DD234246A1

DD234246A1 - METHOD FOR THE DYNAMIC DETECTION OF PROCESS INDICATIONS IN ARC FLASHING

Info

Publication number: DD234246A1
Application number: DD27281385A
Authority: DD
Inventors: Wilfried Faber; Hans-Erich Weinschenk; Dieter Lindenau
Original assignee: Zentralinstitut Schweiss
Priority date: 1985-01-29
Filing date: 1985-01-29
Publication date: 1986-03-26

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur dynamischen Erfassung von Prozesskenngroessen beim Lichtbogenschweissen. Ziel ist, eine Auswertung elektrischer Schweissprozessgroessen Schweissstrom und Schweissspannung in Regeleinrichtungen zu ermoeglichen. Das Verfahren ist so zu gestalten, dass die momentanen Schweissparameter so zu erfassen sind, dass relativ zur Dynamik des Schweissprozesses lange Integrationsprozesse vermieden werden. Erfindungsgemaess wird die Aufnahme des prozessrelevanten Messwertes auf die momentane, naeherungsweise punktfoermige Erfassung einer oder mehrerer nichtgeglaetteter Eingangsgroessen zurueckgefuehrt zu einem Zeitpunkt, der von einem markanten Ereignis, vorzugsweise vom Beginn des Tropfenueberganges, bestimmt wird. Im Ausfuehrungsbeispiel wird zur Bildung eines Signales aus Schweissspannungs- und Schweissstrommessung, das den Abstand zwischen der Schmelzbadoberflaeche und Schweissstromkontaktduese beschreibt, die erfindungsgemaesse Loesung naeher erlaeutert. Hierbei wird der Signalbildungsprozess von der Schweissspannung gesteuert, wobei die Schweissspannung selbst und zur Vergroesserung des Nutzsignals auch der Schweissstrom ausgewertet werden. Fig. 1The invention relates to a method for the dynamic detection of process characteristics during arc welding. The aim is to enable an evaluation of electrical welding process variables welding current and welding voltage in control devices. The process should be designed in such a way that the current welding parameters are to be recorded in such a way that long integration processes are avoided relative to the dynamics of the welding process. According to the invention, the recording of the process-relevant measured value is based on the instantaneous, approximately punctiform detection of one or more non-glazed input variables at a point in time which is determined by a distinctive event, preferably from the beginning of the drop transition. In the exemplary embodiment, the solution according to the invention is explained in more detail in order to form a signal from welding voltage and welding current measurement, which describes the distance between the surface of the molten bath and the welding current contact sleeve. Here, the signal-forming process is controlled by the welding voltage, wherein the welding voltage itself and the magnification of the useful signal and the welding current are evaluated. Fig. 1

Description

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show:

Fig. 1: das Blockschaltbild zur Ausübung des VerfahrensFig. 1: the block diagram for carrying out the method

Fig. 2: die sich einstellenden Signale einer Verarbeitungslinie der Signalbildung.Fig. 2: the self-adjusting signals of a processing line of signal formation.

Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um die Bildung eines Signals aus der Messung der Schweißspannung und des Schweißstromes, wobei der Abstand zwischen der Schmelzbadoberfläche und Schweißstromkontaktdüse beschrieben wird. Der Signalbildungsprozeß wird hierbei von der Schweißspannung gesteuert, wobei die Schweißspannung selbst und zur Vergrößerung des Nutzsiganis auch der Schweißstrom ausgewertet werden. Das ankommende Schweißspannungssignal u_s/ welches von der Funktion Us (t) symbolisiert wird, gelangt auf einen Eingangsspannungsbegrenzer 1, welcher beispielsweise durch eine Z-Dioden-Schaltung gebildet wird. Dieser eliminiert die hohen Schweißspannungsanteile und schützt damit den nachfolgenden Vorverstärker 2. Der Vorverstärker 2 bildet das Signal Ui (t), bei welchem die Schweißspannungswerte in den Tropfenübergangsphasen analog verstärkt werden und während der Lichtbogenbrennphasen einen Sättigungswert einnehmen. Das Signal Ui (t) wird einem Flankendetektor 4 zugeführt, der ein Signal abgibt, wenn Ui (t) außerhalb der Sättigung liegt. Treten bei dieser Detektion kritische oder instabile Zustände auf, können diese vom Grenzwertausblender 11 erfaßt und ausgewertet werden. Der Flankendetektor 4 steuert den Brennphasenausblender 3 an, der die Sättigungsphasen aus dem Signal U-i (t) eliminiert und U₂ (t) bildet. Außerdem wird vom Flankendetektor 4 ein Zeitverzögerungsglied 5 gestartet, welches den Beginn der Meßphase bestimmt.In the embodiment, it is the formation of a signal from the measurement of the welding voltage and the welding current, wherein the distance between the molten surface and Schweißstromkontaktdüse is described. In this case, the signal-forming process is controlled by the welding voltage, whereby the welding voltage itself and, to increase the usefulness, also the welding current are evaluated. The incoming welding voltage signal u _{s /} which is symbolized by the function Us (t), reaches an input voltage limiter 1, which is formed for example by a Z-diode circuit. This eliminates the high welding voltage components and thus protects the subsequent preamplifier 2. The preamplifier 2 forms the signal Ui (t), in which the welding voltage values in the drop transition phases are amplified analogously and assume a saturation value during the arc combustion phases. The signal Ui (t) is supplied to an edge detector 4, which outputs a signal when Ui (t) is out of saturation. If critical or unstable states occur during this detection, they can be detected and evaluated by the limit value skimmer 11. The edge detector 4 drives the Brennphasenausblender 3, which eliminates the saturation phases of the signal Ui (t) and U ₂ (t) forms. In addition, a time delay element 5 is started by the edge detector 4, which determines the beginning of the measurement phase.

Der Übersichtlichkeit halber ist in dem Steuersignal A (t) diese Zeitverzögerung, die in der Praxis auch Null sein kann, gegenüber den Flanken des Spannungssignals U₁ (t) nicht berücksichtigt worden. Von dem Steuersignal A (t) wird ein Monoflop 6 gestartet, dessen Ausgangssignal B (t) die Integrationszeit der Meßsignalaufnahme bestimmt. Alle bisher genannten Baugruppen 2... 6 und 11 lassen sich einfach durch an sich bekannte Operationsverstärkerschaltungen realisieren. Das Steuersiganl B (t) wird auf den Meßsiganlbegrenzer 7 geführt, so daß dieser das Spannungssignal U₃ (t) abgibt. Dieses derart geformte Spannungssignal U3 (t) wird dem Signalbildner 8 zugeführt, der entweder als Kondensator oder bei einer digitalen Signalverarbeitung als ADC ausgeführt ist. Mit dem Steuersignal A (t) wird der Arbeitsspeicher 9 zur Übernahme der Signale aktiviert. Im Falle der analogen Signalverarbeitung kann der Arbeitsspeicher 9 mit dem Signalbildner 8 identisch sein. In dem Arbeitsspeicher 9 ist damit die Information eines jeden Tropfenüberganges in Form des Spannungssignals U₄ (t) abgelegt. Die Steuersignale A (t) und B (t) werden gemeinsam mit den Ausgangssignalen des Grenzwertausblenders 11 auf den Gültigkeitsdetektor 10 geführt, welcher durch logische Verknüpfungen überwacht, inwieweit es sich um eine sinnvolle Signalaufnahme handelt. Im Falle des Tropfenüberganges wird beispielsweise zwischen eindeutigen Tropfenübergängen mit Kurzschlußbildung und kurzzeitigen Berührungen ohne Tropfenübergang, wie es der 3. Kurzschluß im Schweißspannungssignal U₃ (t) zeigt, unterschieden. Im Falle einer positiven Entscheidung wird vom Gültigkeitsdetektor 10 das Steuersignal C (t) abgegeben, welches den Signalübertrager 12 vei-anlaßt, das Spannungssignal U₄ (t) aus dem Arbeitsspeicher 9 in den Ausgabespeicher 13 zu übergeben, andernfalls verbleibt das Spannungssignal U₅ (t) der letzten gültigen Meßgröße im Ausgabespeicher 13. Entsprechend den unterschiedlichen Möglichkeiten der Signalbildung, analog oder digital, bestehen die Speicher 9 und 13 entweder aus Kondensatoren oder RAM-Bausteinen. Bei Anwendung der digitalen Signalverarbeitung ist die Meßwertbildung nachwirkungsfrei, im Falle der analogen über den Ladungsausgleich der Kondensatoren beträgt die Relaxationszeit ca. 2,5 t_T der mittleren Zeit zwischen zwei Schmelztropfenübergängen entspricht. Analog zur beschriebenen Bildung des Spannungssignals U₅ (t) läßt ebenfalls aus dem Schweißstromsignal i_s (t) das Stromsignal I₅ (t) gewinnen, wobei die gleichen Steuersignale A... C (t) benutzt werden. Die auf diese Weise ermittelten Signale I₅(t) und U₅ (t) werden einem Differenzverstärker 14 zugeführt, dereine analoge Ausgangsspannung Ua abgibt, welche von bekannten Sensorsteuerungen weiterverarbeitet werden kann. Zur automatischen Inbetriebnahme des Sensorsystems im Moment der Zündung wird das Schweißstromsignal i_s zusätzlich von einem Komporator 15 verarbeitet, der das Aufrufsignal U₅ bildet.For the sake of clarity, this time delay, which in practice can also be zero, has not been taken into account in the control signal A (t) with respect to the edges of the voltage signal U ₁ (t). From the control signal A (t) a monoflop 6 is started, the output signal B (t) determines the integration time of Meßsignalaufnahme. All previously mentioned modules 2 ... 6 and 11 can be easily realized by known per se operational amplifier circuits. The control signal B (t) is applied to the measuring limiter 7 so that it outputs the voltage signal U ₃ (t). This thus shaped voltage signal U3 (t) is supplied to the signal generator 8, which is designed either as a capacitor or in a digital signal processing as ADC. With the control signal A (t) of the working memory 9 is activated to take over the signals. In the case of analog signal processing, the main memory 9 may be identical to the signal generator 8. In the working memory 9 so that the information of each drop transition in the form of the voltage signal U ₄ (t) is stored. The control signals A (t) and B (t) are fed together with the output signals of Grenzwertausblenders 11 to the validity detector 10, which monitors by logical links, to what extent it is a meaningful signal recording. In the case of the drop transition, a distinction is made, for example, between clear drop transitions with short-circuit formation and short-term contacts without drop transition, as shown in the third short circuit in the welding voltage signal U ₃ (t). In the case of a positive decision, the control signal C (t) is emitted by the validity detector 10, which causes the signal transmitter 12 to transfer the voltage signal U ₄ (t) from the main memory 9 to the output memory 13, otherwise the voltage signal U ₅ remains (FIG. According to the different possibilities of signal formation, analog or digital, the memories 9 and 13 consist of either capacitors or RAM modules. When using the digital signal processing, the formation of measured values is free of effects, in the case of the analog over the charge equalization of the capacitors, the relaxation time is about 2.5 t _T corresponds to the mean time between two melt droplet transitions. Analogously to the described formation of the voltage signal U ₅ (t) can likewise be from the welding current signal i _s (t) obtain the current signal I ₅ (t), the same control signals A ... C (t) can be used. The thus detected signals I ₅ (t) and U ₅ (t) are fed to a differential amplifier 14, which outputs an analog output voltage Ua, which can be processed by known sensor controls. For automatic commissioning of the sensor system at the moment of ignition, the welding current signal i _{s is} additionally processed by a comparator 15, which forms the call signal U ₅ .

Claims

invention claim

Method for the dynamic detection of process parameters during arc welding by evaluation of electrical welding parameters for control tasks, preferably for distance control, characterized in that the recording of the process-relevant measured value is attributed to the instantaneous, approximately point-like detection of one or more unsmoothed input variables at a time that of a significant event, preferably from the beginning of the drop transition, is determined, wherein an edge detector (4) from the welding voltage signal (u _s ) or from a derived from the welding voltage measurement signal, preferably the resistance or the power, falls or other significant events detected and a time delay element (5) starts, which in turn determines the time for recording the measured variables to be processed, wherein the measured value (s) are recorded in a settable short time and stored in a main memory (5). 9) are stored, after which a logical device monitors to what extent all validity criteria were met at the time of the measured value recording and on positive evaluation of this statement, the transfer of the memory contents of the main memory in the output memory (9) takes place or the latter only in new receptivity and the final measured value in Output memory (9) is left, and that finally the memory contents of the output memory (9) is output statically.

For this

2 pages drawings

Field of application of the invention

The invention relates to a method for the dynamic detection of process parameters in arc welding by evaluation of electrical welding parameters for control tasks, preferably for distance control.

Characteristic of the known technical solutions

It is known that for the arc welding essential process parameters are to be kept constant in their size or relative assignment in order to achieve quality welding. For this purpose, control devices are known which ensure relatively stable welding processes by measuring actual conditions and comparisons with desired values. Of particular importance for arc welding is the control engineering influencing of the electrical parameters welding current and welding voltage. The known methods for detecting these process variables are based on averaging. Since the primary measured variables (welding voltage and welding current) are applied with a high noise component, relatively long integration times are necessary for the formation of evaluable signals. Thus, the method is in conflict with the goal of operating the control loop with a high degree of dynamics. An optimization of the integration time by adaptation to the time behavior of the molten bath is described in DD-PS 151 606. A dynamic measuring system is not achieved with this proposal. Particularly problematic is the detection of the welding parameters, in particular the welding voltage, during arc welding under short-circuiting, which is characterized by strong voltage dips. In DE-OS 2 546732 it is proposed to evaluate only the arc Br.ennphasen and hide the measured values during the short-circuit phases. By this manipulation of the welding voltage signal, the noise component is reduced and thus created the opportunity to work on the one hand with a slightly smaller integration time and on the other hand to gain a statement to the pure combustion process. However, the solution also does not represent a significant improvement in dynamics. In DD-PS 207 613, the simultaneous measurement of welding current and welding voltage is based on the simultaneous measurement of welding current and welding voltage, the signals being processed in differential circuits for improving the ratio of useful signal to disturbance variable. However, the application of integrators can not be dispensed with.

Object of the invention

By means of the invention, it is necessary to provide measurement principles in arc welding which enable evaluation of the electrical welding process variables welding current and welding voltage in control devices with high dynamics.

The essence of the invention

The invention has for its object to develop a method for the dynamic detection of process variables in arc welding, which is to be designed so that the current welding parameters are detected in such a way that relatively long integration processes are avoided relative to the dynamics of the welding process. The object of the invention is achieved in that, according to the invention, the recording of the process-relevant measured value is attributed to the instantaneous, approximately point-like detection of one or more unsmoothed input variables at a point in time determined by a distinctive event, preferably from the beginning of the drop transition Edge detector from the welding voltage signal u _s or from a derived from the welding voltage measurement signal, preferably the resistance or power, intrusions or other significant events detected and a time delay element starts, which in turn determines the time for receiving the further processed measured variables, wherein the one or more measurements in recorded an adjustable short time and stored in a Ai beitsspeicher, after which a logical device monitors the extent to which all validity criteria were met at the time of the measured value recording and positive iver evaluation of these statements, the transfer of the memory contents of the main memory is in the output memory or the latter is left only in new receptivity and the final measurement in the output memory, and that finally the memory contents of the output memory is statically output.