DE102012000462A1 - Resistance welding of workpieces in which force applied to electrode is controlled and/or regulated, comprises changing, controlling, regulating and/or modulating force applied to electrodes before and/or after welding process - Google Patents
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Abstract
Description
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Verfahren und Vorrichtung zum Widerstandsschweißen von Werkstücken (
Stand der Technik:State of the art:
Die wichtigsten Parameter beim Widerstandschweißen sind u. a. die Effektivwerte, Mittelwerte und die zeitlichen Verläufe von Strom, Elektrodenkraft, Schweißzeit und Schweißspannung. Diese Kenngrößen werden gemessen und geregelt, wie z. B. Konstant-Strom- und -Spannungsregelung sowie konstante Kraftregelung.The most important parameters in resistance welding are u. a. the RMS values, averages and the time courses of current, electrode force, welding time and welding voltage. These parameters are measured and regulated, such. B. constant current and voltage control and constant force control.
In der Praxis wird beispielsweise die Schweiß- bzw. Stromzeit in Abhängigkeit von den ermittelten Prozessgrößen, wie z. B. Linsengröße durch Ultraschallmessung gesteuert (
In einem anderen Beispiel wird der Strom wegen der Abnutzung der Elektrode nach vorher festgelegtem Schema stufenweise erhöht (
Die Elektrodenkraft wird zwar während des Schweißprozesses geändert (Kraftprogramm), jedoch nicht in Abhängigkeit von einer für die Schweißpunktqualität relevanten Kenngröße, wie z. B. Linsengröße, Elektrodenabnutzung, Stromdichte oder Widerstand des Werkstückes.Although the electrode force is changed during the welding process (power program), but not in response to a characteristic relevant to the spot quality, such. As lens size, electrode wear, current density or resistance of the workpiece.
Für einen Schweißpunkt wird ein Schweißbereich bzw. ein optimaler Schweißparameter ermittelt. In der Regel werden der Strom und die Kraft in einem Arbeitspunkt (t1) konstant gehalten, Wie oben erwähnt kann auch mit einem Kraftprogramm geschweißt werden, beispielsweise in zwei Phasen. in der ersten Phase mit einer konstanten Kraft F1 und Strom I1 (KSR = Konstant Strom Regelung) und in der zweiten Phase mit einer konstanten Kraft F2 und Strom I2 (KSR = Konstant Strom Regelung).For a welding point, a welding area or an optimal welding parameter is determined. As a rule, the current and the force are kept constant at an operating point (t1). As mentioned above, it is also possible to weld with a force program, for example in two phases. in the first phase with a constant force F1 and current I1 (KSR = constant current regulation) and in the second phase with a constant force F2 and current I2 (KSR = constant current regulation).
Um zu vereinfachen, wird angenommen, dass man mit einem konstanten Stromimpuls und einer konstanten Kraft schweißt: Der Strom wird bei der KSR und die Kraft bei den Servoantrieben geregelt. Für die Optimierung der Linsenbildung stehen die Parameter Strom (I), Kraft (F) und Schweißzeit (Ts) zur Verfügung. In der Praxis wird die Schweißzeit in Abhängigkeit von den ermittelten Daten während des Schweißvorganges beeinflusst. Die Kraft dagegen wird lediglich anhand eines vorgegebenen Sollwerts geändert.To simplify, it is assumed that one welds with a constant current pulse and a constant force: the current is regulated at the KSR and the force at the servo drives. For the optimization of the lens formation the parameters current (I), force (F) and welding time (Ts) are available. In practice, the welding time is influenced as a function of the determined data during the welding process. The force, on the other hand, is changed only on the basis of a predefined setpoint.
In
In
Bei den bisherigen Verfahren wird die Schweißzeit während des Schweißprozesses in Abhängigkeit von Prozessdaten, wie beispielsweise Linsengröße, für die Optimierung der Schweißqualität beeinflusst. Deshalb ist es schwierig, insbesondere die neu entwickelten hochfesten Werkstoffe oder Aluminium oder deren Kombinationen mit dem Widerstandsschweißverfahren zu schweißen. Wegen der Schwierigkeiten wird auf die teureren Verfahren abgewichen.In the previous methods, the welding time during the welding process is influenced depending on process data, such as lens size, for the optimization of the welding quality. Therefore, it is difficult to weld, in particular, the newly developed high-strength materials or aluminum or their combinations with the resistance welding method. Because of the difficulties, the more expensive procedures are deviated.
Mit dem neuen Verfahren und der Vorrichtung wird eine weitere in Abhängigkeit von den während des Schweißprozesses gewonnenen Daten gesteuerte und/oder geregelte Kenngröße, nämlich die Kraft, zur Beeinflussung des Schweißprozesses eingeführt, die eine bessere Beherrschung des Schweißprozesses bzw. der Qualität möglich macht.With the new method and apparatus, a further controlled in dependence on the data obtained during the welding process and / or regulated characteristic, namely the force is introduced to influence the welding process, which makes a better control of the welding process and the quality possible.
Die Erfindung ersetzt nicht die vorhandenen Steuerungen oder Regelungen, sondern ergänzt sie, leistet einen bedeutenden Beitrag zur Steigerung der Schweißqualität und eröffnet Möglichkeiten, schwierige Metalle zu schweißen.The invention does not replace the existing controls or arrangements, but supplements them, makes a significant contribution to increasing the quality of welding and opens up opportunities to weld difficult metals.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, das die Kraft während des Schweißens in Abhängigkeit von den im Prozess ermittelten Daten, wie beispielsweise Schweißparameter und/oder Prozessparameter und/oder Werkstückparameter und/oder Sekundärkreisparameter der Schweißvorrichtung nach bestimmten experimentell ermittelten und/oder mathematischen Algorithmen steuert und/oder regelt und/oder ändert.According to the invention, therefore, a method is provided which controls the force during welding as a function of the data determined in the process, such as welding parameters and / or process parameters and / or workpiece parameters and / or secondary circuit parameters of the welding device according to certain experimentally determined and / or mathematical algorithms, and / or regulate and / or change.
Wobei die Schweißparameter wenigstens
die Amplitude und/oder zeitliche Verläufe und/oder analoge und/oder Zeitdiskrete Werte und/oder Mittelwerte und/oder Effektivwerte und/oder deren Produkte von wenigstens Schweißstrom und/oder Stromdichte und/oder Schweißzeit und/oder Schweißspannung und/oder Spannung und/oder errechneter und/oder gemessener elektrischer Leistung und/oder errechnetem und/oder gemessenem Widerstand zwischen den Elektroden (
und/oder dem Eintauchweg der Elektroden, und/oder der Elektrodenkraft und/oder der Temperatur der Elektroden und/oder der Werkstücke und/oder der Kontaktfläche wenigstens einer Elektrode auf dem Werkstück
und die Prozessparameter wenigstens
Linsengröße und/oder Abnutzungsgrad der Elektroden und/oder Stromdichte und/oder Widerstand und/oder Temperatur des Werkstückes und/oder Anzahl der Schweißpunkte und/oder Standmenge und/oder Abstand der Schweißpunkte und/oder Nebenschluss und/oder Nachsetzverhalten der Elektrodenarme
und Werkstückparameter wenigstens
Werkstückdicke und/oder Werkstoffart und/oder Werkstoffwiderstand und/oder Werkstoffoberflächenbehandlung und/oder Werkstofftemperatur und/oder Übergangswiderstände und/oder Anzahl der zu schweißenden Werkstücke (2- oder 3-Blech-Verbindung)
und die Sekundärkreisparameter der Schweißvorrichtung
Sekundärkreisimpedanz und/oder Elektrodenform und/oder Form der Elektrodenarme und/oder Elektrodenkappen
sind.Wherein the welding parameters at least
the amplitude and / or time profiles and / or analog and / or discrete-time values and / or mean values and / or rms values and / or products thereof of at least welding current and / or current density and / or welding time and / or welding voltage and / or voltage and / or or calculated and / or measured electrical power and / or calculated and / or measured resistance between the electrodes (
and / or the immersion path of the electrodes, and / or the electrode force and / or the temperature of the electrodes and / or the workpieces and / or the contact surface of at least one electrode on the workpiece
and the process parameters at least
Lens size and / or degree of wear of the electrodes and / or current density and / or resistance and / or temperature of the workpiece and / or number of welds and / or level and / or distance of the welds and / or shunt and / or Nachsetzverhalten the electrode arms
and workpiece parameters at least
Workpiece thickness and / or material type and / or material resistance and / or material surface treatment and / or material temperature and / or contact resistance and / or number of workpieces to be welded (2- or 3-sheet metal connection)
and the secondary circuit parameters of the welding device
Secondary circuit impedance and / or electrode shape and / or shape of the electrode arms and / or electrode caps
are.
Eine erste vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens wird dadurch geschaffen, dass während des Schweißvorganges das errechnete und/oder gemessene Wachstum der Linsengröße beobachtet und/oder gemessen wird und die Elektrodenkraft in Abhängigkeit von der Linsengröße optimal eingestellt wird, indem beispielsweise die Kraft proportional und/oder linear und/oder exponentiell und/oder nach bestimmten Algorithmen geregelt und/oder moduliert und/oder geändert wird.A first advantageous development of the method is created by observing and / or measuring the calculated and / or measured growth of the lens size during the welding process and optimally adjusting the electrode force as a function of the lens size by, for example, proportional and / or linear force and / or exponentially and / or governed by certain algorithms and / or modulated and / or changed.
Hier kann beispielsweise mit einer Kraft F1 angefangen werden und während die Linse wächst, wird die Kraft nach einem experimentell ermittelten Algorithmus in Abhängigkeit von der Linsengröße abnehmen F2 (wobei, F1 > F2) oder zunehmen F2 (wobei, F1 < F2). Nach Erreichen der Linsengröße und Ausschalten des Schweißstromes wird die Kraft nach einem experimentell ermittelten Algorithmus in Abhängigkeit von der Linsengröße wieder zunehmen F3 (wobei, F3 > F2) oder abnehmen F3 (wobei, F3 < F2). Der Unterschied zum Stand der Technik liegt darin, dass die Veränderungen der Kraft in Abhängigkeit von den ermittelten Prozessdaten und/oder Schweißparametern und/oder Prozessparametern gesteuert und geregelt werden, nicht nur nach einem oder durch einen Sollwert.Here, for example, a force F1 can be started and as the lens grows, the force will decrease F2 (where, F1> F2) or increase F2 (where, F1 <F2) according to an experimentally determined algorithm depending on the lens size. After reaching the lens size and switching off the welding current, the force will again increase according to an experimentally determined algorithm depending on the lens size F3 (where, F3> F2) or decrease F3 (where, F3 <F2). The difference with the prior art is that the changes in the force are controlled and regulated as a function of the determined process data and / or welding parameters and / or process parameters, not only after or through a setpoint.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens wird dadurch geschaffen, dass während des Schweißvorganges die Veränderung des Elektrodenabstandes (dL)
Nach dem Aufsetzen der Elektrode
Diese Veränderung dL (Delta-Elektrodenabstand) wird nunmehr kurz „Eintauchweg” genannt und als Regelgröße für wenigstens einen Schweißparameter, wie beispielsweise Stromamplitude und/oder zeitlicher Verlauf des Stromes und/oder der Kraft und/oder Stromfluss- bzw. Schweißzeit, herangezogen.This change dL (delta electrode spacing) is now called "immersion path" for short and is used as a control variable for at least one welding parameter, such as current amplitude and / or time profile of the current and / or the force and / or current flow or welding time.
Beispielsweise wird während des Schweißvorganges der „Eintauchweg” beobachtet und/oder gemessen und die Elektrodenkraft in Abhängigkeit vom „Eintauchweg” eingestellt, indem beispielsweise die Kraft und/oder der Strom und/oder Schweißzeit und/oder Stromzeit proportional und/oder linear und/oder exponentiell und/oder nach bestimmten Algorithmen geregelt und/oder moduliert und/oder geändert wird. Der Verlauf könnte beispielsweise wie in der ersten Weiterbildung ablaufen.For example, during the welding process, the "immersion path" is observed and / or measured and the electrode force is adjusted as a function of the "immersion path", for example, by the force and / or current and / or welding time and / or current time proportional and / or linear and / or exponential and / or specific Algorithms regulated and / or modulated and / or changed. The course could, for example, proceed as in the first development.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens wird dadurch geschaffen, dass während des Schweißvorganges die Amplitude und/oder zeitliche Verläufe und/oder zeitliche diskrete Werte und/oder zeitliche Mittelwerte und/oder zeitliche Effektivwerte der elektrischen Leistung am Schweißpunkt beobachtet und/oder gemessen werden und die Elektrodenkraft in Abhängigkeit vom Leistungswert eingestellt wird, indem beispielsweise die Kraft proportional und/oder linear und/oder exponentiell und/oder nach bestimmten Algorithmen geregelt und/oder moduliert und/oder geändert wird. Der Verlauf könnte beispielsweise wie in der ersten Weiterbildung ablaufen.A further advantageous development of the method is provided by observing and / or measuring the amplitude and / or temporal profiles and / or temporal discrete values and / or temporal averages and / or temporal rms values of the electrical power at the welding point during the welding process, and Electrode force is adjusted depending on the power value, for example by the force proportional and / or linear and / or exponential and / or regulated and / or modulated and / or changed according to certain algorithms. The course could, for example, proceed as in the first development.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens wird dadurch geschaffen, dass während des Schweißvorganges die Schweißzeit beobachtet und/oder gemessen wird und die Elektrodenkraft in Abhängigkeit von der Schweißzeit eingestellt wird, indem beispielsweise die Kraft proportional und/oder linear und/oder exponentiell und/oder nach bestimmten Algorithmen geregelt und/oder moduliert und/oder geändert wird. Der Verlauf könnte beispielsweise wie in der ersten Weiterbildung ablaufen.A further advantageous development of the method is created by observing and / or measuring the welding time during the welding process and adjusting the electrode force as a function of the welding time by, for example, proportional and / or linear and / or exponential and / or subsequent force certain algorithms regulated and / or modulated and / or changed. The course could, for example, proceed as in the first development.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens wird dadurch geschaffen, dass während des Schweißvorganges die Amplitude und/oder zeitliche Verläufe und/oder zeitliche diskrete Werte und/oder zeitliche Mittelwerte und/oder zeitliche Effektivwerte der Spannung zwischen den Elektroden und/oder die Spannung zwischen wenigstens einem Werkstück und der dieses Werkstück berührenden Elektrode beobachtet und/oder gemessen und die Elektrodenkraft in Abhängigkeit zur gemessenen Spannung eingestellt wird, indem beispielsweise die Kraft proportional und/oder linear und/oder exponentiell und/oder nach bestimmten Algorithmen geregelt und/oder moduliert und/oder geändert wird. Der Verlauf könnte beispielsweise wie in der ersten Weiterbildung ablaufen.A further advantageous development of the method is provided by the amplitude and / or temporal profiles and / or temporal discrete values and / or time averages and / or temporal rms values of the voltage between the electrodes and / or the voltage between at least one during the welding process Workpiece and the electrode touching this workpiece observed and / or measured and the electrode force is adjusted in dependence on the measured voltage, for example, the force proportional and / or linear and / or exponential and / or regulated and / or modulated by certain algorithms and / or will be changed. The course could, for example, proceed as in the first development.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens wird dadurch geschaffen, dass während des Schweißvorganges der Strom beobachtet und/oder gemessen und die Elektrodenkraft in Abhängigkeit zur gemessenen Strom eingestellt wird, indem beispielsweise die Kraft proportional und/oder linear und/oder exponentiell und/oder nach bestimmten Algorithmen geregelt und/oder moduliert und/oder geändert wird. Der Verlauf könnte beispielsweise wie in der ersten Weiterbildung ablaufen.A further advantageous development of the method is provided by observing and / or measuring the current during the welding process and adjusting the electrode force as a function of the measured current by, for example, proportional and / or linear and / or exponential and / or specific force Algorithms regulated and / or modulated and / or changed. The course could, for example, proceed as in the first development.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens wird dadurch erreicht, dass die für die optimalen Parameter ermittelte Kraft in Abhängigkeit von der Abnutzung bzw. der Anzahl der Schweißpunkte und/oder des durch die oben erläuterte Stepper-Funktion eingestellten und/oder gemessenen Schweißstromes stufenweise und/oder linear und/oder quadratisch und/oder nach vorbestimmten Algorithmen erhöht wird, so dass die Soll-Kraft pro Einheitsfläche so eingestellt wird, wie vor der Abnutzung der Elektroden. Das bedeutet, dass die Schweißparameter im optimalen Bereich bleiben. Beispielsweise wird bei einer KSR (Konstant-Strom-Regelung) der Strom durch die Stromquelle (2) reguliert und konstant gehalten. Die durch die Abnutzung der Elektroden reduzierte Stromdichte wird durch die stufenweise Erhöhung des Stromes (Stepper-Funktion der Stromquelle) kompensiert.A further advantageous refinement of the method is achieved in that the force determined for the optimum parameters depends on the wear or the number of welding spots and / or the welding current set and / or measured by the above-explained stepper function in steps and / or steps is increased linearly and / or quadratically and / or according to predetermined algorithms, so that the target force per unit area is set as before the wear of the electrodes. This means that the welding parameters remain in the optimum range. For example, in a KSR (constant current control), the current through the current source (2) is regulated and kept constant. The reduced by the wear of the electrode current density is compensated by the stepwise increase of the current (stepper function of the power source).
Erfindungsgemäß wird der durch die Stepper-Funktion erhöhte Differenzstrom berechnet und/oder gemessen und/oder der erhöhte Strom wird vom Strom-Sollwert und/oder aus der für die Stepper-Funktion eingegebenen Tabelle übernommen und die Kraft dementsprechend angepasst, sodass eine pro Flächeneinheit vorgesehene bzw. notwendige Kraft erreicht wird.According to the invention, the differential current increased by the stepper function is calculated and / or measured and / or the increased current is taken from the current set value and / or from the table entered for the stepper function and the force is adapted accordingly, so that one per unit area provided or necessary force is achieved.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens wird dadurch geschaffen, dass während des Schweißvorganges die Amplitude und/oder zeitliche Verläufe und/oder zeitliche diskrete Werte und/oder zeitliche Mittelwerte und/oder zeitliche Effektivwerte des Widerstandes und/oder der Widerstandsverlauf zwischen den Elektroden und/oder der Widerstandsverlauf zwischen wenigstens einem Werkstück und der dieses Werkstück berührenden Elektrode beobachtet und/oder gemessen wird und die Elektrodenkraft in Abhängigkeit vom gemessenen Widerstandswert eingestellt wird, indem beispielsweise die Kraft proportional und/oder linear und/oder exponentiell und/oder nach experimentell bestimmten Algorithmen moduliert und/oder geändert und/oder für den nächsten Schweißvorgang als Sollwert übernommen wird.A further advantageous development of the method is provided in that the amplitude and / or temporal profiles and / or temporal discrete values and / or time averages and / or temporal rms values of the resistance and / or the resistance profile between the electrodes and / or during the welding process the resistance profile between at least one workpiece and the electrode contacting this workpiece is observed and / or measured and the electrode force is set as a function of the measured resistance value, for example by modulating the force proportionally and / or linearly and / or exponentially and / or according to experimentally determined algorithms and / or changed and / or adopted as setpoint for the next welding process.
Beispielsweise wird zu einem frei wählbaren Zeitpunkt während des Schweißens mit einer frei wählbaren Zeitkonstante und/oder einem Zeitintervall der Mittelwert und/oder Effektivwert aus wenigstens einer Messung der Widerstand zwischen den Elektroden gemessen. Wenn die Elektroden neu sind und/oder neu gefräst sind, haben sie einen Durchmesser D1 und eine Kontaktfläche A1 (
Bei der Berechnung der Strom- und/oder Kraftanpassung werden die anderen Parameter, wie Nebenschluss, Verschmutzung der Elektroden usw. berücksichtigt.When calculating the current and / or force adaptation, the other parameters such as shunt, electrode contamination, etc. are taken into account.
In
Durch die Steuerelektronik (
Die Parameter, beispielsweise der Strom und/oder die Spannung und/oder der Eintauchweg und/oder die Temperatur, werden gemessen (
In
In
In
Hier wird kurz die Regulierung der Kraft durch Widerstandsveränderung erläutert: Die Schweißparameter (
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Legal Events
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R086 | Non-binding declaration of licensing interest | ||
R012 | Request for examination validly filed | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |