专利名称：用于监测和维护电阻焊接装置的方法
技术领域：
本发明涉及用于监测和维护电阻焊接装置的方法，且更具体地，涉及用于电阻焊接装置的焊帽。
背景技术：
电阻焊接或电阻焊是诸如点焊和缝焊的焊接工艺，其中由通过工件的焊接电流的阻抗产生用于形成焊接的热。电阻点焊可以用于将两个或更多个叠置的金属工件例如金属片相结合。电极同时用于将工件夹持在一起，并使电流穿过工件。当电流在电极之间穿过时，由于工件表面彼此接触的地方存在较高的电阻，所以产生热。电极或电极的端部通常由诸如铜或铜合金的导电金属形成。
发明内容
提供了一种监测和维护在多个工件上执行连续电阻焊接的焊帽的方法。所述方法包括测量在第一电阻焊接期间形成的第一焊接凹陷和测量在第二电阻焊接期间形成的第二焊接凹陷。将测量的第一焊接凹陷和第二焊接凹陷与严格阈值进行比较。如果测量的第一或第二焊接凹陷中的任一个大于所述严格阈值，则以信号发送异常条件。所述方法可以包括基于信号发送的异常条件尖端修整所述焊帽。所述方法还可以包括记录所述第一电阻焊接和所述第二电阻焊接之间的时间逝去，并确定所述第一电阻焊接和所述第二电阻焊接之间的劣化速率。所述劣化速率是测量的第一焊接凹陷和第二焊接凹陷之间的时间微分。如果信号发送所述异常条件，则基于确定的劣化速率来选择第一尖端修整规划和第二尖端修整规划中的一个。根据结合附图，从以下对用于实施如在权利要求书中限定的本发明的一些最佳方式和其它实施例的详细描述，本发明的以上特征和优点及其它特征和优点更加明显。本发明还提供如下方案
1. 一种监测并维护在多个工件上执行连续电阻焊接的焊帽的方法，所述方法包括 测量在第一电阻焊接期间形成的第一焊接凹陷； 将测量的第一焊接凹陷与严格阈值进行比较；以及如果测量的第一焊接凹陷大于所述严格阈值，则以信号发送异常条件。2.根据方案1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于发送的异常条件尖端修整所述焊帽。3.根据方案2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 测量在第二电阻焊接期间形成的第二焊接凹陷；
将测量的第二焊接凹陷与所述严格阈值进行比较；以及
如果测量的第二焊接凹陷大于所述严格阈值，则以信函发送所述异常条件。4.根据方案3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 记录所述第一电阻焊接和所述第二电阻焊接之间的时间逝去；确定所述第一电阻焊接和所述第二电阻焊接之间的劣化速率，其中，所述劣化速率是测量的第一焊接凹陷和测量的第二焊接凹陷之间的时间微分；以及
如果以信号发送所述异常条件，则基于确定的劣化速率来选择第一尖端修整规划和第二尖端修整规划中的一个。5.根据方案4所述的方法，其特征在于，所述严格阈值由以下来确定
执行多个边缘焊接，其中，当所述焊帽从所述多个工件中的一个工件的边缘以小于最小重叠距离执行所述电阻焊接时，每个边缘焊接发生；
在所执行的多个边缘焊接的每个边缘焊接期间测量边缘焊接凹陷；
分析所测量的边缘焊接凹陷；以及
基于所述边缘焊接凹陷的分析来设定所述严格阈值。6.根据方案5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括
将测量的第一焊接凹陷和测量的第二焊接凹陷与磨损阈值进行比较；以及如果测量的第一焊接凹陷和测量的第二焊接凹陷中的一个小于所述磨损阈值，则以信号发送过度磨损条件。7.根据方案6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括
如果以信号发送所述过度磨损条件，则基于确定的劣化速率选择第三尖端修整规划和第四尖端修整规划中的一个。8.根据方案7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 预先确定用于尖端修整所述焊帽的标称规划；以及
如果未信号发送异常条件且未信号发送过度磨损条件，则基于所述标称规划来尖端修整所述焊帽。9. 一种监测并维护在多个工件上执行连续电阻焊接的焊帽的方法，所述方法包括
测量在第一电阻焊接期间形成的第一焊接凹陷； 测量在第二电阻焊接期间形成的第二焊接凹陷； 将测量的第一焊接凹陷与严格阈值进行比较； 将测量的第二焊接凹陷与所述严格阈值进行比较；以及
如果测量的第一焊接凹陷和测量的第二焊接凹陷中的一个大于所述严格阈值，则以信号发送异常条件。10.根据方案9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于以信号发送的异常条件尖端修整所述焊帽。11.根据方案10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 记录所述第一电阻焊接和所述第二电阻焊接之间的时间逝去；
确定所述第一电阻焊接和所述第二电阻焊接之间的劣化速率，其中，所述劣化速率是测量的第一焊接凹陷和测量的第二焊接凹陷之间的时间微分；以及
如果以信号发送所述异常条件，则基于确定的劣化速率来选择第一尖端修整规划和第二尖端修整规划中的一个。12.根据方案11所述的方法，其特征在于，所述严格阈值由以下来确定
执行多个边缘焊接，其中，当所述焊帽从所述多个工件中的一个工件的边缘以小于最小重叠距离执行所述电阻焊接时，每个边缘焊接发生；
在所执行的多个边缘焊接的每个边缘焊接期间测量边缘焊接凹陷；
分析所测量的边缘焊接凹陷；以及
基于所述边缘焊接凹陷的分析来设定所述严格阈值。
图1是电阻焊接装置和组件的示意性等距图； 图2是在电阻点焊工艺期间的两个工件的示意图3是在进行边缘焊接的电阻点焊工艺期间的两个工件的示意图；以及图4是用于监测并维护执行电阻焊接的焊帽的算法或方法的示意性流程图。
具体实施例方式参照附图，其中相同的标号贯穿若干幅附图对应于相同或类似的部件，在图1中示出了对组件12执行电阻焊接工艺的电阻焊接装置10的高度示意图。焊接机器人14连接并支撑两个电极臂16，这两个电极臂16包括位于一端上的焊帽18。焊接装置10使电流穿过电极臂16。在图1中，示出了对组件12执行多个电阻焊接20的焊帽18。组件12由包括第一工件22、第二工件M和第三工件沈的多个工件形成。示出的组件12可以是通过附接增强构件或元件的车辆车身或承载式车身的一部分。第一工件22、第二工件M和第三工件沈可以由包括众多金属的能够彼此焊接的相同或不同的材料形成。用于组件12的电阻焊接20可以用相同的焊接机器人14、用一组焊接机器人14、 用手动电极臂16或它们的任意组合来进行。在每种情况下，电极臂16和焊帽18可以对相同的组件12或对连续的组件12例如通过装配线移动的那些组件或两者的某种组合执行连续的电阻焊接20。虽然可以相对于汽车应用描述并示出本发明，但本领域技术人员将认识到本发明的更广泛的应用。本领域普通技术人员将认识到，诸如“上”、“下”、“向上”、“向下”等术语是为了描述附图而使用的，并不表示对由所附权利要求限定的本发明的范围构成限制。现在参照图2并继续参照图1，示出的是示例性的电阻点焊工艺(例如，用于形成在图1中示出的电阻焊接20的电阻点焊工艺)的高度示意图。焊帽18位于第一工件22和第二工件对的相对侧上。焊帽18可以具有圆形尖端(如图2所示)，或者可以具有平坦的或截平的尖端，以与第一工件22和第二工件M接触。当电流在焊帽18之间经过时，电极臂16 (在图2中未示出)向焊帽18施加压力。 在焊帽18之间流动的电流加热第一工件22和第二工件24，从而导致金属熔化，并在第一工件22与第二工件M的界面处形成熔化区域观。熔化区域观将第一工件22永久地结合或附接到第二工件对。焊帽18上的热和压力使得焊帽18前进至第一工件22和第二工件对，从而形成焊接凹陷30。将焊接凹陷30的尺寸测量为从焊帽18的尖端到焊帽18前进至的工件的表面的距离。除了由电极臂16施加的压力之外，在焊接期间熔化区域观中的液化金属的量会影响焊接凹陷30的尺寸。焊接机器人14内的部件测量在每次电阻焊接20期间形成的焊接凹陷30的尺寸。电阻焊接20可形成为靠近第一工件22或第二工件M的边缘。重叠位置34是从焊帽18的中心到焊帽18前进至的第一工件22或第二工件M的最近边缘的距离。现在参照图3并继续参照1-2，示出的是示例性的电阻点焊工艺(例如，用于形成在图1中示出的电阻焊接20的电阻点焊工艺)的另一高度示意图。然而，在图3中示出的电阻焊接20可以称作为边缘焊接。焊帽18再次位于第一工件22和第二工件M的相对侧上。当电流在焊帽18之间经过时，电极臂16 (在图2中未示出)向焊帽18施加压力。 在焊帽18之间流动的电流加热第一工件22和第二工件24，从而导致金属熔化，并在第一工件22与第二工件M的界面处形成熔化区域观。熔化区域观将第一工件22永久地结合或附接到第二工件对。在图3中示出的第二工件M的重叠位置34小于在图2中示出的第二工件M的重叠位置34。重叠位置34足够小，以使焊帽18的一部分突出第二工件M的边缘。在图3中示出的边缘焊接会对焊帽18中的一个或两个造成损坏。例如，并且没有限制，在焊帽18的前进至第二工件M中的尖端上的可变压力分布会导致在焊帽18的尖端上形成隆起或其它畸形，从而影响第二工件M的边缘。焊帽18 (或第二工件24)的边缘处的高电流密度导致产生强烈的热，并因此会引起焊帽18的劣化。另外，由边缘焊接引起的电流的变化会在电阻焊接20期间产生大量的液化金属。液化金属会与一个或多个焊帽18 形成接触，从而对焊帽18产生损坏。 如图3所示，边缘焊接导致焊帽18进一步进入到第一工件22和第二工件对，从而在边缘焊接期间增加了由焊接装置10测量到的焊接凹陷30的尺寸。此外，由目前被损坏的焊帽18执行的随后的电阻焊接20还会在焊帽18与第一工件22或第二工件M之间具有不均勻的电流密度，从而加速了焊帽18的裂化。一旦焊帽18被损坏，电流密度便集中在被损坏的位置处。因此，当与边缘焊接之前出现的电阻焊接20相比时，随后的焊接凹陷30 (或焊接尺寸)减小。根据焊接凹陷30的尺寸减小的幅值，焊接装置10可以通过监测并处理在连续的电阻焊接20期间出现的焊接凹陷30的尺寸能够确定边缘焊接已经发生。可以根据边缘焊接期间所增大的凹陷尺寸或者根据在边缘焊接之后焊接上的减小的凹陷尺寸来检测损坏。 损坏的焊帽18可以进行修补、维修或基于尖端修整(tip dressing)规划进行尖端修整来替换。尖端修整可以包括例如通过使用刀片从焊帽18去除碎片或隆起，将焊帽18抛光或研磨至其原始的或优选的形状和状态。尖端修整可以改变侵入程度(aggressiveness) (刀片或研磨装置的角和压力)和尖端修整工艺的持续时间。此外，如果尖端修整工艺是完全自动的，则焊接装置10可以自己执行所需的尖端修整。现在参照图4并继续参照1-3，示出的是用于监测和维护执行电阻焊接(例如，电阻焊接20)的焊帽(例如，焊帽18)的算法或方法100的示意性流程图。虽然多个方法100 相对于在图1-3中示出的结构示出并描述，但是可以在该方法的范围内使用其它部件或设置。步骤110 执行电阻焊接。焊接装置10执行一系列电阻焊接20中的一个，其可以称作第一电阻焊接20、第二电阻焊接20等等。方法100可以用于电阻焊接20的固定循环， 用于工件组件(例如，组件12)的固定循环，用于固定的时间段，或者用于它们的任何组合。 方法100被示为重复的且连续循环的，但是可以具有固定数量的循环，或者可以在任何数量的循环之后开始和停止。步骤112 测量焊接凹陷(I)。在执行第一电阻焊接20期间或之后，方法100测量在第一电阻焊接20期间形成的第一焊接凹陷30。方法100还测量在第二电阻焊接20期间形成的第二焊接凹陷30。当方法100执行连续的电阻焊接20时，其还记录第一电阻焊接 20和第二电阻焊接20之间的时间逝去以及每个随后的电阻焊接20。步骤114 计算劣化速率(dl/dt)。方法100确定第一电阻焊接20和第二电阻焊接20之间的劣化速率。劣化速率是所测量的第一焊接凹陷30和所测量的第二焊接凹陷30 之间的时间微分。随着执行连续的电阻焊接20并测量连续的焊接凹陷30，劣化速率将改变。劣化速率可以是瞬时微分或可以是移动平均值。步骤116 确定测量的焊接凹陷(I)是否大于严格阈值。该方法将测量的第一焊接凹陷30或测量的第二焊接凹陷30与严格阈值进行比较。通过执行并分析多个边缘焊接 (例如，在图3中示出的边缘焊接)来确定严格阈值。当焊帽18从多个工件中的一个工件的边缘以小于最小重叠距离34执行电阻焊接 20时，每个边缘焊接发生。最小重叠距离34根据已知的边缘焊接的测试来确定，并且是这样的距离，即，小于该距离，对焊帽18的不利影响开始发生。测量在所执行的多个边缘焊接中的每个边缘焊接期间产生的边缘焊接凹陷(其是由已知的边缘焊接产生的焊接凹陷30)。 然后分析测量的边缘焊接凹陷，并基于边缘焊接凹陷的分析来设置或计算严格阈值。步骤118 信号异常条件。如果测量的第一焊接凹陷30或测量的第二焊接凹陷30 大于严格阈值，则方法100包括以信号发送异常条件，如在步骤118所示。异常条件可以以信号发送至负责组件12或焊接装置10的操作员或控制器，发送至跟踪组件12或焊接装置 10的计算机化控制器，发送至计算机可读存储介质或信号的其它适当接收机。如在图4中所见，肯定答复(作为是)的判决步骤遵循用“ + ”符号(数学加号或加法算子)标记的路径。类似地，否定答复(作为否)的判决步骤遵循用“_”符号(数学减号或减法算子)标记的路径。步骤120 根据劣化速率(dl/dt)来确定帽异常。方法100可以使用劣化速率，并可能地使用测量的焊接凹陷30 (其已经被确定为异常)，来确定异常的类型和程度。例如， 在步骤120，方法100可以将劣化速率与焊帽18已经沿着第一工件22的边缘变形并且已经在焊帽18的尖端上形成大的隆起的已知情况进行比较。此外，方法100可以将劣化速率与焊帽18已经直接遭受来自熔化区域观的液化金属的已知情况进行比较。步骤122 基于异常的修整规划。如果以信号发送异常条件，则方法100可以基于确定的劣化速率来选择第一尖端修整规划和第二尖端修整规划中的一个。第一尖端修整规划和第二尖端修整规划可以对应于在步骤120中确定的不同类型的异常。步骤124 :(多个)尖端修整工艺。方法100然后基于以信号发送的异常条件尖端修整异常的(损坏的)焊帽18。如果在步骤120中确定了异常的类型和幅值，并且在步骤122 中选择了特定的尖端修整规划，则步骤1 可以执行该尖端修整规划。然而，步骤1 处的尖端修整可以包括机械或视觉检查和基于检查的尖端修整规划的确定。此外，如果尖端修整工艺是完全自动的，则焊接装置10可以自己执行所需的尖端修整。在步骤IM之后，方法100返回步骤110，以执行另一电阻焊接20。可选地，方法 100可以从步骤122直接前进至步骤110，直到操作循环完成为止。例如，方法100可以被设置为在使焊接装置10停止以经历步骤IM处的尖端修整之前完成组件12的任何剩余的电阻焊接20。步骤126 确定测量的焊接凹陷(I)是否小于磨损阈值。如果步骤116确定出第一焊接凹陷30和第二焊接凹陷30均不大于严格阈值，则方法100前进至步骤126。然后， 方法100将测量的第一焊接凹陷30和测量的第二焊接凹陷30与磨损阈值进行比较。与严格阈值类似，磨损阈值可以通过实验或分析来确定。当使用焊帽18进行另外的连续电阻焊接20时，焊帽18会最终劣化。例如，且没有限制，由于电极臂16施加的压力， 焊帽18的尖端会变大一或者开始向外扩增。当焊帽18的尖端在尺寸上增大时，因为电流在较大的区域上分布，所以在焊帽18之间流动的电流密度减小。较低的电流密度会导致较小的(较浅的)焊接凹陷30。步骤128 信号发送磨损条件。如果测量的第一焊接凹陷30和测量的第二焊接凹陷30中的一个小于磨损阈值，则方法100在步骤1 处信号发送过度磨损条件。磨损条件还可以信号发送至负责组件12或焊接装置10的操作员或控制器，发送至跟踪组件12或焊接装置10的计算机化控制器，发送至计算机可读存储介质或信号的其它适当接收机。步骤130 根据劣化速率(dl/dt)确定磨损水平。方法100可以使用劣化速率，并可能地使用测量的焊接凹陷30，来确定焊帽18上的磨损的类型和程度。例如，在步骤120， 方法100可以将劣化速率与焊帽18由于过度压力或长期使用已经扩增的已知情况进行比较。步骤132 ；基于磨损的修整规划。如果信号发送磨损条件，则方法100可以基于确定的劣化速率选择第三尖端修整规划和第四尖端修整规划中的一个。第三尖端修整规划和第四尖端修整规划可以对应于在步骤130中确定的焊帽18上的磨损的不同水平。根据磨损条件的严重性，方法可以前进至步骤124以便尖端修整，或者可以返回至步骤110从而继续执行电阻焊接20，直到循环结束为止或者直到组件12完成为止。此外，步骤132可以确定出随后的电阻焊接20应当利用经过焊帽18的增大的电流来执行，以提高电流密度，这会 (至少暂时地)克服磨损条件。步骤134 确定焊接数量是否大于标称值。如果步骤1 确定出第一焊接凹陷30 和第二焊接凹陷30均不小于磨损阈值，则方法前进至步骤134。然后，方法100将执行的电阻焊接20的总数与标称值进行比较。用于尖端修整焊帽18的预定标称规划是基于在正常或标称操作期间焊帽18的预期的磨损和破裂。如果由焊接装置10执行的焊接的数量不大于标称值，则方法100返回至步骤110，从而继续执行电阻焊接20。步骤136 信号发送标称期限的结束。如果由焊接装置10执行的焊接的数量大于标称值，则发送标称期限的结束。与其它信号相同，该信号可以被发送至各种接收机。此外， 如果尖端修整工艺是完全自动的，则该信号可以停留在焊接装置10内，然后焊接装置10可以自身执行所需的尖端修整。步骤138 选择标称修整规划。如果信号发送标称结束，则方法100将选择标称尖端修整规划。可以根据焊帽18的先前标称磨损速率的分析来确定标称尖端修整规划。然后，方法100前进至步骤124，并基于标称的规划来尖端修整焊帽18。
详细描述和图示或图形是为了支持和描述本发明，但是本发明的范围仅由权利要求书来限定。尽管已经详细描述了用于执行要求保护的本发明的一些最佳方式和其它实施例，但是存在各种可选的设计和实施例来实施在所附权利要求书中限定的本发明。
权利要求
1.一种监测并维护在多个工件上执行连续电阻焊接的焊帽的方法，所述方法包括 测量在第一电阻焊接期间形成的第一焊接凹陷；将测量的第一焊接凹陷与严格阈值进行比较；以及如果测量的第一焊接凹陷大于所述严格阈值，则以信号发送异常条件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于发送的异常条件尖端修整所述焊帽。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 测量在第二电阻焊接期间形成的第二焊接凹陷；将测量的第二焊接凹陷与所述严格阈值进行比较；以及如果测量的第二焊接凹陷大于所述严格阈值，则以信函发送所述异常条件。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 记录所述第一电阻焊接和所述第二电阻焊接之间的时间逝去；确定所述第一电阻焊接和所述第二电阻焊接之间的劣化速率，其中，所述劣化速率是测量的第一焊接凹陷和测量的第二焊接凹陷之间的时间微分；以及如果以信号发送所述异常条件，则基于确定的劣化速率来选择第一尖端修整规划和第二尖端修整规划中的一个。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述严格阈值由以下来确定执行多个边缘焊接，其中，当所述焊帽从所述多个工件中的一个工件的边缘以小于最小重叠距离执行所述电阻焊接时，每个边缘焊接发生；在所执行的多个边缘焊接的每个边缘焊接期间测量边缘焊接凹陷；分析所测量的边缘焊接凹陷；以及基于所述边缘焊接凹陷的分析来设定所述严格阈值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将测量的第一焊接凹陷和测量的第二焊接凹陷与磨损阈值进行比较；以及如果测量的第一焊接凹陷和测量的第二焊接凹陷中的一个小于所述磨损阈值，则以信号发送过度磨损条件。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如果以信号发送所述过度磨损条件，则基于确定的劣化速率选择第三尖端修整规划和第四尖端修整规划中的一个。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 预先确定用于尖端修整所述焊帽的标称规划；以及如果未信号发送异常条件且未信号发送过度磨损条件，则基于所述标称规划来尖端修整所述焊帽。
9.一种监测并维护在多个工件上执行连续电阻焊接的焊帽的方法，所述方法包括 测量在第一电阻焊接期间形成的第一焊接凹陷；测量在第二电阻焊接期间形成的第二焊接凹陷； 将测量的第一焊接凹陷与严格阈值进行比较； 将测量的第二焊接凹陷与所述严格阈值进行比较；以及如果测量的第一焊接凹陷和测量的第二焊接凹陷中的一个大于所述严格阈值，则以信号发送异常条件。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于以信号发送的异常条件尖端修整所述焊帽。
全文摘要
本发明涉及用于监测和维护电阻焊接装置的方法。具体地，一种监测并维护在多个工件上执行连续电阻焊接的焊帽的方法包括测量在第一电阻焊接期间形成的第一焊接凹陷；并测量在第二电阻焊接期间形成的第二焊接凹陷。将测量的第一焊接凹陷和第二焊接凹陷与严格阈值进行比较。如果测量的第一或第二焊接凹陷中的任一个大于所述严格阈值，则信号发送异常条件。所述方法可以包括基于信号发送的异常条件尖端修整所述焊帽。所述方法还可以包括确定所述第一电阻焊接和所述第二电阻焊接之间的劣化速率。所述劣化速率是测量的第一焊接凹陷和第二焊接凹陷之间的时间微分，并基于确定的劣化速率选择第一或第二尖端修整规划。
文档编号B23K11/25GK102343475SQ20111020662
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月22日 优先权日2010年7月23日
发明者C. 哈钦森 D., J. 卡拉古利斯 M., 王 P-C., P. 梅林 S. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司