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˜ OFICINA ESPANOLA DE PATENTES Y MARCAS

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TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA

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kN´umero de solicitud europea: 99103648.4 kFecha de presentaci´on : 25.02.1999 kN´umero de publicaci´on de la solicitud: 0 947 279 kFecha de publicaci´on de la solicitud: 06.10.1999

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54 T´ıtulo: Dispositivo de soldadura por resistencia.

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73 Titular/es: Matuschek Messtechnik GmbH

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72 Inventor/es: Metzen, Norbert;

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74 Agente: Curell Su˜ nol, Marcelino

30 Prioridad: 31.03.1998 DE 198 14 249

Werner-Heisenberg-Strasse 14 52477 Alsdorf, DE

45 Fecha de la publicaci´ on de la menci´on BOPI:

16.09.2001

45 Fecha de la publicaci´ on del folleto de patente:

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16.09.2001

Aviso:

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P¨ oll, Karl y Matuschek, Ulrich

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En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicaci´on en el Bolet´ın europeo de patentes, de la menci´on de concesi´on de la patente europea, cualquier persona podr´a oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposici´on deber´a formularse por escrito y estar motivada; s´olo se considerar´a como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposici´ on (art. 99.1 del Convenio sobre concesi´on de Patentes Europeas). Venta de fasc´ ıculos: Oficina Espa˜ nola de Patentes y Marcas. C/Panam´ a, 1 – 28036 Madrid

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DESCRIPCION Dispositivo de soldadura por resistencia. Campo de la invenci´ on La invenci´on se refiere a pinzas de soldar, del tipo que se da a conocer en el documento DE-A340052 y a un dispositivo de soldadura por resistencia dotado de una fuente de corriente de soldadura, un dispositivo de control y/o regulaci´ on de la corriente de soldadura, y por lo menos un par de pinzas de soldar reemplazables unidas a los elementos de soldar de tal modo que los electrodos de soldar pueden apretarse uno hacia el otro para sostener chapas que se han de soldar entre ellos. La invenci´on tambi´en se refiere a un m´etodo de operar un dispositivo regulador de un sistema de soldadura por resistencia. Antecedentes de la invenci´ on Se usan los dispositivos de soldadura por resistencia para soldar distintos componentes, y en particular, para la soldadura por puntos en la construcci´ on de carrocer´ıas. T´ıpicamente, se ponen en contacto dos o m´as chapas que se han de soldar entre s´ı y los electrodos de soldar se presionan contra las superficies de estas chapas por las pinzas de soldar (que tambi´en pueden denominarse “pistolas de soldar por puntos”). La corriente de soldadura funde la zona de contacto entre estas chapas para crear una soldadura por puntos. La curva de la corriente de soldadura debe controlarse y/o regularse dentro de estrechos l´ımites para que la soldadura por puntos tenga la calidad necesaria y las chapas que se han de soldar se unan de forma debida y sin que se produzcan salpicaduras. Pueden usarse distintos m´etodos para la regulaci´on o´ptima de la curva de la corriente de soldadura. En un m´etodo de control est´ atico, son fijos el tiempo de la soldadura, la potencia de la corriente de soldadura y la fuerza de la presi´ on del electrodo. Los m´etodos de regulaci´ on din´ amicos m´as complejos y caros utilizan curvas de referencia de la corriente de soldadura din´ amica y de la ca´ıda din´ amica de la tensi´ on en los electrodos. En estos m´etodos, mientras procede la operaci´on de soldar, unos dispositivos de medici´ on miden continuamente la corriente de soldadura din´ amica y la tensi´ on en los electrodos. Si se produce cualquier desviaci´on de la curva de referencia, los dispositivos de control y/o regulaci´ on ajustan la fuente de corriente de soldadura para que las curvas de la corriente y tensi´on medidas se adapten de la forma tan estrecha como sea posible a la curva de referencia especificada. Alternativamente, pueden usarse otros par´ ametros f´ısicos para regular la soldadura, por ejemplo unas se˜ nales ultras´ onicos dirigidas en la soldadura o las se˜ nales de ruido producidas por el proceso de la soldadura, la fuerza de los electrodos, el movimiento de los electrodos, las tensiones t´ermicas, la potencia, la resistencia y la energ´ıa. En la mayor´ıa de los m´etodos de control y/o regulaci´on conocidos, los par´ ametros y datos de control o de regulaci´on s´ olo se dirigen a las caracter´ısticas diferentes de las soldaduras por puntos diferentes, por ejemplo el n´ umero o el espesor de las chapas de metal. S´ olo recientemente algunos 2

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dispositivos de control sofisticados proporcionados por la presente solicitante tienen en cuenta par´ ametros de control y/o regulaci´ on (denominados tambi´en aqu´ı como juegos de datos de referencia) que dependen de las pinzas de soldar usadas para las diferentes soldaduras. En funci´ on del tama˜ no de las pinzas, la presi´ on generada por las pinzas y las distintas formas de los electrodos de soldar en las pinzas, estos par´ ametros de control y/o regulaci´on pueden variar notablemente. En un dispositivo de fabricaci´ on industrial, puede emplearse un n´ umero importante de pinzas de soldar. Frecuentemente, 250 o m´as pinzas de soldar estar´an conectadas por medio de acoplamientos r´apidos a las distintas fuentes de corriente de soldadura. Para que la soldadura realizada con un juego dado de pinzas de soldar proceda de forma o´ptima, el juego de datos con los par´ametros de control y regulaci´on espec´ıficos asociados con aquellas pinzas de soldar debe cargarse en la memoria del programa del dispositivo de control y/o regulaci´on del dispositivo de soldadura cada vez que se cambian las pinzas. Los par´ ametros de control y regulaci´on se guardan entonces en una memoria central integrada o bien en el dispositivo de control y/o regulaci´ on, o bien en el caso de varios puestos de soldadura, dentro de un sistema de fabricaci´on, conectado por medio de una red de datos con los distintos dispositivos de control y/o regulaci´on. Las personas que operan los dispositivos de soldadura deben tener el cuidado de asegurarse de que se hayan cargado de forma correcta los juegos de datos de control y regulaci´on correspondientes a las pinzas de soldar que se est´en utilizando, con anterioridad al inicio de la soldadura. Sumario de la invenci´ on Es un objeto de la presente invenci´on simplificar la operaci´ on de gesti´ on de datos y aumentar la fiabilidad de un dispositivo de soldadura por resistencia. Esta finalidad puede lograrse seg´ un la invenci´on incorporando en un dispositivo de soldadura, tal como un juego de pinzas de soldar (a veces tambi´en denominadas “pistolas de soldar por puntos”), una memoria local para guardar los juegos de datos espec´ıficos a las pinzas de soldar, y una interfaz de datos capaz de conectarse con una interfaz de datos del dispositivo de control y/o regulaci´on. Cuando las pinzas de soldar se conectan al dispositivo de soldadura, los juegos de datos singulares al juego de pinzas de soldar pueden transmitirse a trav´ es de su interfaz de datos a la memoria de programa del dispositivo de control y/o regulaci´ on. En un aspecto, la presente invenci´ on comprende un dispositivo de soldadura por resistencia que comprende una fuente de corriente de soldadura, un dispositivo de control o de regulaci´ on para regular la corriente de soldadura, y por lo menos un juego de pinzas de soldar reemplazables, caracterizado porque dicho juego de pinzas de soldar comprende una memoria de almacenamiento de datos local para guardar los datos espec´ıficos para las pinzas de soldar y una primera interfaz de datos para transmitir dichos datos al dispositivo de control o regulaci´ on. En otro aspecto, la invenci´ on comprende un juego de pinzas de soldar autoprogramadoras que

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comprenden una memoria de almacenamiento de datos local para guardar los datos espec´ıficos a las pinzas de soldar y una primera interfaz de datos para transmitir dichos datos a un dispositivo de control o regulaci´ on que controla la operaci´ on de las pinzas de soldar. Las pinzas de soldar autoprogramadoras son as´ı capaces de programar autom´ aticamente un dispositivo de control y/o regulaci´on con los par´ ametros operativos necesarios para hacer que el juego de pinzas de soldar funcione de forma o´ptima. Ya se conoce el almacenamiento local de datos en diferentes campos de sistemas de control de herramientas, por ejemplo en el campo de las herramientas cortantes (v´ease la solicitud de patente alemana DE 33 26 615 A1) y en el campo del moldeo o del troquelado (v´ease la solicitud de patente alemana DE 38 33 072 A1). Estos campos t´ecnicos, sin embargo, no tienen ninguna relaci´ on con el campo de los sistemas de control de la soldadura por resistencia. Adem´ as, es muy raro en la actualidad el empleo de juegos diferentes de datos de control y regulaci´ on para diferentes pinzas de soldar en los sistemas de control de la soldadura por resistencia El almacenamiento local de los par´ametros espec´ıficos de control y regulaci´ on para las pinzas de soldar, y eventualmente de otros datos pertinentes tambi´en, ofrece unas ventajas significativas en el funcionamiento de un dispositivo de soldadura por resistencia y en la gesti´on de los datos necesarios para controlar y regular la corriente de soldadura. Cuando el juego de pinzas de soldar que contiene sus propios par´ ametros operativos se conecta a la fuente de corriente de soldadura y los juegos de datos almacenados en la memoria local del juego de pinzas de soldar se transmiten al dispositivo de control y/o regulaci´ on, se asegura que se usar´ an los juegos correctos de datos para regular la corriente de soldadura. El dispositivo de control y/o regulaci´ on no requiere memoria permanente alguna separada de datos para los juegos de datos asociados con las pinzas de soldar. Por consiguiente, puede reemplazarse f´ acilmente por otro dispositivo de control y/o regulaci´ on del mismo o similar dise˜ no. En los equipos de fabricaci´on que utilizan distintos puestos de soldadura, cada uno provisto de sus propios dispositivos de control y/o regulaci´ on y fuentes de corriente de soldadura, las pinzas de soldar pueden reemplazarse e intercambiarse a voluntad sin tener que conectar los ordenadores digitales de los diferentes dispositivos de control y/o de regulaci´ on entre s´ı en una red. Cualesquiera juegos de datos pueden guardarse en la memoria local en las pinzas de soldar. En particular, pueden almacenarse los par´ ametros de control est´ aticos (por ejemplo, el tiempo de soldadura, la potencia de la corriente de soldadura y fuerza de los electrodos), y las curvas din´ amicas de referencia (por ejemplo, la curva de la corriente de soldadura, la curva de ca´ıda de la tensi´on en los electrodos, etc.). Adem´as, m´as de un juego de datos puede guardarse en la memoria de almacenamiento local. Estos datos pueden guardarse de forma alternativa o conjunta para que las pinzas de soldar puedan conectarse a varios dispositivos distintos de control y/o regu-

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laci´ on y puedan proporcionar los juegos correctos de datos de control y/o regulaci´ on para cada uno de estos varios dispositivos de control y/o regulaci´ on. Adem´as, pueden guardarse datos de calibraci´on espec´ıficos al juego de pinzas de soldar que contengan las propiedades mec´ anicas y/o el´ectricas de las respectivas pinzas de soldar usadas (por ejemplo, la calibraci´ on de fuerza). Tambi´en, puede guardarse en una memoria local el “contador” que es el n´ umero de soldaduras realizadas con los electrodos montados en las pinzas de soldar, conjuntamente con la funci´ on del contador (la dimensi´on del aumento de la corriente de soldadura que depende del n´ umero de soldaduras). El contador debe volverse a poner a cero cuando se cambian los electrodos de soldar. La presente invenci´on proporciona una ventaja significante para el mantenimiento de las pinzas de soldar. A intervalos regulares (por ejemplo, despu´es de un n´ umero espec´ıfico de horas de uso), las pinzas de soldar tienen que ser verificadas para asegurar el debido funcionamiento mec´ anico de las pinzas de soldar y asegurar que el estado de los componentes el´ectricamente conductores es aceptable. Mientras que el contador aqu´ı descrito cuenta el n´ umero de soldaduras realizadas con un juego de electrodos, la memoria de almacenamiento de datos local puede registrar adicionalmente el n´ umero de soldaduras y/o el tiempo en servicio de las pinzas de soldar despu´es de la u ´ltima verificaci´on, y emitir una se˜ nal (por ejemplo, por medio del ordenador de control) cuando el servicio de mantenimiento de las pinzas resulte necesario. Otra ventaja de la presente invenci´on es que un fabricante de pinzas de soldar puede cargar en f´ abrica los juegos espec´ıficos de datos para las pinzas de soldar en la memoria local. Esto elimina la necesidad de realizar soldaduras de referencia u otros ajustes por parte del usuario, y puede integrarse un nuevo par de pinzas de soldar en un sistema de soldadura existente sin perder tiempo alguno. De esta manera, las pinzas de soldar de acuerdo con la invenci´on que comprenden una memoria local que contiene los datos pertinentes a su funcionamiento son ventajosas tanto en los sistemas provistos de muchas pinzas de soldar intercambiables como en los sistemas que utilizan un tipo espec´ıfico de pinzas de soldar reemplazables. El tiempo de presi´ on, es decir, el tiempo necesario para desplazar las pinzas de soldar desde la posici´on de abiertas a la de cerradas cuando se aplican a dos chapas met´ alicas que se han de unir por soldadura, tambi´en puede memorizarse en la memoria de almacenamiento de datos local. Esto es de suma importancia para la programaci´ on de las pinzas de soldar de los robots de soldadura. Estos robots han de realizar tantas soldaduras como sea posible en un periodo de tiempo determinado (por ejemplo, un ciclo corto de trabajo) para reducir el n´ umero de robots necesario para un n´ umero dado de soldaduras que se han de realizar. T´ıpicamente, el programa del logicial de un robot de soldadura no inicializa el proceso de soldadura antes del fin del tiempo de presi´on preprogramado para asegurar que las pinzas de soldar est´an firmemente cerradas y est´ an 3

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apretando las chapas met´ alicas antes de que los electrodos se activen. T´ıpicamente, el tiempo de presi´on se entra en el programa del logicial del robot de soldadura en forma de estimaci´ on basta, que es m´as larga que el tiempo de presi´on real de las pinzas de soldar. Si el fabricante de las pinzas de soldar conoce el valor correcto del tiempo de presi´ on, y se memoriza dentro de la memoria de almacenamiento de datos local, puede comunicarse al programa del logicial del robot de soldadura. El robot de soldadura puede emplear el tiempo de presi´on exacto entonces en lugar de una estimaci´on, reduciendo con ello la longitud del ciclo de trabajo y aumentando su eficacia. La memoria local usada para el almacenamiento de los datos en las pinzas de soldar de acuerdo con la presente invenci´ on puede comprender cualquier tipo apropiado de memoria. Por ejemplo, si se han de guardar juegos fijos de datos, puede usarse una ROM (memoria de s´ olo lectura). Preferentemente, se utiliza un m´odulo de memoria permanente borrable (EEPROM o similar) en calidad de memoria local. Sin embargo, puede emplearse tambi´en una RAM apoyada por corriente, soportada por una pila de litio de larga duraci´ on. Las memorias de almacenamiento de datos (m´ odulos de RAM o ROM) est´an hechas normalmente en forma de chip, con una pluralidad de patillas de contacto y accionados de forma acorde. En el presente caso, se prefiere emplear memorias de almacenamiento de datos dotadas de s´ olo dos terminales a trav´es de los que se intercambian los datos y, opcionalmente, puede suministrarse la energ´ıa. Esta clase de memoria de almacenamiento de datos se conoce en la industria como “botones-I” y las comercializa la Dallas Semiconductor Inc., por ejemplo. B´asicamente, puede usarse cualquier memoria de almacenamiento de datos que sea programable y que almacene los datos en ella guardados durante un periodo de tiempo suficientemente largo. En una forma de realizaci´ on, la memoria local est´a conectada con el dispositivo de control y/o regulaci´on del dispositivo de soldadura por medio de interfaces de datos dise˜ nadas como partes de una conexi´ on enchufable, por ejemplo, una ficha de enchufe tipo macho y un recept´ aculo tipo hembra correspondiente. Cuando las pinzas de soldar est´an conectadas al dispositivo de soldadura, deben proporcionarse conexiones para la energ´ıa de soldar, el agua de refrigeraci´ on, un cable de generaci´on de potencia y un cable de control. En la mayor´ıa de los casos, la conexi´on incluye preferentemente un dispositivo medidor de la corriente (por ejemplo una bobina de Rogowski), un dispositivo medidor de la tensi´ on, y un dispositivo medidor del desplazamientos de los electrodos y de la fuerza de los electrodos. Es f´ acil crear otra conexi´on enchufable para la interfaz de datos para la transmisi´ on de los datos de control y/o regulaci´ on almacenados en la memoria local y correspondientes a las pinzas de soldar. Alternativamente, los datos pueden transmitirse del m´ odulo de almacenamiento local montado en las pinzas al dispositivo de control y/o referencia por medio de una conexi´ on remota o inal´ ambrica. Por ejemplo, puede ser empleado un sistema de

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transpondedores en el cual los datos guardados en la memoria de almacenamiento de datos local se transmiten por una antena integrada en el juego de pinzas de soldar a un transceptor en el dispositivo de control y/o regulaci´ on. El intercambio de datos puede realizarse tambi´en mediante el uso de se˜ nales infrarrojas. B´asicamente, cualquier m´etodo para la transmisi´ on de los datos de una memoria de almacenamiento de datos a otra puede emplearse en la presente invenci´on. Breve descripci´ on de la figura La Figura es un diagrama esquem´atico de un sistema de soldadura por resistencia que incorpora una forma de realizaci´ on preferida de las pinzas de soldar de acuerdo con la presente invenci´on. Descripci´ on detallada de la invenci´ on Las ventajas que resultan de la invenci´ on se explicar´an a continuaci´on con referencia a la figura. Tal como se aprecia en la Figura, un sistema de soldadura de acuerdo con la presente invenci´on comprende un dispositivo de control y/o regulaci´on 1 y una fuente para la corriente de soldadura que comprende un controlador de potencia 2 y un transformador de soldadura 3. Se conectan las pinzas de soldar 4 al transformador de soldadura 3, y se aprietan los electrodos de soldadura 5, 6 de las pinzas contra las chapas que se han de soldar. La tensi´ on de soldadura se capta entonces por el cable de medici´ on 7 que conduce al dispositivo de control y/o regulaci´ on. Se mide la corriente de soldadura por una bobina Rogowski 8 que est´a conectada igualmente por un cable de medici´on 9 a un dispositivo de control y/o regulaci´on. Unos cables de medici´on adicionales (la fuerza y desplazamiento de los electrodos) no se muestran en aras de la claridad. Una memoria EEPROM 10 est´ a montada en las pinzas de soldar 4 y constituye la memoria local de datos para los par´ametros de control y/o regulaci´ on, especialmente los valores de referencia y patrones de curvas de referencia espec´ıficos a las pinzas de soldar 4. La memoria EEPROM 10 est´ a conectada al dispositivo 1 de regulaci´ on y/o control por un cable de datos 11. A este efecto, una clavija de enchufe 12 est´ a situado en el extremo del cable 11, estando dicha clavija de enchufe introducida en una base de enchufe 13 prevista en el dispositivo de control y/o regulaci´ on. En funcionamiento, el juego de pinzas de soldar 4 se une al dispositivo y se conectan las interfaces de datos de las pinzas de soldar y el dispositivo de control/regulaci´ on para efectuar la transferencia de los datos almacenados en la memoria local situada en el juego de pinzas a la memoria del dispositivo de control/regulaci´ on. El dispositivo puede hacerse funcionar entonces tal como ha sido dise˜ nado. El sistema de soldadura mostrado puede funcionar con cualesquiera pinzas de soldar, puesto que los par´ ametros que cambien en funci´ on de las pinzas de soldar se transmiten de la memoria EEPROM situada en las pinzas de soldar en cuesti´on al dispositivo de control y/o regulaci´ on. Es perfectamente posible explotar un equipo manufacturero en el cual est´a prevista una pluralidad

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muchas equivalencias a las formas de realizaci´ on espec´ıficas aqu´ı descritas.

de diferentes pinzas de soldar 4 para su conexi´on a la fuente de corriente de soldadura 2, 3. Los expertos en la materia podr´an determinar 5

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REIVINDICACIONES 1. Dispositivo de soldadura por resistencia, que comprende: - una fuente de corriente de soldadura; - un dispositivo regulador de la corriente de soldadura acoplado a dicha fuente de corriente de soldadura;

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- por lo menos un juego de pinzas de soldar reemplazables que reciben la corriente proporcionada por dicha fuente de corriente de soldadura, 15

caracterizado porque dicho juego de pinzas de soldar incluye una memoria de almacenamiento de datos local que guarda los datos espec´ıficos a dichas pinzas de soldar y una primera interfaz de datos que transmite dichos datos a dicho dispositivo regulador de la corriente de soldadura. 2. Dispositivo de soldadura por resistencia seg´ un la reivindicaci´ on 1, caracterizado porque dicho dispositivo regulador de la corriente de soldadura comprende una segunda interfaz de datos susceptible de conectarse a dicha primera interfaz de datos de dicho juego de pinzas de soldar y una memoria de almacenamiento de programa capaz de recibir los datos espec´ıficos para las pinzas de soldar. 3. Dispositivo de soldadura por resistencia seg´ un la reivindicaci´ on 1, caracterizado porque dicha memoria de almacenamiento de datos local incluye un m´ odulo de almacenamiento permanente borrable. 4. Dispositivo de soldadura por resistencia seg´ un la reivindicaci´ on 3, caracterizado porque dicho m´ odulo de almacenamiento permanente borrable incluye por lo menos uno de: una EEPROM y un m´ odulo de RAM con apoyo energ´etico. 5. Dispositivo de soldadura por resistencia seg´ un la reivindicaci´ on 1, caracterizado porque dicha primera interfaz de datos incluye un enchufe el´ectrico susceptible de conectarse el´ectricamente a una conexi´ on de enchufe complementaria de dicho dispositivo de regulaci´ on de la corriente de soldadura. 6. Dispositivo de soldadura por resistencia seg´ un la reivindicaci´ on 1, caracterizado porque dicha primera interfaz de datos incluye un trans-

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ceptor el´ectrico que transmite dichos datos a una unidad transceptora que emplea se˜ nales electromagn´eticas, formando dicha unidad una porci´ on de dicha segunda interfaz de datos. 7. Pinzas de soldar, caracterizadas porque comprenden una memoria de almacenamiento de datos local que guarda los datos espec´ıficos para las pinzas de soldar y una primera interfaz de datos para transmitir dichos datos a un dispositivo regulador que controla el funcionamiento de las pinzas de soldar. 8. Pinzas de soldar seg´ un la reivindicaci´ on 7, caracterizadas porque dicha memoria de almacenamiento de datos local incluye un m´ odulo de almacenamiento permanente borrable. 9. Pinzas de soldar seg´ un la reivindicaci´ on 8, caracterizadas porque dicho m´ odulo de almacenamiento permanente borrable incluye por lo menos uno de: una EEPROM y un m´ odulo de RAM con apoyo energ´etico. 10. Pinzas de soldar seg´ un la reivindicaci´ on 7, caracterizadas porque dicha interfaz de datos incluye un enchufe el´ectrico susceptible de conectarse el´ectricamente a una conexi´on de enchufe complementaria de dicho dispositivo regulador. 11. Pinzas de soldar seg´ un la reivindicaci´ on 7, caracterizadas porque dicha interfaz de datos incluye un transceptor el´ectrico que transmite dichos datos a una unidad transceptora que emplea se˜ nales electromagn´eticas, formando dicha unidad por lo menos una porci´ on de dicha interfaz de datos del dispositivo regulador. 12. M´etodo de hacer funcionar un dispositivo regulador de un sistema de soldadura por resistencia, caracterizado por: (a) unir al sistema de soldadura un juego de pinzas de soldar autoprogramadoras que tienen una memoria de almacenamiento de datos local para guardar datos espec´ıficos a las pinzas de soldar y que tienen una primera interfaz de datos para transmitir los datos a un dispositivo regulador que controla el funcionamiento de las pinzas de soldar; y (b) transmitir los par´ ametros operativos espec´ıficos al dispositivo de control o regulaci´ on.

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NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva del art. 167.2 del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a la Disposici´ on Transitoria del RD 2424/1986, de 10 de octubre, relativo a la aplicaci´ on del Convenio de Patente Europea, las patentes europeas que designen a Espa˜ na y solicitadas antes del 7-10-1992, no producir´ an ning´ un efecto en Espa˜ na en la medida en que confieran protecci´ on a productos qu´ımicos y farmac´euticos como tales.

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Esta informaci´ on no prejuzga que la patente est´e o no inclu´ıda en la mencionada reserva.

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