Kabel- und Schlauchpaket 12, und einer Spannvorrichtung 2 mit dem aufgespannten Bauteil(en) 3. Die Hängepunktanlage 1 ist über eine Aufhängung in mehreren Achsen frei beweglich an einem Stahlbau 5 der Fertigungsstätte aufgehängt. Die dargestellte Aufhängung hat sechs Freiheitsgrade und besteht aus einem Federzug 4, welcher über die Laufschienen 13 horizontal frei verschiebbar an dem Stahlbau 5 der Fertigungsstätte aufgehängt ist. Der Federzug 4 gewährleistet die Bewegung in vertikaler Richtung sowie um die vertikale Achse durch das Zugseil 14 mit dem verdrehbaren Verbindungsstück 15. Durch die drehbar gelagerte Verbindung 16 sowie den Drehring 17 ist die Schweißanlage zudem um zwei vertikalen Achsen drehbar. Zur Ermittlung der Position des zu schweißenden Schweißpunktes 21 ist am Elektrodenhalter 19 in nächster Nähe zur Schweißelektrode 18 ein Schallsender 20 montiert welcher über ein nicht weiter dargestelltes Verbindungskabel mit dem ebenfalls nicht dargestellten Steuerteil im Schaltschrank 11 verbunden ist. Die in einer bestimmten Abfolge vom Schallsender 20 ausgesendeten Schallsignale, bevorzugt im Ultraschallbereich, werden von räumlich fest montierten Schallempfängern 10 (es sind mindestens 3 Empfänger) empfangen und als elektrische Signale über nicht weiter dargestellte Verbindungskabel an die Steuer- und Verarbeitungseinheit im Schaltschrank 11 weitergeleitet und dort verarbeitet. Dabei werden entsprechend der Laufzeiten des Schallsignals die jeweiligen Distanzen vom Sender zum Empfänger, hier im Beispiel d1, d2, und d3, ermittelt. Aus den ermittelten Distanzen wird dann automatisch die Position des Ultraschallsenders 20 bezogen auf ein geeignetes Koordinatensystem (zum Beispiel ein Koordinatensystem 6 bezogen auf die Fertigungsstätte, ein Koordinatensystem 7 bezogen auf die Spannvorrichtung 2 oder ein Koordinatensystem 8 bezogen auf das Bauteil 3 oder ein anderes geeignetes Koordinatensystem) berechnet. Aufgrund der räumlichen Nähe des Schallsenders 20 zur Schweißelektrode 18 wird dadurch quasi direkt die Position der Schweißelektrode 18 und somit des zu schweißenden Schweißpunktes 21 bestimmt. Entsprechend dem Blockschaltbild Fig. 1 wird in Abhängigkeit der ermittelten Position von der Programmwahlsteuerung ein entsprechendes Schweißprogramm automatisch ausgewählt und durch die Schweißsteuerung (hier im Steuerschrank 11) in die Hängepunktanlage 1 eingesteuert. Fig. 2 and Fig. 3 show by way of illustration a typical embodiment of a welding station with the inventive use of acoustic signals for direct position detection. A resistance welding system 1 is shown , here as a suspension point system with control cabinet 11 and cable and hose package 12 , and a tensioning device 2 with the clamped component (s) 3 . The suspension point system 1 is suspended in a freely movable manner on a steel structure 5 of the production facility via a suspension in several axes. The suspension shown has six degrees of freedom and consists of a spring balancer 4 , which is suspended on the steel structure 5 of the manufacturing facility in a freely displaceable manner horizontally via the running rails 13 . The spring balancer 4 ensures the movement in the vertical direction and about the vertical axis through the pull cord 14 with the rotatable connecting piece 15 . Due to the rotatably mounted connection 16 and the rotating ring 17 , the welding system can also be rotated about two vertical axes. In order to determine the position of the welding spot 21 to be welded, a sound transmitter 20 is mounted on the electrode holder 19 in close proximity to the welding electrode 18 and is connected to the control part (also not shown) in the control cabinet 11 via a connecting cable (not shown). The sound signals emitted in a certain sequence by the sound transmitter 20 , preferably in the ultrasound range, are received by spatially fixed sound receivers 10 (there are at least 3 receivers) and are transmitted as electrical signals to the control and processing unit in the control cabinet 11 via connecting cables (not shown) processed there. The respective distances from the transmitter to the receiver, here in the example d1, d2, and d3, are determined in accordance with the transit times of the sound signal. From the determined distances, the position of the ultrasonic transmitter 20 is then automatically related to a suitable coordinate system (for example, a coordinate system 6 related to the production site, a coordinate system 7 related to the clamping device 2 or a coordinate system 8 related to the component 3 or another suitable coordinate system ) calculated. Because of the spatial proximity of the sound transmitter 20 to the welding electrode 18 , the position of the welding electrode 18 and thus of the welding point 21 to be welded is determined quasi directly. Corresponding to the block diagram in FIG. 1, a corresponding welding program is automatically selected as a function of the determined position by the program selection control and is controlled by the welding control (here in the control cabinet 11 ) into the suspension point system 1 .

Fig. 4 und Fig. 5 zeigen eine Ausführungsbeispiel entsprechend der in Fig. 2 dargestellten, wobei ebenfalls Schallsignale zur Positionsermittlung verwendet werden. Der Unterschied zu Fig. 2 liegt in der Anzahl und Lage der verwendeten Schallsender 9. Während in Fig. 2 nur ein Sender in nächster Nähe zur Schweißelektrode angebracht ist, sind in diesem Beispiel n (n < = 3) Schallsender 9 auf dem Schweißzangenkörper 1 plaziert. Zur Unterscheidung der einzelnen Schallsignale werden diese in kurzen Abständen zueinander von den Schallsendern 9 ausgesendet oder es werden unterschiedliche Schallfrequenzen für die Unterscheidung der einzelnen Schallsender verwendet. Weiterhin sind m Schallsensoren an geeigneten Stellen in der Fertigungsstätte 5 räumlich fest montiert. Die Ermittlung der Position des zu schweißenden Schweißpunktes erfolgt dabei indirekt. Durch Erfassung der einzelnen Laufzeiten d11, d12, . . . d nm) der Schallimpulse von den Sendern 9 zu den Schallsensoren 4 läßt sich die Lage eines Koordinatensystenns 10 der Schweißanlage 1 bezogen auf ein Koordinatensystem 6 der Fertigungsstätte, oder ein Koordinatensystem 7 der Spannvorrichtung 2, oder ein Koordinatensystem 8 des Bauteiles 3 oder ein anderes geeignetes Koordinatensystem in Position und Winkellage bestimmen. Aus der bekannten Position der Schweißelektrode 11 bezogen auf das Koordinatensystem 10 der Schweißanlage 1 ist die Position der Schweißelektrode 11 und somit die Position des zu schweißenden Schweißpunktes 12 auch in Bezug auf die Koordinatensysteme 6, 7, 8 oder ein anderes geeignetes Koordinatensystem bestimmbar. Aus der berechneten Position des zu schweißenden Schweißpunktes wird entsprechend dem Blockschaltbild Fig. 1 ein Schweißprogramm automatisch ausgewählt und eingesteuert. FIG. 4 and FIG. 5 show an exemplary embodiment corresponding to that shown in FIG. 2, sound signals also being used for determining the position. The difference from FIG. 2 lies in the number and position of the sound transmitters 9 used . While only one transmitter is attached in close proximity to the welding electrode in FIG. 2, n (n <= 3) sound transmitters 9 are placed on the welding gun body 1 in this example. To distinguish the individual sound signals, they are emitted by the sound transmitters 9 at short intervals from one another, or different sound frequencies are used to distinguish the individual sound transmitters. Furthermore, m sound sensors are spatially fixed at suitable locations in the production facility 5 . The position of the welding spot to be welded is determined indirectly. By recording the individual terms d11, d12,. , , d nm) of the sound pulses from the transmitters 9 to the sound sensors 4 , the position of a coordinate system 10 of the welding system 1 can be related to a coordinate system 6 of the production site, or a coordinate system 7 of the clamping device 2 , or a coordinate system 8 of the component 3 or another suitable Determine the coordinate system in position and angular position. From the known position of the welding electrode 11 in relation to the coordinate system 10 of the welding system 1 , the position of the welding electrode 11 and thus the position of the welding point 12 to be welded can also be determined in relation to the coordinate systems 6 , 7 , 8 or another suitable coordinate system. A welding program is automatically selected and activated from the calculated position of the welding spot to be welded in accordance with the block diagram in FIG. 1.

Fig. 6 und Fig. 7 zeigen ein Ausführungsbeispiel mit der Verwendung von Körperschall zur Positionsbestimmung. Dazu ist die Halterung 2 eines Zangenarms 3 der Schweißanlage 1 mit einem Schallsender 4 bestückt, welcher Körperschall über die Halterung 2 in den Zangenarm 3 einleitet. Das nicht dargestellte Steuerteil steuert über ein nicht weiter dargestelltes Verbindungskabel die Außendung der Schallimpulse am Schallsender. Der Schall, vorzugsweise im Ultraschallbereich, breitet sich weiter über die Elektrodenhalterung 5 aus und erreicht nach einer bestimmten, immer gleichen, Laufzeit die Schweißelektrode 6. Zu diesem Zeitpunkt, vor dem eigentlichen Schweißprozeß, sind die beiden Schweißelektroden 6 und 7 zusammen mit den dazwischen liegenden Bauteilen 8 und 9 durch die Schweißanlage mit hohem Druck zusammengepreßt. Dadurch ist eine Übertragung des Körperschalls von der Schweißelektrode 6 in die Bauteile 8 und 9 gewährleistet. Der Körperschall wird an der Berührungsstelle der Schweißelektroden quasi punktförmig in die Bauteile 8 und 9 eingeleitet und breitet sich von dieser Stelle aus mit konstanter Geschwindigkeit in den Bauteilen aus. In Abhängigkeit von der Position der Schalleinleitung und den somit zurückgelegten Schallwegen 10 erreicht der Schall nach bestimmten Laufzeiten die Spannstellen, an welchen die Bauteile von Spannern 11 gehalten werden und eine Körperschallübertragung in die Spannbacken 12 gewährleistet ist. Der Schall wird schließlich von den Schallsensoren 13, welche auf den Spannern 11 plaziert sind, empfangen und als elektrisches Signal über nicht weiter dargestellte Verbindungskabel an die nicht dargestellte Steuerung geleitet. Anhand der einzelnen Laufzeiten von dem Schallsender 4 zu den Schallsensoren 13 wird in der Steuerung die Position der Schalleinleitung in das Bauteil und somit die Position des zu schweißenden Schweißpunktes automatisch bestimmt und entsprechend dem Blockschaltbild Fig. 1 ein Schweißprogramm automatisch ausgewählt und eingesteuert. Fig. 6 and Fig. 7 show an embodiment with the use of structure-borne sound for the position determination. For this purpose, the holder 2 of a gun arm 3 of the welding system 1 is equipped with a sound transmitter 4 which introduces structure-borne noise into the gun arm 3 via the holder 2 . The control part, not shown, controls the transmission of the sound pulses to the sound transmitter via a connection cable, not shown. The sound, preferably in the ultrasound range, propagates further via the electrode holder 5 and reaches the welding electrode 6 after a certain, always the same, running time. At this point, before the actual welding process, the two welding electrodes 6 and 7 together with the components 8 and 9 lying between them are pressed together by the welding system at high pressure. This ensures transmission of structure-borne noise from the welding electrode 6 into the components 8 and 9 . The structure-borne noise is introduced into the components 8 and 9 at points of contact at the point of contact of the welding electrodes and spreads from this point in the components at a constant speed. Depending on the position of the sound introduction and the sound paths 10 thus covered, the sound reaches the clamping points at certain running times, at which the components are held by clamps 11 and structure-borne sound transmission into the clamping jaws 12 is ensured. The sound is finally received by the sound sensors 13 , which are placed on the tensioners 11 , and sent as an electrical signal to the control, not shown, via connecting cables, not shown. On the basis of the individual transit times from the sound transmitter 4 to the sound sensors 13 , the position of the sound introduction into the component and thus the position of the weld spot to be welded is automatically determined in the control and a welding program is automatically selected and activated in accordance with the block diagram in FIG. 1.

Fig. 8 und Fig. 9 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung von Meßeinrichtungen welche sämtliche Weg- und Winkeländerungen aller Freiheitsgrade in der Aufhängung der Schweißanlage erfassen. Dazu sind die horizontal angebrachten Laufschienen 1, 2 und 3 jeweils mit nicht dargestellten linearen Wegmesseinrichtungen ausgestattet welche die Positionen x1, x2 und y der rollend gelagerten Verbindungsstücke 4, 5 und 6 erfassen und somit die Positionsbestimmung des Verbindungsstückes 6 in der horizontal aufgespannten xy-Ebene gewährleisten. Die Höhe z der Schweißeinrichtung 8 wird zweckmäßig im Federzug 7 über eine nicht dargestellte Winkelmesseinrichtung am Rad zum Aufspulen des Zugseils 10 erfaßt. Die Höhe z kann alternativ auch über ein oder mehrere lineare Wegmesseinrichtungen erfaßt werden, welche direkt in z-Richtung zwischen der Schweißeinrichtung 8 und dem Federzug 7 angebracht sind. Zur Bestimmung der Winkellage u der Schweißeinrichtung ist in diesem Ausführungsbeispiel die Schweißeinrichtung 8 zusätzlich zum Gewicht aufnehmenden Zugseil 10 noch mit einem Teleskoprohr 9 mit dem Federzug 7 verbunden. Die einzelnen Teleskopteile, zur Vereinfachung sind in Fig. 9 nur zwei Teleskopteile 11 und 12 dargestellt, sind so gestaltet, daß durch eine Sicke 13 oder ein anderes geeignetes Gestaltungselement keine Verdrehung der Rohre zueinander stattfinden kann sondern lediglich eine Verschiebung in axialer Richtung. Zudem ist das unterste Teleskopteil verdrehfest mit dem Aufhängebügel 14 verbunden sowie auch der Federzug 7 verdrehfest in u mit der Laufschiene 2 verbunden. Wird demnach die Schweißeinrichtung 8 um die Achse u verdreht, führt dies zwangsläufig zu einer Winkeländerung des obersten Teiles des Teleskoprohrs 9 gegenüber dem Federzug 7. Diese Winkeländerung wird mittels einer nicht dargestellten Winkelmesseinrichtung 15 ebenfalls erfaßt. Mit der weiteren Erfassung der Winkelstellungen v und w der Schweißanlage 1 mittels entsprechenden nicht dargestellten Winkelmeßeinrichtungen sind alle Freiheitsgrade der Aufhängung der Schweißanlage mit Meßeinrichtungen überwacht. Somit läßt sich die Lage eines Koordinatensystems 16 der Schweißanlage 8 bezogen auf ein Koordinatensystem 17 der Fertigungsstätte, oder ein Koordinatensystem 18 der Spannvorrichtung 20, oder ein Koordinatensystem 19 des Bauteiles 21 oder ein anderes geeignetes Koordinatensystem in Position und Winkellage bestimmen. Aus der bekannten Position der Schweißelektrode 22 bezogen auf das Koordinatensystem 16 der Schweißanlage 8 ist die Position der Schweißelektrode 22 und somit die Position des zu schweißenden Schweißpunktes auch in Bezug auf die Koordinatensysteme 17, 18, 19 oder ein anderes geeignetes Koordinatensystem bestimmbar. Aus der automatisch berechneten Position des zu schweißenden Schweißpunktes bezüglich eines ausgewählten Koordinatensystems wird entsprechend dem Blockschaltbild Fig. 1 ein Schweißprogramm automatisch ausgewählt und eingesteuert. Fig. 8 and Fig. 9 show an embodiment of the invention using measuring devices which record all path and angle changes of all degrees of freedom in the suspension of the welding system. For this purpose, the horizontally attached running rails 1 , 2 and 3 are each equipped with linear displacement measuring devices, not shown, which detect the positions x1, x2 and y of the rolling connection pieces 4 , 5 and 6 and thus the position determination of the connection piece 6 in the horizontally spanned xy plane guarantee. The height z of the welding device 8 is expediently detected in the spring balancer 7 via an angle measuring device (not shown) on the wheel for winding the pull rope 10 . As an alternative, the height z can also be detected via one or more linear displacement measuring devices which are attached directly in the z direction between the welding device 8 and the spring balancer 7 . To determine the angular position u of the welding device, in this exemplary embodiment the welding device 8 is connected to the spring tension 7 in addition to the weight-absorbing pull rope 10 with a telescopic tube 9 . The individual telescopic parts, for simplification only two telescopic parts 11 and 12 are shown in FIG. 9, are designed so that the tubes 13 can not be twisted relative to one another by a bead 13 or another suitable design element but only a displacement in the axial direction. In addition, the lowest telescopic part is non-rotatably connected to the suspension bracket 14 and the spring balancer 7 is rotatably connected to the running rail 2 in u. Accordingly, if the welding device 8 is rotated about the axis u, this inevitably leads to a change in the angle of the uppermost part of the telescopic tube 9 with respect to the spring tension 7 . This change in angle is also detected by means of an angle measuring device 15, not shown. With the further detection of the angular positions v and w of the welding system 1 by means of corresponding angle measuring devices, not shown, all degrees of freedom of the suspension of the welding system are monitored with measuring devices. The position of a coordinate system 16 of the welding system 8 can thus be determined in relation to a coordinate system 17 of the production site, or a coordinate system 18 of the clamping device 20 , or a coordinate system 19 of the component 21 or another suitable coordinate system in terms of position and angular position. From the known position of the welding electrode 22 in relation to the coordinate system 16 of the welding system 8 , the position of the welding electrode 22 and thus the position of the welding point to be welded can also be determined in relation to the coordinate systems 17 , 18 , 19 or another suitable coordinate system. From the automatically calculated position of the welding point to be welded with respect to a selected coordinate system, a welding program is automatically selected and activated in accordance with the block diagram in FIG. 1.

Fig. 10 und Fig. 11 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bei welchem durch Verwendung eines optischen Systems die Position und Lage der Schweißeinrichtung 1 direkt erfaßt wird. Dazu sind an geeigneten Stellen über der Schweißvorrichtung eine ausreichende Anzahl von digitalen Kameras 4, 5 angebracht. Diese sind mit nicht weiter dargestellten Verbindungskabeln mit dem ebenfalls nicht dargestellten Rechner- und. Steuereinheit mit digitalem Bildverarbeitungssystem verbunden. Obwohl das Verfahren mit Umgebungslicht ohne Filterung funktioniert, sind die Kameras 4 und 5 bevorzugt mit Lampen und Filtern ausgestattet, welche nur einen bestimmten Wellenlängenbereich des Lichtes, am besten im für das menschliche Auge unsichtbaren Bereich, ausstrahlen bzw. passieren lassen. Dies verringert die ungewollte Erfassung von irrelevanten Merkmalen. An der Schweißeinrichtung 1 sind reflektierende Flächen 12, 13, 14 angebracht, welche das von der Lampe ausgestrahlte oder das Umgebungslicht reflektieren. Alternativ ist auch die Anbringung von selbstleuchtenden Flächen an der Zange realisierbar. Beispielsweise wird dazu von einer geschützt in der Schweißeinrichtung eingebauten Lichtquelle Licht über Lichtwellenleiter an bestimmte Punkte der Schweißeinrichtung geleitet. Die digitalen Kameras erfassen das Licht von den Reflektor- bzw. den selbstleuchtenden Flächen als zweidimensionales Abbild und geben diese Information an die zentrale Recheneinheit weiter. Die Positionsbestimmung des zu schweißenden Schweißpunktes erfolgt entsprechend der Komplexität des Bauteiles und der Anzahl der verwendeten Kameras entweder in der zweidimensionalen Kameraebene mit dem Koordinatensystem 15 (bei Verwendung nur einer Kamera) oder durch Berechnung eines dreidimensionalen Modells aus mehreren zweidimensionalen Kamerabildern (bei Verwendung von mindestens zwei Kameras). Ausschlaggebend für die Art der Positionsbestimmung (zwei- oder dreidimensional) ist zudem die gewählte Anordnung der Reflektor- oder Leuchtflächen auf der Schweißeinrichtung 1. Entsprechend der Anordnung der Reflektorflächen (oder Leuchtflächen) auf der Schweißeinrichtung wird die Position der Schweißelektrode quasi direkt, bei Anordnung der Reflektorfläche 12 in unmittelbarer Nähe zur Schweißelektrode, oder über die Orientierung des Zangenarms, bei Anordnung der Reflektorflächen 13 auf dem Zangenarm, oder indirekt über die Verzerrung der Reflektorflächen 14 im Kamerakoordinatensystem 15 bestimmt. Kombinationen der beschriebenen Verfahren zur Positionsbestimmung mittels digitaler Bildverarbeitung sind ebenfalls anwendbar. Aus der automatisch bestimmten Position des zu schweißenden Schweißpunktes wird entsprechend dem Blockschaltbild Fig. 1 ein Schweißprogramm automatisch ausgewählt und eingesteuert. FIG. 10 and FIG. 11 show an embodiment of the invention in which, by using an optical system, the position and attitude of the welding device 1 is directly detected. For this purpose, a sufficient number of digital cameras 4 , 5 are attached at suitable points above the welding device. These are with connecting cables, not shown, with the computer and also not shown. Control unit connected to digital image processing system. Although the method works with ambient light without filtering, cameras 4 and 5 are preferably equipped with lamps and filters which emit or pass only a certain wavelength range of light, preferably in the range invisible to the human eye. This reduces the unwanted detection of irrelevant features. Reflective surfaces 12 , 13 , 14 are attached to the welding device 1 , which reflect the light emitted by the lamp or the ambient light. Alternatively, self-illuminating surfaces can be attached to the pliers. For example, from a light source that is protected in the welding device, light is guided via optical waveguides to certain points of the welding device. The digital cameras capture the light from the reflector or self-illuminating surfaces as a two-dimensional image and pass this information on to the central processing unit. The position of the welding spot to be welded is determined according to the complexity of the component and the number of cameras used either in the two-dimensional camera plane with the coordinate system 15 (when using only one camera) or by calculating a three-dimensional model from several two-dimensional camera images (when using at least two cameras). Decisive for the type of position determination (two- or three-dimensional) is also the chosen arrangement of the reflector or lighting surfaces on the welding device 1 . Depending on the arrangement of the reflector surfaces (or luminous surfaces) on the welding device, the position of the welding electrode becomes quasi-direct, if the reflector surface 12 is arranged in close proximity to the welding electrode, or via the orientation of the gun arm, if the reflector surfaces 13 are arranged on the gun arm, or indirectly determines the distortion of the reflector surfaces 14 in the camera coordinate system 15 . Combinations of the methods described for position determination by means of digital image processing can also be used. From the automatically determined position of the welding spot to be welded, a welding program is automatically selected and activated in accordance with the block diagram in FIG. 1.

Claims

1. Device for controlling the welding parameters during resistance welding with manually operated spot welding systems, characterized in that the position of the welding electrodes of the spot welding system in the room and thus the position of the welding spot on the component to be welded immediately before the actual welding process automatically by using suitable methods and corresponding devices is determined and an automatic mathematical comparison with previously electronically stored position-specific data of the component automatically selects a welding program with the associated welding parameter settings in accordance with the calculated actual position of the welding point to be set and, as a result, the actual welding process with the automatically selected, position-specific welding program is triggered. ( Fig. 1).

2. Device according to claim 1, characterized in that with the device Welding parameters for one or more welding systems can be controlled.

3. Device according to claim 1, characterized in that the device both for the initial equipment of welding systems as well as for retrofitting existing ones Welding systems can be used.

4. The device according to claim 1, characterized in that the device can be combined with other welding parameter controls, in particular with parameter-controlled welding controls because of their superordinate structure. ( Fig. 1).

5. Apparatus according to claim 1, 2, 3, and 4, characterized in that different Methods for determining the position of the welding electrodes can be applied and the position of the welding electrodes in the room depending on the process is continuously recorded or the position only immediately before the actual one Welding process is determined.

6. The device according to claim 5, characterized in that a principle is used to determine the position of the welding electrodes, in which the position is determined from the time differences of airborne sound, which is based on a sound transmitter mounted in the vicinity of the electrodes on the welding system to several, at a suitable distance stationary sound receivers is transmitted. ( Fig. 2, 3).

7. The device according to claim 5, characterized in that a principle is used for determining the position of the welding electrodes, in which the position is determined from the transit time differences of airborne sound, which is transmitted from a plurality of sound transmitters on the body of the welding system to a plurality of sound receivers mounted at a suitable distance at a suitable distance becomes. ( Fig. 4, 5).

8. The device according to claim 7, characterized in that the sound receiver on Welding system body and the sound transmitter are mounted in a fixed distance at a suitable distance.

9. The device according to claim 5, characterized in that a principle is used for determining the position of the welding electrodes, in which the position is determined from the transit time differences of structure-borne noise, which is quasi punctually introduced into the component from a sound transmitter on the welding system body via the welding electrode and is transmitted from this point through the component via the clamping points to several sound receivers mounted on the clamping device. ( Fig. 6, 7).

10. The device according to claim 5, characterized in that a principle is used for determining the position of the welding electrodes, in which the positions of all freely movable axes (linear and rotational axes) of the suspension of the welding system are detected by measuring devices and from the position of the welding system which can thus be calculated the position of the welding electrodes is determined. ( Fig. 8, 9).

11. The device according to claim 10, characterized in that for determining the position of the vertical axis of rotation of the welding system, the weight-absorbing traction rope is additionally equipped with a telescopic tube, which is designed such that only the axial displacement, but not a rotation of the individual telescopic tubes to each other is possible and which is connected at one end to the suspension of the welding system in a rotationally fixed manner and thus enables the angle measurement of the vertical axis position of the suspension at the other end. ( Fig. 9).

12. The apparatus according to claim 5, characterized in that a principle is used to determine the position of the welding electrodes, in which one or more cameras mounted at a suitable distance from the welding system take pictures of the welding device with component and welding system and by using digital image processing systems the position the welding electrodes are determined in two or three dimensions ( FIGS. 10, 11).