DE102020133036A1

DE102020133036A1 - Klemmsystem und verfahren zum steuern des schweissens eines erstensubstrats an ein zweites substrat

Info

Publication number: DE102020133036A1
Application number: DE102020133036.7A
Authority: DE
Inventors: Pei-Chung Wang; Spyros P. Mellas; Miguel A. Saez; John P. Spicer; Richard J. Skurkis; James W. Wells; Wayne Cai; Dooil HWANG
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2021-08-05
Also published as: US20210237211A1; US11167381B2; CN113199120A; CN113199120B

Abstract

Ein Klemmsystem und Verfahren zur Messung und Steuerung des Schweißens eines ersten Substrats an ein zweites Substrat wird bereitgestellt. Das System umfasst eine Quetschklemme mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende. Das System umfasst ferner einen Motor, der mit der Quetschklemme so verbunden ist, dass das erste Ende und das zweite Ende bewegbar sind, um das erste Substrat an das zweite Substrat zu klemmen. Das System umfasst ferner mindestens einen Sensor aus einem elektromagnetischen Flusssensor, einem Stromsensor, einem Positionssensor und einem Spaltsensor, der an einem des ersten Endes und des zweiten Endes, zum Bestimmen einer ersten Messgröße zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat, angeordnet ist. Das System umfasst ferner eine Steuerung, um den Motor zu steuern, um das erste Substrat an das zweite Substrat basierend auf der ersten Messgröße zu klemmen. Die Steuerung steht in Kommunikation mit dem elektromagnetischen Flusssensor, dem Stromsensor und dem Spaltsensor.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Verfahren und Systeme zum Schweißen von Werkstücken von Kraftfahrzeugen, insbesondere auf Verfahren und Systeme mit einem Schweißgerät zur Steuerung des Schweißens eines ersten Substrats auf ein zweites Substrat.
Das Blech- und Strukturschweißen im Automobilbau ist ein Fertigungsverfahren, das Komponenten miteinander verbindet, indem das Material der Komponenten durch Hitze geschmolzen wird und die Komponenten abkühlen und miteinander verschmelzen können. Beim Metall-Lichtbogengasschweißen wird eine gute Schweißnaht durch die Lage der zu verschweißenden Substrate und den Spalt dazwischen beeinflusst. Darüber hinaus können beim Metall-Lichtbogengasschweißen z.B. Bauteilschwankungen, Einspannungen und vorübergehender Verzug zu diskrepanten Schweißnähten führen.
BESCHREIBUNG
Während also die derzeitigen Schweißsysteme und Verfahren ihren Zweck erfüllen, besteht ein Bedarf an einem neuen und verbesserten System und Verfahren zum Steuern des Schweißens eines ersten Substrats auf ein zweites Substrat.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung verbessert die Prozesssteuerung, da ein Spalt, an dem das Schweißen des ersten Substrats und des zweiten Substrats erfolgt, in Echtzeit gesteuert und gemessen werden kann. Die Prozessflexibilität wird ebenfalls verbessert, da das System an einem Roboter montiert sein und unter programmierbarer Steuerung in verschiedene Positionen bewegt werden kann. Dieser Aspekt ermöglicht ein reduziertes dediziertes Werkzeugbestücken und ein geringeres Gewicht der Roboter-Endeffektoren.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung stellen ein System und ein Verfahren zur Verfügung, um eine Position eines Motors und von Klemmelementen basierend auf Sensoreingaben während eines Quetschklemmungsvorgangs für einen Schweißvorgang zu definieren. Das System und das Verfahren ermöglichen Echtzeit-Anpassungen, um einen Spalt zwischen Substratmaterialien zu kontrollieren, was zu einer verbesserten Qualität des Schweißens führt. Das System und das Verfahren können eine Vielzahl von Steuerstrategien haben, von denen jede zusammen oder separat während eines Quetschklemmungsvorgangs für einen Schweißvorgang verwendet werden kann.
Gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung wird ein Klemmensystem zur Messung und Steuerung des Schweißens eines ersten Substrats an ein zweites Substrat bereitgestellt. In einem Aspekt umfasst das System eine Quetschklemme mit einem ersten Arm, der sich zu einem ersten Ende erstreckt, und einem zweiten Arm, der sich zu einem zweiten Ende erstreckt. In dieser Ausführungsform befinden sich das erste und das zweite Ende in gegenüberliegender Beziehung, um das erste Substrat zu dem zweiten Substrat zu positionieren. In dieser Ausführungsform umfasst das System ferner einen Motor, der mit dem ersten Arm und dem zweiten Arm so verbunden ist, dass das erste Ende und das zweite Ende beweglich sind, um das erste Substrat an das zweite Substrat zu klemmen. Mindestens einer aus einem elektromagnetischen Flusssensor, einem Stromsensor, einem Positionssensor und einem Spaltsensor ist an dem ersten Ende oder dem zweiten Ende zum Bestimmen einer ersten Messgröße zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat angeordnet.
Es sollte verstanden werden, dass das System auch andere geeignete Sensoren beinhalten kann, wie z.B. einen Kraftsensor, um Kontaktkräfte zu messen, ein Ohmmeter, um den Kontaktwiderstand zu messen, eine Digitalkamera, um Flächen oder Zeilen abzutasten, einen laserbasierten Spaltsensor oder einen kapazitiven Verschiebungssensor, um eine Spaltbreite zu messen, ohne vom Umfang oder Geist der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
In dieser Ausführungsform umfasst das System eine Steuerung, die zum Steuerung des Motors programmiert ist, um das erste Substrat basierend auf der ersten Messgröße an das zweite Substrat zu klemmen. Die Steuerung steht mit dem Motor und dem mindestens einen Sensor aus der Gruppe des elektromagnetischen Flusssensors, des Stromsensors und des Spaltsensors in Verbindung.
In einer Ausführungsform umfasst die erste Messgröße mindestens eine der Größen magnetischer Fluss, Strom, Drehmoment und Abstand zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat.
In einer anderen Ausführungsform ist der mindestens eine Sensor des elektromagnetischen Flusssensoren, des Stromsensors und des Spaltsensors an einem des ersten Endes und des zweiten Endes, zum Bestimmen einer zweiten Messgröße zwischen dem ersten Substrat oder dem zweiten Substrat und dem ersten Ende oder dem zweiten Ende, angeordnet. In dieser Ausführungsform umfasst die zweite Messgröße mindestens eine der Größen Magnetfluss, Strom, Drehmoment und Abstand zwischen einem des ersten Substrats und des zweiten Substrats und einem de ersten Endes und des zweiten Endes.
In einer anderen Ausführungsform ist die Steuerung zum Stoppen des Motors, um das Klemmen zu beenden, wenn sich die erste Messgröße um einen ersten vorbestimmten Schwellenwert oder Prozent der ersten Messgröße ändert, programmiert. In einer Ausführungsform ist der erste vorbestimmte Schwellenwert etwa 10 Prozent der ersten gemessenen Variablen.
In noch einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerung zum Steuern des Motors, um eines des ersten Substrats und des zweiten Substrats mit dem ersten Ende oder dem zweiten Ende zu kontaktieren, wenn sich die zweite Messgröße um einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert oder Prozent der zweiten Messgröße ändert, programmiert. In einer Ausführungsform ist der zweite vorbestimmte Schwellenwert etwa 10 Prozent der zweiten Messgröße.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerung zum Steuern des Motors, um die Quetschklemme von dem ersten Substrats und/oder dem zweiten Substrat nach dem Schweißen des ersten Substrats und des zweiten Substrats zurückzuziehen.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Steuern eines Systems zum Schweißen eines ersten Substrats an ein zweites Substrat bereitgestellt. In einem Beispiel umfasst das Verfahren das Bereitstellen eines Systems zum Schweißen des ersten Substrats an das zweite Substrat. In dieser Ausführungsform umfasst das System eine Quetschklemme mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende. Das System umfasst ferner einen Motor, der mit der Quetschklemme so verbunden ist, dass das erste Ende und das zweite Ende bewegbar sind, um das erste Substrat an das zweite Substrat zu klemmen. Das System umfasst ferner mindestens einen Sensor aus einem elektromagnetischen Flusssensor, einem Stromsensor, einem Positionssensor und einem Spaltsensor, der an den ersten Ende oder dem zweiten Ende zum Bestimmen einer ersten Messgröße zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat und zum Bestimmen einer zweiten Messgröße zwischen dem ersten Substrat oder dem zweiten Substrat und dem ersten Ende oder dem zweiten Ende, angeordnet ist. Das System umfasst ferner eine Steuerung, die zum Steuern des Motors, um das erste Substrat basierend auf der Messgröße an das zweite Substrat zu klemmen, programmiert ist. Die Steuerung steht in Kommunikation mit dem mindestens einen Sensor aus dem elektromagnetischen Flusssensor, dem Stromsensor und dem Spaltsensor.
In diesem Beispiel umfasst das Verfahren das Positionieren des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat in eine Klemmposition, die einen Spalt zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat definiert. Das Verfahren umfasst ferner das Klemmen des ersten Substrats und des zweiten Substrats, um den Spalt zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat zu verringern. In diesem Beispiel umfasst das Verfahren ferner das Bestimmen der Messgröße. Das Verfahren umfasst ferner das Stoppen des Motors, um das Klemmen zu beenden, wenn sich die erste Messgröße um einen ersten vorbestimmten Prozentsatz ändert. Das Verfahren umfasst ferner das Schweißen des ersten Substrats an das zweite Substrat und das Zurückziehen der Quetschklemme nach dem Schweißen des ersten Substrats und des zweiten Substrats.
In einem Beispiel umfasst das Verfahren ferner das Annähern an eines des ersten Substrats und des zweiten Substrats vor dem Klemmen des ersten Substrats und des zweite Substrats und das Bestimmen der zweite Messgröße. Das Verfahren umfasst ferner das Kontaktieren mindestens eines des ersten Substrats und des zweiten Substrats, wenn sich die zweite Messgröße um ein einen zweiten vorbestimmten Prozentsatz der zweiten Messgröße ändert.
In einem anderen Beispiel umfasst die erste Messgröße mindestens eine der Größen magnetischer Fluss, Strom, Drehmoment und Abstand zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat.
In einem weiteren Beispiel umfasst die zweite Messgröße mindestens eine der Größen magnetischer Fluss, Strom, Drehmoment und Abstand zwischen einem des ersten Substrats und des zweiten Substrats und einem des ersten Endes und des zweiten Endes. Der erste vorbestimmte Schwellenwert oder Prozentsatz kann etwa 10 Prozent der zweiten Messgröße betragen. Darüber hinaus kann der zweite vorbestimmte Schwellenwert etwa 10 Prozent der zweiten Messgröße betragen.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Steuern eines Systems zum Schweißen eines ersten Substrats an ein zweites Substrat bereitgestellt. In diesem Aspekt umfasst das Verfahren das Bereitstellung eines Systems zum Schweißen des ersten Substrats an das zweite Substrat.
In diesem Beispiel umfasst das System eine Quetschklemme mit einem ersten Arm, der sich zu einem ersten Ende erstreckt, und einem zweiten Arm, der sich zu einem zweiten Ende erstreckt. Das erste Ende und das zweite Ende befinden sich in gegenüberliegender Beziehung, um das erste Substrat zu dem zweiten Substrat zu positionieren. Das System umfasst ferner einen Motor, der mit dem ersten Arm und dem zweiten Arm so verbunden ist, dass das erste Ende und das zweite Ende bewegbar sind, um das erste Substrat an das zweite Substrat zu klemmen. In diesem Beispiel umfasst das System mindestens einen Sensor aus einem elektromagnetischen Flusssensor, einem Stromsensor, einem Positionssensor und einem Spaltsensor, der an einem des ersten Endes und des zweiten Endes, zum Bestimmen einer ersten Messgröße zwischen einem des ersten Substrats und des zweiten Substrats und einem des ersten Endes und des zweiten Endes und einer zweite Messgröße zwischen einem des ersten Substrats und des zweiten Substrats und einem des ersten Endes und des zweiten Endes, angeordnet ist. In diesem Beispiel umfasst das System ferner eine Steuerung, die zum Steuern des Motors, um das erste Substrat basierend auf der Messgröße an das zweite Substrat zu klemmen, programmiert ist. Die Steuerung steht mit dem Motor und dem mindestens einen Sensor aus dem elektromagnetischen Flusssensor, dem Stromsensor und dem Spaltsensor in Verbindung.
In diesem Beispiel umfasst das Verfahren das Positionieren des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat in eine Klemmposition, die einen Spalt zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat definiert. Das Verfahren umfasst ferner das Annähern an eines des ersten Substrats und des zweiten Substrats mit der Quetschklemme vor dem Klemmen des ersten Substrats und des zweiten Substrats, und dann das Bestimmen der zweiten Messgröße mit dem mindestens einen Sensor aus dem elektromagnetischen Flusssensor, dem Stromsensor und dem Spaltsensor. In diesem Beispiel umfasst das Verfahren ferner das Kontaktieren mindestens eines des ersten Substrats und des zweiten Substrats mit der Quetschklemme, wenn sich die zweite Messgröße um einen zweiten vorbestimmten Prozentsatz der zweiten Messgröße ändert. Das Verfahren umfasst das Klemmen des ersten Substrats und und des zweiten Substrats mit dem Motor und der Quetschklemme, um den Spalt zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat zu verringern, und dann das Bestimmen der Messgröße mit dem mindestens einen Sensor von dem elektromagnetischen Flusssensor, dem Stromsensor und dem Spaltsensor.
In diesem Aspekt umfasst das Verfahren das Stoppen des Motors, um das Klemmen zu beenden, wenn sich die erste Messgröße um einen ersten vorbestimmten Prozentsatz ändert. Das Verfahren umfasst ferner das Schweißen des ersten Substrats an das zweite Substrat und dann das Zurückziehen der Quetschklemme nach dem Schweißen des ersten Substrats und des zweiten Substrats.
In einem anderen Beispiel für diesen Aspekt umfasst die erste Messgröße mindestens eine der Größen magnetischer Fluss, Strom, Drehmoment und Abstand zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat.
In einem anderen Beispiel umfasst die zweite Messgröße mindestens eine der Größen magnetischer Fluss, Strom, Drehmoment und Abstand zwischen einem des ersten Substrats und des zweiten Substrats und einem des ersten Endes und des zweiten Endes. In einem Beispiel ist der erste vorbestimmte Schwellenwert oder Prozentsatz etwa 10 Prozent. In einem anderen Beispiel ist der zweite vorbestimmte Prozentsatz etwa 10 Prozent.
In einem Beispiel kann das System beim Zweischalen-Schweißen von Lkw-Rahmenschienen verwendet werden. Anstatt eine dedizierte Reihe von Mehrfach-Quetschklemmen zu verwenden, um zwei Hälften einer LKW-Schiene zusammenzupressen, kann ein System der vorliegenden Offenbarung nur eine einzige Quetschklemme verwenden, die an einem Roboter montiert ist. Der Roboter kann die Quetschklemme in eine bestimmte Position bewegen und die Teile in einem vorbestimmten lokalen Bereich zusammenpressen. Anschließend kann ein Schweißer die Teile z.B. mit einer „Heftschweißung“ in der Nähe der Position der Quetschklemme zusammenfügen. Nachdem die Heftschweißnaht abgekühlt ist, wird die Quetschklemme gelöst und in eine andere zu schweißende Position bewegt. Daher können die Teile mit (n) Roboterbewegungen an (n) Stellen zusammengepresst und heftgeschweißt werden, wobei (n) die Anzahl der Schweißungen ist. In diesem Beispiel ist der Roboter programmiert, sich in eine unterschiedliche Anzahl von Positionen zu bewegen, zu pressen und zu schweißen.
In noch einem weiteren Beispiel und ohne vom Geist oder Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, kann ein System der vorliegenden Offenbarung mit einer Vielzahl von Quetschklemmen mittels des hierin beschriebenen Verfahrens verwendet werden, um eine intelligentere Steuerung über den Quetschvorgang zu ermöglichen.
Weitere Anwendungsbereiche werden sich aus der hierin zur Verfügung gestellten Beschreibung ergeben. Es sollte verstanden werden, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele lediglich zu Zwecken der Veranschaulichung beabsichtigt sind und nicht dazu, den Umfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Figuren dienen nur Zwecken der Veranschaulichung und sind nicht dazu beabsichtigt, den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einzuschränken.

1A ist eine schematische Darstellung eines Robotersystems, das ein Klemmsystem zur Messung und Steuerung des Schweißens eines ersten Substrats an ein zweites Substrat, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, implementieren kann.
1B ist eine Seitenansicht einer Quetschklemme, die in dem Robotersystem von 1A verwendet sein kann, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung
2 ist eine schematische Darstellung des Klemmsystems in den 1A-1B gemäß einer Ausführungsform.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Systems zum Schweißen eines ersten Substrats an ein zweites Substrat gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Systems zum Schweißen gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
5 ist eine Grafik, die das Magnetfeld über der Zeit während eines Schweißvorgangs gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und ist nicht dazu beabsichtigt, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendung einzuschränken.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein System und ein Verfahren, um eine Position eines Motors und/oder von Klemmelementen basierend auf Sensoreingaben während einer Quetschklemmaktion für einen Schweißvorgang zu definieren, zur Verfügung. Der Motor kann ein Servomotor zum Schließen einer Lücke zwischen Substratmaterialien sein. Das System kann fixiert oder an dem Roboter montiert sein. Das System und das Verfahren ermöglichen eine Echtzeit-Anpassungen, um einen Spalt zwischen Substratmaterialien zu steuern, was zu einer verbesserten Qualität des Schweißens führt. Das System und das Verfahren können über mehrere Steuerstrategien verfügen, von denen jede zusammen oder separat während einer Quetschklemmaktion für einen Schweißvorgang verwendet werden kann.
In einer Ausführung verfügt das System über einen Positionsregelkreis für einen Servomotor, der auf einer Messgröße wie dem magnetischen Fluss basiert, wobei der Spalt eine Funktion des Spalts zwischen den Substratmaterialien bei einem Schweißvorgang ist. Das System kann über einen Algorithmus zur Modusauswahl verfügen, der das Umschalten zwischen verschiedenen Steuerstrategien wie Positions-/Kraft-/elektromagnetischer-Flussfluss-Steuerung (oder einer Kombination davon) ermöglicht, um eine hybride und komplementäre Steuerstrategie zu ermöglichen.
In Übereinstimmung mit den 1A-1B kann ein Robotersystem 100 ein Klemmsystem zum Messen und Steuern des Schweißens eines ersten Substrats an ein zweites Substrat implementieren. Gemäß einer Ausführungsform stellt 1B ein Klemmsystem 10 zur Messung und Steuerung des Schweißens eines ersten Substrats 12 auf ein zweites Substrat 14 dar. Darüber hinaus kann das Klemmsystem 10 (1B) in dem Robotersystem 100 (1A) z.B. für eine LKW-Rahmenschienenmontage verwendet werden. Wie in 1B gezeigt, umfasst das Klemmsystem 10 eine Quetschklammer 16 mit einem ersten Arm 18, der sich zu einem ersten Ende 20 erstreckt, und einem zweiten Arm 22, der sich zu einem zweiten Ende 24 erstreckt. In dieser Ausführungsform stehen das erste Ende 20 und das zweite Ende 24 in gegenüberliegender Beziehung, um das erste Substrat 12 zu dem zweiten Substrat 14 zu positionieren und dabei einen Spalt 15 zu definieren. Der erste Arm 18 und der zweite Arm 22 können beweglich über eine Querstange 26 verbunden sein, auf der ein Motor mit einem Encoder 28, z.B. ein Servomotor mit einem Encoder, beweglich angeordnet ist. In einer Ausführungsform kann die Quetschklemme einen physischen Hartstoppmechanismus beinhalten, um ein Überquetschen des ersten und zweiten Substrats zu verhindern.
Darüber hinaus kann an jedem des ersten Endes und des zweiten Endes ein Schwenkkontakt oder Schwenkmechanismus angeordnet sein. Der Schwenkkontakt kann einen akzeptablen Kontakt ermöglichen, auch wenn die Quetschklemme nicht normal zu dem ersten Substrat oder dem zweiten Substrat positioniert ist. In dieser Ausführungsform lässt der Schwenkkontakt eine Ausrichtungsabweichung von bis zu 15 Grad zwischen der Quetschklemme und dem ersten Substrat oder dem zweiten Substrat zu.
In diesem Beispiel ist der Motor 28 auf der Querstange 26 so angeordnet, dass das erste Ende 20 und das zweite Ende 24 beweglich sind, um das erste Substrat 12 an das zweite Substrat 14 zu klemmen. Es ist zu verstehen, dass das Klemmsystem einen oder mehrere Kontaktpunkte auf jeder Seite haben kann, ohne vom Geist oder Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. In einem Beispiel kann das System zwei Kontaktpunkte haben, die etwa 2 bis 3 Zoll voneinander beabstandet sind, um das Teil an zwei Stellen zu halten und ein Heftschweißen dazwischen zu ermöglichen. Im Betrieb kann das System auf einem Roboter (mit oder ohne Werkzeugwechsler) oder stationär (z.B. auf dem Boden) montiert sein.
Es ist zu verstehen, dass es sich bei dem Klemmsystem 10 um jedes geeignete Klemmsystem handeln kann, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel kann das Klemmsystem eine Scherenklemme („X“) oder eine Klemme des Typs „C“ mit einem Servoaktuator sein. Darüber hinaus kann das Klemmsystem eine „U“-Form mit Linearaktuatoren in direkter Linie oder eine kippbare Klemme mit Schwenkplatten sein, um das Klemmen auf abgewinkelten Flächen zu ermöglichen.
Mindestens ein Sensor aus der Gruppe bestehend aus einem elektromagnetischen Flusssensor (EMF) 30, einem Stromsensor 32, einem Spaltsensor 34 und einem Positionssensor (z.B. ein Encoder für den Motor 28) ist zum Bestimmen einer ersten Messgröße (oder einer Klemmgröße) zwischen dem ersten Substrat 12 und dem zweiten Substrat 14 auf oder neben einem des ersten Endes 20 und des zweiten Endes 24 angeordnet. Jeder der oben erwähnten Sensoren misst und verifiziert den Spalt während des Prozesses. Darüber hinaus kann ein Kraftsensor verwendet werden, um eine Überlastung zu vermeiden, und ein Positionssensor kann ebenso verwendet werden.
In dieser Ausführungsform umfasst die erste Messgröße mindestens eine der Größen magnetischer Fluss, Strom, Drehmoment und Abstand zwischen dem ersten Substrat 12 und dem zweiten Substrat 14. Vorzugsweise ist jeder des EMF-Sensors 30, des Stromsensors 32 und des Spaltsensors 34 auf oder neben einem des ersten Endes 20 und des zweiten Endes 24 angeordnet.
In dieser Ausführungsform ist jeder des EMF-Sensors 30, des Stromsensors 32 und des Spaltsensors 34 auf oder neben einem des ersten Endes 20 und des zweiten Endes 24, zum Bestimmen einer zweiten Messgröße (oder eine Vorklemmgröße) zwischen einem des ersten Substrats 12 und des zweiten Substrats 14 und einem des ersten Endes 20 und des zweiten Endes 24, angeordnet. In dieser Ausführungsform umfasst die zweite Messgröße mindestens eine der Größen Magnetfluss, Strom, Drehmoment und Abstand zwischen einem des ersten Substrats 12 und des zweiten Substrats 14 und einem des ersten Endes 20 und des zweiten Endes 24.
Der EMF-Sensor 30 kann jeder geeignete elektromagnetische Flusssensor zum Messen des magnetischen Flusses sein, ohne vom Geist oder dem Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. Der EMF-Sensor 30 kann den magnetischen Fluss zwischen dem ersten Ende 20 und dem zweiten Ende 20, zwischen dem ersten Ende 20 und dem ersten Substrat 12 und zwischen dem zweiten Ende 24 und dem zweiten Substrat 14 messen. Darüber hinaus kann der Stromsensor 32 jeder geeignete Stromsensor zum Messen des Stroms zu dem Motor 28 sein, ohne vom Geist oder Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus kann der Spaltsensor 34 jeder geeignete Spaltsensor zum Messen eines Abstands sein, z.B. eine Spaltmesskamera mit einem Laser, ohne vom Geist oder Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Der Spaltsensor 34 kann den Abstand zwischen dem ersten Ende 20 und dem ersten Substrat 12, zwischen dem zweiten Ende 24 und dem zweiten Substrat 14 und zwischen dem ersten Ende 20 und dem zweiten Ende 24 messen.
In dieser Ausführungsform umfasst das Klemmsystem 10 eine Steuerung 36, die zum Steuern des Motors 28 programmiert ist, um das Klemmen des ersten Substrats 12 an das zweite Substrat 14 basierend auf der ersten Messgröße oder Klemmgröße zu betätigen. Wie in den 1 und 2 dargestellt, steht die Steuerung 36 mit dem Motor 28, zusammen mit dem EMF-Sensor 30, dem Stromsensor 32 und dem Spaltsensor 34, in Verbindung. In einer Ausführungsform ist die Steuerung programmiert, den Motor und die Quetschklemme mittels eines Algorithmus zu betätigen / steuern. Basierend auf dem Algorithmus kann die Steuerung einen oder mehrere Eingaben von dem EMF-Sensor, dem Stromsensor und dem Spaltsensor verwenden, um den Motor und die Quetschklemme zu steuern.
Der oben erwähnte Hartstoppmechanismus kann in der Steuerung auf jede geeignete Weise programmiert sein, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Im Betrieb ist die Steuerung 36 programmiert, den Motor 28 zu betätigen, damit das erste Ende 20 und das zweite Ende 24 sich dem ersten Substrat 12 und dem zweiten Substrat 14 für den Kontakt und das anschließende Klemmen nähern. In dieser Ausführungsform erfasst der Sensor während der Annäherung die Vorklemmgröße (zweite Messgröße). Wenn eine Änderung der Vorklemmgröße auftritt, wird ein Kontakt zwischen den Enden 20, 24 und den Substraten 12, 14 bestätigt. Die Änderung der Vorklemmgröße indiziert einen Kontakt zwischen den Enden 20, 24 und den Substraten 12, 14. Eine solche Änderung der Vorklemmgröße kann als prozentuale Änderung dargestellt sein. In einer Ausführungsform kann die prozentuale Änderung der Vorklemmgröße etwa 10 Prozent oder mehr betragen.
Wie bereits erwähnt, ist die Steuerung 36 zum Steuern des Motor 28, um das Klemmen des ersten Substrats 12 auf das zweite Substrat 14 basierend auf der ersten Messgröße (der Klemmgröße) zu betätigen, programmiert. Das heißt, die Steuerung 36 betätigt den Motor 28, um das erste Ende 20 und das zweite 24 weiter nach innen zu bewegen und dabei das erste Substrat 12 und das zweite Substrat 14 zu klemmen. In dieser Ausführungsform erfasst der Sensor die Klemmgröße (erste Messgröße) und sendet Eingabedaten an die Steuerung. Wenn eine vorbestimmte Änderung der Klemmgröße auftritt, wird das Klemmen der Substrate 12, 14 bestätigt. Eine solche vorbestimmte Änderung der Klemmgröße kann durch eine prozentuale Änderung dargestellt sein. In einer Ausführungsform kann die prozentuale Änderung der Klemmgröße etwa 10 Prozent oder weniger betragen.
Während des Betriebs kann ein Sensor verwendet werden, um die erste Messgröße (Klemmgröße) und die zweite Messgröße (Vorklemmgröße) zu erfassen. Es sollte jedoch verstanden werden, dass ein, zwei oder alle Sensoren verwendet werden können, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Die Steuerung 36 ist programmiert, den Motor 28 zu betätigen, um die weitere Klemmung zu stoppen und die Position der Quetschklemme zum Schweißen zu halten, wenn sich die Klemmgröße um einen Klemmschwellenwert ändert. Der Klemmschwellenwert kann als Prozentsatz der Klemmgröße dargestellt sein. In einer Ausführungsform kann der Klemmschwellenwert größer als eine 10-prozentige Änderung der Klemmgröße sein.
Nach dem Schweißen betätigt die Steuerung 36 den Motor 28, um das erste Ende 20 und das zweite Ende 24 von dem ersten Substrat 12 und dem zweiten Substrat 14 zurückzuziehen. Somit ist die Steuerung 36 zum Steuern des Motors 28, um die Quetschklemme 16 von mindestens einem des ersten Substrats 12 und des zweiten Substrats 14 nach dem Schweißen des ersten Substrats und des zweiten Substrats zurückzuziehen, programmiert.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren 110 zum Steuern eines Systems zum Schweißen eines ersten Substrats an ein zweites Substrat bereitgestellt. Wie dargestellt, umfasst das Verfahren 110 das Bereitstellen eines Systems (siehe z.B. die 1 und 2) zur Messung und Steuerung des Schweißens eines ersten Substrats an ein zweites Substrat 14 in Kasten 112. Das in den 1B und 2 dargestellte Klemmsystem 10 ist ein Beispiel für ein solches System, das die in 3 dargestellten Schritte ausführen kann. Es sollte jedoch verstanden werden, dass andere geeignete Systeme und Apparate verwendet werden können, um die Schritte des Verfahrens 110 auszuführen, ohne vom Geist oder Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Wie oben beschrieben, umfasst das Klemmsystem 10 die Quetschklemme 16 mit dem ersten Arm 18, der sich zu dem ersten Ende 20 erstreckt, und dem zweiten Arm 22, der sich zu dem zweiten Ende 24 erstreckt. In diesem Beispiel stehen das erste Ende 20 und das zweite Ende 24 in gegenüberliegender Beziehung, um das erste Substrat 12 zu dem zweiten Substrat 14 zu positionieren und den Spalt 15 zu definieren. Der erste Arm 18 und der zweite Arm 22 können beweglich durch die Querstange 26 verbunden sein, auf der der Motor 28, z.B. ein Servomotor, bewegbar angeordnet ist. In diesem Beispiel ist der Motor 28 auf der Querstange 26 so angeordnet, dass das erste Ende 20 und das zweite Ende 24 bewegbar sind, um das erste Substrat 12 an das zweite Substrat 14 zu klemmen. Darüber hinaus umfasst das Klemmsystem 10 die Steuerung 36, die zum Steuern des Motors 28 programmiert ist, um das Klemmen des ersten Substrats 12 an das zweite Substrat 14 basierend auf der ersten Messgröße zu betätigen. Wie in den 1 und 2 gezeigt, steht die Steuerung 36 mit dem Motor 28 zusammen mit dem EMF-Sensor 30, dem Stromsensor 32 und dem Spaltsensor 34 in Verbindung.
In diesem Beispiel umfasst das Verfahren 110 das Positionieren des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat in eine Klemmposition, die einen Spalt zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat definiert, in Kasten 114. Das erste Substrat und das zweite Substrat können manuell oder mit Hilfe eines Roboters oder auf jede andere geeignete Art und Weise in die Klemmposition gebracht werden, ohne vom Umfang oder Geist der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Das Verfahren 110 umfasst ferner das Klemmen des ersten Substrats und des zweiten Substrats, um den Spalt 15 zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat zu verkleinern, in Kasten 116. Vorzugsweise ist die Steuerung 36 zum Betätigen des Motors 28, um das erste Ende und das zweite Ende zu bewegen, das erste Substrat bzw. das zweite Substrat zu kontaktieren, programmiert und somit mit dem Klemmen zu beginnen.
Das Verfahren 110 umfasst ferner das Bestimmen der ersten Messgröße in Kasten 118. Wie oben erwähnt, detektiert / erfasst mindestens einer der Sensoren (d.h. der EMF-Sensor, der Stromsensor oder der Spaltsensor) die erste Messgröße zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat. Die Steuerung wiederum empfängt Eingabedaten von dem Sensor und bestimmt die erste Messgröße mittels eines Algorithmus. In diesem Beispiel misst der Spaltsensor den Spaltabstand und sendet Eingabedaten an die Steuerung, der die erste Messgröße bestimmt. Es können jedoch alle oder ein Teil der Sensoren verwendet werden, ohne vom Umfang oder Geist der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Wenn sich die erste gemessene Variable um den erste vorbestimmten Schwellenwert (oder um einen ersten vorbestimmten Prozentsatz) ändert, umfasst das Verfahren 110 ferner das Beenden der Betätigung des Motors über die Steuerung in Kasten 120, um ein weiteres Klemmen zu stoppen. Das heißt, während des Klemmens erfasst der Spaltsensor weiterhin die erste Messgröße und sendet Eingabedaten an die Steuerung. Wenn der vorbestimmte Schwellenwert erreicht ist, sendet die Steuerung ein Signal an den Motor, um die weitere Betätigung oder Bewegung zu beenden. Weiteres Klemmen wird beendet, und das erste Substrat und das zweite Substrat werden durch die Quetschklemme zum Schweißen in Position gehalten.
Darüber hinaus umfasst das Verfahren 110 das Schweißen des ersten Substrats an das zweite Substrat in Kasten 122. Nach dem Schweißen umfasst das Verfahren 110 ferner das Zurückziehen der Quetschklemme von dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat in Kasten 124. Das Zurückziehen der Quetschklammer kann dadurch erreicht werden, dass die Steuerung ein Betätigungssignal an den Motor sendet, um dessen Position umzukehren und dadurch das erste Ende und das zweite Ende von dem ersten Substrat bzw. dem zweiten Substrat zurückzuziehen.
Unter Bezugnahme auf 4 wird ein Verfahren 210 zum Steuern eines Systems zum Schweißen eines ersten Substrats an ein zweites Substrat bereitgestellt. In diesem Aspekt umfasst das Verfahren 210 das Bereitstellen eines Systems zum Schweißen des ersten Substrats an das zweite Substrat in Kasten 212. Das in den 1 und 2 dargestellte System ist ein Beispiel für ein solches System, das die in 4 dargestellten Schritte ausführen kann. Es sollte jedoch verstanden werden, dass andere geeignete Systeme und Apparate verwendet werden können, um die Schritte des Verfahrens auszuführen, ohne vom Geist oder Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
In diesem Beispiel umfasst das Verfahren 210 das Positionieren des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat in eine Klemmposition in Kasten 214, wodurch der Spalt 15 zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat definiert wird. Das erste Substrat und das zweite Substrat können manuell oder mit Hilfe eines Roboters oder auf jede andere geeignete Art und Weise in die Klemmposition gebracht werden, ohne vom Umfang oder Geist der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Wie in den 4 und 5 dargestellt, umfasst das Verfahren 210 ferner das Annähern an eines des ersten Substrats und des zweiten Substrats mit der Quetschklemme in Kasten 216. In diesem Beispiel ist die Steuerung 36 programmiert, den Motor 28 zu betätigen, damit sich das erste Ende 20 und das zweite Ende 24 an das erste Substrat 12 und das zweite Substrat 14 zum Klemmen annähert.
In diesem Beispiel erfasst der EMF-Sensor beim Annäherungsschritt den magnetischen Fluss (die Vorklemmgröße) zwischen dem ersten Ende und dem ersten Substrat und sendet Eingabedaten an die Steuerung, welche die Vorklemmgröße (hier den magnetischen Fluss) in Kasten 218 bestimmt. Es sollte verstanden werden, dass ein, zwei oder alle Sensoren verwendet werden können, um die zweite Messgröße zu erfassen. Wie in 5 und in diesem Beispiel dargestellt, ist das Magnetfeld während des Annäherungsschrittes im Allgemeinen konstant bei etwa 800 Gauß auf der y-Achse.
In diesem Beispiel (4), wenn sich die Vorklemmgröße um den Vorklemmschwellenwert (oder um einen vorbestimmten Prozentsatz) ändert, umfasst das Verfahren 210 ferner das Kontaktieren des ersten Substrats und des zweiten Substrats mit der Quetschklemme in Kasten 220. Unter Bezugnahme auf 5 werden, während der EMF-Sensor fortfährt das Magnetfeld zwischen dem ersten Ende und dem ersten Substrat zu erfassen, Eingabedaten an die Steuerung gesendet, der das Magnetfeld bestimmt. Wenn eine vorbestimmte Änderung der Vorklemmgröße auftritt, wird der Kontakt zwischen dem ersten Ende und dem ersten Substrat bestätigt. Das heißt, die Änderung in der Vorklemmgröße zeigt den Kontakt zwischen dem ersten Ende und dem ersten Substrat an. Eine solche Änderung der Vorklemmgröße kann durch eine prozentuale Änderung dargestellt sein. In einem Beispiel kann die prozentuale Änderung der Vorklemmgröße etwa 10 Prozent oder mehr betragen.
Unter Bezugnahme auf 4 umfasst das Verfahren 210 ferner das Klemmen des ersten Substrats und des zweiten Substrats mit dem Motor und der Quetschklemme, um den Spalt 15 zu verkleinern in Kasten 222. In diesem Beispiel erkennt der EMF-Sensor beim Schritt des Kontaktierens das Magnetfeld zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat und sendet Eingabedaten an die Steuerung. Die Steuerung bestimmt mittels eines Algorithmus die erste Messgröße (Klemmgröße) in Kasten 224. In einem in 5 gezeigten Beispiel wird das Klemmen des ersten Substrats und des zweiten Substrats bestätigt, wenn die erste Messgröße eine vorbestimmte reduzierte Änderung des Magnetflusses erreicht.
In diesem Aspekt umfasst das Verfahren 210 das Stoppen des Motors, um ein weiteres Klemmen zu beenden, in Kasten 226. In dem in 5 gezeigten Beispiel, wenn sich die erste Messgröße bei einem ersten vorbestimmten Schwellenwert ändert, und der Spalt wird als geschlossen betrachtet. Das Verfahren 210 umfasst ferner das Schweißen des ersten Substrats an das zweite Substrat in Kasten 228 und dann das Zurückziehen der Quetschklemme in Kasten 230 nach dem Schweißen des ersten Substrats an das zweite Substrats. Das Zurückziehen der Quetschklammer kann dadurch erreicht werden, dass die Steuerung ein Betätigungssignal an den Motor sendet, um dessen Position umzukehren und dadurch das erste Ende und das zweite Ende von dem ersten Substrat bzw. dem zweiten Substrat zurückzuziehen.
Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist lediglich beispielhafter Natur, und Variationen, die nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweichen sind dazu beabsichtigt, in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung zu fallen. Solche Variationen sind nicht als Abweichung vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.

Claims

Ein Klemmsystem zur Messung und Steuerung des Schweißens eines ersten Substrats an ein zweites Substrat, wobei das System umfasst: eine Quetschklemme mit einem ersten Arm, der sich zu einem ersten Ende erstreckt, und einem zweiten Arm, der sich zu einem zweiten Ende erstreckt, wobei das erste Ende und das zweite Ende in gegenüberliegender Beziehung stehen, um das erste Substrat zu dem zweiten Substrat zu positionieren; einen Motor, der mit dem ersten Arm und dem zweiten Arm so verbunden ist, dass das erste Ende und das zweite Ende bewegbar sind, um das erste Substrat an das zweite Substrat zu klemmen; mindestens einen Sensor aus einem elektromagnetischen Flusssensor, einem Stromsensor, einem Positionssensor und einem Spaltsensor, der, zum Bestimmen einer ersten Messgröße zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat, an dem ersten Ende oder dem zweiten Ende angeordnet ist; und eine Steuerung, die zum Steuern des Motors, das erste Substrat an das zweite Substrat basierend auf der ersten Messgröße zu klemmen, programmiert ist, wobei die Steuerung mit dem Motor und dem mindestens einen Sensor aus dem elektromagnetischen Flusssensor, dem Stromsensor und dem Spaltsensor in Verbindung steht.
Das System nach Anspruch 1, wobei die erste Messgröße mindestens eine der Größen magnetischer Fluss, Strom, Drehmoment und Abstand zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat umfasst.
Das System nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Sensor aus dem elektromagnetischen Flusssensor, dem Stromsensor und dem Spaltsensor, zum Bestimmen einer zweiten Messgröße zwischen dem ersten Substrat oder dem zweiten Substrat und dem ersten Ende oder dem zweiten Ende, an dem ersten Ende und dem zweiten Ende angeordnet ist.
Das System nach Anspruch 3, wobei die zweite Messgröße mindestens eine der Größen magnetischer Fluss, Strom, Drehmoment und Abstand zwischen dem ersten Substrat oder dem zweiten Substrat und dem ersten Ende oder dem zweiten Ende umfasst.
Das System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung zum Stoppen des Motors, um das Klemmen zu beenden, wenn sich die erste Messgröße um einen ersten vorbestimmten Prozentsatz der ersten Messgröße ändert, programmiert ist.
Das System nach Anspruch 5, wobei der erste vorbestimmte Prozentsatz etwa 10 Prozent beträgt.
Das System nach Anspruch 4, wobei die Steuerung zum Steuern des Motors, um das erste Substrat oder das zweite Substrat mit dem ersten Ende oder dem zweiten Ende zu kontaktieren, wenn sich die zweite Messgröße um einen zweiten vorbestimmten Prozentsatz der zweiten Messgröße ändert, programmiert ist.
Das System nach Anspruch 1, ferner umfassend wobei der zweite vorbestimmte Prozentsatz etwa 10 Prozent beträgt.
Das System nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Roboter, der entlang des ersten Substrats und des zweiten Substrats bewegbar ist und mit der Steuerung in Verbindung steht, wobei die Quetschklemme bewegbar mit dem Roboter verbunden ist, um das erste Substrat und das zweite Substrat an vorbestimmten Stellen zum Schweißen des ersten Substrats und des zweiten Substrats zu klemmen.
Ein Verfahren zum Steuern eines Systems zum Schweißen eines ersten Substrats an ein zweites Substrat, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Systems zum Schweißen des ersten Substrats an das zweite Substrat, wobei das System umfasst: eine Quetschklemme mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende; einen Motor, der so mit der Quetschklemme verbunden ist, dass das erste Ende und das zweite Ende bewegbar sind, um das erste Substrat an das zweite Substrat zu klemmen; mindestens einen Sensor aus einem elektromagnetischen Flusssensor, einem Stromsensor, einem Positionssensor und einem Spaltsensor, der an dem ersten Ende oder dem zweiten Ende zum Bestimmen einer ersten Messgröße zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat und zum Bestimmen einer zweiten Messgröße zwischen dem ersten Substrat oder dem zweiten Substrat und dem ersten Ende oder dem zweiten Ende angeordnet ist; und eine Steuerung, die zum Steuern des Motors, um das erste Substrat an das zweite Substrat basierend auf der Messgröße zu klemmen, programmiert ist, wobei die Steuerung mit dem mindestens einen aus dem elektromagnetischen Flusssensor, dem Stromsensor und dem Spaltsensor in Verbindung steht; Positionieren des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat in eine Klemmposition, die einen Spalt zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat definiert, Klemmen des ersten Substrats und des zweiten Substrats, um den Abstand zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat zu verringern; Bestimmen der Messgröße; Stoppen des Motors, um das Klemmen zu beenden, wenn sich die erste Messgröße um einen ersten vorbestimmten Prozentsatz ändert; Schweißen des ersten Substrats an das zweite Substrat; und Zurückziehen der Quetschklemme nach dem Schweißen des ersten Substrats und des zweiten Substrats.