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Stand der Technik
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Es ist bereits ein Verfahren zum Betrieb einer Widerstandsschweißvorrichtung vorgeschlagen worden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Widerstandsschweißvorrichtung.
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Es wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt zumindest ein Werkstück, insbesondere eine Akkuzelle, und zumindest eine Verbindungseinheit, welche zumindest einen Dimpelfortsatz aufweist, mit einem Anpressparameter eingespannt werden,
in zumindest einem Schweißschritt eine elektrische Spannung an zumindest eine Elektrodeneinheit angelegt wird und der zumindest eine Dimpelfortsatz geschmolzen wird und die zumindest eine Verbindungseinheit zumindest teilweise an das zumindest eine Werkstück geschweißt, insbesondere widerstandsgeschweißt, wird,
wobei in dem zumindest einen Schweißschritt der Anpressparameter zumindest im Wesentlichen auf einen Anpresssollwert geregelt wird, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt zumindest ein Positionsparameter, insbesondere der Elektrodeneinheit, insbesondere während eines Schmelzens des zumindest einen Dimpelfortsatzes, erfasst wird, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt eine Verschweißungsqualität zumindest teilweise über den zumindest einen Positionsparameter ermittelt wird.
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Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt eine Akkuzelle, bevorzugt eine Li-lonen-Akkuzelle, als das zumindest eine Werkstück verwendet. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt das zumindest eine Werkstück zusammen mit der zumindest einen Verbindungseinheit an der Widerstandsschweißvorrichtung eingespannt. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt das zumindest eine Werkstück zusammen mit der zumindest einen Verbindungseinheit zwischen der zumindest einen Elektrodeneinheit und einer Aufnahmezelle, insbesondere der Widerstandsschweißvorrichtung, eingespannt. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt das zumindest eine Werkstück zusammen mit der zumindest einen Verbindungseinheit mit einem Anpressparameter eingespannt. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt die zumindest eine Verbindungseinheit auf das zumindest eine Werkstück mit dem Anpressparameter gepresst. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt die zumindest eine Verbindungseinheit von der Elektrodeneinheit auf das zumindest eine Werkstück mit dem Anpressparameter gepresst. Vorzugsweise weist die Widerstandsschweißvorrichtung einen Servomotor auf. Vorzugsweise weist die Widerstandsschweißvorrichtung die Elektrodeneinheit auf. Vorzugsweise weist die Widerstandsschweißvorrichtung die Aufnahmezelle auf. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt die zumindest eine Verbindungseinheit von dem Servomotor, insbesondere der Widerstandsschweißvorrichtung, über die Elektrodeneinheit auf das zumindest eine Werkstück mit dem Anpressparameter gepresst. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt die zumindest eine Elektrodeneinheit von dem Servomotor auf die Verbindungseinheit mit dem Anpressparameter gepresst. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt die zumindest eine Elektrodeneinheit von dem Servomotor über die Verbindungseinheit und über das zumindest eine Werkstück auf die Aufnahmezelle mit dem Anpressparameter gepresst. Vorzugsweise ist die Aufnahmezelle als eine kalibrierte Aufnahmezelle ausgebildet, welche den Anpressparameter erfassen kann.
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Unter einem „Anpressparameter“ soll ein Parameter verstanden werden, welcher zumindest dazu geeignet ist, eine Anpresskraft und/oder einen Anpressdruck, insbesondere zwischen der Elektrodeneinheit und der Verbindungseinheit, zu ermitteln, insbesondere zu berechnen, wobei der Anpressparameter als ein mechanischer Parameter, beispielsweise eine mechanische Auslenkung, beispielsweise als eine Verschiebung, als eine Gitterkonstante und/oder eine Federkonstante, als ein optischer Parameter, wie beispielsweise eine Wellenlängenverschiebung und/oder eine Intensität, als ein elektrischer Parameter, wie beispielsweise ein elektrischer, insbesondere spezifischer, Widerstand und/oder eine elektrische Spannung, ausgebildet sein kann. Vorzugsweise ist der zumindest eine Anpressparameter als eine Anpresskraft oder als ein Anpressdruck ausgebildet. Vorzugsweise wird der Anpressparameter als Anpresskraft oder ein Anpressdruck direkt gemessen, insbesondere an dem Servomotor, an der Elektrodeneinheit und/oder an weiteren beweglichen Komponenten, welche insbesondere den Servomotor und die Elektrodeneinheit verbinden und insbesondere die Elektrodeneinheit beweglich, bevorzugt translatorisch verschiebbar lagern.
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Vorzugsweise ist der zumindest eine Dimpelfortsatz an der Verbindungseinheit als ein materieller Fortsatz ausgebildet. Vorzugsweise ist der Dimpelfortsatz einstückig mit einem Grundkörper der Verbindungseinheit ausgebildet. Vorzugsweise ist die Verbindungseinheit als ein Metallblech mit einer Vielzahl von Dimpelfortsätzen ausgebildet, welche insbesondere alle in die gleiche Richtung von dem Grundkörper abstehen. Vorzugsweise ist der Dimpelfortsatz aus dem gleichen Material ausgebildet wie der Grundkörper der Verbindungseinheit. Alternativ kann der Dimpelfortsatz aus einem anderen Material ausgebildet sein als der Grundkörper der Verbindungseinheit. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt die Verbindungseinheit nur an dem zumindest einen Dimpelfortsatz auf das zumindest eine Werkstück gepresst.
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Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, die elektrische Spannung von der Elektrodeneinheit auf die Verbindungseinheit übertragen zu einem Abschmelzen des zumindest einen Dimpelfortsatzes, insbesondere durch unterschiedliche elektrische Widerstände der Elektrodeneinheit, der Verbindungseinheit und des zumindest einen Dimpelfortsatzes, insbesondere während eines Anpressens der Verbindungseinheit auf das Werkstück.
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Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, der zumindest eine Dimpelfortsatz an einer Kontaktstelle zu dem Werkstück, insbesondere durch die elektrische Spannung, geschmolzen. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, der zumindest eine Dimpelfortsatz teilweise geschmolzen. insbesondere kann in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, der zumindest eine Dimpelfortsatz vollständig geschmolzen werden.
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Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, die Verbindungseinheit durch ein Abschmelzen und Auserhärten des Dimpelfortsatzes an das zumindest eine Werkstück geschweißt, insbesondere widerstandsgeschweißt. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, die Verbindungseinheit, insbesondere ausschließlich, an dem zumindest einen Dimpelfortsatz, insbesondere in einem Bereich, welcher von dem zumindest einen Dimpelfortsatz definiert ist, an das zumindest eine Werkstück geschweißt, insbesondere widerstandsgeschweißt.
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Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, der Anpressparameter zumindest im Wesentlichen auf einen Anpresssollwert geregelt. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt der Anpresssollwert in Abhängigkeit des zumindest einen Werkstücks definiert. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt der Anpresssollwert in Abhängigkeit der zumindest einen Verbindungseinheit, insbesondere des zumindest einen Dimpelfortsatzes, definiert. Beispielsweise kann der Anpresssollwert für den Anpressparameter als Anpresskraft, insbesondere für Li-Ionen-Akkuzellen, auf einen Wert von 60 N festgesetzt sein.
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Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, der zumindest eine Positionsparameter, insbesondere der Elektrodeneinheit, insbesondere während eines Schmelzens des zumindest einen Dimpelfortsatzes, an dem Servomotor erfasst. Unter einem „Positionsparameter“ soll ein Parameter verstanden werden, welcher als eine Positionsangabe ausgebildet ist, und welcher insbesondere dazu geeignet ist, den Anpressparameter, insbesondere die Anpresskraft und/oder den Anpressdruck, mit welcher/m das zumindest eine Werkstück und die Verbindungseinheit eingespannt sind, zu bestimmen, insbesondere während eines Schmelzens des zumindest einen Dimpelfortsatzes. Vorzugsweise ist der Positionsparameter als ein Parameter ausgebildet, welcher ausgehend von einem Startwert als eine Veränderung gegenüber dem Startwert, insbesondere in einer Längeneinheit, gemessen wird. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, aus dem zumindest einen Positionsparameter der zumindest eine Anpressparameter ermittelt. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, der zumindest eine Positionsparameter durch optische Sensoren und/oder durch Sensoren, welche elektrische Signale auswerten, ermittelt.
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Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, die Verschweißungsqualität der zumindest einen Verbindungseinheit an das zumindest eine Werkstück zumindest teilweise über den zumindest einen Positionsparameter ermittelt. In zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, kann die Verschweißungsqualität in gleich großen zeitlichen Abständen wie der zumindest eine Positionsparameter ermittelt werden.
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Darunter, dass „der Anpressparameter zumindest im Wesentlichen auf einen Anpresssollwert geregelt wird“ soll vorzugsweise verstanden werden, dass der Anpressparameter auf einen definierten Anpresssollwert eingestellt wird und , dass der Anpressparameter während des Schmelzens des Dimpelfortsatzes, insbesondere auf einer Zeitskala des Schmelzvorgangs des Dimpelfortsatzes, in Richtung des zumindest einen Anpresssollwerts korrigiert wird. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt der Anpressparameter verifiziert, insbesondere gemessen, bevorzugt vor einem zumindest teilweisen Schmelzen der zumindest einen Verbindungseinheit, bevorzugt zu einem Kontrollieren einer Einhaltung des Anpresssollwerts als Startwert für den Anpressparameter. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt der Anpressparameter durch die Aufnahmezelle verifiziert. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt der Anpressparameter auf Einhaltung des Anpresssollwerts als Startwert für den Anpressparameter durch die Aufnahmezelle verifiziert, bis der Anpresssollwert zumindest dreimal hintereinander verifiziert ist, insbesondere in zumindest drei verschiedenen Drehpositionen der Aufnahmezelle. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt der Anpressparameter auf Einhaltung des Anpresssollwerts als Startwert für den Anpressparameter durch die Aufnahmezelle verifiziert, bis der Anpresssollwert zumindest dreimal hintereinander verifiziert ist. Vorzugsweise umfasst die Aufnahmezelle zumindest ein Piezoelement. Vorzugsweise ist die Aufnahmezelle drehbar gelagert. Vorzugsweise läuft das Verifizieren der Einhaltung des Anpresssollwerts als Startwert für den Anpressparameter durch die Aufnahmezelle als automatisiert ab.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens kann ein vorteilhaft niedriger Energieverbrauch erreicht werden, insbesondere durch die Verwendung eines magnetischen synchronen Servomotors. Es kann insbesondere eine vorteilhaft genaue Verschweißung erreicht werden. Insbesondere kann eine vorteilhaft einheitliche Verschweißung erreicht werden. Insbesondere kann eine vorteilhaft genau reproduzierbare Verschweißung erreicht werden.
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Vorzugsweise werden in zumindest einem Verfahrensschritt genaue Verschiebungsdaten der Elektrodeneinheit aufgenommen, um die Verschweißungsqualität zu bestimmen. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt die Elektrodeneinheit dem Abschmelzen des Dimpelfortsatzes derart schnell nachgeführt durch den Servomotor, dass der Anpressparameter innerhalb von definierten Toleranzen gehalten wird. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt der Anpressparameter automatisiert eingestellt und zur zumindest im Wesentlichen Einhaltung des Anpresssollwerts kompensiert. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt ein „timing-belt“ mit niedriger Reibung anstatt einer Gewindespindel benutzt zu einem Transfer der Rotation des Servomotors in eine lineare Bewegung.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass in dem zumindest einen Schweißschritt der Anpressparameter innerhalb definierter Toleranzen von maximal 10% des Anpresssollwerts konstant gehalten wird. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, der Anpressparameter innerhalb definierter Toleranzen von maximal 10%, bevorzugt von maximal 5%, besonders bevorzugt von maximal 2% und ganz besonders bevorzugt von maximal 1%, des Anpresssollwerts konstant gehalten. Insbesondere wird der Anpressparameter in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, derart korrigiert, dass ein Realwert des Anpressparameters von maximal 10%, bevorzugt von maximal 5%, besonders bevorzugt von maximal 2% und ganz besonders bevorzugt von maximal 1%, von dem Anpresssollwert abweicht. Es kann eine vorteilhaft hochqualitative Verschweißung erreicht werden. Es kann eine vorteilhaft numerische Kontrolle über den Anpressparameter, insbesondere die Anpresskraft und/oder den Anpressdruck, erreicht werden. insbesondere kann eine vorteilhaft automatische Kontrolle über den Anpressparameter, insbesondere die Anpresskraft und/oder den Anpressdruck, durch eine Kalibrierung der Aufnahmezelle erreicht werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt ein Verlauf des zumindest einen Positionsparameters erfasst wird. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, jeder erfasste Wert des Positionsparameters gespeichert, insbesondere auf einem, insbesondere externen, Speichermedium, bevorzugt der Widerstandsschweißvorrichtung. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, aus den erfassten Werten des Positionsparameters ein zeitlicher Verlauf des Positionsparameters ermittelt. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, der zeitliche Verlauf der Werte des Positionsparameters geplottet. Es kann erreicht werden, dass der Verlauf des Positionsparameters dazu genutzt werden kann, vorteilhaft schnell ausgewertet zu werden, um den Anpressparameter während des Schweißschritts innerhalb der definierten Toleranzen zu halten.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass als der Positionsparameter zumindest eine Position entlang einer Wirkrichtung des Anpressparameters erfasst wird, wobei sich die Wirkrichtung insbesondere linear mit einem einzelnen translatorischen Freiheitsgrad erstreckt. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, die Elektrodeneinheit von dem Servomotor, insbesondere eindimensional, insbesondere mit einem einzelnen translatorischen Freiheitsgrad, in Richtung des Werkstücks gedrückt. Vorzugsweise verändert sich in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, die Position der Elektrodeneinheit, insbesondere eindimensional, insbesondere mit einem einzelnen translatorischen Freiheitsgrad, in Richtung des Werkstücks, insbesondere durch ein Abschmelzen des zumindest einen Dimpelfortsatzes. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, als der Positionsparameter zumindest eine Position der Elektrodeneinheit entlang einer Wirkrichtung des Anpressparameters erfasst. Vorzugsweise weist die Widerstandsschweißvorrichtung die weiteren bewegliche Komponenten auf, welche insbesondere den Servomotor und die Elektrodeneinheit verbinden. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, die Elektrodeneinheit mit weiteren beweglichen Komponenten von dem Servomotor, insbesondere eindimensional, insbesondere mit einem einzelnen translatorischen Freiheitsgrad, in Richtung des Werkstücks gedrückt. Vorzugsweise verändert sich in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, eine Position der Elektrodeneinheit und der weiteren beweglichen Komponenten, insbesondere eindimensional, insbesondere mit einem einzelnen translatorischen Freiheitsgrad, in Richtung des Werkstücks, insbesondere durch ein Abschmelzen des zumindest einen Dimpelfortsatzes. Es kann ein vorteilhaft direkt proportionaler Zusammenhang zwischen Positionsparameter und Anpressparameter erreicht werden. Insbesondere kann eine vorteilhaft schnelle Bestimmung des Positionsparameters, bevorzugt des Anpressparameters, erreicht werden. Insbesondere kann eine vorteilhaft genaue Bestimmung des Positionsparameters, bevorzugt des Anpressparameters, erreicht werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der Positionsparameter in maximalen zeitlichen Abständen von 500 µs erfasst wird. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, der Positionsparameter in maximalen zeitlichen Abständen von 500 µs, insbesondere in maximalen zeitlichen Abständen von 400 µs, bevorzugt in maximalen zeitlichen Abständen von 250 µs, besonders bevorzugt in maximalen zeitlichen Abständen von 100 µs und ganz besonders bevorzugt in maximalen zeitlichen Abständen von 50 µs, erfasst. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, aus dem zumindest einen Positionsparameter der zumindest eine Anpressparameter ermittelt, insbesondere bei jeder Erfassung des Positionsparameters. Es kann eine vorteilhaft genaue zeitliche Überwachung des Schweißens, insbesondere des Anpressparameters, erreicht werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass in dem zumindest einen Schweißschritt der zumindest eine Positionsparameter an einem Servomotor, welcher zu einem Bewegen der zumindest einen Elektrodeneinheit ausgebildet ist, erfasst wird. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, als der Positionsparameter zumindest eine Position der weiteren beweglichen Komponenten entlang einer Wirkrichtung des Anpressparameters erfasst. Vorzugsweise verändert sich in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, eine Position eines Teils des Servomotors, insbesondere eindimensional, insbesondere mit einem einzelnen translatorischen Freiheitsgrad, in Richtung des Werkstücks, insbesondere durch ein Abschmelzen des zumindest einen Dimpelfortsatzes. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, der Positionsparameter an dem Servomotor, insbesondere an einer Motorachse des Servomotors, gemessen. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, als der Positionsparameter zumindest eine Position des Teils des Servomotors entlang einer Wirkrichtung des Anpressparameters erfasst. Vorzugsweise gibt der Positionsparameter, insbesondere unabhängig davon, wo genau der Positionsparameter erfasst wird, eine Position der Elektrodeneinheit in Bezug auf eine Startposition der Elektrodeneinheit an. Es kann eine vorteilhaft genaue Bestimmung des zumindest einen Positionsparameters erreicht werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt die Verschweißungsqualität zumindest teilweise über einen Verlauf der elektrischen Spannung und/oder über einen Verlauf einer Stromstärke ermittelt wird. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, die elektrische Spannung und/oder die Stromstärke kontinuierlich erfasst, insbesondere in maximalen zeitlichen Abständen von maximal 100 µs, bevorzugt von maximal 10 µs. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, jeder erfasste Wert der elektrischen Spannung und/oder der Stromstärke gespeichert, insbesondere auf dem, insbesondere externen, Speichermedium, bevorzugt der Widerstandsschweißvorrichtung. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, aus den erfassten Werten der elektrischen Spannung und/oder der Stromstärke ein zeitlicher Verlauf der elektrischen Spannung und/oder der Stromstärke ermittelt. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, der zeitliche Verlauf der Werte der elektrischen Spannung und/oder der Stromstärke geplottet. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, die Verschweißungsqualität aus dem zeitlichen Verlauf der Werte der elektrischen Spannung und/oder der Stromstärke ermittelt. Es kann eine vorteilhaft genaue Messung der Position der Elektrodeneinheit aus dem Positionsparameter, insbesondere als der Positionsparameter, während des Schmelzens des zumindest einen Dimpelfortsatzes erreicht werden. Es kann eine vorteilhafte Visualisierung der Daten von dem Servomotor in einem Graphen erreicht werden. Es kann eine vorteilhafte Ermittlung der Verschweißungsqualität aus einem Graphen, insbesondere der elektrischen Daten, wie beispielsweise der Spannung und der Stromstärke, erreicht werden. Insbesondere kann eine vorteilhafte Echtzeitermittlung der Verschweißungsqualität erreicht werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt die Verschweißungsqualität zumindest teilweise durch Referenzen, welche durch einen maschinellen Lernprozess ermittelt sind, ermittelt wird. Vorzugsweise ist der maschinelle Lernprozess mit elektrischen Spannungsverläufen, Stromstärkeverläufen, Positionsparameterverläufen und Anpressparameterverläufen und jeweils dazugehörigen Verschweißungsqualitäten angelernt. Vorzugsweise ermittelt der maschinelle Lernprozess in zumindest einem Verfahrensschritt aus den elektrischen Spannungsverläufen, Stromstärkeverläufen, Positionsparameterverläufen und Anpressparameterverläufen und jeweils dazugehörigen Verschweißungsqualitäten jeweils einen optimalen Spannungsverlauf, Stromstärkeverlauf, Positionsparameterverlauf und/oder Anpressparameterverlauf. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, ein aktuell vorliegender elektrischer Spannungsverlauf, Stromstärkeverlauf, Positionsparameterverlauf und/oder Anpressparameterverlauf mit aus dem maschinellen Lernprozess als optimal ermittelten Spannungsverläufen, Stromstärkeverläufen, Positionsparameterverläufen und/oder Anpressparameterverläufen verglichen. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere dem Schweißschritt, aus einem Vergleich eines aktuell vorliegenden elektrischen Spannungsverlaufs, Stromstärkeverlaufs, Positionsparameterverlaufs und/oder Anpressparameterverlaufs mit aus dem maschinellen Lernprozess als optimal ermittelten Spannungsverläufen, Stromstärkeverläufen, Positionsparameterverläufen und/oder Anpressparameterverläufen eine aktuelle Verschweißungsqualität, insbesondere während des Schweißschritts, bevorzugt während des Schmelzens des zumindest einen Dimpelfortsatzes, ermittelt. Vorzugsweise weist die Widerstandsschweißvorrichtung eine Recheneinheit auf. Vorzugsweise weist die Widerstandsschweißvorrichtung eine Sensoreinheit auf zu einem Erfassen des zumindest eine Positionsparameters. Vorzugsweise umfasst die Sensoreinheit den zumindest einen optischen Sensor und/oder zumindest einen elektrischen Sensor, welcher insbesondere den Positionsparameter aus einem elektrischen Signal ermittelt. Vorzugsweise ist die Recheneinheit mit der Sensoreinheit verbunden. Vorzugsweise ist die Recheneinheit mit der Aufnahmezelle verbunden. Vorzugsweise sind die durch den maschinellen Lernprozess als optimal ermittelten Spannungsverläufe, Stromstärkeverläufe, Positionsparameterverläufe und/oder Anpressparameterverläufe auf der Recheneinheit gespeichert. Insbesondere kann die Recheneinheit mit dem Internet verbunden sein und die als optimal ermittelten Spannungsverläufe, Stromstärkeverläufe, Positionsparameterverläufe und/oder Anpressparameterverläufe aus dem Internet abrufen. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt der maschinelle Lernprozess mit aktuellen elektrischen Spannungsverläufen, Stromstärkeverläufen, Positionsparameterverläufen und Anpressparameterverläufen und jeweils dazugehörigen aktuellen Verschweißungsqualitäten, insbesondere sobald diese manuell auswertbar sind, angelernt. Es kann eine vorteilhaft frühzeitige Abweichung von einer optimalen Schweißqualität erkannt werden. Insbesondere kann die Schweißqualität besonders vorteilhaft einheitlich hoch gehalten werden.
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Darüber hinaus wird eine Widerstandsschweißvorrichtung vorgeschlagen mit einem, insbesondere dem bereits genannten, Servomotor, welcher zu einem Bewegen zumindest einer, insbesondere der bereits genannten, Elektrodeneinheit und weiteren, insbesondere den bereits genannten, beweglichen Komponenten ausgebildet ist, und ein Verhältnis der addierten Masse des Servomotors, der zumindest einen Elektrodeneinheit und der weiteren beweglichen Komponenten gemessen in Gramm zu einem Anpressparameter, mit welchem insbesondere Werkstücke einspannbar sind, gemessen in N weniger als 4 g/N beträgt. Vorzugsweise wird in dem Schweißschritt der Anpressparameter als Anpresskraft auf einen Anpresssollwert von 60 N geregelt. Vorzugsweise beträgt die addierte Masse, insbesondere das addierte Gewicht, des Servomotors, der zumindest einen Elektrodeneinheit und der weiteren beweglichen Komponenten maximal 240 g, bevorzugt maximal 220 g, besonders bevorzugt maximal 200 g. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der addierten Masse des Servomotors, der zumindest einen Elektrodeneinheit und der weiteren beweglichen Komponenten gemessen in Gramm zu einem Anpressparameter, insbesondere eine Anpresskraft, mit welchem insbesondere Werkstücke einspannbar sind, gemessen in N weniger als 4 g/N, bevorzugt weniger als 3,5 g/N und besonders bevorzugt maximal 3,33 g/N. Vorzugsweise ist zumindest ein Teil der weiteren beweglichen Komponenten als Linearführung für die Elektrodeneinheit ausgebildet. Es kann eine vorteilhaft langlebige Widerstandschweißvorrichtung erreicht werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Widerstandsschweißvorrichtung eine, insbesondere die bereits genannte, Recheneinheit aufweist zu einem Betrieb der Widerstandsschweißvorrichtung nach einem Verfahren gemäß den vorhergehenden Ansprüchen. Vorzugsweise soll unter einer „Recheneinheit“ zumindest ein Prozessor mit zumindest einem Speichermodul, wie beispielsweise einer Festplatte und/oder einem Arbeitsspeicher, verstanden werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Recheneinheit zumindest teilweise als zumindest ein ASIC ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, zumindest einen Verfahrensschritt des Verfahrens durchzuführen. Es kann eine vorteilhaft automatisierte Widerstandsvorrichtung erreicht werden.
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Die Widerstandsschweißvorrichtung kann zusätzlich einen Kontroller, eine Servokontrolleinheit, vertikal verstellbare Motorhalterungen, Beltfixierschäkel, Isolierplatten, Elektrodenfixierblöcke, flexible Transferplatten, eine Schweißkabelaufnahmeeinheit, Basisplatten, eine Steh- und Produktbank und/oder eine rotierbare Halterung für die Aufnahmezelle umfassen. Der Servomotor kann in einem Geschwindigkeitsmodus die Elektrodeneinheit schnell bis auf 1 mm an die Verbindungseinheit fahren. Der Servomotor kann in einem Drehmomentmodus die Elektrodeneinheit zu einem Kontakt an die Verbindungseinheit fahren.
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Das Werkstück kann in einem Verfahrensschritt in der korrekten Position unter der Elektrodeneinheit angeordnet werden. Der Kontroller, insbesondere die Recheneinheit, kann in einem Verfahrensschritt einen Befehl empfangen, den Schweißprozess abzuschließen. Der Kontroller, insbesondere die Recheneinheit, kann in einem Verfahrensschritt einen Aktivierungsbefehl für eine Schweißenergieversorgungseinheit aussenden. Der Kontroller, insbesondere die Recheneinheit, kann in einem Verfahrensschritt die Verschweißungsqualität überwachen und solange eine Verschweißung weiterführen, wie die Verschweißungsqualität über einem Schwellenwert liegt, oder die Verschweißung abbrechen, wenn die Verschweißungsqualität unter einem Schwellenwert liegt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Widerstandsschweißvorrichtung sollen/soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Widerstandsschweißvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Widerstandsschweißvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
- 2 ein Werkstück und eine Verbindungseinheit an einer erfindungsgemäßen Widerstandsschweißvorrichtung in einer schematischen Darstellung und
- 3 ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer schematischen Darstellung.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt eine Widerstandsschweißvorrichtung 10.
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Die Widerstandsschweißvorrichtung 10 weist einen Servomotor 12 auf. Die Widerstandsschweißvorrichtung 10 weist eine Elektrodeneinheit 14 auf. Die Widerstandsschweißvorrichtung 10 weist weitere bewegliche Komponenten 16 auf, welche insbesondere den Servomotor 12 und die Elektrodeneinheit 14 verbinden. Die Widerstandsschweißvorrichtung 10 weist eine Aufnahmezelle 18 auf. Die Widerstandsschweißvorrichtung 10 weist eine Timing-Belt-Einheit 44 auf.
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Der Servomotor 12 ist zu einem Bewegen der Elektrodeneinheit 14 und der weiteren beweglichen Komponenten 16 ausgebildet. Die Elektrodeneinheit 14 ist dazu ausgebildet, durch den Servomotor 12 über die weiteren beweglichen Komponenten 16 auf eine Verbindungseinheit 20 und indirekt auf ein Werkstück 22 gepresst zu werden. Die weiteren beweglichen Komponenten 16 sind zu einem linearen Kraftübertrag des Servomotors 12 auf die Elektrodeneinheit 14 ausgebildet. Insbesondere bilden die weiteren beweglichen Komponenten 16, insbesondere teilweise, eine Linearführung aus. Das Werkstück 22 ist beispielhaft als eine Akkuzelle ausgebildet.
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2 zeigt das Werkstück 22 und die Verbindungseinheit 20, welche an der Widerstandsschweißvorrichtung 10 eingespannt sind. Der Servomotor 12, die Elektrodeneinheit 14 und die weiteren beweglichen Komponenten 16 sind in 2 schematisch angedeutet.
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Das Werkstück 22 und die Verbindungseinheit 20 sind durch den Servomotor 12 zwischen der Elektrodeneinheit 14 und der Aufnahmezelle 18 eingespannt mit einem Anpressparameter 24, welcher hier insbesondere durch zwei Pfeile visualisiert ist. Der Servomotor 12 erzeugt den Anpressparameter 24 als Anpresskraft, welche von der Elektrodeneinheit 14 auf die Verbindungseinheit 20 und das Werkstück 22 übertragen wird und welche von der Aufnahmezelle 18 erwidert wird.
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Die Verbindungseinheit 20 weist beispielhaft einen Dimpelfortsatz 26 auf. Die Verbindungseinheit 20 weist beispielhaft einen Grundkörper 21 auf. Der Dimpelfortsatz 26 ist als ein abgerundeter Fortsatz an dem Grundkörper 21 ausgebildet. Die Verbindungseinheit 20 kontaktiert das Werkstück 22 ausschließlich an dem Dimpelfortsatz 26.
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2 verdeutlicht, bei einem Anlegen von einer elektrischen Spannung an die Elektrodeneinheit 14 schmilzt der Dimpelfortsatz 26 kontinuierlich ab und die Verbindungseinheit 20 wird mit dem Werkstück 22 verschweißt.
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Eine addierte Masse des Servomotors 12, der Elektrodeneinheit 14 und der weiteren beweglichen Komponenten 16 gemessen in Gramm ist maximal 200 g. Ein Verhältnis der addierten Masse des Servomotors 12, der Elektrodeneinheit 14 und der weiteren beweglichen Komponenten 16 gemessen in Gramm zu dem Anpressparameter 24, mit welchem das Werkstück 22 eingespannt ist, gemessen in N beträgt weniger als 4 g/N. Der Anpressparameter 24 ist als eine Anpresskraft ausgebildet. Die Anpresskraft beträgt beispielhaft 60 N. Die addierte Masse des Servomotors 12, der Elektrodeneinheit 14 und der weiteren beweglichen Komponenten 16 beträgt beispielhaft 200 g. Eine Wirkrichtung des Anpressparameters 24 erstreckt sich linear mit einem einzelnen translatorischen Freiheitsgrad. Die Widerstandsschweißvorrichtung 10 weist eine Recheneinheit 28 auf (vgl. 1). Die Recheneinheit 28 ist dazu ausgebildet, die Widerstandsschweißvorrichtung 10 nach einem in 3 beschriebenen Verfahren zu betreiben.
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Die Widerstandsschweißvorrichtung 10 weist eine Sensoreinheit 46 auf zu einem Erfassen eines Positionsparameters 42. Die Sensoreinheit 46 umfasst einen optischen Sensor zu einem Erfassen des Positionsparameters 42. Die Recheneinheit 28 ist mit der Sensoreinheit 46 verbunden. Die Recheneinheit 28 ist mit der Aufnahmezelle 18 verbunden. Der Anpressparameter 24 wird aus dem Positionsparameter 42 ermittelt, insbesondere berechnet. Die Sensoreinheit 46 ist, insbesondere innen, an dem Servomotor 12 angeordnet.
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3 zeigt ein Verfahren zum Betrieb der Widerstandsschweißvorrichtung 10.
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In zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere einem Einspannschritt 30, wird das Werkstück 22, insbesondere die Akkuzelle, und die Verbindungseinheit 20, welche den Dimpelfortsatz 26 aufweist, mit dem Anpressparameter 24 eingespannt, insbesondere an der Widerstandsschweißvorrichtung 10, insbesondere zwischen der Elektrodeneinheit 14 und der Aufnahmezelle 18.
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In dem Einspannschritt 30 wird die Verbindungseinheit 20 an dem Dimpelfortsatz 26 auf das Werkstück 22 von dem Servomotor 12, welcher die Elektrodeneinheit 14 gegen die Verbindungseinheit 20 drückt, und insbesondere auf die Aufnahmezelle 18 mit einer definierten Anpresskraft, welcher als der Anpressparameter 24 ausgebildet ist, gepresst. In dem Einspannschritt 30 wird die definierte Anpresskraft solange überprüft, bis die definierte Anpresskraft bis auf maximale Abweichungen von maximal 2% der definierten Anpresskraft erreicht wird. In dem Einspannschritt 30 wird die definierte Anpresskraft insbesondere mindestens dreimal überprüft, insbesondere mindestens dreimal auf Einhaltung der maximalen Abweichungen von maximal 2% der definierten Anpresskraft überprüft, insbesondere bis zumindest drei positive Ergebnisse der Überprüfung nacheinander vorliegen. Auf den Einspannschritt 30 folgt ein Schweißschritt 32. Der Schweißschritt 32 ist in 3 schematisch in Teilschritte zerlegt, welche innerhalb des Schweißschritts 32 gleichzeitig ablaufen.
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In dem Schweißschritt 32, insbesondere einem Schweißstartschritt 34, wird eine elektrische Spannung an die Elektrodeneinheit 14 angelegt. In dem Schweißschritt 32, insbesondere einem Schmelzstartschritt 36, wird der Dimpelfortsatz 26 geschmolzen. In dem Schweißschritt 32, insbesondere dem Schmelzstartschritt 36, wird der Dimpelfortsatz 26 durch die elektrische Spannung, welche von der Elektrodeneinheit 14 auf die Verbindungseinheit 20 übertragen wird, geschmolzen.
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In dem Schweißschritt 32, insbesondere einem Verbindungsschritt 38, wird die Verbindungseinheit 20 zumindest teilweise, insbesondere in einem Bereich des Dimpelfortsatzes 26, an das Werkstück 22 geschweißt, insbesondere widerstandsgeschweißt. In dem Schweißschritt 32, insbesondere dem Verbindungsschritt 38, wird die Verbindungseinheit 20 durch das Abschmelzen des Dimpelfortsatzes 26 und ein Wiedererstarren des geschmolzenen Materials des Dimpelfortsatzes 26 zumindest teilweise an das Werkstück 22 geschweißt, insbesondere widerstandsgeschweißt. In dem Schweißschritt 32, insbesondere einem Erfassschritt 40, wird der Positionsparameter 42, insbesondere der Elektrodeneinheit 14, insbesondere während eines Schmelzens des zumindest einen Dimpelfortsatzes 26, erfasst.
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In dem Schweißschritt 32, insbesondere dem Erfassschritt 40, wird der Positionsparameter 42 indirekt als eine Verschiebung der Elektrodeneinheit 14 erfasst. In dem Schweißschritt 32, insbesondere dem Erfassschritt 40, wird der Positionsparameter 42 als eine Verschiebung einer Unterbaugruppe des Servomotors 12 an dem Servomotor 12 erfasst, insbesondere zu einer Bestimmung der Verschiebung der Elektrodeneinheit 14.
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In dem Schweißschritt 32, insbesondere dem Erfassschritt 40, wird der Positionsparameter 42 an dem Servomotor 12, welcher zu einem Bewegen der zumindest einen Elektrodeneinheit 14 ausgebildet ist, erfasst. In dem Schweißschritt 32, insbesondere dem Erfassschritt 40, verändert sich der Positionsparameter 42 durch das Abschmelzen des Dimpelfortsatzes 26 kontinuierlich in Abhängigkeit der Zeit. In dem Schweißschritt 32, insbesondere dem Erfassschritt 40, wird der Positionsparameter 42 in maximalen zeitlichen Abständen von 500 µs erfasst. In dem Schweißschritt 32, insbesondere dem Erfassschritt 40, wird ein Verlauf des Positionsparameters 42 erfasst.
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In dem Schweißschritt 32, insbesondere dem Erfassschritt 40, wird als der Positionsparameter 42 eine Position, insbesondere der Unterbaugruppe des Servomotors 12, entlang einer Wirkrichtung des Anpressparameters 24, erfasst. In dem Schweißschritt 32, insbesondere dem Erfassschritt 40, wird der Positionsparameter 42 von der Recheneinheit 28 erfasst.
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In dem Schweißschritt 32, insbesondere dem Schweißstartschritt 34, dem Schmelzstartschritt 36, dem Verbindungsschritt 38 und dem Erfassschritt 40, wird der Anpressparameter 24, insbesondere als Anpresskraft, zumindest im Wesentlichen auf einen Anpresssollwert, insbesondere als definierte Anpresskraft, geregelt. Der Anpresssollwert für den Anpressparameter 24 entspricht beispielhaft der definierten Anpresskraft, von insbesondere 60 N.
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In dem Schweißschritt 32, insbesondere dem Schweißstartschritt 34, dem Schmelzstartschritt 36, dem Verbindungsschritt 38 und dem Erfassschritt 40, wird der Anpressparameter 24 innerhalb definierter Toleranzen von maximal 10% des Anpresssollwerts konstant gehalten, insbesondere während des Schmelzens des Dimpelfortsatzes 26.
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In dem Schweißschritt 32, insbesondere dem Schweißstartschritt 34, dem Schmelzstartschritt 36, dem Verbindungsschritt 38 und dem Erfassschritt 40, wird eine Verschweißungsqualität zumindest teilweise über den zumindest einen Positionsparameter 42 ermittelt.
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In dem Schweißschritt 32, insbesondere dem Schweißstartschritt 34, dem Schmelzstartschritt 36, dem Verbindungsschritt 38 und dem Erfassschritt 40, wird die Verschweißungsqualität zumindest teilweise durch Referenzen, welche durch einen maschinellen Lernprozess ermittelt sind, ermittelt.
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In dem Schweißschritt 32, insbesondere dem Schweißstartschritt 34, dem Schmelzstartschritt 36, dem Verbindungsschritt 38 und dem Erfassschritt 40, wird die Verschweißungsqualität zumindest teilweise über einen Verlauf der elektrischen Spannung und/oder über einen Verlauf einer Stromstärke ermittelt.
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In dem Schweißschritt 32, insbesondere dem Schweißstartschritt 34, dem Schmelzstartschritt 36, dem Verbindungsschritt 38 und dem Erfassschritt 40, wird ein aktuell vorliegender elektrischer Spannungsverlauf, Stromstärkeverlauf, Positionsparameterverlauf und/oder Anpressparameterverlauf mit aus dem maschinellen Lernprozess als optimal ermittelten Spannungsverläufen, Stromstärkeverläufen, Positionsparameterverläufen und/oder Anpressparameterverläufen verglichen.
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In dem Schweißschritt 32, insbesondere dem Schweißstartschritt 34, dem Schmelzstartschritt 36, dem Verbindungsschritt 38 und dem Erfassschritt 40, wird aus einem Vergleich eines aktuell vorliegenden elektrischen Spannungsverlaufs, Stromstärkeverlaufs, Positionsparameterverlaufs und/oder Anpressparameterverlaufs mit aus dem maschinellen Lernprozess als optimal ermittelten Spannungsverläufen, Stromstärkeverläufen, Positionsparameterverläufen und/oder Anpressparameterverläufen eine aktuelle Verschweißungsqualität, insbesondere während des Schweißschritts 32, insbesondere während des Schmelzens des Dimpelfortsatzes 26, ermittelt.
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Insbesondere kann in dem Schweißschritt 32, insbesondere dem Schweißstartschritt 34, dem Schmelzstartschritt 36, dem Verbindungsschritt 38 und dem Erfassschritt 40, die elektrische Spannung zu der Elektrodeneinheit 14 und ein Anpressen der Elektrodeneinheit 14 gestoppt werden, in Abhängigkeit der Verschweißungsqualität.
