专利名称：监控点焊质量的方法
技术领域：
本发明涉及一种尤其用于机器人应用方面的监控点焊质量的方法，如权利要求1中所限定的。
背景技术：
已有各种用于评估焊点质量的不同系统，如EP 0 830 914 B1中所述的系统。
US 3 940 624 A公开了一种用红外光源照射焊点并光学检测最终被反射或透过的辐射来监控焊接的方法和装置。根据所述方法的一种变化例，将一层聚酯薄膜盖到具有液晶的焊接处，并光学检测由焊接处辐射的热所引起的液晶变化。这样做的缺点在于，要对不稳定的焊点本身或液晶显示器进行评估，这就使测量与地点相关和与时间相关。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尤其用于机器人应用方面的监控点焊质量的方法，通过它，可用简单方式进行焊点的检测。该方法并不直接作用于待焊金属板。
术语金属板指的是包括要通过点焊法连接的任何类型工件或结构部件，如汽车车身。焊点也包括通常用于技术领域中的术语点焊熔核。
本发明的目的这样来实现，将带或薄片插入电极或电极帽与工件特别是金属板或结构部件之间，该带或薄片在一个焊接过程之后被传送，且其中带和薄片以这样的方式构造，即，使产生在工件上的点焊熔核或焊点的镜像翻转的特别是成比例的图像或复制品在焊接过程中被形成在带或薄片上，并用评估装置检测和评估形成于带或薄片上的所述镜像翻转图像或复制品，由所述评估装置根据所述图像或复制品推断出焊点或点焊熔核的大小、形状和位置。通过在一个焊接过程后传送带或薄片，可以保证总是只有一个焊点的单个复制品形成于限定的带区域中。这样做的优点在于，这种评估可在任何时间进行，因为总是很容易地从形成于带上的镜像翻转复制品得出关于工件或金属板上各焊点的结论。另一个优点在于，评估可以直接在焊钳上进行，这样可防止自动生产过程中的停工。这样做的优点在于，不对工件或金属板本身上的焊点进行评估，而是对焊点的镜面图像复制品进行评估，从而可用不受地点限制的方式来进行任何评估。该方法排除了传统质量监控系统中固有的许多不确定因素，如电极磨损、金属板厚度或薄层厚度的变化、不同批号材料之间的偏差等，因为本发明方法的目的在于检测焊点或点焊熔核的图像或复制品的大小、形状和位置。另一个优点在于对可商购焊钳的可接近性不产生影响，这是因为可以在远离焊接区域以外在焊钳上实施评估，而使用可商购系统和尤其是超声系统时，评估必须在焊接区域进行，这要求增加电极拾起组件区域内的结构尺寸，这就破坏了这种已知系统的可处理性和可接近性。此外，更有优势的是，所述带同时可作为电极保护装置，并因而实质上增加了电极的使用寿命。因此，排除了会导致出现缺陷焊点的原因(磨损电极)。
另外，确定出焊点或点焊熔核的形状和位置以便确定纵向和横向强度间的关系是可行的也很有优势的。
根据权利要求2-5中任一项所述的测量法是优选的，因为它们能使所包括的材料最优地相互适应，从而确保带上的复制品尽可能地好。
根据权利要求6所述的测量法也是优选的，因为它们可根据所需优先度和必要性来执行最优的操作顺序。还可以在焊接之后马上评估特定焊点，仅在所有焊接操作完成后评估其他焊点。
通过根据权利要求7或8所述的测量法，优选为用已知系统特别是软件程序来检测和测量可确定出大小、形状和位置的图形或数据。
根据权利要求9或10所述的测量法也是优选的，因为它们能使用沉积基准(deposited reference)，其在每个单独的应用情况下被沉积。这种基准可包括一个标准焊接的沉积图形或标准焊接的沉积参数，如大小、形状和位置。
此外，根据权利要求11所述的测量法也是优选的，因为他们可随时进一步处理或调用数据。
根据权利要求12所述的测量法也是优选的，因为在这种情况下，评估装置不必要布置在现场，即不必直接安装在机器人上。
下面通过示例性实施例来详细说明本发明。
图1简化示出了本发明监控点焊质量的方法中所用的点焊装置。
图2为简化示出了带穿过焊点断面的已完成的焊接过程图。
具体实施例方式
图1和图2示出了点焊装置1和特别用于金属板3、4或结构部件的电阻焊焊钳2，所述点焊装置1优选为用于机器人应用中。以最优选的实施方式，点焊装置1设有点焊工具5和用于将横向啮合在电极6上的带7或薄片进行缠绕或解开缠绕的缠绕装置(未示出)，所述缠绕装置直接布置在焊钳2上或布置在其外部。
可用许多不同方式实现绕电极6对带7的引导，这就是为什么下面只简单示出一个示例性实施例的原因，应该提的是，这一示例性实施例并不要求使用点焊工具5，而是仅出现电极6，任何用于引导和缠绕或解开缠绕带7的部件被设计成独立的装置，且相应地进行布置。在所示实施例中，垫片9绕着电极帽8区域内的电极6或电极6与金属板3、4或结构部件的接触表面布置。垫片9例如以一种可通过垫片9将附加压力施加到工件或金属板3，4的方式可移动地连接到电极6上。另外，垫片9的可移动安装可确保垫片9将在一个焊接过程之后使带7升离电极6，即，垫片9在接钳2打开的过程当中或之后自动将带7升离电极表面或电极帽8，而垫片9将在焊钳2的关闭过程中相对于电极6移动，这样使带7压靠电极6。
在所示示例性实施例中，点焊工具5包括一个插进焊钳2中的环形组件，其中垫片9由低电导率的金属环形成，其可在圆柱形电极6上轴向移动。在脱开状态下，垫片9突伸越过电极6之外。包括容纳带7的导槽11的支撑件10进一步布置在电极6上。一个调节装置12，特别是弹簧件，布置在支撑件10和垫片9之间，这样使垫片9在适当的压力作用下能随着调节装置12的变形或移动沿电极6移动。
部件，特别是金属板3、4在整个点焊过程中由焊钳2经电极6彼此机械受压。在点焊中，要被连接的金属被电极6之间的电流产生的欧姆电阻热迅速熔化一小会，其中，在此之后，熔化区域通过热传导又迅速冷却并固化，部件或金属板3、4就通过焊点13或点焊熔核被连接到了一起，如图2所示。
所产生的热量取决于金属板3、4的材料的传导率、焊接时间、焊接电流、更精确地来说取决于穿过理想焊点13或点焊熔核的电流密度、以及焊接电源电路的单独电阻，因此熔化材料的体积也取决于上述因素。在此类焊接过程中要考虑下面的参数或条件，且这些参数和条件通常只有通过大量的自动控制工程测量才会平衡，否则根本不可能被监控或影响电导率和热导率是材料特定的，这在很大程度上是可以确定的。焊接时间是可以以相对低的花费来观察到的。焊接电流可以通过自动控制保持恒定。但是，考虑到变形以及特别是磨损的电极6，接触表面可能会变得太大，且因此电流密度会太小。另外，可能发生电流流过焊点13而没有贡献给正熔化的金属的情况，这是由于金属板3、4的变形或前面的焊点13的缘故。焊接电源电路的电阻，特别是占优势的接触电阻会受到不可预料的和不可控制的波动，这些波动由例如污染的金属板3、4或污染的电极6产生。另外，可能会由焊钳2或金属板3、4的不好定位或金属板3、4的变形产生不好的焊点13，这阻止了所需的电极6与金属板3、4的接触或金属板3、4彼此之间的接触。上述原因就使得急需对焊点质量进行监控，特别是在焊接过程后对焊点13进行检验。
本发明对点焊质量进行监控的方法基于用金属板表面上的几何扩展部分即焊点13来检测最大温度的原理。这样，就没有以本身是已知的方式，例如利用热成像相机，或直接的工件或金属板3、4上的光学评估，在焊接过程后马上测量金属板表面上的温度分布。而是，在焊接过程中将一具有很好传导性的薄片或带7放在电极6和金属板3、4之间。所述薄片或带7的性能随着各位置上的最大温度而变化，这也可例如通过薄膜来实现，该膜能透明可见或具有可检测到的性能变化，或其本身在待焊金属板3、4的材料熔化温度范围内或之下熔化。在焊接后可见或可检测的变化是用于测量焊点大小的量，且可在合理花费下自动评估。
所用薄片或带7以及它们可能有的膜必须具有很好的导电率，以便带7的热量不是直接由焊接电流，而是最好由热传导从金属板3、4作用到主要范围内。
如上所述，带7或薄片被插在电极6或电极帽8与工件特别是金属板3、4或结构部件之间，其中带7或薄片这样构造，即使形成于工件或金属板3、4上的焊点13或点焊熔核的镜像翻转特别是成比例的图像或复制品14分别被形成到带7或薄片上，如图2所示。带7或薄片上的这种镜像翻转图像或复制品14由评估装置(未示出)来检测和评估。从而由所述评估装置或焊接设备(未示出)的控制和/或评估器件根据所述图像或复制品14推导出焊点13或点焊熔核的大小、形状和位置。该评估装置可以直接放在焊钳2上，从而使带7从它上面移过，进而进行评估。不用说，评估装置也可以布置在外面。
带7或薄片或其上所镀膜的材料可以为待焊金属板3、4的材料，从而焊接过程中金属板3、4上所产生的温度将图像或复制品14形成在带7上，其形成基于条件的可检测变化，特别是带7或薄片或其上所镀膜的颜色变化、凝聚状态中的反应或变化。这样，此类方法就可应用于大多数材料，因为带7的适当变化总能产生可以简单方式进行评估的复制品14。也可将漆膜涂到带7或薄片上，此漆层在焊接过程产生的温度下熔化或蒸发，这又形成一个镜像翻转的成比例图像或复制品14。例如，在焊接铝板3、4时，最好使用锡钣带7或具有锡膜的带7，在焊接镀锌板3、4时，最好使用铜带7或具有铜膜的带7。
最重要的是带7在每个焊接过程之后被传送，从而在带区域中形成单个焊点13，从而允许形成于带7上的复制品14位于金属板3、4上的特殊焊点13上。带7的评估例如在每个焊点13之后或所需数量的焊点13之后进行。
这种复制品14的评估可以许多不同方式进行。为了评估或检查焊点13，重要的是本发明的方法可以在带7或薄片上产生镜像翻转的复制品14，以用于后续的评估，而不是如现有技术所述的使用焊点13本身。为了评估或确定焊点13或点焊熔核的大小、形状和位置，例如可由评估装置特别是相机产生光学图形，复制品14或图像的图形大小可以被测量，这也可用适当的软件程序自动进行或手动进行。还应该意识到，考虑到世界范围内的数字技术，例如数字相机的发展，可由评估装置发出数字信号，其被评估，用于评估或确定点焊熔核或焊点13的大小、形状和位置。
所确定的图像或复制品13的尺寸最好乘上一个沉积因子，以得到焊点13或点焊熔核的实际尺寸。可以将形成在带7上的图像或复制品14与沉积基准进行比较，以评估点焊熔核或焊点13。此后，可以将所确定的点焊熔核或焊点13的尺寸记录在焊接协议或数据库中。通过确定复制品13的大小、形状和位置，接下来可以通过对数据进行适当处理检查所产生的焊点13是否正常。这种评估可以通过评估装置或焊接设备用的适当软件程序来自动进行。也可以在焊接过程结束时，从焊钳2或点焊装置上，特别是从缠绕装置上除去带7或薄片，以在单独的评估单元中对其进行评估甚至归档，焊接过程可以包括几个焊点13。带7上各个复制品14相对于金属板3、4或工件上各焊点13的定位可由机器人装置来进行，因为机器人可以精确地限定要在哪儿以何种顺序产生焊点13。
最后，应该注意到，前述实施例中已经没按比例地表示出了各状态或示例，以增强对本发明方案的理解。另外，本发明的独立方案可由各实施例的技术特征与其他实施例的单个技术特征的前述结合的各种状态或表示来构成。
权利要求
1.一种特别用于机器人应用方面的用于监控点焊质量的方法，其中用点焊工具通过彼此压紧至少两个电极来使金属板相互焊接在一起，所述金属板被夹在两个电极之间，给电极供电，通过评估装置特别是光学观察法对焊点进行评估，其特征在于，带(7)或薄片被插在电极(6)或电极帽(8)与金属板(3、4)之间，所述带(7)在一个焊接过程之后被传送，其中，所述带(7)或薄片以这样的方式构造，即，使产生在工件上的焊点(13)的镜像翻转特别是成比例图像或复制品(14)在焊接过程中形成在带(7)或薄片上，且形成于带(7)或薄片上的镜像翻转图像或复制品(14)由所述评估装置来检测和评估，由所述评估装置或焊接设备的控制和/或评估器件由所述图像或复制品(14)推导出焊点(13)的大小、形状和位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，带(7)或薄片或其上所镀层的材料为待焊金属板(3、4)的材料，从而焊接过程中产生的温度制造出图像或复制品(14)，其基于带(7)或薄片或其上所镀层的条件的可检测变化，特别是颜色变化，凝聚状态下的反应或变化而形成。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在焊接铝板(3、4)时，最好使用锡板带(7)或具有锡层的带(7)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在焊接镀锌板(3、4)时，使用铜带(7)或具有铜层的带(7)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在带(7)或薄片上涂一层漆层，该漆层在焊接过程产生的温度下熔化或蒸发，从而再次形成镜像翻转的成比例图像或复制品(14)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，带(7)的评估在每个焊点(13)后进行，或在任一所需数量的焊点(13)后进行。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，对于焊点(13)的大小、形状和位置的评估和确定来说，由评估装置特别是相机来产生光学图形，并测量复制品(14)或图像的图形尺寸。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，对于焊点(13)的大小、形状和位置的评估和确定来说，由评估装置发出数字信号，该信号被评估。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，优选将所确定的图像或复制品(14)的尺寸乘一个沉积因子，以得到焊点(13)的实际尺寸。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，将带(7)上的图像或复制品(14)与沉积基准进行比较，以评估焊点(13)。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所确定的焊点(13)的尺寸被记录在焊接协议或数据库中。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在焊接过程结束后，所述带(7)或薄片被从焊接钳(2)或点焊设备上除去，且在单独的评估装置中进行评估，所述焊接过程可以包括几个焊点(13)。
全文摘要
本发明涉及一种监控点焊质量的方法，特别用于机械手装置。根据所述方法，工件特别是金属板(3、4)通过点焊工具被焊接在一起。板(3、4)放在至少两个电极(6)之间，其被彼此施压且被加电。由评估元件特别是光学观察法来对焊点(13)进行评估。带被放在电极(6)或电极帽(8)与板(3、4)之间，所述带在焊接过程后被向上传送。带(7)构造成使已产生在工件上的焊点的镜像翻转的特别是成比例的复制品或压痕(14)由焊接过程在带(7)上产生。由评估元件检测和评估复制品或压痕，且推导出焊点的大小、形状和位置。
文档编号B23K11/31GK1678422SQ03820948
公开日2005年10月5日 申请日期2003年9月3日 优先权日2002年9月6日
发明者沃尔特·施蒂格尔鲍尔, 曼弗雷德·维默尔, 沃尔夫冈·曹纳 申请人:弗罗纽斯国际有限公司