在焊接工艺期间检测电接触的方法和焊接装置与流程

本发明涉及一种使用焊炬在工件上执行焊接工艺的方法，焊炬优选布置在机械手上，其中，供给焊接电流源以便提供焊接电压，并且在焊接工艺期间至少暂时地将电压施加于焊炬的外部元件(特别是气体喷嘴的外壁)上，并借助于所施加的电压检测该外部元件和另外元件(特别是工件或接触管)之间可能发生的电接触。此外，本发明涉及一种用于执行这种方法的焊接装置。

背景技术：

1、在执行焊接工艺期间，在出现故障的情况下，在焊炬和待焊接工件之间或者在焊炬的各部分之间可能会发生不希望的物理接触或电接触。这样的接触会干扰焊接工艺，并因此对焊缝质量具有负面影响。因为这个原因，在焊接工艺期间应当立即识别出在故障情形下发生的接触，并迅速采取适当措施，以便防止对工件或焊炬造成损坏，并能够确保高质量焊接。

2、在焊接工艺期间可能发生的物理接触的例子是：焊炬与工件的不希望的触碰。例如，如果在自动执行的焊接工艺中没有正确地规划焊接路径，或者没有正确地放置工件，这种接触就可能发生。如果焊炬和工件之间有触碰，就可能造成对工件或焊炬的损坏。为了避免损坏严重，在机械手辅助焊接工艺中使用了所谓的“碰撞盒”，一旦焊炬接触工件时所产生的、作用在焊炬上的力超过某一阈值，碰撞盒就中断焊接工艺，或者使机械手停住。例如从us2018/0029238a1中可以知晓碰撞盒。然而，停止焊接工艺会造成生产进程的延误。另外，如果中断焊接工艺，就无法连续地焊接焊缝，这可能降低焊缝的质量。而且，在第一次接触与达到触发碰撞盒所必须的阈值之间的时间段中，可能已经造成了对工件或焊炬或焊缝的损坏。

3、焊接工艺期间可能发生在焊炬上的一个不希望电接触例子是：由熔融焊丝金属溅落物在焊炬中局部带电压的不同部分之间形成的电连接。例如，可能会发生这样的情况，即在正常情况下不带电压的焊炬部分(例如气体喷嘴)，通过焊接溅落物电连接至焊接电流源的焊接电压电势，结果电弧偏离其预定位置或焊炬可能被损坏。

4、总的说来，焊接工艺期间发生的非计划物理接触和电接触，是可能对焊接工艺、工件和焊炬有不利影响的故障。所以，希望能够在它们发生时立即识别并消除这些故障。

5、从现有技术获知，在焊接工艺开始之前，通过触碰焊丝(所谓的“焊丝感测”)或借助于激光传感器来检测工件的位置。例如，这种方案展示在us 2019/0270157a1中。

6、us 2014/0014638 a1、jp h08 108277a和jp 2013 198929a披露了焊接装置和方法，其中，可以检测焊炬与工件的碰撞。

技术实现思路

1、根据这些实施例，本发明的目的是减轻或者甚至完全消除现有技术的缺陷。特别是，本发明的目的是提供一种开始时所提到类型的方法和焊接装置，其使得可以在焊接工艺期间尽可能快地检测到焊炬诸部分之间或焊炬和工件之间发生的不希望接触或非计划接触，以便实现连续焊接工艺和最佳焊接质量。

2、该目的通过权利要求1的方法以及权利要求8的焊接装置得以实现。

3、根据本发明，在一种上述类型的方法中，规定：焊接电流源经由至少一个第一电阻电连接到焊炬的所述外部元件，并且焊炬的所述外部元件经由至少一个第二电阻连接到工件的电势。通过在焊接工艺期间向焊炬的所述外部元件施加电压，所述外部元件和另外元件之间发生的接触，由于所施加电压以及/或者所出现电流的改变，在接触发生的时候就可能已经被检测到了，这是有利的。于是，如下面更详细描述的那样，可以迅速采取适当措施。焊接工艺期间对焊炬或工件的损坏可以因此得以避免，这是有利的。像在碰撞盒情形中所必须的当工件受到焊炬触碰时生成的力超过阈值，在根据本发明的方法中不再必须了。有利的是，可以在焊接工艺期间检测可能发生的接触。换言之，在工件上产生焊缝期间发生的接触可以得到迅速或实时地检测。通过向焊炬的外部元件施加电压，在所述外部元件和另外元件(例如工件)之间发生物理接触的情形下，也产生可检测的电接触，由此建立电流流动。焊炬的物理接触于是伴随着通过施加电压得到的电接触，并因此能够利用根据本发明的方法得到检测。便利地，为了检测发生的接触，施加到外部元件的电压，电接触情况下代表性电量和/或所出现电流，可以借助电压和/或电流测量装置进行测量和评估。在所述外部元件和所述另外元件之间发生并且待检测的电接触可以例如是：所述外部元件和优选接地的工件之间由于触碰产生的电接触，或者所述外部元件和焊炬的其他部件(例如接触管)之间由于焊接溅落物而产生的电接触。所述另外元件可以例如是工件或焊炬中例如为接触管的部分。所述另外元件可以连接到焊接装置的杆，例如质量体，特别是如果它是工件的话。所施加的电压可以但不是一定要在焊接工艺的整个期间上都施加于所述外部元件。优选地，电气接地或电接地与施加于外部元件的电压之间的电势差在5v和350v之间的范围内，特别是15v和300v之间。所施加的电压可以是焊接电流源的焊接电压或者与该焊接电压成比例的电压，特别是降幅转换后的焊接电压。焊接电压可以例如借助于分压器进行降幅转换。焊接电压可以直接地或者间接地、优选经由电阻元件或电容器施加于所述外部元件。检测到所述外部元件和所述另外元件之间的电接触后，可以采取适当的措施来消除该接触，诸如从焊炬清除焊接溅落物，重新对准焊炬，或者重新对准工件。由于对开始时所提到类型的电接触和物理接触的提早识别(这种提早识别利用根据本发明的方法是可能的)，在焊接工艺期间仍然可以执行诸措施。例如，在机械手辅助进行的焊接方法中，在检测到所述外部元件和工件之间的电接触后，在焊接工艺期间仍然可以执行路径校正。优选的是，被施加电压的外部元件是焊炬的气体喷嘴或者气体喷嘴的外壁。然而，还可以想象到，所述外部元件可以由圈、线或类似元件形成。焊炬的气体喷嘴优选包围带有电流和带有电压的接触管，并可以形成焊炬的最外侧部分。在焊接工艺期间，惰性气体(例如氩气或氦气)在气体喷嘴内流动，通过气体喷嘴下端的开口流入环境中，并保护电弧和所产生的焊缝不受周围空气中氧气的影响。焊丝优选也在气体喷嘴内部被引导至焊接点。接触管被构造为给焊丝供应所需的焊接电流。在机械手辅助进行的焊接方法的情形中，机械式的碰撞盒也可以作为补充提供。但是，当使用根据本发明的方法并且在检测到电接触而应用诸措施时，该碰撞盒不再被触发或只在例外情形中触发，这是由于利用根据本发明的方法，焊炬与工件的触碰可以被更迅速地识别出。特别是在如上所述的根据本发明的方法中，不必为了借助碰撞盒中断焊接工艺而要求高于某一阈值之上的力作用在焊炬上。

4、在本发明另一个实施例中规定：在检测到电接触、特别是所述外部元件与工件触碰的情况下，发出报警信号，中断焊接工艺，优选在不中断焊接工艺的情况下校正焊接路径，以及/或者重新定位工件。例如，在检测到所述外部元件与接触管之间因为焊接溅落物而电接触的情况下，可以中断焊接工艺，并可以输出报警信号。另一方面，如果检测到所述外部元件和工件之间的电接触，则进而可以规定：在焊接工艺期间执行路径校正而不中断焊接工艺，从而气体喷嘴由此不再触碰工件。

5、为了向焊炬的外部元件施加电压，规定：焊炬的外部元件电连接至用于提供焊接电压的焊接电流源。所述外部元件可以直接连接至，或者例如经由欧姆电阻元件或电容间接连接至焊接电流源。在正常状态下，也就是说没有接触发生的状态下，接地和所述外部元件之间的电势差优选在5v和350v之间，特别是在15v和300v之间。焊接电压在焊接工艺期间可以动态变化。还可以规定：所述外部元件处的电压由辅助电压源而不是焊接电流源提供。这样做对于为了在不借助焊接电压的情况下在焊接工艺之前或之后检测电接触是有利的。

6、根据本发明，焊接电流源经由至少一个第一电阻电连接到焊炬的所述外部元件。第一电阻可以被设计为欧姆电阻元件。如果所述至少一个第一电阻的值为至少10kω，则是优选的。优选的是，在焊接电流源和所述外部元件之间布置多个串联连接的第一电阻。然后诸单个电阻的电阻值可以更小。第一电阻的串联电阻同样优选为至少10kω。不过，也可以在焊接电流源和所述外部元件之间布置多个并联连接的第一电阻。然后诸单个电阻的电阻值可以更大。第一电阻的并联电阻还是优选为至少10kω。所述至少一个第一电阻在电接触发生时限制设定电流。另外，为了检测电接触的发生，可以测量所述至少一个第一电阻上的电压或者流经所述至少一个第一电阻的电流。如果提供了多个第一电阻，那么，可以在所有第一电阻处、在第一电阻中的多个电阻处或者只在一个第一电阻处，测量电压。根据一个实施例，可以与所述至少一个第一电阻并联布置电容。

7、根据本发明，还规定：焊炬的所述外部元件经由至少一个第二电阻连接到优选接地的工件电势。第二电阻也可以设计为欧姆电阻元件。如果所述至少一个第二电阻的值为至少10kω，则是优选的。优选的是，在外部元件和工件之间布置多个串联连接的第二电阻。然后诸单个电阻的电阻值可以更小。第二电阻的串联电阻仍是优选为至少10kω。不过，也可以在所述外部元件和工件之间布置多个并联连接的第二电阻。然后诸单个电阻的电阻值可以更高。第二电阻的并联电阻仍是优选为至少10kω。为了检测电接触的发生，可以测量所述至少一个第二电阻上的电压或者流经所述至少一个第二电阻的电流。如果提供了多个第二电阻，那么，可以在所有第二电阻处、在第二电阻中的多个电阻处或者只在一个第二电阻处，测量电压。根据一个实施例，可以与所述至少一个第二电阻并联地提供电容。如果同时提供了至少一个第一电阻和至少一个第二电阻，则分压器设在工件的电势和焊接电流源的电势之间。分压器的上支路由所述至少一个第一电阻形成，而分压器的下支路由所述至少一个第二电阻形成。焊炬的所述外部元件电连接至分压器的上、下支路之间的分接点。通过分压器处、例如上支路和/或下支路中进行的电压和/或电流测量，可以检测到分压器中的电压变化(“电压漂移”)或电流变化，使得可以容易地检测多个类型的电接触，并将它们彼此区分开。换言之，在该实施例中，可能发生的接触是基于分压器中电量幅值变化进行检测的。基于电量幅值的变化，还可以推断出接触类型。在电压测量中，不必测量分压器整个支路的电压，而是可以仅测量支路的局部电压。例如，可以规定只测量第一电阻或第二电阻上的电压。这种具有由电阻构成的分压器的变型，其优点是，还可以可靠地识别出接触管和外部元件(特别是气体喷嘴)之间以及接触管和工件之间的电接触。

8、在一个优选实施例中，规定：基于落在所述至少一个第一电阻和/或所述至少一个第二电阻上的测量电压的变化，以及/或者基于流经所述至少一个第一电阻和/或所述至少一个第二电阻的测量电流的变化，检测所述外部元件与另外元件可能发生的电接触。例如，如果所述外部元件触碰到工件并且因此电接触发生在工件和外部元件之间，则所述至少一个第二电阻被短路，使得由焊接电流源或辅助电压源提供的大致整个电压都落在所述至少一个第一电阻上。在接触管与焊炬的外部元件电接触的情况下，所述至少一个第一电阻被短路，使得由焊接电流源或辅助电压源提供的大致整个电压都落在所述至少一个第二电阻上。可以利用电压测量和/或电流测量检测这些变化。随后，可以推断出发生故障或接触的性质。

9、优选的是，基于测量电压和/或测量电流的变化，至少两种不同类型的可能电接触得以区分，即，所述外部元件和第一另外元件(特别是工件)之间的至少一种电接触，以及所述外部元件和第二另外元件(特别是焊炬的接触管)之间的一种电接触。这可以例如基于上述分压器中的电压漂移或电流变化而进行。

10、在一个实施例中，规定：至少一个第一电容与所述至少一个第一电阻并联布置，并且至少一个第二电容与所述至少一个第二电阻并联布置。在本发明的该变型中，可以测量流经第一电容的电流和/或流经第二电容的电流。电流可以例如是交流电或纹波电流。所述至少一个第一电容和所述至少一个第二电容之间的连接点可以被连接到上面更详细描述的分压器的分接点。

11、在另外一个实施例中，规定：基于流经所述至少一个第一电容和/或所述至少一个第二电容的测量电流的变化，检测所述外部元件和所述另外元件可能发生的电接触。同样，在这种情形中，至少两种不同类型的可能电接触得以区分，即，所述外部元件和第一另外元件(特别是工件)之间的至少一种电接触，以及所述外部元件和第二另外元件(特别是焊炬的接触管)之间的一种电接触。

12、为了能够在数种类型的电接触之间更容易地进行区分，如果在检测可能发生的电接触时应用焊接电流源的焊接电压的变化，则可能会便利。为此，可以借助电压测量装置测量焊接电流源的焊接电压。

13、在一个实施例中，规定：基于焊接电流源的焊接电压的变化或上述辅助电压源的辅助电压的变化，在焊接工艺之前以及/或者之后检测焊炬的接触管或焊丝与工件之间可能发生的电接触。这种电接触通常与焊接电压或辅助电压的压降相关联。在焊接工艺之前或之后，可以按照这种方式检测工件的位置。为此，焊接电压的电平与焊接工艺期间所需焊接电压的电平相比可以降低。也可以在电接触的情形下限制发生的电流。

14、为了检查或检测工件的位置，可以使焊炬的所述外部元件在焊接工艺之前或之后触碰工件，以便检测工件的位置。因此，在这种情形中，特意使所述外部元件与工件触碰。这可以例如通过利用机械手对焊炬进行定位来进行。一旦通过所述外部元件处施加的电压检测到电接触，就可以停止焊炬或者沿相反方向再移动焊炬。根据例如机械手的位置，可以确定与工件发生触碰的位置，并因此确定工件的位置。优选的是，在该实施例中，施加于所述外部元件的电压是由辅助电压源提供的。

15、上述目的还通过根据权利要求8所述的焊接装置、特别是惰性气体焊接装置实现。所述焊接装置被构造用于利用焊炬在工件上执行焊接工艺。焊炬优选布置在机械手上，使得焊接工艺可以按照自动方式进行。机械手于是可以看做所述焊接装置的一部分。所述焊接装置具有用于提供焊接电压的焊接电流源。规定：将电压施加于焊炬的外部元件，特别是气体喷嘴的外壁，以及提供检测单元并使其构造为：在焊接工艺期间，利用所施加的电压，检测所述外部元件和另外元件(特别是工件或焊炬接触管)之间可能发生的电接触。所述焊接装置因此能够执行上述方法。至于与所述焊接装置相关的其他特征和优点，因此可以参照上面关于根据本发明方法的实施例。

16、在所述焊接装置中，规定：为了施加电压，将焊接电流源连接至焊炬的所述外部元件，以便提供焊接电压。

17、为了限制电接触期间发生的电流流动，如上面更详细解释的那样，根据本发明规定：焊接电流源经由至少一个第一电阻连接到焊炬的所述外部元件。第一电阻可以设计为欧姆电阻元件。如果所述至少一个第一电阻的值为至少10kω，则是优选的。在一个实施例中，在焊接电流源和所述外部元件之间可以布置多个串联连接的第一电阻。为了检测所述外部元件和另外元件之间的电接触，可以借助电流和/或电压测量传感器测量所述至少一个第一电阻上的电压或者流经所述至少一个第一电阻的电流。如果提供了多个第一电阻，那么，可以在所有第一电阻处、在多个第一电阻处或者只在一个第一电阻处，测量电压。

18、另外，本发明规定：焊炬的所述外部元件经由至少一个第二电阻连接到工件的电势。第二电阻也可以设计为欧姆电阻元件。如果所述至少一个第二电阻的值为至少10kω，则是优选的。优选的是，在所述外部元件和工件之间布置多个串联连接的第二电阻。如果同时提供了至少一个第一电阻和至少一个第二电阻，则在工件的电势和焊接电流源或辅助电压源的电势之间存在分压器，焊炬的外部元件电连接在该分压器的分接点处。通过分压器处的电压和/或电流测量，可以检测分压器中的电压变化(“电压漂移”)，使得多个类型的电接触可以被容易地识别并被彼此区分开。

19、在一个实施例中，检测单元被构造成测量所述至少一个第一电阻和/或所述至少一个第二电阻处的电压以及/或者流经所述至少一个第一电阻和/或所述至少一个第二电阻的电流。

20、在另一个实施例中，第一电容与所述至少一个第一电阻并联布置，第二电容与所述至少一个第二电阻并联布置。检测单元可以被构造成测量流经所述至少一个第一电容的电流和/或流经所述至少一个第二电容的电流。所述至少一个第一电容和所述至少一个第二电容之间的连接点可以被连接于上面更详细描述过的分压器的分接点。