(57)【要約】【課題】簡単に形成されていて、かつコンポーネントへの比較的迅速な通信を約束する、抵抗溶接のための溶接システムを提供する。【解決手段】溶接システムを備えた抵抗溶接するための装置であって、少なくとも１つのエネルギ供給システムと、少なくとも１つの溶接コンバータと、少なくとも１つの溶接プロセス制御装置５と、少なくとも１つのサーボ溶接トングと、少なくとも１つのサーボトング制御装置１５とから成っている形式のものにおいて、溶接コンバータと、溶接プロセス制御装置と、エネルギ供給システムと、サーボトング制御装置１５とが、構成上のユニットを形成しているようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接システムを備えた抵抗溶接するための装置であって、少なくとも１つのエネルギ供給システムと、少なくとも１つの溶接コンバータと、少なくとも１つの溶接プロセス制御装置（５）と、少なくとも１つのサーボ溶接トングと、少なくとも１つのサーボトング制御装置（１５）とから成っている形式のものにおいて、溶接コンバータと、溶接プロセス制御装置と、エネルギ供給システムと、サーボトング制御装置（１５）とが、構成上のユニットを形成していることを特徴とする、抵抗溶接するための装置。
【請求項２】
溶接コンバータのエネルギ供給システム（１４）が、前記少なくとも１つのサーボトング制御装置の電気エネルギを供給するためにも使用される、請求項１記載の装置。
【請求項３】
溶接コンバータのロジック回路のエネルギ供給システム（１４）が、サーボトング制御装置と溶接プロセス制御装置との制御のエネルギ供給のためにも使用される、請求項２記載の装置。
【請求項４】
溶接コンバータの冷却のために設けられた冷却システムが、サーボトング制御装置（１５）の冷却のためにも使用される、請求項３記載の装置。
【請求項５】
サーボトング制御装置（１５）と溶接プロセス制御装置との間のデータ交換が、共有メモリ（１３）を介して行われるようになっている、請求項４記載の装置。
【請求項６】
サーボトング制御装置と溶接プロセス制御装置との間のデータ交換が、パラレルなデータ・バス（１３）を介して行われるようになっている、請求項５記載の装置。
【請求項７】
サーボトング制御装置（１５）のプログラミングが、溶接プロセス制御装置を介して行われるようになっている、請求項６記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接システムを備えた抵抗溶接するための装置であって、少なくとも１つのエネルギ供給システムと、少なくとも１つの溶接コンバータと、少なくとも１つの溶接プロセス制御装置と、少なくとも１つのサーボ溶接トングと、少なくとも１つのサーボトング制御装置とから成っている形式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
抵抗溶接システムは現代の製造にとってなくてはならないものであり、生産ラインを自動化するために、例えば自動車ボディのコンポーネントを溶接によってつなぎ合わせるために、かなり頻繁にロボットと組み合わされる。
【０００３】
現代の抵抗溶接システムは、ニューマチック機構の代わりにサーボモータによって運転される溶接トングもしくは溶接棒ホルダ（Schweisszangen）を使用する。これにより、ポジショニング（位置調整）の比較的高い精度と加圧力の比較的迅速な形成とが達成されることができる。しかしながら、ニューマチックシステムに比べてサーボトングは、より複雑な制御システムを必要とする。この抵抗溶接システムは、通常、電源装置と、１つの溶接コンバータと、１つの溶接トランスと、１つまたは複数の溶接トングと、１つまたは複数のサーボトング制御装置と、１つの溶接制御装置とから成っている。サーボトング制御装置とは、サーボモータで運転される溶接トング（サーボ溶接トング）を制御するために必要とされる駆動コンバータおよびサーボモータ制御システムのことである。
【０００４】
溶接動作は、溶接制御装置によって直接的にコントロールされる。この場合、溶接結合部の強さは、実質的に、サーボトングの力と電流調整の特性とに依存する。
【０００５】
一般的にニューマチック駆動装置を備えた溶接トングのために設計された現今のシステムは、個別的なコンポーネントから構成され、サーボトングの高められた通信要求に応じないかもしくはサーボトングのあらゆる利点（例えば力形成の迅速性）を十分に利用することができない。さらに溶接プロセス中、強い電磁場が発生させられ、この電磁場が、高い帯域幅を備えた通信システムを妨害することがあり得る。したがって、溶接の品質がばらつくことがあり得、システム自体が最適に十分に利用されない。
【０００６】
２つの汎用のシステムバリエーションが存在する。第１のバリエーションでは、２つの付加的なサーボ駆動ユニット、すなわち駆動コンバータがロボット内に組み込まれている。ここでは欠点は、外部の、溶接プロセス基準（schweissprozessnah）の溶接制御装置への、緩慢な通信である。第２のバリエーションでは、両駆動ユニットが、電源と種々異なる通信インタフェースとを備えた付加的なエンクロージャ内に格納されていて、オプションのＳＰＳに接続されている。このシステムは、ロボットのためのおよび溶接制御装置のためのデータ交換装置を有していて、総じてコストのかかる解決手段である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の抵抗溶接するための溶接システムを改良して、簡単に構成されていて、かつコンポーネントへの比較的迅速な通信を約束するようなものを提供することである。特に、このシステムが動的に最適化されているようにし、かつ溶接品質が高められているようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題を解決するために本発明の構成では、溶接コンバータと、溶接プロセス制御装置と、エネルギ供給システムと、サーボトング制御装置とが、構成上のユニットを形成しているようにした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の本質的な特徴は、サーボトング制御装置と、溶接コンバータと、エネルギ供給システムと、溶接プロセス制御装置とが、構成上のユニットを形成していることにある。利点は、減少された組付け手間と、低減されたコストと、通信システムの複雑さおよび妨害されやすさの減少とにある。サーボトングとサーボトング制御装置と溶接制御装置との間の通信は最適化され、溶接制御装置とサーボ制御装置との間の通信は、安定した電磁的環境で行われ、ケーブル布線コストは最小化されるかまたは無くなり、したがって溶接プロセスのために最適化されることができる。前記利点は、オンラインリアルタイム調整システムにとって不可欠である。
【００１０】
有利には、溶接コンバータと前記少なくとも１つのサーボトング制御装置とに、共通の電源装置を介してエネルギが供給される。このシステムアーキテクチャは、例えば整流器、電解コンデンサ、絞りのような必要とされるパワーエレクトロニクスコンポーネントの数を最小限に抑える。なぜならば、１つの電源装置しか設けられていないからである。前記コンポーネントは仕入れが高くつき、かつその高温運転によってＭＴＢＦ（平均故障間隔）が短く、このことは最終的に、システムのＭＴＢＦを結局のところ規定してしまう。これに応じて、脆弱なコンポーネントの減少は、ＭＴＢＦを長くすることに帰着する。
【００１１】
別の利点は、溶接コンバータのロジック回路と溶接プロセス制御装置とサーボトング制御装置とのエネルギ供給のために、１つの電源装置しか設けられていないことにある。このシステムアーキテクチャは、必要とされるロジック供給コンポーネントの数を最小限に抑える。なぜならば、１つの電源装置しか設けられていないからである。
【００１２】
さらに別の利点は、共通の冷却システムが、溶接コンバータとサーボトング制御装置との熱導出のために使用されることに認められる。これにより、機械装置が単純化され、かつ構成容積が最小化される。
【００１３】
さらに別の利点は、データ交換が極めて迅速にかつ高い信頼度で、溶接プロセス制御装置とサーボトング制御装置との間で共有メモリを介して行われることにある。溶接プロセス制御装置は、サーボトング制御装置に関連した全てのデータを、記憶モジュールの、サーボトング制御装置にとってアクセス可能な所定の記憶セル内に格納することによって、実時間で使用可能にすることができる。
【００１４】
別の実施態様では、溶接プロセス制御装置とサーボトング制御装置との間のデータ交換が、迅速なパラレルなバスを介して行われるようになっている。迅速なパラレルなデータ・バスは、交換したいデータ量が特別に多く、かつ共有メモリもパラレルなバス構造を有している場合に、有利である。
【００１５】
さらに別の有利な実施態様では、サーボトング制御装置は溶接制御装置を介して直接的にプログラミングされる。両機能の制御レベルの統合は、サーボトング運動と溶接電流レベルとの比較的正確なコントロールを可能にし、これにより、プロセス質が高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【００１７】
図１には、本発明による抵抗溶接システムを示してある。この抵抗溶接システムは、中央の電源装置２と、溶接制御装置５と、２つの駆動ユニット３，４と、両駆動ユニット３，４の所属のサーボモータ７，８とを有している。溶接トランス６を溶接制御装置５が制御し、この溶接制御装置５は、本発明によれば、共有メモリ１３を介して２つの駆動ユニット３，４と通信する。駆動ユニットとは、サーボモータの位置調整、速度調整および電流調整のために働く制御ユニットと所属のパワーエレクトロニクスとのことである。溶接制御装置は、直接的に通信インタフェース１１を介してロボット制御装置に接続されている。このロボット制御装置は、溶接経過およびトング運動を制御するために設計されている。ロボット制御装置および溶接制御装置は、通常、別個のユニットである。なぜならば、これらの装置は異なる製造業者に由来するからである。溶接制御装置５および駆動ユニット３，４には、電源装置２を介して、エネルギとさらに安定的な調整されたロジック電圧とが供給される。溶接制御装置５は、溶接電流を発生させるためのパワーエレクトロニクスと、溶接電流を調整するための制御ユニットとを有している。駆動ユニット３，４は、それぞれモータ電流をコントロールするためのインバータを有している。駆動ユニット３，４には、一般的に、さらにモータ７，８からのポジションフィードバックと他の関連した測定信号とが供給されている。
【００１８】
電源装置２は、共通の中間回路バス１４を介して、溶接制御装置５および駆動ユニット３，４に給電する。両駆動ユニット３，４は、次いで、サーボモータ７，８を制御する。これにより、電解コンデンサおよび絞りのような敏感で、大きくかつ高価な構成部材が省かれる。本発明による設計は、溶接システム９の構成容積の最小化と寿命の延びとに帰着する。構成容積の最小化は、溶接システム９がエンクロージャ内の貴重なスペースを必要とはしないかまたはそれどころかロボットのケーシング内に直接的に組み付けられることができるという利点も有している。
【００１９】
サーボモータの運動エネルギの戻し供給によるエネルギ獲得は、共通の中間回路バスによっても保証されている。サーボモータの制動エネルギまたは運動エネルギは、直接的に溶接プロセスによって消費されることができる。これにより制動抵抗の、必要とされる制動出力が減少される。
【００２０】
サーボトングは、例えばロボットのアームに組み付けられる。前記ロボットはロボット制御装置または運動制御装置によって制御される。ロボット制御装置は、溶接トングを所定の場所に運動させるようにプログラミングされている。溶接制御装置５は、運動中、次の溶接点に関連したデータを算定することができ、これに応じて個別の溶接トング・駆動ユニット３，４の第１の位置目標値を生成しかつ共有メモリ１３内に格納することができる。サーボトングもしくはロボットアームが目標ポジションに到達した後、直ちにロボット制御装置から溶接制御装置５にインタフェース１１を介して報告が入る。この後、溶接プロセスが遅滞なく開始されることができる。溶接プロセスが終了した後、直ちに溶接制御装置からロボット制御装置にそのことが通知され、次の溶接点が目指される。
【００２１】
本発明による抵抗溶接システム９では、溶接プロセス中、溶接点の状態が、測定技術的に常時監視される。この測定によって、溶接プロセスが実時間で制御される。このために必要とされる測定システムは、閉じた閉ループの構成部分であり、この帯域幅および安定性は、システム内に存在するむだ時間に依存している。この理由から、システムコンポーネント間のデータ通信の最適化が極めて重要であり、重要な複数のコンポーネントの、本発明による統合が有利である。
【００２２】
収集された測定データは、溶接制御装置５内で溶接中に処理され、駆動ユニット３，４のための新しい位置目標値が生成されかつ共有メモリ１３内に記憶させられる。目標値は駆動ユニットによって共有メモリから読み出され、サーボモータの、必要とされる運動が行われる。このループは、プロセスが溶接制御装置によって終了されるまで、ミリ秒サイクルで繰り返される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による抵抗溶接システムを示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  電源電圧、  ２  電源装置および機械装置、  ３  トング力・駆動ユニット、  ４  トング補償・駆動ユニット、  ５  溶接プロセス制御装置および溶接プロセスコンバータ、  ６  溶接トランス、  ７  トング力モータ、  ８  トング補償モータ、  ９  構成上のユニット、  １０  出力およびセンサ機構・インタフェース、  １１  ロボット・通信インタフェース、  １２  溶接制御装置およびサーボトング制御装置のプログラミングインタフェース、  １３  共有メモリ（ＤＰＲＡＭ）、溶接制御バス、  １４  中間回路バス、  １５  サーボトング制御装置
【図１】
2005081440.tif 000003