DD277029A1 - Verfahren zur dynamischen regelung des punkt-, buckel- oder rollennahtschweissprozesses - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dynamischen Regelung des Punkt-, Buckel- oder Rollennahtschweissprozesses, das an Widerstandsschweisseinrichtungen mit elektronischen Phasenanschnittsteuerungen zur Verbesserung der Qualitaet der Verbindungen genutzt werden kann. In erfindungsgemaesser Weise bedient sich das Verfahren eines Mikrocomputers und mit ihm gekoppelter peripherer Geraetetechnik derart, dass die Qualitaet des Schweissprozesses innerhalb eines definierten Toleranzbereiches ueberwacht wird und die jeweils erhaltenen Istwerte mit Sollwerten verglichen werden, indem eine waehlbare Toleranz vor dem zu regelnden Schweissprozess einmal zu den zu ueberwachenden Prozessdaten addiert eine obere Einschaltschwelle und andererseits von den zu ueberwachenden Prozessdaten subtrahiert eine untere Einschaltschwelle signalisiert. Dazu kommt, dass eine weitere waehlbare, vor dem Schweissprozess festzulegende Groesse, das Mass fuer die Aussteuerung eines Verstaerkungsfaktors zur Regelung des genannten Schweissprozesses ermittelt wird. Die Ergebnisse der Messungen waehrend des Schweissprozesses werden dabei staendig nach jeder Halbwelle des geflossenen Schweissstroms auf einem Monitor dargestellt. Nach dem ersten Zuendimpuls der Phasenanschnittsteuerung wird der Parameter Schweissstrom auf Nulldurchgang ueberwacht, wobei in der stromlosen Zeit vor dem naechsten Zuendimpuls die fuer die Auswertung der Halbwelle erforderliche Zeit durch Uebernahme der vorherigen Prozessdaten gewonnen wird. Die Erfindung wird in Fig. 1 am besten schematisch dargestellt. Fig. 1

Description

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, die Steuerung des Schweißprozesses auf einer Widerstandsschweißmaschine derart zu vervollkommnen, daß durch das dynamische Erfassen und Analysieren des Schweißstromes und der Spannung zwischen den Elektroden und das Korrigieren bzw. Abschalten des Schweißstromes über die Phasenanschnittsteuerung von einem Zündimpuls einer Halbwelle des Primärstromes der Schweißmaschine zum nächsten während des gesamten Schweißprozesses Metalle mit hoher Zuverlässigkeit verbunden und Fehlschweißungen verhindert werden, ohno daß dabei die bisher unvermeidbaren Nachteile, wie schnelles Verschleißen der Elektroden, starkes Verspritzen des aufgeschmolzenen Metalles aus der Verbindungszone und Unsicherheiten durch oberflächliche Oxidschichten auftreten. Gleichzeitig sollen Möglichkeiten geschaffen werden, den Verlauf des Regelvorganges während und nach der in Sekundenbruchteilen ablaufenden Schweißung zu beobachten und zu beurteilen, um daraus Schlußfolgerungen für die Auslegung der Prozeßregelung für den konkreten Anwendungsfall ziehen zu können.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für das Widerstandsschweißen, insbesondere für das Punkt-, Buckel- und Rollennahtschweißen, unter Verwendung von Mikrorechnern, ein Verfahren zur dynamischen Prozeßregelung als ein Hilfsmittel für die Realisierung von Regelprogrammen und deren Erprobung zu entwickeln.

Die bekannten Lösungen der Prozeßregelung mit Mikrorechner oder analogen elektronischen Schaltungen weisen ungenügende Flexibilität auf, was ihre Anpassung an die Erfordernisse konkreter A.iwendungsfälle betrifft. Sie lassen auch nur teilweise Korrekturen des laufenden Schweißprozesses zu und gestatten keine Kontrolle der gerade ablaufenden Regelvorgänge.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mittels einer wählbaren, vor dem zu regelnden Schweißprozeß festzulegenden Toleranz, einmal -zu den überwachenden Prozeßdaten addiert-eine obere Einschaltschwelle de, Regelung und zum anderen -von den zu überwachenden Prozeßdaten subtrahiert- eine untere Einschaltschwelle der Regelung signalisierbar und über eine weitere wählbare und vor dem Schweißprozeß festzulegende Größe das Maß des Verstärkungsfaktors der Regelung bestimmbar ist.

Des weiteren erfolgt im Echtzeitbetrieb eine Ausgabe des Ergebnisses der Parameterüberprüfung pro Halbwelle wahlweise auf einen Monilor oder auf anderen geeigneten Anzeigeelementen, wie beispielsweise Leuchtdioden. Dabei geschieht die Monitordarstellung in der Weise, daß nach der Bezeichnung des betreffenden Schweißparameters aufeinanderfolgend in /eilenweiser Anordnung die von der Regelung in jeder einzelnen Halbwelle festgestellten, den zugelassenen Toleranzbereich übersteigenden Abweichungen in Form eines, ihrer Richtung entsprechenden Zeichens ausgegeben werden, z.B. „»" für Parameter war im Toleranzbereich, „- " für Parameter war kleiner als der Sollwert mit Toleranz und „ + " für Pararr?ter war größer als der Sollwert mit Toleranz.

Um die am Ende jeder Halbwelle nach dem oben beschriebenen Verfahren notwendigen Programmschritte zu gewinnen, wird der Parameter Schweißstrom dahingehend überwacht, daß nach Ablauf der s'-omführenden Halbwelle der Moment des Strom-Nulldurchgangeii der zur Stromeinstellung antiparallel geschalteten Netzthyristoren bestimmt wird und erfindungsgemäß von der darauffolgenden konstruktionsbedingten Zeit der Stromlücke 1-3 Umsetztakte lang (1/30-1/10 der Halbwelle) die Erfassung der Momentanwerte der Prozeßgrößen ausgesetzt ist, wobei das Entstehen von Lücken in der zeitlichen Abfolge der Prozeßdaten dadurch vermieden wird, daß die auszulassenden Werte der betroffenen Umsetztakte mit den unmittelbar davor erfaßten aufgefüllt werd°n.

Ausfuhrungsbeispi.il

Die Erfindung soll an nachfolgendem Beispiel näher erläutert werden:

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der nach dem vorgeschlagenen Verfahren arbeitenden Einrichtung und Fig. 2 die Auswertung einer gerade beendeten Halbwelle im Rahmen der Aufrechterhaltung der Synchronisation zwischen Soll- und Istwerten der Prozeßdaten eines vorhergegangenen Erfassungstaktes. Ein an sich bekannter Mikrorechner 1 ist mit einer Prozeßanschlußsteuerung 2 für das Erfassen mehrerer analoger Prozeßsignale und die Ausgabe einer analogen Regelspannung ausgerüstet. Außerdem verfügt er über eine Tastatureingabe 3 und einen Monitor 4. Die Prozeßanschlußsteuerung 2 nimmt von nicht näher dargestellten Sensoren an der Widurstands-Schweißmaschine in einem vom Mikrorechner bestimmten, Vielfachen der Netzfrequenz betragenden Takt, mehrere Prozeßgrößen auf und stellt sie dem Rechner in digitalisierter Form bereit.

Die so orfaßton Prozeßdaten können nach erfolgter Prüfung der Verbindung und positivem Ergebnis in an sich bekannter Weise in einen Soll-Werto-Speicher 5 übertragen werden. Danach werden Zahlenwerlc für den zulässigen Toleranzbereich und für den Regolfaktor festgelegt. Diese Faktoren gelangen in den Arbeitsspeicher des Mikrorechners 6 und werden beim nachfolgenden zu regelnden Prozoß wie folgt verwendet:

Dor für don Toloranzberoich geltende Wort wird oinmal von den Sollwerten subtrahiert und bildet somit die untere Tolornnzgronzo, andorersoits zu den Sollworton addiort, die obere Toleranzgrenze.

Ein Rogolfaktor stallt dabei praktisch don Vorstärkungsfaktor der Regolstrocke dar. Mit ihm wird das in bekannter Weise durch oinon Soll-Ist-Wort-Vorgloich gofundono Maß dor Abweichung, orfindungsgomäß mit don don Toloranzbereich üborschreitondon Abweichungen multipliziert und nach zweckmäßiger Umformung über einen D/A-Wandler 7 als Rogolspannung zur Nouoinstollung dos Phasonanschnittos vor dom nächsten Zündimpuls an die Schwoißmaschinonstouorung 8 ausgegobon. Erfindungsgomäß worden weiter während dos Ablaufes des zu regelnden Prozossos zunächst im Takt dor Moßwortorfassung (vorzugsweise zwischen 500 und 5000 Umsetzungen pro Sekunde) die Üborschroitungon dos Toloranzboroichos, jowoils oinor Halbwolle, in ihror G^öß»¹ c, faßt und nach Erkennung dos Abschaltons dos sttoinführondon Thyristors zu oinom anschlioßond mit dom Rogoltaktor zu multiplizierenden Faktor zusammengefaßt. Der so entstandene Betrag wird, wio oben boschriebon, über don D/A-Wandlor 7 an der Scnweißmaschinensteuerung H wirksam.

Um im Echtzeitbetrieb des Mikrorechners Rechenzeit für das Auswerten der gerade beendeten Halbwelle zu erhalten, wird vorteilhafterweise ein Prozeß-Daten-Erfassungstakt nach dem Nulldurchgang, in der stromlosen Zeit vor dem erneuten Zünden des nächsten Thyristors, ausgelassen und es werden zum Aufrechterhalten der Synchronisation zwischen Soll- und Istwerten die Prozeßdaten des vorherigen Erfassungstaktes übernommen. Dies ist in Fig.2 am Beispiel des Schweißstromes dargestellt. Die Kurve 9 zeigt die ohne Unterbrechung aufgezeichneten Stromwerte auf dem Sollwerte-Speicher und die Kurve 10 gibt an der Markierung 11 an, wo ein Erfassungstakt ausgelassen und statt der tatsächlichen die vorherigen Prozeßdaten wiederholt wurden.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   1. Verfahren zur dynamischen Regelung des Punkt-, Buckel- oder Rollennahtschweißprozesses, wobei aus während eines Schweißvorganges gemessenen Schweißparametern, wie beispielsweise Strom, Spannung, Widerstand oder Schweißzeit zwischen den Elektroden gewonnene Istwerte mit Sollwerten verglichen werden sowie die Sollwerte auch veränderbar sind und beim Abweichen der Istwerte eine Änderung wenigstens eines Prozeßparameters erfolgt, gekennzeichnet dadurch, daß mittels einer wählbaren, vor dem zu regelnden Schweißprozeß festzulegenden Toleranz, einmal zu den zu überwachenden Prozeßdaten addiert - eine obere Einschaltschwelle der Regelung und zum anderen-von den zu überwachenden Prozeßdaten subtrahiert-eine untere Einschaltschwelle der Regelung signalisierbar und über eine weitere wählbare und vor dem Schweißprozeß festzulegende Größe das Maß des Verstärkungsfaktors der Regelung bestimmbar ist.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß im laufenden, geregelten Schweißprozeß ständig, nach jeder Halbwelle des geflossenen Schweißstroms über einen Monitor (4) das Ergebnis der nach Punkt 1 durchgeführten Auswertung darstellbar ist.
3. 3. Verfahren nach den Punkten 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß nach dem ersten Zündimpuls der Phasenanschnittsteuerung der Parameter Schweißstrom auf Nulldurchgang überwacht wird und in der stromlosen Zeit vor dem nächsten Zündimpuls die für die Auswertung der Halbwelle erforderliche Zeit durch Übernahme der vorherigen Prozeßdaten gewonnen wird und zwar im Rahmen einer zeitlichen Synchronisation der Sollwerte zu den Istwerten.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dynamischen Regelung des Punkt-, Buckel- oder Rollennahtschweißprozesses, das an Widerstandsschweißeinrichtungen mit elektronischen Phasenanschnittsteuerungen zur Verbesserung der Qualität der Verbindungen genutzt werden kann.

   Charakteristik des bekannten Standes der Technik

   Es ist bekannt und auch naheliegend, zur Verbesserung der Gütesicherung beim Widerstandsschweißen und zum Regeln des Schweißvorganges Mikrorechner heranzuziehen. Weiterhin wurde bereits vor der Verbreitung der Mikrorechner mit mechanischen, elektrischen und elektronischen Mitteln sowie der analogen Schaltungstechnik versucht, den sehr kurzzeitigen Prozeß regelnd zu beeinflussen. Aber erst die Mikrorechner der zweiten Generation arbeiten ausreichend schnell, um noch im laufenden Prozeß Veränderungen der Schweißparameter wirksam werden zu lassen. Deshalb beruhten die ersten mit analogen Schaltungen erstellten Regeleinrichtungen darauf, die Schweißzeit abzubrechen, nachdem ein oder mehrere Gütekriterien erfüllt waren. So werden in DE-OS 3046269 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Schweißzeit vorgeschlagen, nachdem der Schweißprozeß beendet ist, sobald eine bestimmte Differenz des Integrales des maximalen zum tatsächlichen Widerstand erreicht ist. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es das Zeitregime beeinflußt und damit Abweichungen von den für die Qualität optimalen Schweißparametern auftreten. In der DE-AS 2010878 wird ein Verfahren zur Überwachung eines Widerstandsschweißvorganges beschrieben, das den Gradienten des ansteigenden Widerstandes aus dem Spannungsabfall zwischen den Elektroden ermittelt, die Mittelwerte der Amplituden zweier Impulse vergleicht und danach den Phasenanschnitt ändert. Dieses Verfahren wurde mit analoger Schaltungstechnik realisiert, ist nicht für Mikrorechnereinsatz gedacht und damit schwer universell anwendbar. Des weiteren werden in DE-OS 3115840 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Widerstandsscliweißprozesses vorgestellt, nachdem der Widerstand zwischen den Elektroden mit Hilfe von Strom- und Spannungssensoren erfaßt und durch Änderung der Elektrodenkraft korrigiert wird. Der Schweißstrom soll außerdem nach der Elektrodenspannung geregelt werden. Dio Regelgröße ontsteht aus der Addition von Spannungsdifferenzen. Eine derartige Lösung beruht auf dem Einsatz der Mikrorochnortechnik. Sie erfordert erheblichen Aufwand am Elektrodenantrieb und ist daher nicht für den breiten Einsatz an sorionmäßigon Maschinen gooignot.

   In DE-OS 3202790 wird oino Einrichtung zum Steuern und Programmieren von Schweißzangen mit Mikroprozessor vorgoschlagon, dio sowohl mit Energioregelung als auch mit Konstantstromregelung ausgerüstet ist. Die Sensoren befinden sich hior am Primärstromkrois dos Hochstromtransformators. Diese Lösung bietet keine Möglichkeiten, bei mechanischen Beeinträchtigungen dos Schwoißvorganges, wio schlechten Kontaktvorhältnissen, Fehlschwoißungen zu verhindern. Nach DE-OS 3332697 ist ein Stouorsysiom zur automatischen Steuorung von Widerstandsschwoißeinrichtungen bekannt, bei dem oino Mikroprozossorstouerung neben dor Beroitstollung dor Schweißparameter effektive Strommittelwerte überwacht und aufgrund von Soll-Istwort-Vorgloichon Korrokturon auslöson kann. Nachteil diosor Lösung ist es, daß keine kurzzeitigen Störungon dos Schwoißprozossos, wio das Vorspritzon aufgeschmolzenen Motsllos aus der Schwoißlinso, wahrgenommen und vormiodon wotdoii könnon. Eino dynamische Regelung dos Schwdißprozessej ist nicht vorgesohnn.