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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen eines Schweißprozesses von an einem Schweißpunkt miteinander zu verschweißenden Werkstücken sowie eine Steuereinheit, ein Schweißgerät und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung
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Stand der Technik
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Mittels Schweißprozessen wie beispielsweise dem Widerstandsschweißen können Werkstücke stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Beispielsweise werden im Zuge des automatisierten Karosserierohbaus durch robotergeführte Schweißgeräte unterschiedliche Werkstücke, z.B. Bleche, miteinander verschweißt. Zum Herstellen einer Karosserie werden dabei bis zu mehrere tausend Schweißpunkte abgearbeitet, die teilweise sehr unterschiedlich hinsichtlich einer zu verschweißenden Werkstückdicken- und/oder Materialkombination sein können.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Durchführen eines Schweißprozesses von an einem Schweißpunkt miteinander zu verschweißenden Werkstücken sowie eine Steuereinheit, ein Schweißgerät und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Ab einem vorgegebenen Zeitpunkt nach Beginn des Schweißprozesses wird als ein erstes Kriterium überprüft, ob eine Widerstandsgröße, die von einem elektrischen Widerstandswert der miteinander zu verschweißenden Werkstücke abhängt, einen Widerstandsschwellwert erreicht. Die Widerstandsgröße kann im Zuge des Schweißprozesses als erster Messwert erfasst werden.
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Wenn die Widerstandsgröße den Widerstandsschwellwert erreicht, wird als ein zweites Kriterium überprüft, ob eine Steigungsgröße, die von einer Steigung eines Verlaufs der Widerstandsgröße abhängt, einen Steigungsschwellwert erreicht. Die Steigungsgröße hängt somit von der zeitlichen Änderung des Widerstandswertes ab. Wenn die Steigungsgröße den Steigungsschwellwert erreicht, wird der Schweißprozess beendet.
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Vorteilhafterweise wird als Widerstandsgröße der elektrische Widerstandswert selbst verwendet und als Steigungsgröße die Steigung des zeitlichen Verlaufs des elektrischen Widerstands. Der elektrische Widerstand bzw. dessen zeitlicher Verlauf und somit auch dessen Steigung werden zumeist ohnehin im Zuge der Steuerung bzw. Regelung des Schweißprozesses von der Steuereinheit erfasst und sind in dieser hinterlegt.
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Der elektrischen Widerstandswert und dessen Steigung sowie insbesondere auch die Widerstandsgröße und die Steigungsgröße werden zweckmäßigerweise ohnehin von einer Steuereinheit zum Steuern bzw. Regeln des Schweißprozesses erfasst. Somit ist insbesondere kein zusätzlicher Messaufwand für das Verfahren notwendig, es müssen keine zusätzlichen Sensoren vorgesehen werden.
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Der vorgegebene Zeitpunkt stellt insbesondere einen ersten einstellbaren Parameter dar und der Widerstandsschwellwert stellt insbesondere einen zweiten einstellbaren Parameter dar, die zur best- und schnellstmöglichen Durchführung des Schweißprozesses vorgegeben sind und/oder extern vorgeben werden können.
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Der vorgegebene Zeitpunkt beschreibt insbesondere eine Mindestschweißzeit, über welche der Schweißprozess mindestens durchgeführt werden soll, um eine vorgegebene Güte des Schweißpunkts zu erhalten. Die Widerstandsgröße sowie die Steigungsgröße beschreiben insbesondere die Güte des Schweißpunkts. Der vorgegebenen Widerstandsschwellwert und der Steigungsschwellwert beschreiben insbesondere, dass der Schweißpunkt die vorgegebene Güte erreicht hat. Die Mindestschweißzeit kann beispielsweise basierend auf Erfahrungs- oder Schätzwerten vom Benutzer vorgegeben werden.
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Im Zuge herkömmlicher Schweißprozesse können beispielsweise ein elektrischer Widerstandswert der miteinander zu verschweißenden Werkstücke sowie eine Elektrodenkraft, d.h. die Kraft, mit der Schweißelektroden gegen die Werkstücke gedrückt werden, als Messwerte an dem Schweißpunkt erfasst werden. Diese erfassten Messwerte können mit hinterlegten Referenzwerten bzw. mit einer hinterlegten Referenzkurve verglichen werden. Aus diesem Vergleich können Schweißparameter abgeleitet werden, gemäß welchen der Schweißprozess durchgeführt werden kann. Beispielsweise kann dabei ein Soll-Wert für eine Schweißzeit bzw. eine Referenzzeit (d.h. die Zeit, zu der ein Schweißstrom fließt) bestimmt werden. Der Schweißprozess wird zumeist mindestens bis zum Ablauf dieser Soll-Schweißzeit durchgeführt. Wenn der Schweißpunkt nach Ablauf der Soll-Schweißzeit noch nicht einer vorgegebenen Güte entspricht, kann eine Schweißzeitverlängerung durchgeführt werden und der Schweißpunkt kann noch über die Soll-Schweißzeit hinaus nachgeschweißt werden. Eine Verkürzung der Schweißzeit ist in herkömmlichen Schweißprozessen jedoch nicht möglich. Der Schweißprozess wird mindestens bis zum Ablauf der Soll-Schweißzeit durchgeführt, auch wenn der Schweißpunkt bereits vor Ablauf der Soll-Schweißzeit der vorgegebenen Güte entspricht.
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Im Gegensatz dazu wird im Zuge der Erfindung insbesondere keine Soll-Schweißzeit aus Referenzwerten bzw. einer Referenzkurve abgeleitet, über welche mindestens geschweißt wird, unabhängig davon, ob die Güte des Schweißpunktes erreicht ist oder nicht. Stattdessen wird im Zuge der Erfindung mindestens bis zu dem vorgegebenen Zeitpunkt geschweißt und ab diesem Zeitpunkt wird anhand des ersten und zweiten Kriteriums (in Abhängigkeit von dem Widerstandsschwellwert) evaluiert, ob die vorgegebene Güte des Schweißpunkts erreicht ist. Sobald dies der Fall ist, wird der Schweißprozess beendet.
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Durch das Verfahren wird es ermöglicht, den Schweißprozess mit einer bestmöglichen zeitlichen Länge durchzuführen. Insbesondere wird der Schweißprozess somit so kurz wie möglich durchgeführt und dennoch kann die vorgegebene Güte des Schweißpunktes erreicht werden. Der Schweißpunkt wird automatisch so lange geschweißt, bis die vorgegebene Güte erreicht ist. Insbesondere im Zuge von Herstellungsprozessen eines Produkts in einer Produktionsanlage, bei dem eine Vielzahl von unterschiedlichen Schweißpunkten nacheinander geschweißt wird, kann somit die Dauer zur Herstellung des Produkts reduziert werden, die Taktzeit der Produktionsanlage kann reduziert werden und der Durchsatz kann erhöht werden.
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Besonders vorteilhaft eignet sich das Verfahren für den Karosserierohbau, insbesondere für automatisierte Schweißprozesse im Karosserierohbau, vorzugsweise im Zuge einer Kraftfahrzeugproduktion. Insbesondere werden dabei Bleche miteinander verschweißt, um die Karosserie eines Kraftfahrzeugs herzustellen. Im Zuge des Herstellungsprozesses einer einzigen Karosserie können bis zu mehrere tausend Schweißpunkte (z.B. ca. 5.000 Schweißpunkte für ein Mittelklasse-Fahrzeug) automatisiert bearbeitet werden. Durch das Verfahren kann jeder dieser einzelnen Schweißpunkte schnellstmöglich geschweißt werden, wodurch die Herstellungsdauer der Karosserie erheblich verkürzt werden kann.
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Vorzugsweise wird der Zeitpunkt von einem Benutzer vorgegeben. Der Benutzer kann diesen Parameter beispielsweise vor Beginn des Schweißprozesses in die Steuereinheit eingeben. Insbesondere wird der Zeitpunkt somit nicht von Referenzwerten bzw. von einer Referenzkurve abgeleitet.
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Der Widerstandsschwellwert kann ebenfalls durch einen Benutzer vorgegeben werden. Vorzugsweise wird der Widerstandsschwellwert aus einer Referenzkurve abgeleitet. Der Widerstandsschwellwert wird somit bevorzugt nicht parametriert, sondern automatisch aus dem Verlauf der Referenzkurve bestimmt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung wird der Steigungsschwellwert aus einer Referenzkurve abgeleitet. Insbesondere werden der Steigungsschwellwert und der Widerstandsschwellwert automatisch von der Steuereinheit abgeleitet.
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Vorzugsweise wird eine Sicherheitsfunktion ausgeführt, welche einen Energievergleich durchführt. Diese Sicherheitsfunktion wird bevorzugt parallel zum Überprüfen des ersten und zweiten Kriteriums durchgeführt. Insbesondere wird im Zuge des Energievergleichs eine in den Schweißpunkt eingebrachte Energie mit einem Referenz- bzw. Schwellwert verglichen. Bevorzugt wird im Zuge der Sicherheitsfunktion als ein drittes Kriterium überwacht, ob die in den Schweißpunkt eingebrachte Energie diesem Referenz- bzw. Schwellwert erreicht. Wenn dies der Fall ist und wenn das zweite Kriterium erfüllt ist, wird der Schweißprozess beendet.
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Eine erfindungsgemäße Steuereinheit (Recheneinheit), z.B. eine Schweißsteuerung eines Schweißgeräts, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, 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 schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Schweißgeräts, das dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
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2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Blockdiagramm.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
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In 1 ist schematisch eine Produktionsanlage 100 für den Karosserierohbau dargestellt. Im Zuge des Karosserierohbaus wird eine Fahrzeugkarosserie 101 hergestellt. Zu diesem Zweck wird eine Vielzahl von Schweißpunkten 110 mit einem Schweißgerät 102 bearbeitet. Mit dem Schweißgerät 102 werden an den jeweiligen Schweißpunkten 110 Werkstücke durch Widerstandsschweißen miteinander stoffschlüssig verbunden.
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Eine Steuereinheit 103 bzw. eine Schweißsteuerung des Schweißgeräts 102, beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), ist dazu eingerichtet, das Schweißgerät 102 und somit den Schweißprozess zu steuern. Die Steuereinheit 103 ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, welche in 2 schematisch als ein Blockdiagramm dargestellt ist.
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In einem Schritt 201 gibt ein Benutzer bzw. Mitarbeiter der Produktionsanlage 100 einen speziellen Zeitpunkt als einen ersten Parameter vor und gibt diesen Parameter in die Steuereinheit 103 ein.
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In Schritt 202 wird der Schweißprozess eines Schweißpunktes gestartet. Die Steuereinheit erfasst im Zuge des Schweißprozesses an dem Schweißpunkt den elektrischen Widerstandswert als einen ersten Messwert sowie eine Elektrodenkraft, mit der Schweißelektroden gegen die Werkstücke gedrückt werden, als einen zweiten Messwert. Diese erfassten Messwerte werden mit einer hinterlegten Referenzkurve verglichen und daraus werden Schweißstrom und Schweißspannung zum Durchführen des Schweißprozesses abgeleitet.
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In Schritt 203 ist der vorgegebene Zeitpunkt nach Beginn des Schweißprozesses erreicht. In Schritt 204 wird daraufhin von der Steuereinheit 103 als ein erstes Kriterium überprüft, ob eine Widerstandsgröße, in diesem Beispiel der erfasste elektrische Widerstandswert des Schweißpunktes, einen Widerstandsschwellwert erreicht. Dieser Widerstandsschwellwert wird von der Steuereinheit 103 automatisch aus der Referenzkurve abgeleitet.
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Wenn der elektrische Widerstandswert den vorgegebenen Widerstandsschwellwert erreicht, wird von der Steuereinheit 103 in Schritt 205 als ein zweites Kriterium überprüft, ob eine Steigungsgröße, in diesem Beispiel die Steigung des zeitlichen Verlaufs des elektrischen Widerstands, einen Steigungsschwellwert erreicht. Dieser Steigungsschwellwert wird von der Steuereinheit 103 automatisch aus der Referenzkurve abgeleitet.
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Weiterhin wird von der Steuereinheit 103 nach Erreichen des vorgegebenen Zeitpunkts gemäß Schritt 206 eine Sicherheitsfunktion ausgeführt, welche einen Energievergleich durchführt. Im Zuge dieser Sicherheitsfunktion wird von der Steuereinheit 103 als ein drittes Kriterium überprüft, ob die in den Schweißpunkt eingebrachte Energie einen entsprechenden Schwellwert erreicht. Diese Sicherheitsfunktion gemäß Schritt 206 wird beispielsweise parallel zu dem Überprüfen des ersten und zweiten Kriteriums gemäß den Schritten 204 und 205 durchgeführt.
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Wenn die eingebrachte Energie den entsprechenden Schwellwert erreicht und wenn das zweite Kriterium erfüllt ist, wenn also die Steigungsgröße den vorgegebenen Steigungsschwellwert erreicht, wird in Schritt 207 der Schweißprozess beendet.
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Daraufhin kann das Schweißgerät 102 den nächsten Schweißpunkt bearbeiten. In einem Protokoll in der Steuereinheit 103 kann für jeden Schweißpunkt hinterlegt werden, ob die drei Kriterien jeweils erfüllt wurden und wann der jeweilige Schweißprozess beendet wurde.
