振动焊接设备的自动监测制造技术

一种振动焊接系统，包括具有焊炬和砧的振动焊接设备、主机装置、检查工作站、机器人。机器人让焊炬和砧经由手臂运动到检查工作站。传感器，例如温度传感器，相对于焊接设备定位。额外的传感器相对于检查工作站定位，包括压敏元件阵列。在焊炬主动形成焊接部时，主机装置监测焊接设备的状态，且经由传感器测量信号，所述传感器相对于焊接设备定位。机器人让焊炬和砧以运动到检查工作站，在检查工作站启动检查工作站传感器，且通过处理接收的信号确定焊接设备的状态。可以使用声音、力、温度、位移、幅度和/或姿态/陀螺传感器。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种振动焊接系统，包括具有焊炬和砧的振动焊接设备、主机装置、检查工作站、机器人。机器人让焊炬和砧经由手臂运动到检查工作站。传感器，例如温度传感器，相对于焊接设备定位。额外的传感器相对于检查工作站定位，包括压敏元件阵列。在焊炬主动形成焊接部时，主机装置监测焊接设备的状态，且经由传感器测量信号，所述传感器相对于焊接设备定位。机器人让焊炬和砧以运动到检查工作站，在检查工作站启动检查工作站传感器，且通过处理接收的信号确定焊接设备的状态。可以使用声音、力、温度、位移、幅度和/或姿态/陀螺传感器。【专利说明】振动焊接设备的自动监测
本专利技术涉及振动焊接设备的自动监测。
技术介绍
振动焊接是在具体频率范围内将振动能量应用到夹紧工件的技术。频率范围通常是超声波范围。夹紧工件的相邻振动表面之间的表面摩擦产生热量，这最终使得工件的邻近表面软化和连结。使用正确发挥功能的焊接设备并以良好控制工艺进行的振动焊接通常产生具有非常一致的焊接部且产生可重复的焊接质量。然而，尽管存在各种方法确保振动焊接工艺的控制，但是这种方法对于振动焊接设备的维护状态或其他状态条件的即将进行的监测或来说不是最佳的。
技术实现思路
本文公开一种振动焊接系统和方法，用于自动地监测超声波或其他振动焊接设备套件的状态条件。本专利技术的系统和方法可以用在生产环境中以快速验证和量化焊接设备、进行维护和实时诊断。作为本系统的一部分，各种传感器相对于振动焊接设备定位且与主机装置通信，即具有必需硬件和用于所记录的执行实施本方法的计算机可读指令所需的软件的一个或多个计算机/计算装置，如在下文详细描述的。一些传感器可以定位在焊接处理工线附近，例如在附近的检查工作站，从而焊接机器人可容易地让一些焊接设备(例如焊炬和砧)运动到检查工作站且周期性地执行脱机状态监测步骤。其他步骤可以在焊接部形成的同时在线执行。主机装置以规定间隔执行方法的步骤以确保振动焊接设备保持期望的性能一致性，且最终确保经由焊接设备形成的任何焊接部具有一致且可重复的质量水平。通过执行实施本方法的各种步骤，主机装置可快速诊断潜在的焊接工艺/设备问题。不同于常规的闭环过程控制方法，本系统和方法可以用于准确地识别造成这样的问题的根源。与现有的焊接过程控制技术关联地实时进行的能力可以有助于针对焊接设备做出迅速矫正动作。`具体说，本文公开的振动焊接系统具有振动焊接设备，所述振动焊接设备至少包括焊炬和焊砧。系统还包括主机装置、检查工作站、机器人，所述机器人具有连接到焊炬和砧的手臂。机器人以规定间隔让焊炬和砧旋转或以其他方式运动到检查工作站，例如每次变换时通过从处理输送器枢转到检查工作站。另外，系统包括第一和第二多个传感器。第一多个传感器相对于振动焊接设备定位。可以相对于检查工作站定位的第二多个传感器可以包括压敏元件阵列和/或载荷单元。与第一和第二多个传感器通信的主机装置具有处理器和实体的非瞬时存储器，在所述存储器上记录用于监测如上所述的振动焊接设备状态条件的指令。主机装置配置为，在焊炬主动在工件上形成焊接部时，即在焊炬在形成焊接部的过程中接合时，执行从存储器而来的指令，以由此从第一多个传感器接收第一组信号。指令的执行使得机器人以规定的间隔让焊炬和砧运动到检查工作站，以在焊炬和砧两者定位在检查工作站时启动第二多个传感器，且经由第二多个传感器接收第二组信号。主机装置随后例如根据第一和第二组信号确定焊接设备的状态条件。第一多个传感器可以包括连接在焊接设备附近的温度传感器(一个或多个)。在另一实施例中，振动焊接设备可以包括例如连接到焊炬的压电堆叠结构的换能器。换能器使得焊炬振动。在该例子中，第一多个传感器可以包括连接到压电堆叠结构的热电偶或电热调节器形式的温度传感器。另一温度传感器可以用于测量焊接控制器的温度。所有三个元件(即焊炬、换能器、控制器)的温度可以影响焊接频率，且由此影响最终的焊接质量，且由此在本文被用作控制参数，以确定焊接设备的状态条件。第一多个传感器也可以包括声音传感器。主机装置可以配置为传递预记录的基本声音信号到声音传感器，例如经由麦克风，且经由声音传感器记录所传递的预记录基本声音信号。主机装置也可以将记录的信号与预记录基本信号比较，以确定相比较信号之间的信号变化。还有，三轴陀螺仪可以可选地连接到焊炬的焊头且用于测量焊头的倾斜、偏斜和转动，以作为第一组信号的一部分。位移传感器可以连接到焊头且用于测量工件和焊头之间分离的距离，也作为第一组信号的一部分，且确保焊接部相对于工件正确定位。主机装置可以可选地包括记录的图像处理指令或代码/计算机视觉逻辑。在该例子中，主机装置可以配置为经由选择性执行图像处理代码而检测和量化焊炬上的压印图案。如本领域已知的，存在用于识别图案或图像的各种软件方法，包括神经网络处理或与已知的好/坏压印图案的数据库进行图像比较。这种压印图案可用于各种诊断目的，包括清洁度、对准度、工具磨损等。用于确定振动焊接设备状态条件的方法包括，在工件上经由振动焊接设备形成焊接部，且在主动在工件上形成焊接部时从第一多个传感器接收第一组信号，包括接收振动焊接设备的至少一个温度。方法还包括命令焊接机器人让焊炬和焊砧运动到检查工作站，且在焊炬和焊砧到达检查工作站时选择性地启动第二多个传感器，其包括压敏元件阵列，另外，方法包括从相对于检查工作站定位的第二多个传感器接收第二组信号，包括至少从压敏元件阵列接收测量的焊接力。第一和第二组信号经由处理器处理，以由此确定振动焊接设备的状态。在下文结合附图进行的对实施本专利技术的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本专利技术的特征和优点以及其他的特征和优点。【专利附图】【附图说明】图1是可以如本文所述地被监测的振动焊接设备的示例性套件的示意图。图2是多单元电池组部分形式的示例性工件的示意性透视图，其可以使用图1所示的振动焊接设备焊接。图3是监测图1所示的振动焊接设备的状态的系统的示意图。图4A是可以用于测量图1所示振动焊接设备的状态的示例性压敏元件阵列的示意图。图4B是图4A的压敏元件阵列的输出的一部分的示意图。图4C和4D是用于确定焊接设备对准的可选计量工具的不意图。图5是用于监测图1所示振动焊接设备状态的示例性方法的流程图。【具体实施方式】参见附图，其中几幅图中相同的附图标记指示相同部件，振动焊接设备10的套件在图1中示意性地示出。振动焊接设备10例如可以用于在工件制造过程中形成焊接部，图2所示的示例性工件130是多单元电池组的一部分的形式。尽管其他类型的工件可以被超声焊接而不脱离本专利技术的范围，但是图2的示例性工件是必须以可重复过程形成高质量/耐久焊接部的典型的一类被焊系统。主机装置40与振动焊接设备10通信且与相对于振动焊接设备10定位的传感器25通信。每一个传感器25具有不同功能，在下文参考图3详细描述一组示例性传感器25B-K。主机装置40，即计算机，还包括处理器42和实体的非瞬时存储器44，在其上记录了实施本方法100的指令，其例子显示在图5中。主机装置40经由处理器42周期性地执行指令，以由此监测振动焊接设备10的维护状态或其他状态条件。作为该过程的一部分，振动焊接设备10可以在附近的检查工作站54被测试，参考图3、4A、4B在下文进一步详细描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一致振动焊接系统，包括:振动焊接设备，包括焊炬和焊砧，所述振动焊接设备配置为在焊炬和焊砧之间夹紧的工件上形成焊接部;检查工作站;焊接机器人，具有设置了焊炬和焊砧的手臂，其中焊接机器人配置为选择性地让焊炬和焊砧运动到检查工作站，以确定振动焊接设备的状态条件;第一多个传感器，其在工件被夹紧在焊炬和焊砧之间时相对于振动焊接设备定位;第二多个传感器，其相对于检查工作站定位，其中第二多个传感器包括压敏元件阵列;和主机装置，与第一和第二多个传感器通信，其中主机装置包括处理器和实体的非瞬时存储器，在所述存储器上记录用于监测振动焊接设备以确定所述状态条件的指令;其中主机装置配置为经由处理器执行从存储器而来的指令，以由此:在焊炬主动在工件上形成焊接部时从第一多个传感器接收第一组信号;选择性地命令机器人让焊炬和砧运动到检查工作站;在焊炬和焊砧到达检查工作站时启动第二多个传感器，以由此从第二多个传感器接收第二组信号，其中第二组信号包括来自压敏元件阵列的测量力;和经由处理器处理第一和第二组信号，以由此确定振动焊接设备的状态条件。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JP斯派塞，D查克拉波蒂，MA温塞克，H王，JA埃布尔，J布拉西，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：