焊接系统和用于运行焊接系统的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种焊接系统(10)，其包括：用于执行至少一个焊接过程(11)的焊接过程设备(12)；用于检测在焊接过程(11)期间产生的当前过程信号(26)的检测装置；以及评估装置(27)，该评估装置在此设置为，由当前的过程信号(26)确定焊接过程(11)的间隙(15)和/或当前的焊炬位置的至少一个相应的当前特性值(30)。本发明专利技术规定，评估装置(27)设置用于，运行焊接过程(11)的观察器模型(29)以确定至少一个特性值(30)并且借助观察器模型(29)基于过程信号(26)来确定至少一个特性值(30)。(26)来确定至少一个特性值(30)。(26)来确定至少一个特性值(30)。

【技术实现步骤摘要】
焊接系统和用于运行焊接系统的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于执行焊接过程的焊接系统，其中至少两个部件通过焊缝接合。本专利技术还涉及一种用于运行这种焊接系统的方法。

技术介绍

[0002]由于接合参数和影响因素多，所以气体保护金属电弧焊的工艺非常复杂。焊枪/燃烧嘴在待焊接的金属板上的定位(焊枪位置/焊枪偏移量)以及接合配对之间的间隙宽度对焊接过程有重大影响。根据焊枪与工件的相对位置和间隙宽度，可以通过试验确定焊接过程的最佳控制参数。需要注意的是，这里也使用术语“焊炬”来表示电焊接。
[0003]然而，由于制造公差，工件几何形状以及焊枪相对于待焊接部件的实际定位以及实际间隙宽度在批量生产中可能会有所波动。在静态控制参数的情况下，偏离理想值或超过限值会导致焊缝品质下降，甚至导致焊缝连接部的缺陷。有缺陷的焊缝连接部意味着废品或额外返工，这两者都伴随着额外的成本。通常，焊接过程设备的控制参数在调试和批量生产开始时配置一次。这被视为理想/初始参数的确定。在此尝试将控制参数的公差范围配置为关于焊枪定位和间隙弥合能力的尽可能大的公差范围。然而，并非所有的制造公差都可以描绘出来，因此无法完全避免焊缝不规则性的发生。这反过来又需要下游的品质监控和重新加工接头的可能性。
[0004]控制参数的动态调整的前提是，了解单个部件的独特的几何形状，这使得需要在焊接过程之前测量部件。为了根据当前的现有技术在制造过程中检测焊缝的不规则性，需要耗费大量开支。例如，为此可以通过摄像机进行上游的光学检测，并随后进行图像处理。这种做法需要光学摄相机系统或激光三角测量传感器来精确测量每个焊缝的独特的部件几何形状。这种方法有四个主要缺点。首先，需要额外的传感器，这会产生成本。第二，需要额外的用于测量部件的上游步骤，这会增加生产时间。第三，需要额外的机器人来执行部件的测量，或者第四，传感器系统必须直接安装在焊枪上，这降低了机器人对焊缝的可接近性/可触及性，从而不能再焊接车身结构的许多典型焊缝或者说应用范围受限。
[0005]从美国专利文献US 4 943 701 A和美国专利文献US 4 435 631 A已知了，在焊接过程中根据过程信号观察焊枪相对于工件的定位以及对其进行反馈以用于动态调整控制参数。在该解决方案中，麦克风检测由电弧引起的空气声的声级。从该声级推导出来的电弧长度是焊枪头至焊接点之间的间距的量度。由于麦克风录音的噪声很大，因此必须使用平滑滤波器对麦克风信号进行平滑处理。由平滑滤波器引起的信号延迟会对调节回路的反应迅速性产生不利影响。
[0006]从文献DE 10 2018 009 536 A1已知了，基于固体声信号估计手持焊炬的当前位置。
[0007]从文献DE 698 16 839 T2已知了，在焊接过程中根据焊接电压估算间隙宽度，焊接过程设备需要该焊接电压来产生焊接电流。在这里，也必须使用积分器对测量信号进行平滑处理，从而在过程调节中会出现所述的在跟踪调节变量时的延迟。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于，如果可能由于制造公差引起部件几何形状的不规则性，则在焊接过程中对这种不规则性作出反应。
[0009]本专利技术的一个方面涉及一种焊接系统。该焊接系统包括用于在考虑预定的控制参数下执行至少一个焊接过程的焊接过程设备，其中在相应的焊接过程中在至少两个待接合或待连接的部件之间产生焊缝，以及在此焊接过程设备的所谓的焊炬/燃烧嘴相对于部件和/或相对于形成在部件之间的间隙具有相对的焊炬位置。焊接过程设备可设计用于气体保护金属电弧焊(MSG)。尤其设置一种自动焊接机作为焊接过程设备，其中自动地或机器人地或手动地进行对焊炬和/或至少一个部件的引导。为了实现预定的控制参数，焊接过程设备可以具有调节器。例如，可以将用于电弧或焊丝的电流强度和/或电压、沿焊接线的焊炬速度、焊丝的送丝速度和/或焊炬位置预定为控制参数。
[0010]为了监控焊接过程，焊接过程设备还包括检测装置和评估装置，该检测装置用于检测在焊接过程中出现的当前过程信号，评估装置设置用于，从当前过程信号中确定当前的焊炬位置和/或部件之间存在的间隙的至少一个相应的当前特性值。焊炬位置的特性值的例子是由焊炬位置得出的、焊炬相对于部件的至少一个的间距。过程信号例如可以是测得的电流强度或测得的电压，或者通常是通过测量电路检测的测量信号。控制参数的时间变化曲线也可以用作过程信号。
[0011]如开头结合现有技术所描述的，规定了，以如下方式监控焊接过程，即检测过程信号，该过程信号取决于焊接过程的当前状态和/或当前进程或者是该焊接过程的特征。然而如上所述，为了从这样的过程信号中确定至少一个特性值，现有技术中规定，借助于平滑滤波器或积分器对过程信号进行平滑或积分，但是这导致延迟，或者以调节技术的方式表述，这导致了数值上大的相位。现有技术中不采用在过程信号与特性值之间关系的模型。因此，必须利用附加的测量技术(例如摄像机)明确检测特性值，或借助于上游或下游过程提取特性值，例如通过形成平均值提取特性值。
[0012]为了避免这种情况，评估装置根据本专利技术设置用于，为了确定至少一个特性值，运行焊接过程的观察器模型以及基于过程信号借助于观察器模型确定至少一个特性值。这种观察器模型可以是调节技术上的观察器——例如所谓的龙伯格(Luenberger)观察器或卡尔曼滤波器——的组成部分。通过观察器模型模拟焊接过程的方式，也可以模拟表征焊接过程的噪声，从而例如可以不需要平滑滤波器或积分器，这是因为噪声是建模的组成部分。可以根据过程信号更新至少一个特性值，而相关的平滑常数不会导致延迟。
[0013]本专利技术还包括产生额外优点的实施方式。
[0014]一种实施方式包括：用于检测焊接过程中产生的当前过程信号的检测装置至少包括电流传感器和/或电压传感器和/或空气声麦克风和/或固体声传感器和/或超声波传感器。可以通过电流传感器检测电弧电流的电流强度或焊丝中的电流的电流强度。这是焊枪间距的相应量度。附加地或替代地，可以推断间隙的间隙宽度。借助于电压传感器可用于在焊缝处产生和/或维持熔化过程。为此所需的电压可以通过电压传感器检测。焊接过程引起的噪音，例如电弧噪音，可以通过空气声麦克风检测。其响度级取决于电弧的长度并进而也取决于焊炬与当前焊点之间的间距。可以通过固体声传感器检测在至少一个部件和/或焊炬中由焊接过程引起的固体声音和/或振动。两个或多个固体声传感器的传感器信号之间
的响度级和/或相位偏移也可以用于确定至少一个特性值，特别是从焊炬到间隙的间距和/或间隙宽度。空气声麦克风和/或固体声传感器和/或超声波传感器与上述光学摄像系统相比具有以下优点：在设计上明显更小并且也不必定位在焊枪上。从而并不限制可接近性。
[0015]一个实施方式包括：为部件中的至少一个提供机械式的夹持装置，并且检测装置的至少一个固体声传感器设置在夹持装置上。如果通过机械式的夹持装置间接地检测固体声音，则得到的优点是，固体声传感器可以始终保持安装在夹持装置上，并进而当至少一个部件为了焊接过程而夹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种焊接系统(10)，其包括：
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焊接过程设备(12)，该焊接过程设备用于在考虑预定的控制参数(34)的情况下执行至少一个焊接过程(11)，
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其中，在相应的焊接过程(11)中在待连接的至少两个部件(14)之间产生焊缝(16)，焊接过程设备(12)的焊炬(13)具有关于部件(14)和/或关于在部件(14)之间形成的间隙(15)的相对焊炬位置，
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检测装置，该检测装置用于检测在焊接过程(11)期间出现的当前过程信号(26)，
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评估装置(27)，该评估装置设置为，由当前过程信号(26)确定当前焊炬位置和/或间隙(15)的至少一个相应的当前特性值(30)，其特征在于，评估装置(27)设置用于，为了确定至少一个特性值(30)而运行焊接过程(11)的观察器模型(29)，并且基于过程信号(26)借助于观察器模型(29)确定至少一个特性值(30)。2.根据权利要求1所述的焊接系统(10)，其特征在于，用于检测在焊接过程(11)期间出现的当前过程信号(26)的检测装置至少包括电流传感器和/或电压传感器和/或空气声麦克风和/或固体声传感器(36)和/或超声波传感器。3.根据前述权利要求中任一项所述的焊接系统(10)，其特征在于，为所述部件(14)中的至少一个提供机械式的夹持装置(37)，并且检测装置的至少一个固体声传感器(36)和/或至少一个空气声麦克风和/或至少一个超声波传感器布置在夹持装置(37)上。4.根据前述权利要求中任一项所述的焊接系统(10)，其特征在于，所述评估装置(27)设置用于，借助于观察器模型(29)从测得的过程信号计算出至少一个特性值(30)并将该至少一个特性值与相应的目标特性值相比较，如果识别到偏差，就调整控制参数(34)，以便减小偏差和/或使焊接过程(11)与至少一个当前特性值适配。5.根据前述权利要求中任一项所述的焊接系统(10)，其特征在于，在用于计算至少一个特性值(30)的观察器模型(29)中，该至少一个特性值被设置为观察器模型(29)的参数，观察器模型(29)估计至少一个过程信号(26)，并且根据相应估计的过程信号(26)与对应的检测到的过程信号(26)的比较，确定在估计的和检测的过程信号(26)之间的估计偏差，并通过调整相应的特性值(30)使这个估计偏差最小化，和/或观察器模型(29)设计为人...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：斯图加特大学，
类型：发明
国别省市：