專利名稱：電阻焊接方法的監(jiān)測方法以及用于實(shí)施該方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電阻焊接金屬部件堆疊的方法的監(jiān)測方法以及用于實(shí)施該監(jiān)測方法的監(jiān)測裝置。
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測電阻焊接部件堆疊的方法以及一種用于實(shí)施該監(jiān)測方法的裝置。
總體上對金屬部件的堆疊的電阻焊和用兩個(gè)電極并且導(dǎo)致在電焊接點(diǎn)上的電阻焊屬于傳統(tǒng)的焊接方法并且如此應(yīng)用已經(jīng)一段時(shí)間了。該方法根據(jù)下述原理進(jìn)行工作根據(jù)該原理使用至少一個(gè)與該待焊接的堆疊接觸的加熱的電極，通過該電極在所述待焊接的部件上施加力并且在該電極中通過電流，所述電流因此通過所述待焊接的部件。根據(jù)所選擇的焊接類型，使用一個(gè)在所述待焊接部件上應(yīng)用的移動(dòng)電極，另一個(gè)電極由與該移動(dòng)電極最遠(yuǎn)間隔的金屬部件的電極構(gòu)成。根據(jù)另一種焊接，使用了兩個(gè)移動(dòng)電極，將力通過電極施加在待焊接的部件上從而將所述部件夾在該電極之間并且使電流穿過所述待焊接的部件。
本發(fā)明更具體地說涉及點(diǎn)焊，但是具有也適用于通過滾輪或者其他允許與點(diǎn)焊相反的連續(xù)焊接的裝置進(jìn)行焊接的某些特征。
點(diǎn)焊工位一般這樣構(gòu)思根據(jù)一個(gè)增加然后減少力的周期用夾的所述電極施加夾緊力，在該周期之后是焊接周期，在該焊接周期期間該電流被連續(xù)施加或者脈沖施加。
這樣的點(diǎn)焊接方法要求對于每種待焊接的部件類型來說根據(jù)該待焊接的部件的性質(zhì)和厚度確定必須怎樣隨著時(shí)間改變某些焊接參數(shù)以便獲得最小的焊接期限。然后根據(jù)確定的參數(shù)控制焊接工位。
這樣的工作方式使得進(jìn)行焊接點(diǎn)所必須的時(shí)間總是與用于給定的部件類型所必須的時(shí)間相同。然而，在非常大批量生產(chǎn)中，正如在汽車工業(yè)中的情況一樣，在一個(gè)汽車上可能具有數(shù)千個(gè)焊接點(diǎn)。因此存在這樣的確定的興趣找到一種方法，降低用于每個(gè)焊點(diǎn)所需的時(shí)間同時(shí)并不損害焊接質(zhì)量。在文件FR-A-2631866中描述的每個(gè)焊接操作的期限的優(yōu)化方法并且盡可能降低所述期限以便增加生產(chǎn)率。所述優(yōu)化方法建立在對施加于待焊接部件上的夾緊力的測量上。根據(jù)該方法，通過根據(jù)待焊接部件的類型進(jìn)行的預(yù)先試驗(yàn)建立所述夾緊力的閥值。
更具體地說，在力增加階段建立第一閥值并且在該測量的力超過所述第一閥值時(shí)使電流通過該電極。還建立了表示該焊接的滿意質(zhì)量的第二閥值，并且在通電流時(shí)驗(yàn)證該夾持力是否超過該第二閥值。最后，在該力減少階段建立第三閥值，將移動(dòng)該焊接機(jī)器人的命令賦予該第三閥值以便在打開該電極之后盡可能早地進(jìn)行所述移動(dòng)。在該測量的力超過該第三閥值時(shí)將給出所述移動(dòng)命令。盡管電阻焊的監(jiān)測技術(shù)很重要，但是某些情況中出現(xiàn)了所實(shí)施的焊點(diǎn)的質(zhì)量一般，雖然夾緊力在焊接步驟期間已經(jīng)具有相對較大的增加的變化。
為了解決上述的問題，在焊接方法中引入了在文件FR-A-2803785中描述的操作。該監(jiān)測和校正操作包括將表示夾緊力的力參數(shù)的減少變化與至少一個(gè)附加閥值比較，該力參數(shù)至少在通入電流期間被測量。當(dāng)所述減少的變化在幅度上超過該附加閥值時(shí)，該監(jiān)測裝置發(fā)出異常信號。
總體上，在該監(jiān)測方法中包括一個(gè)附加步驟，該附加步驟在于在通入電流期間測量力參數(shù)達(dá)到的最大值，在預(yù)定的恒定的期限終止時(shí)，緊跟在電流中斷之后，但是與施加夾緊力的同時(shí)測量該力參數(shù)的瞬時(shí)值，將在該最大值和瞬時(shí)值之間的差值與預(yù)定區(qū)間做比較。當(dāng)該差值超出所述預(yù)定區(qū)間時(shí)，該監(jiān)測裝置發(fā)出異常信號。電阻焊接的方法的改進(jìn)和監(jiān)測的兩種方法將對該焊接方法的分析和校正建立在對所述電極在待焊接的部件上施加的夾緊力的唯一的觀察上。
然而已經(jīng)證實(shí)依靠對表示電極的夾緊力的信號與預(yù)定閥值進(jìn)行的比較而作出的診斷僅僅允許對實(shí)施的焊接點(diǎn)的質(zhì)量的大致的檢驗(yàn)。
事實(shí)上，該診斷假定在電阻焊中介入的全部元件具有恒定的特征，至少在一組點(diǎn)焊展開期間，并且因此假定該夾緊力是唯一可變的需要被監(jiān)測的參數(shù)。因此，到現(xiàn)在為止實(shí)施的診斷并沒有考慮夾的閉合機(jī)構(gòu)的可能運(yùn)轉(zhuǎn)不良以及該運(yùn)轉(zhuǎn)不良對該夾緊力和表示該夾緊力的該力參數(shù)的影響。最后這樣的診斷不再考慮待實(shí)施的焊接點(diǎn)的特定特征。事實(shí)上，所述待實(shí)施的焊接點(diǎn)的特征還取決于諸如待焊接的部件的性質(zhì)，其數(shù)量和厚度以及電流大小和施加的電流的周期數(shù)的特征。
本發(fā)明的目的是改進(jìn)監(jiān)測電阻焊接夾在夾的兩個(gè)電極之間的金屬部件的堆疊，特別是改進(jìn)電阻焊的診斷從而優(yōu)化該焊接并且改進(jìn)獲得的焊點(diǎn)的質(zhì)量。
本發(fā)明的目的是在下面的構(gòu)思的基礎(chǔ)上達(dá)成的。該金屬部件用于通過電阻焊接方法組裝特別是通過點(diǎn)焊組裝，該金屬部件是軋制獲得的厚度略微大的鋼板。因此，即使假設(shè)該金屬本身是均質(zhì)的，每個(gè)鋼板根據(jù)期望的質(zhì)量在預(yù)定的誤差內(nèi)還是具有厚度變化。
所述厚度變化使得就該鋼板的厚度而言所測量的電阻在相同的金屬部件內(nèi)也不是不變的。當(dāng)涉及組裝兩個(gè)或者多個(gè)金屬部件時(shí)，所述變化也可以被補(bǔ)償，同樣也可以將這些變化加起來導(dǎo)致待焊接的金屬部件的堆疊的電阻較大的變化進(jìn)行補(bǔ)償。
焊接電流的另一個(gè)不穩(wěn)定源起源于待組裝的鋼板的熱導(dǎo)的波動(dòng)，盡管該波動(dòng)很小。金屬的熱導(dǎo)總體上與其電導(dǎo)是同時(shí)產(chǎn)生的，前面的對待焊接的金屬部件堆疊的電阻的構(gòu)思可以這樣實(shí)施類似于評價(jià)待焊接的金屬部件的堆疊的熱導(dǎo)的可能波動(dòng)。
在這里可以記起電阻焊接方法是一種主要局部加熱待組裝部件的方法，所述局部加熱是通過焦耳效應(yīng)獲得的，該焦耳效應(yīng)產(chǎn)生在整個(gè)電阻金屬部件中，電流通過該電阻金屬部件。在熱阻率中的波動(dòng)因此導(dǎo)致在焊接期間產(chǎn)生的熱能流出的波動(dòng)，并且因此附帶地產(chǎn)生金屬部件的電阻的可能附加波動(dòng)，因此影響焊接電流，以及影響停止焊接電流之后焊點(diǎn)的冷卻。介入到該焊接方法中的其他元件包括電極本身。因?yàn)橥ㄟ^待焊接部件堆疊的該焊接電流來自兩個(gè)電極之一并且必須進(jìn)入另一個(gè)電極，在所述兩個(gè)電極之間，該金屬部件堆疊被夾緊，諸如電極在金屬部件堆疊上的接觸面的直徑的幾何特征和電極表面的狀態(tài)，特別是接觸表面的狀態(tài)直接影響了焊接質(zhì)量。事實(shí)上，所述電極的接頭總體上為截錐形狀，該接觸表面隨著電極磨損的進(jìn)展而增加。為了獲得在金屬部件堆疊上相同的壓力，因此需要隨著電極磨損的進(jìn)展增加夾緊力。同時(shí)，還需要增加焊接電流的大小，用于保持恒定電流單位面積上的大小。與金屬部件堆疊的表面狀態(tài)的影響可比的是，該電極的表面狀態(tài)也對該焊接電流施加影響。
另外該兩個(gè)電極中的每一個(gè)的接觸表面的直徑在純機(jī)械方面非常大。事實(shí)上，如果所選擇的該電極的直徑太小，則導(dǎo)致在金屬部件堆疊上的嚴(yán)重的不期望的痕跡。根據(jù)一個(gè)極端情況，該兩個(gè)電極中的至少一個(gè)以錐子的方式進(jìn)入相應(yīng)的金屬部件中，因此預(yù)示了可能將一個(gè)金屬部件從被組裝的金屬部件中扯下，此時(shí)，使焊點(diǎn)的焊接接頭位于未被沖孔的金屬部件上，而在該被沖孔的部件中產(chǎn)生一孔。
最后，在通過實(shí)施電阻焊接的方法形成的焊點(diǎn)的特征中，沒有限制地，所獲得的焊點(diǎn)中的每一個(gè)的尺寸，特別是每個(gè)焊點(diǎn)的大直徑和小直徑，以及可能出現(xiàn)的濺出的點(diǎn)，即超出每個(gè)焊接點(diǎn)的限度排出的熔融材料，使得所述焊接的金屬部件堆疊的機(jī)械性能弱化的現(xiàn)象，構(gòu)成了值得在焊接方法期間監(jiān)測的標(biāo)準(zhǔn)，以便推出可以在焊接工位上施加的校正信號，特別是使得焊接電流改變并且使在待焊接金屬部件堆疊上施加的夾緊力改變。根據(jù)上述的構(gòu)思，本發(fā)明的目標(biāo)是通過監(jiān)測電阻焊接夾在夾的兩個(gè)電極之間的金屬部件堆疊的方法的監(jiān)測方法而達(dá)成的，根據(jù)該方法，在電極上一方面施加夾緊力另一方面施加允許電流穿過金屬部件堆疊的電壓，該焊接方法包括至少一個(gè)測量表示分別在通入電流之前，期間和之后的夾緊力的力參數(shù)的步驟，該監(jiān)測方法包括至少一個(gè)建立所述夾緊力的閥值的步驟和至少一個(gè)將力參數(shù)與至少兩個(gè)不同的閥值比較的步驟，從而推出力參數(shù)的變化并且根據(jù)所述夾緊力的參數(shù)的步調(diào)或者變化控制一些焊接操作。
根據(jù)本發(fā)明，該監(jiān)測方法還包括至少一個(gè)相對來自預(yù)先的加工的模式分析所述夾緊力的步驟，每個(gè)步驟的分析結(jié)果由決策矩陣考慮，該決策矩陣允許產(chǎn)生用于該焊接方法的校正信號和/或控制信號。
本發(fā)明提出的技術(shù)方案是建立在下述事實(shí)上的對由所述電極在待焊接的金屬部件堆疊上施加夾緊力的監(jiān)測和調(diào)節(jié)仍然是對于獲得良好質(zhì)量焊接來說最重要的特征。事實(shí)上，該夾緊力必須足夠大以便緊緊保持所述待焊接金屬部件在實(shí)施焊點(diǎn)的位置接觸。同時(shí)，該電極和該金屬部件堆疊之間的接觸必須足夠緊以便確保可能的焊接電流的最好的通入。在另一側(cè)面，該夾緊電流不必過大以便避免該兩個(gè)電極中的至少一個(gè)進(jìn)入金屬部件堆疊中，從而焊接之后，在該堆疊后面留下了一個(gè)印記，該印記易于由沖壓而構(gòu)成裂縫的開始部分。另外，該夾緊力必須根據(jù)在實(shí)施該焊點(diǎn)的部位該金屬部件堆疊的暫時(shí)的體積增加而被調(diào)節(jié)。因此根據(jù)本發(fā)明還包括通過僅僅對該夾緊力曲線分析來檢測最大的情況。
對該夾緊力的測量和對表示該夾緊力的力參數(shù)的推導(dǎo)最好借助包含機(jī)械應(yīng)力檢測器，例如光電元件的裝置被實(shí)施。該光電元件可以靠近所述電極設(shè)置或者在所述電極和承載所述電極的夾臂之間設(shè)置。該應(yīng)力檢測器還可以是位于兩個(gè)夾臂中任一個(gè)上的變形檢測器。該機(jī)械應(yīng)力檢測器的使用允許以動(dòng)態(tài)方式，也就是說，在一些不同的時(shí)刻以非限定的方式監(jiān)測該夾臂的表現(xiàn)，在所述不同時(shí)刻已經(jīng)預(yù)先測量了一些應(yīng)力閥值。因此，連續(xù)監(jiān)測臂的表現(xiàn)，特別是根據(jù)待監(jiān)測的特征的變化而監(jiān)測臂的表現(xiàn)。
最好，本發(fā)明的監(jiān)測方法還包括一個(gè)或多個(gè)相對來自預(yù)先的實(shí)習(xí)的對應(yīng)模式分析至少一個(gè)補(bǔ)充特征的分析步驟，所述補(bǔ)充特征選自焊點(diǎn)的體積膨脹，在焊點(diǎn)溫度升高期間夾緊力的增加，在焊點(diǎn)溫度升高之后夾緊力的穩(wěn)定，通過待焊接的金屬部件堆疊的電流的表現(xiàn)，在停止電流通過金屬部件堆疊之后焊點(diǎn)的冷卻，該焊點(diǎn)直徑，排出到焊點(diǎn)外周之外的熔融材料的檢測。
通過本發(fā)明的方法被有用地監(jiān)測的焊接方法的其他技術(shù)特征可以包括下述特征中的任何一個(gè)或者多個(gè)該夾的機(jī)械卡住的檢測步驟；通過驗(yàn)證研磨期間電極施加的力的降低對電極研磨的控制步驟；以脈沖形式施加焊接電流，每個(gè)脈沖因此根據(jù)相應(yīng)步驟的分析結(jié)果被單個(gè)地控制。
本發(fā)明的目的還通過一種用于實(shí)施上述方法的監(jiān)測裝置達(dá)成。這樣的裝置包括一些適于測量力參數(shù)的測量裝置，所述力參數(shù)表示一個(gè)電阻焊接工位的一個(gè)夾的電極的夾緊力，所述電阻焊接工位電阻焊接金屬部件的堆疊，在通入電流之前，期間和之后所述金屬部件堆疊夾緊在相應(yīng)的電極之間；一些適于建立所述夾緊力的閥值的確定裝置；和一些適于將力參數(shù)和至少兩個(gè)不同的閥值做比較的比較裝置，用于推導(dǎo)力參數(shù)的變化和用于根據(jù)所述夾緊力參數(shù)的變化控制某些焊接操座。
根據(jù)本發(fā)明，該裝置包括一些相對來自預(yù)先實(shí)習(xí)的模式分析夾緊力的分析裝置，每個(gè)步驟的分析結(jié)果由一個(gè)決策矩陣考慮，所述決策矩陣與一些形成和發(fā)送用于焊接工位的改正和控制信號的裝置相連。
本發(fā)明的監(jiān)測裝置因此包括根據(jù)待監(jiān)測的技術(shù)特征和根據(jù)待賦予控制施加到該焊接夾的電極上的夾緊力和焊接電流的控制裝置的改正控制而選擇的不同的裝置。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，該焊接夾包括對于支撐、供應(yīng)和電氣控制和機(jī)械控制該焊接夾所必須的裝置組件，所述裝置組件構(gòu)成了焊接工位。
因此，本發(fā)明的裝置除了分析夾緊力的分析裝置之外還包括一個(gè)或者多個(gè)適于測量選自下述特征中的任何一個(gè)補(bǔ)充特征的裝置焊點(diǎn)體積膨脹、在焊點(diǎn)溫度升高期間夾緊力的增加、通過該待焊接的金屬部件堆疊的電流的表現(xiàn)、在停止電流通過所述金屬部件堆疊之后焊點(diǎn)的冷卻、焊點(diǎn)的直徑、排出到焊點(diǎn)之外的熔融材料的檢測。
勿庸置疑，該監(jiān)測裝置所裝備的裝置在本發(fā)明的根據(jù)希望進(jìn)行的測量的一個(gè)或者兩個(gè)示例中可以安裝在該夾的兩個(gè)臂中的一個(gè)上或者同時(shí)安裝在該夾的每個(gè)臂上。當(dāng)使用兩個(gè)適于測量同一補(bǔ)充特征的裝置時(shí)，所述兩個(gè)示例可以被這樣使用變形地實(shí)施本發(fā)明的方法，因此重復(fù)地防止所述裝置工作的事故性缺陷，或者用于測量同一特征兩次；和推導(dǎo)一個(gè)平均值，因此允許補(bǔ)償在傳感器表現(xiàn)中的可能的波動(dòng)。本發(fā)明的裝置還可以包括下面的任何一個(gè)或者多個(gè)裝置用于檢測該夾的機(jī)械卡住的檢測裝置；用于控制研磨操作時(shí)對電極研磨控制的裝置；用于以脈沖形式施加焊接電流的裝置，每個(gè)脈沖因此根據(jù)相應(yīng)步驟的分析結(jié)果被單個(gè)地控制。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將來自下面的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的描述中，該描述參照了附圖，附圖包括

圖1是允許實(shí)施本發(fā)明方法的裝置的局部簡示圖；圖2簡示了監(jiān)測裝置和用于與圖1的裝置連接的連接裝置；以及圖3具有兩個(gè)可能的主要的傳感器部位的焊接夾的端部，允許獲得根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)測特征。
在電阻焊接方法中，待焊接的金屬部件之間形成了堆疊1，并且夾在兩個(gè)電極2a，2b之間，由千斤頂5致動(dòng)的夾3在兩個(gè)電極上施加了夾持力F。通過輸出可根據(jù)時(shí)間t變化并且可通過電壓表7測量的電壓V(t)的端子B1，B2示出的電壓源連接在電極2a，2b上。該電壓V(t)最好以最大幅度V0的雙極周期脈沖系列的形式施加。該電壓V(t)的施加導(dǎo)致出現(xiàn)可根據(jù)時(shí)間t變化并且可通過安培表6測量的強(qiáng)度I(t)的焊接電流。該焊接電流I(t)總體上呈現(xiàn)為與電壓脈沖V(t)相關(guān)的具有I<+>-I<“”>的峰值到峰值的幅度的脈沖形式。該電壓V(t)的施加通過電信號被控制裝置10控制，所述電信號從所述裝置起由端子S1，S2根據(jù)該裝置10在用端子E1-E6表示的輸入端子中的至少一個(gè)收到的輸入信號被發(fā)送。本發(fā)明的監(jiān)測方法利用了在輸入電流I(t)之前，期間和之后在該夾緊力F的變化上的指示，從而使實(shí)施的焊接的質(zhì)量進(jìn)行第一變化。因此，本發(fā)明的方法更特別地構(gòu)思在通入電流之前、期間和之后測量力參數(shù)Cf(t)，該力參數(shù)表示了夾緊力F，例如該夾3的臂31受到的應(yīng)力。該監(jiān)測方法隨后構(gòu)思在通入電流I(t)期間將該力參數(shù)Cf(t)與第一閥值Cfi比較。
該力參數(shù)Cf(t)在該焊接方法的不同階段中改變。在稱為“對接階段”并且其間將電極2a，2b移動(dòng)直到緊緊夾緊待焊接部件的堆疊的第一期間t1中，該參數(shù)Cf(t)以增加和快速的方式改變。
以校準(zhǔn)的強(qiáng)度施加夾緊力F使得該力參數(shù)Cf(t)能夠達(dá)到或者超過合適的對接閥值Cf0。該千斤頂5因此在涉及電力千斤頂時(shí)被一些信號控制，所述信號通過所述端子B3，B4而到達(dá)，或者該千斤頂被控制流體控制，所述控制流體通過相應(yīng)的接頭，所述附圖標(biāo)記B3，B4也可以表示這樣的接頭。
該對接階段ti隨后是略微長的夾緊階段t(sum)，在該夾緊階段期間該力參數(shù)Cf(t)是恒定的。該夾緊階段的期限被確定為使得該對接階段和該夾緊階段的總期限至少等于這樣的時(shí)間間隔在該時(shí)間間隔該千斤頂5最慢地施加對應(yīng)于對接閥值Cf0的力，從而獲得穩(wěn)定的夾緊。
從該夾緊力F穩(wěn)定起，該電壓V(t)施加在所述電極2a，2b之間。該電流I(t)然后開始通過焦耳效應(yīng)加熱該堆疊1的金屬部件。該電流I(t)取決于在給定時(shí)刻該待焊接部件的堆疊1具有的總電阻Ro(t)。該總電阻主要包括表示由于該堆疊1的部件的不完全的相互接觸導(dǎo)致的電阻的分量Rc(t)，和表示該待焊接部件的組成材料的內(nèi)在電阻的分量R(tau)(t)。該分量R(tau)(t)取決于該堆疊1的溫度。它增加了所述部件的溫度并且因此隨著從第一施加電壓V(t)時(shí)刻起經(jīng)過的時(shí)間而增加。該分量僅僅在結(jié)束施加電壓V(t)之后而減小。
該總電阻Ro(t)的減小導(dǎo)致電流I(t)的增加，從而增加了消散的電能，導(dǎo)致了待焊接部件的堆疊1的溫度的突然升高。
將電壓V(t)施加到電極2a，2b上并且稱為該金屬部件的堆疊1的體積膨脹階段的時(shí)間間隔的特征在于，金屬部件的堆疊的突然膨脹，從而導(dǎo)致增加夾緊力F，因此還增加力參數(shù)Cf(t)。通常，一旦該力參數(shù)Cf(t)已經(jīng)超過大于對應(yīng)于對接力的閥值CFo的最小閥值CFi則切斷電壓V(t)。
所導(dǎo)致的并且以連接階段t4為特征的冷卻導(dǎo)致金屬部件的堆疊1的收縮，從而在該收縮階段導(dǎo)致夾緊力F減小，因此還導(dǎo)致力參數(shù)Cf(t)減小。
在該連接階段t4結(jié)束時(shí)，即在待焊接部件的堆疊1的完全連接之后，該夾緊力被放松以便允許所述電極2a，2b向在該待焊接部件的堆疊上的另一個(gè)位置移動(dòng)。
根據(jù)一個(gè)主要特征，本發(fā)明的方法除了比較所述被測量的特征例如夾緊力F和表示該夾緊力F的力參數(shù)Cf(t)的步驟，還包括至少一個(gè)分析步驟，即相對來自預(yù)先實(shí)習(xí)的模式分析該夾緊力。
事實(shí)上，根據(jù)本發(fā)明的方法并不限于比較夾緊力和力信號的預(yù)先建立的閥值，而是比較夾緊力F(t)的變化與在預(yù)先實(shí)習(xí)步驟過程中獲得的變化，所述預(yù)實(shí)習(xí)針對待焊接的不同機(jī)械特征、熱特征和電氣特征的金屬部件堆疊。
因此，當(dāng)焊點(diǎn)在該待焊接的部件堆疊1的給定位置上實(shí)施時(shí)，該夾緊力被連續(xù)測量或者以快速連續(xù)的對應(yīng)于模/數(shù)轉(zhuǎn)換采樣的單個(gè)測量的形式測量。一組不同的測量允許推導(dǎo)該夾緊力的變化和比較該變化和所預(yù)先記錄的模式。該控制裝置10根據(jù)插入的數(shù)字處理裝置因此選擇最好地對應(yīng)于該夾緊力的被測量變化的變化模式并且隨后在所選擇的模式的基礎(chǔ)上確定該不同的焊接操作組。
構(gòu)成所述主要特征的該夾緊力F最好借助安裝在該夾3的臂31上的應(yīng)力計(jì)量器4被測量，所述焊接操作根據(jù)該主要特征被控制。圖1示出了該計(jì)量器4的部位。
該計(jì)量器4設(shè)置在該夾3的肘形臂31的前部311上。該肘形臂31的另一部分，后部312在該前部311和可樞轉(zhuǎn)連接所述夾3的兩個(gè)臂31，32的鉸鏈點(diǎn)33之間延伸。該計(jì)量器4因此放置在該前部311上，即在相對該夾緊力F垂直延伸的臂31的一部分上。因此，該應(yīng)力導(dǎo)致該臂31的盡可能大的變形以便用于給定的力。習(xí)慣上，該應(yīng)力計(jì)量器4粘結(jié)在該臂31上以便獲得該臂和該計(jì)量器最好的接觸。所述粘結(jié)固定可以用其他形式的組裝替換，只要該夾緊力被傳遞到該計(jì)量器4上就可以。如果需要，一些用于插入到該傳感器和該夾臂之間的補(bǔ)充裝置被利用。
在對夾緊力非常嚴(yán)格的控制范圍內(nèi)，最好在該電阻焊接方法的運(yùn)行的監(jiān)測裝置中加入一些允許檢測該夾3的機(jī)構(gòu)的可能的卡住的裝置。事實(shí)上，盡管在電極2a，2b的移動(dòng)開始和輸送焊接電流之間的時(shí)間間隔是變化的，但是可以確定該對接階段和夾緊階段的期限的組合的最大時(shí)間，在該最大時(shí)間結(jié)束時(shí)，甚至最慢的千斤頂能夠施加對應(yīng)于對接閥值Cf0的力。當(dāng)該時(shí)間結(jié)束并且該夾緊參數(shù)不是總是達(dá)到時(shí)，該控制裝置10產(chǎn)生了警報(bào)信號，表明該焊接方法的進(jìn)行中的異常情況。
可以以類似于該夾3的機(jī)構(gòu)的卡住的方式被檢測的另一個(gè)異常情況通過在施加焊接電壓V(t)期間不合時(shí)宜的減小夾緊力而暴露出。事實(shí)上，在施加電壓V(t)階段的開始，該金屬部件堆疊的總電阻減小，導(dǎo)致焊接電流I(t)增加，因此焦耳能量突然擴(kuò)散從而導(dǎo)致待焊接的部件堆疊的溫度的突然升高，伴隨有體積膨脹，即該堆疊的突然膨脹。所述膨脹導(dǎo)致該夾緊力R增加，因此還導(dǎo)致力參數(shù)Cf(t)增加。因此，該夾緊力F的任何減小或者達(dá)到該力參數(shù)Cf(t)的預(yù)定閥值的任何不可能性構(gòu)成了在焊接方法運(yùn)行中的異常情況。
為了同樣提高焊接操作的特征的分析質(zhì)量，該監(jiān)測裝置可以通過適于測量除了夾緊力之外的其他特征的附加傳感器完成。在所述傳感器中可以構(gòu)思一種允許在實(shí)施過程中測量焊點(diǎn)直徑的傳感器，一種允許檢測排出到該焊點(diǎn)的允許的最大外周之外的熔融材料或者一些允許監(jiān)測金屬部件堆疊表面的性能狀態(tài)的光學(xué)裝置，在該表面上必須設(shè)置一個(gè)電極以便實(shí)施隨后的焊點(diǎn)。上述光學(xué)傳感器可以設(shè)置在該夾3的任何一個(gè)臂31，32上，或者該夾3和其控制機(jī)構(gòu)的單個(gè)支架上。
勿庸置疑，所述光學(xué)傳感器可以設(shè)置在該待焊接的金屬部件堆疊的兩側(cè)，以便在實(shí)施過程中通過一個(gè)側(cè)面或者另一個(gè)側(cè)面控制每個(gè)焊點(diǎn)。圖3簡示示出了與光源12組合的光學(xué)傳感器11，該傳感器11和該光源12安裝在該夾3的臂32上。根據(jù)該焊接夾3的精確實(shí)施，還可以表明相對圖3示出的布置反向設(shè)置該傳感器11和該光源12。最好，該光學(xué)傳感器11在整個(gè)焊接方法期限期間被致動(dòng)并且提供關(guān)閉該夾3的時(shí)間信號，該時(shí)間信號經(jīng)過壓力增加、通入焊接電流、形成焊點(diǎn)(也稱為鍛造步驟)直到形成焊點(diǎn)時(shí)該工具的打開。該時(shí)間信號是工具中力或者應(yīng)力的圖象。該信號繼續(xù)由設(shè)置該電極2a，2b起到打開該夾3不斷地被分析。出于實(shí)際原因，特別是用于保證一定程度上免除干擾，或者免除該夾的震動(dòng)和其他彎曲，可以固定所感應(yīng)的圖象變化的下限以便利用該時(shí)間信號從而觀察在形成焊點(diǎn)期間該金屬部件堆疊的體積膨脹。在技術(shù)方面，該時(shí)間信號被傳遞給圖2上示出的控制裝置10的輸入E1-E6中的一個(gè)。最好，推薦微分連接傳感器11。
當(dāng)傳感器11用于檢測污物或者其他易于干擾電極和金屬部件堆疊的表面之間的電接觸的外來物體(該電極被看作設(shè)置在該堆疊的表面上)時(shí)，可以確定圖象變形的其他標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明涉及到通過唯一分析該夾緊力的曲線來檢測最大情況。如果可以應(yīng)用光學(xué)傳感器來檢測和/或測量上述的某些特征，則可以這樣，因?yàn)樵诤附硬僮髦校承┤毕輰?dǎo)致了幾何變形，因此導(dǎo)致力的變形，并且因此可以通過力信號的分析非常早地被檢測。特別是對于可以通過分析力曲線某些部分的傾斜檢測到的泄漏點(diǎn)，也稱為“粘結(jié)點(diǎn)”來說，就是如此。為了證實(shí)電極2a，2b的磨損，主要存在兩個(gè)技術(shù)可能性，分別要求不同的光學(xué)類型。根據(jù)第一可能，該電極的磨損可以被設(shè)置在該電極2a，2b中的一個(gè)的尖端對面的光學(xué)傳感器13測量。在圖3中，在電極2b對面的隨機(jī)的位置被選擇，并不認(rèn)為表示了盡可能好的位置。這僅僅是一種主要的圖示。根據(jù)該布置，該傳感器13允許測量該電極2b圓柱部分的末端與該部件堆疊1的表面之間的距離d。當(dāng)該距離d經(jīng)過預(yù)定閥值下面時(shí)，與傳感器13相連的該控制裝置10給出了一個(gè)報(bào)警信號，指出應(yīng)該改變或者研磨該電極。
根據(jù)另一種技術(shù)方案，電極的磨損可以由電極磨損導(dǎo)致的焊接電流的變化推出。事實(shí)上，通過考慮電極尖端截錐體形狀，在部件堆疊1的表面上的接觸表面隨著電極磨損而增加。因?yàn)橛糜诮o定的基礎(chǔ)表面的電流強(qiáng)度必須是恒定的，該接觸表面的增加伴隨著焊接電流增加。為了調(diào)節(jié)焊接電流，意味著焊接電流的變化將根據(jù)電極磨損的擴(kuò)展表示出越來越大的焊接電流，其中根據(jù)在實(shí)習(xí)階段獲得的模式待焊接的部件的材料特征和幾何形狀特征來預(yù)計(jì)所述焊接電流的變化。當(dāng)達(dá)到預(yù)定的該焊接電流的極限時(shí)，該控制裝置10導(dǎo)致了上述的報(bào)警信號，該報(bào)警信號指示需要改變或者至少需要研磨所述電極。
該電極的研磨是這樣一種操作在焊接周期之外進(jìn)行的操作。該操作包括在該電極的端部變鈍時(shí)去除該端部上的一些材料，從而重新賦予其正確形狀。因此，在所述研磨機(jī)中所述電極被施加一定的初始力，該力隨著該研磨的進(jìn)行逐漸減小。
至于不同焊接操作的進(jìn)行，主要有兩種用于使電流經(jīng)過待焊接的部件的可能性。根據(jù)第一操作模式，將焊接電壓施加到電極上并且在一定時(shí)間期間使焊接電流通過待焊接的部件，該一定的時(shí)間根據(jù)諸如加熱階段的對于給定的材料和對于給定的厚度的金屬部件來說常用期限的標(biāo)準(zhǔn)或者根據(jù)對焊接點(diǎn)的變化的觀察而定。與持續(xù)的操作相反，第二操作模式是這樣的脈沖施加焊接電流。在這個(gè)情況中，脈沖數(shù)和每個(gè)脈沖的期限可以根據(jù)常用值確定。然而，按照主要作為在通過該待焊接部件堆疊的焊接電流的脈沖發(fā)送和由分析焊接電流的變化或者焊點(diǎn)的信息變化獲得的部分結(jié)果的分析之間交替而給出的周期進(jìn)行管理焊接步驟，是有利的，并且對于焊接方法的優(yōu)化方面和在本發(fā)明的盡可能好的實(shí)施的方面，特別是其分析能力的方面是同樣好的。以脈沖形式施加焊接電流允許最好的控制并且最后最好地優(yōu)化每個(gè)焊點(diǎn)的形成，根據(jù)所述脈沖形式，每個(gè)脈沖根據(jù)相應(yīng)的焊接步驟的分析結(jié)果被單個(gè)地控制。
由與控制裝置10相連的不同的傳感器和測量儀器產(chǎn)生的信號可以是模擬信號或者數(shù)字信號。示范性地，在圖2示出的控制裝置10的輸入端子E1-E6的指示是隨機(jī)的，為實(shí)施本發(fā)明的方法的檢測裝置的實(shí)施者留出了根據(jù)應(yīng)用的特別需要確定輸入的個(gè)數(shù)和性能的自由。另外對于該控制裝置10的輸出端子這也是類似地，所述輸出S1-S4用于控制焊接電流并且用于控制能夠由其他輸出完成的夾緊力。
用于實(shí)施監(jiān)測電阻焊接金屬部件堆疊的方法的監(jiān)測方法的監(jiān)測裝置，所述金屬部件夾持在一個(gè)夾的兩個(gè)電極之間，除了所述多個(gè)傳感器和測量儀器以外，還可以設(shè)置存儲(chǔ)器，至少一些緩沖存儲(chǔ)器，用于處理來自該多種傳感器和測量儀器的信號，以及安全拷貝存儲(chǔ)器或者根據(jù)待分析和待存儲(chǔ)的工作量和累計(jì)的數(shù)據(jù)的保存期限或者應(yīng)用期限的檔案存儲(chǔ)器，用于精細(xì)研究焊接操作模式。
該監(jiān)測裝置，根據(jù)信號處理裝置的需要，另外還包括一些組件，諸如取樣裝置或者集成裝置和對于處理信號，應(yīng)用信號和分析信號所必須的有用裝置。
權(quán)利要求
1.電阻焊接金屬部件(1)的堆疊的方法的監(jiān)測方法，所述金屬部件夾在一個(gè)夾(3)的兩個(gè)電極(2a，2b)之間，根據(jù)該所述焊接方法在電極(2a，2b)上一方面施加夾緊力(F)另一方面施加允許電流(I(t))通過金屬部件堆疊的電壓(V(t))，該焊接方法包括至少一個(gè)在通入電流(I(t))之前、期間和之后測量表示夾緊力(F)的力參數(shù)(Cf(t))的測量步驟，該監(jiān)測方法包括至少一個(gè)建立所述夾緊力(F)的閥值(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3)的步驟，和至少一個(gè)比較該力參數(shù)(Cf(5))和至少兩個(gè)不同的閥值(Cf1，Cf2)的比較步驟，用于推出該力參數(shù)(Cf(5))和用于根據(jù)夾緊力參數(shù)(Cf(t))控制一些焊接操作，其特征在于，該監(jiān)測方法還包括至少一個(gè)分析步驟，相對來自預(yù)先實(shí)習(xí)的模式分析夾緊力(F)，每個(gè)步驟的分析結(jié)果由一個(gè)決策矩陣考慮，允許產(chǎn)生用于焊接方法的改正和/或控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括一個(gè)或者多個(gè)相對來自預(yù)先的實(shí)習(xí)的對應(yīng)模式分析至少一個(gè)補(bǔ)充特征的步驟，所述補(bǔ)充特征選自焊點(diǎn)的體積膨脹，在焊點(diǎn)溫度升高期間夾緊力的增加，在焊點(diǎn)溫度升高之后夾緊力的穩(wěn)定，通過待焊接的金屬部件堆疊的電流的表現(xiàn)，在停止電流通過金屬部件堆疊之后焊點(diǎn)的冷卻，焊點(diǎn)直徑，排出到焊點(diǎn)外周之外的熔融材料的檢測。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，僅僅包括一些分析電極的夾緊力的曲線的分析步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，包括檢測該夾(3)的機(jī)構(gòu)的卡住。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，包括在研磨操作期間控制電極(2a，2b)的研磨的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該焊接電流(I(t))以脈沖形式被施加，每個(gè)脈沖根據(jù)相應(yīng)的焊接步驟的分析結(jié)果被單個(gè)地控制。
7.用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法的監(jiān)測裝置，該裝置包括一些適于測量表示電阻焊接金屬部件堆疊(1)的焊接工位的一個(gè)夾(3)的電極(2a，2b)的夾緊力(F)的力參數(shù)(Cf(t))的測量裝置，在通入電流(I(t))之前、期間和之后該金屬部件夾在相應(yīng)的電極(2a，2b)之間；一些適于建立所述夾緊力(F)的閥值(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3)的確定裝置，和一些將該力參數(shù)(Cf(t))于至少兩個(gè)不同閥值(Cf1，Cf2)做比較的比較裝置，以便推出力參數(shù)(Cf(t))的變化和根據(jù)所述夾緊力參數(shù)(Cf(t))控制某些焊接操作，其特征在于，該裝置包括一些相對來自預(yù)先實(shí)習(xí)的模式分析夾緊力的分析裝置，每個(gè)步驟的分析結(jié)果由一個(gè)決策矩陣考慮，所述決策矩陣與一些用于焊接工位的改正和控制信號的形成和發(fā)送裝置相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，包括至少一個(gè)適于測量選自下述特征中的任何一個(gè)補(bǔ)充特征的裝置焊點(diǎn)體積膨脹、在焊點(diǎn)溫度升高期間夾緊力的增加、在焊點(diǎn)溫度升高之后夾緊力的穩(wěn)定、通過該待焊接的金屬部件堆疊的電流的表現(xiàn)、在停止電流通過所述金屬部件堆疊之后焊點(diǎn)的冷卻、焊點(diǎn)的直徑、排出到焊點(diǎn)之外的熔融材料的檢測。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于，包括用于僅僅進(jìn)行分析電極的夾緊力的曲線的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于，包括適用于檢測該夾(3)的機(jī)構(gòu)的卡住的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-10中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，包括適用于在研磨操作期間控制該電極(2a，2b)的研磨的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求7-11中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，包括適用于以脈沖形式施加焊接電流(I(t))的裝置，根據(jù)對相應(yīng)的焊接步驟的分析結(jié)果單個(gè)控制每個(gè)脈沖。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測電阻焊在一夾子(3)的兩個(gè)電極(2a，2b)之間夾持的金屬部件堆疊(1)的方法的監(jiān)測方法，以及用于實(shí)施該方法的裝置。根據(jù)該方法，在電極(2a，2b)一方面施加夾緊力(F)，另一方面施加電壓(V(t))，從而允許使電流通過該金屬部件堆疊(1)。該監(jiān)測方法還包括至少一個(gè)相對預(yù)先的學(xué)習(xí)的模式分析夾緊力(F)的步驟，每個(gè)步驟的分析結(jié)果被允許產(chǎn)生用于該焊接方法的改正信號和/或控制信號的決策矩陣考慮。
文檔編號B23K11/25GK1997479SQ200580021567
公開日2007年7月11日 申請日期2005年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月28日
發(fā)明者帕特里斯·奧熱, 雅基·蘇瓦紐克斯 申請人:標(biāo)致·雪鐵龍汽車公司