DE102013211583A1

DE102013211583A1 - Verfahren zur Simulation des Verhaltens eines adaptiven Reglers

Info

Publication number: DE102013211583A1
Application number: DE201310211583
Authority: DE
Inventors: Rainer Rassloff
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2014-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulation des Verhaltens des adaptiven Reglers einer Widerstandsschweißvorrichtung. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin eine Lösung bereitzustellen, mittels derer die Auswirkungen von veränderten physikalischen Voraussetzungen auf einen durchzuführenden realen Schweißprozess prognostizierbar sind. Dies wird erreicht durch die Simulation des Verhaltens eines adaptiven Reglers einer Widerstandsschweißvorrichtung mittels einer Recheneinrichtung (2), wobei unter Berücksichtigung der für eine Schweißaufgabe charakteristische Daten von der Recheneinrichtung (1) Regler-Istwerte bereitgestellt werden und eine Regeldifferenz aus den Regler-Sollwerten und Regler-Istwerten gebildet wird, welche einem auf der Recheneinrichtung (2) implementierten Regler-Modell zugeführt wird. Das Verhalten des adaptiven Reglers bei sich ändernden Schweißaufgaben kann somit simuliert werden und wird damit prognostizierbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulation des Verhaltens eines adaptiven Reglers einer Widerstandsschweißvorrichtung.
Vorrichtungen zur Simulation realer Vorgänge sind bekannt. Die DE 10 2009 006 538 A1 zeigt beispielsweise einen Roboter-Simulator. Die DE 10 2009 051 644 A1 zeigt einen Ausbildungssimulator zur Verwendung von Drohnensystem. Ein solcher Ausbildungssimulator umfasst einen Ausbilderplatz mit einem ersten Ausgabemittel, das eingerichtet ist, zumindest eine aktuelle Außenansicht der Drohne zu erzeugen und darzustellen, einem zweiten Ausgabemittel, das eingerichtet ist, zumindest eine aktuelle Anzeige einer Bodenstation der Drohne darzustellen; sowie ein erstes Eingabemittel, das eingerichtet ist, einen Parameter der Drohnensimulation zu verändern, wobei das Ausbildungssimulationssystem weiterhin eine erste Schnittstelle zu einem Simulationsmittel, das eingerichtet ist, die physikalischen Eigenschaften der Drohne zu simulieren, und eine zweite Schnittstelle zu einer Bodenkontrollstation, die zur Steuerung der Drohne eingerichtet ist, umfasst.
Vorrichtungen zum Widerstandsschweißen sind ebenfalls bekannt. Sie kommen beispeilsweise in der Automobilindustrie im Rahmen des Karosseriebaus zum Einsatz und dienen zum Verschweißen von Blechen.
Aufgrund der Modellvielfalt der von der Automobilindustrie angebotenen Fahrzeuge und aufgrund des wachsenden Wettbewerbs steigen die Herausforderungen an den Austomobilhersteller stetig an. Herstellprozesse müssen hinsichtlich ihres zeitlichen Ablaufes optimiert werden, unterschiedlichste Blechvarianten und Materialvarianten kommen zum Einsatz und Materiallien unterschiedlichster Lieferanten werden verarbeitet.
Werden diesselben Materialen von unterschiedlichen Herstellern bezogen und am selben Fahrzeug verarbeitet, so kann dies zu Materialschwankungen führen, welche sich negativ auf den Schweißprozess auswirken können, da die Parametrierung der Schweißsteuerung unter anderem auch abhängig vom Material erfolgt und sich an Referenzschweißungen für dieses Material orientiert.
Um die Auswirkung von Materialschwankungen oder die Verwendung von neuen Materialien auf die Qualität des Schweißprozesses abschätzen zu können ist es derzeit erforderlich, reale Referenzschweißungen durchzuführen und die Parameter der Schweißsteuerung ggf. anzupassen. Die bedeutet Zeitaufwand und Kostenaufwand. Auch kann während dieser Zeit die verwendete Schweißsteuerung nicht in der Fertigung eingesetzt werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin eine Lösung bereitzustellen, mittels derer die Auswirkungen von veränderten physikalischen Voraussetzungen auf einen durchzuführenden Schweißprozess prognostizierbar sind.
Diese Aufgabe wird gelöst mittels eines Verfahren zur Simulation des Verhaltens eines adaptiven Reglers einer Widerstandsschweißvorrichtung.
Zunächst werden dabei mittels einer realen Widerstandsschweißvorrichtung Regler-Sollwerte erzeugt und als in einer Datenbank definierte Datensätze vorgehalten. Diese Datensätze bilden die Basis für die rechnergestützte Simulation des adaptiven Reglers. Die Datenbank umfasst auch sogenannte Referenzkurven, welche das Materialverhalten während durchgeführetr Referenzschweißvorgängen repräsentieren und welche mit unterschiedlichsten Materialen und Materialkombinationen durchgeführt worden sein können.
Mittels einer Recheneinrichtung werden zusätzlich die für eine Schweißaufgabe charakteristischen Daten erfasst. Es kann sich dabei handeln um Materialarten, Materialstärken, Materialbeschichtungen, Materialkombinationen, verwendete Klebemittel, Materialwiderstände, aber auch anlagenspezifische Parameter wie beispeilsweise Kappenabnutzung, Elektrodenstellung, Anpressdruck und dergleichen.
Das Verhalten des realen Reglers wird mittels eines Regler-Modells nachgebildet. Das Regler-Modell ist als Computer-Programm inmplementiert und der dem Computer-Programm zugrundeliegende Programmcode läuft auf der Recheneinrichtung während der Simulation ab.
Die Recheneinrichtung liest die Regler-Sollwerte aus der Datenbank ein, beispielsweise in Form einer UIR-Referenzsollkurve, welche das gewünschte UIR-Verhalten während des Schweißvorgangs am Werkstück repräsentiert.
Unter Berücksichtigung der für die Schweißaufgaben erfassten charakteristische Daten werden von der Recheneinrichtung Regler-Istwerte erzeugt, beispielsweise in Form einer UIR-Referenzistkurve, welche das auf den charakteristische Daten beruhende UIR-Verhalten während des Schweißvorgangs repräsentiert. Die Recheneinrichtung simuliert daher auch das Verhalten des zu verarbeitenden Werkstückes und führt dem Modell-Regler diejenigen Informationen als Regler-Istwerte zu, welche während eines realen Schweißvorganges von an der Schweißzange angeordneter Messmitteln erzeugt würden. Schwankungen von Materialeigenschaften können so am Simulator eingestellt und simuliert werden. Damit wird quasi auch eine rechnergestützte Simulation von fiktiven Schweißaufgaben ermöglicht.
Mittels der präsenten Regler-Sollwerte und der Regler-Istwerte wird eine Regeldifferenz gebildet, welche dem Regler-Modell zugeführt wird. Das Regler-Modell generiert hieraus basierend auf dem Regler-Algorithmus die Steuergröße die erforderlich wäre, um die Abweichungen zwischen Sollwerten und Istwerten auszuregeln.
Der vom Regler-Modell während der Simulation bereitgestellte Verlauf der Regler-Steuergröße wird mittels der Recheneinrichtung abgespeichert. Die Regler-Steuergröße liefert Informationen bzgl. der erforderlichen Nachregelung des Schweißstromes und/oder Nachregelung der Schweißzeit und/oder der Nachregelung des Anpressdrucks der von der Widerstandsschweißvorrichtung umfassten Schweißelektroden.
Resultat der Simulation ist somit ein Datensatz, mittels dessen eine Prognose der zu erwartenden Schweißqualität und der Prozessstabilität bei variablen Materialeigenschaften möglich wird.
Der abgespeicherte Verlauf der Steuergröße wird vorzugsweise zum Zwecke einer grafischen Darstellung vorzugsweise mittels der Recheneinrichtung aufbereitet. Die Resultate der Simulation sind damit visuell und benutzerfreundlich darstellbar.
Die Regler-Istwerte werden vorteilhafterweise mittels der Recheneinrichtung abgespeichert und vorzugsweise zur späteren Verwendung als Regler-Sollwerte für die Widerstandsschweißvorrichtung aufbereitet. Die Simulationsergebnisse können somit zur Parametrierung einer realen Widerstandssschweißeinrichtung genutzt werden, indem die Regler-Istwerte und/oder die Regler-Sollwerte an eine Widerstandsschweißvorrichtung übertragen werden oder können von der Schweißsteuerung abgerufen werden.
Die zuvor erwähnte rechnergestützte Simulation von fiktiven Schweißaufgaben ermöglicht es somit auch die Schweißparameter für eine reale Schweißsteuerung zu generieren.
Besonders bevorzugt läuft die Simulation auf der Recheneinrichtung parallel zu einem realen, mittels einer Schweißsteuerung geregelten Widerstandsschweißvorgang ab, wobei zwischen der Recheneinrichtung und der Schweißsteuerung ein kontinuierlicher Datenaustausch stattfindet. Echte und Simulierte Prozesse können damit zu Ausregelzwecken miteinander interagieren.
1 zeigt die erforderliche Infrastruktur zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gezeigt ist eine Schweißsteuerung 1 und eine Recheneinrichtung 2 sowei eine Anzeigeeinrichtung 3. Die Recheneinrichtung 2 liest von der Schweißsteuerung 1 oder einer anderen externen Datenquelle Regler-Sollwerte ein. Auf der Recheneinrichtung 2 wird das Regler-Modell betrieben und mit der Regeldifferenz gespeist. Die Simulationsergebnisse werden an die Anzeigeeinrichtung 3 übertragen 6 oder können von der Schweißsteuerung 1 zur Parametrierung derselben eingelesen oder an diese übertragen 5 werden.
Momentan werden UIR geregelte Schweißaufgaben durch einen solchen Schweißparametersatz mit/ohne UIR-Referenzkurve beschrieben. UIR steht für die Erfsaaung des sich ändernden Widerstandsverhaltens des zu verschwießenden Materials während des Schweißvorgangs.
Schweißaufgaben können Bestandteil einer Schweißparameterdatenbank sein. Diese Datensätze werden in der Erfindung als Grundlage für eine rechnergestützte Simulation des adaptiven Reglers genutzt. Die Simulation kann einerseits eine definierte Schweißaufgabe nachbilden, beispielsweise basierend auf dem Datensatz einer Parameterdatenbank, und zum anderen die Möglichkeit bieten technische Änderungen an der Schweißaufgabe in ihren Auswirkungen darzustellen.
Technische Änderungen können leichtgeänderte Blecheigenschaften (z. B. andere Hersteller), andere Kleber oder unterschiedliche Beschichtungen (Material, Dicke) sein. Das Ergebnis der Simulation ist eine zuverlässige Prognose bezüglich Schweißqualität und Prozessstabilität, sodass eine Beurteilung möglich ist, ob die zugrunde gelegten Schweißdaten für Schwankungen von Materialeigenschaften verträglich sind. Die Erfindung ermöglicht es daher auch eine Schweißaufgabe zu simulieren und deren Einfluss auf das das Verhalten des adaptiven Reglers abzuschätzen, indeunter Berücksichtigung der Schweißaufgabe und der Regler-Steuergröße Regler-Istwerte erzeugt werden, welche an den Reglereingang zurückgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009006538 A1 [0002]
DE 102009051644 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Simulation des Verhaltens eines adaptiven Reglers für eine Widerstandsschweißvorrichtung, indem mittels einer realen Referenzschweißung Regler-Sollwerte erzeugt werden und indem mittels einer Recheneinrichtung (2) die für eine Schweißaufgabe charakteristischen Daten erfasst werden und das Verhalten des adaptiven Reglers mittels eines Regler-Modells nachgebildet wird, wobei die Regler-Sollwerte von der Recheneinrichtung (2) eingelesen werden, wobei unter Berücksichtigung der für die Schweißaufgabe charakteristischen Daten mittels der Recheneinrichtung (2) Regler-Istwerte erzeugt werden und eine Regeldifferenz aus den Regler-Sollwerten und Regler-Istwerten gebildet wird, welche welche dem Regler-Modell zugeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der vom Regler-Modell während der Simulation bereitgestellte Verlauf der Regler-Steuergröße mittels der Recheneinrichtung (2) abgespeichert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der abgespeicherte Verlauf der Regler-Steuergröße zum Zwecke einer grafischen Darstellung (3) mittels der Recheneinrichtung (2) aufbereitet wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regler-Istwerte mittels der Recheneinrichtung (2) abgespeichert werden
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die Regler-Istwerte zur späteren Verwendung als Regler-Sollwerte für die Widerstandsschweißvorrichtung aufbereitet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei die Regler-Istwerte und/oder die Regler-Sollwerte an eine Widerstandsschweißvorrichtung übertragen oder zum Abruf durch eine solche bereitgehalten werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Simulation auf der Recheneinrichtung (2) parallel zu einem realen, mittels einer Schweißsteuerung (1) geregeltem Widerstandsschweißvorgang abläuft und wobei zwischen der Recheneinrichtung (2) und der Schweißsteuerung (1) ein kontinuierlicher Datenaustausch stattfindet.