DD277223A1

DD277223A1 - METHOD FOR RECORDING, RECORDING AND EVALUATING THE MOVEMENT OF THE WELDING PARTS IN RESISTIVE WELDING

Info

Publication number: DD277223A1
Application number: DD32222488A
Authority: DD
Inventors: Norbert Winkler; Bernd Kasparek; Achim Gerth; Klauspeter Baumgart
Original assignee: Zentralinstitut Schweiss
Priority date: 1988-11-28
Filing date: 1988-11-28
Publication date: 1990-03-28

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. 1The method permits control / evaluation of the movement of the welding parts during the resistance heating between the contact electrodes of a resistance welding machine, wherein the amounts of the paths traveled by the thermal expansion movement can be determined and a relation to the quality of the connection can be established. It is essential to the invention that the path of a part following the movement of the welded parts is measured and evaluated by means of incremental displacement encoders, in that u. a. there is a close coupling with the drive system of the welding machine. The measurement begins at the zero position of the adjustable pulse counter for the detection of the electrode path, when a predetermined, compared to the peak value of the welding current relatively low threshold is reached. The electrode path is represented by a monitor, one with the welding current detection time-synchronous with all, according to the set conversion rate, in the limits of 500 to 5 000 per second, recorded parallel to the welding current values and a time-lapse display with only one value of the electrode path per half-wave he follows. The distance measured values used to build up a graph are displayed in a temporary store before being displayed with a scale that can be selected in an optional 10 levels. The invention is best illustrated in FIG. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

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.The invention relates to a method for detecting, evaluating and representing the course of the movement of the welded parts during the resistance heating between the contact electrodes of a resistance welding plant, with the help of which it is possible to determine the amounts of the paths traveled by the thermal expansion movement (in the micrometer range) exactly and a Relationship with the quality of the connection.

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.First of all, research into resistance welding will be carried out with the help of the new method, with the aim of deepening knowledge about the course of the process. Thus, a further meaningful process variable for the improvement of the quality assurance and the control by microcomputer in real-time operation is developed.

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.The proposed solution is suitable for computer-integrated quality assurance. It allows a very high density of measured values and is suitable, in conjunction with electrical process variables, to significantly improve the reliability of the statement of process monitoring or control devices.

Characteristic of the known state of the art

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.Eb is known and also obvious to use to improve the quality assurance of resistance welding microcomputer. Furthermore, even before the distribution of the microcomputer with mechanical, electrical and electronic means of analog circuit technology, the electrode movement was detected, be it directly as a path or as speed, or speed change or acceleration.

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.In DP-PS 101584 a device for detecting the electrode movement is described in which a photocell whose exposure is changed by a dipping into the beam path, mechanically coupled to the moving electrode Taslstift, resulting in an analog change of the output signal. This device could not ensure a linear relationship between electrode path and output voltage and had a much lower resolution. Setting the zero point by electronic means was not possible.

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.Further, work is reported in DE-OS 2840194 to detect the splattering of molten material from the weld nugget area by measuring the acceleration of the electrode and, based thereon, to shut off the welding current and reduce it for the following welds, ultimately welding just below the spatter boundary. This method can not provide any information about the actual electrode movement and is therefore neither suitable for dynamic process control nor for scientific investigations in the resistance welding process. Both inductive and piezoelectric encoders were used.

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.DE-OS 3025515 also proposes a method for quality control in point, projection and seam welding, which is based on the detection of accelerations during the welding process, in which the electrode force is also monitored. The signals are provided by a "seismic" sensor and the significance of the method is to be deepened by separate integration of the signals of positive and negative half-waves.Certain conclusions on the qualitative and quantitative course of the electrode path are very difficult and with great effort or not at all possible.

In DE-AS 1900594 wird eine Kombination von Überwachungseinrichtungen für elektrische Parameter und den Elektrode nwegIn DE-AS 1900594 a combination of electrical parameter monitoring devices and the electrode is used

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.reported, in which a capacitive encoder to capture the movement. In order to avoid interference due to the magnetic field of the welding machine, the maximum value of the half-waves of the welding current is measured. As a result, the temporal resolution of the measurement is limited to only one value per half-wave. Only a limit value monitoring is carried out.

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.According to DE-AS 2629244, the mechanical stress wave energy can be detected, which is caused by material deformation during the phase transformation solid-liquid and then liquid-solid. The evaluation criterion is the difference between the two steps, which is to be processed by electronic means (amplitude-frequency conversion).

Auch dieses Verfahren liefert keine quantitativen Aussagen über den Elektrodenweg und seinen Verlauf während des Schweißprozesses.Also, this method provides no quantitative information about the electrode path and its course during the welding process.

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.With the help of an inductive sensor, DE-OS 2840194 obtains a signal corresponding to the relative displacement of the electrodes, whose I.sub.bond is evaluated and compared with a previously determined shearing curve. A control loop causes a current change after a setpoint-actual-value comparison. Also, this method and the device to do not allow quantitative statements on the course of the electrode movement. The temporal resolution is low.

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.In ZIS communication, Hall 10 (1968) 1,52-62 a device for securing quality in resistance point welding is described, in which the relatively small electrode paths are mechanically tapped and placed over a getriebea'tige translation on a pointer whose Ausschlagbareich upward and below with adjustable, electrical signal contacts is provided to report inadmissible deviations from the target range by a signal. This solution requires high mechanical complexity, is only very limited installable on welding machines and must be corrected at Elekt'odenverschleiß in the setting. A detection and evaluation of the course of the Elektrodenbewegunp is not possible and not the task of the device.

Object of the invention

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.It is an object of the invention to propose an improved method which makes it possible to join metals with high reliability on a resistance welding machine by detecting and analyzing the quantitative course of the electrode movement during the entire welding process, without the hitherto unavoidable disadvantages such as rapid wear the electrodes, strong spattering of the molten metal from the junction zone and insecurities due to superficial oxide layers occur.

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.The problems hitherto present in the detection of the electrode movement, the disturbances due to the strong magnetic field of the welding machine and the quantitative determination of the electrode path in the case of the displacement of the starting position due to electrode wear and electrode exchange after a number of welds, had to be eliminated.

Explanation of the essence of the invention

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.The invention is based on the object, in particular to detect the course of thermal expansion during the welding process and thus splatter molten metal from the connection area and too low heating or melting and in cooperation with other means of process control and a suitable microcomputer new, better quality assurance solutions for resistance welding to the process.

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.According to the invention, this object is achieved in that the path of the movement of the welding parts mitvollziehenden part during the welding process, which is in operative connection with the drive system of the welding machine is measured, wherein the acted upon by thermal expansion areas of relative to each other located parts of this evaluation are subjected , Furthermore, a well-known incremental displacement sensor is mechanically coupled to the movable electrode and a fixed point on the machine frame or the fixed electrode of the resistance welding machine, which converts the covered distances with high resolution, preferably 1 micron, in a pulse train, which of a adjustable counter circuit is detected and evaluated by a microcomputer with the beginning of the first half-wave of the welding current in precise time assignment, the zero position of the • adjustable pulse counter for the detection of the electrode path is initiated only with onset of welding current, if a predetermined, compared to the peak value the welding current is reached relatively low threshold. The evaluation can be done for the purpose of regulation during the process or the graphic representation after the process. The graphical representation of the electrode path is inventively prepared by an optional conversion of the data for the display in time-synchronous or zeitgeraffter form at ten levels selectable scale. The time-synchronized representation outputs all path information with an electrical welding parameter, preferably the welding current, according to the conversion rate used within the limits of 500 to 5000 values per second. In the case of the time-lapse graphic display, however, only the last path information of each half-wave is evaluated and displayed on the monitor, so that an overview of the entire welding process is produced.

embodiment

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel, bestehend aus den Fig. 1 und 2, näher erläutert werden. Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail in an embodiment, consisting of FIGS. 1 and 2. Showing:

Fig. 1: Die zueinander in Wirkverbindung stehenden Bauteile an der Widerstandsschweißmaschine Fig. 2: Ein Blockschaltbild mit peripheren, die Signale verarbeitenden, Meßgeräten.Fig. 1: The components in operative connection with each other on the resistance welding machine Fig. 2: A block diagram with peripheral, the signals processing, measuring devices.

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.Fig. 1 shows the position of the parts incremental encoder 1, rigid boom 2, transfer tube 3, receptacle 4 and adjustable boom 5 on the welding machine 6. The movement of the upper electrode 7 is in this example from the rigid arm 2 on the guided in the receptacle 4 Transfer tube 3 passed to the adjustably arranged boom 5, which moves the plunger 8 of the incremental displacement sensor 1 from its relaxed initial position only during the collapse of the electrodes. The movement of the plunger 8, on which a scale is fixed in the interior of the incremental displacement sensor 1, not shown, is transformed by a light barrier, also not shown in a series of electrical signals that are routed via cable 9 for microcomputer connection control. Only when the microcomputer 10 is informed via an electrical sensor 11 in the block diagram of Fig. 2 and a process connection circuit 12 from the beginning of the first half-wave of the welding current in the high current portion 17 of the welding machine 6, it starts the counter for detecting the electrode path on the terminal control 13 of Incremental Weggebers 1. This can be advantageously ensured that the zero point of the electrode movement can always and regardless of the state of the electrodes and the position can be set immediately at the beginning of heating. From this point, the microcomputer 10 fetches in exact time intervals, which depend on the selected conversion rate, the meter readings from the terminal control (of the encoder) 13, the signals supplied by the electronics 15 of the incremental encoder 1 continuously processed in countable pulses and sets they off in his measured value memory 14. From there, the path information is either used in real-time operation as output data for a control of the process, or they are available after the process of evaluation. In the latter case, according to the invention, the measured values stored in the measured value memory 14 of the microcomputer 10 are optionally converted for output to the monitor 16 of the microcomputer 10 for the time-synchronized or time-delayed display.

Claims

A method for detecting, recording and evaluating the electrode movement in resistance welding using a microcomputer, a displacement sensor and a welding current sensor, characterized in that the path of a part of the movement of the welding parts, which is in operative connection with the drive system of the welding machine (6) , Is measured during the welding process with incremental displacement sensor (1), wherein the acted upon by thermal expansion areas of the mutually relative to each other parts are subjected to an evaluation.

2. The method according to claim 1, characterized in that the zero position of the adjustable pulse counter for the detection of the electrode path is initiated only with onset of welding current when a predetermined, compared to the peak value of the welding current is relatively low threshold value is reached.

3. The method according to claims 1 and 2, in which the with a mains frequency exceeds by a multiple conversion rate ^t is represented or captured electrode displacement on a ^Mon!, Characterized in that for a time-synchronous with the welding current detection, according to the set of all Conversion rate, in the limits of 500 to 5000 per second detected in parallel to the welding current values and on the other a time-lapse display with only one value of the electrode path per half-wave is displayed.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the Wegmeßwerte used for the graphical evaluation of their representation with a selectable in any ten levels scale, in a Meßwertespeicher (14) are displayed.