DE102006038786A1

DE102006038786A1 - Steuerung einer Schweißvorrichtung

Info

Publication number: DE102006038786A1
Application number: DE102006038786A
Authority: DE
Inventors: Denis Court; Heinz-Ullrich Müller; Volker Arndt; Jürgen HÄUFGLÖCKNER; Michael Ripper
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2008-02-21
Also published as: KR20090030348A; CN101505903A; CN101505903B; WO2008019730A1; EP2054189A1; JP2010500924A; US20110210098A1

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben einer Schweißvorrichtung (1), wobei die Schweißvorrichtung wenigstens eine Schweißelektrode (4) aufweist, die mit wenigstens einer variablen elektrischen Bezugsgröße betrieben wird, und wobei diese elektrische Bezugsgröße durch eine Steuereinrichtung (6) gesteuert wird, wobei die Steuerung der elektrischen Bezugsgröße unter Berücksichtigung eines Referenzdatensates (25) erfolgt, der charakteristisch für einen durchzuführenden Schweißvorgang ist. Erfindungsgemäß wird der Referenzdatensatz (25) unter Zugrundelegung wenigstens eines Rohdatensatzes (23a, 23b, 23c, 23d) ermittelt, wobei dieser Rohdatensatz (23a, 23b, 23c, 23d) für den durchzuführenden Schweißvorgang charakteristisch ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Schweißvorrichtung und insbesondere einer Widerstandspressschweißvorrichtung.
Aus dem Stand der Technik sind diverse Schweißvorrichtungen und Schweißverfahren bekannt. Insbesondere im Bereich der Automobilindustrie werden überwiegend Elektroschweißeinrichtungen verwendet. Derartige Elektroschweißeinrichtungen weisen dabei zwei Schweißelektroden auf, zwischen denen ein Schweißstrom fließt, der zum Schweißen eines zu behandelnden Werkstücks dient. Der Schweißstrom wird dabei üblicherweise von einem Umrichter zur Verfügung gestellt. Dabei werden zum Schweißen üblicherweise Ströme von bis zu 20 kA bei Schweißspannungen im Bereich von 1–2,5 V verwendet, je nach Material der Schweißaufgabe auch darüber. Die einzelnen Schweißvorgänge finden dabei in Zeitfenstern im Bereich von bis zu einer Sekunde statt, es sind jedoch auch längere Zeiten möglich.
Im Stand der Technik wurden bisher für die Schweißvorgänge konstante Schweißströme verwendet. Dabei zeigt sich jedoch, dass in vielen Fällen eine Änderung des Schweißstromes sinnvoll ist, um den Schweißvorgang in seiner Gesamtheit bzw. über seinen zeitlichen Verlauf hinweg ideal durchführen zu können. Entsprechend ist es aus dem Stand der Technik bekannt, den Schweißstrom und andere charakteristische Größen des Schweißvorgangs über einen Regler zu regeln. Dieser Regler greift dabei auf eine Referenzkurve zu, die für den entsprechenden Schweißvorgang charakteristisch ist. Bislang wurde diese Referenzkurve, die der adaptive Regler für den Regel- und Überwachungsbetrieb benötigt, als einzelne Kurve in ein Regelmodul geladen. Diese Referenzkurve wurde über einen Referenzschweißvorgang, der vor den eigentlichen Arbeitsvorgängen liegt, aufgenommen.
Hierdurch ergibt sich jedoch das Risiko, dass eine nicht optimale Referenzkurve als Grundlage der Regelung in dem Regelmodul hinterlegt wird, und der Regler aus diesem Grund nicht optimal arbeitet. Gründe für derartige nicht optimale Kurven sind beispielsweise Spritzerschweißungen, stark verschlissene Elektrodenkappen, frisch gefräste Elektrodenkappen und weitere Störgrößen.
Damit hängt bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren die Referenzkurve von dem aktuellen Systemzustand (beispielsweise dem Verschleißzustand der Elektrodenkappen) ab bzw. von dem aktuellen Systemzustand hängt ab, ob eine optimale Referenzkurve erzeugt werden kann.
Sollte beispielsweise eine Prozessgröße wie die Kühlung, die Kraft der Schweißzange etc. im Moment der Erzeugung der Referenzschweißung nicht stabil sein, so wird auch dieser mangelhafte Zustand als Referenz angelernt.
In diesem Falle ist der Regler falsch referenziert und kann damit nicht optimal arbeiten.
Weiterhin ergibt sich bei vielen Blechsorten ein großes Streuband beispielsweise der Widerstandverläufe. Dieser Streuung kann man mit nur einer Kurve, die als Referenzkurve verwendet wird, nicht begegnen. Mit anderen Worten ist es nicht möglich, ein stabiles Prozessband zu ermitteln, in der sich eine geeignete Referenzkurve befinden müsste, da der Vergleich zu anderen Kurven fehlt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schweißanlage zur Verfügung zu stellen, die eine verbesserte Anpassung an unterschiedliche Systembedingungen erlauben. Genauer gesagt soll ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden, welches eine verbesserte Referenzierung des Reglers erlaubt. Daneben soll ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden, welches eine Überwachung von Schweißvorgängen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Schweißvorrichtung durch Anspruch 11 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Schweißvorrichtung, wobei die Schweißvorrichtung wenigstens eine Schweißelektrode und bevorzugt zwei Schweißelektroden aufweist, die mit Strom mit wenigstens einer variablen elektrischen Bezugsgröße betrieben wird (werden) und wobei die elektrische Bezugsgröße durch eine Steuereinrichtung gesteuert wird, erfolgt die Steuerung der elektrischen Bezugsgröße unter Berücksichtung eines Referenzdatensatzes, der charakteristisch für einen durchzuführenden Schweißvorgang ist. Erfindungsgemäß wird der Referenzdatensatz unter Zugrundelegung wenigstens eines Rohdatensatzes ermittelt, wobei dieser Rohdatensatz charakteristisch für den durchzuführenden Schweißvorgang ist.
Unter einer elektrischen Bezugsgröße werden insbesondere diejenigen Parameter bzw. Größen verstanden, die den elektrischen Strom charakterisieren. Vorzugsweise ist die elektrische Bezugsgröße aus einer Gruppe von Bezugsgrößen ausgewählt, welche den Schweißstrom, die Schweißspannung, die Leistung, die Energie, den Phasenanschnitt, Kombinationen hieraus und dergleichen und insbesondere den Schweißstrom enthält.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zum Steuern und/oder Überwachen einer Schweißvorrichtung gerichtet, wobei die Schweißvorrichtung wenigstens eine Schweißelektrode aufweist, die mit wenigstens einer elektrischen Bezugsgröße betrieben wird und wobei diese elektrische Bezugsgröße durch eine Steuereinrichtung gesteuert wird. Dabei erfolgt die Steuerung der elektrischen Bezugsgröße unter Berücksichtung eines Referenzdatensatzes, der charakteristisch für einen durchzuführenden Schweißvorgang ist. Erfindungsgemäß wird der Referenzdatensatz mit wenigstens einem für den durchzuführenden Messvorgang charakteristischen Rohdatensatz verglichen und aus diesem Vergleich eine Aussage über den durchgeführten Schweißvorgang getroffen.
Der Vergleich des Rohdatensatzes mit dem Referenzdatensatz erlaubt eine Aussage darüber, ob eine Schweißung korrekt durchgeführt wurde. Falls beispielsweise der Rohdatensatz erheblich von dem Referenzdatensatz abweicht, kann entsprechend auf eine fehlerhafte Schweißung geschlossen werden. Auf diese Weise können Schweißvorgänge überwacht werden. Damit werden bei beiden erfindungsgemäßen Verfahren Rohdatensätze erstellt und diese für die Überwachung und Steuerung der Schweißvorrichtung verwendet.
Bevorzugt wird ein Streuband um den Referenzdatensatz festgelegt. Falls Rohdatensätze innerhalb dieses Streubandes liegen, können die entsprechend durchgeführten Schweißungen noch als ordnungsgemäß angesehen werden. Falls die ermittelten Rohdatensätze (partiell) außerhalb dieses Streubandes liegen, ist der Schweißvorgang nicht mehr ordnungsgemäß.
Bevorzugt wird die elektrische Bezugsgröße durch eine Regeleinrichtung geregelt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass das vorliegende Verfahren nicht nur zur Regelung der Bezugsgrößen sondern auch zur Überwachung von Schweißvorgängen verwendet werden kann.
Bevorzugt wird der Referenzdatensatz aus einer Vielzahl von Rohdatensätzen ermittelt, wobei jeder Rohdatensatz für den durchzuführenden Schweißvorgang charakteristisch ist. Bei diesem Verfahren kommt insbesondere aber nicht ausschließlich eine Mittelung über einzelne Rohdatensätze in Betracht.
Der Referenzdatensatz wird im Folgenden auch als Referenzkurve bezeichnet. Diese Referenzkurve beschreibt einen bestimmten Schweißvorgang und enthält beispielsweise Datenpaare wie beispielsweise Kennwerte für Schweißströme in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt des Messverlaufs.
Damit wird im Zusammenhang mit vorliegender Beschreibung unter einem Datensatz, der charakteristisch für den durchzuführenden Schweißvorgang ist, insbesondere ein solcher Datensatz verstanden, der für einen gleichen oder ähnlichen Schweißvorgang aufgenommen wurde. Ein bestimmter Datensatz ist damit charakteristisch für einen Schweißvorgang, der mit bestimmten Schweißelektroden an einem bestimmten zu schweißenden Material oder einem diesem ähnlichen Material durchgeführt wurde.
Die Verwendung einer Vielzahl von Rohdatensätzen, die ebenfalls für den durchzuführenden Schweißvorgang charakteristisch sind, erlaubt die Erstellung eines Referenzdatensatzes, der mögliche Ausreißer durch fehlerhafte Messungen unterdrückt. Daneben kann auf diese Weise ein gemittelter Referenzdatensatz ermittelt werden, der den durchzuführenden Schweißvorgang genauer beschreibt.
Mit anderen Worten kann, beispielsweise durch eine Erweiterung der entsprechenden Bedienoberflächen der Schweißvorrichtung, eine Möglichkeit gegeben werden, den oben genannten Unwägbarkeiten zu begegnen.
Im Einzelnen werden während der laufenden Produktion Schweißungen automatisch nach Aufruf der erfindungsgemäßen neuen Funktionalität über einen gewissen Zeitraum für jedes Programm bzw. für jeden Schweißpunkt aufgezeichnet und z.B. im PC oder in der Schweißsteuerung gespeichert. Mit anderen Worten wird eine Vielzahl von Schweißvorgängen aufgezeichnet, die eine spätere verbesserte Ausgabe des Referenzdatensatzes erlauben.
Nach dem Beenden dieser Aufzeichnung stehen dem Anwender Kurvenscharen (z.B. Widerstandsverläufe) für jedes geschweißte Programm bzw. für jeden Schweißpunkt zur Verfügung (bei vernetzten Anlagen für jede einzelne Steuerung und jedes Programm). Anhand dieser Kurvenscharen ist es dem Anwender möglich, Ausreißer wie Spritzerschweißungen oder gestörte Schweißungen zu erkennen und diese beispielsweise per Mausklick zu löschen. Dieses Erkennen bzw. Löschen kann jedoch auch automatisiert erfolgen.
Des Weiteren kann der Anwender das stabile Prozessband erkennen und die Lage der zur erzeugenden Referenzkurve besser einschätzen.
Nach Entfernung der oben genannten Ausreißer kann die Kurvenschar abschließend gemittelt und als Referenzdatensatz im Regelmodul der Schweißsteuerung gespeichert werden.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sich der Referenzdatensatz in der Mitte des genannten Prozessbandes befindet oder allgemein an einer von dem Benutzer festzulegenden Position. Vorteilhafterweise werden bei der Ermittlung der oben genannten Kurvenschar alle gemessenen bzw. abgeleiteten Größen gemittelt, wie beispielsweise der Strom, die Spannung der Phasenanschnitt, der Widerstand, die Leistung und die Energie.
Bei einem bevorzugten Verfahren enthält der Referenzdatensatz eine Vielzahl von Wertepaaren beispielsweise einen Zeitwert, dem gegenüber ein Widerstandswert aufgetragen ist.
Bevorzugt wird der Referenzdatensatz durch Anwendung einer mathematischen Operation auf wenigstens einen Rohdatensatz und besonders bevorzugt auf wenigstens einen Teil der Rohdatensätze erzeugt. Bei dieser Operation kann es sich um Mittelungen und dergleichen handeln. Insbesondere ist die mathematische Operation aus einer Gruppe von mathematischen Operationen ausgewählt, welche Mittelwertbildungen, insbesondere arithmetische oder geometrische Mittelwertbildungen, Integralbildungen, Summenbildungen, Kombinationen hieraus und dergleichen enthält. Bevorzugt werden arithmetische Mittelwertbildungen verwendet, um die einzelnen Rohdatensätze zu mitteln und so den Referenzdatensatz zu erzeugen. Bei der Anwendung der mathematischen Operation auf nur einen Rohdatensatz handelt es sich insbesondere aber nicht ausschließlich um eine Glättung dieses Rohdatensatzes.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren enthalten die Wertepaare jeweils einen ersten Wert und wenigstens einen diesem ersten Wert zugeordneten zweiten Wert. Es ist jedoch auch möglich, dass zu einem ersten Wert mehrere zweite Werte beispielsweise ein Stromwert, ein Spannungswert, ein daraus abgeleiteter Widerstandswert, ein Wert für den Phasenanschnitt und Werte für Leistung und Energie zugeordnet werden. In diesem Falle handelt es sich nicht um Wertepaare sondern um Werte n-Tupel.
Bevorzugt wird die mathematische Operation auf diejenigen zweiten Werte der unterschiedlichen Rohdatensätze angewandt, die jeweils dem gleichen ersten Wert zugeordnet sind. So wird beispielsweise einem bestimmten ersten Wert, beispielsweise einem Zeitwert in einem vorgegeben Rohdatensatz ein bestimmter Widerstandswert zugeordnet. Diese Widerstandswerte, dass heißt die zweiten Werte, werden anschließend arithmetisch gemittelt und der entsprechende Mittelwert als Grundlage für den Referenzdatensatz bei dem vorgegebenen Zeitwert verwendet. Der Referenzdatensatz enthält damit zu diesem oben genannten ersten Wert den ihm zugeordneten Mittelwert.
Vorzugsweise liegt die Anzahl der Rohdatensätze, die zur Ermittlung des Referenzdatensatzes verwendet werden, zwischen 1 und 1000, bevorzugt zwischen 5 und 200, besonders bevorzugt zwischen 10 und 100 und besonders bevorzugt zwischen 15 und 40. Bei der Ermittlung der Anzahl muss einerseits berücksichtig werden, dass mit steigender Anzahl auch die Genauigkeit des Referenzdatensatzes steigt. Auf der anderen Seite ist insbesondere bei einer manuellen Bearbeitung der Rohdatensätze zu berücksichtigen, dass zu viele Datensätze vom Benutzer nicht mehr bearbeitet werden können.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Schweißvorrichtung in einer Vielzahl von Programmen betreibbar und in jedem dieser Programme wird ein Referenzdatensatz erzeugt. Unter verschiedenen Programmen werden dabei unterschiedliche Schweißprogramme beispielsweise für unterschiedliche Arten von Materialien verstanden. In jedem dieser Schweißprogramme können jeweils eine Vielzahl von Rohdatensätzen erzeugt werden, aus denen wiederum der Referenzdatensatz erzeugt wird.
In einem weiteren bevorzugten Verfahren werden bei der Ermittlung des Referenzdatensatzes unterschiedliche Rohdatensätze wenigstens teilweise unterschiedlich gewichtet. So ist es beispielsweise möglich, solche Rohdatensätze, die unplausibel sind oder Ausreißer enthalten unterschiedlich zu gewichten. Dabei ist es insbesondere auch möglich, einzelne Rohdatensätze mit dem Faktor 0 zu gewichten, dass heißt bei der Ermittlung des Referenzdatensatzes nicht zu berücksichtigen. Auch ist es möglich, einzelne Datenwerte innerhalb der Rohdatensätze bei der Ermittlung des Referenzdatensatzes unberücksichtigt zu lassen.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren erfolgt eine derartige Gewichtung automatisch. So ist es beispielsweise möglich, aus den Rohdatensätzen Ausreißer beispielsweise im Wege einer Differenzierung oder durch Gradientenbildung zu erkennen und bei Vorliegen derartiger Ausreißer den entsprechenden Rohdatensatz vollständig aus der Mittelwertbildung herauszunehmen.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Schweißvorrichtung mit einer ersten Schweißelektrode, eine mit der ersten Schweißelektrode zusammenwirkenden zweiten Schweißelektrode und einer Versorgungseinrichtung, welche die Schweißelektroden mit einem elektrischen Strom versorgt, wobei wenigstens eine Bezugsgröße dieses elektrischen Stroms variabel ist, gerichtet. Diese Schweißvorrichtung weist weiterhin eine Messeinrichtung auf, welche wenigstens eine elektrische Größe bestimmt, die für die elektrische Bezugsgröße des Stromes, mit dem die Elektroden versorgt werden, charakteristisch ist, sowie eine Steuereinrichtung, die die elektrischen Bezugsgröße in Abhängigkeit von der charakteristischen Messgröße steuert. Dabei steuert die Steuereinrichtung die elektrische Bezugsgröße unter Berücksichtung eines Referenzdatensatzes der für einen durchzuführenden Schweißvorgang charakteristisch ist. Erfindungsgemäß weißt die Schweißvorrichtung bzw. ein dieser Elektroschweißeinrichtung zugeordneter PC eine Speichereinrichtung auf, in der wenigstens ein Rohdatensatz wenigstens zeitweise gespeichert ist wobei dieser Rohdaten satz für den durchzuführenden Schweißvorgang charakteristisch ist. Weiterhin ist eine Prozessoreinrichtung vorgesehen die aus wenigstens einem Rohdatensatz den Referenzdatensatz ermittelt und/oder wenigstens einen Rohdatensatz mit dem Referenzdatensatz vergleicht.
Vorzugsweise ist die elektrische Bezugsgröße aus einer Gruppe von Bezugsgrößen ausgewählt, welche den Schweißstrom, die Schweißspannung, die Leistung, die Energie, den Phasenanschnitt, Kombinationen hieraus und dergleichen und insbesondere den Schweißstrom enthält.
Bevorzugt ermittelt die Prozessoreinrichtung den Referenzdatensatz aus einer Vielzahl von Rohdatensätzen bzw. einem Teil der Rohdatensätze.
Auch ist in der Speichereinrichtung bevorzugt eine Vielzahl von Rohdatensätzen wenigstens zeitweise gespeichert, wobei jeder Rohdatensatz für den durchzuführenden Schweißvorgang charakteristisch ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Messeinrichtung eine Strommesseinrichtung, die den Schweißstrom misst.
Besonders bevorzugt weißt die Schweißvorrichtung eine Schalteinrichtung auf, mit deren Hilfe von einem ersten Modus, in welchem die Rohdatensätze in die Speichereinrichtung eingelesen werden, in einen zweiten Modus, in dem ein Schweißvorgang unter Berücksichtigung der Referenzdatensätze durchgeführt werden kann, umgeschaltet werden kann. Bei diesem zweiten Modus handelt es sich insbesondere um den Arbeitsmodus, in dem die Schweißvorgänge durchgeführt werden. Dabei kann es sich bei der Schalteinrichtung beispielsweise um einen mechanischen Schalter handeln, es ist jedoch auch möglich, dass ein softwarebasierter Schalter vorgesehen ist oder auch eine Schalteinrichtung wie beispielsweise Sensorelemente, Bildschirmelemente oder dergleichen vorgesehen sind.
Bevorzugt weist die Schweißvorrichtung einen Kalibriermodus auf, in dem aus einer Vielzahl von Rohdatensätzen ein Referenzdatensatz erzeugt werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Schweißvorrichtung gerichtet, die mit einem Verfahren der oben beschriebenen Art betrieben wird.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen:
Darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Teils einer Schweißvorrichtung;
2 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung;
3 eine graphische Darstellung einer Vielzahl aufgenommener Rohdatensätze;
4 eine weitere Darstellung einer Vielzahl von Rohdatensätzen; und
5 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Schweißvorrichtung 1. Diese Schweißvorrichtung 1 weist eine Schweißzange 10 auf. Die Schweißzange 10 umfasst zwei Elektroden 4, 5 die zum Verschweißen zweier Oberflächen bzw. zweier oder mehrerer Werkstücke 3a, 3b, dienen. Dabei wird der Schweißzange über die Stromleitungen 14, 15 der Schweißstrom zugeführt. Die Spannungsmessleitungen 17, 18 bzw. Elektrodenspannungskabel dienen zur Spannungsmessung. Diese Elektrodenspannungskabel 17, 18 können an den Zangenarmen kontaktiert werden und sollten so verlegt werden, dass sie die Bewegung der Schweißzange 10 nicht behindern. Da diese Kabel gleichwohl durch die Bewegung der Zange mitbewegt werden, sollte für die Elektrodenspannungskabel 17, 18 ein hochflexibles Kabel eingesetzt werden.
An den jeweiligen Zangenarmen wird nur jeweils eine Ader bzw. ein Spannungsmesskabel angeschlossen. Daher kann das Kabel in diesem Bereich ungeschirmt ausgeführt werden. Im weiteren Verlauf werden jedoch die Spannungskabel 17, 18 gemeinsam mit weiteren Leitungen geführt und daher ist an dieser Stelle eine Abschirmung 12 nötig. Diese Abschirmung wird wiederum auf Massepotential gelegt, sodass Störungen außen gut abgeleitet werden.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Schweißanlage. Dabei bezieht sich das Bezugszeichen 8 auf eine Bedienoberfläche, die sich beispielsweise auf einem PC befinden kann. Das Bezugszeichen 20 bezeichnet die Steuerung für die Schweißzange beispielsweise in Form eines Schaltschranks. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet wiederum die Schweißzange.
Das Bezugszeichen 7 bezieht sich auf eine Messeinrichtung zur Messung des Schweißstromes I_sch. Weiterhin wird mit Hilfe der Abschirmung 12 und einer weiteren (nicht gezeigten) Spannungsmesseinrichtung die jeweilige Spannung gemessen, um auf diese Weise in zeitlicher Abhängigkeit den Widerstand zu bestimmen (als abgeleitete Größe). Dieser Schweißwiderstand setzt sich dabei aus Stoffwiderständen und Kontaktwiderständen zusammen. Die Stoffwiderstände sind abhängig von dem Material und dem Zustand der Schweißelektroden selbst sowie von den beiden zu schweißenden Materialen. Die Kontaktwiderstände ergeben sich durch den Schweißprozess selbst, dass heißt insbesondere die sich kontaktierenden Oberflächen, die entstehende Schweißlinse bzw. Schweißnaht und der Schweißelektroden.
Das Bezugszeichen 6 bezieht sich hier auf den Regler, dass heißt genauer gesagt, einen Strom-Spannungs-Regler und das Bezugszeichen 19 auf einen Transformator.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Aufbaus können mehrere Schweißungen eines Programms herangezogen werden, wobei diese Schweißungen unabhängig von der Reihenfolge, in der die Programme ablaufen, sind. Auch können mehrere Schweißungen bei mehreren Schweißsteuerungen gleichzeitig aufgenommen werden, was die Erstellung der Referenzdatensätze in der Praxis erheblich vereinfacht.
3 zeigt ein Diagramm mit einer Vielzahl derartiger Rohdatensätze bzw. Rohkurven 23a, 23b, 23c, 23d, 23e. Dabei ist in dem Diagramm der Widerstand, der sich aus den gemessenen Strom- und Spannungswerten ergibt, gegenüber der Zeit des Schweißvorgangs aufgetragen.
Man erkennt, dass sich für einen Schweißvorgang eine Vielzahl von Rohdatensätzen ergeben. Diese einzelnen Rohdatensätze werden in einem Aufzeichnungsmodus in eine Speichereinrichtung 16 (vgl. 2) eingelesen. Dabei ist es einerseits möglich, die Aufzeichnung so durchzuführen, dass bereits aufgezeichnete Rohdatensätze gelöscht werden. Es ist je doch auch möglich, dass bereits aufgezeichnete Rohdatensätze beibehalten werden und die Aufzeichnung mit weiteren Rohdatensätzen fortgesetzt wird.
Bevorzugt ist es möglich, die Aufzeichnung der Rohdaten selbst bzw. deren Verlauf direkt am PC mitzuverfolgen. Nach dem Abschluss einer jeweiligen Aufzeichnung, welcher in einer Statusanzeige angezeigt wird, kann die Aufzeichnung angehalten werden und in einen Analysiermodus übergegangen werden, der nach Aufzeichnung aller Rohdaten z.B. der Erstellung der Referenzdatensätze dient.
Mit Hilfe geeigneter Filter bzw. geeigneter Programme können, wie in 3 gezeigt, sämtliche aufgenommenen Kurven angezeigt werden. Dabei kann während der Bearbeitung eine spezielle Kurve, in diesem Fall beispielsweise die Kurve 23d, zur weiteren Bearbeitung ausgewählt werden. Der Bearbeiter hat nunmehr die Möglichkeit diese Kurve allein dazustellen, dass heißt die weiteren Kurven 23a, 23b, 23c... auszublenden. Falls sich herausstellt, dass diese Kurve bzw. dieser Rohdatensatz 23d für die Weiterverwertung ungeeignet ist, beispielsweise weil er eine Schweißspritzermessung charakterisiert, so kann dieser Datensatz bzw. diese Kurve 23d gelöscht werden. Auch ist es möglich, aus der Kurve 23d einzelne Messpunkte bzw. Ausreißer zu löschen bzw. zu korrigieren, beispielsweise im Rahmen einer Glättung der Kurve.
Des Weiteren ist es möglich, einzelne Kurven 23d mit speziell angepassten Algorithmen zu glätten. In jedem Fall sollten in diesem Verfahrenstadium Kurven bzw. Rohdatensätze von Spritzerschweißungen und andere Ausreißer gelöscht werden. Derartige Rohdatensätze sind in 3 durch die Bezugszeichen 23c und 23e gekennzeichnet und können an der plötzlich fallenden Flanke des Widerstandsverlaufs erkannt werden. Daher ist es auch möglich, derartige Rohdatensätze automatisch zu identifizieren und zu löschen, beispielsweise, indem der Gradient derartiger Rohdatensätze betrachtet wird.
In einem weiteren Verfahrensschritt kann eine Mittelung der noch verbleibenden Kurven bzw. Rohdatensätze vorgenommen werden um auf diese Weise die entsprechende Referenzkurve für ein Programm bzw. einen Schweißpunkt zu ermitteln. Dieser Vorgang ist in 4 dargestellt. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 25 die gemittelte Kurve, dass heißt die Referenzkurve bzw. den Referenzdatensatz für das Programm.
Die beiden darüber und darunter liegenden Kurven 26 und 27 bezeichnen die minimal bzw. maximal auftretenden Widerstandsverläufe. Für diese Widerstandsverläufe können einerseits die jeweils kompletten höchst und niedrigst liegenden Kurven verwendet werden, es können jedoch auch zu jedem speziellen Zeitwert die entsprechenden maximalen und minimalen Widerstände eingesetzt werden. Die Angabe dieser maximalen und minimalen aufgetretenen Widerstandsverläufe ist insbesondere interessant, um ein Maß für die Streuung der Messwerte zu bekommen. Auch ist es möglich die, entsprechenden Streuungen bzw. Varianzen anzugeben um auf diese Weise ein Bild über den Streuungsverlauf der Messung zu erhalten.
Die vertikale Linie 28 zeigt ein exemplarisch herausgegriffenen Wert, dass heißt den in der Figur angegebenen Zeitwert 270 und den zu diesen korrespondierenden Widerstandswert 158.
Im weiteren Verfahren ist es möglich, die hier dargestellte Kurve 25 wider in Verbindung mit den Rohdatensätzen zu zeigen oder auch auf die ursprüngliche Kurvenstellung zurückzuschalten.
Im weiteren Verfahrensschritt wird der nun mehr ermittelte Referenzdatensatz als Referenzkurve in der Schweißsteuerung 6 (mit Regler) für dieses spezielle Programm abgespeichert. In den jeweils anderen Arbeitsprogrammen kann mit den ermittelten Rohdatensätzen in gleicher Weise verfahren werden. Es wird darauf hingewiesen, dass in der vorliegenden Darstellung die Ermittelung des Referenzdatensatzes am Beispiel einer Widerstandsmessung gezeigt wurde. Entsprechend ist es jedoch auch möglich, Messungen für die Leistungs-, Energie- und Phasenanschnittswerte zu ermitteln um auch hier entsprechende Referenzdatensätze zu erzeugen.
5 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung des vollständigen Verfahrensablaufes. In einem ersten Verfahrensschritt wird die Aufzeichnung von Schweißabläufen begonnen und die einzelnen Schweißabläufe bzw. Rohdatensätze in der Steuerung oder den PC 8 gespeichert. Die Aufzeichnung kann durch eine entsprechende Eingabe des Benutzers angehalten werden. Nachdem eine Vielzahl von Schweißabläufen aufgezeichnet wurden, können die einzelnen Verläufe bzw. Kennwerte durch den Anwender oder auch automatisch analysiert werden. Dabei können insbesondere Ausreißer, beispielsweise durch Spritzer schweißungen, entfernt werden. Im weiteren Verfahrensschritt werden die übrigen verbleibenden Verläufe bzw. Kennwerte gemittelt und die sich ergebende gemittelte Kurve als Referenz in der Schweißsteuerung abgespeichert. Dieser Vorgang kann für unterschiedliche Schweißprogramme wiederholt werden.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

1: Schweißvorrichtung
3a, 3b: Werkstück
4: Elektrode
5: Elektrode
6: Schweißsteuerung
7: Messeinrichtung
8: PC
10: Schweißzange
12: Abschirmung
14, 15: Stromleitung
16: Speichereinrichtung
17, 18: Spannungsmessleitung
19: Transformator
20: Steuerung für die Schweißzange
23a, b, c, d, e: Rohdatensätze bzw. Rohkurven
25: Referenzdatensatz bzw. Referenzkurve
26: maximal auftretende Widerstandsverläufe
27: minimal auftretende Widerstandsverläufe
28: vertikale Linie
I_Sch: Schweißstrom

Claims

Verfahren zum Steuern und/oder Überwachen einer Schweißvorrichtung (1) wobei die Schweißvorrichtung (1) wenigstens eine Schweißelektrode (4) aufweist, die mit wenigstens einer veränderbaren elektrischen Bezugsgröße betrieben wird und wobei diese elektrische Bezugsgröße durch eine Steuereinrichtung (6) gesteuert wird, wobei die Steuerung der elektrischen Bezugsgröße unter Berücksichtung eines Referenzdatensatzes (25) erfolgt, der charakteristisch für einen durchzuführenden Schweißvorgang ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdatensatz (25) unter Zugrundelegung wenigstens eines Rohdatensatzes (23a, 23b, 23c, 23d) ermittelt wird, wobei dieser Rohdatensatz (23a, 23b, 23c, 23d) für den durchzuführenden Schweißvorgang charakteristisch ist.
Verfahren zum Steuern und/oder Überwachen einer Schweißvorrichtung (1) wobei die Schweißvorrichtung (1) wenigstens eine Schweißelektrode (4) aufweist, die mit wenigstens einer elektrischen Bezugsgröße betrieben wird und wobei diese elektrische Bezugsgröße durch eine Steuereinrichtung (6) gesteuert wird, wobei die Steuerung der elektrischen Bezugsgröße unter Berücksichtung eines Referenzdatensatzes (25) erfolgt, der charakteristisch für einen durchzuführenden Schweißvorgang ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdatensatz (25) mit wenigstens einem für den durchzuführenden Messvorgang charakteristischen Rohdatensatz (23a, 23b, 23c, 23d) verglichen wird und aus diesem Vergleich eine Aussage über den durchgeführten Schweißvorgang getroffen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Bezugsgröße aus einer Gruppe von Bezugsgrößen ausgewählt ist, welche den Schweißstrom (I_Sch), die Schweißspannung, die Leistung, die Energie, den Phasenanschnitt, Kombinationen hieraus und dergleichen und insbesondere den Schweißstrom (I_Sch) enthält.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekenzeichnet, dass der Referenzdatensatz (25) aus einer Vielzahl von Rohdatensätzen (23a, 23b, 23c, 23d) ermittelt wird, wobei jeder Rohdatensatz (23a, 23b, 23c, 23d) für den durchzuführenden Schweißvorgang charakteristisch ist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdatensatz (25) eine Vielzahl von Wertepaaren enthält.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdatensatz (25) durch Anwendung einer mathematischen Operation auf wenigstens einen Rohdatensatz (23a, 23b, 23c, 23d) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mathematische Operation aus einer Gruppe von mathematischen Operationen ausgewählt ist, welche Mittelwertbildungen, insbesondere arithmetische oder geometrische Mittelwertbildungen, Integralbildungen, Summenbildungen, Glättungen, Kombinationen hieraus und dergleichen enthält.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wertepaare jeweils einen ersten Wert und wenigstens einen zweiten diesem ersten Wert zugeordneten Wert enthalten.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mathematische Operation auf diejenigen zweiten Werte der unterschiedlichen Rohdatensätze (23a, 23b, 23c, 23d) angewandt wird, die jeweils dem gleichen ersten Wert zugeordnet sind.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Rohdatensätze (23a, 23b, 23c, 23d), die zur Ermittlung des Referenzdatensatzes (25) verwendet werden, zwischen 1 und 1000, bevorzugt zwischen 5 und 200, besonders bevorzugt zwischen 10 und 100 und besonders bevorzugt zwischen 15 und 40 liegt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißvorrichtung (1) in einer Vielzahl von Programmen betreibbar ist und in jedem dieser Programme ein Referenzdatensatz (25) erzeugt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Referenzdatensatzes (25) unterschiedliche Rohdatensätze (23a, 23b, 23c, 23d) wenigstens teilweise unterschiedlich gewichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtung automatisch erfolgt
Schweißvorrichtung (1) mit einer ersten Schweißelektrode (4), einer mit der ersten Schweißelektrode zusammenwirkenden zweiten Schweißelektrode (5), einer Versorgungseinrichtung, welche die Schweißelektroden (4, 5) während eines Schweißvorganges mit einem elektrischen Strom (I_Sch) versorgt wobei wenigstens eine Bezugsgröße dieses elektrischen Stroms (I_Sch) variabel ist, einer Messeinrichtung (7), welche wenigstens eine elektrische Größe bestimmt, welche für die elektrische Bezugsgröße, mit der die Elektrode versorgt wird, charakteristisch ist und einer Steuereinrichtung (6), welche die elektrische Bezugsgröße in Abhängigkeit von der charakteristischen Messgröße steuert, wobei die Steuereinrichtung (6) die elektrische Bezugsgröße unter Berücksichtigung eines Referenzdatensatzes (25) steuert, der für den durchzuführenden Schweißvorgang charakteristisch ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißvorrichtung eine Speichereinrichtung (16), in der wenigstens ein Rohdatensatz (23a, 23b, 23c, 23d) gespeichert ist, wobei dieser Rohdatensatz (23a, 23b, 23c, 23d) für den durchzuführenden Schweißvorgang charakteristisch ist, aufweist, sowie eine Prozessoreinrichtung, die aus wenigstens einem Rohdatensatz (23a, 23b, 23c, 23d) den Referenzdatensatz (25) ermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Bezugsgröße aus einer Gruppe von Bezugsgrößen ausgewählt ist, welche den Schweißstrom (I_Sch), die Schweißspannung, die Leistung, die Energie, den Phasenanschitt, Kombinationen hieraus und dergleichen und insbesondere den Schweißstrom (I_Sch) enthält.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 14–15, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (7) eine Strommesseinrichtung (7) ist, die den Schweißstrom (I_Sch) misst.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 14–16, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinrichtung den Referenzdatensatz (25) aus einer Vielzahl von Rohdatensätzen (23a, 23b, 23c, 23d) ermittelt.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 14–17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißvorrichtung (1) eine Schalteinrichtung aufweist, mit deren Hilfe von einem ersten Modus, in welchem die Rohdatensätze (23a, 23b, 23c, 23d) in die Speichereinrichtung (16) eingelesen werden, in einen zweiten Modus, in dem ein Schweißvorgang unter Berücksichtigung des Referenzdatensatzes (25) durchgeführt werden kann, umgeschaltet werden kann.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 14–18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißvorrichtung (1) einen Kalibriermodus aufweist, in dem aus einer Vielzahl von Rohdatensätzen (23a, 23b, 23c, 23d) ein Referenzdatensatz (25) erzeugt werden kann.