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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Qualität wenigstens einer Aluminiumschweißung, ein Aluminiumschweißverfahren, eine für einen entsprechenden Betrieb eingerichtete Schweißeinrichtung, ein Schweißsteuergerät sowie ein Computerprogramm.
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Stand der Technik
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Aluminium gewinnt als Material im Karosseriebau zunehmend an Bedeutung. Insbesondere Fahrzeuge der Oberklasse und Sportwagen werden teilweise bereits vollständig aus Aluminium hergestellt. Trotz höherer Kosten kann Aluminium in bestimmten Einsatzgebieten mit Stahl konkurrieren. Vollständig aus Aluminium gefertigte Karosserien können bereits in Großserie hergestellt werden, wobei die Fertigungsverfahren für die Herstellung von Aluminiumbauteilen sowie die Fügeverfahren für das Verbinden der einzelnen Bauteile in der Regel nicht mehr Zeit benötigen, als dies für Stahlteile der Fall ist. Insbesondere bei den aufgrund der Kosten für Aluminium zu erwartenden hohen Recyclingraten ist auch die Ökobilanz bei Aluminiumkarosserien äußerst günstig. Durch die zu erzielende Verbrauchs- und Emissionsminderung kann die energieintensive Herstellung bereits nach kurzer Gebrauchsdauer ausgeglichen werden.
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Momentan besteht bei der Verwendung von Aluminium im Karosseriebau jedoch keine Möglichkeit, die Qualität der erzeugten Schweißverbindungen, insbesondere von Punktschweißungen, online zu überwachen. Diese muss bislang stets durch eine zerstörende Stichprobenkontrolle abgesichert werden. Dieses Vorgehen ist teuer, zeitaufwendig und aufgrund der Möglichkeit nicht repräsentativer Stichproben stets mit einem gewissen potentiellen Fehler behaftet.
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Es besteht daher der Bedarf nach entsprechenden Verbesserungen beim Schweißen von Aluminium, die zuverlässige Aussagen über die Schweißqualität zulassen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Ermitteln einer Qualität wenigstens einer Aluminiumschweißung, ein Aluminiumschweißverfahren, eine für einen entsprechenden Betrieb eingerichtete Schweißeinrichtung, ein Schweißsteuergerät sowie ein Computerprogramm mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorteile der Erfindung
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Mit der Erfindung wird insbesondere das Punktschweißen von Aluminium auch für die großvolumige Fahrzeugproduktion verbessert. Erfindungsgemäß kann die Qualität einer Schweißung oder mehrerer Schweißungen, bei einer Punktschweißung beispielsweise eines jeden Schweißpunkts, überwacht und gegebenenfalls eine entsprechende Reaktion auf das Überwachungsergebnis eingeleitet werden. Hierdurch kann ein Produktionsprozess mit einer gleichbleibenden Qualität gewährleistet werden.
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Unter einer ”Aluminiumschweißung” sei dabei im Rahmen dieser Anmeldung sowohl eine hergestellte Schweißverbindung, z. B. ein Schweißpunkt, als auch ein Schweißprogramm oder eine Schweißsequenz verstanden. Die Erfindung kann insbesondere für Punktschweißungen eingesetzt werden. Prozesstechnisch kann es hierbei notwendig sein, die Wärmemenge für einen einzelnen Schweißpunkt in aufeinanderfolgenden Stromblöcken zu erbringen. Deshalb kann eine Schweißung beispielsweise unterschiedliche Stromblöcke umfassen, wobei jeder einzelne Block sowohl bezüglich Zeitdauer als auch bezüglich seiner Leistung in einem Schweißprogramm separat programmierbar sein kann. Die Programmierung der Leistungen ist von einer jeweils aktiven Regelungsbetriebsart abhängig. Beispielsweise kann hier eine Phasenanschnittregelung (PHA) oder eine Konstantstromregelung (KSR) erfolgen. Zwischen den Blöcken können Pausenzeiten programmiert werden. Schweißprogramme, die mittels eines entsprechenden Schweißsteuergeräts definiert oder abgerufen werden können, umfassen Parameter, die für eine Definition einer Schweißung erforderlich sind. Der Begriff ”Schweißsequenz” soll schließlich die aufeinanderfolgende Herstellung mehrerer Schweißverbindungen, z. B. für eine Aluminiumkarosserie, bezeichnen.
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Erfindungsgemäß wird eine durch wenigstens eine Elektrode auf ein Werkstück ausgeübte Kraft erfasst. Die Erfindung eignet sich daher insbesondere für das Elektroden- bzw. Lichtbogenschweißen. Dabei kann dabei während der Herstellung einer Schweißverbindung, z. B. eines Schweißpunkts, oder während des Ablaufs eines Schweißprogramms, der zeitliche Verlauf eines Kraftsignals, welches von einem entsprechenden Sensor an einer Schweißzange geliefert wird (nachfolgend als ”Schweißkraftverlauf” bezeichnet), ermittelt und, beispielsweise in Form einer Schweißkraftkurve, aufgezeichnet werden.
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Am Ende eines parametrierten Schweißablaufs während der Schweißung, d. h. beispielsweise nach einem Zeitraum, während dessen eine Konstantstromregelung erfolgt war, kann eine Überwachungsfunktion durchlaufen werden. Im Rahmen der Überwachungsfunktion wird der Schweißkraftverlauf mit einem zuvor abgespeicherten Referenzkraftverlauf verglichen, der beispielsweise einer optimalen Schweißung bzw. einer Schweißung mit einer nachgewiesenen oder minimal erforderlichen Qualität entspricht. Innerhalb einer Schweißsequenz können auch mehrere derartiger Überwachungsfunktionen durchlaufen werden. Ein Referenzkraftverlauf kann einmalig oder beliebig oft aufgezeichnet werden. Bei diesem Vergleich können zumindest zwei unterschiedliche Überwachungsgrößen als die Schweißqualität kennzeichnende Faktoren berechnet werden. Jede dieser Größen kann für sich betrachtet dazu verwendet werden, eine Qualität einer Aluminiumschweißung zu ermitteln.
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Ein nachfolgend als Kraftqualitätsfaktor, FQF, bezeichneter erster Faktor gibt die Schweißqualität wieder und korreliert mit dem Punktdurchmesser eines erzeugten Schweißpunkts. Eine nachfolgend als Prozessstabilitätsfaktor, PSF, bezeichneter zweiter Faktor gibt die Stabilität des Fertigungsprozesses wieder. Kraftqualitätsfaktor und Prozessstabilitätsfaktor werden nachfolgend näher erläutert.
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Die Kraftqualität, und damit der Kraftqualitätsfaktor, ergibt sich aus der exakten Analyse des Schweißkraftverlaufs, wie er beispielsweise in der unten erläuterten 2 dargestellt ist. Für die Berechnung des Kraftqualitätsfaktors können hierbei markante Eckpunkte und Trends des Schweißkraftverlaufs, beispielsweise einer erläuterten Schweißkraftkurve, herangezogen werden, die eine Aussage über die Schweißqualität zulassen (nachfolgend als Merkmale bezeichnet). Insbesondere können als Merkmale dabei eine oder mehrere Steigungen, ein oder mehrere Maxima bzw. Minima und/oder ein oder mehrere Flächeninhalte entsprechender Schweißkraftkurven oder Kurvenbereiche verwendet werden.
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In der nachfolgenden Tabelle sind beispielhafte Merkmale angegeben und erläutert. Für eine zeichnerische Veranschaulichung sei auf die
2 verwiesen.
| Merkmal | Formelzeichen | Erläuterung |
| Maximalkraft | Fmax | Maximal gemessener Kraftanstieg, z. B. bezogen auf die jeweilige Referenzkraft |
| Endkraft | Fend | Gemessene Kraft am Ende der Schweißzeit |
| Kraftdifferenz | ΔF | Differenz zwischen Maximalkraft und Endkraft bestimmt aus der relativen Kraftänderung |
| Fläche | AF | Fläche unter der Kraftkurve |
| Schwerpunkt x | xS | Flächenschwerpunkt in Richtung der Schweißzeit |
| Schwerpunkt y | yS | Flächenschwerpunkt in Richtung des Kraftanstiegs |
| 1. mittlere Steigung | dF1 | Mittlere Steigung im Intervall [tStart, 2/3tmax] |
| 2. mittlere Steigung | dF2 | Mittlere Steigung im Intervall [2/3tmax, tmax] |
| 3. mittlere Steigung | dF3 | Mittlere Steigung im Intervall [tmax, tend] |
| Maximale Steigung | dFmax | Maximale Steigung bis zum Kraftmaximum |
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Die angegebenen Merkmale werden vorzugsweise durch einen (auch abschnittsweisen) Vergleich zwischen dem Schweißkraftverlauf und dem Referenzkraftverlauf ermittelt. Diese werden zueinander ins Verhältnis gesetzt und ergeben mit Hilfe einer mathematischen Rechenvorschrift den Kraftqualitätsfaktor FQF. Die jeweils verwendete Rechenvorschrift wird vom Fachmann dabei entsprechend der jeweiligen Schweißaufgabe unter Berücksichtigung der beteiligten Hardware vorgegeben. Sie kann beispielsweise Additions-, Subtraktions-, Integrations- und Divisionsschritte und/oder die Berechnung von (insbesondere gewichteten) Mittelwerten, Schwerpunkten und/oder Durchschnitten umfassen.
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Der Kraftqualitätsfaktor kann dabei als dimensionslose und beispielsweise von einem entsprechenden Computerprogramm unter Berücksichtigung der technischen Gegebenheiten der verwendeten Schweißvorrichtung, z. B. von einer Überwachungs-Firmware eines Schweißsteuergeräts, berechnete und normierte Größe definiert werden. Der Kraftqualitätsfaktor kann eine theoretisch berechnete Qualität eines Schweißpunktes beschreiben, und zwar unabhängig davon, ob diese Qualität ohne oder mit einem kompensierenden Regeleingriff erreicht wurde.
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Der Maximalwert für den Kraftqualitätsfaktor kann in einem entsprechenden Computerprogramm beispielsweise auf den Wert 400 festgelegt werden. Hohe Werte für den Kraftqualitätsfaktor (z. B. größer als 100) kennzeichnen dabei, auf Basis der Berechnung, Schweißpunkte mit einem ausreichenden und guten Linsendurchmesser, der mindestens einem ursprünglich eingelernten Durchmesser entspricht. Niedrige Werte für den Kraftqualitätsfaktor (wobei ein Minimalwert beispielsweise Null beträgt) kennzeichnen einen ungenügenden Punktdurchmesser oder gar einen nicht angebundenen Schweißpunkt, ggf. trotz eines Regeleingriffs. Die Berechnung des Wertes für den Kraftqualitätsfaktor kann dabei auf einer die technischen Gegebenheiten der verwendeten Schweißvorrichtung berücksichtigenden Rechenvorschrift beruhen, die beispielsweise in der Firmware eines Schweißsteuergeräts oder einem entsprechend ausgebildeten AIR-Regler (Aluminiumregler) hinterlegt ist. Ein derartiger Aluminiumregler stellt ein Regelsystem dar, das die Schweißgrößen Strom und Schweißzeit prozessabhängig verändert. Als Prozessführungsgröße dient der Regelung beispielsweise das Kraftsignal.
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In einem Betriebsmodus mit Phasenanschnittregelung oder Konstantstromregelung kann der Kraftqualitätsfaktor auch beispielsweise nur dann berechnet und angezeigt werden, wenn zuvor eine Referenzkurve für das Schweißprogramm geladen wurde. Der berechnete Kraftqualitätsfaktor kann im Schweißsystem für jeden Schweißpunkt überwacht werden. Dazu können vom Anwender untere und obere Eingriffsgrenzen definiert werden.
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Wenn diese Grenzen verletzt werden, kann dies mittels einer Fehlermeldung in einer Bedienoberfläche angezeigt werden. Die Überwachung des Kraftqualitätsfaktors kann dabei in bereits vorhandene Qualitätsüberwachungssysteme integriert werden.
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Der ebenfalls ermittelbare Prozessstabilitätsfaktor gibt vorteilhafterweise an, inwieweit eine Stabilität eines Punktschweißprozesses mit einer Referenzschweißung übereinstimmt. Ein Prozessstabilitätsfaktor von 100% bedeutet die volle Übereinstimmung des Prozesses mit dem Prozess der Referenzschweißung und signalisiert damit einen unverändert stabilen Schweißprozess. Beispielsweise sagt ein Prozessstabilitätsfaktor von 70% aus, dass sich der Schweißprozess um 30% im Vergleich zur Referenzschweißung geändert hat.
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Der berechnete Prozessstabilitätsfaktor kann in einer Schweißeinrichtung für jeden Schweißpunkt überwacht werden. Dazu können vom Anwender untere Eingriffsgrenzen definiert werden. Wie auch im Falle des Kraftqualitätsfaktors kann, wenn diese Grenze verletzt wird, dies mittels einer Fehlermeldung in der Bedienoberfläche angezeigt werden. Auch die Überwachung des Prozessstabilitätsfaktors kann dabei in bereits vorhandene Systeme integriert werden.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen ergeben eine gleichbleibend gute Schweißqualität mit stabilen Punktdurchmessern. Systematische Fehler in der Produktion werden aufgedeckt und kritische Produktionsanlagen aufgezeigt.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z. B. ein Schweißsteuergerät, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Auch die Implementierung der Erfindung in Form von Software, z. B. in Form einer Firmware eines Schweißsteuergeräts, ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten ermöglicht, insbesondere wenn eine ausführende Recheneinheit wie ein Schweißsteuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u. a. m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Figurenbeschreibung
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1 zeigt eine Schweißeinrichtung, die für einen Betrieb gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eingerichtet ist, in schematischer Darstellung.
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2 zeigt Strom- und Schweißkraftverläufe, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgewertet werden können.
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3 veranschaulicht erfindungsgemäß auswertbare Merkmale einer Schweißkraftkurve eines Schweißkraftverlaufs.
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4 zeigt ein Histogramm von Kraftqualitätsfaktoren, das gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgewertet werden kann.
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In den Figuren tragen einander entsprechende Elemente identische Bezugszeichen und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt eine Schweißeinrichtung, die für einen Betrieb gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eingerichtet ist, in schematischer Darstellung. Diese ist insgesamt mit 1 bezeichnet.
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Die Schweißeinrichtung 1 weist eine Schweißzange 10 mit einem Paar Elektroden 11 und 12 auf. In der Schweißzange 10 ist wenigstens eine Leitung mit einem Leitungsschirm 10a vorgesehen, der beispielsweise leitend mit einem Gehäuse 40 eines Schaltschranks oder Schweißkoffers 40 verbunden ist. Die Elektroden können mittels eines Transformators 20 mit einem mit Pfeilen 21 und 22 veranschaulichten Schweißstrom beaufschlagt werden und kontaktieren ein Werkstück 2, beispielsweise zwei miteinander an einem Schweißpunkt 2' zu verbindende Aluminiumbleche. Der Schweißstrom 21, 22 kann beispielsweise durch den Transformator 20 nach Maßgabe einer entsprechenden Regelung als Konstantstrom bereitgestellt werden. Zur Erfassung des Schweißstroms kann ein Stromsensor 23 vorgesehen sein.
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Ein mittels des Stromsensors 23 erfasster Stromwert kann beispielsweise über eine Leitung 23' einem Schweißsteuergerät 30 zugeführt werden. Das Schweißsteuergerät 30 kann beispielsweise in dem Schaltschrank oder Schweißkoffer 40 angeordnet sein. Bei dem Schweißsteuergerät 30 kann es sich beispielsweise um ein entsprechend eingerichtetes Schweißsteuergerät 30 der Serie PS 6000 der Anmelderin handeln, das ein integriertes Leistungsteil aufweist. Die Erfindung wird nachfolgend anhand dieses Schweißsteuergeräts 30 beschrieben, kann jedoch mit beliebigen Schweißsteuergeräten 30 realisiert werden, sofern diese für einen erfindungsgemäßen Betrieb eingerichtet werden können.
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Schweißeinrichtungen 1, die mit einem entsprechenden Schweißsteuergerät 30 ausgerüstet sind, umfassen neben den erläuterten Komponenten zumindest eine vorgeschaltete Ansteuerung, die den Gesamtprozess am Werkstück 2 steuert und auch in sicherheitstechnischer Hinsicht überwacht. Das kann z. B. eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), eine Robotersteuerung, eine manuelle Ansteuerung (z. B. bei als Handzangen ausgebildeten Schweißzangen 10) oder auch eine Kombination aus den genannten Möglichkeiten sein. Vorliegend ist als vorgeschaltete Ansteuerung eine Rechner 50, z. B. ein PC, dargestellt. Dieser ist über eine Leitung 50 angebunden und kann z. B. auch zur erfindungsgemäßen Ermittlung einer Qualität einer Schweißung bzw. entsprechender Qualitätsfaktoren dienen.
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Der Transformator 20 kann über Leitungen 30' und 30'' mit Ansteuersignalen beaufschlagt werden, die beispielsweise aufgrund definierter Schweißprogramme zur Bereitstellung vorbestimmter Stromblöcke an die Elektroden dienen.
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Das Schweißsteuergerät 30 umfasst ferner zumindest zwei Ein-/Ausgabemodule 31 und 32, die zur Ansteuerung der Schweißzange und/oder zum Empfang entsprechender Signale eingerichtet sein können. Im Falle des zuvor erläuterten Schweißsteuergeräts 30 der Serie PS 6000 umfassen diese z. B. die Klemmen X2 und X9 zur Druckansteuerung und Rückmeldung in Form fünf- bzw. sechspoliger Steckkontakte. Diese sind nach Wunsch parametrierbar.
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Ein Ein-/Ausgabemodul 31 kann z. B. ein analoges Ausgangssignal zur Verfügung stellen, das sich zur Ansteuerung eines Proportional-Regelventils verwenden lässt, mit welchem eine Andruckkraft der Elektroden 11 und 12 an das Werkstück 2 eingestellt werden kann. Ein Schirm 31a ist ebenfalls an das Ein-/Ausgabemodul 31 angebunden.
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Um dem Schweißsteuergerät 30 eine Istkraft an den Elektroden 11, 12 mitzuteilen, kann entweder das Ein-/Ausgabemodul 31 oder das Ein-/Ausgabemodul 32 verwendet werden. Im vorliegenden Fall ist eine entsprechende Rückmeldung über die Leitungen 31b und 31c einerseits und eine Leitung 33' andererseits gezeigt. Zumindest die Leitung 33' ist mit einem entsprechenden Kraftsensor 33 verbunden.
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2 zeigt Strom- und Schweißkraftverläufe, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgewertet werden können, in einem Diagramm 2. In dem Diagramm 2 sind jeweils ein Stromverlauf i in kA sowie ein bei einer Schweißung ermittelter Kraftverlauf f und ein Referenzkraftverlauf r in die dimensionslosen, relativen Einheiten auf der Ordinate gegenüber einer Schweißzeit in t ms auf der Abszisse aufgetragen. Die angegebenen Einheiten sind dabei nur beispielhaft, auch andere Einheiten bzw. Werte können zur Aluminiumschweißung und zur Ermittlung eines erfindungsgemäßen, die Qualität kennzeichnenden Faktors verwendet werden.
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Der Referenzkraftverlauf r entspricht dem Kraftverlauf einer Beispielschweißung, er kann beispielsweise eine zu erreichende Sollwert oder eine (noch) akzeptable Durchschnitts- oder Minimalqualität darstellen. In der 2 liegt der Schweißkraftverlauf f oberhalb dieses Referenzkraftverlaufs r. Hieraus kann nach entsprechender Auswertung abgeleitet werden, dass eine entsprechende Schweißung eine bessere Qualität aufweist als jene, die durch den Referenzkraftverlauf r charakterisiert wird. Eine entsprechende Bestimmung wird unter Bezugnahme auf die nachfolgende 3 näher erläutert. Ein in dem Diagramm 2 ebenfalls dargestellter Kraftverlauf i' entspräche beispielsweise einem Schweißkraftverlauf, der die durch den Referenzkraftverlauf r definierten Qualitätsanforderungen nicht erfüllen würde. Eine entsprechende Schweißung bzw. ein hiermit erzeugtes Bauteil wäre daher z. B. auszusondern.
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Wie bereits zuvor erläutert, wird beispielsweise der dargestellte Stromverlauf i mittels eines AIR-Reglers prozessabhängig erfasst und/oder verändert.
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Auf Grundlage eines Vergleichs der als Schweißkraftverlauf f erfassten Kraft mit dem Referenzkraftverlauf r kann, wie bereits erläutert, wenigstens ein die Qualität kennzeichnender Faktor bestimmt werden. Dies wird unter Bezugnahme auf die 3 erläutert, in der ein entsprechender Schweißkraftverlauf i während einer Auswertezeit tStart ... tEnd, in der 2 mit einem entsprechenden Pfeil bezeichnet, im Detail veranschaulicht ist. Zu weiteren Details sei auch auf die obige Tabelle zu den Merkmalen des Schweißkraftverlaufs verwiesen.
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Eine entsprechende Betrachtung kann sich beispielsweise auch in einem Bereich zwischen einem Messzeitbeginn tStart und einer Zeit tmax, zu der der Schweißkraftverlauf i seinen Maximalwert erreicht, bewegen. Die Auswertung kann auch nur bestimmte Bereiche derartiger Messzeiten umfassen, beispielsweise einen Wert von 2/3 tmax oder 1/3 tmax, d. h. zwischen einer Zeit tStart und einer Zeit t2 und/oder einer Zeit zwischen t2 und tmax. Die Auswertung kann auch innerhalb einer Gesamtzeit von tStart bis tS = tEnd erfolgen. Hierbei kann beispielsweise eine Fläche unterhalb der Schweißkraftkurve i, in der 3 schraffiert dargestellt und mit AF bezeichnet, bestimmt werden. Ist beispielsweise eine derartige Fläche AF größer als jene eines Referenzkraftverlaufs r in einer entsprechenden Zeit, kann von einer Schweißung ausgegangen werden, die qualitativ höherwertig ist, als die, die durch den Referenzkraftverlauf r definiert ist.
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Beispielsweise kann eine entsprechende Fläche eine relative Bezugsgröße von 100 erhalten, so dass Flächen mit einem relativen Wert größer als 100 eine bessere Schweißqualität und Flächen mit einem relativen Wert kleiner als 100 eine schlechtere Schweißqualität angeben. Entsprechendes gilt auch für die Merkmale Fmax, die eine maximale Schweißkraftänderung innerhalb des jeweiligen Erfassungsbereichs angibt. Liegt diese über einer einem entsprechenden Wert eines Referenzkraftverlaufs r, ist die Schweißqualität besser, im anderen Fall schlechter als jene des Referenzkraftverlaufs r. Weitere verwendbare Werte sind beispielsweise eine Steigung der Schweißkraftverlaufskurve dF1, dF2 oder dF3 während jeweiliger Zeiten eines entsprechenden Schweißkraftverlaufs (siehe obige Tabelle). Ferner kann beispielsweise auch eine maximale Steigung dFmax der Schweißkraftverlaufskurve bestimmt werden. Entsprechendes gilt für einen Schwerpunkt xS/yS. Entsprechende Werte können auch miteinander verrechnet und/oder mittels mathematischer Verfahren zur Definition eines dimensionslosen Kraftqualitätsfaktors herangezogen werden. Liegt ein entsprechend ermittelter Wert oberhalb eines entsprechenden Wertes eines Referenzkraftverlaufs r, kann von einer besseren Schweißung ausgegangen werden, im anderen Fall weist die Schweißung Qualitätsmängel auf.
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Eine entsprechende Aufzeichnung von Kraft- und Stromverläufen f, i, kann beispielsweise über eine Bedienoberfläche auf einem Rechner 50 veranlasst werden. Hierzu kann in einer derartigen Bedienoberfläche beispielsweise eine Betriebsart oder ein Schweißwerkstoff (z. B. Stahl, Aluminium oder Legierungen) definiert werden. Eine zuvor erläuterte Überwachungsfunktion kann beispielsweise für alle Schweißprogramme oder nur für einen Teil hiervon definiert werden. Entsprechende Schweißsteuergeräte 30, eine dort ablaufende Steuergeräte-Firmware und/oder Computerprogramme zur Auswertung auf einem Rechner 50 können zur Überwachung mehrerer Messgrößen, z. B. von bis zu zehn Messgrößen, eingerichtet sein. Für jedes Schweißprogramm kann auch eine individuelle Festlegung von Messgrößen erfolgen. Insbesondere in einem entsprechenden Computerprogramm können auch die zuvor erläuterten Eingriffsgrenzen für den Kraftqualitätsfaktor und/oder den Prozessstabilitätsfaktor eingestellt werden.
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Die Aufzeichnung des Schweißkraftverlaufs kann beispielsweise umfassen, während einer Schweißung während jeder Halbwelle von beispielsweise 500 μs ein Kraftsignal über eine analoge Schnittstelle zu messen. Die gemessenen Werte können skaliert, gemittelt und in einem Schweißsteuergerät 30 und/oder einem entsprechenden Rechner 50 gespeichert werden.
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Der berechnete Kraftqualitätsfaktor kann mit festgelegten Eingriffsgrenzen verglichen werden. Verletzt er eine dieser Grenzen, erfolgt eine Fehlermeldung des Systems. Dabei genügt beispielsweise bei zulässigen Toleranzen eine Verletzung für den Fehlerzustand, während bei vorbestimmten bedingten Grenzen eine definierte Anzahl von Verletzungen auftreten darf, bevor die Fehlermeldung ausgelöst wird. Ist ein Fehler aufgetreten, muss der Anwender diesen, beispielsweise in einer mehrfach erläuterten Bedieneroberfläche, quittieren, bevor die Steuerung den nächsten Schweißpunkt aktivieren kann.
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Die Berechnung des Prozessstabilitätsfaktors kann analog zu der Berechnung eines bekannten Prozessstabilitätsfaktors für eine Stahlschweißung erfolgen. Statt der dort bekanntermaßen verwendeten Messgröße Widerstand kann beim Werkstoff Aluminium das Kraftsignal eingerechnet werden. Beispielsweise kann in diesem Zusammenhang ein Vergleich der Messwerte eines Schweißkraftverlaufs und eines Referenzkraftverlaufs in einem Raster von 1 ms durchgeführt werden. Jede Differenz kann zu einer Reduzierung des Wertes für den Prozessstabilitätsfaktor führen. Auch der Prozessstabilitätsfaktor kann mit entsprechenden Eingriffsgrenzen verglichen werden. Verletzt er eine dieser Grenzen, erfolgt eine Fehlermeldung des Systems.
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Für die Analyse einer Qualität eines Schweißprogramms kann ein Datenhistogramm benutzt werden. Dort können alle berechneten Werte für den Kraftqualitätsfaktor und/oder den Prozessstabilitätsfaktor für jeden Schweißpunkt eines Schweißprogramms gespeichert werden. Ein entsprechendes Histogramm ist in 4 gezeigt und mit 4 bezeichnet. In diesem sind Kraftqualitätsfaktoren über eine Anzahl Schweißpunkte n aufgetragen. Der Kraftqualitätsfaktor ist eine vorzeichenlose Größe. Sein Wertebereich liegt zwischen 0 als Minimalwert und 400 als Maximalwert.
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In der 4 ist hierbei ein Bereich zwischen 50 und 200 auf der Ordinate dargestellt, wobei ebenfalls entsprechende Überwachungsgrenzen, z. B. in Form eines ersten oberen Grenzwerts H und eines zweiten oberen Grenzwerts HH sowie eines ersten unteren Grenzwerts L und eines zweiten unteren Grenzwerts LL aufgetragen sind. In dem Diagramm ist eine Folge von Schweißpunkten eines bestimmten Schweißprogramms auf der Abszisse dargestellt. Jeder Punkt entspricht einer Schweißung. In einer entsprechenden Bedienoberfläche kann beispielsweise jeder Punkt mit einem Cursor C angefahren werden, wobei entsprechende Werte zu dem jeweiligen Punkt in Form von Ist- und Sollwerten ausgegeben werden können. Der erste obere Grenzwert H und der erste untere Grenzwert L stellt dabei eine bedingte Grenze dar. Für diese kann beispielsweise angegeben werden, wie oft diese verletzt werden darf, bis ein Fehler ausgelöst wird. Der zweite obere Grenzwert HH sowie der zweite untere Grenzwert LL stellen absolute Grenzen dar. Werden diese verletzt, wird sofort eine Fehlermeldung ausgegeben.
