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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Verschleißzustandes von Elektroden einer Schweißzange zum Verbinden von Bauteilen nach dem Widerstandsschweißverfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Schweißzange zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patenanspruches 9.
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Ein Widerstandspunktschweißverfahren mit einer Schweißzange ist bspw. aus der
DE 41 37 574 C2 bekannt. Bei dieser Schweißtechnik werden fortlaufend Schweißpunkte hintereinander entlang einer vorgegebenen Bahn gesetzt, wobei die zu verbindenden Bauteile, bspw. Aluminium-Blechteile mit Kupfer-Elektroden einer Schweißzange zusammengedrückt und gleichzeitig mittels eines kurzzeitigen Schweißstromes punktförmig unter Ausbildung einer Schweißlinse verbunden werden.
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Beim Widerstandspunktschweißen von Aluminium kommt es aufgrund der hohen Affinität von Aluminium zu Kupfer und umgekehrt während des Schweißvorgangs, also während des Kontaktes der Kupfer-Elektroden mit dem Aluminium der zu verbindenden Bauteile zu einem Materialausgleich durch Diffusionsvorgänge. Mit zunehmender Anzahl von gesetzten Schweißpunkten unterliegt die Cu-Elektrode einem erhöhten Verschleiß. Da die Elektrodenkappen zum Schweißen von Aluminium ballig oder abgeflacht geformte Enden aufweisen, nimmt mit zunehmendem Erosionsverschleiß die Elektrodenarbeitsfläche zu, wodurch die von den Elektroden bewirkte Flächenpressung abnimmt und eine ungünstige Beeinflussung der Linsenbildung bewirkt.
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Ferner ist es bekannt, dass bei der Verwendung von Wechselstrom die beiden Elektroden gleichmäßig anlegieren und verschleißen, während bei Verwendung von Gleichstrom die Anode erheblich stärker verschleißt.
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Ein starker Verschleiß der Elektrodenkappen muss durch geeignete Nachbearbeitungsverfahren, z. Bsp. Elektrodenkappenfräsen beseitigt und die Elektrode wieder in einen anlegierungsfreien Zustand versetzt werden.
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Der für diese Nachbearbeitung günstige Zeitpunkt bzw. der Zeitpunkt für einen Austausch von verschlissenen Elektroden wird durch viele Einflussfaktoren, wie z. Bsp. Bauteilwerkstoff, Schweißparameter, d. h. Stromstärke, Schweißzeit usw. indirekt beeinflusst. Somit kommt es bei einer Änderung eines der Parameter oder einer der Einflussfaktoren zu einer zeitlichen Verschiebung des Elektrodenkappenverschleißes und infolgedessen zu einer Änderung der Elektrodenkappenstandmenge bzw. Elektrodenstandmenge, worunter die Menge der Punktweißungen verstanden wird, mit denen ein vorgegebener Qualitätszustand erreicht wird. Dies betrifft Blechoberflächenänderungen im Bereich der Schweißpunkte, die aufgrund des durch Diffusion bewirkten Materialausgleichs intermetallische AlCu-Phasen aufweisen und damit durch die Kappenoberfläche, also insbesondere von einer erodierten Kappenoberfläche bestimmt werden. Solche Oberflächenänderungen durch AlCu-Phasen sind zu vermeiden, da diese zu einer erhöhten Korrosionsgefahr führen, insbesondere wenn die entsprechenden Bleche im Nassbereich einer Fahrzeugkarosserie eingesetzt werden. Daher müssen solche Schweißpunkte in einem nachfolgenden Prozessschritt bspw. durch Schleifen entfernt werden. Nachteilig ist auch die geringere optische Anmutung einer solchen Schweißpunktoberfläche. Weitere Qualitätszustände betreffen bspw. auch die Scherzugkraft oder das Bruchverhalten. Demzufolge differieren die Nachbearbeitungsintervalle der Elektroden in Abhängigkeit der Änderung von deren Verschleißzuständen. Der Nachbearbeitungszeitpunkt bzw. der Austauschzeitpunkt der Elektroden ist daher nicht konstant, sondern stellt eine veränderliche Größe dar.
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Dieser Zeitpunkt für eine Nachbearbeitung oder den Austausch der Elektroden kann bisher nur empirisch ermittelt werden, da kein objektives Kriterium für den maximal zulässigen Verschleiß einer Elektrodenkappe vorliegt.
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In der Regel wird der maximale Elektrodenverschleiß bzw. die Elektrodenstandmenge nur durch visuelle Prüfung festgestellt, und stellt daher kein objektives, sondern ein subjektives Verfahren dar.
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Aus der
DE 101 10 045 A1 ist ein gattungsbildendes Verfahren bekannt, bei welchem ein von einem Ultraschallsender erzeugtes Ultraschallsignal über eine erste Elektrode, über die zu verbindenden Bauteile und anschließend über eine zweite Elektrode einem Ultraschallempfänger zugeführt wird und der ein Messsignal zur Auswertung durch eine Auswerteeinheit erzeugt. Mit dieser Auswerteeinheit erfolgt eine automatische Anpassung eines Meßfensters an unterschiedliche Meßsituationen. Mit diesem bekannten Verfahren soll es möglich sein, frühzeitig Aussagen über einen möglichen Elektrodenverschleiß zu treffen.
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Auch die
DE 100 43 070 A1 beschreibt ein Widerstandsschweißverfahren, welches zur Parameterermittlung einer Schweißanlage eine Ultraschallquelle verwendet, welche den Schweißbereich zur Bestimmung von dessen Ultraschalldurchlässigkeit mit Ultraschallwellen beaufschlagt. Mit diesem bekannten Verfahren soll es möglich sein, anhand der sich ändernden Ultraschalldurchlässigkeit auf den Zustand der Elektroden bzw. der Elektrodenkappen zu schließen.
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Ferner ist aus der
DE 43 25 878 A1 ein Verfahren zur Bewertung von Widerstandsschweißverbindungen bekannt, bei dem der zu schweißenden Bereich während des Schweißvorgangs mit Ultraschall durchschallt und die Schallabsorptionsrate bzw. den nach der Durchschallung verbleibenden Restschallpegel als Steuergröße für die Prozesssteuerung verwendet wird. Hierzu werden die zu fügenden Bauteile während des Schweißvorgangs mit Scher- bzw. Transversalwellen durchschallt, indem an dem Elektrodenschaft einer ersten der beiden gegenüberliegenden Schweißelektroden ein Ultraschallsender zum Erzeugen von Ultraschallwellen und zum Einleiten dieser Schallwellen in den Elektrodenschaft in Richtung des Schweißbereichs angebracht ist. An dem Elektrodenschaft der zweiten Schweißelektrode, die der ersten Schweißelektrode gegenüberliegt, ist ferner ein Empfänger zum Empfangen des durch den Schweißbereich hindurchtretenden Ultraschalls angeordnet. Ausgehend von dem Ultraschallsender durchläuft das ausgesendete Ultraschallsignal als Körperschall den Elektrodenschaft der ersten Elektrode bis zu den verschweißenden Bauteilen und durchdringt diese, um anschließend über den Schaft der zweiten Elektrode zum Ultraschallempfänger zu gelangen. Der empfangene Schallpegel wird hier in ein elektrisches Signal umgewandelt und als Steuergröße zur Steuerung der Höhe des Schweißstroms, mit dem die Schweißelektroden beaufschlagt werden, einem Steuergerät als Eingangsgröße zugeführt.
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Bei diesem Verfahren hat es sich herausgestellt, dass ein hoher konstruktiver Aufwand erforderlich ist, um das Ultraschallsignal so in die Elektroden ein- und auszukoppeln, dass Messsignale für eine ausreichende Signalauswertung zur Verfügung stehen.
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Des Weiteren beschreibt die
DE 100 53 655 A1 eine Vorrichtung zur Steuerung der Schweißparameter beim Widerstandsschweißen mit manuell geführten Punktschweißanlagen, bei welcher die Lage der Schweißelektroden im Raum und damit die Position des Schweißpunktes auf dem zu vermessenden Bauteil unmittelbar vor dem eigentlichen Schweißprozess automatisch bestimmt wird. Zur Ermittlung der Lage der Schweißelektroden im Raum wird vorgeschlagen, den mittels einer Ultraschallquelle erzeugten Körperschall zu verwenden. Hierzu wird der von dem Ultraschallsender erzeugte Ultraschall am Zangenarm einer Punktschweißanlage über die zu verschweißenden Bauteile an mehrere Ultraschallempfänger in der Spannvorrichtung übertragen.
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Weiterhin beschreibt die
DE 32 01 852 A1 ein Verfahren zur Steuerung eines Industrieroboters, der im Bereich eines Greifarms einen als Körperschallwandler dienenden akustischen Sensor zur Erfassung von speziellen Störfällen, insbesondere von Kollisionen zwischen beweglichen Teilen des Industrieroboters und gegebenenfalls eines erfassten Werkzeugs aufweist. In ähnlicher Weise sollen auch andere spezielle Störfälle, wie z. B. der Verschleiß eines Werkzeugs, Fehler im Werkstück, falsches Ansetzen eines Werkzeugs an einem zu bearbeitenden Werkstück, falsches Ablegen eines Werkstücks durch den Greifer usw.” anhand der damit verbundenen charakteristischen Abweichungen der auftretenden Geräusche von den normalerweise erwarteten Geräuschen erkannt und an eine Steuereinheit gemeldet werden.
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Ferner wird in dieser Druckschrift
DE 32 01 852 A1 darauf hingewiesen, ein im Rahmen von Lichtbogenschweißen von dem Lichtbogen erzeugtes Schallsignal zu analysieren und entsprechende Steuervorgänge auszulösen. So wird bspw. der Fall genannt, dass beim Ankleben der Elektrode an einem Werkstück der Lichtbogen erlischt und damit das Ausbleiben des Schallsignals von dem akustischen Sensor als Störfall erkannt werden kann.
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Es hat sich gezeigt, dass akustische Sensoren Messsignale erzeugen, die keine deutliche Differenzierung hinsichtlich der Qualität von nach dem Widerstandsschweißen hergestellten Schweißverbindungen zulassen.
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Schließlich beschreibt die
DE 199 43 689 A1 ein Verfahren zur Überwachung und/oder Diagnose sich bewegender Maschinen und/oder Maschinenteile. Aus dieser Druckschrift ist bekannt, den von sich bewegenden Maschinen und/oder Maschinenteile während ihres bestimmungsgemäßen Einsatzes erzeugten Körperschall als breitbandiges Signal zu erfassen und einer Frequenzanalyse zu unterziehen. Solche Frequenzanalysen können mit einer FFT(Fast-Fourier-Transformation)-Analyse durchgeführt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein eingangs genanntes Verfahren anzugeben, welches ein objektives Kriterium für den Verschleißzustand von Elektroden bzw. ihrer Elektrodenkappen liefert, so dass daran der Zeitpunkt der Nachbearbeitung der Elektroden bzw. eines Austausches von verschlissenen Elektroden, d. h. ihrer Elektrodenkappen angepasst werden kann. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung eine Schweißzange zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben.
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Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Ein solches Verfahren zum Erkennen eines Verschleißzustandes von Elektroden einer Schweißzange zum Verbinden von Bauteilen nach dem Widerstandsschweißverfahren, insbesondere dem Widerstandspunktschweißverfahren, bei dem mittels eines Körperschallsensors der Körperschall der Schweißzange detektiert und ausgewertet wird, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der durch den Schweißvorgang beim Kontakt der Elektroden mit den Bauteilen erzeugte Körperschall, der sich ausgehend von den Elektroden in die Schweißzange fortpflanzt, mittels des Körperschallsensors detektiert und das von dem Körperschallsensor erzeugte Körperschallmesssignal zur Erkennung des Verschleißzustandes der Elektroden ausgewertet wird.
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Dieses erfindungsgemäße Verfahren liefert durch die Detektion des Körperschalls ein objektives Kriterium hinsichtlich der Bestimmung des Verschleißzustandes der Elektroden und damit auch für den maximal zulässigen Verschleiß einer Elektrode bzw. deren Elektrodenkappe.
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Damit kann der Zeitpunkt der Nachbearbeitung der Elektrodenkappen, bzw. deren Austausch durch die Auswertung des Körperschallmesssignals an deren objektiv festgestellten Verschleißzustand angepasst werden, d. h. so dass die Nachbearbeitung bzw. der Austausch verschleißabhängig durchgeführt werden kann, auch unabhängig davon, ob sich Schweißparameter und weitere den Schweißvorgang beeinflussende Parameter verändert haben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren führt damit im Ergebnis zu einer Optimierung der Elektrodenstandmenge bzw. der Elektrodenkappenstandmenge, so dass sich gegenüber dem Stand der Technik die Gesamtlebensdauer einer Elektrode bzw. einer Elektrodenkappe verlängert und letztendlich damit auch Herstellungskosten reduziert werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der beim Abziehen der Elektroden von den Bauteilen erzeugte Körperschall durch den Körperschallsensor detektiert und das Körperschallmesssignal hinsichtlich der das Anhaften der Elektroden an den Bauteilen anzeigenden Signalstrukturen ausgewertet.
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Der Verdienst der Erfinder liegt darin, erkannt zu haben, dass das Abziehen einer verschlissenen Elektrode, vorzugsweise einer verschlissenen Elektrodenkappe vom Bauteil, die durch das Anlegieren stark an dem Bauteil anhaftet, ein Körperschallsignal mit einem spezifischen Signalverlauf erzeugt, welches messtechnisch erfasst werden kann und hinsichltich des Verschleißzustandes der Elektroden, d. h. der Elektrodenkappen quantifizierbar ist.
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Besonders vorteilhaft ist es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, wenn zur Auswertung der das Anhaften der Elektroden anzeigende Signalstrukturen die Amplituden bestimmter Frequenzbereiche des Körperschallmesssignals ausgewertet werden.
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Dieser spezifische Signalverlauf, der die auftretenden Amplituden während des Abziehens der angeklebten Elektrodenkappe betrifft, korreliert eindeutig mit der Stärke des Elektrodenverschleißes.
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Das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Körperschallmesssignal mit dem spezifischen Signalverlauf stellt für das Anhaften einer Elektrode, vorzugsweise einer Cu-Elektrode an einem Bauteil, vorzugsweise einem Al-Bauteil beim Widerstandsschweißen, vorzugweise beim Widerstandspunktschweißen ein objektives und quantifizierbares Kriterium dar, so dass hiermit der Verschleißzustand einer Elektrode, also dessen Elektrodenkappe ebenso quantifizierbar ist.
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Damit zeigt sich in vorteilhafter Weise die Erkenntnis der Erfinder, dass das Abziehen einer auf dem Bauteil anhaftenden, verschlissenen Elektrode eine signifikante Änderung des Körperschallsignals hinsichtlich der Amplituden bestimmter Frequenzkomponenten gegenüber einer nicht anhaftenden Elektrode erzeugt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Körperschallmesssignale mit Elektroden ohne Verschleiß erzeugt und als Referenzsignale gespeichert und zur Erkennung des Verschleißzustandes der Elektroden die mit diesen Elektroden erzeugte Körperschallmesssignale zur Auswertung mit den Referenzsignalen verglichen. Damit lässt sich eine einfache Auswertung mittels Software durchführen, die auch kostengünstig realisierbar ist.
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Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zur Erkennung des Verschleißzustandes vorgegebene Frequenzkomponenten des Körperschallmesssignals hinsichtlich ihrer Amplitude ausgewertet werden, wobei dies vorzugsweise mittels einer FFT(Fast Fourier Transformation)-Analyse durchgeführt werden kann.
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Eine alternative Auswertung besteht gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung darin, dass zur Auswertung des Körperschallmesssignals eine Frequenzbewertung durchgeführt wird, indem Frequenzbereiche gewichtet werden, wobei die die Anhaftung der Elektroden an den Bauteilen anzeigenden Frequenzbereiche stärker gewichtet werden und diese anschließend einer Zeitfilterung unterzogen werden und diese gewichteten und zeitgefilterten Messsignale hinsichtlich einer Anhaftung der Elektroden an den Bauteilen zur Bestimmung des Verschleißzustandes bewertet werden. Dieses Verfahren hat gegenüber der FFT-Analyse den Vorteil des geringeren Rechenaufwandes.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn weiterbildungsgemäß der Körperschallsensor mit der Schweißzange verbunden wird, vorzugsweise an einem Zangengrundkörper oder einem Zangenarm der Schweißzange angeordnet wird. Damit lässt sich eine gute Körperschallkopplung des Körperschallsensors erreichen.
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Weiterhin ist es gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Schweißzange in eine Widerstandsschweißeinrichtung, insbesondere eine Widerstandspunktschweißeinrichtung integriert ist, die dann bspw. einen Roboter mit einer Prozesssteuerungseinheit umfasst.
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Die zweitgenannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.
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Eine solche Schweißzange mit Elektroden zum Verbinden von Bauteilen nach dem Widerstandsschweißverfahren, insbesondere dem Widerstandspunktschweißverfahren, die mit einem Körperschallzensor zur Detektion von Körperschall ausgebildet ist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der Körperschallsensor derart an der Schweißzange angeordnet ist, dass der durch den Schweißvorgang beim Kontakt der Elektroden, vorzugsweise deren Elektrodenkappen mit den Bauteilen erzeugte Körperschall, der sich ausgehend von den Elektroden in die Schweißzange fortsetzt, detektiert wird und zur Erkennung des Verschleißzustandes der Elektroden eine Auswerteeinheit vorhanden ist, welche mit dem Köperschallsensor verbunden ist und eine Auswertung der Körperschallmesssignale hinsichtlich des Verschleißzustandes der Elektroden durchführt.
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Für eine industrielle Anwendung ist es vorteilhaft eine solche Schweißzange in eine Widerstandsschweißeinrichtung, insbesondere eine Widerstandspunktschweißeinrichtung zu integrieren.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Widerstandspunktschweißeinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
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2 Diagramme des zeitlichen Signalverlaufs des Körperschallmesssignals hinsichtlich Frequenz und Amplitude sowie den jeweils zugehörigen Zustand einer Schweißpunktoberfläche.
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Die 1 zeigt eine Widerstandspunktschweißanlage 10, welche einen Roboter 2 mit einer Schweißzange 20 umfasst. Diese Schweißzange 20 besteht aus einem Zangengrundkörper 6 mit einem feststehenden Zangenarm 7 und einem beweglichen Zangenarm 4, der von einem Zangenantrieb 3 betätigt wird. Jeweils an den freien Enden des feststehenden Zangenarms 7 und des beweglichen Zangenarms 4 befindet sich eine austauschbare Elektrode 9a und 9b mit jeweils einer Elektrodenkappe. Ein Transformator 8 versorgt die beiden Elektroden 9a und 9b mit einem Schweißstrom.
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Zwischen den beiden Elektroden 9a und 9b befinden sich zwei miteinander zu verschweißende Aluminium-Bleche 30 und 40, die zunächst mit der an dem feststehenden Zangenarm 7 befestigten Elektrode 9a in Kontakt kommen und anschließend durch Absenken des beweglichen Zangenarms 4 mit der dortigen Elektrode 9b zusammengedrückt werden, so dass dann aufgrund des Schweißstromes ein Schweißpunkt durch Bildung einer Schweißlinse gesetzt werden kann. Die obere Elektrode 9b wird nach Erzeugung eines solchen Schweißpunktes von dem Al-Blech 40 abgezogen und nach einer Bewegung der Schweißzange 20 durch den Roboter 10 auf einer vorgegebenen Bahn der nächste Schweißpunkt gesetzt.
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Der während der Schweißzeit, also während der Erzeugung des Schweißpunktes erzeugte Körperschall, der sich ausgehend von den beiden Elektroden 9a und 9b in die Schweißzange 20 über deren beiden Zangenarme 4 und 7 bis in den Zangengrundkörper 6 fortpflanzt, wird von einem als Beschleunigungssensor ausgebildeter Körperschallsensor 1 detektiert und als Körperschallmesssignal einem Mess- und Auswertegerät 5 zugeführt. Dieser Beschleunigungssensor 1 ist daher auf dem Zangengrundkörper 6 angeordnet, alternativ kann auch ein Montageort auf dem feststehenden Zangenarm 7 oder dem beweglichen Zangenarm 4 gewählt werden.
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Dieses von dem Beschleunigungssensor 1 detektierte Körperschallmesssignal wird zur Erkennung des Verschleißzustandes der Elektrodenkappen der Elektroden 9a und 9b von dem Mess- und Auswertegerät 5 ausgewertet, da dessen spezifischer Signalverlauf für das Anhaften der Elektrodenkappen an den Al-Bauteilen 30 und 40 ein objektives und quantifizierbares Kriterium darstellt, so dass hiermit der Verschleißzustand der Elektrodenkappen der Elektroden 9a und 9b quantifizierbar ist.
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Dieser spezifische Signalverlauf des Körperschallmesssignals betrifft die bei bestimmten Frequenzen auftretenden Amplituden, deren Stärke vom Verschleißzustand der Elektrodenkappen der Elektroden 9a und 9b abhängt. Mit zunehmenden Elektrodenverschleiß kleben die Elektrodenkappen der Elektroden 9a und 9b an den Al-Bauteilen 30 und 40, so dass durch das Abziehen der verschlissenen Elektroden 9a und 9b, also mit dem Auflösen der Elektrodenkraft der Schweißzange 20 ein akustischer Schall emittiert wird, der als Körperschall von dem Beschleunigungssensor 1 sensiert wird. Damit wird das Körperschallsignal mittels des Beschleunigungssensors ereignisdetektiert, d. h. die Detektion erfolgt beim Abziehen der Elektroden von dem Al-Blech, also mit dem Auflösen der Elektrodenkraft der Schweißzange 20. Dieses detektierte Körperschallmesssignal wird einer Schwingungsanalyse unterzogen.
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Die 2 zeigt in den spaltenweise dargestellten Bilder a, b und c jeweils ein Amplituden-Frequenz-Zeit-Diagramm mit dem über der Zeit dargestellten Frequenzverlauf und Amplitude eines Körperschallmesssignals, das zugehörige Amplituden-Zeit-Diagramm sowie ein Bild des Zustandes der Elektrodenkappe, mit welcher dieses Körperschallsignal erzeugt wurde. In dem Amplituden-Frequenz-Zeit-Diagramm wird die Amplitudenstärke mit unterschiedlich schraffierten Bereichen dargestellt. Die Schweißpunktoberfläche in den untersten Abbildungen zeigen jeweils einen Schweißpunkt L auf der Metalloberfläche eines Al-Bauteils.
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2a zeigt das Körperschallmesssignal einer Elektrodenkappe, welches im Schweißpunkt 7 über einen Zeitraum aufgenommen wurde, der das Abziehen der Elektroden 9a und 9b von den Al-Blechen 30 und 40 umfasst.
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Das Amplituden-Frequenz-Zeit-Diagramm nach 2a zeigt Frequenzen um ca. 10 kHz mit geringer Amplitude, die durch die Bereiche I und II dargestellt werden. Der Verlauf der Amplituden in dem Amplituden-Zeit-Diagramm über den aufgenommenen Zeitraum zeigt eine nahezu gleichmäßige Ausprägung. Das Bild der Metalloberfläche zeigt keinen negativ veränderten Schweißpunkt L.
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Im Schweißpunkt 17 nehmen die Amplituden nach 2b über einen breiten Frequenzbereich entsprechend den Bereichen I und II zu, wobei in einem Frequenzbereich um 4 kHz die Amplituden stark zunehmen (Bereich III). Dies zeigt sich auch in einem nicht mehr gleichförmigen Amplitudenverlauf in dem Amplituden-Zeit-Diagramm. Die Erosion auf den Elektrodenkappen hat bereits eingesetzt, daher sind AlCu-Phasen als leichte Ablagerungen A auf der Schweißoberfläche im Bereich des Schweißpunktes L zu erkennen.
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Nach 2c zeigt das im Schweißpunkt 27 aufgenommene Körperschallmesssignal große Amplitudenwerte (Bereich III) über einen großen Frequenzbereich von ca. 3 kHz bis 10 kHz während einer kurzen Zeitdauer von ca. 5 ms, gekennzeichnet mit einem Rahmen R in dem Amplituden-Frequenz-Zeit-Diagramm. Die starke Ausprägung dieser Amplituden ist auch in dem Amplituden-Zeit-Diagramm zu erkennen. Die Elektrodenkappe weist nun eindeutig einen starken Erosionsverschleiß auf, d. h. durch das Anhaften dieser erodierten Elektrodenkappen sind intermetallische AlCu-Phasen als Ablagerungen A auf dem Schweißpunkt L entstanden. Die großen Amplitudenwerte sind durch dieses Anhaften der erodierten Elektrodenkappen auf den Al-Blechen entstanden.
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Damit ist aus der Folge der 2a bis 2c zu erkennen, dass mit zunehmendem Verschleiß es zu einer Verstärkung der Signalamplitude kommt und der Verschleißzustand in Korrelation zur Signalamplitude des Körperschallmesssignals bestimmt werden kann.
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Die Auswertung des Körperschallmesssignals hinsichtlich dieser Signalamplitude wird mittels des Mess- und Auswertegeräts 5 durchgeführt.
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Hierzu werden zunächst Körperschallmesssignale mit Elektroden ohne Verschleiß, also solche, die beim Abziehen noch nicht anhaften erzeugt und als Referenzsignale gespeichert und zur Erkennung des Verschleißzustandes der Elektroden die mit diesen Elektroden erzeugte Körperschallmesssignale zur Auswertung mit den Referenzsignalen verglichen und aus dem Vergleich eine Aussage über den Verschleißzustand der Elektroden getroffen.
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Zur Auswertung des Körperschallmesssignals hinsichtlich seiner Amplitude kann mittels der FFT(Fast Fourier Transformation)-Analyse durchgeführt werden, mit der das Frequenzsignal aus dem Zeitbereich in den Amplitudenbereich transformiert wird. Im Amplitudenbereich können bestimme Frequenzkomponenten hinsichtlich ihrer Amplitude ausgewertet werden. So ist es bspw. möglich die Amplitudenwerte des Referenzsignals mit den Amplituden des aktuell gemessenen Körperschallsignals zu vergleichen und einen Schwellwertvergleich durchführen. In Abhängigkeit des Schwellwertvergleichs kann durch das Mess- und Auswertegerät 5 eine Meldung über eine notwendige Nachbearbeitung durch Fräsen der Elektrodenkappen der Schweißsteuerung der Widerstandspunktschweißanlage 10 gesendet werden, so dass im Anschluss die Elektrodennachbearbeitung eingeleitet werden kann.
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Eine alternative Auswertung des Körperschallmesssignals besteht in einer Frequenzbewertung, indem zunächst bestimmte Frequenzbereiche in einem ersten Schritt gewichtet werden. Die Frequenzbereiche, die durch ablösen der am Al-Blech angehafteten Elektrodenkappen angesprochen werden, also bspw. die o. g. Frequenzen von ca. 3 kHz bis 10 kHz, werden starker gewichtet. Für diese stärker gewichteten Frequenzen wird zusätzlich eine Zeitfilterung durchgeführt. Aus der berechneten und bewerteten „Lautheitskurve” (d. h. je stärker die Anhaftung, desto höher die „Lautheit”) wird ein Wert zur Anhaftungsbewertung, also der Verschleißzustand ermittelt.
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Aus der Anhaftungsbewertung kann ein bedarfsgerechter bzw. verschleißabhängiger Fräsprozess eingeleitet werden, um die Erosion und die Anlegierung auf den Oberflächen der Elektrodenkappen zu beseitigen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Körperschallsensor, Beschleunigungssensor
- 2
- Roboter
- 3
- Zangenantrieb der Schweißzange 20
- 4
- beweglicher Zangenarm der Schweißzange 20
- 5
- Mess- und Auswertegerät
- 6
- Zangengrundkörper der Schweißzange 20
- 7
- feststehender Zangenarm der Schweißzange 20
- 8
- Transformator
- 9a
- Elektrode der Schweißzange 20
- 9b
- Elektrode der Schweißzange 20
- 10
- Widerstandsschweißanlage, Widerstandspunktschweißanlage
- 20
- Schweißzange
- 30
- Bauteil, Aluminium-Blech
- 40
- Bauteil, Aluminium-Blech
