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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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Eine Referenzkurve beschreibt einen Referenzschweißprozess von an einem Referenzschweißpunkt verschweißten Referenzwerkstücken. Der Schweißprozess kann gemäß dieser Referenzkurve geregelt werden. Erfasste Messwerte bzw. eine erfasste Ist-Kurve von Messwerten, welche im Zuge des Schweißprozesses erfasst werden können, können mit der Referenzkurve verglichen werden. Aus diesem Vergleich können Schweißparameter für die Durchführung des Schweißprozesses abgeleitet werden. Beispielsweise können Schweißstrom, Schweißspannung, Stromzeit bzw. Schweißzeit (d.h. die Zeit, zu der ein Schweißstrom fließt) und/oder Elektrodenkraft (d.h. die Kraft, mit der Schweißelektroden gegen die Werkstücke gedrückt werden), bzw. Soll-Werte für diese Größen als Schweißparameter abgeleitet werden.
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Wenn im Zuge des Referenzschweißprozesses zwischen den Referenzwerkstücken ein Klebstoff aufgebracht war, beispielsweise als Dichtstoff oder zur Verbesserung der Festigkeit der Schweißverbindung, kann dies zu Problemen bei der Regelung des Schweißprozesses führen, insbesondere wenn zwischen den im Zuge des Schweißprozesses zu verschweißenden Werkstücken kein Klebstoff oder ein anderer Klebstoff mit anderen Eigenschaften als im Referenzschweißprozess aufgebracht wird.
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Zu Beginn des Schweißprozesses wird im Zuge des Verfahrens daher eine Analysephase der Referenzkurve durchgeführt. Im Zuge dieser Analysephase wird die Referenzkurve auf Einflüsse von Klebstoffen zwischen den an dem Referenzschweißpunkt verschweißten Referenzwerkstücken hin untersucht. Der Schweißprozess der miteinander zu verschweißenden Werkstücke wird in Abhängigkeit davon geregelt, ob in der Analysephase Einflüsse von Klebstoffen zwischen den an dem Referenzschweißpunkt verschweißten Referenzwerkstücken erkannt werden oder nicht.
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Durch das Verfahren wird verhindert, dass Einflüsse von Klebstoffen zwischen den Referenzwerkstücken des Referenzschweißprozesses zu Problemen des aktuellen Schweißprozesses führen. Der Schweißprozesses kann schnellstmöglich und mit bestmöglicher Qualität durchgeführt werden sowie mit einem geringstmöglichen Energieaufwand. Die Werkstücke können an dem Schweißpunkt mit einer vorgegebenen Güte verschweißt werden. Weiterhin ist es nicht notwendig, eine neue Referenzkurve zu erstellen, welche keine Einflüsse von Klebstoffen aufweist.
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An die Erstellung der Referenzkurve werden somit keine speziellen Anforderungen gestellt und der Referenzschweißprozess kann mit zweckmäßigen Klebstoffen zwischen den Referenzwerkstücken durchgeführt werden.
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Im Allgemeinen wirkt Klebstoff zwischen Werkstücken eines Schweißprozesses zumeist wie ein Isolator, insbesondere zu Beginn des Schweißprozesses. Diese isolierende Eigenschaft des Klebstoffs kann zur Folge haben, dass ein Schweißstrom statt durch den eigentlich zu schweißenden Schweißpunkt durch einen Nebenschlusspunkt der Werkstücke fließt, welcher einen geringeren elektrischen Widerstand als der Schweißpunkt mit dem Klebstoff aufweist. Der Schweißstrom kommt somit nicht dem eigentlichen Schweißpunkt zugute, wodurch Qualität und Festigkeit des Schweißpunktes undefiniert oder gar ungenügend ausfallen können. Weiterhin kann es dazu kommen, dass durch die isolierende Eigenschaft des Klebstoffes ein vergleichsweise hoher Phasenanschnitt bei einer Phasenanschnittsteuerung zum Schweißen mit Wechselstrom gestellt wird, um einen vorgegebenen Schweißstrom zu erreichen.
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Bei Klebstoffen zwischen den Referenzwerkstücken im Zuge des Referenzschweißprozesses können sich diese Einflüsse der Klebstoffe in der Referenzkurve wiederspiegeln. Beispielsweise kann die Referenzkurve einen entsprechenden überhöhten Ansteuerbereich bzw. überhöhten Phasenanschnitt zum Erreichen eines vorgegebenen Schweißstroms wiederspiegeln. Würde der aktuell durchzuführende Schweißprozess gemäß einer derartigen Referenzkurve geregelt werden, würde dieser überhöhte Ansteuerbereich bzw. Phasenanschnitt als Vorgabe für den Schweißprozess dienen, gemäß welcher der Schweißstrom eingestellt wird. Dies kann sich nachteilig auf den Schweißprozess auswirken und es kann beispielsweise zu einer deutlichen Stromüberhöhung, einer Schweißnaht mit nicht ausreichender Qualität, Schweißspritzern oder auch zu Fehlermeldungen und gegebenenfalls einem Abbruch des Schweißprozesses kommen. Durch das Verfahren und die Analysephase der Referenzkurve können derartige Probleme und Nachteile beim Durchführen des Schweißprozesses vermieden werden.
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Durch das Verfahren können insbesondere Qualitätsproblemen beim zu verschweißenden Schweißpunkt vermieden werden, wenn Einflüsse von Klebstoffen in der Referenzkurve eingelernt wurden, aber im aktuellen Schweißprozesskein oder ein anderer Klebstoff für die zu verschweißenden Werkstücke verwendet wird.
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Wenn im Zuge der Analysephase Einflüsse von Klebstoffen in der Referenzkurve erkannt werden, können insbesondere spezielle Anpassungen an Regelalgorithmen des Schweißprozesses vorgenommen, welche die obige Probleme und Nachteile verhindern und eine gleichbleibende Schweißqualität ermöglichen. Beispielsweise kann bei erkannten Klebstoffeinflüssen ein entsprechender Parameter in der Referenzkurve hinterlegt werden. Wenn die Referenzkurve zur Regelung des Schweißprozesses herangezogen wird, wird dieser Parameter ausgewertet und die speziellen Anpassungen werden vorgenommen.
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Vorteilhafterweise wird der Schweißprozess bei erkannten Einflüssen von Klebstoffen für ein vorgegebenes Zeitintervall ab Beginn des Schweißprozesses gemäß Ersatzwerten geregelt und insbesondere nicht gemäß der Referenzkurve. Insbesondere werden konstante Referenzwerte, vorzugsweise für den Schweißstrom und/oder die Schweißspannung verwendet. Nach Ablauf des Zeitintervalls wird der Schweißprozess gemäß der Referenzkurve geregelt. Somit können überhöhte Ansteuerbereiche bzw. Phasenanschnitte sowie unerwünschte Stromüberhöhungen vermieden werden. Beispielsweise kann der Ablauf des Zeitintervalls den Beginn einer Aufschmelzungsphase der Werkstücke beschreiben, ab welchem die Werkstücke durch den Schweißprozess aufgeschmolzen werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird im Zuge der Analysephase eine Analysegröße aus der Referenzkurve bestimmt. Diese Analysegröße hängt von Einflüssen von Klebstoffen zwischen den Referenzwerkstücken ab. Insbesondere kann aus der Analysegröße aussagekräftig auf Klebstoffeinflüsse rückgeschlossen werden.
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Vorzugsweise wird die Analysegröße zu diesem Zweck mit einem Vergleichswert verglichen. Beispielsweise kann ein Quotient aus Analysegröße und Vergleichswert bestimmt werden. Aus diesem Vergleich wird auf Einflüsse von Klebstoffen rückgeschlossen. Erreicht dieser Quotient einen Schwellwert, deutet dies auf Klebstoffeinflüsse hin.
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Vorteilhafterweise wird ein Mittelwert der Referenzkurve über einen vorgegebenen Zeitbereich als Analysegröße bestimmt. Insbesondere beschreibt dieser Zeitbereich einen Beginn des Referenzschweißprozesses. Vorzugsweise endet dieser Zeitbereich mit der Aufschmelzphase der Referenzwerkstücke. Die Referenzkurve ist insbesondere als ein zeitlicher Verlauf einer Messgröße des Referenzschweißprozesses, insbesondere des elektrischen Widerstandswertes, anzusehen. Als Analysegröße kann daher beispielsweise der Wert eines Integrals über den Zeitbereich bestimmt werden.
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Vorzugsweise wird ein Mittelwert des elektrischen Widerstands über den vorgegebenen Zeitbereich als Analysegröße bestimmt. Dieser Mittelwert des Widerstands fällt für Werkstücke mit Klebstoff insbesondere anders aus als für Werkstücke ohne Klebstoff. Der Mittelwert des elektrischen Widerstands ist somit ein zuverlässiges Maß für Klebstoffeinflüsse.
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Bevorzugt wird ein Wert der Referenzkurve zu einem vorgegebenen Vergleichszeitpunkt als Vergleichswert bestimmt. Beispielsweise kann dieser Vergleichszeitpunkt dem Ende des vorgegebenen Zeitbereichs entsprechen. Vorzugsweise wird der Beginn der Aufschmelzphase der Referenzwerkstücke als Vergleichszeitpunkt verwendet.
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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. Die Verwendung von Klebstoffen nimmt im Karosserierohbau immer mehr zu. Dabei dienen die zwischen den zu verschweißenden Blechen aufgebrachten Klebstoffe beispielsweise als Dichtstoff oder zur Verbesserung der Festigkeit der Fügeverbindung. Durch das Verfahren können die einzelnen Schweißpunkte mit bestmöglicher Qualität verschweißt werden.
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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. Zwischen den Werkstücken kann an den einzelnen Schweißpunkten 110 Klebstoff aufgebracht sein, etwa als Dichtstoff.
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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 der Steuereinheit 103 ist eine Referenzkurve hinterlegt, die zu einem früheren Zeitpunkt erstellt wurde, beispielsweise als zum ersten Mal eine Karosserie dieses speziellen Modells hergestellt wurde.
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Diese Referenzkurve wurde im Zuge eines Referenzschweißprozesses von an einem Referenzschweißpunkt verschweißten Referenzwerkstücken erstellt. Insbesondere stellt die Referenzkurve einen zeitlichen Verlauf des elektrischen Widerstands an dem Referenzschweißpunkt im Zuge des Referenzschweißprozesses dar.
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Die Referenzkurve vor Beginn des Schweißprozesses in einer Analysephase 210 untersucht. Dabei wird untersucht, ob im Zuge des Referenzschweißprozesses ein Klebstoff zwischen den verschweißten Referenzwerkstücken befand bzw. ob sich Einflüsse von Klebstoffen in der Referenzkurve wiederspiegeln.
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In einem Schritt 211 dieser Analysephase wird aus der Referenzkurve eine Analysegröße bestimmt. Beispielsweise wird dabei ein Mittelwert des elektrischen Widerstands über einen vorgegebenen Zeitbereich (z.B. 25 ms) bestimmt. Insbesondere beschreibt der Zeitbereich einen Beginn des Referenzschweißprozesses bis zum Beginn einer Aufschmelzphase der Referenzwerkstücke.
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In Schritt 212 wird diese Analysegröße mit einem Vergleichswert verglichen. Als Vergleichswert wird dabei insbesondere der elektrische Widerstandswert zum Beginn der Aufschmelzphase verwendet. Zu diesem Zweck wird die Analysegröße, also der Mittelwert des elektrischen Widerstandswerts, mit dem Vergleichswert, also dem elektrischen Widerstandswert zum Beginn der Aufschmelzphase, ins Verhältnis gesetzt.
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Überschreitet dieses Verhältnis einen Schwell- bzw. Grenzwert, wird auf Klebstoffeinflüsse in der Referenzkurve rückgeschlossen. In diesem Fall wird eine Anpassung 220 der Regelalgorithmen des Schweißprozesses durchgeführt.
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In Schritt 221 wird dabei zunächst ein Parameter in der Referenzkurve hinterlegt, um die Klebstoffeinflüsse der Referenzkurve zu kennzeichnen. In Schritt 222 wird der Schweißprozess begonnen. Ab dem Beginn des Schweißprozesses bis zum Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls (z.B. 25 ms) wird der Schweißprozess nicht gemäß der Referenzkurve geregelt, sondern gemäß Ersatzwerten. Insbesondere werden dabei Schweißstrom und Schweißspannung auf konstante vorgegeben Referenzwerte geregelt. Damit wird verhindert, dass durch die Klebstoffeinflüsse ein überhöhter Ansteuerbereich bzw. überhöhter Phasenanschnitt und eine deutliche Stromüberhöhung auftreten. Nach Ablauf dieses vorgegebenen Zeitintervalls wird der Schweißprozess in Schritt 223 gemäß der Referenzkurve geregelt.
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Somit wird gewährleistet, dass Schweißpunkte ohne Klebstoff effektiv und mit bestmöglicher Qualität verschweißt werden können, auch wenn für die Erstellung der zugehörigen Referenzkurve ein Klebstoff zwischen den jeweiligen Referenzwerkstücken verwendet wurde.
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Überschreitet das in Schritt 212 bestimmte Verhältnis den Schwell- bzw. Grenzwert nicht, liegen keine Klebstoffeinflüsse in der Referenzkurve vor. In diesem Fall wird der Schweißprozess in Schritt 230 durchgeführt und von Beginn an gemäß der Referenzkurve geregelt.
