DD277223A1 - Verfahren zum erfassen, aufzeichnen und auswerten der bewegung der schweissteile beim widerstandsschweissen - Google Patents

Abstract

Das Verfahren gestattet eine Kontrolle/Auswertung der Bewegung der Schweissteile waehrend der Widerstandserwaermung zwischen den Kontaktelektroden einer Widerstands-Schweissanlage, wobei die Betraege der durch die Waermedehnungsbewegung zurueckgelegten Wege ermittelt und eine Beziehung zur Guete der Verbindung hergestellt werden koennen bzw. werden kann. Erfindungswesentlich ist, dass der Weg eines die Bewegung der Schweissteile nachfolgenden Teils mittels inkrementalen Weggeber gemessen und ausgewertet wird, indem u. a. eine enge Kopplung mit dem Antriebssystem der Schweissmaschine besteht. Die Messung beginnt bei Nullstellung der einstellbaren Impulszaehler fuer die Erfassung des Elektrodenweges, wenn ein vorgegebener, im Vergleich zum Scheitelwert des Schweissstromes relativ geringer Schwellwert erreicht ist. Der Elektrodenweg wird ueber einen Monitor dargestellt, wobei eine mit der Schweissstromerfassung zeitsynchrone mit allen, entsprechend der eingestellten Umsetzrate, in den Grenzen von 500 bis 5 000 je Sekunde, parallel zum Schweissstrom erfassten Werte sowie eine zeitgeraffte Darstellung mit nur einem Wert des Elektrodenweges je Halbwelle erfolgt. Die zum Aufbau einer Grafik herangezogenen Wegmesswerte werden vor ihrer Darstellung mit einem in wahlweise 10 Stufen waehlbarem Massstab, in einem Zwischenspeicher zur Anzeige gebracht. Die Erfindung wird am besten in Fig. 1 dargestellt. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen, Auswerten und Darstellen des Verlaufes der Bewegung der Schweißteile während der Widerstandserwärmung zwischen den Kontaktelektroden einer Widerstandsschweißanlage, mit dessen Hilfe es möglich ist, die Beträge der durch die Wärmedehnungsbewegung zurückgelegten Wege (im Mikrometerbereich) exakt zu ermitteln und eine Beziehung zur Güte der Verbindung herzustellen.

Zuerst sollen mit Hilfe des neuen Verfahrens Forschungsarbeiten beim Widerstandsschweißen durchgeführt werden, mit dem Ziel der Vertiefung der Kenntnisse über den Verlauf des Prozesses. Damit ist eine weitere aussagekräftige Prozeßgröße für die Verbesserung der Gütesicherung und die Regelung durch Mikrorechner im Echtzeitbetrieb erschlossen.

Die vorgeschlagene Lösung ist für die rechnerintegrierte Qualitätssicherung einsei -bar. Sie ermöglicht eine sehr hohe Dichte der Meßwerte und ist geeignet, in Verbindung mit elektrischen Prozeßgrößen, die Sicherheit der Aussage von ProzeÜüberwachungs- oder Regeleinrichtungen wesentlich zu verbessern.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Eb ist bekannt und auch naheliegend, zur Verbesserung der Gütesicherung beim Widerstandsschweißen Mikrorechner heranzuziehen. Weiterhin wurde bereits vor der Verbreitung der Mikrorechner mit mechanischen, elektrischen und elektronischen Mitteln der analogen Schaltungstechnik die Elektrodenbewegung erfaßt, sei es direkt als Weg oder als Geschwindigkeit, bzw. Geschwindigkeitsänderung oder Beschleunigung.

In DP-PS 101584 ist eine Einrichtung zur Erfassung der Elektrodenbewegung beschrieben, bei der eine Fotozelle, deren Belichtung von einem in den Strahlengang eintauchenden, mechanisch mit der bewegten Elektrode gekoppelten Taslstift verändert wird, was zu einer analogen Änderung des Ausgangssignales führt. Diese Einrichtung konnte keinen linearen Zusammenhang zwischen Elektrodenweg und Ausgangsspannung gewährleisten und hatte ein wesentlich geringeres Auflösungsvermögen. Ein Festlegen des Nullpunktes auf elektronischem Weg war nicht möglich.

Des weiteren wird in DE-OS 2840194 von Arbeiten berichtet, das Verspritzen von aufgeschmolzenem Material aus dem Schweißlinsenbereich durch Messen der Elektrodcnbeschleunigung zu erfassen und darauf aufbauend den Schweißstrom abzuschalten und für die folgenden Schweißungen zu reduzieren, so daß letztlich gerade unter der Spritzergrenze geschweißt wird. Diese Methode kann keine Aussagen über die tatsächliche Elektrodenbewegung liefern und ist deshalb weder für eine dynamische Prozeßregelung, noch für wissenschaftliche Untersuchungen am Widerstandsschweißprozeß geeignet. Verwendet wurden sowohl induktive als auch piezoelektrische Geber.

Auch DE-OS 3025515 schlägt ein Verfahren zur Gütekontrolle beim Punkt-, Buckel- und Rollennahtschweißen vor, das auf dem Erfassen von Beschleunigungen während des Schweißprozesses beruht, bei dem zusätzlich die Elektrodenkraft mit überwacht wird. Die Signale liefert hier ein „seismischer" Geber. Durch getrennte Integration der Signale positiver und negativer Halbwellen soll die Aussagefähigkeit des Verfahrens vertieft werden. Rückschlüsse auf den qualitativen und den quantitativen Verlauf des Elektrodenweges sind nur sehr schwierig und mit hohem Aufwand oder überhaupt nicht möglich.

In DE-AS 1900594 wird eine Kombination von Überwachungseinrichtungen für elektrische Parameter und den Elektrode nweg

berichtet, bei derein kapazitiver Geber die Bewegung erfassen soll. Um Störungen durch das Magnetfeld der Schweißmaschine zu vermeiden, wird im Maximum der Halbwellen des Schweißstromes gemessen. Dadurch ist die zeitliche Auflösung der Messung nur auf einen Wert pro Halbwelle beschränkt. Es wird lediglich eine Grenzwertüberwachung durchgeführt.

Nach DE-AS 2629244 kann die mechanische Spannungswellenenergie erfaßt werden, die durch Materialdeformation während der Phasenumwandlung fest-flüssig und anschließend flüssig-fest verursacht wird. Als Bewertungskriterium dient die Differenz zwischen beiden Schritten, die mit elektronischen Mitteln (Amplituden-Frequenz-Wandlung) aufbereitet werden soll.

Auch dieses Verfahren liefert keine quantitativen Aussagen über den Elektrodenweg und seinen Verlauf während des Schweißprozesses.

Mit Hilfe eines induktiven Gebers gewinnt DE-OS 2840194 ein, der relativen Verschiebung der Elektroden entsprechendes Signal, dessen I.Ableitung ausgewertet und mit einer vorher zu ermittelnden Schalkurve verglichen wird. Ein Regelkreis bewirkt nach einem Soll-Ist-Wert-Vergleich eine Stromänderung. Auch dieses Verfahren und die Einrichtung dazu erlauben keine quantitativen Aussagen zum Verlauf der Elektrodenbewegung. Die zeitliche Auflösung ist gering.

In ZIS-Mitteilung, Halle 10 (1968) 1,52-62 wird eine Einrichtung zur Gütesicherung beim Widerstandspunkischweißen beschrieben, bei der die relativ kleinen Elektrodenwege mechanisch abgegriffen und über eine getriebea'.tige Übersetzung auf einen Zeiger gegeben werden, dessen Ausschlagbareich nach oben und unten mit einstellbaren, elektrischen Signalkontakten versehen ist, um unzulässige Abweichungen vom Sollbereich durch ein Signal zu melden. Diese Lösung erfordert hohen mechanischen Aufwand, ist nur sehr begrenzt an Schweißmaschinen installierbar und muß bei Elekt'odenverschleiß in der Einstellung korrigiert werden. Ein Erfassen und Auswerten des Verlaufes der Elektrodenbewegunp, ist nicht möglich und auch nicht Aufgabe der Einrichtung.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, ein verbessertes Verfahren vorzuschlagen, das es gestattet, auf einer Widerstandsschweißmaschine durch das Erfassen und Analysieren des quantitativen Verlaufes der Elektrodenbewegung während des gesamten Schweißprozesses, Metalle mit hoher Zuverlässigkeit zu verbinden, ohne 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.

Die bei der Erfassung der Elektrodenbewegung bisher vorhandenen Probleme, der Störungen durch das starke Magnetfeld der Schweißmaschine und der quantitativen Ermittlung des Elektrodenweges bei der durch ElektroHenverschleiß und Elektrodenwechsel zustandekommenden Verschiebung der Ausgangsposition nach einer Anza'nl von Schweißungen, waren zu beseitigen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere den Verlauf der Wärmedehnung während des Schweißvorganges und damit Verspritzen aufgeschmolzenen Metalles aus dem Verbindungsbereich sowie zu geringe Erwärmung bzw. Aufschmelzung zu erfassen und im Zusammenwirken mit anderen Mitteln der Prozeßsteuerung sowie einem geeigneten Mikrorechner neue, bessere Lösungen der Qualitätssicherung für das Widerstandsschweißen am Prozeß zu entwickeln.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Weg eines die Bewegung der Schweißteile mitvollziehenden Teils während des Schweißprozesses, welches in Wirkverbindung mit dem Antriebssystem der Schweißmaschine steht, gemessen wird, wobei die mit Wärmedehnung beaufschlagten Bereiche der in Relativbewegung zueinander befindlichen Teile dieser Auswertung unterworfen werden. Weiterhin wird ein ^n sich bekannter inkrementaler Weggeber mit der beweglichen Elektrode und einem Festpunkt am Maschinengestell oder der festen Elektrode der Widerstandsschweißmaschine mechanisch gekoppelt, der mit seiner Anschlußelektronik die zurückgelegten Wegstrecken mit hoher Auflösung, vorzugsweise 1 Mikrometer, in eine Impulsfolge umwandelt, die von einem einstellbaren Zählerschaltkreis und von einem Mikrorechner mit dem Beginn der ersten Halbwelle des Schweißstromes in genauer zeitlicher Zuordnung erfaßt und ausgewertet wird, wobei die Nullstellung der • einstellbaren Impulszähler für die Erfassung des Elektrodenweges erst mit einsetzendem Schweißstrom eingeleitet wird, wenn ein vorgegebener, im Vergleich zum Scheitelwert des Schweißstromes relativ geringer Schwellwert erreicht ist. Die Auswertung kann zum Zwecke der Regelung während des Prozeßahlaufes oder zur grafischen Darstellung nach dem Prozeß erfolgen. Die grafische Darstellung des Elektrodenweges wird erfindungsgemäß durch eine wahlweise Konvertierung der Daten für die Anzeige in zeitsynchroner oder zeitgeraffter Form bei in zehn Stufen wählbarem Maßstab vorbereitet. Die zeitsynchrone Darstellung gibt alle Weginformationen mit einem elektrischen Schweißparameter, vorzugsweise dem Schweißstrom, entsprechend der benutzten Umsetzrate in den Grenzen von 500 bis 5000 Werten je Sekunde aus. Bei der zeitgerafften grafischen Darstellung dagegen werden nur die letzten Weginformationen jeder Halbwelle ausgewertet und auf dem Monitor dargestellt, so daß ein Überblick des gesamten Schweißvorganges entsteht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel, bestehend aus den Fig. 1 und 2, näher erläutert werden. Dabei zeigen:

Fig. 1: Die zueinander in Wirkverbindung stehenden Bauteile an der Widerstandsschweißmaschine Fig. 2: Ein Blockschaltbild mit peripheren, die Signale verarbeitenden, Meßgeräten.

Fig. 1 zeigt die Position der Teile inkrementaler Weggeber 1, starrer Ausleger 2, Übertragungsrohr 3, Aufnahme 4 und verstellbarer Ausleger 5 an der Schweißmaschine 6. Die Bewegung der Oberelektrode 7 wird bei diesem Beispiel vom starren Ausleger 2 über das in der Aufnahme 4 geführte Übertragungsrohr 3 auf den verstellbar angeordneten Ausleger 5 geleitet, der erst während des Zusammenfahrens der Elektroden den Stößel 8 des inkrementalen Weggebers 1 aus seiner entspannten Ausgangslage bewegt. Die Bewegung des Stößels 8, an dem ein Maßstab im nicht dargestellten Innern des inkrementalen Weggebers 1 befestigt ist, wird durch eine ebenfalls nicht dargestellte Lichtschranke in eine Folge elektrischer Signale verwandelt, die über Kabel 9 zur Mikrorechneranschlußsteuerung geführt werden. Erst wenn der Mikrorechner 10 über einen elektrischen Sensor 11 im Blockschaltbild auf Fig. 2 und eine Prozeßanschlußschaltung 12 von Beginn der ersten Halbwelle des Schweißstromes im Hochstromteil 17 der Schweißmaschine 6 informiert wird, startet er die Zähler für das Erfassen des Elektrodenweges auf der Anschlußsteuerung 13 des inkrementalen Weggebers 1. Damit kann vorteilhafterweise gewährleistet werden, daß der Nullpunkt der Elektrodenbewegung immer und unabhängig vom Zustand der Elektroden und der Stellung unmittelbar zu Beginn der Erwärmung gesetzt werden kann. Ab diesem Zeitpunkt holt der Mikrorechner 10 in exakten zeitlichen Abständen, die sich nach der gewählten Umsetzrate richten, die Zählerstände von der Anschlußsteuerung (des Weggebers) 13, die die von der Elektronik 15 des inkrementalen Weggebers 1 gelieferten Signale ständig in zählbare Impulse aufbereitet und legt sie in seinem Meßwertespeicher 14 ab. Von dort aus werden die Weginformationen entweder im Echtzeitbetrieb als Ausgangsdaten für eine Regelung des Prozesses genutzt, oder sie stehen nach dem Prozeß der Auswertung zur Verfügung. Im letzteren Fall erfolgt erfindungsgemäß wahlweise ein Konvertieren der im Meßwertespeicher 14 des Mikrorechners 10 stehenden Meßwerte zur Ausgabe auf den Monitor 16 des Mikrorechners 10 für die zeitsynchrone oder die zeitgeraffte Darstellung.

Claims (4)

1. Verfahren zum Erfassen, Aufzeichnen und Auswerten der Elektrodenbewegung beim Widerstandsschweißen unter Verwendung eines Mikrorechners, eines Weggebers und eines Schweißstromsensors, gekennzeichnet dadurch, daß der Weg eines die Bewegung der Schweißteile mitvollziehenden Teiles, welches in Wirkverbindung mit dem Antriebssystem der Schweißmaschine (6) steht, während des Schweißprozesses mit inkrementalem Weggeber (1) gemessen wird, wobei die mit Wärmedehnung beaufschlagten Bereiche der in Relativbewegung zueinander befindlichen Teile einer Auswertung unterworfen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Nullstellung der einstellbaren Impulszähler für die Erfassung des Elektrodenweges erst mit einsetzendem Schweißstrom eingeleitet wird, wenn ein vorgegebener, im Vergleich zum Scheitelwert des Schweißstromes relativ geringer Schwellwert erreicht ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, bei dem der mit einer die Netzfrequenz um ein Vielfaches übersteigenden Umsetzrate erfaßte Elektrodenweg auf einem Mon^!tor dargestellt wird, gekennzeichnet dadurch, daß zum einen eine mit der Schweißstromerfassung zeitsynchrone, mit allen entsprechend der eingestellten Umsetzrate, in den Grenzen von 500 bis 5000 je Sekunde parallel zum Schweißstrom erfaßten Werte und zum anderen eine zeitgeraffte Darstellung mit nur einem Wert des Elektrodenweges je Halbwelle angezeigt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die zur grafischen Auswertung herangezogenen Wegmeßwerte von ihrer Darstellung mit einem, in wahlweise zehn Stufen wählbarem Maßstab, in einem Meßwertespeicher (14) zur Anzeige gebracht werden.