用于焊枪电极的自动适应性维护方法及系统的制作方法
【专利说明】用于焊枪电极的自动适应性维护方法及系统
[0001]本发明总体上涉及电阻点焊接，并且尤其是涉及用于控制焊接厂中的焊枪电极的电极品质的方法和系统。
[0002 ]电阻点焊接(RSff)在许多技术领域中是用于连接金属板材的由来已久的工艺。RSW技术因其速度、灵活性、可靠性和低成本而在钢体组件中的高容量金属板材连接应用的中流砥柱。
[0003]汽车行业现在高度依赖于用于制造白车身(BIW)(车体构成的初期)的RSW。对此，生产线利用RSW枪来实施焊接，而每个焊接使用消耗式电极(或“尖”)接触工件并传输焊接电流和力来进行焊接。这些电极在点焊接系统是非常重要的部件，并且它们在焊接(涂覆)钢车辆期间发生的劣化可能快速导致不合格的焊接品质(这转而可能导致昂贵的生产线停工)。
[0004]现代化的自动RSW制造单元包括若干设备和控制系统，这使得一些材料类型/厚度的接合以高度的位置精度和速度被自动点焊接。点焊接品质由以下两种关键因素控制，即:
[0005]-正确的焊接参数(焊接电流、时间和力)的选择和控制；
[0006]-向工件传输这些参数的电极(材料、形式和状态)的正确选择和维护。
[0007]对于在RSW中优化品质的问题的大量解决方法基于正确的焊接参数的选择和控制。焊接控制器技术包括MF-DC逆变电源和适应性焊接控制，其中，MF-DC逆变电源和适应性焊接控制提供可靠的大容量RSW焊接所需的高水平的品质保证。然而，这些系统控制参数设定，但不控制电极状态。
[0008]在标准的点焊接操作期间，电极枪磨损、变形并且受到存在于被焊接的材料表面上的油脂、污垢、涂覆物(例如，锌)的污染。因此，电极需要使用电极“尖修整”系统频繁地维护以恢复干净的表面和适当的形状。这需要去除形成在电极表面上的最小厚度的污染沉积物。沉积物的厚度影响电极的总体电和热传导性。电极的形状和尺寸与焊接参数一同确定焊接的尺寸。在没有任何介入的情况下，电极表面积增加，而这将转而导致焊接直径减小，最终导致低于确保焊接完整性和满足品质要求所需的最小水平。
[0009]与电极磨损的效果相反，焊接电流可被增加。然而，这加速了电极劣化，并且仅能够在电极必须被修整或替换之前用于有限数量的焊接。
[0010]电极修整系统通常被利用在生产线上以试图保持电极的品质。然而，现有的系统要求在生产期间手动设置、优化和持续的监测。对于大型生产线而言，这无法被可靠地或恒定地进行，并且来自负责RSW系统的焊接工程师的反馈恒定地表明粗劣的电极修整是导致点焊接品质问题和相关生产停工的主因。因为一辆车典型地每1-2分钟即滚出生产线，因此即使电极修整事件每天仅导致5分钟的生产线停工也可能导致每周10辆车的损失，S卩，每年数百辆车的损失。
[0011]此外，电阻点焊接工艺一般不被应用于焊接铝板材。这是因为铝棒对铜电极是非常积极的，因此快速地产生了电极尖污染物和腐蚀。传统的电极尖修整系统移除了形成电极尖的显著量的铜。因为需要高频率的修整(由于铝在铜合金电极上的快速降解效果)，因此电极被快速地消耗并且在制造出少量部件后需要被替换。最终，这在自动制造中阻碍了RSW对铝体的应用，由此迫使了更昂贵的技术的使用，主要的有自穿铆接。
[0012]对于钢和铝焊接应用而言，该技术领域中存在着优化去除沉积在电极上的材料的需要。
[0013]迄今为止，修整工艺根据标准化参数以规定间隔进行，其中标准化参数与修整阶段的持续时间和使焊枪接近其在修整单元上的电极的夹持力相关。在时间和力方面，标准化参数代表在大多数情况下适当的折中。然而，材料的去除在不知晓应被去除的电极表面层的精确厚度的情况下发生。
[0014]典型地，最大化电极品质依赖于由焊接技术人员和维护人员进行的手动设定和控制，而焊接技术人员和维护人员经常不具备优化用于制造单元或整个生产线的修整系统所需的时间或技术。通常，生产线中有经验的操作人员在一定数量的焊接操作(焊接点)后根据焊接状态(例如，根据流经电极的电流强度)决定焊枪的一个电极或一对电极需要修整。
[0015]进一步地，迄今为止，修整通过未对阳极和阴极这两者分化的方式进行。因为阴极上发生更多的材料沉积和氧化物，为了优化电极持续时间和操作，与阳极相比，应更大程度地从阴极去除沉积物。
[0016]除上述以外，电极修整参数的控制对于恒定的电极维护而言是决定性的。这依赖于所推荐的电极维护参数(最初基于修整器制造商的推荐)的“电极维护日程安排”的生成。电极修整器制造商所推荐的设定对于每个RSW枪应用而言并不是最适宜的。目前，由于且当需要优化电极性能和使用寿命时、或当电极修整相关的焊接故障表示改变是必要的时，每个电极维护日程安排必须被手动调节。在可能的情况下，在车辆运载/流水生产期间电极修整设备的性能被观察和优化。然而，这依赖于焊接技术人员对所产生焊接品质的进行持续监测的操作。为了实现高程度的控制，技术人员需要具有对于在电极修整后可能影响电极品质(并且将会改变的所产生焊接品质)的所有变数的透彻理解。实际上，这也受限于技术人员的可用性。
[0017]因此，本发明的主要目的在于改善焊接品质和可靠性，具体在于在无手动介入的情况下通过经优化的方式进行焊枪的电极的维护操作。
[0018]本发明的进一步目的在于基于焊接电极的状态选择最适当的维护操作。
[0019]有利地，维护优化延长了焊接电极的有效寿命。结果，这涉及减少停止生产线以替换磨损的电极所需的待机时间。生产线的停顿涉及经济损失，有时在电极并不是真正需要被再修整或替换的情况下，这甚至可能是不必要的。
[0020]本发明的附加目的在于增加在焊接流水线上工作的人员的安全性。
[0021 ]因为手动操作数量的减少降低了事故风险，因此这也是有益的。
[0022]本发明的另一目的在于保证点焊接的品质，S卩，焊接已根据某些焊接参数(所施加的电流强度、电流的施加时间、由焊枪施加的夹持力或压力)通过具有最佳几何形状的电极来实施。最终，这将允许减少在给定焊接组件中所要求的焊接点总数，而在目前实践中为了品质保证和安全性理由要求进行附加百分比的焊接点。
[0023]因此，本发明的附加目的在于减少点焊接数量以及由此减少时间和成本。
[0024]上述和其它目的和优点将通过根据本发明的、具有在随附的权利要求书中限定的特征的自动适应性焊接电极维护方法和系统来实现，而上述和其它目的和优点将在下文中得到更好的理解。
[0025]【具体实施方式】为从属权利要求的主题，而从属权利要求的内容将被认为是本说明书的整体部分。
[0026]综上，用于焊枪电极的维护(S卩，用于将焊接电极重新设定成它们的原始状态或最适宜焊接的状态)的自动适应性维护方法和系统基于所述电极的电极磨损状态的检测以及根据检测到的状态选定的维护(重新设定)操作的性能。
[0027]在增加的重新设定强度尺度上，维护操作优选地包括研磨修整操作、切割操作、替换操作。
[0028]适应性焊接电极维护方法和系统基于焊接电极在使用中的几何形状(S卩，尺寸和形态)测量值和清洁度测量值的获取以及它们由用于判断电极的劣化水平和用于控制电极维护日程安排的处理单元的使用。依照电极维护日程安排的功能和检测到的测量值，适当的维护站可被选定，包括切割装置、或多或少的侵略性研磨修整操作，或者处理单元可决定一个或多个电极需要进行替换。
[0029]焊接电极在使用中的几何形状和清洁度测量值的获取通过