DE112011103453T5

DE112011103453T5 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausbalancieren von Elektrodenarmen eines Schweißgeräts

Info

Publication number: DE112011103453T5
Application number: DE112011103453T
Authority: DE
Inventors: Florian Braun; Thomas Halach; Thomas Laubacher; Frank Schnur
Original assignee: Norgren GmbH
Current assignee: Norgren GmbH
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2013-08-14
Also published as: WO2012049130A1

Abstract

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbalancieren von Elektrodenarmen (101, 102) eines Schweißgeräts (100) bereitgestellt. Das Schweißgerät (100) weist einen ersten Elektrodenarm (101) und einen zweiten Elektrodenarm (102) auf, die relativ zueinander beweglich sind. Der erste und der zweite Elektrodenarm (101, 102) sind mit einem Bezugsarm (30) verbunden. Das Schweißgerät (100) weist ferner einen mit dem ersten Elektrodenarm (101) und dem Bezugsarm (30) verbundenen Ausgleichsaktor (106) zum Ausgleichen eines Gewichts der Elektrodenarme (101, 102) auf. Der Ausgleichsaktor (106) weist eine erste und eine zweite Fluidkammer (206a, 206b) auf. Das Verfahren zum Ausbalancieren der Elektrodenarme (101, 102) weist einen Schritt zum Bestimmen einer Gleichgewichtskraft zwischen dem ersten Elektrodenarm (110) und dem Bezugsarm (30) auf, wenn das Schweißgerät (100) sich in einer ersten räumlichen Orientierung befindet. Das Schweißgerät (100) wird dann in mindestens eine zweite räumliche Orientierung bewegt, und eine Druckdifferenz zwischen der ersten Fluidkammer (206a) und der zweiten Fluidkammer (206b) des Ausgleichsaktors (106) wird eingestellt, um die Gleichgewichtskraft aufrechtzuerhalten.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft Schweißgeräte und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausbalancieren von Elektrodenarmen eines Schweißgeräts.
Hintergrund der Erfindung
Schweißgeräte, wie beispielsweise Widerstands-Punktschweißgeräte, Ultraschallschweißgeräte, usw. sind auf dem Fachgebiet bekannt, z. B. vom europäischen Patent Nr. 1830979 , das für die vorliegenden Anmelder erteilt und hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist. Punktschweißgeräte weisen typischerweise zwei gegenüberliegende Elektrodenarme auf, die unter Verwendung zweier fluidbetätigter Aktoren in Position bewegt werden. Einer der Elektrodenarme wird allgemein als ein ”statischer” Arm betrachtet, dessen Bewegung allgemein eingeschränkt ist, während der andere Elektrodenarm, der als ”dynamischer” Arm bezeichnet wird, sich über eine wesentlich größere Strecke in Position bewegt, um einen Schweißvorgang auszuführen. Der erste fluidbetätigte Aktor, der häufig als ein Klemmaktor bezeichnet wird, ist mit beiden Elektrodenarmen verbunden. Der Klemmaktor steuert die allgemeine Bewegung der Arme, um die zu verschweißenden Bleche in Kontakt zu bringen. Der zweite fluidbetätigte Aktor, der häufig als Ausgleichsaktor bezeichnet wird, ist mit einer stationären Komponente, z. B. mit einem Roboterarm, und mit dem statischen Elektrodenarm verbunden. Der Ausgleichsaktor wird betätigt, um eine konstante Kraft auf die Arme aufrechtzuerhalten und somit eine Beschädigung der Bleche zu verhindern. D. h., der Ausgleichsaktor wirkt dem Gewicht des statischen Arms entgegen, um zu vermeiden, dass die zu verschweißenden Bleche durch die Klemmwirkung gebogen werden. Dieser sogenannte ”Gewichtsausgleich” wird häufig unter Verwendung eines doppeltwirkenden Aktors durch eine variable Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern des Ausgleichsaktors erzielt.
Es ist ersichtlich, dass die zum Aufrechterhalten eines geeigneten Gewichtsausgleichs des statischen Elektrodenarms erforderliche Druckdifferenz sich für jede Gewichtskraft in Abhängigkeit von der räumlichen Orientierung der Elektrodenarme ändert. Wenn beispielsweise der Roboterarm die Elektrodenarme derart bewegt, dass die Arme sich in einer vertikalen Orientierung erstrecken, wird der größte Teil des Gewichts der Arme nicht derart wirken, dass die Elektroden sich einander annähern, so dass eine kleinere Druckdifferenz erforderlich ist, um dem Gewicht der Elektrodenarme entgegenzuwirken. Wenn die Elektrodenarme sich dagegen in eine horizontale Richtung erstrecken, wirkt das Gewicht der Arme derart, dass die Arme sich einander nähern oder sich um den Roboterarm drehen, so dass eine größere Druckdifferenz erforderlich sein kann, um einen Gewichtsausgleich aufrechtzuerhalten. Aufgrund der Änderung des Gewichtsausgleichs bezüglich der räumlichen Orientierung ändert sich die erforderliche Druckdifferenz basierend auf der räumlichen Orientierung der Elektrodenarme.
Herkömmliche Schweißgeräte haben versucht, die geeignete Kraft durch Berücksichtigen des Gewichts der Elektrodenarme in verschiedenen räumlichen Positionen aufrechtzuerhalten. Die Ansätze des Stands der Technik erfordern jedoch häufig komplexe Systeme oder stellen Systeme bereit, die ungeeignet funktionieren. Nicht nur das Gewicht der Elektrodenarme muss berücksichtigt werden, sondern auch die durch den Klemmaktor und den Ausgleichsaktor bereitgestellte Kraft.
Daher besteht auf dem Fachgebiet Bedarf für ein System und ein Verfahren zum geeigneten Ausbalancieren der Elektrodenarme eines Schweißgeräts. Außerdem besteht auf dem Fachgebiet Bedarf für ein System und ein Verfahren, durch die eine geeignete Ausbalancierung der Elektrodenarme eines Schweißgeräts exakt und zuverlässig überprüft wird. Die vorliegende Erfindung eliminiert diese und andere Probleme und stellt eine Weiterentwicklung des Stands der Technik dar.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbalancieren von Elektrodenarmen eines Schweißgeräts bereitgestellt. Das Schweißgerät weist einen ersten Elektrodenarm und einen zweiten Elektrodenarm auf, die relativ zueinander beweglich und mit einem Bezugsarm verbunden sind. Das Schweißgerät weist ferner einen Ausgleichsaktor mit einer ersten und einer zweiten Fluidkammer auf, der mit dem ersten Elektrodenarm und dem Bezugsarm verbunden ist, um das Gewicht der Elektrodenarme auszugleichen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren das Bestimmen einer Gleichgewichtskraft zwischen dem ersten Elektrodenarm und dem Bezugsarm auf, wenn das Schweißgerät sich in einer ersten räumlichen Orientierung befindet. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren ferner einen Schritt zum Bewegen des Schweißgeräts in mindestens eine zweite räumliche Orientierung auf. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren einen Schritt zum Einstellen einer Druckdifferenz zwischen der ersten Fluidkammer und der zweiten Fluidkammer des Ausgleichsaktors zum Aufrechterhalten der Gleichgewichtskraft auf.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbalancieren von Elektrodenarmen eines Schweißgeräts bereitgestellt. Das Schweißgerät weist einen ersten Elektrodenarm und einen zweiten Elektrodenarm auf, die relativ zueinander beweglich und mit einem Bezugsarm verbunden sind. Das Schweißgerät weist ferner einen Ausgleichsaktor mit einer ersten und einer zweiten Fluidkammer, der mit dem ersten Elektrodenarm und dem Bezugsarm verbunden ist, um das Gewicht der Elektrodenarme auszugleichen, und einen mit dem ersten und dem zweiten Elektrodenarm verbundenen Klemmaktor auf. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren ferner einen Schritt zum Bestimmen einer räumlichen Orientierung des Schweißgeräts auf. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren ferner einen Schritt zum Bestimmen eines Klemmdrucks auf, der im Klemmaktor erforderlich ist, um den ersten und den zweiten Elektrodenarm bei der bestimmten räumlichen Orientierung mit einer vorgegebenen Klemmkraft zu betätigen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Schweißgerät bereitgestellt. Das Schweißgerät weist einen ersten Elektrodenarm und einen zweiten Elektrodenarm auf, die relativ zueinander beweglich und mit einem Bezugsarm verbunden sind. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Schweißgerät ferner einen Ausgleichsaktor mit einer ersten und einer zweiten Fluidkammer auf, der mit dem ersten Elektrodenarm und dem Bezugsarm verbunden ist, um das Gewicht der Elektrodenarme auszugleichen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Schweißgerät ferner einen mit dem ersten Elektrodenarm und dem Bezugsarm verbundenen Kraftsensor auf.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Schweißgerät bereitgestellt. Das Schweißgerät weist einen ersten Elektrodenarm und einen zweiten Elektrodenarm auf, die relativ zueinander beweglich und mit einem Bezugsarm verbunden sind. Das Schweißgerät weist ferner einen Ausgleichsaktor mit einer ersten und einer zweiten Fluidkammer auf, der mit dem ersten Elektrodenarm und dem Bezugsarm verbunden ist, um das Gewicht der Elektrodenarme auszugleichen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Schweißgerät ferner einen Positionssensor zum Erfassen einer räumlichen Position auf, der dazu geeignet ist, die räumliche Orientierung des Schweißgeräts zu bestimmen, und mit dem ersten Elektrodenarm verbunden ist, und einen mit dem ersten und dem zweiten Elektrodenarm verbundenen Klemmaktor. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Schweißgerät ferner ein Steuersystem mit einem Verarbeitungssystem auf, das dafür konfiguriert ist, eine räumliche Orientierung des Schweißgeräts zu bestimmen und einen Klemmdruck zu bestimmen, der im Klemmaktor erforderlich ist, um den ersten und den zweiten Elektrodenarm bei der bestimmten räumlichen Orientierung mit einer vorgegebenen Klemmkraft zu betätigen.
Aspekte
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Ausbalancieren von Elektrodenarmen eines Schweißgeräts mit einem ersten Elektrodenarm und einem zweiten Elektrodenarm, die relativ zueinander beweglich und mit einem Bezugsarm verbunden sind, und mit einem Ausgleichsaktor mit einer ersten und einer zweiten Fluidkammer, der mit dem ersten Elektrodenarm und dem Bezugsarm verbunden ist, um ein Gewicht der Elektrodenarme auszugleichen, die Schritte auf:
Bestimmen einer Gleichgewichtskraft zwischen dem ersten Elektrodenarm und dem Bezugsarm, wenn das Schweißgerät sich in einer ersten räumlichen Orientierung befindet; und
Einstellen einer Druckdifferenz zwischen der ersten Fluidkammer und der zweiten Fluidkammer des Ausgleichsaktors, um die Gleichgewichtskraft aufrechtzuerhalten, wenn das Schweißgerät sich in mindestens einer zweiten räumlichen Orientierung befindet.
Vorzugsweise weist das Schweißgerät ferner einen mit dem ersten und dem zweiten Elektrodenarm verbundenen Klemmaktor auf, wobei das Verfahren ferner einen Schritt zum Bestimmen einer Klemmkraft aufweist, die im Klemmaktor erforderlich ist, um den ersten und den zweiten Elektrodenarm mit einer vorgegebenen Klemmkraft zu betätigen.
Vorzugsweise wird der Klemmdruck basierend auf der Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer des Ausgleichsaktors bestimmt, die zum Aufrechterhalten der Gleichgewichtskraft erforderlich ist.
Vorzugsweise wird die Gleichgewichtskraft durch einen mit dem ersten Elektrodenarm und dem Bezugsarm verbundenen Kraftsensor bestimmt.
Vorzugsweise weist das Schweißgerät ferner einen Positionssensor mit einem mit dem ersten Elektrodenarm verbundenen ersten Abschnitt und einem mit dem Bezugsarm verbundenen zweiten Abschnitt auf, wobei das Verfahren ferner die Schritte aufweist:
Bestimmen einer räumlichen Orientierung des ersten Elektrodenarms unter Verwendung des ersten Abschnitts des Positionssensors;
Bestimmen einer räumlichen Orientierung des Bezugsarms unter Verwendung des zweiten Abschnitts des Positionssensors; und
Vergleichen der räumlichen Orientierung des ersten Elektrodenarms mit der räumlichen Orientierung des Bezugsarms, um den Gewichtsausgleich der Elektrodenarme zu prüfen.
Vorzugsweise weist der Ausgleichsaktor ferner einen mit einem ersten Abschnitt verbundenen Magnet und eine mit einem zweiten Abschnitt verbundene Wicklung auf, wobei das Verfahren ferner einen Schritt zum Bestimmen einer Bewegung des Ausgleichsaktors basierend auf einer durch eine Bewegung des Magneten bezüglich der Wicklung erzeugten Spannung aufweist.
Vorzugsweise weist der Schritt zum Einstellen der Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer des Ausgleichsaktors das Betätigen eines 3/2-Wege-Proportionaldruckregelventils in Serie mit einem 5/2-Wegeventil auf, die mit einer Druckfluidquelle in Fluidkommunikation stehen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Ausgleichen von Elektrodenarmen eines Schweißgeräts mit einem ersten Elektrodenarm und einem zweiten Elektrodenarm, die relativ zueinander beweglich und mit einem Bezugsarm verbunden sind, einem Ausgleichsaktor mit einer ersten und einer zweiten Fluidkammer, der mit dem ersten Elektrodenarm und dem Bezugsarm verbunden ist, um ein Gewicht der Elektrodenarme auszugleichen, und einem mit dem ersten und dem zweiten Elektrodenarm verbundenen Klemmaktor die Schritte auf:
Bestimmen einer räumlichen Orientierung des Schweißgeräts; und
Bestimmen eines Klemmdrucks, der im Klemmaktor erforderlich ist, um den ersten und den zweiten Elektrodenarm bei der bestimmten räumlichen Orientierung mit einer vorgegebenen Klemmkraft zu betätigen.
Vorzugsweise wird die räumliche Orientierung unter Verwendung eines mit dem ersten Elektrodenarm verbundenen Positionssensors zum Erfassen einer räumlichen Position bestimmt.
Vorzugsweise ist der Positionssensor zum Erfassen einer räumlichen Position ein digitaler Positionssensor zum Erfassen einer räumlichen Position.
Vorzugsweise weist das Verfahren ferner einen Schritt zum Bestimmen einer Druckdifferenz auf, die zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer erforderlich ist, um die Elektrodenarme bei der bestimmten räumlichen Orientierung auszubalancieren.
Vorzugsweise weist das Verfahren ferner einen Schritt zum Einstellen der Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer des Ausgleichsaktors zum Ausbalancieren der Elektrodenarme bei der bestimmten räumlichen Orientierung durch Betätigen eines 3/2-Wege-Proportionaldruckregelventils in Serie mit einem 5/2-Wegeventil auf, die mit einer Druckfluidquelle in Fluidkommunikation stehen.
Vorzugsweise weist das Schweißgerät ferner einen Positionssensor mit einem mit dem ersten Elektrodenarm verbundenen ersten Abschnitt und einem mit dem Bezugsarm verbundenen zweiten Abschnitt auf, wobei das Verfahren ferner die Schritte aufweist:
Bestimmen einer räumlichen Orientierung des ersten Elektrodenarms unter Verwendung des ersten Abschnitts des Positionssensors;
Bestimmen einer räumlichen Orientierung des Bezugsarms unter Verwendung des zweiten Abschnitts des Positionssensors; und
Vergleichen der räumlichen Orientierung des ersten Elektrodenarms mit der räumlichen Orientierung des Bezugsarms, um den Gewichtsausgleich der Elektrodenarme zu prüfen.
Vorzugsweise weist der Ausgleichsaktor ferner einen mit einem ersten Abschnitt verbundenen Magnet und eine mit einem zweiten Abschnitt verbundene Wicklung auf, wobei das Verfahren ferner einen Schritt zum Bestimmen einer Bewegung des Ausgleichsaktors basierend auf einer durch eine Bewegung des Magneten bezüglich der Wicklung erzeugten Spannung aufweist.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung weist ein Schweißgerät auf:
einen ersten Elektrodenarm und einen zweiten Elektrodenarm, die relativ zueinander beweglich und mit einem Bezugsarm verbunden sind;
einen Ausgleichsaktor mit einer ersten und einer zweiten Fluidkammer, der mit dem ersten Elektrodenarm und dem Bezugsarm verbunden ist, um ein Gewicht der Elektrodenarme auszugleichen; und
einen mit dem ersten Elektrodenarm und dem Bezugsarm verbundenen Kraftsensor.
Vorzugsweise weist das Schweißgerät ferner ein Steuersystem mit einem Verarbeitungssystem auf, das dafür konfiguriert ist:
unter Verwendung eines Signals vom Kraftsensor eine Gleichgewichtskraft zwischen dem ersten Elektrodenarm und dem Bezugsarm zu bestimmen, wenn das Schweißgerät sich in einer ersten räumlichen Orientierung befindet;
das Schweißgerät in mindestens eine zweite räumliche Orientierung zu bewegen; und
die Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer des Ausgleichsaktors einzustellen, um die Gleichgewichtskraft aufrechtzuerhalten.
Vorzugsweise weist das Schweißgerät ferner einen mit dem ersten Elektrodenarm und dem zweiten Elektrodenarm verbundenen Klemmaktor auf, wobei das Verarbeitungssystem ferner dafür konfiguriert ist:
einen Klemmdruck zu bestimmen, der im Klemmaktor erforderlich ist, um den ersten und den zweiten Elektrodenarms mit der vorgegebenen Klemmkraft zu betätigen.
Vorzugsweise basiert der Klemmdruck auf der Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer des Ausgleichsaktors, die erforderlich ist, um die Gleichgewichtskraft aufrechtzuerhalten.
Vorzugsweise weist das Schweißgerät ferner einen Positionssensor mit einem mit dem ersten Elektrodenarm verbundenen ersten Abschnitt und einem mit dem Bezugsarm verbundenen zweiten Abschnitt auf.
Vorzugsweise weist das Schweißgerät ferner ein Steuersystem mit einem Verarbeitungssystem auf, das dafür konfiguriert ist:
eine räumliche Orientierung des ersten Elektrodenarms unter Verwendung des ersten Abschnitts des Positionssensors zu bestimmen;
eine räumliche Orientierung des Bezugsarms unter Verwendung des zweiten Abschnitts des Positionssensors zu bestimmen; und
die räumliche Orientierung des ersten Elektrodenarms mit der räumlichen Orientierung des Bezugsarms zu vergleichen, um den Gewichtsausgleich der Elektrodenarme zu prüfen.
Vorzugsweise weist das Schweißgerät ferner einen mit einem ersten Abschnitt des Ausgleichsaktors verbundenen Magnet und eine mit einem zweiten Abschnitt des Ausgleichsaktors verbundene Wicklung und ein Steuersystem mit einem Verarbeitungssystem auf, das dafür konfiguriert ist, eine Bewegung des Ausgleichsaktors basierend auf einer durch eine Bewegung des Magneten relativ zur Wicklung erzeugten Spannung zu bestimmen.
Vorzugsweise weist das Schweißgerät ferner ein 3/2-Wege-Proportionaldruckregelventil in Serie mit einem 5/2-Wegeventil auf, um selektiv eine Fluidkommunikation zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer des Ausgleichsaktors und einer Druckfluidquelle bereitzustellen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung weist ein Schweißgerät auf:
einen ersten Elektrodenarm und einen zweiten Elektrodenarm, die relativ zueinander beweglich und mit einem Bezugsarm verbunden sind;
einen Ausgleichsaktor mit einer ersten und einer zweiten Fluidkammer, der mit dem ersten Elektrodenarm und dem Bezugsarm verbunden ist, um das Gewicht der Elektrodenarme auszugleichen;
einen Positionssensor zum Erfassen einer räumlichen Orientierung, der dazu geeignet ist, die räumliche Orientierung des Schweißgeräts zu bestimmen, und mit dem ersten Elektrodenarm verbunden ist;
einen mit dem ersten und dem zweiten Elektrodenarm verbundenen Klemmaktor;
ein Steuersystem mit einem Verarbeitungssystem, das dafür konfiguriert ist:
eine räumliche Orientierung des Schweißgeräts zu bestimmen; und
einen Klemmdruck zu bestimmen, der im Klemmaktor erforderlich ist, um den ersten und den zweiten Elektrodenarm bei der bestimmten räumlichen Orientierung mit einer vorgegebenen Klemmkraft zu betätigen.
Vorzugsweise ist der Positionssensor zum Erfassen einer räumlichen Position ein digitaler Positionssensor zum Erfassen einer räumlichen Position.
Vorzugsweise ist das Verarbeitungssystem ferner dafür konfiguriert, eine Druckdifferenz zu bestimmen, die zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer erforderlich ist, um die Elektrodenarme bei der bestimmten räumlichen Orientierung auszubalancieren.
Vorzugsweise weist das Schweißgerät ferner ein 3/2-Wege-Proportionaldruckregelventil in Serie mit einem 5/2-Wegeventil auf, um selektiv eine Fluidkommunikation zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer des Ausgleichsaktors und einer Druckfluidquelle bereitzustellen.
Vorzugsweise weist das Schweißgerät ferner einen Positionssensor mit einem mit dem ersten Elektrodenarm verbundenen ersten Abschnitt und einem mit dem Bezugsarm verbundenen zweiten Abschnitt auf, wobei das Verarbeitungssystem ferner dafür konfiguriert ist:
eine räumliche Orientierung des ersten Elektrodenarms unter Verwendung des ersten Abschnitts des Positionssensors zu bestimmen;
eine räumliche Orientierung des Bezugsarms unter Verwendung des zweiten Abschnitts des Positionssensors zu bestimmen; und
die räumliche Orientierung des ersten Elektrodenarms mit der räumlichen Orientierung des Bezugsarms zu vergleichen, um den Gewichtsausgleich der Elektrodenarme zu prüfen.
Vorzugsweise weist das Schweißgerät ferner einen mit einem ersten Abschnitt des Ausgleichsaktors verbundenen Magnet und eine mit einem zweiten Abschnitt des Ausgleichsaktors verbundene Wicklung auf, wobei das Verarbeitungssystem ferner dafür konfiguriert ist, eine Bewegung des Ausgleichsaktors basierend auf einer durch eine Bewegung des Magneten relativ zur Wicklung erzeugten Spannung zu bestimmen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schweißgeräts 100;
2 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schweißgeräts;
3 zeigt einen Ausgleichsaktor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schweißgeräts;
5 zeigt eine Druckdifferenzbestimmungsroutine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
6 zeigt eine Gewichtsausgleichroutine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die 1–6 und die folgende Beschreibung stellen spezifische Beispiele dar, die es Fachleuten ermöglichen, die als am besten erachtete Implementierung der Erfindung realisieren und zu verwenden. Zum Darstellen erfindungsgemäßer Prinzipien sind einige herkömmliche Aspekte vereinfacht oder weggelassen worden. Für Fachleute ist offensichtlich, dass innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung Modifikationen dieser Beispiele möglich sind. Für Fachleute ist ferner ersichtlich, dass die nachstehend beschriebenen Merkmale auf verschiedene Weisen kombinierbar sind, um mehrere Modifikationen der Erfindung zu realisieren. Daher ist die Erfindung nicht auf die nachstehend beschriebenen spezifischen Beispiele beschränkt, sondern ausschließlich durch die Ansprüche und ihre Äquivalente.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schweißgeräts 100. Das Schweißgerät 100 weist zwei Elektrodenarme 101, 102 auf, die jeweils eine zum Verschweißen von Blechen 20a, 20b verwendete Elektrode 12, 22 aufweisen, wie auf dem Fachgebiet allgemein bekannt ist. Die Elektrodenarme 101, 102 sind relativ zueinander beweglich. Die Elektrodenarme 101, 102 können mit einem Bezugsarm 30 verbunden sein und sind um den Bezugsarm frei drehbar. Der Bezugsarm 30 kann eine stationäre Komponente oder eine bewegliche Komponente, wie beispielsweise einen Roboterarm, aufweisen. Die Elektrodenarme 101, 102 sind in der Darstellung z. B. an einem Gelenkpunkt 31 mit dem Bezugsarm 30 verbunden. Beispielsweise können die Elektrodenarme 101, 102 unter Verwendung eines Drehzapfens oder dergleichen mit dem Bezugsarm 30 verbunden sein. Der Bezugsarm 30 kann beispielsweise Teil eines Roboters (nicht dargestellt) sein, der das Schweißgerät 100 in verschiedene räumliche Orientierungen bewegen kann, um einen Schweißvorgang bezüglich den zu verschweißenden Blechen 20 auszuführen. In einigen Ausführungsformen kann der Bezugsarm 30 dazu geeignet sein, das Schweißgerät 100 in drei Dimensionen zu bewegen, anstatt einfach um eine einzelne Achse zu drehen, wie dies in den meisten herkömmlichen Systemen vorgesehen ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der erste Elektrodenarm 101 ein ”statischer” Arm dahingehend, dass der Arm 101 in einer relativ konstanten Position gehalten wird. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Elektrodenarm 102 ein ”dynamischer” Arm, der unter Verwendung eines Klemmaktors 103 in Position bewegt wird. Daher kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, nachdem der Bezugsarm 30 die Elektrodenarme 101, 102 bezüglich den Blechen 20a, 20b in eine gewünschte Position bewegt hat, der Elektrodenarm 101 in die in 1 dargestellte Position bewegt werden, wo die Elektrode 12 mit dem Blech 20a in Kontakt steht. Der Elektrodenarm 101 kann durch Betätigen des Klemmaktors 103, eines Ausgleichsaktors 106 oder einer Kombination davon in die in 1 dargestellte Position bewegt werden. Wenn der statische Elektrodenarm 101 mit dem Blech 20a in Kontakt steht, kann der dynamische Elektrodenarm 102 durch Betätigen des Klemmaktors 103 in eine Schweißposition bewegt werden. In einer Schweißposition kann die zweite Elektrode 22 mit dem zweiten Blech 20b in Kontakt stehen.
Der Klemmaktor 103 hat die allgemeine Form eines fluidbetätigten Aktors mit einer in einem Zylinder 105 beweglichen Kolbeneinheit 104. Die Kolbeneinheit 104 teilt den Zylinder 105 in eine erste Fluidkammer 105a und eine zweite Fluidkammer 105b. Der Zylinder 105 ist in der Darstellung mit dem ersten Elektrodenarm 101 verbunden, während die Kolbeneinheit 104 in der Darstellung mit dem zweiten Elektrodenarm 102 verbunden ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Klemmaktor 103 nicht direkt mit dem Bezugsarm 30 verbunden, wie in 1 durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Daher drehen sich, wenn die Kolbeneinheit 104 sich in Antwort auf eine Druckfluidzufuhr innerhalb des Zylinders 105 bewegt, die Elektrodenarme 101, 102 um den Punkt 31, so dass sie sich entweder zu den Blechen 20a, 20b hin bewegen und diese festklemmen oder von den Blechen 20a, 20b weg bewegen. Das dem Klemmaktor 103 zugeführte Druckfluid kann eine Flüssigkeit oder ein Gas sein. Typischerweise wird Luft verwendet, die vorliegende Erfindung ist aber keinesfalls auf Luft beschränkt. Die zum Zuführen von Fluid zum Klemmaktor 103 verwendete Druckfluidzufuhr ist in der Zeichnung weggelassen, um sie zu vereinfachen. Der Klemmaktor 103 kann von einer in 1 dargestellten ersten Position zu einer zweiten Position betätigt werden, um die Elektrode 22 in Kontakt mit dem Blech 20b zu bewegen. Der Klemmaktor 103 kann durch Zuführen eines Druckfluids zum Zylinder 105 betätigt werden, wie auf dem Fachgebiet allgemein bekannt ist, um eine Klemmdruckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Kammer 105a, 105b zu erzeugen. Die verschiedenen Fluidleitungen und Ventile, die zum Betätigen des Klemmaktors 105 verwendet werden, sind in 1 nicht dargestellt, um die Zeichnung zu vereinfachen. Obwohl die Elektrodenarme 101, 102 um den Punkt 31 frei drehbar sind, werden die Elektrodenarme 101, 102 vor und während der Betätigung des Klemmaktors 103 in einer ”Schwebe”position gehalten, gemäß der das Gewicht der Elektrodenarme 101, 102 durch den Ausgleichsaktor 106 im Wesentlichen ausgeglichen wird.
Der Ausgleichsaktor 106 ist dafür vorgesehen, den Elektrodenarm 101 in einer ”Schwebe”position zu halten, gemäß der das Gewicht der Elektrodenarme 101, 102 ausbalanciert ist und die Position des Elektrodenarms 101 im Wesentlichen stationär bleibt. Wenn die Position des Klemmaktors 103 konstant gehalten wird, ist der Elektrodenarm 102 ähnlicherweise ausbalanciert. Der Ausgleichsaktor 106 kann daher die Elektrodenarme 101, 102 in einer im Wesentlichen stationären Position halten, obwohl sie sich um den Punkt 31 drehen können. Die nachstehende Diskussion betrifft hauptsächlich das Ausbalancieren des Elektrodenarms 101, es ist jedoch ersichtlich, dass, weil die beiden Elektrodenarme 101, 102 durch den Klemmaktor 103 verbunden sind, auch das Gewicht des Elektrodenarms 102 für eine vorgegebene Position des Klemmaktors 103 ausbalanciert werden kann.
Wie ersichtlich ist, können, indem der Elektrodenarm 101 mit dem Klemmaktor 103, dem Bezugsarm 20 und dem Ausgleichsaktor 106 verbunden ist, verschiedene Kräfte auf den Elektrodenarm 101 wirken. Der Ausgleichsaktor 106 kann diese Kräfte durch Einstellen der Druckdifferenz innerhalb des Ausgleichsaktors 106 vorteilhaft berücksichtigen. Daher kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Ausgleichsaktor 106 das Ungleichgewicht der Elektrodenarme 101, 102, während sie sich um den Punkt 31 des Bezugsarms 30 drehen, ausgleichen. Der Ausgleichsaktor 106 kann daher eine gewünschte Kontaktkraft zwischen den Elektrodenarmen 101, 102 und den Blechen 20a, 20b aufrechterhalten und somit vermeiden, dass die Bleche 20a, 20b sich biegen. Beispielsweise kann, wenn das Gewicht des Elektrodenarms 101 ausgeglichen ist, die Klemmkraft gesteuert werden, die auf die Bleche 20a, 20b ausgeübt wird, wenn die Elektroden 12, 22 mit den Blechen 20a, 20b in Kontakt kommen. Außerdem kann, weil die Elektrodenarme 101, 102 sich um den Punkt 31 drehen können, die Klemmkraft bezüglich den Blechen 20a, 20b im Wesentlichen ausgeglichen werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein erster Abschnitt des Ausgleichsaktors 106 mit dem Bezugsarm 30 oder mit einer anderen feststehenden Komponente verbunden, während ein zweiter Abschnitt des Ausgleichsaktors 106 mit dem Elektrodenarm 101 verbunden ist. In der dargestellten Ausführungsform ist der Zylinder 107 mit dem Bezugsarm 30 verbunden, während die Kolbeneinheit 108 mit dem Elektrodenarm 101 verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann eine im Ausgleichsaktor 106 erzeugte Druckdifferenz gesteuert werden, um das Gewicht der Elektrodenarme 101, 102 auszugleichen. Wie ersichtlich ist, wird die zum Ausgleichen des Gewichts des Elektrodenarms 101 erforderliche Druckdifferenz von der räumlichen Orientierung des Schweißgeräts 100 abhängen. Im vorstehend erwähnten europäischen Patent Nr. 1830979 des Stands der Technik wurde, sobald das Schweißgerät sich in der gewünschten räumlichen Orientierung befand, der Ausgleichsaktor auf eine vorgegebene Position eingestellt und wurde die Druckdifferenz gemessen. Diese Druckdifferenz wurde dann während des gesamten Ausgleichsvorgangs aufrechterhalten. Obgleich diese Vorgehensweise in einigen Fällen geeignete Ergebnisse lieferte, haben die vorliegenden Anmelder verbesserte Verfahren zum Bestimmen einer gewünschten Druckdifferenz entwickelt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Schweißgerät 100 einen oder mehrere Positionssensoren 110 zum Erfassen einer räumlichen Position aufweisen. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Positionssensor 110 zum Erfassen einer räumlichen Position mit dem Elektrodenarm 101 verbunden. Es ist jedoch klar, dass in anderen Ausführungsformen der Positionssensor 110 zum Erfassen einer räumlichen Position nicht direkt mit dem Elektrodenarm 101 verbunden sein muss, sondern stattdessen über eine andere Komponente des Schweißgeräts 100, z. B. über den Ausgleichsaktor 106, mit dem Elektrodenarm 101 verbunden sein kann. Weil der Positionssensor 110 zum Erfassen einer räumlichen Position dafür vorgesehen ist, die räumliche Orientierung des Elektrodenarms 101 zu bestimmen, sollte der Positionssensor 110 zum Erfassen einer räumlichen Position jedoch mit einer Komponente des Schweißgeräts 100 verbunden sein, die mindestens mit der räumlichen Orientierung des Elektrodenarms 101 in Beziehung steht. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Positionssensor 110 zum Erfassen einer räumlichen Position dafür konfiguriert sein, eine räumliche Orientierung des Schweißgeräts 100 und insbesondere die räumliche Orientierung des Elektrodenarms 101 zu bestimmen. Der Positionssensor 110 zum Erfassen einer räumlichen Position kann verschiedene bekannte Einrichtungen aufweisen, wie beispielsweise Beschleunigungsmesser, Gyroskope oder Drehgeber. Der spezifische Typ des Positionssensors zum Erfassen einer räumlichen Position soll den Umfang der vorliegenden Erfindung in keinerlei Hinsicht einschränken.
Obwohl analoge Positionssensoren zum Erfassen einer räumlichen Position bekannt und in einigen Ausführungsformen der Erfindung verwendbar sind, ist der Positionssensor zum Erfassen einer räumlichen Position gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein digitaler Positionssensor. Digitale Positionssensoren haben eine Reihe von Vorteilen gegenüber analogen Positionssensoren zum Erfassen einer räumlichen Position. Beispielsweise ist eine exakte Orientierung des analogen Positionssensors zum Erfassen einer räumlichen Position auf dem Elektrodenarm 101 erforderlich, um exakte Messergebnisse zu erhalten. Digitale Positionssensoren zum Erfassen einer räumlichen Position können dagegen leicht kalibriert werden, nachdem sie mit dem Elektrodenarm 101 verbunden sind. Daher ist eine exakte Positionierung der digitalen Positionssensoren nicht so kritisch wie die Positionierung analoger Positionssensoren. Außerdem ist bei Verwendung eines digitalen Positionssensors kein Analog-Digital-Wandler erforderlich, wodurch die Kosten und die Größe des Geräts reduziert werden. In einigen Ausführungsformen kann durch die Verwendung eines digitalen Positionssensors durch Eliminieren der zum Umwandeln des Analogsignals in ein Digitalsignal aufgewendeten Zeit eine schnellere Verarbeitung ermöglicht werden.
In einigen Ausführungsformen kann der Positionssensor 110 zum Erfassen einer räumlichen Position dafür konfiguriert sein, die Orientierung des Schweißgeräts 100 um eine Achse zu bestimmen, z. B. eine Bewegung des Schweißgeräts 100, wenn der Bezugsarm 30 sich um die z-Achse dreht. In anderen Ausführungsformen kann der Bezugsarm 30 dazu geeignet sein, das Schweißgerät 100 auch um die x-Achse zu drehen. In diesen Ausführungsformen kann der Positionssensor 110 zum Erfassen einer räumlichen Position ein Sensor sein, der in der Lage ist, die räumliche Orientierung des Schweißgeräts 100, und insbesondere des Elektrodenarms 101, in mehr als einer Dimension zu bestimmen. Obwohl das Schweißgerät 100 sich auch um die y-Achse drehen kann, ist eine derartige Drehung in der vorliegenden Anmeldung nicht von Interesse, weil eine Drehung um die y-Achse das Gewicht des Elektrodenarms 101 nicht ändert, das durch den Ausgleichsaktor 106 ausgeglichen werden muss. Daher ist bei einer Drehung des Schweißgeräts 100 um die y-Achse keine Änderung der Druckdifferenz im Ausgleichsaktor 106 erforderlich, um das Gewicht der Elektrodenarme 101, 102 auszugleichen.
Wie ersichtlich ist, wird sich, wenn die Orientierung des Schweißgeräts 100 sich ändert, die Druckdifferenz ändern, die im Ausgleichsaktor 106 erforderlich ist, um die auf die Elektrodenarme 101, 102 parallel zur Bewegung des Ausgleichsaktors 106 wirkende Gravitationskraft F_g auszugleichen. Ein Grund für die Änderung ist die asymmetrische Montage der Elektrodenarme 101, 102 in Kombination mit dem Klemmaktor 103 auf dem Bezugsarm 30.
Vorausgesetzt, dass die Gravitationskraft in der –y-Richtung wirkt, wie in den Figuren dargestellt ist, wird in der in 1 dargestellten Position eine maximale Druckdifferenz im Ausgleichsaktor 106 erforderlich sein. Dies ist der Fall, weil das Gewicht der Elektrodenarme 101, 102 im Wesentlichen parallel zur Bewegung der Kolbeneinheit 108 wirkt, die in der in 1 dargestellten Orientierung in der ±y-Richtung erfolgt. Wenn dagegen der Bezugsarm 30 das Schweißgerät 100 um etwa 90° um die z-Achse dreht, wirkt die auf die Elektrodenarme 101, 102 wirkende Gravitationskraft weiterhin in die –y-Richtung, der Ausgleichsaktor 106 würde sich jedoch in die ±x-Richtung bewegen. Daher wird das Gewicht der Elektrodenarme 101, 102 im Wesentlichen senkrecht zur Bewegung des Ausgleichsaktors 106 wirken. Infolgedessen kann eine wesentlich kleinere Druckdifferenz im Ausgleichsaktor 106 erforderlich sein. Eine weitere Drehbewegung des Schweißgeräts um weitere 90°, also um insgesamt 180°, würde erneut eine maximale Druckdifferenz erfordern, der Druck würde jedoch erfordern, dass die Kolbeneinheit 108 in der Orientierung von 1 eine Kolbenausfahrkraft anstatt einer Kolbeneinziehkraft bereitstellt. Ähnlicherweise wird, beginnend von der in 1 dargestellten Position, wenn der Bezugsarm 30 das Schweißgerät 100 um etwa 90° um die x-Achse dreht, das Gewicht der Elektrodenarme 101, 102 erneut etwa senkrecht zur Bewegung des Ausgleichsaktors 106 wirken. Unter Verwendung der durch den Positionssensor 110 bestimmten räumlichen Orientierung des Schweißgeräts 100 kann die im Ausgleichsaktor 106 erforderliche Druckdifferenz leicht bestimmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die im Ausgleichsaktor 106 erforderliche Druckdifferenz während einer Anfangskalibrierung für eine oder mehrere räumliche Orientierungen bestimmt werden. Beispielsweise kann das Schweißgerät 100 zwischen 0–90° um die z-Achse gedreht werden, während die im Ausgleichsaktor 106 erforderliche Druckdifferenz zum Ausgleichen des Gewichts der Elektrodenarme 101, 102 an einer oder an mehreren Stellen zwischen der 0–90°-Bewegung bestimmt wird. Die verschiedenen Druckdifferenzen können beispielsweise in Kombination mit entsprechenden räumlichen Orientierungen in einem Speichersystem 352 (vergl. 3) für einen späteren Abruf gespeichert werden. Eine ähnliche Kalibrierung kann ausgeführt werden, wenn das Schweißgerät 100 um die x-Achse gedreht wird. Es ist ersichtlich, dass die Kalibrierung nicht auf 90° beschränkt sein muss, sondern auch über eine vollständige 360°-Drehung oder ein anderes gewünschtes Drehmaß ausgeführt werden kann.
Alternativ zur vorstehend beschriebenen Kalibrierung kann die im Ausgleichsaktor 106 erforderliche Druckdifferenz mathematisch bestimmt werden. Beispielsweise kann die erforderliche Druckdifferenz bei einer Anfangsbezugsposition bestimmt werden, z. B. bei der in 1 dargestellten Position. Dies würde ein Maximalgewicht der Elektrodenarme 101, 102 ergeben, das parallel zur Bewegung des Ausgleichsaktors 106 wirkt, so dass eine maximale Druckdifferenz im Ausgleichsaktor 106 erforderlich ist. Wenn das Schweißgerät 100 sich um die z-Achse und/oder die x-Achse dreht, kann das durch den Ausgleichsaktor 106 auszugleichende Gewicht der Elektrodenarme 101, 102 durch cos(θ_z)·cos(θ_x)·Maximalgewicht bestimmt werden, wobei θ den Drehwinkel um die z-Achse und die x-Achse bezeichnet, wobei in der in 1 dargestellten Position θ_z = θ_x = 0 ist. Daher kann, wenn der Winkel θ durch den Positionssensor 110 bestimmt wird, das Gewicht der Elektrodenarme 101, 102, das durch den Ausgleichsaktor 106 ausgeglichen werden muss, leicht berechnet werden, um eine erforderliche Druckdifferenz im Ausgleichsaktor 106 zu bestimmen.
2 zeigt eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schweißgeräts 100. Das in 2 dargestellte Schweißgerät 100 ist dem in 1 dargestellten Schweißgerät 100 ähnlich, anstatt des Positionssensors 110 zum Erfassen einer räumlichen Position weist das in 2 dargestellte Schweißgerät 100 jedoch einen Kraftsensor 111 auf. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Kraftsensor 111 sowohl mit dem Elektrodenarm 101 als auch mit dem Bezugsarm 30 verbunden. Der Kraftsensor 111 kann ein beliebiger Sensortyp sein, der dazu geeignet ist, eine Kraft zwischen zwei oder mehr Komponenten zu erfassen, z. B. ein piezoelektrischer Kraftsensor, ein Beschleunigungsmesser, ein Dehnungsmesstreifen oder ein Sensor des elektro-restriktiven Typs. Der spezifische verwendete Kraftsensortyp soll den Umfang der Erfindung in keiner Weise einschränken.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Kraftsensor 111 dafür konfiguriert sein, eine Kraft zu bestimmen, die der Elektrodenarm 101 bezüglich eines Bezugspunkts, z. B. des Bezugsarms 30, ausübt. Es ist ersichtlich, dass, obwohl in der folgenden Beschreibung der Bezugsarm 30 als Bezugspunkt verwendet wird, der Kraftsensor 111 alternativ die zwischen dem Elektrodenarm 101 und einem anderen Bezugspunkt wirkende Kraft bestimmen kann. Wie ersichtlich ist, ist die Kraft, die zwischen dem Elektrodenarm 101 und dem Bezugsarm 30 wirkt, während das Schweißgerät 100 sich in der in 2 dargestellten Position befindet, eine Kombination aus dem Gewicht der Elektrodenarme 101, 102, das parallel zur Bewegung des Ausgleichsaktors 106 wirkt, und der durch den Ausgleichsaktor 109 in der ±y-Richtung bereitgestellten Ausgleichskraft, die erforderlich ist, um die Elektrodenarme 101, 102 auszubalancieren. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Kraftsensor 111 vorteilhaft eine Gleichgewichtskraft zwischen dem Elektrodenarm 101 und dem Bezugsarm 30 bestimmen, wenn der Elektrodenarm 101 sich beispielsweise in einer ersten Position befindet. Wie dargestellt ist, wird in der in 2 dargestellten Position durch das Gewicht der Elektrodenarme 101, 102 eine in die –y-Richtung wirkende Gewichtskraft F_g erzeugt. Gleichzeitig stellt der Ausgleichsaktor 106 eine in die +y-Richtung wirkende Ausgleichskraft F_c bereit. Die Summe dieser beiden Kräfte kann durch den Kraftsensor 111 als eine vorgegebene Gleichgewichtskraft bestimmt werden. Die vorgegebene Gleichgewichtskraft kann beispielsweise im Speichersystem 352 gespeichert werden.
Wenn das Schweißgerät 100 von der in 2 dargestellten Position weg um die x-Achse oder die z-Achse gedreht wird, wird die Gravitationskraft, die wirkt, um den Elektrodenarm 101 vom Bezugsarm 30 weg zu ziehen (und den Elektrodenarm 102 zum Bezugsarm 30 hin zu drücken) abnehmen. Daher kann, um die Gleichgewichtskraft aufrechtzuerhalten, die bestimmt wurde, als sich das Schweißgerät 100 in der in 2 dargestellten Position befand, die Druckdifferenz im Ausgleichsaktor 106 eingestellt werden, um die Ausgleichskraft F_c zu vermindern, die durch den Ausgleichsaktor 106 bereitgestellt wird, um den Elektrodenarm 101 zum Bezugsarm 30 hin zu ziehen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Gleichgewichtskraft kontinuierlich überwacht werden, um zu gewährleisten, dass die Elektrodenarme 101, 102 geeignet ausbalanciert sind. Daher kann, obwohl die unter Bezug auf 1 beschriebene Ausführungsform die Druckdifferenz basierend auf einer spezifischen räumlichen Orientierung einstellt, die in 2 dargestellte Ausführungsform den Kraftsensor 111 verwenden, um die Gleichgewichtskraft durch Einstellen der Druckdifferenz im Ausgleichsaktor 106 aufrechtzuerhalten.
Der Klemmaktor 103 wirkt im Wesentlichen unabhängig vom Ausgleichsaktor 106, und die Betätigung des Klemmaktors 103 ist allgemein durch den gewünschten Schweißvorgang bestimmt. Daher ist ersichtlich, dass, auch wenn das Schweißgerät 100 bei einer konstanten Orientierung gehalten wird, der Ausgleichsaktor 106 gegebenenfalls eingestellt werden muss, um eine konstante Gleichgewichtskraft aufrechtzuerhalten, wenn der Klemmaktor 103 während eines Schweißvorgangs betätigt wird. Wenn beispielsweise die Druckdifferenz im Ausgleichsaktor 106 konstant gehalten würde, während der Klemmaktor 103 von der in 2 dargestellten Position zu einer ausgefahrenen Position bewegt wird, um die Elektrode 22 mit dem Blech 22b in Kontakt zu bringen, könnte sich die Gleichgewichtskraft ändern. Vorteilhaft kann, nachdem die vorgegebene Gleichgewichtskraft bestimmt ist, die Gleichgewichtskraft unabhängig von der räumlichen Orientierung des Schweißgeräts 100 oder der Position des Klemmaktors und ohne die Verwendung des Positionssensors 110 zum Erfassen einer räumlichen Position einfach durch Einstellen der Druckdifferenz im Ausgleichsaktor 106 aufrechterhalten werden.
3 zeigt den Ausgleichsaktor 106 und ein Steuersystem 350 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung teilt die Kolbeneinheit 108 den Zylinder 107 in eine erste Fluidkammer 306a und eine zweite Fluidkammer 306b. Wie in 3 dargestellt ist, stehen die erste und die zweite Fluidkammer 306a, 306b selektiv in Fluidkommunikation mit einer Druckfluidquelle 320 oder einem Auslass. Die Druckfluidquelle 320 kann eine Flüssigkeit oder ein Gas aufweisen. Das spezifische Fluid, das dazu verwendet wird, den Ausgleichsaktor 106 unter Druck zu setzen und zu betätigen, soll den Umfang der vorliegenden Erfindung in keinerlei Hinsicht einschränken. Gemäß der dargestellten Ausführungsform stehen die erste und die zweite Fluidkammer 306a, 306b über ein 3/2-Wege-Proportionaldruckregelventil 321 und ein 5/2-Wegeventil 322 mit der Druckfluidquelle 320 in Fluidkommunikation. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung steht das 3/2-Wege-Proportionalventil 321 über eine Fluidleitung 323 in Fluidkommunikation mit der Druckfluidquelle 320. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung steht das 3/2-Wege-Proportionalventil 321 über eine Fluidleitung 324 in Fluidkommunikation mit dem 5/2-Wegeventil 322. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung steht das 5/2-Wegeventil 322 über eine Fluidleitung 325a in Fluidkommunikation mit der ersten Fluidkammer 306a und über eine Fluidleitung 325b in Fluidkommunikation mit der zweiten Fluidkammer 306b.
Während herkömmliche Systeme separate Druckregelventile für jede der Fluidkammern des Ausgleichsaktors benötigten, ist das Erfordernis für separate Druckregelventile in der vorliegenden Erfindung eliminiert. Stattdessen verwendet die vorliegende Erfindung anstatt separater Druckregelventile ein einzelnes 3/2-Wege-Proportionaldruckregelventil in Serie mit einem 5/2-Wegeventil. Die Kosten des Systems können unter Verwendung dieser Ventilkombination erheblich gesenkt werden. Außerdem werden durch diese spezifische Ventilkombination die Kosten im Vergleich zum im vorstehend diskutierten Dokument EP 1830979 verwendeten 5/3-Wege-Proportionaldruckregelventil wesentlich gesenkt. 5/3-Wege-Proportionaldruckregelventile sind gegenwärtig etwa drei Mal teurer als ein 3/2-Wege-Proportionaldruckregelventil in Serie mit einem 5/2-Wegeventil. Daher können durch die in 3 dargestellte spezifische Ventilkombination die Kosten des Systems im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen wesentlich gesenkt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Schweißgerät 100 ferner beispielsweise einen ersten und einen zweiten Drucksensor 316a, 316b aufweisen, die mit der ersten und der zweiten Fluidkammer 306a, 306b in Fluidkommunikation stehen. Der erste und der zweite Drucksensor 316a, 316b können mit den Fluidleitungen 325a, 325b verbunden sein, wie dargestellt ist, oder können direkt mit der ersten und der zweiten Fluidkammer 306a, 306b verbunden sein. Der erste und der zweite Drucksensor 316a, 316b können beispielsweise über Leitungen 357, 358 mit dem Steuersystem kommunizieren. Alternativ könnten der erste und der zweite Drucksensor 316a, 316b unter Verwendung einer Drahtlosschnittstelle mit dem Steuersystem 350 kommunizieren. Der erste und der zweite Drucksensor 316a, 316b können vorteilhaft einen Druck in jeder der Fluidkammern 306a, 306b bestimmen. Daher kann das Steuersystem 350 die empfangenen Druckwerte verwenden, um eine Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer 306a, 306b zu bestimmen. In alternativen Ausführungsformen können der erste und der zweite Drucksensor 316a, 316b durch einen einzelnen Differenzdrucksensor ersetzt werden, der sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Fluidkammer 306a, 306b in Fluidkommunikation steht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Steuersystem 350 die Ventile 321, 322 betätigen. Das Steuersystem 350 kann die Ventile 321, 322 betätigen, um die Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer 306a, 306b des Ausgleichsaktors 106 einzustellen, um eine Gleichgewichtskraft der Elektrodenarme 101, 102 aufrechtzuerhalten. Die Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer 306a, 306b kann durch Zuführen des Druckfluids zur ersten oder zur zweiten Fluidkammer 306a, 306b und/oder durch Ableiten von Druckfluid von der anderen Fluidkammer eingestellt werden.
Das Steuersystem 350 kann eine Schnittstelle 353 und ein Verarbeitungssystem 351 aufweisen. Das Verarbeitungssystem 351 kann ein Speichersystem 352 aufweisen. Das Speichersystem 352 kann einen internen Speicher aufweisen, wie dargestellt ist, oder kann alternativ einen externen Speicher aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Schnittstelle 353 jegliche erforderliche oder gewünschte Signalaufbereitung ausführen, z. B. jegliche Art von Formatierung, Verstärkung, Pufferung, usw. Alternativ kann ein Teil der Signalaufbereitung oder die gesamte Signalaufbereitung durch das Verarbeitungssystem 351 ausgeführt werden. Obwohl die Schnittstelle 353 in Kommunikation mit den Ventilen 321, 322 über Leitungen 255 und 256 dargestellt ist, ist ersichtlich, dass die Schnittstelle 353 für eine elektronische, drahtlose oder optische Kommunikation geeignet sein kann.
Das Verarbeitungssystem 351 kann Verarbeitungen des Steuersystems 350 ausführen. Das Verarbeitungssystem 351 kann die zum Betätigen der Ventile 321, 322 erforderliche Datenverarbeitung ausführen. Das Verarbeitungssystem 351 kann außerdem die zum Ausführen der nachstehend beschriebenen Routinen 500 und 600 erforderliche Datenverarbeitung ausführen. Die Routinen 500 und 600 können beispielsweise im Speichersystem 352 gespeichert sein. Das Verarbeitungssystem kann einen universellen Computer, ein Mikroverarbeitungssystem, eine Logikschaltung oder andere universelle oder spezifische Verarbeitungseinrichtungen aufweisen. Das Verarbeitungssystem 351 kann über mehrere Verarbeitungseinrichtungen verteilt sein. Das Verarbeitungssystem 351 kann einen beliebigen Typ eines integralen oder unabhängigen elektronischen Speichermediums aufweisen, z. B. das Speichersystem 352.
Es ist ersichtlich, dass das Steuersystem 350 verschiedene andere Komponenten und Funktion aufweisen kann, die auf dem Fachgebiet allgemein bekannt sind. Diese zusätzlichen Merkmale sind zur Abkürzung in der Beschreibung und in den Figuren weggelassen. Daher sollte die Erfindung nicht als auf die dargestellten und diskutierten spezifischen Ausführungsformen beschränkt betrachtet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Steuersystem 350 die Ventile 321, 322 gemäß einer durch die Schnittstelle 353 über die Leitung 354 empfangenen Benutzereingabe betätigen. Die Leitung 354 kann mit einem externen Gerät, z. B. mit einem Computer oder einem separaten Steuergerät, kommunizieren. Alternativ kann das Steuersystem 350 die Ventile 321, 322 basierend auf Signalen betätigen, die beispielsweise vom in 1 dargestellten Positionssensor 110 zum Erfassen einer räumlichen Position oder vom in 2 dargestellten Kraftsensor 111 empfangen werden. Daher kann der Positionssensor 110 oder der Kraftsensor 111 beispielsweise mit dem Steuersystem 350 kommunizieren. Die Kommunikation kann beispielsweise über (nicht dargestellte) Drahtleitungen oder über irgendeine Art der Drahtloskommunikation erfolgen. Die Drahtleitungen zwischen den Sensoren 110, 111 und dem Steuersystem 350 sind in den Zeichnungen nicht dargestellt, um die Figuren zu vereinfachen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann, wenn ein Signal durch die Schnittstelle 353 empfangen wird, das Steuersystem 350 die Ventile 321, 322 basierend auf der durch den Positionssensor 110 zum Erfassen einer räumlichen Position bestimmten Orientierung des Elektrodenarms 101 oder der durch den Kraftsensor 111 bestimmten Relativkraft zwischen dem Elektrodenarm 101 und dem Bezugsarm 30 betätigen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Steuersystem die gewünschte Druckdifferenz beispielsweise basierend auf der durch den Positionssensor 110 bestimmten räumlichen Orientierung abrufen. Das Steuersystem 350 kann daher die Ventile 321, 322 steuern, um die gewünschte Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer 306a, 306b des Ausgleichsaktors 106 zu erhalten. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das Steuersystem 350 die vorgegebene Gleichgewichtskraft abrufen. Das Steuersystem 350 kann dann die Ventile 321, 322 steuern, um die Kolbeneinheit 108 zu bewegen und die durch den Kraftsensor 111 bestimmte gewünschte Gleichgewichtskraft aufrechtzuerhalten.
Obwohl der Positionssensor 110 oder der Kraftsensor 11 den Elektrodenarm 101 geeignet ausbalancieren kann, kann es wünschenswert sein, ein Verfahren bereitzustellen, gemäß dem geprüft wird, ob der Elektrodenarm 101 geeignet ausbalanciert ist. Daher kann das Schweißgerät 100 in einigen Ausführungsformen einen oder mehrere zusätzliche Sensoren zum Bereitstellen eines Prüfvorgangs aufweisen.
4 zeigt das Schweißgerät 100 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsform weist das Schweißgerät 100 ferner einen Positionssensor 410 auf. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Positionssensor 410 in zwei oder mehr Abschnitte geteilt. Ein erster Abschnitt 410a des Positionssensors 401 ist mit dem ersten Elektrodenarm 101 verbunden und ein zweiter Abschnitt 410b ist mit einer Bezugskomponente, z. B. mit dem Bezugsarm 30, verbunden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können der erste und der zweite Abschnitt 410a, 410b jeweils Positionssensoren zum Erfassen einer räumlichen Position aufweisen, die dem in 1 dargestellten Positionssensor 110 zum Erfassen einer räumlichen Position ähnlich sind. Es können andersartige Sensoren verwendet werden, beispielsweise können der erste und der zweite Abschnitt 410a, 410b Abschnitte eines Näherungssensors aufweisen.
In Ausführungsformen, in denen der Positionssensor 410 ein Paar Positionssensoren zum Erfassen einer räumlichen Position aufweist, kann der erste Abschnitt 410a eine räumliche Orientierung des Elektrodenarms 101 bestimmen, während der zweite Abschnitt 410b eine räumliche Orientierung des Bezugsarms 30 bestimmen kann. Daher kann die räumliche Orientierung des Elektrodenarms 101 bezüglich der räumlichen Orientierung des Bezugsarms 30 bestimmt werden. Beispielsweise ist der Elektrodenarm 101 in der in 4 dargestellten Ausführungsform unter einem Winkel α bezüglich des Bezugsarms 30 ausgerichtet. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Ausgleichsaktor 106 dafür vorgesehen, die Position des Elektrodenarms 101 bezüglich des Bezugsarms 30 unabhängig von der räumlichen Orientierung des Schweißgeräts 100 aufrechtzuerhalten. Die vorliegende Erfindung kann vorteilhaft den Positionssensor 410 bereitstellen, um zu prüfen, ob die Position des Elektrodenarms 101 bezüglich des Bezugsarms 30 konstant beibehalten wird. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Prüfvorgang durch Vergleichen der durch die beiden Positionssensoren 410a, 410b bestimmten räumlichen Orientierungen ausgeführt werden. Wenn der Ausgleichsaktor 106 korrekt arbeitet, sollte die räumliche Orientierung des ersten Abschnitts 410a im Vergleich zur räumlichen Orientierung des zweiten Abschnitts 410b im Wesentlichen konstant bleiben. Wenn eine Änderung zwischen den beiden Abschnitten 410a, 410b erfasst wird, die ihre Ursache nicht in der Betätigung des Klemmaktors 103 hat, kann das Steuersystem 350 einen Alarmzustand auslösen. Der Alarmzustand kann anzeigen, dass der Ausgleichsaktor 106 nicht korrekt funktioniert.
Das Steuersystem 350 kann auf verschiedene Weisen auf den Alarmzustand antworten. In einer Ausführungsform kann das Steuersystem 350 einfach eine visuelle und/oder eine akustische Warnung für einen Benutzer oder eine Bedienungsperson bereitstellen. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das Steuersystem 350 das System abschalten, um zu verhindern, dass weitere Schweißvorgänge ausgeführt werden. Die durch das Steuersystem 350 in Antwort auf eine Änderung zwischen den beiden Abschnitten 410a, 410b des Positionssensors 410 ausgeführten spezifischen Maßnahmen sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung in keinerlei Weise einschränken.
Gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist der Ausgleichsaktor 106 ferner einen Kolbenpositionssensor 412 auf. Der Kolbenpositionssensor 412 hat die Form einer Kombination aus einem Magneten und einer Wicklung, wobei ein erster Abschnitt des Ausgleichsaktors 106 einen Magnet und ein zweiter Abschnitt des Ausgleichsaktors 106 eine Wicklung aufweist. In der dargestellten Ausführungsform weist die Kolbeneinheit 108 einen magnetischen Kolben 412a oder einen mit der Kolbeneinheit 108 verbundenen Magnet auf, während der Zylinder 107 eine Wicklungseinheit 412b aufweist. Die Wicklung kann beispielsweise im Inneren des Zylinders 107 angeordnet oder um einen permanentmagnetischen Zylinder herum gewickelt sein. Es ist jedoch ersichtlich, dass in anderen Ausführungsformen die Kolbeneinheit 108 die Wicklungseinheit 412b aufweisen kann, während ein Magnet 412a im Zylinder 107 angeordnet ist.
Wie auf dem Fachgebiet allgemein bekannt ist, wird, wenn ein Magnet sich relativ zu einer Wicklung bewegt, durch die Wechselwirkung dazwischen eine Spannung erzeugt, die erfasst werden kann. Beispielsweise kann die Wicklungseinheit 412b mit dem Steuersystem 350 kommunizieren. Daher wird, indem ein Abschnitt des Ausgleichsaktors 106 den Magneten und der andere Abschnitt die Wicklung aufweist, eine Spannung erzeugt, wenn die Kolbeneinheit 108 sich relativ zum Zylinder 107 bewegt. Vorzugsweise kann die Bewegung des Elektrodenarms 101 relativ zum Bezugsarm 30 erfasst werden. Die Bewegung des Ausgleichsaktors 106 kann beispielsweise durch einen Fehler oder eine Fehlfunktion des Ausgleichsaktors 106 verursacht werden. Es ist ersichtlich, dass, obwohl die Kombination aus dem Magnet und der Wicklung im Ausgleichsaktor 106 dargestellt ist, auch der Klemmaktor 103 eine ähnliche Konfiguration zum Erfassen einer Bewegung des Klemmaktors 103 aufweisen kann.
In einigen Ausführungsformen kann die durch die Bewegung der Kolbeneinheit 108/104 im Zylinder 107/105 erzeugte Spannung z. B. in einem Kondensator oder in einer Batterie (nicht dargestellt) gespeichert werden. Die Energie kann später beispielsweise zum Versorgen verschiedener Komponenten des Schweißgeräts 100, z. B. des Steuersystems 350, verwendet werden.
Die vorstehende Diskussion hat sich in erster Linie auf das Ausbalancieren des Gewichts der Elektrodenarme 101, 102 in einer ”schwebenden” Position vor der Betätigung des Klemmaktors 103 bezogen. Während des Schweißvorgangs kommen die Elektrodenarme 101, 102 jedoch mit einer vorgegebenen gewünschten Klemmkraft mit den Blechen 20a, 20b in Kontakt. Die Klemmkraft ist hauptsächlich durch die im Klemmaktor 103 erzeugte Druckdifferenz bestimmt. Wie ersichtlich ist, ist es wünschenswert, unabhängig von der räumlichen Orientierung des Schweißgeräts 100 die gleiche vorgegebene Klemmkraft zu erzeugen. Daher kann unabhängig davon, ob der Positionssensor 110, der Kraftsensor 111 oder irgendein anderer herkömmlicher Ansatz zum Bestimmen einer räumlichen Orientierung des Schweißgeräts 100 verwendet wird, das Steuersystem 350 auch die Druckdifferenz im Klemmaktor 103 einstellen, um das Gewicht des Elektrodenarms 102 zu berücksichtigen. Wenn das Schweißgerät 100 sich beispielsweise in der in den 1, 2 und 4 dargestellten Position befindet, kann der Ausgleichsaktor 106 den Elektrodenarm 101 in einer im Wesentlichen stationären Position halten. Wie vorstehend erwähnt wurde, wird, wenn der Klemmaktor 103 stationär bleibt, der obere Elektrodenarm 102 ebenfalls ausbalanciert sein und im Wesentlichen stationär bleiben. Wenn der Klemmaktor 103 von der in den Figuren dargestellten Position zu einer zweiten Position bewegt wird, um die Elektrode 22 in Kontakt mit dem Blech 20b zu bringen und dann eine Klemmkraft auf die Bleche 20a, 20b auszuüben, wird jedoch durch das Gewicht der Elektrodenarme 102 eine zusätzliche Kraft auf das Blech 20b ausgeübt. Herkömmliche Systeme haben dieses zusätzliche Gewicht einfach ignoriert, weil der größte Teil des Gewichts durch den Ausgleichsaktor 106 ausgeglichen wird und die zusätzliche Kraft des Arms 102 ignoriert wird. In einigen Situationen kann das Gewicht des Elektrodenarms 102 jedoch Änderungen in der Klemmkraft hervorrufen, die ausreichend groß sind, um Schwankungen in der Schweißqualität zu verursachen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann, außer dass die Druckdifferenz im Ausgleichsaktor 106 eingestellt wird, auch die Druckdifferenz im Klemmaktor 103 basierend auf der räumlichen Orientierung des Schweißgeräts 100 eingestellt werden. Beispielsweise kann während einer Anfangskalibrierung die räumliche Orientierung bei einer Bezugsorientierung, z. B. bei der in den Figuren dargestellten Orientierung, bestimmt werden. Bei der Bezugsorientierung kann das Steuersystem 350 oder ein Benutzer oder eine Bedienungsperson eine Druckdifferenz bestimmen, die im Klemmaktor 103 erforderlich ist, um eine gewünschte Klemmkraft auf die Bleche 20a, 20b auszuüben. Diese Druckdifferenz kann als ein Klemmdruck gespeichert werden. Der Klemmdruck kann beispielsweise im Speichersystem 352 gespeichert werden. Das Schweißgerät 100 kann zu mindestens einer zweiten räumlichen Orientierung bewegt werden, und die im Klemmaktor 103 erforderliche Druckdifferenz kann für die zweite räumliche Orientierung bestimmt werden. Durch die Kalibrierung kann ein Klemmdruck für jede von mehreren gewünschten räumlichen Orientierungen erhalten werden. Die mehreren Klemmdrücke können in einer Lookup-Tabelle, einem Graphen, einer Gleichung, usw. gespeichert werden. Wenn beispielsweise die Klemmdrücke in einer Lookup-Tabelle gespeichert sind und die spezifische räumliche Orientierung nicht in der Lookup-Tabelle gespeichert ist, kann der geeignete Klemmdruck beispielsweise durch Interpolation oder Extrapolation basierend auf den bekannten Klemmdrücken und räumlichen Orientierungen bestimmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der im Klemmaktor 103 erforderliche Klemmdruck für eine oder mehrere räumliche Orientierungen mit einem im Ausgleichsaktor 106 erforderlichen Kompensationsdruck in Beziehung gesetzt werden. Wenn beispielsweise während einer Anfangskalibrierung bestimmt wird, dass im Ausgleichsaktor 106 eine erste Kompensationsdruckdifferenz erforderlich ist, um die Elektrodenarme 101, 102 auszubalancieren, kann diese erste Ausgleichsdruckdifferenz mit einem ersten Klemmdruck in Beziehung gesetzt werden, der im Klemmaktor 103 bei der ersten räumlichen Orientierung erforderlich ist, um eine gewünschte Klemmkraft zu erhalten. Durch die Kalibrierung kann dann mindestens eine im Ausgleichsaktor 106 erforderliche zweite Druckdifferenz und ein im Klemmaktor erforderlicher zweiter Klemmdruck bei einer zweiten räumlichen Orientierung bestimmt werden. In einigen Ausführungsformen kann es geeignet sein, anzunehmen, dass, wenn die räumliche Orientierung des Schweißgeräts sich ändert, der Klemmdruck sich proportional zur Änderung des Ausgleichsdrucks ändert. Daher kann, wenn der Ausgleichsdruck bei einer spezifischen räumlichen Orientierung des Schweißgeräts 100 bestimmt wird, der Klemmdruck ähnlicherweise basierend auf der Beziehung zwischen den beiden Drücken bestimmt werden. Die Beziehung kann in einer Lookup-Tabelle, einem Graphen, einer Gleichung, usw. gespeichert werden. Der Ausgleichsdruck kann auf der durch den Positionssensor 110 zum Erfassen einer räumlichen Position oder auf einer Druckdifferenz basieren, die erforderlich ist, um die durch den Kraftsensor 111 bestimmte Gleichgewichtskraft aufrechtzuerhalten.
5 zeigt eine Druckdifferenzbestimmungsroutine 500 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Druckdifferenzbestimmungsroutine 500 kann beispielsweise durch das Steuersystem 350 ausgeführt werden. Alternativ kann die Druckdifferenzbestimmungsroutine 500 durch einen Benutzer oder eine Bedienungsperson manuell ausgeführt werden. Die Druckdifferenzbestimmungsroutine 500 stellt ein Verfahren zum Bestimmen einer idealen Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer 316a, 316b des Ausgleichsaktors 106 zum geeigneten Aufrechterhalten eines Gewichtsausgleichs für den statischen Elektrodenarm 101 des Schweißgeräts 100 bereit.
In Schritt 501 wird eine räumliche Orientierung des Elektrodenarms 101 bestimmt. Wie vorstehend diskutiert wurde, kann die räumliche Orientierung beispielsweise durch den Positionssensor 110 zum Erfassen einer räumlichen Position bestimmt werden.
In Schritt 502 wird eine im Ausgleichsaktor 106 erforderliche Druckdifferenz bestimmt. Die erforderliche Druckdifferenz kann basierend auf der in Schritt 501 bestimmten räumlichen Orientierung bestimmt werden. Die erforderliche Druckdifferenz kann von einem vorgespeicherten Wert für die räumliche Orientierung abgerufen werden. Alternativ kann die erforderliche Druckdifferenz basierend auf der maximalen Druckdifferenz, die erforderlich ist, wenn der Elektrodenarm 101 sich in der räumlichen Bezugsorientierung befindet, und der Differenz zwischen der aktuellen räumlichen Orientierung und der räumlichen Bezugsorientierung bestimmt werden. Beispielsweise kann die räumliche Bezugsorientierung die in 1 dargestellte Orientierung sein, bei der der Ausgleichsaktor 106 dem maximalen Gewicht des Elektrodenarms 101 entgegenwirkt. Daher kann die erforderliche Druckdifferenz basierend auf dem Winkel zwischen der aktuellen räumlichen Orientierung und der räumlichen Bezugsorientierung bestimmt werden, wie vorstehend erläutert wurde.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Steuersystem 350 mit der bestimmten erforderlichen Druckdifferenz die Ventile 221, 222 betätigen, um die gewünschte Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer 306a, 306b des Ausgleichsaktors 106 zu erhalten.
In Schritt 503 kann ein Klemmdruck bestimmt werden. Der Klemmdruck kann direkt von der durch den Positionssensor 110 zum Erfassen einer räumlichen Position bestimmten räumlichen Orientierung bestimmt werden. Alternativ kann der Klemmdruck basierend auf einer Beziehung zwischen dem Klemmdruck und der im Ausgleichsaktor 106 erforderlichen Druckdifferenz bestimmt werden. Wie vorstehend erläutert wurde, kann der Klemmdruck basierend auf der durch den Positionssensor 110 bestimmten räumlichen Orientierung schwanken.
Im optionalen Schritt 504 kann der Gewichtsausgleich der Elektrodenarme 101, 102 geprüft werden. Der Prüfvorgang kann beispielsweise unter Verwendung des Positionssensors 410 oder des Positionssensors 412 ausgeführt werden. Wie vorstehend erläutert wurde, zeigt, wenn der Positionssensor 410 verwendet wird, eine Änderung in der relativen räumlichen Orientierung zwischen dem Elektrodenarm 101 und dem Bezugsarm 30 einen Fehler in dem durch den Ausgleichsaktor 106 aufrechterhaltenen Gewichtsausgleich an. Dies kann einen durch das Steuersystem 350 verursachten Fehler oder eine Fehlfunktion des Ausgleichsaktors 106 anzeigen. Durch das Steuersystem 350 kann eine geeignete Maßnahme ergriffen werden, wenn ein Fehler erfasst wird.
6 zeigt eine Gewichtsausgleichroutine 600 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Gemäß einer Ausführungsform kann die Gewichtsausgleichroutine 600 durch das Steuersystem 350 ausgeführt werden. Alternativ kann die Gewichtsausgleichroutine 600 durch einen Benutzer oder eine Bedienungsperson manuell ausgeführt werden. Die Gewichtsausgleichroutine 600 kann ein Verfahren zum Einstellen der Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer 306a, 306b des Ausgleichsaktors 106 basierend auf einem vom in 2 dargestellten Kraftsensor 111 empfangenen Signal bereitstellen.
In Schritt 601 kann eine Gleichgewichtskraft zwischen dem Elektrodenarm 101 und dem Bezugsarm 30 bestimmt werden. Die Kraft kann beispielsweise durch den Kraftsensor 111 bestimmt werden. Die Kraft kann bestimmt werden, während der Elektrodenarm 101 sich in einer ersten räumlichen Orientierung befindet, wie beispielsweise in der in 2 dargestellten Orientierung.
In Schritt S602 kann der Elektrodenarm 101 zu mindestens einer zweiten räumlichen Orientierung bewegt werden. Der Elektrodenarm 101 kann beispielsweise unter Verwendung eines Roboters (nicht dargestellt) zum Bewegen des Bezugsarms 30 zu mindestens einer zweiten Orientierung bewegt werden.
In Schritt 603 kann das Steuersystem 350 das erste und das zweite Ventil 221, 221 betätigen, um die Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer 306a, 306b einzustellen, um die in Schritt 601 bestimmte Gleichgewichtskraft aufrechtzuerhalten. Daher kann, obwohl sich das Gewicht des Elektrodenarms 101, das ausgeglichen werden muss, ändern kann, wenn die räumliche Orientierung des Elektrodenarms 101 sich ändert, die durch den Kraftsensor 111 erfasste Kraft konstant gehalten werden.
Indem die Gleichgewichtskraft aufrechterhalten wird, kann das Steuersystem 350 unter Verwendung des Positionssensors 410 und/oder des Positionssensors 412 gewährleisten, dass der Elektrodenarm 101 sich nicht relativ zum Bezugsarm 30 bewegt. Wenn die Gleichgewichtskraft sich trotz der Betätigung des ersten und des zweiten Ventils 321, 322 ändert, kann das Steuersystem 350 anzeigen, dass ein Fehlerzustand vorliegt. Beispielsweise kann es vorkommen, dass der Ausgleichsaktor 106 nicht geeignet funktioniert.
In einem optionalen Schritt 604 kann der Klemmdruck bestimmt werden. Wie vorstehend diskutiert wurde, kann der Klemmdruck beispielsweise basierend auf der Druckdifferenz bestimmt werden, die im Ausgleichsaktor 106 erforderlich ist, um die Gleichgewichtskraft aufrechtzuerhalten. Wie vorstehend diskutiert wurde, ist die im Ausgleichsaktor 106 erforderliche Druckdifferenz von der räumlichen Orientierung des Schweißgeräts 100 abhängig. Ähnlicherweise ist der zum Erhalten eines gewünschten Klemmdrucks erforderliche Klemmdruck von der räumlichen Orientierung des Schweißgeräts 100 abhängig. Daher kann, wenn die im Ausgleichsaktor 106 erforderliche Druckdifferenz bestimmt ist, der Klemmdruck direkt damit in Beziehung gesetzt werden.
Durch die vorstehend beschriebene Erfindung werden ein Schweißgerät 100 und verschiedene Verfahren zum Ausbalancieren der Elektrodenarme 101, 102 des Schweißgeräts bereitgestellt. Die Elektrodenarme 101, 102 können unter Verwendung eines Positionssensors zum Erfassen einer räumlichen Position oder eines Kraftsensors ausbalanciert werden. Der Gewichtsausgleich kann unter Verwendung eines mit dem Elektrodenarm 101 und dem Bezugsarm 30 verbundenen Positionssensors oder eines mit dem Ausgleichsaktor 106 verbundenen Positionssensors geprüft werden. Außerdem kann, wenn die räumliche Orientierung des Schweißgeräts bestimmt ist, der Klemmdruck eingestellt werden, um eine gewünschte Klemmkraft des Schweißgeräts 100 unabhängig von der räumlichen Orientierung des Schweißgeräts 100 zu erhalten.
Die ausführlichen Beschreibungen der vorstehenden Ausführungsformen sind keine vollständigen Beschreibungen aller Ausführungsformen, die für die Erfinder innerhalb des Umfangs der Erfindung in Betracht kommen. Tatsächlich werden Fachleute erkennen, dass bestimmte Elemente der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene Weisen kombinierbar sind oder eliminiert werden können, um weitere Ausführungsformen zu realisieren, wobei diese weiteren Ausführungsformen innerhalb des Umfangs und der Lehren der Erfindung eingeschlossen sind. Für Fachleute ist außerdem offensichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen innerhalb des Umfangs und der Lehren der Erfindung insgesamt oder teilweise kombinierbar sind, um weitere Ausführungsformen zu realisieren.
Daher ist für Fachleute ersichtlich, dass, obgleich spezifische Ausführungsformen und Beispiele der Erfindung zur Erläuterung beschrieben worden sind, innerhalb des Umfangs verschiedene äquivalente Modifikationen möglich sind. Die hierin dargestellten Lehren können auf andere fluidbetätigte Aktoren angewendet werden, nicht nur auf die vorstehend beschriebenen und in den Figuren dargestellten Ausführungsformen. Daher sollte der Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche definiert sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1830979 [0002, 0051, 0064]

Claims

Verfahren zum Ausbalancieren von Elektrodenarmen eines Schweißgeräts mit einem ersten Elektrodenarm und einem zweiten Elektrodenarm, die relativ zueinander beweglich und mit einem Bezugsarm verbunden sind, und mit einem Ausgleichsaktor mit einer ersten und einer zweiten Fluidkammer, der mit dem ersten Elektrodenarm und dem Bezugsarm verbunden ist, um ein Gewicht der Elektrodenarme auszugleichen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bestimmen einer Gleichgewichtskraft zwischen dem ersten Elektrodenarm und dem Bezugsarm, wenn das Schweißgerät sich in einer ersten räumlichen Orientierung befindet; Bewegen des Schweißgeräts in mindestens eine zweite räumliche Orientierung; und Einstellen einer Druckdifferenz zwischen der ersten Fluidkammer und der zweiten Fluidkammer des Ausgleichsaktors zum Aufrechterhalten der Gleichgewichtskraft.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schweißgerät ferner einen mit dem ersten und dem zweiten Elektrodenarm verbundenen Klemmaktor aufweist, wobei das Verfahren ferner einen Schritt zum Bestimmen einer Klemmkraft aufweist, die im Klemmaktor erforderlich ist, um den ersten und den zweiten Elektrodenarm mit einer vorgegebenen Klemmkraft zu betätigen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Klemmdruck basierend auf der Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer des Ausgleichsaktors bestimmt wird, die zum Aufrechterhalten der Gleichgewichtskraft erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Gleichgewichtskraft durch einen mit dem ersten Elektrodenarm und dem Bezugsarm verbundenen Kraftsensor bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schweißgerät ferner einen Positionssensor mit einem mit dem ersten Elektrodenarm verbundenen ersten Abschnitt und einem mit dem Bezugsarm verbundenen zweiten Abschnitt aufweist, und wobei das Verfahren ferner die Schritte aufweist: Bestimmen einer räumlichen Orientierung des ersten Elektrodenarms unter Verwendung des ersten Abschnitts des Positionssensors; Bestimmen einer räumlichen Orientierung des Bezugsarms unter Verwendung des zweiten Abschnitts des Positionssensors; und Vergleichen der räumlichen Orientierung des ersten Elektrodenarms mit der räumlichen Orientierung des Bezugsarms, um den Gewichtsausgleich der Elektrodenarme zu prüfen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ausgleichsaktor ferner einen mit einem ersten Abschnitt verbundenen Magnet und eine mit einem zweiten Abschnitt verbundene Wicklung aufweist, und wobei das Verfahren ferner einen Schritt zum Bestimmen einer Bewegung des Ausgleichsaktors basierend auf einer durch eine Bewegung des Magneten bezüglich der Wicklung erzeugten Spannung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Einstellen der Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer des Ausgleichsaktors das Betätigen eines 3/2-Wege-Proportionaldruckregelventils in Serie mit einem 5/2-Wegeventil aufweist, die mit einer Druckfluidquelle in Fluidkommunikation stehen.
Verfahren zum Ausbalancieren von Elektrodenarmen eines Schweißgeräts mit einem ersten Elektrodenarm und einem zweiten Elektrodenarm, die relativ zueinander beweglich und mit einem Bezugsarm verbunden sind, einem Ausgleichsaktor mit einer ersten und einer zweiten Fluidkammer, der mit dem ersten Elektrodenarm und dem Bezugsarm verbunden ist, um ein Gewicht der Elektrodenarme auszugleichen, und einem mit dem ersten und dem zweiten Elektrodenarm verbundenen Klemmaktor, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bestimmen einer räumlichen Orientierung des Schweißgeräts; und Bestimmen eines Klemmdrucks, der im Klemmaktor erforderlich ist, um den ersten und den zweiten Elektrodenarm bei der bestimmten räumlichen Orientierung mit einer vorgegebenen Klemmkraft zu betätigen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die räumliche Orientierung unter Verwendung eines mit dem ersten Elektrodenarm verbundenen Positionssensors zum Erfassen einer räumlichen Position bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Positionssensor zum Erfassen einer räumlichen Position ein digitaler Positionssensor zum Erfassen einer räumlichen Position ist.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner mit einem Schritt zum Bestimmen einer Druckdifferenz, die zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer erforderlich ist, um die Elektrodenarme bei der bestimmten räumlichen Orientierung auszubalancieren.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit einem Schritt zum Einstellen der Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer des Ausgleichsaktors zum Ausbalancieren der Elektrodenarme bei der bestimmten räumlichen Orientierung durch Betätigen eines 3/2-Wege-Proportionaldruckregelventils in Serie mit einem 5/2-Wegeventil, die mit einer Druckfluidquelle in Fluidkommunikation stehen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Schweißgerät ferner einen Positionssensor mit einem mit dem ersten Elektrodenarm verbundenen ersten Abschnitt und einem mit dem Bezugsarm verbundenen zweiten Abschnitt aufweist, wobei das Verfahren ferner die Schritte aufweist: Bestimmen einer räumlichen Orientierung des ersten Elektrodenarms unter Verwendung des ersten Abschnitts des Positionssensors; Bestimmen einer räumlichen Orientierung des Bezugsarms unter Verwendung des zweiten Abschnitts des Positionssensors; und Vergleichen der räumlichen Orientierung des ersten Elektrodenarms mit der räumlichen Orientierung des Bezugsarms, um den Gewichtsausgleich der Elektrodenarme zu prüfen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Ausgleichsaktor ferner einen mit einem ersten Abschnitt verbundenen Magnet und eine mit einem zweiten Abschnitt verbundene Wicklung aufweist, und wobei das Verfahren ferner einen Schritt zum Bestimmen einer Bewegung des Ausgleichsaktors basierend auf einer durch eine Bewegung des Magneten bezüglich der Wicklung erzeugten Spannung aufweist.
Schweißgerät (100) mit: einem ersten Elektrodenarm (101) und einem zweiten Elektrodenarm (102), die relativ zueinander beweglich und mit einem Bezugsarm (30) verbunden sind; einem Ausgleichsaktor (106) mit einer ersten und einer zweiten Fluidkammer (206a, 206b), der mit dem ersten Elektrodenarm (101) und dem Bezugsarm (30) verbunden ist, um ein Gewicht der Elektrodenarme (101, 102) auszugleichen; und einem mit dem ersten Elektrodenarm (101) und dem Bezugsarm (30) verbundenen Kraftsensor (111).
Schweißgerät (100) nach Anspruch 15, ferner mit einem Steuersystem (350) mit einem Verarbeitungssystem (351), das dafür konfiguriert ist: unter Verwendung eines Signals vom Kraftsensor (111) eine Gleichgewichtskraft zwischen dem ersten Elektrodenarm (101) und dem Bezugsarm (30) zu bestimmen, wenn das Schweißgerät (100) sich in einer ersten räumlichen Orientierung befindet; und die Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer (206a, 206b) des Ausgleichsaktors (106) einzustellen, um die Gleichgewichtskraft aufrechtzuerhalten, wenn das Schweißgerät (100) sich in mindestens einer zweiten räumlichen Orientierung befindet.
Schweißgerät (100) nach Anspruch 16, ferner mit einem mit dem ersten Elektrodenarm (101) und dem zweiten Elektrodenarm (102) verbundenen Klemmaktor (103), wobei das Verarbeitungssystem (351) ferner dafür konfiguriert ist: einen Klemmdruck zu bestimmen, der im Klemmaktor (103) erforderlich ist, um den ersten und den zweiten Elektrodenarm (101, 102) mit einer vorgegebenen Klemmkraft zu betätigen.
Schweißgerät (100) nach Anspruch 17, wobei der Klemmdruck auf einer Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer (206a, 206b) des Ausgleichsaktors (106) basiert, die erforderlich ist, um die Gleichgewichtskraft aufrechtzuerhalten.
Schweißgerät (100) nach Anspruch 15, ferner mit einem Positionssensor (410) mit einem mit dem ersten Elektrodenarm (101) verbundenen ersten Abschnitt (410a) und einem mit dem Bezugsarm (30) verbundenen zweiten Abschnitt (410b).
Schweißgerät (100) nach Anspruch 19, ferner mit einem Steuersystem (350) mit einem Verarbeitungssystem (351) auf, das dafür konfiguriert ist: eine räumliche Orientierung des ersten Elektrodenarms (101) unter Verwendung des ersten Abschnitts (410a) des Positionssensors (410) zu bestimmen; eine räumliche Orientierung des Bezugsarms (30) unter Verwendung des zweiten Abschnitts (410b) des Positionssensors (410) zu bestimmen; und die räumliche Orientierung des ersten Elektrodenarms (101) mit der räumlichen Orientierung des Bezugsarms (30) zu vergleichen, um den Gewichtsausgleich der Elektrodenarme (101, 102) zu prüfen.
Schweißgerät (100) nach Anspruch 15, ferner mit einem mit einem ersten Abschnitt (108) des Ausgleichsaktors (106) verbundenen Magnet (412a) und einer mit einem zweiten Abschnitt (107) des Ausgleichsaktors (106) verbundenen Wicklung (412b), und mit einem Steuersystem (350) mit einem Verarbeitungssystem (351), das dafür konfiguriert ist, eine Bewegung des Ausgleichsaktors (106) basierend auf einer durch eine Bewegung des Magneten (412a) relativ zur Wicklung (412b) erzeugten Spannung zu bestimmen.
Schweißgerät (100) nach Anspruch 15, ferner mit einem 3/2-Wege-Proportionaldruckregelventil (321) in Serie mit einem 5/2-Wegeventil (322) zum selektiven Bereitstellen einer Fluidkommunikation zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer (206a, 206b) des Ausgleichsaktors (106) und einer Druckfluidquelle (320).
Schweißgerät (100) mit: einem ersten Elektrodenarm (101) und einen zweiten Elektrodenarm (102), die relativ zueinander beweglich und mit einem Bezugsarm (30) verbunden sind; einem Ausgleichsaktor (106) mit einer ersten und einer zweiten Fluidkammer (206a, 206b), der mit dem ersten Elektrodenarm (101) und dem Bezugsarm (30) verbunden ist, um das Gewicht der Elektrodenarme (101, 102) auszugleichen; einem mit dem ersten Elektrodenarm (101) verbundenen Positionssensor (110) zum Erfassen einer räumlichen Position zum Bestimmen einer räumlichen Orientierung des Schweißgeräts (100); einem mit dem ersten und dem zweiten Elektrodenarm (101, 102) verbundenen Klemmaktor (103); und einem Steuersystem (350) mit einem Verarbeitungssystem (351), das dafür konfiguriert ist: eine räumliche Orientierung des Schweißgeräts (100) zu bestimmen; und einen Klemmdruck zu bestimmen, der im Klemmaktor (103) erforderlich ist, um den ersten und den zweiten Elektrodenarms (101, 102) bei der bestimmten räumlichen Orientierung mit einer vorgegebenen Klemmkraft zu betätigen.
Schweißgerät (100) nach Anspruch 23, wobei der Positionssensor (110) zum Erfassen einer räumlichen Position ein digitaler Positionssensor zum Erfassen einer räumlichen Position ist.
Schweißgerät (100) nach Anspruch 23, wobei das Verarbeitungssystem (351) ferner dafür konfiguriert ist, eine Druckdifferenz zu bestimmen, die zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer (206a, 206b) erforderlich ist, um die Elektrodenarme (101, 102) bei der bestimmten räumlichen Orientierung auszubalancieren.
Schweißgerät (100) nach Anspruch 23, ferner mit einem 3/2-Wege-Proportionaldruckregelventil (321) in Serie mit einem 5/2-Wegeventil (322) zum selektiven Bereitstellen einer Fluidkommunikation zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer (206a, 206b) des Ausgleichsaktors (106) und einer Druckfluidquelle (320).
Schweißgerät (100) nach Anspruch 23, ferner mit einem Positionssensor (410) mit einem mit dem ersten Elektrodenarm (101) verbundenen ersten Abschnitt (410a) und einem mit dem Bezugsarm (30) verbundenen zweiten Abschnitt (410b), wobei das Verarbeitungssystem (351) ferner dafür konfiguriert ist: eine räumliche Orientierung des ersten Elektrodenarms (101) unter Verwendung des ersten Abschnitts (410a) des Positionssensors (410) zu bestimmen; eine räumliche Orientierung des Bezugsarms (30) unter Verwendung des zweiten Abschnitts (410b) des Positionssensors (410) zu bestimmen; und die räumliche Orientierung des ersten Elektrodenarms (101) mit der räumlichen Orientierung des Bezugsarms (30) zu vergleichen, um den Gewichtsausgleich der Elektrodenarme (101, 102) zu prüfen.
Schweißgerät (100) nach Anspruch 23, ferner mit einem mit einem ersten Abschnitt (108) des Ausgleichsaktors (106) verbundenen Magnet (412a) und einer mit einem zweiten Abschnitt (107) des Ausgleichsaktors (106) verbundene Wicklung (412b), wobei das Verarbeitungssystem (351) ferner dafür konfiguriert ist, eine Bewegung des Ausgleichsaktors (106) basierend auf einer durch eine Bewegung des Magneten (412a) relativ zur Wicklung (412b) erzeugten Spannung zu bestimmen.