-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schweißsteuerung und ein Verfahren zum Steuern eines Schweißvorgangs oder eines Herstellens einer Schweißverbindung, die beispielsweise ein Schweißpunkt, eine Schweißnaht usw. sein kann.
-
In Produktionsanlagen, wie beispielsweise Fertigungsstraßen für Fahrzeuge usw., werden metallische Teile durch Schweißen mit Hilfe eines Schweißwerkzeugs einer Schweißvorrichtung verbunden. Bei einem Schweißwerkzeug wird im automatisierten Karosserierohbau eine Schweißzange mit Elektrodenkappen eingesetzt. Die Elektrodenkappen verschmutzen durch den Schweißprozess, da sich Beschichtungen der zu verschweißenden Bleche an den Kappen ablagern. Zusätzlich tritt eine Verschmutzung durch den thermischen Prozess beim Schweißen ein. Somit sind die Elektrodenkappen in bestimmten Zeitabschnitten zu reinigen.
-
Herkömmlicherweise erfolgt die Reinigung der Elektrodenkappen mittels Schneid-Fräser, welcher den verschmutzten Teil der Elektrodenkappe (Material: Kupfer-Chrom-Zirkonium; CuCrZr) abschneidet oder abfräst. Der Zeitabschnitt zwischen den Fräsvorgängen wird fest, mit einer bestimmten maximalen Anzahl von Schweißpunkten festgelegt. Der Istwert des Verschleißes wird über einen Zähler (Verschleißzähler) bestimmt. Dieser Verschleißzähler wird mit jedem Schweißpunkt inkrementiert. Nach jedem Fräsvorgang wird der Istzähler wieder auf 0 gesetzt. Zudem sollte der Zeitabschnitt abhängig von der Beschichtung und von der Gesamtblechdicke des Schweißguts festgelegt werden. So wird z.B. bei Materialien mit einer Gesamtblechdicke kleiner 1,8 mm etwa alle 200 Schweißpunkte gefräst, bei einer Dicke von 3 mm liegt die Sollvorgabe bei ca. 400 Punkten. Bei einer feuerverzinkten Beschichtung oder einer Al-Si Beschichtung muss häufiger gefräst werden als bei einer organischen Beschichtung.
-
Problematisch dabei ist, dass mehrere Fahrzeugmodelle mit unterschiedlichen Modellvarianten auf einer Fertigungslinie und mit einer Schweißsteuerung gefertigt werden. Je nachdem, wie die Fahrzeugmodelle auf dieser Linie einlaufen, werden die unterschiedlichsten Blechkombinationen geschweißt. Die Reihenfolge der Fahrzeuge ist zufällig und ändert sich ständig. Damit ändert sich auch die Reihenfolge der Blechkombinationen, die innerhalb des definierten Fräsintervalls bearbeitet werden. Parallel nimmt die Varianz der Blechkombinationen, die zu verschweißen sind, immer mehr zu. Die Beschichtungen unterscheiden sich immer mehr und weichen immer deutlicher voneinander ab. Gleichzeitig nimmt auch der Unterschied der Gesamtblechdicke stärker zu, wodurch sich die Schweißzeiten sehr stark ändern, was ebenfalls den Verschleiß der Elektrodenkappe der Schweißzange beeinflusst. Als Folge davon kann keine definierte Länge für ein Fräsintervall festgelegt werden. Aus diesem Grund kann sich heute der Verschmutzungsgrad der Elektrodenkappen innerhalb eines festen und immer gleich langen Fräsintervalls stark unterscheiden.
-
Da der Verschmutzungsgrad der Elektrodenkappe jedoch die Schweißqualität beeinflusst, sollte der Verschmutzungsgrad der Elektrodenkappe möglichst gleich sein. Bei schwierigen Blechkombinationen wie Dünnblechverbindungen von zwei Blechen (Zweiblech) oder einer Dick-Dick-Dünn-Verbindung (Dreiblech) ist dies so kritisch, dass sich die genannte Streuung des Verschmutzungsgrads der Elektrodenkappe so gravierend auswirkt, dass Schweißfehler, beispielsweise offene Punkte auftreten können. Hierbei ist für den Betreiber der Schweißzange einer Produktionsanlage die Qualität seiner Produktionsanlage nicht bewertbar.
-
Der Verschleißzähler steuert aber nicht nur die Elektrodenpflege. Er übernimmt ebenfalls die Funktion der Nachstellung des Schweißstroms. Das heißt, innerhalb des Fräsintervalls kann der Anwender festlegen, um wie viel Prozent sein Schweißstrom bei einem bestimmten Verschleißzustand der Elektroden erhöht werden soll. Dies gleicht, in nicht adaptiven Schweißsystemen, die Einflüsse der Elektrodenverschmutzung auf die Schweißqualität aus.
-
Der Forderung nach gleichbleibendem Verschmutzungsgrad und optimaler Nachstellung kann beispielsweise Rechnung getragen werden, indem der Anwender an der Schweißsteuerungs-Bedienoberfläche für jeden Schweißpunkt einen Verschleißfaktor eingeben kann. Mit diesem Faktor kann der Einfluss der Schweißzeit eines Punktes auf dem Elektrodenverschleiß angepasst werden.
-
Ein solches Vorgehen hat jedoch zwei Nachteile:
Zum einen ist der Aufwand für den Kunden hoch und das Wissen ist oft nicht bewusst vorhanden, so dass bei Prozessänderungen die Anpassung des Faktors vergessen wird. Die Konsequenz daraus ist, dass in mehr als 95% der Fälle der Faktor unverändert auf 1 steht.
-
Zum anderen wird bei adaptiven Schweißsteuerungen die Schweißzeit von der Steuerung abhängig vom Prozess für jeden Schweißpunkt angepasst. Jedoch geht damit eine Schweißzeitverlängerung nicht in den Elektrodenverschleiß ein.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schweißsteuerung und ein Verfahren zum Steuern eines Schweißvorgangs bereitzustellen, mit welchen die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Insbesondere sollen eine Schweißsteuerung und ein Verfahren zum Steuern eines Schweißvorgangs bereitgestellt werden, bei welchen beim Schweißen mit einem Schweißwerkzeug für jede hergestellte Schweißverbindung eine gleichbleibende Schweißqualität erzielt wird.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Schweißsteuerung zur Steuerung eines Schweißvorgangs nach Patentanspruch 1 gelöst.
-
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Schweißsteuerung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
-
Mit der Schweißsteuerung erfolgt eine adaptive Anpassung der Reinigungsintervalle des Schweißwerkzeugs, genauer gesagt der Elektrodenkappe, an den aktuellen Produktionsprozess. Die Schweißsteuerung initiiert das Reinigen bzw. Elektrodenfräsen immer dann, wenn dies auch tatsächlich notwendig ist.
-
Somit kann mit der Schweißsteuerung ein gleichbleibender Verschmutzungsgrad der Elektrodenkappe eines Schweißwerkzeugs, wie beispielsweise einer Schweißzange, und eine optimale Nachstellung der Schweißparameter nach einem Schweißen mit dem Schweißwerkzeug erzielt werden. Dadurch kann für jede Schweißverbindung eine gleichbleibende Schweißqualität erzielt werden.
-
Zudem werden die Elektrodenkappen nicht mehr als erforderlich gereinigt oder abgeschnitten, so dass der Einsatz von wertvollen Ressourcen optimiert ist und damit Kosten gespart werden können.
-
Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Steuern eines Schweißvorgangs nach Patentanspruch 8 gelöst.
-
Das Verfahren erzielt die gleichen Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Schweißsteuerung genannt sind.
-
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen.
-
Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
-
Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 ein schematisches Blockschaltbild einer Schweißvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
-
2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Schweißvorgangs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
-
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt eine Schweißvorrichtung 1, die in einer Produktionsanlage, wie beispielsweise einer Fertigungsstraße für Fahrzeuge, Möbel, Bauwerke, usw., verwendbar ist, in welcher metallische Teile durch Schweißen verbunden werden.
-
Die Schweißvorrichtung 1 umfasst ein Schweißwerkzeug 10, das von einer Schweißsteuerung 20 zum Herstellen von Schweißpunkten und/oder Schweißnähten gesteuert wird. Dadurch können zwei metallische Bauteile miteinander verbunden werden. Das Schweißwerkzeug 10 kann beispielsweise eine Schweißzange mit einer Elektrodenkappe 11 sein. Die Elektrodenkappe 11 kann beispielsweise aus Kupfer-Chrom-Zirkonium (CuCrZr) gefertigt sein. Das Schweißwerkzeug 10 kann mit einer Reinigungseinrichtung 5, die als Fräs- oder Schneideinrichtung oder Austauscheinrichtung ausgeführt sein kann, derart bearbeitet werden, dass der verschmutzte Teil der Elektrodenkappe 11 bei Bedarf abgeschnitten oder abgefräst wird.
-
Die Schweißsteuerung 20 umfasst eine Speichereinrichtung 21 zur Speicherung von internen Grundparametern bzw. Sollwerten eines Schweißvorgangs mit dem Schweißwerkzeug 10, eine Ermittlungseinrichtung 22 zur Ermittlung eines Verschleißfaktors der Elektrodenkappe 11 und einen Verschleißzähler 23, wie nachfolgend noch näher erläutert. Die internen Grundparameter bzw. Sollwerte können Parameter des Schweißwerkzeugs 10 sein. Zudem können die internen Grundparameter bzw. Sollwerte Parameter der Schweißsteuerung 20 sein, mit welchen das Schweißwerkzeug 10 gesteuert wird. Insbesondere sind die internen Grundparameter bzw. Sollwerte ein Schweißstrom und eine Schweißzeit.
-
Die Schweißvorrichtung 1 umfasst zudem eine Erfassungseinrichtung 30 und eine Bedieneinrichtung 40. Die Bedieneinrichtung 40 kann beispielsweise eine Tastatur und/oder Maus, ein Laptop, ein berührungsempfindlicher oder berührungsunempfindlicher Bildschirm, usw. sein.
-
Die Erfassungseinrichtung 30 erfasst Istwerte eines Schweißvorgangs mit dem Schweißwerkzeug 10. Die Istwerte können Parameter des Schweißwerkzeugs 10 sein. Zudem können die Istwerte Parameter der Schweißsteuerung 20 sein, mit welchen das Schweißwerkzeug 10 gesteuert wird. Die von der Erfassungseinrichtung 30 erfassten Werte werden an die Schweißsteuerung 20 weitergegeben. Zudem können die Istwerte an der Bedieneinrichtung 40 angezeigt werden. Beispiele für solche Istwerte sind ein Schweißstromwert und eine Schweißzeit beim Ausführen des Schweißvorgangs mit dem Schweißwerkzeug 10.
-
An der Bedieneinrichtung 40 kann zudem die Elektrodenpflege und Nachstellung parametriert werden Diese kann die Zustände Inaktiv, Manuell und Automatisch annehmen.
-
Beim Zustand „Inaktiv“ wird der Verschleißzähler 23 nicht verändert und nicht ausgewertet. Somit sind keine Elektrodenpflege und keine Nachstellung aktiv.
-
Beim Zustand „Manuell“ wird der Verschleißzähler wird mit jedem Punkt fest mit dem für den Punkt eingestellten Verschleißfaktor erhöht. Der Verschleißfaktor steht intern auf 1, kann aber beispielsweise zwischen 0 und 10 verändert werden. Es sind auch andere Einstellungen möglich. Somit sind Elektrodenpflege und Nachstellung aktiv. Jedoch erfolgt keine Adaption an die individuelle Schweißpunktreihenfolge.
-
Beim Zustand „Automatisch“ wird der Verschleißzähler 23 mit einem Faktor oder Verschleißfaktor erhöht, der aus den Prozessdaten des Schweißablaufs oder -vorgangs ermittelt wird. Somit sind auch hier die Elektrodenpflege und Nachstellung aktiv. Es folgt eine Anpassung der Reinigungsintervalle oder Fräsintervalle an die individuelle Schweißpunktreihenfolge. Dies kann auch als automatische Verschleißzählerbehandlung bezeichnet werden und ist nachfolgend ausführlicher beschrieben.
-
Bei der automatischen Verschleißzählerbehandlung oder Verschleißzählerberechnung liegen interne Grundparameter als Sollwerte in der Speichereinrichtung 21 ab, die bei Bedarf vom Anwender geändert werden können. Beispiele für solche Sollwerte sind ein Schweißstromwert gleich 8 kA und eine Schweißzeit von 300 ms. Diese beiden Werte entsprechen einem Verschleißfaktor von 1.
-
Nach einem Schweißablauf werden die Messwerte von Ist-Schweißstromwert und Ist-Schweißzeit mit der Erfassungseinrichtung 30 erfasst und anhand dessen der Verschleißzähler 23 entsprechend aktualisiert. Beispielsweise hat der Ist-Schweißstromwert einen Wert von 9 kA und die Ist-Schweißzeit einen Wert von 500ms. Es sind aber auch andere Werte möglich.
-
Die Funktion der automatischen Verschleißzählerbehandlung oder Verschleißzählerberechnung bei der Schweißvorrichtung 1 ist anhand des Flussdiagramms von 2 näher erläutert. In 2 ist ein mit der Schweißsteuerung 20 ausgeführtes Verfahren zum Steuern eines Schweißvorgangs, bei welchem eine Schweißverbindung hergestellt wird, veranschaulicht.
-
Nach Beginn des Verfahrens gemäß 2 wird bei einem Schritt S1 mit der Schweißsteuerung 20 das Herstellen einer Schweißverbindung gesteuert, also ein Schweißvorgang gesteuert. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S2 weiter.
-
Bei dem Schritt S2 erfasst die Erfassungseinrichtung 30 die Istwerte des bei dem Schritt S1 mit dem Schweißwerkzeug 10 ausgeführten Schweißvorgangs, wie zuvor beschrieben. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S3 weiter.
-
Bei dem Schritt S3 vergleicht die Ermittlungseinrichtung 22, zur Ermittlung eines Verschleißfaktors des Schweißwerkzeugs 10, genauer gesagt der Elektrodenkappe 11, die bei dem Schritt S2 erfassten Istwerte mit den in der Speichereinrichtung 21 gespeicherten Sollwerten. Sind die erfassten Istwerte ungleich den gespeicherten Sollwerten, so geht der Fluss zu einem Schritt S4 weiter. Andernfalls geht der Fluss zu einem Schritt S5 weiter.
-
Bei dem Schritt S4 berechnet die Ermittlungseinrichtung 22, zur weiteren Ermittlung des Verschleißfaktors der Elektrodenkappe 11, einen Verschleißfaktor der Elektrodenkappe 11. Hierbei werden die Istwerte mit den internen Grundparametern bzw. Sollwerten der Speichereinrichtung 21 ins Verhältnis gesetzt. Hierbei gilt: Faktor_Schweißstrom = Ist-Schweißstrom/Soll-Schweißstrom, und Faktor_Schweißzeit = Ist-Schweißzeit/Soll-Schweißzeit.
-
Der eigentliche Verschleißfaktor der Elektrodenkappe 11 wird aus dem Produkt der Faktoren berechnet. Verschleißfaktor = Faktor_Schweißstrom·Faktor_Schweißzeit
-
Ist der Verschleißfaktor der Elektrodenkappe 11 wie zuvor beschrieben berechnet, geht der Fluss zu einem Schritt S5 weiter.
-
Bei dem Schritt S5 wird hingegen der Verschleißfaktor der Elektrodenkappe 11 von der Ermittlungseinrichtung 22 auf einen vorbestimmten Wert gesetzt, beispielsweise 1, wie zuvor beschrieben. Der vorbestimmte Wert entspricht dem Verschleiß, wenn eine Schweißverbindung mit den Sollwerten ausgeführt wird. Somit entfällt im vergleich zu Schritt S4 bei dem Schritt S5 die Berechnung des Verschleißfaktors. Danach geht der Fluss zu dem Schritt S7 weiter.
-
Bei dem Schritt S6 wird der Verschleißzähler 23 von der Ermittlungseinrichtung 22 mit dem bei dem Schritt S4 berechneten Verschleißfaktor der Elektrodenkappe 11 beaufschlagt. Danach geht der Fluss zu dem Schritt S7 weiter.
-
Bei dem Schritt S7 vergleicht die Ermittlungseinrichtung 22, ob der Wert des Verschleißzählers 23 den vorbestimmten Zählwert erreicht hat, bei welchem eine Reinigung der Elektrodenkappe 11 auszuführen ist. Ist der vorbestimmten Zählwert noch nicht erreicht, ist also keine Reinigung auszuführen, geht der Fluss zu dem Schritt S1 zurück. Andernfalls geht der Fluss zu einem Schritt S8 weiter.
-
Bei dem Schritt S8 reinigt die Reinigungseinrichtung 5 auf Veranlassung der Schweißsteuerung 20 die Elektrodenkappe 11, wie zuvor beschrieben. Ist keine Reinigung durch Abschneiden oder Abfräsen mehr möglich, tauscht die Reinigungseinrichtung 5 die Elektrodenkappe 11 gegen eine neue oder neuere Elektrodenkappe 11 aus. Danach geht der Fluss zu dem Schritt S1 zurück.
-
Das Verfahren ist beendet, wenn die Schweißvorrichtung 1 ausgeschaltet wird. Bei Bedarf können die Schritte S4 und S5 auch entfallen.
-
Somit wird mit der Ermittlungseinrichtung 22 bei den Schritten S2 bis S5 ein Verschleißfaktor des Schweißwerkzeugs 10 ermittelt, mit welchem die Schweißverbindung hergestellt wird. Bei Bedarf wird das Schweißwerkzeug 10 unter Berücksichtigung des ermittelten Verschleißfaktors gereinigt.
-
Demzufolge ermittelt die Schweißsteuerung 20 nach jeder Schweißverbindung die Messgrößen Schweißstrom und Schweißzeit des Ablaufs. Aus dem Vergleich mit, in der Steuerung abgelegten Referenzdaten wird ein entsprechender Verschleißfaktor berechnet, mit dem der Verschleißzähler 23 beaufschlagt wird. D. h. je länger die Schweißzeit und je höher der Schweißstrom desto größer ist die resultierende Verschmutzung der Elektrodenkappe 11 durch diesen Schweißablauf. Mit der Zunahme dieser beiden Größen wird aber auch der berechnete Verschleißfaktor für eine solche Schweißverbindung größer. Damit erreicht der Verschleißfaktor für eine solche Schweißverbindung schneller den parametrierten max. Elektrodenverschleiß und die Elektrodenkappe 11 wird früher gereinigt bzw. gefräst.
-
Der Vorteil der automatischen Verschleißzählerbehandlung oder Verschleißzählerberechnung bei der Schweißvorrichtung 1 ist ein optimales, an den Fertigungsprozess angepasstes Zeitintervall für das Reinigungintervall innerhalb der Produktion. Die Beeinflussung von Modellvarianz, Beschichtungsvielfalt und Blechdicke wird ausgeglichen und spielt keine Rolle mehr. Änderungen im Produktionsablauf (neues Modell, Schweißpunktverlagerung) müssen im Hinblick auf die Einstellungen der Reinigungsintervalle nicht mehr betrachtet werden. Damit wird eine gleichbleibende Schweißqualität sichergestellt.
-
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel wird die automatische Verschleißzählerbehandlung oder Verschleißzählerberechnung bei der Schweißvorrichtung 1 nur auf der Grundlage des Schweißstromes durchgeführt. Somit berechnet sich der Verschleißfaktor nur aus dem Faktor_Schweißstrom und somit als: Verschleißfaktor = Ist-Schweißstrom/Soll-Schweißstrom
-
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel wird die automatische Verschleißzählerbehandlung oder Verschleißzählerberechnung bei der Schweißvorrichtung 1 nur auf der Grundlage der Schweißzeit durchgeführt. Somit berechnet sich der Verschleißfaktor nur aus dem Faktor_Schweißzeit und somit als: Verschleißfaktor = Ist-Schweißzeit/Soll-Schweißzeit.
-
Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Schweißvorrichtung 1, der Schweißsteuerung 20 und des Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale und/oder Funktionen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beliebig kombiniert werden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
-
Die in den Figuren dargestellten Teile sind schematisch dargestellt und können in der genauen Ausgestaltung von den in den Figuren gezeigten Formen abweichen, solange deren zuvor beschriebenen Funktionen gewährleistet sind.
-
Die automatische Verschleißzählerbehandlung oder Verschleißzählerberechnung bei der Schweißvorrichtung 1 kann auch auf der Grundlage anderer Parameter des Schweißwerkzeugs 10 oder der Schweißsteuerung 20 durchgeführt werden.
