DE102013221273A1

DE102013221273A1 - Verfahren zum Überwachen und Regeln einer Qualität von Schweißpunkten

Info

Publication number: DE102013221273A1
Application number: DE201310221273
Authority: DE
Inventors: Joachim Rathke; Sebastian Zeller; Jürgen Haeufgloeckner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2015-04-23
Also published as: CN104551372A; CN104551372B; US20150108100A1; US9839972B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen und/oder Regeln einer Qualität von Schweißpunkten einer Bearbeitungsinsel, umfassend zumindest zwei Schweißsteuerungen an einem oder mehreren Werkstücken, wobei das Verfahren darauf basiert, dass ein Vergleichen der Messwerte und ein Ausgeben einer Fehlermeldung von einer Zentralsteuerung der Bearbeitungsinsel erfolgt, wobei die Zentralsteuerung in Kommunikationsverbindung mit jeder Schweißsteuerung steht um diese in Abhängigkeit aller Messwerte und des vordefinierten Toleranzabstandes entsprechend zu steuern, wobei die Schweißsteuerungen untereinander in Kommunikationsverbindung stehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen und/oder Regeln einer Qualität von Schweißpunkten einer Bearbeitungsinsel umfassend zumindest zwei Schweißsteuerungen an einem oder mehreren Werkstücken.
Dabei umfasst das vorliegende Verfahren zunächst den Schritt eines Messens und Speicherns von Messwerten beim oder nach dem Ausführen von Widerstandspunktschweißungen an unterschiedlichen Stellen eines Werkstückes, wobei die Messwerte eine Spannung, einen Strom, einen Widerstand, eine Schweißzeit, eine Energie, eine Kraft auf Schweißkontakte und/oder eine Leistung bei der Herstellung eines Widerstandes des Schweißpunktes repräsentieren.
In einem nächsten Schritt werden die Messwerte mit einem Referenzmesswert verglichen und überwacht, wobei der Referenzmesswert eine entsprechende Spannung, einen entsprechenden Strom, einen Widerstand, eine Schweißzeit, eine Energie, eine Kraft auf Schweißkontakte und/oder eine Leistung bei der Herstellung eines entsprechenden Widerstandsschweißpunktes repräsentiert, wobei in einem nächsten Schritt eine Fehlermeldung ausgegeben wird, wenn im Schritt des Vergleichens und des Überwachens festgestellt wird, dass eine vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Messwerten außerhalb eines vordefinierten Toleranzabstandes vom Referenzmesswert und/oder außerhalb einer Toleranzzone liegt.
Derartige gattungsgemäße Verfahren zum Überwachen und/oder Regeln einer Qualität von Schweißpunkten sind bereits aus dem Stand der Technik wohl bekannt. Im automatisierten Karosseriebau muss nämlich die Qualität der Schweißpunktverbindungen aus Gründen der Produkthaftung ständig überprüft und nachgewiesen werden. Dies erfolgt bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren unter anderem durch beispielsweise eine zerstörende Prüfung einer Karosse und/oder durch eine Online-Qualitätsüberwachung, die die adaptiven Schweißsysteme zur Verfügung stellen.
Zurzeit existieren Online-Qualitätsüberwachungen, welche nach dem Systemstandard PSQ 6000 mittels Qualitätsbewertungsfaktoren oder Prozessbewertungsfaktoren durchgeführt werden.
Insbesondere sind bei aus dem Stand der Technik bekannten Online-Systemen aber immer nur einzelne Schweißpunkte oder Schweißprogramme überwachbar. Dazu liefern diese bereits bekannten Systeme Überwachungsfaktoren, die mit entsprechenden Anschlaggrenzen versehen werden. Werden diese Grenzen verletzt, wird ein Systemstopp mit einer entsprechenden Fehlermeldung ausgelöst, auf die der Anlagenbetreiber reagieren kann.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Überwachen und/oder Regeln einer Qualität von Schweißpunkten einer Bearbeitungsinsel anzugeben, welche der oben genannten Einschränkung in Bezug auf einzelne Schweißpunkte oder Schweißprogramme nicht mehr unterliegt und somit ein Verfahren anzugeben, mit dem eine übergreifende Qualitätsbewertung von Schweißpunkten durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 und 8 gelöst.
Insbesondere können mittels der hier beschriebenen Verfahren zum Überwachen und/oder Regeln einer Qualität von Schweißpunkten einer Bearbeitungsinsel, fehlerhafte Schweißpunkte, falsch parametrierte Blechkombinationen, Fehler bei crashrelevanten Bauteilen und Probleme bei bestimmten Schweißzangen oder Fräseinrichtungen in der Produktion deutlich schneller erkannt und behoben werden als die bisher aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren.
Um nun ein Verfahren zum Überwachen und/oder Regeln einer Qualität von Schweißpunkten einer Bearbeitungsinsel anzugeben, bei dem eine wie obig dargestellte übergreifende Qualitätsbewertung in besonders einfacher, kostengünstiger und zuverlässiger Art und Wiese ermöglicht ist, macht die vorliegende Erfindung unter anderem von der Idee Gebrauch, dass das Vergleichen der Messwerte und das Ausgeben der Fehlermeldung von einer Zentralsteuerung der Bearbeitungsinsel erfolgt, wobei die Zentralsteuerung in Kommunikationsverbindung mit jeder Schweißsteuerung steht, um diese in Abhängigkeit aller Messwerte und des vordefinierten Toleranzbereiches entsprechend zu steuern, wobei die Schweißsteuerungen untereinander in Kommunikationsverbindung stehen. Die Schweißsteuerungen sind daher untereinander vernetzt und tauschen über das Netzwerk die Überwachungsergebnisse der geschweißten Punkte aus, sodass alle Steuerungen einer Bearbeitungsinsel alle Qualitätsbewertungen zur Verfügung haben. Die Auswertung der überlagerten Qualitätsvorgaben erfolgt an zentraler Stelle innerhalb der beteiligten Steuerungen, beispielsweise über den Zentralserver. Insbesondere kann das Ausgeben der Fehlermeldung unmittelbar mit einem Stopp des gesamten Schweißprozesses innerhalb der Bearbeitungsinsel einhergehen.
Denkbar ist ein Ablauf bei dem nach jedem Schweißablauf eine Qualitätsbewertung im System durchgeführt wird. Dazu können, je nach Anlagenzustand, die Qualitätsfaktoren UIP, FQF und PSF, beispielsweise über einen Rechner, berechnet werden. Gleichzeitig kann die Stabilität des Produktionsprozesses mittels des Faktors PSF bestimmt werden. Für jeden Schweißpunkt sind ebenfalls, den Qualitätsvorgaben entsprechende, Fehlertoleranzen definiert. Bei der Parametrierung der einzelnen Schweißpunkte in der Benutzeroberfläche erhalten diese einen zum Bezug zum Schweißprogramm, zu einer Blechdickenkombination, und zu einer Schweißzange. Die Karosserieidentifikation wird dem System von einem externen Identifikationssystem über ein Eingangsparameterfeld mitgeteilt.
Die Schweißqualität UIP/FQF ergibt sich aus der exakten Analyse des Widerstands/Kraftverlaufs einer Schweißung. Für die Berechnung werden markante Eckpunkte und Trends des Kurvenverlaufs herangezogen. Hierfür wird der Kurvenverlauf in mehrere Abschnitte untergliedert. Als markante Punkte des Verlaufs gilt der Anfangs- und Endwert, sowie das lokale Maximum und Minimum. Zwischen diesen Punkten werden Steigungen und Tendenzen abgeleitet, die eine Aussage über die Schweißqualität zulassen. Die Ergebnisse der Berechnung der einzelnen Abschnitte werden abhängig davon, um welchen Abschnitt es sich handelt, mit unterschiedlich starker Gewichtung in den UIP/FQF einbezogen. Da die Dynamik des Kurvenverlaufs bei manchen Schweißaufgaben nur schwach ausgeprägt ist, wird zusätzlich ein Vergleich mit den entsprechenden Abschnitten des Referenzverlaufes hergestellt und in die Berechnung einbezogen.
Ein Qualitätsfaktor (auch UIP/FQF-Wert genannt) kann dabei eine einheitenlose und von der Regler-Firmware berechnete und normierte Größe sein. Sie beschreibt die „theoretisch berechnete” Qualität eines Schweißpunktes, unabhängig davon ob diese Qualität ohne oder mit einem kompensierenden Regeleingriff erreicht wurde.
Hohe Qualitätswerte bei UIP/FQF (d. h. insbesondere größer 100) sagen dabei auf Basis der Berechnung Schweißpunkte mit einem ausreichenden und guten Linsendurchmesser vorher, der mindestens dem ursprünglich eingelernten Punktdurchmesser entspricht.
Niedrige Qualitätswerte (wobei der Minimalwert 0 ist) sagen (auch trotz Regeleingriff) einen ungenügenden Punktdurchmesser oder gar einen nicht angebundenen Schweißpunkt voraus. Die Berechnung des UIP-Wertes basiert auf einem Algorithmus, der in der Firmware des Reglers hinterlegt ist. Eingangsgrößen für die Berechnung dieses Wertes sind gemessene und berechnete elektrische Kenngrößen wie Strom, Spannung, Widerstand, Phasenanschnitt, Leistung, Energieeintrag, aber auch charakteristische Größen, die den Verlauf der aktuell gemessenen Widerstandskurve (Minima, Maxima, Steigungen) und damit auch die Qualität der Schweißung beschreiben.
Ebenfalls ist es möglich, einen Prozessstabilitätsfaktor PSF zu bestimmen, der die Stabilität des Schweißprozesses zeigt und auch Eingriffe eines entsprechenden Reglers ermöglicht bzw. zeigt. In Verbindung mit einer Prozesshistorie, die abgespeichert wurde, lässt sich eine Veränderung der Prozesslage erkennen, wodurch eine Trendanalyse des Prozesses ermöglicht wird. Hierbei wird ein Vergleich aus einer Referenzschweißung und einer aktuellen Schweißung ermittelt.
Ein PSF Wert von 100 zeigt die exakte Übereinstimmung von Referenzkurve und aktueller Schweißkurve. Jede Abweichung der beiden Kurven zueinander verringert den Stabilitätsfaktor.
Im KSR/PHA-Betrieb werden die Qualitätswerte und der Stabilitätsfaktor nur berechnete und angezeigt, wenn eine Referenzkurve geladen wurde.
Zur Ermittlung von Toleranzzonen, beispielsweise in Form von Toleranzbändern ausgebildet, für die Überwachung von UIP/FQF und PSF wird folgendes Vorgehen vorgeschlagen:
Zunächst werden die Istwerte aus der Referenzschweißung als Referenz für die Überwachung übernommen. Ein Abbild, in welchen Grenzen sich die überwachte Größe bewegt, ergibt sich aus dem angezeigten Verlauf einer überwachten Größe. Die Toleranzen legt man am besten so um den Referenzwert, dass die meisten Schweißungen im „Gutbereich” liegen. So liegen Ausreißer dann außerhalb der Toleranzbänder. Es ist darauf zu achten, dass normale Schwankungen der Fertigung nicht außerhalb der Toleranzgrenzen liegen (z. B. durch geringen Elektrodenverschleiß, Fräsen). In der Anzeige des Verlaufs werden die programmierten Toleranzen als Linien angezeigt und zeigen anschaulich, wie sich die Toleranzbänder auswirken würden.
Nach eventuell weiterer Beobachtung und Optimierung kann die Überwachung für diese Größe aktiviert werden. Zusätzlich ist zu kontrollieren, dass die Überwachung auch für dieses Programm und „Allgemein” eingeschaltet ist. Die Toleranzen programmiert man an einer Bedienoberfläche am besten in der Reihenfolge

• 1. zulässiges Toleranzband oben,
• 2. bedingt zulässiges Toleranzband
• 3. zulässiges Toleranzband unten.

Zusätzlich kann ein Qualitätsfaktor durch die Ermittlung eines Vergleichs der Widerstands/Kraftverläufe in der aktuellen Schweißung mit der Referenzschweißung bestimmt werden.
Durch die vorgestellte Funktion ist somit eine systematische Fehlererkennung möglich, wodurch ein hoher Qualitäts- und Produktionsstandard sichergestellt wird. Insbesondere kann eine dauerhafte Prozess-Punktschweißqualität in einer Serienproduktion sichergestellt werden, wodurch sich die Produktionsbedingungen deutlich verbessern. Zugleich kann die Zählung der aufgetretenen Messwerte außerhalb eines zulässigen Toleranzbereichs derart eingestellt werden, dass für jedes zu schweißende Werkstück dieser Zähler rückgesetzt wird, so dass eine Bauteil und/oder Bearbeitungsinselbezogene Qualitätswarnmeldung ausgegeben werden kann. Alternativ kann auch eine fertigungsprogrammbezogene Warnungsmeldungsausgabe erfolgen, um einen langfristigen Verschleiß der Schweißzange zu bestimmen. Durch den vorgeschlagenen Ansatz wird es möglich, eine Überwachungsfunktion für einen kompletten Rohbau der Qualität von Karosserien sicherzustellen.
Zudem ist es möglich, dass der Anwender die Qualitätsanalyse auf vorbestimmte zu bearbeitende Bereiche (Schweißzange (alle Schweißpunkte, die mit einer Zange geschweißt werden), Bauteil (alle Punkte, die einem Bauteil an der Karosse zugeordnet werden können, evtl. verschiedene Schweißzangen) und/oder Karosse (alle Punkte an einer Fahrzeugkarosserie)begrenzt oder einschränkt.
Auch können weiterhin die Messwerte von jeder Widerstandspunktschweißung für jedes Werkstück in einem zentralen Speicher abgelegt werden. Dies erleichtert die Beweisführung bei einer Beanstandung eines fehlerhaften Werkstückes, da in einer solchen Ausführungsform der Erfindung die Qualität jeder Punktschweißung exakt dokumentiert und vom zentralen Speicher bzw. Rechner angerufen werden kann.
Günstig ist es auch, wenn im Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ferner ein Schritt des Ausführens einer Referenzmessung vorgesehen ist, wobei der entsprechende Referenzwert aufgenommen und für den nachfolgenden Vergleich mit den Messwerten abgespeichert wird. Dies bietet den Vorteil, dass eine Erfassung des Referenzwertes für eine Widerstandsschweißzange individuell möglich ist, so dass Eigenheiten der jeweils verwendeten Widerstandsschweißzange berücksichtigt werden können.
Durch eine derartige wie obig dargestellte Zentralsteuerung unter Bewertung aller Schweißparameter und Parameter definiert und verursacht durch die Schweißsteuerungen untereinander kann übergreifend über den gesamten Schweißprozess eine besonders einfache Qualitätsbewertung global bezogen auf den Schweißprozess, welcher durch die Bearbeitungsinsel vollzogen wird, durchgeführt werden. Insofern ist in besonders einfacher Art und Weise ein besonders einfacher Qualitätsüberblick über den gesamten Schweißprozess, der der Bearbeitungsinsel zugeordnet ist, ermöglicht. „Bearbeitungsinsel“ heißt in diesem Zusammenhang ein Prozessverfahren und/oder eine Prozessvorrichtung (z. B. schweißtechnische Produktionsanlage), welche zumindest einem Schweißprozess und/oder zumindest einer Schweißprozesskette eindeutig, beispielsweise eineindeutig, zugeordnet ist. Bei den Schweißsteuerungen kann es sich um solche Steuerungen handeln, welche zumindest ein Schweißprogramm in Bezug auf mehrere Schweißpunkte, die mit dem gleichen Schweißprogramm, d.h. Schweißparametern geschweißt werden, umfassen.
Mit anderen Worten basiert die vorliegende Erfindung unter anderem auf der Erkenntnis, dass eine Verbesserung der herzustellenden Qualität einer Widerstandspunktschweißung dadurch erreicht werden kann, dass bei dem Aufbringen der Widerstandspunktschweißungen bestimmte physikalische Größen gemessen werden und mit Referenzgrößen verglichen werden. Liegen die gemessenen Größen außerhalb eines Toleranzbereiches von beispielsweise 70% über oder unter dem Referenzwert, wird eine solche Abweichung registriert und die Abweichung gespeichert. Tritt dann in einer nachfolgenden Widerstandspunktschweißung bzw. dessen Messwert wieder eine derartige Abweichung vom Referenzwert auf, wird diese Abweichung wiederum registriert und abgespeichert. Die hieran anschließende Messung wird wieder auf analoge Weise mit dem Referenzwert verglichen und abgespeichert. Wird nun bei dem Abspeichern festgestellt, dass eine bestimmte Anzahl von (aufeinanderfolgenden) Messwerten vorliegt, die alle außerhalb des Toleranzbereiches um den Referenzwert liegen, wird die Warnmeldung ausgegeben. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass bei einer zu schlechten Qualität der Widerstandsschweißpunkte eine Warnung ausgegeben wird und eine Maßnahme zur Verbesserung der Qualität der Schweißpunkte ergriffen wird, um sicherzustellen, dass die Qualität von weiteren Widerstandspunktschweißungen wieder in dem Toleranzbereich um einen Referenzmessungswert liegen. Auch kann eine Aufzeichnung der Qualität von jedem Widerstandsschweißpunkt einfach erfolgen, so dass auch im Schadensfall eine lückenlose Dokumentation zur Verfügung steht.
Ein derartiger Ansatz zur Überprüfung und/oder Regelung der Qualität einer Widerstandspunktschweißung bietet unter anderem den Vorteil, dass durch die automatische Erfassung sehr schnell und exakt erkannt werden kann, ob die entsprechenden Widerstandspunktschweißung einem vorbestimmten Qualitätskriterium (welches durch den Referenzmessungswert repräsentiert wird) entspricht. Ist dies nicht der Fall, kann durch die ausgegebene Warnungsmeldung eine betreffende Widerstandspunktschweißung manuell nachgearbeitet werden, um das erforderliche Qualitätskriterium zu erreichen. Durch die Festlegung der vorbestimmten Anzahl von Messwerten (beispielsweise 3 bis 5 Messwerte), die außerhalb des vordefinierten Toleranzabstands vom Referenzwert liegen, und die zur Ausgabe der genannten Warnungsmeldung erreicht sein muss, kann sichergestellt werden, dass eine einzeln auftretende Störung nicht als abnutzungsbedingte Veränderungen beispielsweise einer Widerstandsschweißzange interpretiert wird. Dies stellt sicher, dass die Ausgabe der Warnungsmeldung lediglich dann erfolgt, wenn tatsächlich ein Verschleiß der Schweißzange oder eine systembedingte Veränderung der Schweißumgebung auftritt, die tendenziell zu schwachen Schweißpunkten führt und deshalb erkannt werden sollte. Ferner bietet der vorgeschlagene Ansatz die prinzipielle Möglichkeit, für jede Widerstandspunktschweißung den erfassten Messwert für jedes Werkstück abzuspeichern und somit eine lückenlose Qualitätskontrolle der Widerstandspunktschweißung zu ermöglichen. Hierdurch wird einem Nutzer des vorgeschlagenen Ansatzes einfach ermöglicht, bei einer Schadenersatzforderung nachzuweisen, dass kein Fehler an einem in seinem Betrieb geschweißten Werkstück vorlag.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zum Überwachen und/oder Regeln einer Qualität von Schweißpunkten einer Bearbeitungsinsel zumindest zwei Schweißsteuerungen an einem oder mehreren Werkstücken, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, wonach zunächst Messwerte beim oder nach dem Ausführen von Widerstandspunktschweißungen an unterschiedlichen Stellen eines Werkstückes gespeichert und gemessen werden, wobei die Messwerte eine Spannung, einen Strom, einen Widerstand, eine Schweißzeit, eine Energie, eine Kraft auf Schweißkontakte und/oder eine Leistung bei der Herstellung eines Widerstandsschweißpunktes repräsentieren. In einem nächsten Schritt werden die Messwerte mit einem Referenzmesswert verglichen und überwacht, wobei der Referenzmesswert eine entsprechende Spannung, einen Strom, einen Widerstand, eine Schweißzeit, eine Energie, eine Kraft auf Schweißkontakte und/oder eine Leistung bei der Herstellung eines entsprechenden Widerstandschweißpunktes repräsentiert, wobei in einem nächsten Schritt eine Fehlermeldung ausgegeben wird, wenn im Schritt des Vergleichens und des Überwachens festgestellt wird, dass eine vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Messwerten außerhalb eines vordefinierten Toleranzabstandes vom Referenzmesswert und/oder außerhalb einer Toleranzzone liegt.
Dabei erfolgt das Vergleichen der Messwerte und das Ausgeben der Fehlermeldung von einer Zentralsteuerung der Bearbeitungsinsel, wobei die Zentralsteuerung in Kommunikationsverbindung mit jeder Schweißsteuerung steht um diese in Abhängigkeit aller Messwerte und des vordefinierten Toleranzabstandes entsprechend zu steuern, wobei die Schweißsteuerungen untereinander in Kommunikationsverbindung stehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner einen Schritt der Beurteilung der Qualität eines Widerstandspunktes einer Punktschweißung, wobei für die Beurteilung der Qualität ein zeitlicher Widerstands/Kraftverlauf bei der Widerstandspunktschweißung mit einem zeitlichen Widerstands/Kraftverlauf bei einer Widerstandsreferenzpunktschweißung verglichen wird und die Qualität des Widerstandschweißpunktes auf der Basis einer Auswertung erfolgt, ob sich der zeitliche Widerstands/Kraftverlauf der Widerstandspunktschweißung außerhalb eines Toleranzbereiches um den zeitlichen Widerstands/Kraftverlauf bei der Widerstandsreferenzpunkschweißung befindet oder ob eine Ableitung des zeitlichen Widerstands/Kraftverlaufes der Widerstandspunktschweißung zu einem vordefinierten Zeitpunkt außerhalb einer Toleranzzone um eine Ableitung des zeitlichen Widerstands/Kraftverlaufes der Widerstandsreferenzpunktschweißung zu dem vordefinierten Zeitpunkt liegt und wobei das Verfahren im Schritt des Ausgebens ferner dann eine Warnungsmeldung ausgibt, wenn im Schritt des Beurteilens der Qualität der Widerstandspunktschweißung festgestellt wurde, dass auf einanderfolgend ausgeführte Widerstandschweißpunkte einen zeitlichen Widerstands/Kraftverlauf haben, der an zumindest einem Zeitpunkt außerhalb des Toleranzbereiches um den zeitlichen Widerstands/Kraftverlauf der Widerstandsreferenzpunktschweißung zu dem entsprechenden Zeitpunkt liegt.
Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, nicht nur ein einzelner (punktueller) Messwert zur Beurteilung der Qualität einer Widerstandspunktschweißung herangezogen wird, sondern ein (längerer) zeitlicher Verlauf des Widerstands oder der Kraft während der Schweißung. Hieran lässt sich unter Verwendung des zeitlichen Widerstand/Kraftverlaufs einer Schweißung eines Referenzpunktes erkennen, ob die Schweißung des Schweißpunkts des Messwerts ebenfalls den hohen Qualitätsanforderungen entspricht. Auf diese Weise kann die Warnungsmeldung insbesondere dann ausgegeben werden, wenn die Gefahr eines Verschleißes auch durch den zeitlichen Ablauf der Widerstandsschweißung mit der Widerstandsschweißzange deutlich erkennbar wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind alle Schweißsteuerungen über ein Kommunikationsmesswerk miteinander vernetzt, wobei über das Kommunikationsnetzwerk Überwachungsergebnisse der geschweißten Punkte ausgegeben und/oder ausgetauscht werden, wobei allen Schweißsteuerungen der Bearbeitungsinsel alle durch den Vergleich und/oder das Überwachen der ermittelten Qualitätsbewertungen allen Steuerungen durch Abruf von der Zentralsteuerung und/oder den Informationsaustausch untereinander zu Verfügung stehen. Insofern ist eine besonders einfache Kommunikation der einzelnen Steuerungen untereinander sowie mit den hier beschriebenen Zentralsteuerungen ermöglichst. Bei den Zentralsteuerungen kann es sich beispielsweise um eine separate Schweißsteuerung, um einen separaten Computerserver und/oder um eine der Schweißsteuerungen selbst handeln, so dass zumindest eine der Schweißsteuerungen in diesem Fall dann sowohl eine Schweißsteuerung selbst ist als auch die Funktion einer Zentralsteuerung übernimmt und dann als Zentralsteuerung bezeichnet wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird während des Messens von einzelnen Schweißpunkten dann eine Fehlermeldung von der Zentralsteuerung ausgegeben, wenn zumindest zwei nacheinander gemessene Schweißpunkte außerhalb des vorbestimmten Toleranzabstandes sind. Insofern wird besonders effektiv verhindert, dass eine Schweißung von zwei aufeinanderfolgenden fehlerhaften Schweißpunkten von statten geht. Mit anderen Worten ist es somit ermöglicht, dass keine fehlerhafte Fehlerschweißpunktsequenz erzeugt wird, sondern bereits sehr frühzeitig beispielsweise ein vollkommener Abbruch aller Schweißtätigkeiten nach dem Erkennen eines zweiten direkt auf einem ersten fehlerhaften Schweißpunkt auftretenden Schweißpunktes unternommen werden kann oder wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird während des Messens von einzelnen Schweißpunkten dann eine Fehlermeldung von der Zentralsteuerung ausgegeben, wenn innerhalb einer Messwertreihe eine vorgebbare Anzahl von Messwerten außerhalb eines Toleranzabstandes ist. Dies kann zwar heißen, dass zwei oder mehrere Messpunkte fehlerhaft ausgeführt sind und diese Messpunkte auch unmittelbar hintereinander folgen können, jedoch die absolute Anzahl gemessen an der Gesamtzahl der Schweißpunkte beispielsweise einen Grenzwert nicht überschreiten darf. So ist auch denkbar, dass zum einen eine Fehlermeldung dann ausgegeben wird, wenn zumindest zwei nacheinander gemessene Schweißpunkte außerhalb des vorbestimmten Toleranzbereiches sind und zugleich innerhalb der Messwertreihe eine vorgebbare Anzahl von Messwerten außerhalb des Toleranzabstandes nicht überschritten werden darf, so dass eine derart synergetische Qualitätskontrolle in Bezug auf die sequenzielle Fehlerabfolge und auch auf die absolute Fehleranzahl gegeben ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird während des Messens von einzelnen Schweißpunkten eine Kombination von miteinander zu verbindenden Blechen dann eine Fehlermeldung von der Zentralsteuerung ausgegeben, wenn ein vorgebbarer Prozentsatz der Messwerte außerhalb des vorbestimmten Toleranzabstandes ist. Insofern ist gewährleistet, dass die zu verbindenden Bleche in besonders sicherer Art und Weise stets den genannten Schweißnormen entspricht und damit auch über eine zeitliche Dauer sichergestellte feste Verbindung zwischen den einzelnen Blechen hergestellt ist, ohne dass die Verbindungen vorzeitig und abweichend von vorgebbaren Normen bricht oder instabil würde.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird für den Fall, dass während eines vorgebbaren Schweiß- und/oder Bewertungsintervalls die Messwerte an einer Widerstandsschweißzange außerhalb des vorbestimmten Toleranzabstandes sind und/oder sind der Toleranzzone sind eine Fehlermeldung ausgegeben und/oder die Maschine schaltet sich, insbesondere vollautomatisch, für Wartungszwecke ab. Insbesondere ist denkbar, dass sich bei einer Überschreitung vorgebbarer Bewertungsintervalle die Maschine selbsttätig abschaltet und somit auch technisch unabhängig von einem Bearbeiter und Bediener der Maschine sichergestellt ist, dass bei einer zu großen Abweichung von den Referenzwerten kein weiterer Ausschuss produziert wird.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Überwachen und/oder Regeln einer Qualität von Schweißpunkten einer Bearbeitungsinsel. Insbesondere ist die hier beschriebene Vorrichtung zur Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens geeigenet. Das heißt, alle Merkmale, die für das hier beschriebene Verfahren offenbart sind, sind auch für die hier beschriebene Vorrichtung offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zum Überwachen und/oder Regeln einer Qualität von Schweißpunkten einer Bearbeitungsinsel, sowie zumindest zwei Schweißsteuerungen an einem oder mehreren Werkstücken, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet und dazu vorgesehen ist Messwerte beim oder nach dem Ausführen von Widerstandspunktschweißungen an unterschiedlichen Stellen eines Werkstückes zu messen und zu speichern von, wobei die Messwerte eine Spannung, einen Strom, einen Widerstand, eine Schweißzeit, eine Energie, eine Kraft auf Schweißkontakte und/oder eine Leistung bei der Herstellung eines Widerstandsschweißpunktes repräsentieren, und wobei die Messwerte mit einem Referenzmessungswert zu vergleichen und zu überwachen der, und wobei der Referenzmessungswert eine entsprechende Spannung, einen Strom, einen Widerstand, eine Schweißzeit, eine Energie eine Kraft auf Schweißkontakte und/oder eine Leistung bei der Herstellung eines entsprechenden Widerstandsschweißpunktes repräsentiert.
Dabei wird eine Fehlermeldung auszugegeben, wenn im Schritt des Vergleichens und des Überwachens festgestellt wird, dass eine vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Messwerten außerhalb eines vordefinierten Toleranzabstandes vom Referenzmessungswert und/oder außerhalb einer Toleranzzone liegt, wobei das Vergleichen der Messwerte und das Ausgeben der Fehlermeldung von einer Zentralsteuerung der Bearbeitungsinsel erfolgt, wobei die Zentralsteuerung in Kommunikationsverbindung mit jeder Schweißsteuerung steht um diese in Abhängigkeit aller Messwerte und des vordefinierten Toleranzabstandes entsprechend zu steuern, wobei die Schweißsteuerungen untereinander in Kommunikationsverbindung stehen.
Dabei weist die hier beschriebene Vorrichtung zum Überwachen und/oder Regeln einer Qualität von Schweißpunkten einer Bearbeitungsinsel die gleichen Vorteile und Ausgestaltungen wie im Zusammenhang mit dem hier beschriebenen Verfahren auf.
Im Folgenden wird das hier beschriebene Verfahren sowie die hier beschriebene Vorrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
In der 1 ist ein schematisches Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Vorrichtung beschrieben, mit der ein Ausführungsbeispiel des hier beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden kann.
In der 2 ist ein Screenshot eines Ausführungsbeispiels einer Einstellung der hier beschriebenen Schweißparameter dargestellt.
In der 3 ist schematisch ein Histogramm des Qualitätsfaktors UIP mit Toleranzgrenzen über vorliegend 40 Schweißpunkte dargestellt.
In der 4 ist ein Beispiel für die Parametrierung einfacher Qualitätsregeln für das hier beschriebene Verfahren dargelegt.
In der 5 ist ein Screenshot eines Ausgabesystemstopps mit entsprechender Fehlermeldung dargestellt.
In dem Ausführungsbeispiel und den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die hier dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In der 1A ist in einer schematischen Draufsicht eine Vorrichtung 1000 zum Überwachen und/oder Regeln einer Qualität von Schweißpunkten einer Bearbeitungsinsel gezeigt. Dabei umfasst die Vorrichtung 1000 zwei Schweißsteuerungen 1A, 1B, welche Schweißprozesse an einem Werkstück 100 durchführen können und daher in einem Prozessbereich innerhalb der Bearbeitungsinsel angeordnet sind. Mit anderen Worten befindet sich das Werkstück in einem Bearbeitungsbereich der Bearbeitungsinsel. Dabei wird ein hier beschriebenes Verfahren 500 zum Überwachen und/oder Regeln einer Qualität von Schweißpunkten einer Bearbeitungsinsel mit der hier beschriebenen Vorrichtung 1000 durchgeführt, wobei in einem ersten Schritt Messwerte beim oder nach dem Ausführen von Widerstandspunktschweißungen an unterschiedlichen Stellen eines Werkstückes gemessen und gespeichert werden, wobei die Messwerte eine Spannung, einen Strom, einen Widerstand, eine Schweißzeit, eine Energie, eine Kraft auf Schweißkontakte und/oder eine Leistung bei der Herstellung eines Widerstandsschweißpunktes repräsentieren.
Zudem werden Messwerte mit einem Referenzmessungswert verglichen, wobei der Referenzmessungswert 200 eine entsprechende Spannung, einen Strom, einen Widerstand, eine Schweißzeit, eine Energie eine Kraft auf Schweißkontakte und/oder eine Leistung bei der Herstellung eines entsprechenden Widerstandsschweißpunktes repräsentiert. dass alle Schweißsteuerungen 1A, 1B über ein Kommunikationsnetzwerk 2 vernetzt sind, wobei über das Kommunikationsnetzwerk 2 Überwachungsergebnisse der geschweißten Punkte ausgegeben und/oder ausgetauscht werden, wobei alle Schweißsteuerungen 1A, 1B der Bearbeitungsinsel 10 alle durch den Vergleich und/oder das Überwachen ermittelten Qualitätsbewertungen allen Schweißsteuerungen 1A, 1B durch Abruf von der Zentralsteuerung 3 und/oder durch Informationsaustausch untereinander zur Verfügung stehen.
In einem nächsten Schritt wird dann eine Fehlermeldung ausgegeben, wenn im Schritt des Vergleichens und des Überwachens festgestellt wird, dass eine vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Messwerten außerhalb eines vordefinierten Toleranzabstandes 200A, 200B vom Referenzmessungswert 200 und/oder außerhalb einer Toleranzzone 300 liegt, wobei das Vergleichen der Messwerte und das Ausgeben der Fehlermeldung von einer Zentralsteuerung 3 der Bearbeitungsinsel 10 erfolgt, wobei die Zentralsteuerung 3 in Kommunikationsverbindung mit jeder Schweißsteuerung 1A und 1B steht um diese in Abhängigkeit aller Messwerte und des vordefinierten Toleranzabstandes 200A, 200B und/oder einer Größe der Toleranzzone 300 entsprechend zu steuern, wobei die Schweißsteuerungen 1A, 1B untereinander in Kommunikationsverbindung miteinander stehen.
Insbesondere kann die Qualitätsbewertung auf drei automatisch berechneten Überwachungsfaktoren. UIP, FQF und/oder PSF, rein beispielhaft, basieren. Dabei charakterisieren UIP und FQF die Schweißqualität(Punktdurchmesser) und der PSF gibt die Stabilität des Produktions-Prozesses wieder. Die Berechnung der drei Überwachungsfaktoren kann durch einen Vergleich einer aktuellen Schweißung mit einer zuvor abgelegten Referenzschweißung erfolgen. Verglichen werden dabei unterschiedliche Messkurven (Widerstand, Kraft, Strom). Der Unterschied von UIP und FQF kann insbesondere darin gesehen werden, dass beim UIP der Widerstandsverlauf und beim FQF der Kraftverlauf die Basis der Bewertung darstellt. Ob UIP oder FQF für die Schweißqualitätsüberwachung herangezogen werden, hängt von der Schweißaufgabe ab.
In der 2 ist ein Beispiel eine Screenshots gezeigt, welcher eine Parametrierung der Qualitätsfaktoren UIP, FQF und PSF für einen einzelnen Schweißpunkt zeigen. Dabei sind die jeweiligen Parameter aus den Screenshots selbst entnehmbar und es sei darauf hingewiesen, dass der vorliegende Screenshot lediglich eine vollkommen beispielhafte Darstellung von Einstellungen der Parameter darstellt, wobei ausgeführt sei, dass denkbar ist, dass eine beliebige Kombination von beliebigen Parametern miteinander kombiniert werden können.
In der 3 ist schematisch ein Histogramm des Qualitätsfaktors UIP mit Überwachungsgrenzen definiert durch die Toleranzzone 300 sowie die Toleranzabstände 200A, 200B über vierzig Schweißpunkte gezeigt. Erkennbar ist, dass in dem Diagramm ein Toleranzabstand 200A nach oben hin (zu größeren) gegeben ist und ein weiterer Toleranzabstand 200A nach unten hin (zu kleineren Werten) beschränkt ist. Innerhalb der Toleranzzone 300 (in horizontaler Richtung, parallel zur Schweißzeit) verläuft der konstante Referenzwert, welcher als Referenzmesswert 200 bezeichnet wird. Es ist zudem erkennbar, dass die meisten der vierzig Messpunkte innerhalb Toleranzzone 300 zwischen Linien welche (zeitlich) konstanten Toleranzabständen 200A und 200B zugeordnet sind.
In der 4 ist ein Beispiel für eine Parametrierung einfacher Qualitätsregeln, wie beispielsweise die Grenzanzahl von Schweißpunkten, welche außerhalb der Toleranzzone 300 aufeinander folgen dürfen ohne dass der Schweißprozess unterbrochen wird, dargestellt.
In der 5 ist ein Screenshot eines beispielhaften Systemstopps mit entsprechender Fehlermeldung dargelegt, welcher dann erzeugt wird, wenn beispielsweise während des Messens innerhalb einer Messwertreihe die Anzahl der Messwerte außerhalb der Toleranzzone 300 eine vorgebbare Anzahl überschreitet.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung und dem Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder in dem Ausführungsbeispiel gezeigt ist.
Bezugszeichenliste

1A, 1B: Schweißsteuerung
2: Kommunikationsnetzwerk
3: Zentralsteuerung
10: Bearbeitungsinsel
100: Werkstück
200: Referenzmessungswert
200A, 200B: Toleranzabstände
300: Toleranzzone
500: Verfahren
1000: Vorrichtung

Claims

Verfahren (500) zum Überwachen und/oder Regeln einer Qualität von Schweißpunkten einer Bearbeitungsinsel (10), umfassend zumindest zwei Schweißsteuerungen (1A, 1B) an einem oder mehreren Werkstücken (100), wobei das Verfahren (500) die folgenden Schritte umfasst: – Messen und Speichern von Messwerten beim oder nach dem Ausführen von Widerstandspunktschweißungen an unterschiedlichen Stellen eines Werkstückes, wobei die Messwerte eine Spannung, einen Strom, einen Widerstand, eine Schweißzeit, eine Energie, eine Kraft auf Schweißkontakte und/oder eine Leistung bei der Herstellung eines Widerstandsschweißpunktes repräsentieren; – Vergleichen und Überwachen der Messwerte mit einem Referenzmessungswert, wobei der Referenzmessungswert (200) eine entsprechende Spannung, einen Strom, einen Widerstand, eine Schweißzeit, eine Energie eine Kraft auf Schweißkontakte und/oder eine Leistung bei der Herstellung eines entsprechenden Widerstandsschweißpunktes repräsentiert; und – Ausgeben einer Fehlermeldung, wenn im Schritt des Vergleichens und des Überwachens festgestellt wird, dass eine vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Messwerten außerhalb eines vordefinierten Toleranzabstandes (200A, 200B) vom Referenzmessungswert (200) und/oder außerhalb einer Toleranzzone (300) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichen der Messwerte und das Ausgeben der Fehlermeldung von einer Zentralsteuerung der Bearbeitungsinsel erfolgt, wobei die Zentralsteuerung (3) in Kommunikationsverbindung mit jeder Schweißsteuerung steht um diese in Abhängigkeit aller Messwerte und des vordefinierten Toleranzabstandes entsprechend zu steuern, wobei die Schweißsteuerungen untereinander in Kommunikationsverbindung stehen.
Verfahren (500) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner einen Schritt der Beurteilung der Qualität einer Widerstandspunktschweißung aufweist, wobei für die Beurteilung der Qualität ein zeitlicher Widerstands/Kraftverlauf bei der Widerstandspunktschweißung mit einem zeitlichen Widerstands/Kraftverlauf bei einer Widerstandsreferenzpunktschweißung verglichen wird und die Qualität des Widerstandschweißpunktes auf der Basis einer Auswertung erfolgt, ob sich der zeitliche Widerstands/Kraftverlauf der Widerstandspunktschweißung außerhalb eines Toleranzbereiches (300) um den zeitlichen Widerstands/Kraftverlauf bei der Widerstandsreferenzpunkschweißung befindet oder ob eine Ableitung des zeitlichen Widerstands/Kraftverlauf der Widerstandspunktschweißung zu einem vordefinierten Zeitpunkt außerhalb einer Toleranzzone um eine Ableitung des zeitlichen Widerstands/Kraftverlauf der Widerstandsreferenzpunktschweißung zu dem vordefinierten Zeitpunkt liegt und wobei das Verfahren im Schritt des Ausgebens eine Warnungsmeldung ausgibt, wenn im Schritt des Beurteilens der Qualität der Widerstandspunktschweißung festgestellt wurde, dass aufeinanderfolgend ausgeführte Widerstandschweißpunkte einen zeitlichen Widerstands/Kraftverlauf haben, der an zumindest einem Zeitpunkt außerhalb des Toleranzbereiches (300) um den zeitlichen Widerstands/Kraftverlauf der Widerstandsreferenzpunktschweißung zu dem entsprechenden Zeitpunkt liegt.
Verfahren (500) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dass alle Schweißsteuerungen (1A, 1B) über ein Kommunikationsnetzwerk (2) vernetzt sind, wobei über das Kommunikationsnetzwerk (2) Überwachungsergebnisse der geschweißten Punkte ausgegeben und/oder ausgetauscht werden, wobei alle Schweißsteuerungen (1A, 1B) der Bearbeitungsinsel (10) alle durch den Vergleich und/oder das Überwachen ermittelten Qualitätsbewertungen allen Schweißsteuerungen (1A, 1B) durch Abruf von der Zentralsteuerung (3) und/oder durch Informationsaustausch untereinander zur Verfügung stehen.
Verfahren (500) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Messens von einzelnen Schweißpunkten dann eine Fehlermeldung von der Zentralsteuerung (3) ausgegeben wird, wenn zumindest zwei nacheinander gemessene Schweißpunkte außerhalb des vorbestimmten Toleranzabstandes und/oder außerhalb der Toleranzzone (300) ist.
Verfahren (500) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Messens von einzelnen Schweißpunkten dann eine Fehlermeldung von der Zentralsteuerung ausgegeben wird, wenn innerhalb einer Messwertreihe eine vorgebbare Anzahl von Messwerten außerhalb des Toleranzabstandes und/oder außerhalb der Toleranzzone (300) sind.
Verfahren (500) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Messens von einzelnen Schweißpunkten einer Kombination von miteinander zu verbindenden Blechen dann eine Fehlermeldung von der Zentralsteuerung ausgegeben, wenn ein vorgebbarer Prozentsatz der Messwerte außerhalb des vorbestimmten Toleranzabstandes und/oder außerhalb der Toleranzzone (300) ist.
Verfahren (500) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall dass während eines vorgebbaren Schweiß- und/oder Bewertungsintervalls die Messwerte an einer Widerstandschweißzange außerhalb des vorbestimmten Toleranzabstandes sind und/oder außerhalb der Toleranzzone (300) sind die Fehlermeldung ausgegeben wird und/oder die Maschine sich für Wartungszwecke abschaltet.
Vorrichtung (1000) zum Überwachen und/oder Regeln einer Qualität von Schweißpunkten einer Bearbeitungsinsel, umfassend zumindest zwei Schweißsteuerungen (1A, 1B) an einem oder mehreren Werkstücken (100), wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet und dazu vorgesehen ist – Messwerte beim oder nach dem Ausführen von Widerstandspunktschweißungen an unterschiedlichen Stellen eines Werkstückes (100) zu messen und zu speichern, wobei die Messwerte eine Spannung, einen Strom, einen Widerstand, eine Schweißzeit, eine Energie, eine Kraft auf Schweißkontakte und/oder eine Leistung bei der Herstellung eines Widerstandsschweißpunktes repräsentieren; – die Messwerte mit einem Referenzmessungswert (200) zu vergleichen und zu überwachen, wobei der Referenzmessungswert (200) eine entsprechende Spannung, einen Strom, einen Widerstand, eine Schweißzeit, eine Energie eine Kraft auf Schweißkontakte und/oder eine Leistung bei der Herstellung eines entsprechenden Widerstandsschweißpunktes repräsentiert; und – eine Fehlermeldung auszugeben, wenn im Schritt des Vergleichens und des Überwachens festgestellt wird, dass eine vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Messwerten außerhalb eines vordefinierten Toleranzabstandes (200A, 200B) vom Referenzmessungswert (200) und/oder außerhalb einer Toleranzzone (300) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichen der Messwerte und das Ausgeben der Fehlermeldung von einer Zentralsteuerung (3) der Bearbeitungsinsel (10) erfolgt, wobei die Zentralsteuerung (3) in Kommunikationsverbindung mit jeder Schweißsteuerung (1A, 1B) steht um diese in Abhängigkeit aller Messwerte und des vordefinierten Toleranzabstandes entsprechend zu steuern, wobei die Schweißsteuerungen (1A, 1B) untereinander in Kommunikationsverbindung stehen.