-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen und/oder Steuern einer Vorrichtung zum Anbringen jeweils eines Schweißpunktes für eine Vielzahl zeitlich aufeinander folgender Fügeereignisse.
-
Verfahren zum Überwachen und/oder Steuern einer Vorrichtung zum Anbringen jeweils eines Schweißpunktes sind bekannt. Zum Anbringen des Schweißpunktes kann, beispielsweise in zwei zu fügenden Blechteilen, derart ein elektrischer Strom eingebracht werden, dass sich der Schweißpunkt bildet und damit die zwei Blechteile miteinander gefügt sind. Es ist bekannt, einen Verschleiß von Elektrodenkappen zu detektieren. Dies kann beispielsweise über eine Messung eines Widerstandes während des Fügeereignisses erfolgen. Aus der
DE 696 03 343 T2 ist ein Verfahren zum Steuern des Widerstandsschweißens enthalten, die Schritte der Einstellung mehrerer erster vorhergehender Mitgliedsfunktionen für jeweilige Grade eine Änderung des Widerstands zwischen Schweißelektroden im Schweißbetrieb; Setzen mehrere Schlussfolgerungs-Mitgliedsfunktionen entsprechend den vorhergehenden Mitgliedsfunktionen für jeweilige Grade der Geschwindigkeit einer Änderung eines vorgewählten Wertes des Schweißstromes; Erfassen der Änderung des Widerstands zwischen den Schweißelektroden während jedes Schweißvorgangs; Durchführen einer Fuzzy-Folgerung auf der Grundlage der erfassten Änderung des Widerstands gemäß den vorhergehenden Mitgliedsfunktionen und den Schlussfolgerungs-Mitgliedsfunktionen, um den vorgewählten Wert des Schweißstroms für den nächsten Schweißgang zu korrigieren und Versetzen der erfassten Änderung des Widerstands um einen vorbestimmten Wert vor der Durchführung der Fuzzy-Folgerung bekannt. Es wird also eine Differenz zwischen einem Maximalwiderstand und einem Minimalwiderstand gemessen, um abhängig von der Schweißpunktzahl den Schweißstrom anzupassen. Aus der
US 4 634 829 ist ein Punktschweißverfahren bekannt, wobei ein Schweißstrom und eine Schweißzeit in Abhängigkeit von Änderungen einer Form einer Schweißstelle einer Schweißelektrodenspitze geregelt wird. Es wird ein Minimalwiderstand gemessen. Dieser Wert wird in der Steuerung abgespeichert und daraus ein Mittelwert errechnet. Der Steuerung wurden vorher Widerstandswerte von Elektrodenkappen mit unterschiedlichen Verschleißzuständen hinterlegt. Nun wird der gemessene Wert mit den hinterlegten Werten verglichen und einem Verschleißzustand zugeordnet. Bei beiden Verfahren soll eine Vergrößerung einer Kontaktfläche und eine dadurch abnehmende Stromdichte kompensiert werden. Es ist jedoch nicht möglich, einen Abbruch einer Standmenge zu bewirken, falls eine bestimmte Verschleißgrenze überschritten wird.
-
Weiterhin ist aus der
DE 10 2006 038 786 A1 und
DE 31 13 250 C2 ein Verfahren zum Überwachen und Steuern einer Vorrichtung zum Widerstandsschweißen bekannt, bei dem ein Strom und eine Spannung gemessen und daraus ein Widerstand ermittelt wird, der über die Zeit aufgetragen wird.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Überwachen und/oder Steuern von Fügeereignissen zu ermöglichen, insbesondere ein Erreichen einer Verschleißgrenze besser erkennen zu können.
-
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Überwachen und/oder Steuern einer Vorrichtung zum Anbringen jeweils eines Schweißpunktes für eine Vielzahl zeitlich aufeinander folgender Fügeereignisse, mit Messen eines Stroms und einer Spannung der Fügeereignisse, Ermitteln eines Widerstandes der Fügeereignisse mittels des Stroms und der Spannung, Ermitteln einer Zeitreihe der Widerstände und/oder Ermitteln einer Prognose für eine Alterung der Vorrichtung in Abhängigkeit einer Charakteristik der Zeitreihe gelöst. Vorteilhaft kann über die Zeitreihe jeweils der Widerstand ermittelt werden, wobei vorteilhaft erkannt wurde, dass die Zeitreihe eine bestimmte Charakteristik aufweist, mittels der besonders genau die Alterung und damit gegebenenfalls eine Verschleißgrenze ermittelbar ist. Vorteilhaft spielt eine möglicherweise stattfindende Verschmutzung der Messvorrichtung, wie sie beispielsweise bei optischen Systemen zum Erkennen der Verschleißgrenze auftreten können, keine Rolle.
-
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln eines Widerstandsverlaufs des Fügeereignisses vorgesehen. Vorteilhaft kann über das gesamte Fügeereignis der Widerstandsverlauf ermittelt werden.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln eines Endwiderstands des Widerstandsverlaufs vorgesehen. Es wurde erkannt, dass vorteilhaft der Endwiderstand einen besonders zuverlässigen Informationsgehalt für das jeweilige Fügeereignis aufweist. Ferner ist der Endwiderstand leicht zu ermitteln.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Bestimmen der Charakteristik mittels Einteilen der Zeitreihe in drei Phasen: Eine Anstiegsphase, eine quasi statische Phase sowie eine abfallende Phase vorgesehen. Es wurde erkannt, dass vorteilhaft die abfallende Phase eine zunehmende Alterung der Vorrichtung anzeigt. Gegebenenfalls kann eine Warnung generiert werden, die die Alterung anzeigt, falls die abfallende Phase erkennbar ist und/oder ein Widerstandsschwellwert des Endwiderstands in der abfallenden Phase unterschritten wird. Unter Zeitreihe kann eine Vielzahl von Fügeereignissen beziehungsweise deren Endwiderstände verstanden werden.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Elektrode aufweist. Mittels der Elektrode kann der Strom, der zum Fügen erforderlich ist, während des Fügeereignisses in den zu fügenden Werkstoff eingeleitet werden.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist eine Anwendung des Verfahrens für eine Vielzahl von Elektroden vorgesehen. Bei der Vorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Schweißstraße und/oder einen Schweißroboter handeln, der eine Vielzahl von Schweißzangen beziehungsweise Schweißelektroden aufweist, die jeweils eine Vielzahl von Fügeereignissen durchführen. Vorteilhaft kann die gesamte Schweißstraße mittels mehrfacher Anwendung des Verfahrens überwacht und/oder gesteuert werden, wobei für jede einzelne Elektrode beziehungsweise Schweißzange rechtzeitig die Altersgrenze erkannt werden kann.
-
Die Aufgabe ist ferner bei einer Vorrichtung, die eingerichtet, ausgelegt und/oder konstruiert ist zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens gelöst. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separaten Erfindung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
-
1 ein Schaubild verschiedener Widerstandsverläufe verschiedener Fügeereignisse über einer Schweißzeit;
-
2 eine Zeitreihe von Punktdurchmessern von Schweißpunkten; und
-
3 die in 2 gezeigte Zeitreihe, jedoch für einen Endwiderstand der in 1 gezeigten Widerstandsverläufe.
-
1 zeigt ein Schaubild 1 von verschiedenen Widerstandsverläufen 3 in µΩ über einer Schweißzeit in ms. Die Widerstandsverläufe 3 sind beispielhaft für einen ersten Schweißpunkt, einen 80. Schweißpunkt, einen 240. Schweißpunkt, einen 300. Schweißpunkt, einen 375. Schweißpunkt sowie einen 440. Schweißpunkt dargestellt. Mittels eines Kreises 5 sind sogenannte Endwiderstände der Widerstandsverläufe 3 gekennzeichnet. Unter Endwiderstand kann der letzte gemessene Widerstand am Ende des jeweiligen Widerstandsverlaufes 3 verstanden werden.
-
2 zeigt ein Schaubild 7 einer Zeitreihe 9 zwischen 0 und 500 Fügeereignissen beziehungsweise Schweißpunkten. Für jedes der einzelnen Fügeereignisse beziehungsweise Schweißpunkte wurde ein Durchmesser in Millimetern ermittelt, was mittels eines ersten Graphs 11 in 2 eingezeichnet ist. Zusätzlich ist ein Mindestpunktdurchmesser 13 eingezeichnet. Es ist zu erkennen, dass im Bereich zwischen dem 390. und 500. Punkt der Mindestpunktdurchmesser 13 von dem ersten Graph 11 geschnitten, also unterschritten wird. Der erste Graph 11 ist in eine Anstiegsphase, eine quasi statische Phase sowie eine abfallende Phase eingeteilt, wobei die abfallende Phase in dem Bereich liegt, in dem der Mindestdurchmesser 13 von dem ersten Graph 11 unterschritten wird.
-
3 zeigt mittels eines zweiten Graphs 15 den erfindungsgemäßen Zusammenhang über der Zeitreihe 9 für den in 1 mittels des Kreises 5 symbolisierten Endwiderstand der jeweiligen Widerstandsverläufe 3. In 3 sind die Endwiderstände zwischen 210 und 240 µΩ aufgetragen. Es ist zu erkennen, dass zwischen dem 0. und 160. Fügeereignis ein Anstieg der Endwiderstände der Zeitreihe 9 erfolgt, was der Anstiegsphase entspricht. Zwischen dem 160. und 390. Fügeereignis, also während der quasi statischen Phase, bleibt der Endwiderstand im Wesentlichen konstant. Ab dem 390. Fügeereignis beginnt der Endwiderstand abzufallen, was der abfallenden Phase entspricht. Vorteilhaft kann die abfallende Phase, also das sich wieder Verringern der Endwiderstände der Widerstandsverläufe 3 erkannt werden, wobei vorteilhaft dabei auf das Erreichen der Verschleißgrenze geschlossen werden kann. Das Erreichen der Verschleißgrenze ist in 2 beispielsweise durch das Unterschreiten der Punktdurchmesser des Mindestpunktdurchmessers 13 zu erkennen.
-
Vorteilhaft ist es durch Mittelfrequenztechnik und Onlinemessungen von Strom und Spannung, beispielsweise zum Ermitteln der Widerstandsverläufe 3 des Schaubilds 1 möglich, für jedes Fügeereignis einen Messwert beziehungsweise den Widerstandsverlauf zu berechnen, zu überwachen und/oder zu regeln. Bei dem sogenannten Widerstandsschweißen werden üblicherweise Elektroden auf Kupferbasis zur Stromkontaktierung und zur Aufbringung der Elektrodenkraft eingesetzt. Vorteilhaft kann das Verfahren in der blechverarbeitenden Industrie verwendet werden, wobei korrosionsschutzbeschichtete Bleche zum Einsatz kommen. Die Beschichtungen können auf Zink, Aluminium und/oder organischer Basis sich an entsprechende Kontaktkappen anlegieren und führen zu einem Verschleiß der Elektroden. Vorteilhaft können die Elektroden überwacht und ein Erreichen der Alterungsgrenze rechtzeitig erkannt werden. Vorteilhaft kann nach Erreichen der Alterungsgrenze durch Fräsen oder Schaben die entsprechende Elektrode nachgearbeitet werden, so dass diese wieder für weitere Fügeereignisse einsatzbereit ist. Vorteilhaft kann gegenüber einer empirischen Festlegung solcher Nacharbeitszyklen dieser nur dann durchgeführt werden, wenn auch tatsächlich eine die Qualität verringernde Alterung der Elektroden eingetreten ist. Damit kann vorteilhaft ein bei dem Fräsen oder Schaben auftretender Kupferverbrauch minimiert werden.
-
Erfindungsgemäß wurde erkannt, insbesondere durch empirische Auswertung von einer Vielzahl von Widerstandsverläufen 3, dass sich eine Zeitreihe der Widerstandsverläufe 3 über einen fortschreitenden Kappenverschleiß beziehungsweise eine Alterung der Vorrichtung ändert, was in Schaubild 1 der 1 zu erkennen ist. Dabei wurde festgestellt, dass der letzte Widerstandswert, also der Endwiderstand, der bei Beendigung des Stromflusses auftritt, eine spezielle Charakteristik, wobei diese unmittelbar mit einer Unterschreitung einer Qualitätsgrenze einhergeht, was in den 2 und 3 mittels der abfallenden Phase verdeutlicht ist. Vorteilhaft besteht die Möglichkeit, bedarfsgerecht den Nachbearbeitungsvorgang durchzuführen und so vorteilhafte Einsparungen beim Kupferverbrauch zu erreichen.
-
Erfindungsgemäß erfolgt eine kontinuierliche Auswertung eines Strom- und Spannungssignals und damit des Widerstandsverlaufs. Vorteilhaft wird der letzte Wert des Widerstandsverlaufs, also der Endwiderstand, der in einem unmittelbaren Bezug zum Elektrodenverschleiß steht, überwacht, über eine Berechnungsroutine ausgewertet und im Bedarfsfall eingeleitet. Erfindungsgemäß kann ein bedarfsgerechtes Nacharbeiten der Elektroden gewährleistet werden, insbesondere gegenüber empirischen Verfahren ein reduzierter Kupferverbrauch um den Faktor 4 ermöglicht werden. Es wird eine Online-Überwachung jedes einzelnen Schweißpunktes durch Messung eines Strom- und Spannungsverlaufs und der Errechnung des Widerstandsverlaufs durchgeführt. Es erfolgt eine Auswertung des letzten Wertes des Widerstandsverlaufs, also des Endwiderstands. Eine Berechnungsroutine in einer entsprechenden Software einer Schweißsteuerung überwacht die Charakteristik des Verhaltens des Endwiderstands über die Zeitreihe 9. Die Charakteristik des Endwiderstands ist durch die in den 2 und 3 gezeigten drei Phasen, die Anstiegsphase, die quasi statische Phase sowie die abfallende Phase gekennzeichnet. Die Berechnungsroutine erkennt einen Übergang von der quasi statischen zur abfallenden Phase und kann dadurch vorteilhaft einen Befehl zur Nacharbeit einleiten. Vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren für alle Widerstandsschweißverfahren und Stromarten angewandt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Schaubild
- 3
- Widerstandsverläufe
- 5
- Kreis/Endwiderstand
- 7
- Schaubild
- 9
- Zeitreihe
- 11
- erster Graph
- 13
- Mindestpunktdurchmesser
- 15
- zweiter Graph
