CH713905B1 - Verfahren zum Detektieren von Qualitätsmängeln an einer Längsschweissnaht bei der Herstellung von Gebinden aus Blech und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. - Google Patents

Abstract

Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens erlauben die Detektion von Qualitätsmängeln an eine Längsschweissnaht bei der Herstellung von Gebinde aus Blech mit einer Widerstands- Rollennahtschweissmaschine (1). Dabei wird mindestens eine der Führungsrollen (9a) direkt oder indirekt von einem Servermotor (27) angetrieben, welche mit dem Zangenlauf - oder den Schweissgeschwindigkeit der Schweissrollen (11,13) synchronisiert wird. Die Detektion des Drehmoments des Servermotors (27) und/oder des Drehmoments des Antriebsmotors (15) ermöglicht eine Detektion von Qualitätsmängeln der Schweissnaht.

Description

[0001] Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Detektieren von Qualitätsmängeln an einer Längsschweissnaht bei der Herstellung von Gebinden aus Blech gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Gegenstand der Erfindung ist weiter eine Vorrichtung gemäss Patentanspruch 4.

[0002] Beim Schweissen von Längsnähten von rohrförmigen Werkstücken, insbesondere von Blechzargen zu Gebinden wie Dosen, Kübel oder Fässer auf einer Rollennaht-Widerstandsschweissmaschine steht die Qualität der Schweissnaht im Vordergrund. Diese hängt nebst einem stabilen Schweissstrom und einem stabilen Schweissdruck insbesondere auch von der Qualität des zu verschweissenden Blechs, dessen Verzinnung oder anderweitiger metallischer Überzüge sowie der Qualität der Schweisselektroden, der Schweisszwischenelektrode (Draht) und deren Massgenauigkeiten ab.

[0003] Hauptursachen einer Qualitätsveränderung, insbesondere von einer Minderung der Qualität der Schweissnaht, sind Zuschnittsfehler beim Zuschneiden des Blechs für die Bildung der vornehmlich zylindrischen Zarge. Zuschnittsfehler können sein: Bogenschnitte, d.h. die Kanten, die miteinander verschweisst werden sollen, sind nicht geradlinig verlaufend und folglich ist deren Überlappung zwischen dem Schweissnahtanfang und dem Schweissnahtende unterschiedlich und folglich ist der Querschnitt der sich überlappenden Blechkanten nicht konstant. Winkelfehler der Blechzuschnitte bewirken ebenfalls Fehler in der Überlappung der Blechkanten. Ein weiteres Problem kann die falsche Einstellung der Schweissgeometrie, d.h. die während der Schweissung auf die zu verschweissenden Kanten aufgebrachten Kräfte und Querkräfte sein.

[0004] Diese Probleme sind allgemein bekannt und es wird versucht, durch entsprechende Erfassung und Auswertung von diversen Störgrössen, diese Ungenauigkeiten zu kompensieren. Eine entsprechende Vorrichtung und ein Verfahren dazu sind aus der EP 2 243 584 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren bzw. der entsprechenden Vorrichtung wird eine Vielzahl von Störgrössen erfasst und mit diesen werden Stellgrössen errechnet, welche die Störgrössen korrigieren und die Qualität der Schweissnaht verbessern sollen. Das Erfassen und Auswerten der Störgrössen ist aufwendig und zudem ist deren Verarbeitung meist innerhalb der dafür notwendigen Zeit nicht möglich, da für die Kompensation von Abweichungen von der Norm höchstens Millisekunden zur Verfügung stehen. Die Reaktionszeit auf Störgrössen, die durch Verstellen von den Führungselementen und dem Schweissdruck zu erfolgen haben, ist grösser als die zur Verfügung stehende Zeit während des Schweissens der Naht am als fehlerhaft detektierten Gebinde.

[0005] Bereits bekannt sind auch die Messung und Überwachung der Schweissströme, der Schweissspannung, dem Schweissdruck, der Nahttemperatur, der Nahtdicke oder der Drucks auf die Führungselemente.

[0006] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Detektieren von Qualitätsmängeln mit einem Minimum an technischem Aufwand und mit den erfassten Werten eine Entscheidungsgrundlage zu schaffen, um fehlerhafte Gebinde im Anschluss an die Schweissung auszuwerfen oder zu tolerieren und weiter zu verarbeiten.

[0007] Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäss den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung gemäss Patentanspruch 4. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen umschrieben.

[0008] Das erfindungsgemässe Verfahren bzw. die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht es, mit einem einzigen Messwert, nämlich der Änderung des Drehmoments an einer Führungsrolle, festzustellen, ob die zwischen den beiden Schweisselektrodenrollen verschweissten Kantenbereiche der Blechzarge einwandfrei abgelaufen ist. Durch dieses Verfahren wird es möglich, die Bildung einer optimal ausgebildeten Schweissnaht unmittelbar während des Schweissens zu überwachen und Abweichungen zu detektieren. Insbesondere lässt sich feststellen, ob die Überlappung der beiden Kantenbereiche der Blechzarge, die miteinander verschweisst werden, über die gesamte Länge der Zarge konstant bleibt oder ob durch Bogenschnitte oder Schrägschnitte oder andere Ungenauigkeiten wie fehlerhafte Beschichtung vorliegen. Solche Überlappungsänderungen verändern das notwendige Drehmoment, mit welchem die Blechzarge zwischen den Schweissrollen hindurchgeführt werden muss, um eine optimale Schweissnaht zu erlangen. Die Drehmomentveränderungen werden an mindestens einer Führungsrolle gemessen, die vorzugsweise gegenüber dem Schweissrollenpaar der Schweissmaschine liegt. Durch diese Anordnung ist es möglich, die Drehmomentänderungen sehr genau festzustellen, da die Auswirkung von nicht konstanter Überlappung der Blechkanten bzw. Durchmesser-Unterschiede des Gebindes eine Abbremsung oder Beschleunigung, d.h. folglich das Drehmoment des Antriebsmotors an der gegenüberliegenden Führungsrolle entsprechend verändert.

[0009] Die Drehmomentveränderung kann auch am Schweissrollenantrieb gemessen werden, d.h. am Master-Antriebsmotor 15. Aufgrund der generellen Überdimensionierung dieses Antriebs kann allerdings nicht die gleich hohe Genauigkeit erwartet werden. Die Drehmomentveränderung, die an einer angetriebenen Führungsrolle gemessen wird und vorzugsweise gegenüber dem Schweissrollenpaar der Schweissmaschine liegt, kann aufgrund geringer Nebeneinflüsse, kleinste Laständerungen (Schlupf, Geschwindigkeitsschwankungen und andere Kräfte) sehr exakt aufgenommen und aufgezeichnet werden.

[0010] Anhand einer ausschnittsweise perspektivisch in der einzigen Figur ausschnittsweise dargestellten Schweissmaschine im Bereich der Schweisselektrodenrollen wird die Erfindung näher erläutert. In der einzigen Figur ist mit Bezugszeichen 1 der Schweissbereich einer vollautomatisch arbeitenden Schweissmaschine zum Schweissen von Gebinden wie Dosen, Kübel und Fässer aus Schwarzblech, Weissblech, TFS-Blech (TinFreeSteel) o.ä., dargestellt. Auf einem nicht näher umschriebenen Maschinengestell 3 ist, getragen von einem Portal 5, ein Führungsrollenkranz 7 angeordnet. Der Führungsrollenkranz 7 umfasst eine Mehrzahl, z.B. neun Führungsrollen 9, auch Diabolorollen 9 genannt, angeordnet. Die Mantelflächen der Führungsrollen 9 sind so konkav ausgebildet, dass diese zusammen einen kreisförmigen Durchlass bilden. Der Durchlass ist einzig im Bereich der Schweissstelle einige Millimeter unterbrochen. An dieser Stelle ist eine innere Schweissrolle 11 und eine äussere Schweissrolle 13 unter Bildung eines Spalts angeordnet. Die innere Schweissrolle 11 liegt völlig innerhalb des durch die Führungsrollen 9 gebildeten Durchlasses; die äussere Schweissrolle 13 liegt ausserhalb und wird meist durch einen Master-Antriebsmotor 15 angetrieben. Der Master-Antriebsmotor 15 mit der daran befestigten äusseren Schweissrolle 13 ist auf einer horizontal verlaufenden Schwenkachse A gelagert, so dass die äussere Schweissrolle 13 mit einer vorgebbaren und auch einstellbaren Anpresskraft gegen die innere Schweissrolle 11 bzw. gegen die überlappend geführten Kanten einer Blechzarge 21 führbar ist. Auf der linken Seite ist mit Bezugszeichen 17 ein Schweissarm bezeichnet, auf dessen Scheitel mindestens im Bereich vor dem Schweissrollenpaar 11,13 eine Führungsschiene befestigt ist. Die Führungsschiene wird auch Z-Schiene genannt und dient dazu, auf der Schweissmaschine 1 zu Blechzargen 21 gerundete Blechzuschnitte zu den Schweissrollen 11,13 zu führen. Die Transportmittel für das Vorschieben der Blechzargen 21 ist nicht dargestellt, da aus dem Stand der Technik bekannt. In der Führungsschiene werden die Kanten der Blechzuschnitte in eine für die Verschweissung derselben geeignete Überlappung geführt. Die Überlappung der Kanten der Blechzargen 21 liegt je nach Grösse des herzustellenden Gebindes zwischen wenigen Zehntelmillimetern und mehreren Millimetern. Über die im unteren Scheitel des Führungsrollenkranzes 7 liegende Führungsrolle 9a führt ein Endlosriemen 23 zu einer Riemenscheibe 25 auf der Abtriebswelle eines Slave-Elektromotors 27. Das obere Trum 23' des Endlosriemens 23 ist derart angeordnet, dass die untere Scheitellinie der geschweissten Blechzarge 21 mit dem Riemen 23 in Anlage steht und einen Hilfs- oder Zusatz-Transport der geschweissten Blechzarge 21 zusammen mit den beiden Schweissrollen 11,13 bewerkstelligt. Mit anderen Worten, die Geschwindigkeit v des umlaufenden Riemens 23 bzw. dessen oberen Trums 23' entspricht der Umfangsgeschwindigkeit der beiden Schweissrollen 11,13. Folglich werden die von diesen Elementen getriebenen bzw. geförderten Blechzargen 21 mit definierter Geschwindigkeit geschweisst. Diese Anordnung ist Stand der Technik und findet Einsatz insbesondere auf hochwertigen Schweissmaschinen.

[0011] Der Master-Antriebsmotor 15 der aussen liegenden Schweissrolle 13 und der Slave-Elektromotor 27 für den Antrieb der Führungsrolle 9a - im dargestellten Beispiel über einem Riemen 23 - sind elektronisch synchronisiert, um eine korrekte Führung auch von Gebinden 21 mit niedriger Höhe, d.h. geringer axialer Ausdehnung, z.B. flache Gebinde für Fischkonserven, durch die Schweissrollen 11,13 sicherzustellen.

[0012] Anstelle des herkömmlichen Slave-Elektromotors 27 wird erfindungsgemäss ein Servomotor mit einer Steuerelektronik für den Antrieb des Riemens 23 bzw. der Führungsrolle 9a eingesetzt, der in der Lage ist, auch minimale Änderungen des Drehmoments an der Führungsrolle 9a und dem Riemen 23 auslesbar zu machen. Drehmomentschwankungen sind Anzeichen, dass im Bereich der durch die beiden Schweissrollen 11,13 erzeugten Schweissnaht aussergewöhnliche Einflüsse vorliegen. Auslöser solcher Drehmomentschwankungen können verschiedene Ursachen haben. Einerseits können Bogenschnitte, d.h. nicht gerade verlaufende miteinander zu verschweissende Kanten können zu einem erhöhten Drehmoment führen, wenn die zu verschweissenden Kanten den berechneten Umfang der Blechzarge 21 derart erhöhen, dass das Hindurchführen durch den Führungsrollenkranz 7 und die beiden Schweissrollen 11,13 eine Erhöhung des Transportwiderstands verursachen. Andererseits kann durch Bogenschnitte der Umfang der Blechzarge soweit verringert werden, dass die Überlappung der Kantenbereiche, die geschweisst werden müssen, kleiner sind oder sogar eine Überlappung nicht mehr vorhanden ist und folglich keine Verschweissung der beiden Kantenbereiche in entsprechender Qualität möglich ist. Es ist zu bemerken, dass eine einwandfreie Schweissnaht nur erzeugt werden kann, wenn die Überlappung der Kanten der Blechzarge 21 über die gesamte Länge der Blechzarge 21 konstant ist. Weitere Ursachen für eine Erhöhung oder eine Absenkung des eingestellten Drehmoments können Winkelfehler der Blechzuschnitte sein, aus welchen die Blechzargen 23 hergestellt worden sind, wodurch ebenfalls zu grosse oder zu kleine Überlappungen der Kantenbereiche vorliegen. Weitere Ursachen können auch Fehler in der Oberfläche der Kantenbereiche sein, die ein einwandfreies Verschweissen der zwei überlappenden Kanten verunmöglichen. Auch der Verschleiss der Schweissrollen 11,13 und/oder der Drahtzwischenelektroden führen zu Abweichungen des Transportwiderstands und folglich zu Drehmomentänderungen. Im Weiteren kann eine falsch eingestellte Z-Schiene oder eine Schweissrolle nach dem „Nachstechen“ der Nut für die Zwischenelektrode zu Abweichungen führen.

[0013] In Abhängigkeit der gemessenen Abweichung von einem eingestellten Sollwert des Drehmoments bzw. der Stromaufnahme des Slave-Elektromotors 27 entscheidet die Maschinensteuerung, ob die die Schweissrollen 11,13 durchlaufene Blechzarge 21 korrekt geschweisst oder noch tolerierbar bzw. nicht mehr tolerierbar ist. Im letzteren Fall, wenn die Schweissung als nicht mehr tolerierbar erachtet wird, erfolgt ein Auswerfen der Blechzarge 21. Die Toleranzwerte können in einem Speicher abgelegt werden. Diese unterscheiden sich einerseits bezüglich der unterschiedlichen Blechqualitäten oder Blechbeschichtungen und andererseits bezüglich der Blechstärken und Durchmesser der geschweissten Gebinde. Alle Werte stellen Erfahrungswerte dar, die während der Produktion aufgezeichnet und ausgewertet worden sind. Die erfassten Drehmomentveränderungen können nicht für eine Einstellung der Parameter an der Schweissmaschine direkt beigezogen werden. Insbesondere wenn Blechzargen ausgesondert werden, weil Bogenschnitte, Schrägschnitte oder Defekte an den zu verschweissenden Blechkanten vorliegen. In jedem Fall gibt ein häufiges Ausscheiden, d.h. Abweichung von einem Solldrehmoment, einen Hinweis auf die Tatsache, dass im Ablauf der Fabrikation eines Gebindes ein oder mehrere Fabrikationsschritte fehlerhaft sind oder dass an der Schweissmaschine Korrekturen vorgenommen werden müssen.

[0014] Die gemessenen Werte des Drehmoments an der unteren Führungsrolle 9a bzw. am Slave-Elektromotor 27 können auf einem Display (nicht dargestellt) optisch angezeigt oder durch eine akustische Anzeige sichtbar gemacht werden.

Legende der Bezugszeichen

[0015] 1 Schweissmaschine 3 Maschinengestell 5 Portal 7 Führungsrollenkranz 9 Führungsrollen 9a untere Führungsrolle 11 innere Schweissrolle 13 äussere Schweissrolle 15 Master-Antriebsmotor 17 Schweissarm 21 Blechzargen 23 Riemen 23a oberes Trum 25 Riemenscheibe 27 Slave-Elektromotor

Claims (8)

1. Verfahren zum Detektieren von Qualitätsmängeln an einer Längsschweissnaht bei der Herstellung von Gebinden aus Blech mit einer Widerstands-Rollennahtschweissmaschine (1), wobei die beiden zu überlappen bestimmten Kanten des zuvor zu einer Blechzarge (21) gerundeten Blechzuschnitts in einer Führungsschiene geführt und von einem die Blechzarge (21) umfassenden Rollenkranz (7) aus einen konkaven Mantel aufweisenden und drehbar gelagerten Führungsrollen (9) gehalten zwischen einem Paar von Schweissrollen (11,13) mit einem Antriebsmotor (15) geführt und dort miteinander verschweisst werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Führungsrollen (9a) im Rollenkranz (7) direkt oder indirekt von einem Elektromotor (27) angetrieben wird, der mit der Umfangsgeschwindigkeit mit der Zargendurchlauf- oder Schweissgeschwindigkeit der Schweissrollen (11,13) synchronisiert ist und dass am Elektromotor (27) für die mindestens eine Führungsrolle (9a) und/oder am Antriebsmotor (15) für das Schweissrollenpaar (11,13) Abweichungen von einem vorgegebenen Drehmoment während des Schweissvorgangs der Schweissnaht detektiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichungen des Drehmoments am Elektromotor (27) der Führungsrolle (9a) oder am Antriebsmotor (15) für die Schweissrollen (11,13) gemessen und die Messwerte auf einem Display angezeigt oder akustisch wiedergegeben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten eines vorgebbaren Bereichs des Messwertes von einem Sollwert eine optische und/oder eine akustische Anzeige erfolgt und/oder dass das Überschreiten des vorgegebenen Bereichs einen Auswurf der Blechzarge (21) mit der detektierten defekten Schweissnaht auslöst.

4. Vorrichtung zum Detektieren von Qualitätsmängeln an einer Längsschweissnaht bei der Herstellung von Gebinden aus Blech mit einer Widerstands-Rollennahtschweissmaschine (1), umfassend eine Rundstation zum Runden von Blechzuschnitten zu einer Blechzarge (21), eine Führungsschiene zum Führen der Kanten der Blechzarge (21), weiter einen die Blechzarge (21) umfassenden Kranz (7) aus einen konkaven Mantel aufweisenden drehbar gelagerten Führungsrollen (9) und ein Paar von einem Antriebsmotor (15) antreibbaren Schweissrollen (11,13) zum Verschweissen der beiden sich überlappenden Kanten der Blechzarge (21), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Führungsrollen (9a) mit einem Elektromotor (27) verbunden und von diesem synchron zur Schweissgeschwindigkeit antreibbar ist und dass der Elektromotor (27) und/oder das der Antriebsmotor (15) der äusseren Schweissrolle (13) Mittel umfasst, mit denen Änderungen eines Drehmoments an mindestens einem der beiden Motoren (15,27) detektierbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Führungsrollen (9a) unter Zwischenschaltung eines umlaufenden Riemens (23) mit einem oberen Trum (23a) vom Elektromotor (27) antreibbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Trum (23a) des Riemens (23) parallel zur Transportrichtung und der Schweissnaht an der Blechzarge (21) verläuft.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Trum (23a) räumlich gegenüber den Schweissrollen (11,13) verläuft.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Trum (23a) die Blechzarge (21) während des Schweissens der Kanten der Blechzarge (21) abstützt und mit Schweissgeschwindigkeit der Schweissrollen (11,13) führt.