DD126322B1 - ueberwachungs und steuerungseininrichtung fuer widerstands schweissmaschinen - Google Patents

Description

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Uberwachungs- und Steuerungseinrichtung für Y/iderstandsschweißmaschinen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung und Steuerung sowohl von Widerstandsstumpfschv/eißmaschinen zum Schweißen von Kleinteilen, vorzugsweise zur Befestigung von Anschlußdrähten an elektrischen Bauelementen, als auch von Widerst an dspunktschweißmaschirjen zum Verbinden dünner metallischer Werkstücke.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Einrichtungen nach DEOS 1 765 0j?5, DEOS 1 951 9S9, DEOS 2 327 656 und DEWP 11$ 814 bekannt, die über Meßwertgeber eine dem Schweißsbrom äquivalente Größe erfassen und über eine Verstärker- bzw, eine Integrationsschaltung eine Ladungsmessung vornehmen und die erhaltene Meßgröße mit einstellbaren Werten vergleichen. Weiterhin sind Einrichtungen nach DEAS 1 006 550 und DEOS 2 $46 561 bekannt, die anstelle der LadungsmesLung den Effektivwert des Schweißstromes bzw. die verstärkte und integrierte zweite Potenz einer dem Schweißstrom äquivalenten Größe messen und vergleichen. Dabei wird jedoch davon ausgegangen, daß beim Schweißen mehrere Stromperioden in das Meßergebnis eingehen, und es v/ird darauf geachtet, daß der Anteil der ersten Perioden, der aufgrund physikalischer Gesetzmäßigkeiten nicht repräsentativ ist für die folgenden Strom-

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Perioden, nicht verfälschend wirkt. Weiterhin ist auch eine Lösung nach DDiVP 45 236 bekannt, bei der mittels Zählwerken sowohl die Gesauitanzahl der Schweißungen als auch die Zahl der Fehlschweißungen angezeigt und registriert v/ird. Nach DEOS 2 527 b% ist auch die !.löslichkeit einer automatischen Abschaltung der Schweißmaschine bei jeder Fehlschweißung beschrieben. Nachteilig ist bei diesen Lösungen, daß einerseits eine fehlende Maschinenabschaltung bei Fehlschweißungen, andererseits eine Abschaltung der Schweißmaschine nach jeder einzelnen Fehlschweißung nicht den Forderungen der Serienfertigung, die stets eine bestimmte Fehlerquobe zuläßt, entspricht. Allen genannten Verfahren und Einrichtungen ist obendrein der Eachfceil gemeinsam, daß sie die beim Widerstandsstumpfschweißen von Drähten bekannte Erscheinung des Verspritzens (splash) des Fügematerials nicht auswerten, wodurch besonders bei automatisierten Produktionsabläufen unweigerlich' eine größere xinzahl von unzuverlässigen Schweißverbindungen entstellt. Bekarmtlieh ist ein elektrisches Bauelement für den Anwender unbrauchbar, wenn auch nur einer der Anschlußdrähte den verarbeitungsgemäßen Biege- und Zugbelastungen nicht standhält.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat zum Ziel, durch fortlaufendes Oberwachen des Schv/eißstromes, vorzugsweise beim Widerstandsstumpf schweißen, für eine gleichbleibende Qualität der Schweißverbindung vorzugsweise der Anschlirßeleniente von elektrischen und elektronischen Bauelementen, zu sorgen. Dabei besteht die Besonderheit dieser Kleinteilschv/eibung darin, dab die Schweißverbindung mit Hilfe von nur kurzzeitig einwirkenden Schweißströmen (sogenannte Halbwellen- bzw. I:r.pulsschwcii:ung) hergestellt wird, wobei innerhalb der sehr kurzen Schweißzeit die Ausv/crtung erfolgen muß.

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Darlegimg des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liejt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur fortlaufenden automatischen Überwachung von Kurzzeitströmen, insbesondere des Schweißstromes von V/iderstandsstumpfschweißmaschinen, bei gleichzeitiger Registrierung der GesamtStückzahl von geschweiften Bauteilen, der taktversetzten Aussonderung fehlgeschweißter Bauteile und der Betriebssteuerung der Schweißmaschine anhand der Pehlschweißungsquote zu schaffen, indem die Fehlermoglichkeiten beim Schweißvorgang, die sich im Zeitverlauf des Schweißstromes widerspiegeln, ausgewertet werden. Der Schweißstrom soll bei fortlaufender automatischer Überwachung nach dem Auftreten eines zu großen negativen Differentialquotienten im Zcitablauf des Schv/eißstrouies, was durch eine auftretende splash-Erscheinung beim Schweißen bedingt ist, beurteilt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Überwachungs- und Steuerungseinrichtung für Widerstandsschweißmaschinen, vorzugsweise zum Schweißen von АП7 schlußdräiiten an elektrische Bauelemente, unter Verwendung von ^eßwertgeoern für die Erfassung einer dem Schweißstrom äquivalenten Spannung, von Verstärkern, Integrationsgliedern zur Laaungsrnessung, Sollwertkomparatoren zum Vergleich der den Schweißströmen proportionalen Meßspannungen mit einstellbaren Sollwerten, ferner von Impulstoren und einem aus Vorwahlzählern bestehenden Anzeigeteil zum Registrieren der Fehlschweißungen sowie der Gesaintanzahl der Schweißstellen dadurch gelöst, daß ein für alle Meßkanäle wirksames aktives Differenzierglied, das nur beim Auftreten eines ausreichend hohen negativen Differentialquotienten im Zeitverlauf des Schweißstromes einen Spannungsimpuls abgibt, vorgesehen ist. Diesem Differenzierglied ist ein Grenzwertmelder nachgeordnet, der zur Üborv/achung einer Sollwertüberschreitung der Schv/eißströme dient. Weiterhin enthält die Einrichtung

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ein durch jeden Schweißmaschinentakt ausgelöstes Steuerteil zur zeitlichen Koordinierung der keßspannungsauswertung, das aus einem Impulsformer und mehreren, diesem nachgeordneten Zeitgliedern besteht. Dabei wird durch das Ausgangssignal des Grenzwertmelders und / oder durch ein bei Sollwertunterschreitung des Schweißstromes auftretendes Signal ein bistabiler Multivibrator an?;esteuert, der ein Schieoeregister zur taktversetzten Aussonderung fehlgeschweißter Bauelemente schaltet. Des weiteren sind zwei Vorwahlzähler des Anzeigeteiles derart zusam:..cngeschaltet, daß der Quotient aus der Zahl der Fehlschweißungen und der Gesamtzahl der Schweißstellen gebildet wird. Dabei wird bei Koinzidenz zwischen Zählerstand und vorgewählter Zahl der Fehlschweißungen am Vorwahlzähler mittels eines Signales ein Kontakt für die l.Iaschinenabschaltung ausgelöst,

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel naher erläutert v/erden

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Figur 1: die möglichen Zeitverläufe der den Schweißströmen äquivalenten Meßspannungen Figur 2: den Blockschaltplan für eine Überwacbungs- und Steuerungseinrichtung für WiderstandsschweißmaGchinen Figur 3^: den Impulsplan zum Blockschaltplan nach Fig. 2.

Die den Schweißströmen äquivalenten Meßspannungen (Kurve A in Fig. 5) werden in zwei parallelen, völlig gleichartigen Meßkanälen aufbereitet. Diese gleichzeitige Verarbeitung ergibt sich aus der Notwendigkeit, bei der Bauelemcntefertigung beide Anschlußdrähte in einem Arbeitsgang anzuschweissen, wobei zum gleichen Zeitpunkt, d. h. von tg bis t. $ t^Q bis "b^.; t-,Q bis t,. zwei von-

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einander unabhängige Meßsparinungen antreten. Diese Meßspannungen werden in zv/ei Differenzvorverstärkern 1;2 verstärkt und nach. Verstärkung einmal direkt, zum anderen nach einer Phasendrehung um 1öO durch zv/ei Phasenurakehr-Verstärker 3;^ den Eingängen von zwei Quadrierschaltungen 5}6 zugeführt. Nach erfolgter Quadrierung (Kurve B in Fig.3) gelangen die Meßspannungen auf zwei Integrations- und Speicherglieder 7;8, an deren externen Ausgängen zwei dem Integral

U =

entsprechende Spannungen entnommen werden können, um diese Integralwerte zur Steuerung des Schweißprozesses oder zu einer Registrierung der Schweißströme zu nutzen. Weiterhin v/erden diese Spannungen (Kurve C in Fig. 3) in zwei Grenzwertmeldern 9;Ю mit zwei stufenlos einstellbaren Sollwertspannungen aus zv/ei Sollwertspannungsquellen 11;12 verglichen und bei zu kleinen Integralwerten, d« h. bei zu kleinen Werten der Schweißströme, zwei Impulstore 13;14-vorbereitet (Kurve D in Fig. 3) · Parallel dazu speisen die Ausgangssignale der Grenzwertmelder 9»Ю nach Negation in zwei Negatoren 15;16 und Verstärkung in zwei Lampenverstärkern 17;18 zwecks optischer Anzeige einer Sollwertunterschreitung zv/ei Anzeigelampen 19; 20 für Unterstrom. Die Auswertung des bei Fehlschweißungen mit Spritzerscheinungen (splash) im Schweißstromverlauf auftretenden negativen Differentialquotienten erfolgt nach Verstärkung in den beiden Differenzvorverstärkern 1;2 mittels eines aktiven Differenziergliedes 21, dessen AusgangsSpannungsimpulse (Kurve T in Fig. 3) in einem Grenzwertmelder 22 v/eiterverarbeitet

^O werden. Dieser Grenzwertmelder 22 dient außerdem zur Auswertung zu hoher Meßspannungen an aen Ausgängen der Differenzvorverstärker 1;2 (Kurve S in Fig. 3)» die auf einer Sollv.-artüberschreitung der Schweißstrocie beruhen. Die weitere Verarbeitung des ein Ausgang des Grenzwertmelder 22 auftretenden Spannungssignales (Kurve U in Fig. 3)sowie

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des Schaltzustandes der Impulstore 13;14 erfolgt durch eine Ablaufsteuerung mittels eines externen, vorzugsweise von der Schweißmaschine bereitgestellten Llaschinentaktes (Kurve E in Fig. 3) · Dabei wird ein um die Zeit t gegenüber dem Zeitpunkt des Abklingens t. , t.., tg^» t^ des Schweißstromes verzögertes externes Spannungssignal zum Zeitpunkt tp, "Цр» *22* ^52 ^ei^nem I^pulsformer 23 zugeführt, dessen Ausgangssignal (Kurve F in Fig. 3) einmal über das bei eventueller Sollwertunterschreitung des Schv/eißstromes vorbereitete Impulstor 14 (Kurve K in Fig. 3) auf den Eingang eines Zeitgliedes 24 (Kurve M in Fig. 3) zum Zeitpunkt t^p gelangt, dieses für eine genau definierte Zeit durchschaltet (Kurve N in Fig. 3) und über einen Verstärker 25 einen Vorwahlzähler 26 zwecks Fehlerregistrierung weiterschaltet. Zum anderen steuert das Ausgangssignal des Impulsformers 23 ein Zeitglied 27 an, dessen Ausgangssignal (Kurve G in Fig. 3) zum Zeitpunkt t-,, t„_7t t~₇i t„ die Auswertung des Schaltzustandes des Impulstores 13 (Kurve L in Fig. 3) bei dessen evtl. Vorbereitung infolge Sollwertunterschreitung des Schweißstromes in der gleichen Weise, wie bei Impulstor 14, bewirkt (Kurven N und M in Fig. 3)· Zum gleichen Zeitpunkt wird von Zeitglied 27 ein weiteres Zeitglied 28 angesteuert, dessen Ausgangsoignal (Kurve H in Fig. 3) zum Zeitpunkt t^, ѣ^, ^оЦ-* *34 ^e^^nma-'- ^eijl Zeitglied 29 für Löschung und zum anderen ein Zeitglied

30 für Schiebetakt auslöst. Das Zeitglied 28 hat die Aufgabe, eine sichere Auswertung der Ausgangssignale der Grenzwertmelder 9;10 zu gewährleibten, bevor das gespei-

ЗО cherte Meßsignal gelöscht wird. Weiterhin betätigt das Ausgangssignal des Zeitgliedes 27 über einen Verstärker

31 einen Zähler 32, der zum Zählen der Maschinentakte und somit der Anzahl der geschweißten Bauelemente dient. Das Ausgangssignal des Löschzeitgliedes 29 (Kurve I in Fig. 3) dient nach Verstärkung in einem Löschverstärker 33 der automatischen Löschung der in den Integrations- und Spei-

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ch.erglied.ern 7;8 gespeicherten Informationen innerhalb des Zeitraumes t^,, t^ bis t^,^, tp^, bis ^pG* ^^y4 ^^s

t^r· Diese automatische Löschung ist mittels eines Schal-36

ters 54 abschaltbar und kann durch Betätigen eines Löschtasters 35 manuell erfolgen, um beim Einstellen der Schweißparameter zu Beginn des Schweißprozesses einen größeren Zeitraum zur Messung und Auswertung der Informationen an den extern zugänglichen Ausgängen (vgl. Fig. 2) der Integrations- und Speicherglieder 7;b zur Verfügung zu haben. Das Schic D et akt ze it glied 30 gibt nach seiner Auslösung zum Zeitpunkt t^, t ., t_?^, t-,^ einen kurzen positiven Impuls (Dauer t^ bis t_r, t„. bis t.r. bis tpc-, t-zj, bis "^c) ab, der als Schiebetakfc (Kur )

ve У in Fig. 3) zum V/eiterschalten eines Schieberegisters 36 dient. Der Eingang des Schieberegisters 56 (Kurve V in Flg. 3) wird durch einen bistabilen Multivibrator 37 zwecks Speicherung der nur kurzzeitig anstehenden Fehlerinfonaationen bis zum Eintreffen des Schiebetaktes angesteuert. Dieser bistabile Multivibrator 57 besitzt zwei Setzeingänge, von denen einer mit dem Ausgang des Grenzwertmelders 22 verbunden ist und somit Fehlerinformationen über Fehlschweißunften mit Splash-Erscheinungen, sowie über Sollwertüberschreitungen der Schweißströme einspeichert. Der andere Cetzeingang (Kurve R in Fig. 5) ist über ein Impulstor 38 und ein nachfolgendes Differenzierglied 40 mit einem Ausgang des Zeitgliedes 2Ц- verbunden (Kurve Q in Fig. 3) und gestattet somit bei Arbeitsstellung eines Schalters 39 die Einspeicherung von Fehle^informationen über die Sollwertuntersclireitung der Schweibströme in den bistabilen Multivibrator 37· Über seinen Säcksetzeingang wird der bistabile ^.ulcivibrator 37 zum Zeitpunkt t.-, tpg» t,_r durch dej3 Ausgangssignal des Löschzeitgliedes Kurve I in Fig. 3) zurückgesetzt und is'c somit für eine erneute Einspeicherimg von Fehlerinformationen bereit.

Die durch die angeführten Kopplungen im bistabilen Multivibrator 37 eingespeicherte Fchlerinformation wird mittels des Schiebetaktes im Schieberegister 36 vveitergelei-

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tet (Kurve W in Fig. 3) und über einen Wechselschalter 41 nach, einer Zeitdauer, die einem in Grenzen frei wählbaren ganzzahligen Vielfachen der Periodendauer des Maschinentaktes entspricht, entnommen und weiterverarbeitet. Die Fehlerinformation wird dabei über den Schleifer des Wahlschalters 41 einer Konjunktion 42 zugeführt, dei'en zweiter Eingang mit dem Ausgang des Löschzeitgliedes 29 (Kurve I in Fig. 3) verbunden ist. Bei Koinzidenz, d. h. bei Anliegen je eines L-Signales an beiden Ein-

Ю gangen der Konjunktion 42, wird für die Zeitdauer t.. bis t.g, tp. bis tpg, t,^ bis tvg über einen Megator 43 (Kurve X in Fig. '3) und einen Relaisverstärker 44 ein Auswerfrelais 45 angesteuert, das einen außerhalb der Einrichtung an der Schweißmaschine angebrachten Auswerfmagneten (nicht dargestellt) zwecks Aussonderung der fehlgeschweißten Bauteile einschaltet. Diese Zeitverzögerung des Auswerfers defekter Bauelemente mittels des Schieberegisters 36 ist notwendig, da ein Auswerfer unmittelbar beim oder nach dem Schweißen aus mechanischen Gründen im allgemeinen nicht möglich ist.

Die beiden zur Auswertung einer Sollwertunterschreitung des Schweiß ströme s zu den Zeitpunkten t^p ^un<^ ^я;· auftretenden Taktimpulse (Kurven F und G in Fig. 3) werden neben ihrer Verarbeitung in den beiden Impuls boren 13; 14 den beiden Eingängen einer Disjunktion mit Differen zierglied 46 zugeführt, deren Ausgangssignal (Kurve 0 in Fig. 3) über ein Zeitglied 47 (Kurve P in Fig. 3) und einen Verstärker 48 einen Vorwahlzähler 49 weiterschaltet, so daß in letzterem jeder Schweißvorgang registriert wird. Der Vorwahlzähler 49 gibt ebenso wie der Vorwahlzähler 26, der zur Registrierung der Sollwertunterschreitungen der Schweißströme dient, bei Koinzidenz zwischen Zählergebnis und eingestellter Vorwahlzahl durch Schliessen von Kontakten für automatische Rückstellung 50» und für Maschinenabschaltung 54 ein Signal ab· Das Signal bewirkt über ein Zeitglied 54 und einen Rückstellverstärker 52 die automatische Rückstellung der Vorwahl-

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zähler 49 und 26. Dabei verhindert eine Sperrdiode für Rückstellung 53 die zusätzliche Rückstellung des Zählers 52. Diese Kopplung der beiden Vorwahlzähler 26;49 gestattet es, über den Kontakt zur Maschinenabschaltung 54, die Schweißmaschine automatisch abzuschalten. Da die Kombination der beiden Vorwahlzähler 26 ur,d 49 ein Verhältnis von Fehleranzahl zu Schweißstellenanzahl bildet, wird auf diese Weise bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes für dieses Verhältnis durch die automatische Abschaltung der Schweißmaschine eine zu hohe Fehlerquote in der Verarbeitung der Bauelemente vermieden. V/ird der vorgegebene Grenzwert der Fehlerquote nicht erreicht, so wird beim Vorwahlzähler 4-9 die Koinzidenz eher erreicht, wodurch beide Vorwahlzähler 49 und 26 automatisch zurückgestellt werden,

d. h. eine unterhalb der vorgegebenen Fehlerquote liegende Anzahl von Fehlscbweiliungen wirkt sich nicht in Form einer Maschinenabschaltung aus· Um bei Produktionsbeginn reproduzierbare Anfangsverhältnisse für Schieberegister 26, bistabilen Multivibrator 37 und sämtliche Zähler 26; 32; 49 zu schaffen, kann mittels einer Rückstelltaste 55 ein Nullstellsignal-über einen Negator 56 an sämtliche Nullstelleingänge des Schieberegisters 36 sowie an den Nullstellcingang des bistabilen Multivibrators 37 gelegt werden. Außerdem wirkt diese Rückstelltaste ^ auf die RücksTellmagnete aller drei Zähler 26; 32; 49, so daß sich die gesante Einrichtung zu Proauktionsbeginn im Nullzustand befindet.

ЗО Die Auswertimg des negativen Differentialquotienten im Zeitverlauf des Schweißstromes, die taktversetzte Aussonderung fehlgcschweißter bauelemente sowie die automatische Maschinenabschaltung bei Auftreten einer zu hohen Fehlerquote ist bei keiner der bekannten technischen Lösungen vorgesehen. Im Gegensatz zu den bekannten technischen Lösungen ist durch die spezielle Wahl der Meßgröße (Zcitverlauf des Schweißstromes) bei

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der Schweißung von Kleinteilen, vorzugsweise der Anschlußdrähte von elektrischen und elektronischen Bauelementen, eine sichere und vereinfachte Auswertung möglich, denn die zusätzliche Erfassung von solchen Größen wie Schweißspannung und- widerstand ist mit größerem technischen Aufwand verbunden und im speziellen Fall der Kleinteilschweißung, vorzugsweise an elektrischen und elektronischen Bauelementen, zu stark fehlerbehaftet.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Dd-PS 113814 (B 23 k, 11/24) DD-PS 45236 (B 23 k, 11/24) DE-OS 2327656 (B 23 k, 11/10)

Dr.-Ing. H. Mehlhorn, Dipl.-Ing. B. Wießler, B. Meyer: Gerät zur Qualitätskontrolle beim Widerstandspunktschweißen Schweißtechnik 26 (1976) 8, S. 361+362

Claims (1)

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   Erfindungsanspruch

   Übemvachungs- und Steuerungseinrichtung für Widerstandsschv/eißraaschinen zum Schweißen, vorzugsweise von Anschlußdrähten an elektrische Bauelemente, indem über Meßwertgeber eine dem Schweißstrom äquivalente Spannung erfaßt, verstärkt und integriert wird, dadurch eine Ladungsmessung vorgenommen wird und die erhaltenen Meßwerte mit einstellbaren Sollwerten verglichen werden, wobei die Aufbereitung einer oder mehrerer von Meßwertgebern gelieferten, den betreffenden Schweißströnien proportionalen Meßspannungen in einem oder mehreren Differenzvorverstärkern mit nachfolgenden Quadrierschaltungen und Integrations- und Spcichergliedern zur Bildung eines Zeitintegrales der quadrierten Meßspannung erfolgt und außcr- dem Grenzwertmelder und Impulstore zum Vergleichen der den Zcitintegralen der Meßspannungen proportionalen Spannungen mit einstellbaren, der unteren Grenze des Schweißstromsollwertes äquivalenten Sollwertspannungen , sowie ein aus Vorwahlzählern zum Zählen der Fehlschweißungen und der Gesamtzahl der Schweißungen bestehendes Anzeigeteil vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein für· alle IJeßkanüle wirksames aktives Differenz-icrglied (21), das nur bei Auftreten eines ausreichend hohen negativen Differentialquotienten im Zeitverlauf des Schweißstromes einen Spannungsimpuls abgibt, vorgesehen ist, dem ein Grenzwertmelder (22) zur Überwachung einer Sollwert-Überschreitung der Schweißströme nachgeordnet ist, daß weiterhin ein durch jeden Schweißmaschinentakt ausgelöstes, aus einem Impulsformer (23) und diesem nachgeordneten Zeitgliedern (24; 27; 28; 29; 30; 47; 51) bestehendes Steuerteil zur zeitlichen Koordinierung der r.leßspannungsauswertung vorgesehen ist, wobei das Ausgangssignal des Grenzwertmelders (22) und / oder ein Signal bei Sollwertunterschreitung des Schweißstromes einen bistabilen Kultivibra-"bor (37) ansteuern, der ein Schieberegister (3δ) zur taktverset^ten Aussonderung fehlgcschv;ciß"cer Bauelemente schal-

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   tet und daß zwei Vorwahlzähler (26; 4-9) derart zusammengeschaltet sind, daß der Quotient aus der Zahl der Fehlschweißungen und der Gesamtzahl der Schweißstellen gebildet wird und bei Koinzidenz zwischen Zählerstand und vorgewählter Zahl der Fehlschweißungen am Vorwahlzähler (26) ein Signal einen Kontakt für die Maschinenabschaltung (54·) auslöst.

   Hierzu.. ^.„„Seiten Zeichnungen