CN113210818A - 用于焊接控制***的装置和用于在控制焊接工具时产生力值的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于焊接控制***（10）的装置（50、50A）和一种用于在控制焊接工具（21）时对力值进行可信度校验的方法。所述装置（50、50A）具有用于测定至少一个焊接工具参数（A_B、M_B）的测定模块（51）和用于从由所述测定模块（51）测定的焊接工具参数（A_B、M_B）中产生在用所述焊接工具（21）进行的焊接过程中出现的实际力（F_S（t）、F_{S_ACT}）的力值产生模块（52），其中所述至少一个焊接工具参数（A_B、M_B）取决于在用所述焊接工具（21）进行的焊接过程中所述焊接工具（21）相对于至少一个构件（5、6）的驱动，其中所述力值产生模块（52）被构造用于用所述焊接工具（21）的模型（511）产生所述实际力（F_S（t）、F_{S_ACT}）。

Description

用于焊接控制***的装置和用于在控制焊接工具时产生力值 的方法

技术领域

本发明涉及一种用于焊接控制***的装置和一种用于在控制焊接工具时产生力值的方法。

背景技术

金属部件能够用焊接工具来连接。例如，焊接工具被用在工业设备中，所述工业设备尤其是用于车辆的生产线等。在此，金属部件、尤其是板材用焊接工具通过焊接来连接。在自动化的车身骨架制造中，作为焊接工具来使用在焊接电极（Schweißelektrode）上具有电极帽的焊接钳。在进行电阻焊时，用焊接钳的两个焊接电极在有待焊接的位置处对有待焊接的构件进行挤压。由此形成电路，在该电路中以特殊的电流变化曲线在构件之间形成焊接核心（）。在进行点焊/电阻焊时，焊接点的恒定的质量非常重要。

这样的焊接钳例如被构造为电动伺服的焊接钳，以便施加用于挤压焊接钳的力来形成焊接点。如果被导入到焊接钳中的力太大，则焊接钳被损坏。因此，力调节器的使用是有利的，以便如此计量被导入到焊接钳中的力，从而在焊接钳或焊接工具处不出现损坏。

所述力调节器在力调节时使用所测得的力值、即所谓的实际力。所述实际力用力传感器来测量。

然而，成问题的是，所述力传感器的布置成本高昂。此外，所述力传感器应该一再保养、尤其是校准，以便能够避免力传感器输出错误的实际力值或实际力的错误值。

如果输出了错误的实际力值，那么在对焊接工具的运行进行调节和监控时就会使用错误测量的实际力。在此，在对焊接工具、尤其电动伺服的焊接钳进行力调节时，用错误的实际力值就会导致设定错误的力。这可能导致焊接点质量差、像比如敞开的焊接点、大量飞溅物等并且导致焊接工具的损坏。

发明内容

因此，本发明的任务在于，提供一种用于焊接控制***的装置和一种用于在控制焊接工具时产生力值的方法，用所述装置和方法能够解决上述问题。尤其应提供一种用于焊接控制***的装置和一种用于在控制焊接工具时产生力值的方法，其中对工业设备中的、由焊接控制***控制的不同类型的任意焊接工具来说所产生的力能够如此设定，从而能够以较小的安装和保养开销以及较高的运行安全性和精度来实现焊接连接的保持不变的质量。

该任务通过一种根据权利要求1所述的用于焊接控制***的装置得到解决。所述装置具有测定模块和力值产生模块，其中所述测定模块用于测定至少一个焊接工具参数，所述焊接工具参数取决于在用焊接工具进行的焊接过程中该焊接工具相对于至少一个构件的驱动，并且其中所述力值产生模块用于从由所述测定模块测定的焊接工具参数来产生在用焊接工具进行的焊接过程中出现的实际力，其中所述力值产生模块被构造用于用焊接工具的模型来产生实际力。

前述装置能够在没有力传感器的情况下以所要求的高质量来调节焊接连接的建立。由此能够节省资源。此外，对于焊接设备能够节省用于力传感器的成本。

此外，由于不需要力传感器，也取消了用于力传感器的投入运行、定标（Skalierung）和保养、尤其校准的时间耗费。这对焊接控制***来说意味着额外的显著的成本节约。

尽管如此，所述装置能够避免焊接工具的损坏。由此能够避免用于消除焊接设备的故障的高成本的维修使用。因此，所述焊接控制***显著地提高了焊接工具的使用寿命。

总体上，所述装置能够确保，能够获得所建立的焊接连接的所期望的质量。例如，在力调节的情况下，在力实际值被错误地测量、特别是被太大地测量的情况下能够避免焊接飞溅物和由此引起的差的焊接点质量。由此减少了由工业设备生产的废品。

总之，由此能够使工业设备中的焊接设备的故障最小化。由此，最终能够提高工业设备的产量。

在从属权利要求中说明了所述装置的其他有利的设计方案。

模型能够将焊接工具建模为弹簧并且能够具有至少一个确定弹簧的弹簧参数。

能够考虑的是，所述至少一个弹簧参数是等效弹簧常数，其具有至少一个与焊接工具的机械特性有关的弹簧常数以及一个与至少一个有待焊接的构件的特性有关的弹簧常数。

作为补充方案或替代方案，能够考虑的是，所述至少一个弹簧参数是死时间，该死时间在向焊接工具加载力之后延迟用于建立焊接连接的力形成。

在一种特定的设计方案中，所述力值产生模块能够被构造用于考虑到焊接过程中的确定弹簧的参数的变化。

根据一实施例，所述至少一个焊接工具参数是焊接工具的臂弯曲（Armaufbiegung），所述臂弯曲是焊接工具的至少一个电极的实际位置的函数。作为补充方案或替代方案，根据另一实施例，所述至少一个焊接工具参数是焊接工具的至少一个电极的加速力矩，并且所述加速力矩是用于对焊接工具的至少一个电极进行驱动的驱动机构的实际转速的函数。

根据另一种可选方案，所述力值产生模块被构造用于为了产生实际力而考虑到在用焊接工具进行的焊接过程中出现的力的变化，其中由于所述至少一个构件的热膨胀并且/或者由于至少一个电极在熔化位置处沉入到所述至少一个构件中并且/或者由于焊接飞溅物而出现所述力的变化。

前述装置能够是用于焊接工具的焊接控制***的一部分，该焊接控制***此外具有用于调节力的变化曲线的力调节模块，在建立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，其中所述力调节模块与所述装置如此连接，使得所述力调节模块将由装置产生的实际力用于调节力的变化曲线。

在此，所述装置此外能够被构造用于测定力的实际值之间的差，在用焊接工具进行的焊接过程中由测定模块在相同的时间里为不同的焊接工具参数产生了所述力的实际值，其中所述装置被构造用于：如果所测定的差在数值上太大，则通知焊接控制***应该中断焊接过程。

此外，前述焊接控制***能够具有用于对力调节模块的调节进行测评的设定模块，其中所述设定模块被构造用于将焊接工具建模为弹簧并且在至少一个确定弹簧的参数的基础上设定力调节模块的至少一个调节器参数。

前述装置能够是焊接设备的一部分，所述焊接设备此外具有焊接工具和焊接控制***，其中所述焊接工具具有至少一个用于在至少一个构件上建立焊接连接的电极，并且其中所述焊接控制***用于控制用焊接工具来建立焊接连接，其中所述力调节模块与所述装置如此连接，使得所述力调节模块将由所述装置产生的实际力用于调节力的变化曲线。

在此，所述焊接工具能够是电阻焊接工具，其被构造为具有两个电极的焊接钳。

此外，所述任务通过一种根据权利要求13所述的用于在控制焊接工具时产生力值的方法来解决。该方法用用于焊接控制***的装置来实施并且具有以下步骤：用测定模块来测定至少一个焊接工具参数，所述焊接工具参数取决于在用所述焊接工具进行的焊接过程中所述焊接工具相对于至少一个构件的驱动；并且用力值产生模块从由所述测定模块测定的焊接工具参数中产生实际力，所述实际力在用所述焊接工具进行的焊接过程中出现，其中所述力值产生模块用所述焊接工具的模型来产生所述实际力。

所述方法获得与前面关于装置所提到的优点相同的优点。

本发明的其它可行的实现方案也包括之前或接下来关于实施例所描述的特征或实施方式的未明确提到的组合。在此，本领域技术人员也能够添加单个方面来作为本发明的相应的基本形式的改进或补充。

附图说明

下面参照附图并且根据实施例来详细描述本发明。其中示出：

图1示出了具有根据第一实施例的焊接设备的工业设备的大为简化的示意图，所述焊接设备使用用于控制焊接工具的焊接控制***和用于在焊接工具上产生实际力值的装置；

图2示出了在焊接工具还没有准备好进行焊接时根据第一实施例的焊接工具的焊接电极的处于运行状态中的剖视图；

图3示出了在焊接工具准备好进行焊接并且建立了焊接连接时根据第一实施例的焊接工具的焊接电极的处于运行状态中的剖视图；

图4示出了作为三个弹簧的串联的C型钳的等效模型的图解；

图5示出了在一种用于钳闭合运动V_ACT的速度的输入阶跃的特殊的实例中的实际力的时间变化曲线图；

图6示出了根据第一实施例的用于调节力的调节回路的简化视图，在执行焊接过程或维护过程时由焊接工具将所述力施加到焊接位置上；

图7示出了方法的流程图，该方法由根据第一实施例的、用于在焊接工具上产生实际力值并且在建立焊接连接时使用的装置来实施；并且

图8示出了根据第二实施例的用于在焊接工具上产生实际力值的装置的图解。

具体实施方式

在附图中，只要没有另外说明，相同的或功能相同的元件就设有相同的附图标记。

图1示出了一种工业设备1，其具有用于焊接至少一个金属构件5、6的焊接设备2。在此，至少一个金属构件5、6用至少一个焊接连接7来连接。至少一个焊接连接7例如是焊接点和/或焊缝。在此，两个金属构件5、6或所述构件5、6之一的仅仅两条边缘能够彼此连接。在焊接时可能不期望地出现焊接飞溅物8。

所述工业设备1例如是用于车辆、家具、建筑物等的生产线，在该生产线中焊接金属构件5、6。为此，所述焊接设备2具有焊接控制***10、用于对实施为电阻焊接工具的具有两个焊接电极22、23的焊接工具21进行导引的第一装置20、提供数据35的检测机构30、操纵机构40以及第二装置50。所述第一装置20由控制机构25控制。此外，设置了通信线路41至45，其尤其能够被实施为总线***。用所述操纵机构40能输出通知（Meldung）48，尤其是状态通知和/或故障通知和/或其它信息。所述第二装置50用于在焊接过程中产生焊接工具21的实际力值。为此，所述装置50使用数据35中的至少一部分。

所述装置20尤其是机器人。所述操纵机构40例如能够实施为键盘和/或鼠标、笔记本电脑、触摸敏感的或触摸不敏感的屏幕等或其组合。

根据图1，所述焊接工具21是带有至少一个电极22、23的焊接钳。尤其所述焊接工具21是电动伺服的焊接钳。在图1的实例中，所述焊接钳被构造为C型钳。在此可行的是，钳臂之一——在其端部上例如布置有电极22——是能运动的钳臂，而另一条钳臂——在其端部上例如布置有电极23——是固定的钳臂。在所述固定的钳臂上能够设置检测机构30、特别是其力传感器。当然，用于实现焊接工具21并且/或者用于将检测机构30布置在焊接工具21上的其它变型方案也是可行的。

所述焊接控制***10用于控制焊接工具21。因此，所述焊接控制***10经由通信线路41与焊接工具21或其电气组件相连接。此外，所述焊接控制***10经由通信线路42与操纵机构40连接。作为补充方案，所述焊接控制***10经由通信线路41接收在焊接工具21运行时由检测机构30所检测到的数据35。为此，所述检测机构30具有至少一个用于检测物理参量的传感器，所述物理参量在焊接时是重要的并且在下面被称为数据35。这样的物理参量或数据35尤其包括在实施用于建立焊接连接7的焊接过程时的温度、电极22、23在空间中和/或相对于至少一个构件5、6的位置或在焊接时的其他物理参量。

因此，所述检测机构30尤其具有至少一个位置传感器、例如旋转编码器和/或陀螺仪传感器和/或运动传感器。作为补充方案或替代方案，所述检测机构30尤其能够具有温度传感器。作为补充方案，所述检测机构30能够具有至少一个传感器，其用于在焊接过程中检测至少一个电参量、尤其用于检测焊接电流Is。

所述焊接控制***10具有设定模块11、力调节模块12和存储器模块13。可选的设定模块11用于设定力调节模块12的调节器参数，这可选地通过对于数据35的测评来进行，这些数据被存储在存储器模块13中。

为了控制用焊接工具21进行的焊接过程，在所述焊接控制***10中、更准确地说在其存储器模块13中此外存储了内部的基本参数或者额定值131，这些内部的基本参数或者额定值能够由使用者要么在出厂时要么在后来借助于操纵机构40来输入。所述内部的基本参数或额定值131能够是焊接工具21的参数。此外，所述内部的基本参数或额定值131能够是焊接控制***10的、用来对焊接工具21进行控制的参数。尤其所述内部的基本参数或额定值131是焊接电流Is的相位角（Phasenanschnitt）和/或焊接工具21的电阻R和/或保持力和/或压紧力Fs和/或至少一个极限值——所述极限值用于确定是否应该在所述操纵机构40上输出通知48——、尤其是状态通知和/或故障通知和/或其它信息。所述焊接电流Is通过在图1中未示出的焊接变压器被输送给焊接工具21。这一点要参考图2进行详细描述。

所有内部的基本参数或额定值131能够作为相应的额定参量的与时间相关的参量或额定-时间变化曲线来存储。因此，尤其能够存储焊接工具21的焊接电流Is（t）和/或电阻R（t）和/或保持力和/或压紧力Fs（t）。在此，能够存储连续的时间变化曲线或间歇性确定的时间变化曲线。

所述检测机构30将其数据35的至少一部分输出给第二装置50。所述数据35尤其包括电极22、23的时间上可变的实际位置L_ACT或电极22在能运动的钳臂上的至少时间上可变的实际位置L_ACT。此后，所述装置50能够将数据35传送到焊接控制***10。

所述第二装置50具有测定模块51和力值产生模块52。所述测定模块51用于测定、尤其是计算焊接工具21的臂弯曲A_B。在此，所述装置50使用焊接工具21的模型511，以用于测定焊接工具21的所建模的位置。所述力值产生模块52用于在焊接过程中产生保持力和/或压紧力Fs的实际力值F_{S_ACT}或者Fs（t）。为此，所述力值产生模块52分别使用焊接工具21的之前所测定的臂弯曲A_B。所述力值产生模块52将实际力值F_{S_ACT}传送给焊接控制***10，使得所述实际力值F_{S_ACT}能够用于调节用焊接工具21进行的焊接过程。这一点在下面还要进行更详细的描述。

在用所述装置20的臂24导引焊接工具21时，所述装置20由其控制机构25控制。为此，所述控制机构25通过通信线路43与焊接控制***10连接。作为可选方案，所述控制机构25通过通信线路44与操纵机构40连接。通过驱动机构26的驱动来实现所述焊接工具21的打开或闭合。

作为补充方案或替代方案，所述控制机构25借助于通信线路45直接与检测机构30和/或焊接工具21的电气组件连接。如果不存在冗余需求，则能够省略所述通信线路43。

通过通信线路42至45，能够在所述焊接控制***10和所述装置20、更准确地说所述控制机构25和/或所述操纵机构40之间交换对用焊接工具21执行的焊接来说的相关的数据。此外，能够在所述控制机构25中存储该控制机构25的内部的基本参数或额定值251，用所述内部的基本参数或额定值来控制所述焊接工具21，以用于尤其将其定位在空间中并且因此定位在构件5、6上。

图2更详细地示出了本实施例中的焊接工具21的电极22、23的构造。因此，所述电极22被构造为电极杆，该电极杆在其一端上设有电极帽220。所述电极帽220在电极22上布置在其面向构件5的端部上。所述电极帽220具有轴线221。所述轴线221与电极22的轴线相同。此外，所述电极23被构造为设有电极帽230的电极杆。所述电极帽230在电极23上布置在其面向构件6的端部上。所述电极帽230具有轴线231。所述轴线231与电极23的轴线相同。

在图2的实例中，所述电极22被安装在焊接工具21的能运动的钳臂上。所述电极23被安装在焊接工具21的固定的钳臂上。在本实例中，所述焊接工具21的钳臂是打开的。由此，所述轴线221、231横向于彼此。而所述至少一个构件5、6在电极22、23之间、更确切地说在其电极帽220、230之间具有厚度D。

图2的运行状态在将焊接工具21布置在构件5、6上的有待焊接的位置处时存在。在这种运行状态下，所述焊接工具21尚未准备好进行焊接。因此，还没有由焊接变压器27来输送焊接电流Is。

所述焊接工具21能够用非常示意性地示出的清洗机构60来如此加工，使得电极帽220、230之一的受污染的部分在需要时被切割或铣削，所述清洗机构能够被实施为铣削机构和/或切割机构或更换机构。因此，所述电极帽220、230是磨损物体。

如图3所示，所述电极22、23在焊接工具21的运行中在有待焊接的位置的两侧上布置到至少一个构件5、6上并且借助于保持力和/或压紧力Fs被放置到至少一个构件5、6上。由此，所述轴线221、231在理想情况下布置在一条线上。

换句话说，在图3的运行状态中，所述两个电极22、23用力Fs夹紧构件5、6。所述电极22、23根据在电极帽220、230上已经执行的铣削过程和/或切割过程的数目而以不同的程度被朝所述至少一个构件5、6进给，以用于获得所期望的力Fs。

在所述焊接工具21被闭合并且已经形成力Fs的这种状态下，产生臂弯曲A_B。所述焊接工具21的钳臂的表现与弹簧一样，如下面还要详细描述的那样。

接着借助于焊接变压器27将焊接电流Is在预先确定的持续时间T里并且以预先确定的特征输送给所述电极22、23。为此，尤其在至少部分地调节的情况下输送具有限定的电流变化曲线的电流Is。由此在至少一个构件5、6中产生热量，从而构成焊接核心，该焊接核心后来形成焊接连接7。

如前面所提到的那样，在所述焊接工具21的运行中，数据35通过检测机构30来检测。由于没有力传感器可用，所述装置50如下地采取行动（vorgehen）。

所述装置50使用焊接工具21的模型511来测定焊接工具21的所建模的位置、特别是焊接工具21的臂弯曲A_B。在此，所述模型511将焊接工具21假定为弹簧。因此，如参考图4更详细地解释的那样，在模型511中，为所述焊接工具21分配了等效弹簧常数k_E。所述等效弹簧常数k_E在焊接工具21投入运行时、尤其是在使用测力计（Kraftmessdose）的情况下予以测定。

在模型511中从焊接过程中的实际位置L_ACT、预先确定的位置L_G以及厚度D中作为

（1）

来计算所述焊接工具21的在焊接过程中并且/或者在焊接过程的进程中的臂弯曲A_B。

方程式（1）的预先确定的位置L_G被称为在焊接工具21闭合时的实际位置。在这个位置L_G中，所述焊接工具21被闭合并且没有具有厚度D的构件5、6布置在电极22、23之间。因此，所述焊接工具21的电极22、23以及由此其电极帽220、230布置在预先确定的位置L_G上。

如果所述测定模块51已经测定相应的实际臂弯曲A_B，那么所述力值产生模块52就能够在使用等效弹簧常数k_E的情况下用下面的方程式（2）：

（2）

来计算并且因此产生实际力F_{S_ACT}。

如由方程式（2）能读出的那样，所述焊接工具21的臂弯曲A_B取决于保持力和/或压紧力Fs的实际力F_{S_ACT}。也就是说，所述保持力和/或压紧力Fs的实际力F_{S_ACT}越大，所述臂弯曲A_B就越大。在所述焊接工具21的钳臂打开时，所述实际力F_{S_ACT}＝0。因此，在这种状态下，所述臂弯曲也为A_B＝0。

根据图4，所述等效弹簧常数k_E由焊接工具21的等效模型210得出，所述等效模型以模型511为基础并且由所述装置50使用。所述等效模型210将焊接工具21建模为弹簧、更准确地说建模为弹簧211、212、213的串联。在此，所述弹簧213布置在弹簧211、212之间。总弹簧以及因此所建模的焊接钳21由等效弹簧常数k_E和死时间Tt确定。所述死时间Tt在图5中示出，在该图5中在钳运动V_ACT的实际速度的输入阶跃时关于时间t示出了保持力和/或压紧力Fs的实际力F_{S_ACT}。在图5的实例中，所述实际力F_{S_ACT}以物理单位N来表示并且时间t以物理单位ms来表示。

所述弹簧211代表着焊接工具21的第一钳臂的机械特性，所述第一钳臂在这里是能运动的。所述弹簧212代表着焊接工具21的第二钳臂的机械特性，所述第二钳臂在这里是固定的。所述弹簧213代表着至少一个构件5、6的机械特性。

所述弹簧211具有弹簧常数k_F1。所述弹簧212具有弹簧常数k_F2。所述弹簧213具有弹簧常数k_F3。通过串联，根据如下方程式（3）：

（3）

得出总弹簧常数或等效弹簧常数k_E。

因此，所述总弹簧常数或等效弹簧常数k_E总是小于每个单个的弹簧常数k_F1、k_F2、k_F3。因此，所述弹簧211至213的结合产生较软的总弹簧。随着时间t变化的力F_S（t）在弹簧211至213的串联中在每个弹簧211至213上以相同的量起作用。

所述装置50、特别是其测定模块51能够由以下方程式（4）：

（4）

来计算等效弹簧常数k_E。这种计算例如能够在焊接设备2和/或焊接工具21投入运行时进行，如前所述。

在此，ΔF_{S_ACT}是当以预先确定的恒定速度V_ACT在预先确定的持续时间Δt里驱动焊接工具21的至少一条钳臂时产生的、所检测到的力的差。在此，所述钳臂、即弹簧211、212并且因此弹簧213也被挤压了行程Δs_ACT。

如果尤其在使用测力计的情况下测定所述等效弹簧常数k_E和/或死时间Tt，则将所测定的等效弹簧常数k_E和/或所测定的死时间Tt存储在模型511中的数据35中并且必要时额外地存储在存储器模块13中。因此，在用焊接工具21进行的后续焊接过程中，所述装置50能够使用等效弹簧常数k_E和/或死时间Tt。

作为替代方案，可行的是，不是作为实际力F_{S_ACT}的函数而是作为1到3阶的多项式用以下方程式（5）：

（5）

来测定所述臂弯曲A_B。

对于系数a、b、c和d的识别用近似方法来执行，该近似方法在之前的测量之后使在焊接工具21的整个使用范围内臂弯曲A_B的计算值和测量值之间的相对偏差最小化。在此使用最小二乘法。所述等效弹簧常数k_E的确定是该方法的特殊情况，其中系数a、b和d被设置为零。如果c是等效弹簧常数k_E，则其作为方程式（6）：

（6）

得出。

在焊接过程中或在焊接过程的进程中，所述实际力F_{S_ACT}由于在导入焊接电流Is之后至少一个构件5、6的材料的热膨胀而增大。相反，所述实际力F_{S_ACT}在所述至少一个构件5、6为了焊接连接7而熔化之后减小。如果出现焊接飞溅物8，那么所述实际力F_{S_ACT}同样减小。因此，在焊接过程中或在焊接过程的进程中，所述实际力F_{S_ACT}以及由此所述焊接工具21的臂弯曲A_B随时间而变化。

所述力值产生模块52能够将在焊接过程中或在焊接过程的进程中所产生的实际力F_{S_ACT}分别或连续地传送给焊接控制***10，使得所产生的实际力F_{S_ACT}的数值能够在用力调节模块12调节力Fs时使用。

图6示出了在用焊接工具21进行的焊接过程中用于保持力和/或压紧力Fs的、用力调节模块12形成的调节回路的构造。

调节对象（Regelstrecke）122是积分路径（I路径）。此外，存在死时间Tt，所述死时间在力Fs的导入与作用之间作用到所述焊接工具21上。因此，在调节对象122中，在形成力Fs（t）时以死时间Tt的形式出现时间上的延迟，如之前参照图5所描述的那样。

在焊接过程中建立焊接连接7。因此，图6更精确地示出了所述力调节模块12和其与设定模块11、存储器模块13、检测机构30和装置50的互连。此外，在所述存储器模块13中能存储数据35、尤其能存储由装置50在焊接过程中产生的实际位置L_ACT。此外，在所述存储器模块13中存储了基本参数和额定参量131、尤其存储了用于保持力和/或压紧力的与时间相关的额定力Fs（t）。此外，所述设定模块11的设定参数132能够存储在存储器模块13中。

所述力调节模块12具有调节器121和调节对象122，其中所述调节器121具有专门设定的调节器参数120。如下面更详细地解释的那样，本实例中的调节器121是PD调节器。所述PD控制器是比例调节器和微分调节器的组合。调节对象112是用力调节模块12形成的调节回路的如下一部分，该部分包含有待调节的物理参量、在这里也就是保持力和/或压紧力Fs。作为可选方案，能够附加地调节其它物理参量、尤其是实际位置L_ACT。

当前起作用的力F_{S_ACT}由所述装置50产生，如先前所解释的那样。所述力F_{S_ACT}又被输送给PD调节器121，如图6所示。

因此，所述PD调节器121作用到额定参量、即保持力和/或压紧力Fs的额定力F_S（t）与保持力和/或压紧力Fs的由装置50产生的实际力F_{S_ACT}的差上。因此，产生力F_{S_ACT}，该力在焊接过程中作用到电极22、23上并且因此作用到所述至少一个构件5、6上。

所述设定模块11能够可选地设定调节器参数120。在此，能够优化对于用目前使用的焊接工具21所产生的所期望的焊接质量来说所需要的调节器参数120。作为可选方案，所述设定模块11能够在焊接设备的连续运行中进一步匹配所设定的调节器参数120。在此比如能够实施对于所述调节偏差F_S1 = F_S（t）-F_{S_ACT}的分析。

在一种用于针对焊接过程产生实际力F_{S_ACT}的数值的方法中，所述装置50如下地采取行动。该方法在图7中示出。

图7的用于产生实际力F_{S_ACT}的值并且用于控制焊接工具21的方法例如为了建立焊接连接7而在焊接过程中执行。在焊接过程中，在正常情况下规定用焊接电流I_S来加载。然而，作为替代方案，图7的方法能够在维护过程中执行，即没有加载焊接电流I_S。

在步骤S1中，所述测定模块51根据前面所提到的方程式（4）来测定等效弹簧常数k_E。所述测定模块51将等效弹簧常数k_E输入到模型511中并且可选地将等效弹簧常数k_E存储在存储器模块13中。此后，流程进行到步骤S2。

在步骤S2中能够开始用于建立焊接连接7的焊接过程。此后，流程进行到步骤S3。

在步骤S3中，检测机构30检测实际位置L_ACT并且将其作为数据35发送给装置50。此后，流程进行到步骤S4。

在步骤S4中，所述测定模块51根据前面提到的方程式（1）来测定臂弯曲A_B并且将所测定的臂弯曲A_B传送给力值产生模块52。此后，流程进行到步骤S5。

在步骤S5中，所述力值产生模块52从在步骤S4中所测定的臂弯曲A_B中确定实际力F_{S_ACT}的所属的数值。也就是说，所述力值产生模块52用前面所提到的方程式（2）产生实际力F_{S_ACT}的数值。此后，流程进行到步骤S6。

在步骤S6中，用实际力F_{S_ACT}的在步骤S5中产生的数值来实施焊接过程。因此，如前所述，在焊接控制***10的控制下，用焊接工具21在至少一个构件5、6上建立焊接连接7。随后流程进行到步骤S7。

在步骤S7中，检查焊接过程是否应该继续。如果应该继续所述焊接过程，则流程返回到步骤S3。否则，即如果应该结束所述焊接过程，则流程进行到步骤S8。

在步骤S8中检查在步骤S3中建立的焊接连接7是否满足预先给定的质量要求。随后流程进行到步骤S9。

在步骤S9中，将步骤S8的检查的结果存储在存储器模块13中。作为替代方案或补充方案，将步骤S8的检查的结果作为相应的通知48在操纵机构40处输出。该输出尤其能够以光学的和/或声学的方式来进行。此后，所述方法结束。

图7的方法的之前描述的步骤S1能够要么在每个焊接过程之前实施要么在每个维护过程、像比如利用清洗机构60进行的清洁过程之前来实施。用于预先确定的时间单位的步骤S3至S5优选与前一个时间单位的步骤S6至少部分同时地执行，从而实施连续的焊接过程。非常普遍的是，力Fs的力值产生能够在焊接工具21的每次闭合时执行，其中测量实际力F_{S_ACT}、也就是说例如在焊接过程之前（用焊接电流）或者在维护过程之前（不用焊接电流）、例如在铣削、置定行程（Setzhub）等之前进行测量。

在前面的描述中模型511对于相应的焊接工具21来说将固定的钳臂的弹簧常数k_F1假设为恒定，但是与前面的描述不同的是，所述固定的钳臂的弹簧常数k_F1对于不同的焊接工具21来说在焊接工具21的使用寿命期间由于机械的磨损现象而可能有变化。此外，在焊接期间由于焊接工具21的发热而可能出现弹簧常数k_F1的变化。因此，所述弹簧常数k_F1能够在需要时随时间而变化。这种变化能够在焊接工具21的使用寿命过程中并且/或者在焊接过程中、尤其在焊接过程的进程中进行。

此外，所述模型511对相应的焊接工具21来说将能运动的钳臂的弹簧常数k_F2假设为恒定。然而，对于不同的焊接工具21来说，在焊接工具21的使用寿命期间，由于机械的磨损现象所述能运动的钳臂的弹簧常数k_F2可能有变化。此外，在焊接期间由于焊接工具21的发热而可能出现所述弹簧常数k_F2的变化。因此，所述弹簧常数k_F2能够在需要时随时间而变化。这种变化能够在焊接工具21的使用寿命过程中并且/或者在焊接过程中、尤其在焊接过程的进程中进行。

此外，与前面的描述不同的是，所述模型511还考虑到，所述至少一个构件5、6的弹簧常数k_F3在用清洗机构60进行的清洗过程之间的时间段中随时间t而改变。在执行焊接过程时，出现所述弹簧常数k_F3的变化。例如，由于因热而引起的膨胀并且由于构件5、6的熔化而出现变化。这在测定电极22、23的在焊接过程中的实际位置L_ACT的位置时是干扰量。

所述装置50或模型511根据焊接过程的进展来改变弹簧常数k_F3并且因此改变等效弹簧常数k_E。因此，所述装置50还分别重新根据方程式（1）来测定焊接工具21的臂弯曲A_B。此外，所述装置50根据方程式（2）分别重新测定实际力F_{S_ACT}的值。

为了根据焊接过程的进展来改变等效弹簧常数k_E，所述装置50使用检测机构30的至少一个检测结果。所述检测机构30的至少一个检测结果能够可选地从存储器模块13中的数据35中获取。例如，作为检测结果，所述装置50使用在用于焊接连接7的焊接点处检测到的至少一个构件5、6的温度。作为补充方案或替代方案，作为检测结果，所述装置50能够使用在当前所执行的焊接过程期间流动的、所检测到的焊接电流Is。

此外，所述设定模块11能够根据改变的等效弹簧常数k_E来改变调节器参数120。

根据本实施例的一种更改方案，如前所述，所述设定模块11不对调节偏差F_S1进行测评。换而言之，所述焊接控制***10、特别是其设定模块11对实际力F_{S_ACT}的频谱进行测评。在此，所述焊接控制***10、特别是其设定模块11使用FFT分析（FFT =快速傅里叶变换）。如果在实际力F_{S_ACT}的频谱中能识别到最大值，那么这就表明振荡。因此，所述设定模块11将最大值评估为力振荡的存在。通过这种方式也能够识别并且避免力振荡。

图8示出了装置50A和焊接工具21的一部分，所述焊接工具能够在第二实施例中使用。所述焊接工具21具有驱动机构26，该驱动机构用于驱动所述焊接工具21以改变臂弯曲A_B。在此向所述驱动机构26供给驱动电流In，使得所述驱动机构26以预先确定的转速n并且以预先确定的转矩Mn被驱动。在此产生实际转矩Mn_{_ACT}和实际转速n_{_ACT}。

与根据前述实施例的装置50不同，所述装置50A被构造用于如下地采取行动，以用于产生用于实际力F_{S_ACT}的值。

在执行焊接过程时，所述测定模块51由驱动机构26的实际转速n_{_ACT}对时间t的导数以及焊接工具21的以kg * m²为单位的总惯性矩J_ges作为

（7）

来测定作用到电极22、23上的加速力矩M_B。

所述加速力矩M_B是由于通过驱动机构26驱动电极22、23相对于至少一个构件5、6的运动而在焊接过程中起作用的转矩。所述焊接工具21的总惯性矩J_ges能够在焊接工具21投入运地时予以测定并且被存储在焊接工具21的模型511中。

所述力值产生模块52接着用根据方程式（7）测定的加速力矩M_B、实际转矩Mn_{_ACT}和以米/转（m/U）为单位的进给常数kv根据方程式（8）作为

（8）

来计算实际力F_{S_ACT}，其中所述进给常数kv由焊接钳21的至少一个电极22、23的实际进给速度V_ACT和驱动机构26的实际转速n_{_ACT}来算出。

在此使用由焊接过程中的当前的转矩或实际转矩Mn_{_ACT}和由测定模块51测定的加速力矩M_B构成的差。所述焊接工具21的进给常数kv能够在焊接工具21投入运行时予以测定并且被存储在焊接工具21的模型511中。

因此，在本实施例中不需要单独的位置传感器。这进一步降低了用于将用于建立焊接连接7的实际力F_{S_ACT}输送给焊接控制***10的成本。

然而，如果要求特别高的精度和/或冗余性以及进而安全性，则也能够可选地将实际位置L_ACT输送给所述装置50A，如在图8中用虚线箭头示出的那样。因此，如先前为所述装置50所描述的那样的、用于电极22、23的位置L_{_ACT}的测定模块51的测定和如先前针对所述装置50A所描述的那样的、驱动机构26的在焊接过程中的实际转矩Mn_{_ACT}的测定的组合是可行的。在此，如果实际力F_{S_ACT}的所产生的数值彼此有别或者说处于预先确定的公差范围之外，那么必要时能够向所述装置50、50A之一的测定赋予较高的权重。这允许还更好地和/或可靠地产生实际力F_{S_ACT}的力值。此外，所述装置50、50A能够被构造用于，如果所述实际力F_{S_ACT}的所产生的数值彼此有别或者处于预先确定的公差范围之外，则引起焊接过程的中断以及相应的通知48的输出。

根据第四实施例，所述焊接工具21被构造为X型钳。所述电极22、23在所提到的焊接钳中优选被构造为水冷的电极杆。

所述焊接设备2、焊接控制***10、装置50、50A、设定模块11、力调节模块12和方法的所有之前描述的设计方案能够单个地使用或者在所有可行的组合中使用。尤其前述实施例的所有特征和/或功能能够任意地组合。作为补充方案，尤其能够考虑以下修改。

在附图中示出的部件示意性地示出，并且只要确保其之前描述的功能，就能够在精确的设计方案中与在附图中示出的形式不同。

能够考虑的是，所述装置50、50A中的至少一个装置不是被设置为单独的装置50、50A，而是所述焊接控制***10的一部分。

用所述焊接控制***10能够实现模拟的调节器参数化。对于力调节器和/或转速调节器能够进行调节器参数化。尤其所述力调节模块12能够向焊接工具21的驱动机构26输出至少一个转速额定值n_S，以便用驱动机构26的转速调节器来调节焊接工具21的驱动以用于施加力F_S（t）、F_{S_ACT}。作为替代方案，对于其它物理参量的调节也是可行的。

所述调节器参数化的模拟能够用MATLAB Simulink来支持。

所述焊接工具21不一定被实施为焊接钳，而是能够具有仅仅一个焊接电极22或23等。

作为可选方案，能够在两侧上、即不是仅仅在电极22处或者仅仅在电极23处而是通过两个电极22、23来进行力F_S的相应的导入。

此外可行的是，将其他调节器121用作PD调节器。在这种情况下，改变所述调节器121的其他调节器参数，以便避免力F_S的振荡。在此，作为替代方案可行的是，多个调节器121被相继连接。如果例如使用两点式调节器来代替PD调节器，则与之前描述的使用PD调节器的解决方案相比，提供一种动态性较小的并且在调节技术上不太有利的解决方案。在这里，而后必须匹配对两点式调节器来说合适的参数，以便避免振荡。

Claims (13)

1.用于焊接控制***（10）的装置（50、50A），具有用于测定至少一个焊接工具参数（A_B、M_B）的测定模块（51）和用于从由所述测定模块（51）测定的焊接工具参数（A_B、M_B）中产生在用所述焊接工具（21）进行的焊接过程中出现的实际力（F_S（t）、F_{S_ACT}）的力值产生模块（52），其中所述至少一个焊接工具参数（A_B、M_B）取决于在用所述焊接工具（21）进行的焊接过程中所述焊接工具（21）相对于至少一个构件（5、6）的驱动，其中所述力值产生模块（52）被构造用于用所述焊接工具（21）的模型（511）产生所述实际力（F_S（t）、F_{S_ACT}）。

2.根据权利要求1所述的装置（50、50A），其中所述模型（511）将所述焊接工具（21）建模为弹簧（211、212、213）并且具有至少一个确定所述弹簧（211、212、213）的弹簧参数（k_E、Tt）。

3.根据权利要求2所述的装置（50、50A），其中所述至少一个弹簧参数（k_E、Tt）是等效弹簧常数（k_E），所述等效弹簧常数具有至少一个关于焊接工具（21）的机械特性的弹簧常数（k_F1、kF2）和关于所述至少一个有待焊接的构件（5、6）的特性的弹簧常数（k_F3）。

4.根据权利要求2或3所述的装置（50、50A），其中所述至少一个弹簧参数（k_E、Tt）是死时间（Tt），在向所述焊接工具（21）加载力（F_S（t）、F_{S_ACT}）时所述死时间（Tt）延迟用于建立焊接连接（7）的力形成。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的装置（50、50A），其中所述力值产生模块（52）被构造用于在焊接过程中考虑到所述至少一个弹簧参数（k_E、Tt）的变化。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置（50、50A），其中所述至少一个焊接工具参数是所述焊接工具（21）的臂弯曲（A_B），所述臂弯曲是所述焊接工具（21）的至少一个电极（22、23）的实际位置（L_ACT）的函数，并且/或者其中所述至少一个焊接工具参数是所述焊接工具（21）的至少一个电极（22、23）的加速力矩（M_B），并且所述加速力矩（M_B）是用于驱动焊接工具（21）的至少一个电极（22、23）的驱动机构（26）的实际转速（n__ACT）的函数。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置（50、50A），其中所述力值产生模块（52）被构造用于为了产生实际力（F_S（t）、F_{S_ACT}）而考虑到在用所述焊接工具（21）进行的焊接过程中出现的力（Fs（t）、F_{S_ACT}）的变化，并且其中所述力（Fs（t）、F_{S_ACT}）的变化由于所述至少一个构件（5、6）的热膨胀并且/或者由于所述至少一个电极（22、23）在熔化位置处沉入到所述至少一个构件（5、6）中并且/或者由于焊接飞溅物（8）而出现。

8.用于焊接工具（21）的焊接控制***（10），具有：用于调节力（Fs（t）、F_{S_ACT}）的变化曲线的力调节模块（12），焊接工具（21）的至少一个电极（22、23）在建立焊接连接（7）时将所述力（Fs（t）、F_{S_ACT}）施加到至少一个构件（5、6）上；和根据前述权利要求中任一项所述的装置（50、50A），其中所述力调节模块（12）与所述装置（50、50A）如此连接，使得所述力调节模块（12）将由所述装置（50、50A）产生的实际力（Fs（t）、F_{S_ACT}）用于调节所述力（Fs（t）、F_{S_ACT}）的变化曲线。

9.根据权利要求8所述的焊接控制***（10），其中所述装置（50、50A）被构造用于测定在用所述焊接工具（21）进行的焊接过程中由测定模块（51）为不同的焊接工具参数（A_B、M_B）在相同的时间（t）所产生的力（F_S（t）、F_{S_ACT}）的实际值之间的差，并且其中所述装置（50、50A）被构造用于当所测定的差在数值上太大时通知所述焊接控制***（10）应该中断焊接过程。

10.根据权利要求8或9所述的焊接控制***（10），此外具有用于对力调节模块（12）的调节进行测评的设定模块（11），其中所述设定模块（11）被构造用于将所述焊接工具（21）建模为弹簧（211、212、213）并且在至少一个确定弹簧（211、212、213）的参数（k_E、Tt）的基础上设定所述力调节模块（12）的至少一个调节器参数（120）。

11.焊接设备（2），具有：焊接工具（21），该焊接工具具有至少一个用于在至少一个构件（5、6）上建立焊接连接（7）的电极（22、23）；用于对用所述焊接工具（21）建立的焊接连接（7）进行控制的焊接控制***（10）；以及根据权利要求1至7中任一项所述的装置（50、50A），其中所述力调节模块（12）与所述装置（50、50A）如此连接，使得所述力调节模块（12）将由所述装置（50、50A）产生的实际力（F_S（t）、F_{S_ACT}）用于调节所述力（F_S（t）、F_{S_ACT}）的变化曲线。

12.根据权利要求11所述的焊接设备（2），其中所述焊接工具（21）是电阻焊接工具，该电阻焊接工具被构造为具有两个电极（22、23）的焊接钳。

13.用于在控制焊接工具（21）时产生力值的方法，其中所述方法通过用于焊接控制***（10）的装置（50、50A）来实施并且具有以下步骤：用测定模块（51）来测定（S4）至少一个焊接工具参数（A_B、M_B），所述焊接工具参数取决于在用所述焊接工具（21）进行的焊接过程中所述焊接工具（21）相对于至少一个构件（5、6）的驱动；和用力值产生模块（52）从由所述测定模块（51）测定的焊接工具参数（A_B、M_B）中产生（S5）实际力（F_S（t）、F_{S_ACT}），所述实际力（F_S（t）、R_{S_ACT}）在用所述焊接工具（21）进行的焊接过程中出现，其中所述力值产生模块（52）用所述焊接工具（21）的模型（511）来产生所述实际力（F_S（t）、F_{S_ACT}）。

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