CN112171041B - 焊接工具的焊接控制装置和避免焊接工具的力波动的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焊接工具的焊接控制装置和避免焊接工具的力波动的方法。提供了用于焊接工具（21）的焊接控制装置（10；100）和用于避免焊接工具（21）的力波动的方法，以便防止对焊接工具（21）的损伤。焊接控制装置（10；100）具有力调节模块（12）和评估模块（11；110）；力调节模块（12）用于调节如下力（FS(t)；FS_ACT）的变化过程：在制造焊接连接（7）时，焊接工具（21）的至少一个电极（22，23）将所述力施加到至少一个构件（5，6）上；评估模块（11；110）用于评估力调节模块（12）的调节；其中评估模块（11；110）构建为，如果对力调节模块（12）的调节的评估得出力（FS(t)；FS_ACT）的变化过程具有波动，则改变力调节模块（12）的至少一个调节器参数（120）。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于焊接工具的焊接控制装置和一种用于避免焊接工具的力波动的方法，以便防止对焊接工具的损伤。
背景技术
为了通过焊接连接金属零件，采用焊接工具。例如，在工业***中，尤其是在用于车辆的生产线等等中，金属零件(尤其是板)通过借助焊接工具进行焊接而被连接。在自动化车身装配车间中，在焊接电极上具有电极帽的焊钳被用作焊接工具。在电阻焊接的情况下，待焊接的构件利用焊钳的两个焊接电极被挤压在待焊接的部位处。由此，构成如下电路：在该电路中，利用特定的电流特性曲线在构件之间构造焊接核心。在点焊/电阻焊接的情况下，焊接点的恒定质量是非常重要的。
这种焊钳例如构建为伺服电焊钳，以便施加焊钳的用于进行挤压的力，以构成焊接点。如果被引入到焊钳中的力过大，则焊钳被损坏。因而，采用力调节器是有利的，以便将引入到焊钳中的力配量为使得在焊钳或焊接工具处没有损坏出现。
有问题的是，在这种工业***中要采用具有非常不同的机械特性的非常多的不同焊钳类型，并且这些焊钳类型要可被焊接控制装置控制。每种焊钳都显著地影响力的调节。作为其结果，针对每个单个焊钳都需要对力调节器进行单独参数化。这让针对工业***的焊接控制装置非常麻烦地成形。
发明内容
因而，本发明的任务在于，提供一种用于焊接工具的焊接控制装置和一种用于避免焊接工具的力波动的方法，利用所述焊接控制装置和所述方法能够解决之前所提到的问题。尤其是，要提供一种用于焊接工具的焊接控制装置和一种用于避免焊接工具的力波动的方法，在所述焊接控制装置和所述方法中，在无大开销的情况下并且成本低廉地可避免对不同类型的任意焊接工具的损坏，以便不仅避免***停顿而且简单地以及成本低廉地实现焊接连接的始终不变的质量，所述任意焊接工具由工业***中的焊接控制装置来控制。
该任务通过根据本发明的用于焊接工具的焊接控制装置来解决。焊接控制装置具有用于调节如下力的变化过程(Verlauf)的力调节模块：在制造焊接连接时，焊接工具的至少一个电极将该力施加到至少一个构件上；并且焊接控制装置具有用于评估力调节模块的调节的评估模块，其中所述评估模块构建为，如果对力调节模块的调节的评估得出该力的变化过程具有波动，则改变力调节模块的至少一个调节器参数。
之前所描述的焊接控制装置给予了如下可能性：以简单的方式和方法以及非常可靠地检测并且此外还减小以及在最好情况下消除焊接工具处的力波动。在这种情况下，在识别出力波动之后，调整(angepasst)力调节器的到目前为止的调节进程，使得接下来的焊接过程已经可以利用减小的以及在最好情况下已经优化过的力调节进行。可是，波动识别和调节器参数的调整并不仅限于利用焊接电流执行焊接过程。波动识别和调节器参数的调整替选地可以在服务过程中被执行。用于力检查和/或用于力校准的服务过程是针对这种服务过程的实例。在这样的服务过程中，作为焊接工具的焊钳被接通，而在焊钳的电极之间没有布置有构件并且没有电流被引入。
以此，不发生对焊接工具的损坏。再者，也可以确保，可以实现焊接连接的所预期的质量。
作为对此的结果，要中止较少的焊接过程，使得工业***中的焊接***的失效能够被最小化。由此，不仅由工业***生产的次品被减小，而且工业***的产量被提高。再者，利用焊接控制装置显著地提高了焊接工具的使用寿命。为此还实现了，较不频繁地要求耗资巨大的用于清除焊接***的干扰的服务工作(Serviceeinsaetze)。
总之，焊接控制装置可以给予对焊接工具的控制，使得确保了利用该焊接工具制造的焊接连接的高质量。
焊接控制装置的有利的其他构建方案在下文予以说明。
根据一个实施例，评估模块构建为，评估调节偏差的时间变化过程，以便确定力的变化过程是否具有波动。在这种情况下，评估模块构建为，关于周期持续时间和幅度来评估调节偏差的时间变化过程。
根据另一实施例，评估模块构建为，就最大值(auf Maxima)对实际力的频谱进行评估，以便确定力的变化过程是否具有波动。
可设想的是，力调节模块具有PD调节器，其中评估模块构建为，如果对力调节模块的调节的评估得出力的变化过程具有波动，则改变PD调节器的比例放大。
可能的是，评估模块构建为，如果对力调节模块的调节的评估得出力的变化过程具有波动，则中止目前执行的焊接工序(Schweissverlauf)。
可选地，评估模块构建为，如果对力调节模块的调节的评估得出力的变化过程具有波动，则输出消息。
之前所描述的焊接控制装置可以是如下焊接***的部分：所述焊接***再者还具有焊接工具，所述焊接工具具有至少一个电极，用于在至少一个构件处制造焊接连接，其中焊接控制装置构建用于控制利用焊接工具制造焊接连接。
在这种情况下，焊接工具可以是电阻焊接工具，该电阻焊接工具构建为具有两个电极的焊钳。
再者，该任务通过根据本发明的用于避免焊接工具的力波动的方法来解决。该方法具有步骤：利用力调节模块来调节如下力的变化过程：在制造焊接连接时，焊接工具的至少一个电极将所述力施加到至少一个构件上；利用评估模块对力调节模块的调节进行评估；和如果对力调节模块的调节的评估得出力的变化过程具有波动，则利用评估模块改变力调节模块的至少一个调节器参数。
该方法实现了与之前关于焊接控制装置所提到的优点相同的优点。
本发明的其他可能的实施方案也包括之前或者在下文有关这些实施例所描述的特征或者实施形式的未明确提到的组合。在此，本领域技术人员也将添加单个方面作为对本发明的相应基本形式的改进或者补充。
附图说明
随后，参照所附的附图并且依据实施例更详细地描述了本发明。其中：
图1示出了根据第一实施例的具有焊接***的工业***的强烈简化的示意性视图，所述焊接***使用焊接控制装置来控制焊接工具；
图2示出了根据第一实施例的焊接工具的焊接电极的剖视图；
图3示出了根据第一实施例的用于调节如下力的调节回路的简化视图：在执行焊接过程或者服务过程时，所述力由焊接工具被施加到焊接部位上；
图4示出了如下方法的流程图：所述方法由焊接控制装置根据第一实施例在执行焊接过程时实施，以识别力波动；
图5示出了根据第二实施例的用于调节如下力的调节回路的简化视图：在执行焊接过程或者服务过程时，所述力由焊接工具被施加到焊接部位上；以及
图6示出了如下方法的流程图：所述方法由焊接控制装置根据第二实施例在执行焊接过程时实施，以识别力波动。
在这些图中，只要未另有说明，相同的或者功能相同的元件就配备有同样的附图标记。
具体实施方式
图1示出了具有焊接***2的工业***1，该焊接***2被用于焊接至少一个金属构件5、6。在这种情况下，至少一个金属构件5、6与至少一个焊接连接7连接。至少一个焊接连接7例如是焊接点和/或焊缝。在这种情况下，两个金属构件5、6彼此连接，或者构件5、6之一的仅仅两个边缘也彼此连接。
工业***1例如是用于车辆、家具、建筑物等的生产线，在所述生产线中金属构件5、6被焊接。为此，焊接***2具有焊接控制装置10、用于引导焊接工具21的设备20、检测装置30和操作装置40，所述焊接工具21实施为电阻焊接工具并且具有两个焊接电极22、23。设备20由控制装置25来控制。再者，设置有通信线路41至45，这些通信线路尤其是可以实施为总线***。利用操作装置40可输出消息48，尤其是输出状态消息和/或故障消息和/或别的信息。
设备20尤其是机器人。操作装置40例如可实施为键盘和/或鼠标、膝上型电脑(Laptop)、触摸敏感的或者触摸不敏感的屏幕等等或者其组合。
根据图1，焊接工具21是具有至少一个电极22、23的焊钳。尤其是，焊接工具21是伺服电焊钳。在图1的实例中，焊钳构造为C形夹钳。在这种情况下，可能的是，夹钳臂中的在其端部处布置有例如电极22的一个夹钳臂是可运动的夹钳臂，而在其端部处布置有例如电极23的另一夹钳臂是固定的夹钳臂。在固定的夹钳臂处，可以设置有检测装置30、尤其是该检测装置30的力传感器。替选地，可能的是，将焊钳构造为X形夹钳。在所提到的焊钳的情况下，电极22、23优选地实施为水冷却的电极杆。
焊接控制装置10用于控制焊接工具21。因而，焊接控制装置10经由通信线路41与焊接工具21或该焊接工具21的电部件连接。焊接控制装置10此外还经由通信线路42与操作装置40连接。再者，焊接控制装置10经由通信线路41接收数据35，所述数据35在焊接工具21运行时已由检测装置30检测到。检测装置30为此具有至少一个传感器，用于检测物理变量，所述物理变量在焊接时是关系重大的并且随后称作数据35。这样的物理变量或数据35尤其是包括保持力和/或压紧力FS，用于在实施用于制造焊接连接7的焊接过程中将焊接工具21保持在至少一个构件5、6处和/或将电极22、23压紧到至少一个构件5、6上。因此，检测装置30尤其是包括至少一个力传感器。
焊接控制装置10具有评估模块11、力调节模块12和存储模块13。评估模块11用于评估数据35，所述数据35被存储在存储模块13中。评估的结果尤其是在利用力调节模块12进行力调节时被使用，如随后还更准确地描述的那样。
为了控制利用焊接工具21进行的焊接过程，在焊接控制装置10中，更准确地说在该焊接控制装置10的存储模块13中，再者还存储有内部基本参数和/或期望值131，这些内部基本参数和/或期望值131可以要么出厂交货被输入，要么稍后借助操作装置40由用户来输入。内部基本参数或者期望值131可以是焊接工具21的参数。再者，内部基本参数或者期望值131可以是焊接控制装置10的如下参数：利用所述参数来控制焊接工具21。尤其是，内部基本参数或者期望值131是焊接电流IS的相位截止(Phasenanschnitt)和/或焊接工具21的电阻R和/或保持力和/或压紧力FS。焊接电流IS通过在图1中未示出的电焊变压器被输送给焊接工具21。这关于图2更详细地予以描述。所有内部基本参数或者期望值131可存储为时间上有关的变量或者相应的期望变量的期望时间变化过程。因此，尤其是可存储有IS(t)和/或焊接工具21的电阻R(t)，和/或可存储有保持力和/或压紧力FS(t)。在此，可存储有连续的时间变化过程或者断断续续地确定的时间变化过程。
在利用设备20的臂24引导焊接工具21时，设备20由该设备20的控制装置25来控制。对此，控制装置25经由通信线路43与焊接控制装置10连接。可选地，控制装置25经由通信线路44与操作装置40连接。
附加地或者替选地，借助通信线路45，控制装置25直接与检测装置30和/或焊接工具21的电部件连接。如果不存在冗余需求，则可能省去通信线路43。
经由通信线路42至45，对于利用焊接工具21执行焊接而言，关系重大的数据可以在焊接控制装置10和设备20(更准确地说控制装置25)和/或操作装置40之间被交换。再者，在控制装置25中可以存储有控制装置25的内部基本参数或者期望值251，利用所述内部基本参数或者期望值251控制焊接工具21，尤其是针对焊接工具21在空间中的定位并且因而在构件5、6处的定位来控制焊接工具21。
图2更准确地示出了焊接工具21的电极22、23在本实施例中的结构。因此，电极22构造为如下电极杆：该电极杆在它的一个端部处配备有电极帽220。电极帽220在电极22的朝向构件5的端部处布置在电极22上。此外，电极23构造为如下电极杆：该电极杆配备有电极帽230。电极帽230在电极23的朝向构件6的端部处布置在电极23上。
焊接工具21可以利用非常示意性示出的清洁装置60被加工成使得：电极帽220、230之一的弄脏的部分在需要时被切断或者被铣削，所述清洁装置60可以实施为铣削和/或切割装置或者更换装置。电极帽220、230因此是磨损对象。
在焊接工具21运行中，电极22、23在待焊接的部位处被布置到至少一个构件5、6上，并且借助保持力和/或压紧力Fs被加接到至少一个构件5、6上。换言之，这两个电极22、23用力FS夹紧构件5、6。在这种情况下，视在电极帽220、230处的已经执行的铣削和/或切割过程的次数而定，要向至少一个构件5、6不同远近地(unterschiedlich weit)递送(zustellen)电极22、23，以便达到所预期的力FS。紧接着，借助电焊变压器27，在预先确定的持续时间T内并且以预先确定的特征给电极22、23输送焊接电流IS。对此，(尤其是至少部分地以经调节的方式)输送具有限定的电流特性曲线的电流IS。由此，在至少一个构件5、6中形成热量，使得构造焊接核心，所述焊接核心稍后构成焊接连接7。
图3阐明了在利用焊接工具21的焊接过程中利用力调节模块12构成的针对保持力和/或压紧力Fs的调节回路的结构。在焊接过程中制造焊接连接7。图3因此更准确地示出了力调节模块12和该力调节模块12的与评估模块11、存储模块13和检测装置30的接线。再者，在存储模块13中可存储有数据35、尤其保持力和/或压紧力FS的由检测装置30在焊接过程中检测到的实际力FS_ACT。此外，在存储模块13中存储有基本参数和期望变量131、尤其针对保持力和/或压紧力的与时间有关的期望力FS(t)。为此还在存储模块13中可存储有评估模块11的评估结果132。
力调节模块12具有PD调节器121和调节段(Regelstrecke)122，该PD调节器121具有特定设定的调节器参数120。PD调节器是由比例调节器和差分调节器构成的组合。调节段122是利用力调节模块12构成的调节回路的包含要调节的物理变量的那个部分，所述要调节的物理变量在本发明即保持力和/或压紧力FS。当前起作用的力FS_ACT由检测装置30来检测，更准确地说由该检测装置30的至少一个力传感器来检测。力FS_ACT的检测结果又被输送给PD调节器121，如在图3中所示出的那样。
PD调节器121因此对期望变量(那就是说保持力和/或压紧力FS的期望力FS(t))和保持力和/或压紧力FS的所检测到的实际力FS_ACT的差起作用。由于其，出现如下力FS_ACT，该力FS_ACT在焊接过程中对电极22、23起作用，并且因此对至少一个构件5、6起作用。
评估模块11构建为，通过分析调节偏差FS1＝FS(t)-FS_ACT来识别力波动。在这种情况下，在用于识别力波动的方法中，评估模块11如下地采取行动，如在图4中所阐明的那样。在焊接过程中(那就是说在加载有焊接电流的情况下)，或者在服务过程中(那就是说在没有加载有焊接电流的情况下)，执行用于识别力波动的方法。
在步骤S1中，评估模块11检查，调节偏差FS1是否始终在相同的时间t1之后具有零位。时间t1尤其是波动的半个周期持续时间。如果识别出零位，则该流程继续行进至步骤S2。
在步骤S2中，评估模块11检查，调节偏差FS1的量|FS1|是提高了，还是没有提高。因此，评估模块11执行对波动的幅度的检查。如果调节偏差FS1的量|FS1|是提高了，则评估模块11识别出波动，这可以作为评估结果132被存储在存储模块13中。此后，该流程继续行进至步骤S3。
在步骤S3中，焊接控制装置10(尤其是该焊接控制装置10的评估模块11)中止目前执行的焊接过程。此外，焊接控制装置10(尤其是该焊接控制装置10的评估模块11)可选地输出故障消息作为消息48，所述消息48可以利用操作装置40来显示。显示尤其是可以以光学方式和/或以声学方式进行。此后，该流程继续行进至步骤S4。
在步骤S4中，焊接控制装置10(尤其是该焊接控制装置10的评估模块11)调整力调节模块12或调节器121的调节器参数120，以便在将来在焊接过程中避免保持力和/或压紧力FS的波动。在这种情况下，尤其是减小PD调节器121的比例放大。因此，对力调节模块12(尤其是调节器121)的调节器参数120进行自动调整。此后，该方法结束。
在接下来的焊接进程中，焊接控制装置10利用力调节模块12(尤其是PD调节器121)的如下调节器参数120来实施保持力和/或压紧力FS的调节：现在根据之前所描述的方法设定了所述调节器参数120。在最好情况下，现在已经最优地设定了力调节模块12(尤其是PD调节器121)的调节器参数120。因此，之前关于步骤S4所描述的对调节器参数120的调整已经在焊接***2的接下来的焊接过程中是有效的。
之前所描述的方法的步骤S1和S2可以至少有时同时被执行。替选于此地并且替选于之前所描述的方法，可能在步骤S2之后执行步骤S1。
图5阐明了在利用焊接工具21的焊接过程中利用力调节模块12构成的针对保持力和/或压紧力FS的调节回路的结构，并且阐明了焊接控制装置100和该焊接控制装置100的评估模块110的应用。
焊接控制装置100很大部分(in weiten Teilen)以与针对根据先前的实施例的焊接控制装置10所描述的方式相同的方式被实施。因而，在下文中仅仅描述了根据本实施例的焊接控制装置100对于根据先前的实施例的焊接控制装置10的区别。
评估模块110并不评估调节偏差FS1，如针对评估模块11之前所描述的那样。取而代之，焊接控制装置100(尤其是该焊接控制装置100的评估模块110)评估实际力FS_ACT的频谱。因此，焊接控制装置100(尤其是该焊接控制装置100的评估模块110)实施用于识别力波动的方法，如在图6中所示出的那样。
如在图6中所示出的那样，代替图4的步骤S1和S2，焊接控制装置100(尤其是该焊接控制装置100的评估模块110)实施步骤S10。在步骤S10中，焊接控制装置100(尤其是该焊接控制装置100的评估模块110)通过分析实际力FS ACT的频谱来实施对保持力和/或压紧力FS的力波动的识别。在这种情况下，焊接控制装置100(尤其是该焊接控制装置100的评估模块110)使用FFT分析(FFT＝快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation))。如果在实际力FS_ACT的频谱中可识别出最大值，则这表明有波动。因此，评估模块110将这些最大值评价为存在力波动。再者，如果在实际力FS_ACT的频谱中可识别出最大值，则该流程继续行进至步骤S3。
在随后的步骤S3和紧接在其后的步骤S4中，又如之前关于图4所描述的那样采取行动。
以这种方式，焊接控制装置100在接下来的焊接进程中利用力调节模块12(尤其是PD调节器121)的如下调节器参数120来实施保持力和/或压紧力FS的调节：现在根据之前所描述的方法设定了所述调节器参数120。在最好情况下，现在已经最优地设定了力调节模块12(尤其是PD调节器121)的调节器参数120。
因此，利用焊接控制装置100也可能的是，让之前关于步骤S4所描述的对调节器参数120的调整已经在焊接***2的接下来的焊接过程中变为有效的。
根据第三实施例，焊接控制装置10不仅具有评估模块11而且具有评估模块110。通过组合模块11、110的评估，可执行还更好的和/或更可靠的识别和对力波动的反应。
焊接***2的、焊接控制装置10、100的、评估模块11、110的、力调节模块12和这些方法的所有之前所描述的构建方案可以单个地或者以所有可能的组合得以应用。尤其是，之前所描述的实施例的所有特征和/或功能可以任意组合。附加地，尤其是可设想下列修改方案。
在这些图中所示出的零件示意性地示出，并且只要保证这些零件的之前所描述的功能，就可以在准确的构建方案中偏离在这些图中所示出的形式。
焊接工具21不必实施为焊钳，而是也可以仅具有焊接电极22或者23等等。
可选地，在两侧，那就是说不是只在电极22处或者只在电极23处，而是经由两个电极22、23，可以相对应地引入力FS。
此外可能的是，使用不同于PD调节器的调节器121。在该情况下，改变调节器121的另外的调节器参数，以便避免力FS的波动。在这种情况下，替选地可能的是，一个接着一个地连接多个调节器121。如果例如代替PD调节器使用两点式调节器，则可能会提出与之前所描述的具有PD调节器的解决方案相比动态性更少的并且在调节技术上更不有利的解决方案。在本发明，那么可能必须调整对于两点式调节器合适的参数，以便避免波动。
Claims (10)
1.一种用于焊接工具(21)的焊接控制装置(10；100)，其具有力调节模块(12)和评估模块(11；110)，所述力调节模块(12)用于调节如下力(FS(t)；FS_ACT)的变化过程：在制造焊接连接(7)时，焊接工具(21)的至少一个电极(22，23)将所述力施加到至少一个构件(5，6)上；所述评估模块(11；110)用于评估所述力调节模块(12)的调节；其中所述评估模块(11；110)构建为，如果对所述力调节模块(12)的调节的评估得出所述力(FS(t)；FS_ACT)的变化过程具有波动，则改变所述力调节模块(12)的至少一个调节器参数(120)。
2.根据权利要求1所述的焊接控制装置(10；100)，其中，所述评估模块(11)构建为，评估调节偏差(FS1)的时间变化过程，以便确定所述力(FS(t)；FS_ACT)的变化过程是否具有波动。
3.根据权利要求1或者2所述的焊接控制装置(10；100)，其中，所述评估模块(11)构建为，关于周期持续时间和幅度来评估所述调节偏差(FS1)的时间变化过程。
4.根据权利要求1所述的焊接控制装置(10；100)，其中，所述评估模块(110)构建为，就最大值对实际力(FS_ACT)的频谱进行评估，以便确定所述力(FS(t)；FS_ACT)的变化过程是否具有波动。
5.根据权利要求1或者2所述的焊接控制装置(10；100)，
其中，所述力调节模块(12)具有PD调节器(121)，并且
其中所述评估模块(11；110)构建为，如果对所述力调节模块(12)的调节的评估得出所述力(FS(t)；FS_ACT)的变化过程具有波动，则改变所述PD调节器(121)的比例放大。
6.根据权利要求1或者2所述的焊接控制装置(10；100)，其中，所述评估模块(11；110)构建为，如果对所述力调节模块(12)的调节的评估得出所述力(FS(t)；FS_ACT)的变化过程具有波动，则中止目前实施的焊接工序。
7.根据权利要求1或者2所述的焊接控制装置(10；100)，其中，所述评估模块(11；110)构建为，如果对所述力调节模块(12)的调节的评估得出所述力(FS(t)；FS_ACT)的变化过程具有波动，则输出消息(48)。
8.一种焊接***(2)，其具有：
焊接工具(21)，所述焊接工具(21)具有用于在至少一个构件(5，6)处制造焊接连接(7)的至少一个电极(22，23)，和
根据上述权利要求中任一项所述的焊接控制装置(10)，用于控制利用所述焊接工具(21)制造焊接连接(7)。
9.根据权利要求8所述的焊接***(2)，其中，所述焊接工具(21)是电阻焊接工具，该电阻焊接工具构建为具有两个电极(22，23)的焊钳。
10.一种用于避免焊接工具(21)的力波动的方法，其中所述方法具有步骤：利用力调节模块(12)来调节如下力(FS(t)；FS_ACT)的变化过程：在制造焊接连接(7)时，所述焊接工具(21)的至少一个电极(22，23)将所述力施加到至少一个构件(5，6)上；利用评估模块(11；110)来评估(S1，S1；S10)所述力调节模块(12)的调节；和如果对所述力调节模块(12)的调节的评估得出所述力(FS(t)；FS_ACT)的变化过程具有波动，则利用所述评估模块(11；110)来改变(S4)所述力调节模块(12)的至少一个调节器参数(120)。
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