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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Widerstandsschweißsteuerung mit einer Recheneinheit sowie eine Schweißeinrichtung zum Widerstandsschweißen.
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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 Schweißzangen unterschiedliche Werkstücke, z.B. Bleche, mittels Widerstandsschweißen miteinander verschweißt. Im Zuge eines Widerstandsschweißprozesses werden zwei Schweißelektroden einer Schweißzange mit einer Elektrodenkraft gegen die zu verschweißenden Werkstücke gedrückt. Die Schweißelektroden werden für die Dauer einer Stromzeit mit dem Schweißstrom bestromt, wodurch eine Widerstandserwärmung der beiden zu verschweißenden Werkstücke zwischen den Schweißelektroden erfolgt, wodurch die Werkstücke bis zum Erreichen einer erforderlichen Schweißtemperatur erhitzt werden.
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Eine Schweißeinrichtung zum Widerstandsschweißen umfasst zumeist eine Schweißsteuerung mit einer Recheneinheit und einem Umrichter. Ein Schweißgerät der Schweißeinrichtung kann die Schweißzange mit den Schweißelektroden umfassen sowie einen Transformator und eine Krafterzeugungseinrichtung, welche von der Schweißsteuerung angesteuert werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden eine Widerstandsschweißsteuerung mit einer Recheneinheit sowie eine Schweißeinrichtung zum Widerstandsschweißen mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, eine Oszilloskopfunktionalität und/oder eine Logikanalysatorfunktionalität, insbesondere als Softwarefunktion, in eine Widerstandsschweißsteuerung zu integrieren und deren spezielle Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten auch für das Widerstandsschweißen nutzbar zu machen. Im Rahmen der Erfindung ist die Widerstandsschweißsteuerung dazu eingerichtet, eine Oszilloskopfunktionalität zum Erfassen wenigstens eines analogen Signals über die Zeit und/oder eine Logikanalysatorfunktionalität zum Erfassen wenigstens eines digitalen Signals über die Zeit bereitzustellen. Die Widerstandsschweißsteuerung, insbesondere deren Recheneinheit, ist weiterhin dazu eingerichtet, einen Widerstandsschweißprozess durchzuführen und zu steuern bzw. zu regeln. Von der Recheneinheit wird zu diesem Zweck insbesondere ein Schweißprogramm ausgeführt.
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Die entsprechende Schweißeinrichtung zum Widerstandsschweißen umfasst neben der Widerstandsschweißsteuerung insbesondere ein Schweißgerät, vorzugsweise mit Schweißelektroden, einem Transformator und/oder einer Krafterzeugungseinrichtung. Vorzugsweise ist die Recheneinheit zur Steuerung des Schweißstroms und/oder einer Elektrodenkraft eingerichtet. Vorteile und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Widerstandsschweißsteuerung sowie der erfindungsgemäßen Schweißeinrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in analoger Art und Weise. Die Schweißeinrichtung ist vorzugsweise eine stationäre Schweißmaschine oder eine Punktschweißzange. Stationäre Schweißmaschinen werden zum Punkt-, Buckel- und Rollennahtschweißen oder Stumpfschweißen in der Werkstattfertigung genutzt. Schweißzangen sind mobile Schweißgeräte zum Punktschweißen, die von Hand oder durch Manipulatoren – wie Industrieroboter – zum Schweißort geführt werden.
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Im Zuge des Widerstandsschweißprozesses wird ein Werkstück an einem Schweißpunkt geschweißt bzw. es können mehrere Werkstücke an einem Schweißpunkt miteinander stoffschlüssig verbunden werden. Zunächst werden zwei Schweißelektroden einer Schweißzange gegen den entsprechenden Schweißpunkt gedrückt. Während einer Vorhaltezeit (VHZ) werden von der Krafterzeugungseinrichtung Druck bzw. Kraft erhöht, mit welcher die Schweißelektroden gegen das Werkstück bzw. die Werkstücke gedrückt werden, bis ein vorbestimmter Anpressdruck bzw. eine vorbestimmte Elektrodenkraft erreicht ist. Die Schweißelektroden werden daraufhin für die Dauer einer Stromzeit mit dem Schweißstrom bestromt, wodurch eine Widerstandserwärmung der Werkstücke zwischen den Schweißelektroden erfolgt, wodurch die Werkstücke bis zum Erreichen einer erforderlichen Schweißtemperatur erhitzt werden. Nach Abschalten des Schweißstroms können die Schweißelektroden während der sogenannten Nachhaltezeit (NHZ) noch weiterhin gegen das Werkstück bzw. die Werkstücke gedrückt werden.
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Herkömmliche Widerstandsschweißsteuerung können durch die Erfindung um die Funktionalitäten von Oszilloskopen bzw. Logikanalysatoren erweitert werden. Insbesondere kann somit auf kostengünstige und aufwandsarme Weise eine Vielzahl von unterschiedlichen analogen und/oder digitalen Signalen während des gesamten Schweißprozesses bestimmt und insbesondere für Benutzer dargestellt werden. Insbesondere können die Schweißprozessgrößen kontinuierlich über die Zeit bestimmt, aufgezeichnet und/oder dargestellt werden.
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Mittels der Oszilloskopfunktionalität können insbesondere elektrische Signale wie elektrische Spannungen und Ströme bzw. deren zeitliche Verläufe messtechnisch erfasst, aufgezeichnet und zweckmäßigerweise graphisch dargestellt werden. Dabei kann insbesondere ein kontinuierliches Signal über einer Zeitachse dargestellt werden. Vorzugsweise werden mit der Oszilloskopfunktionalität die Funktionen eines digitalen Speicheroszilloskops (DSO) aufgeführt. Dabei wird insbesondere eine Analog-Digital-Wandlung von analogen Signalen durchgeführt und ein Abspeichern bzw. Aufzeichnen der erfassten und gewandelten Signale wird ermöglicht.
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Mittels der Logikanalysatorfunktionalität können zweckmäßigerweise digitale Signale und zeitliche Verläufe messtechnisch erfasst, aufgezeichnet und graphisch dargestellt werden. Insbesondere werden dabei diskrete Logikwerte des erfassten digitalen Signals auf einer Zeitachse dargestellt werden.
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Vorteilhafterweise weist die Widerstandsschweißsteuerung wenigstens ein Anzeigemittel zum Anzeigen der erfassten analogen und/oder digitalen Signale auf. Insbesondere kann über das Anzeigemittel der zeitliche Verlauf der analogen und/oder digitalen Signale graphisch dargestellt werden. Die analogen/digitalen Signale können somit von einem Benutzer auf einfache Weise überwacht werden. Zweckmäßigerweise können für analoge und digitale Signale jeweils unterschiedliche Anzeigemittel vorgesehen sein. Zweckmäßigerweise sind diese Anzeigemittel jeweils als Bildschirme ausgebildet.
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Bevorzugt können die Anzeigemittel jeweils als interne Anzeigemittel in die Widerstandsschweißsteuerung, insbesondere in die Recheneinheit, integriert sein, und beispielsweise als steuerungseigene Bildschirme ausgebildet sein. Bei den Anzeigemitteln kann es sich alternativ oder zusätzlich auch um externe Anzeigemittel handeln, beispielsweise um externe Ein- und Ausgabegeräte wie Bedienterminals oder Computer mit Bildschirm, welche mit der Widerstandsschweißsteuerung, insbesondere mit der Recheneinheit, verbunden sind.
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Vorzugsweise weist die Widerstandsschweißsteuerung ein Speichermittel zum Aufzeichnen der erfassten analogen und/oder digitalen Signale auf. Insbesondere kann zu diesem Zweck eine Speichereinheit der Recheneinheit verwendet werden, beispielsweise ein Flash-Speicher oder Festplattenspeicher. Durch Aufzeichnen der analogen/digitalen Signale über die Zeit können diese für spätere Analysen des durchgeführten Schweißprozesses zur Verfügung gestellt werden.
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Vorteilhafterweise können die analogen und/oder digitalen Signale mittels der Oszilloskopfunktionalität bzw. Logikanalysatorfunktionalität der Recheneinheit während einer Vorhaltezeit und/oder während einer Stromzeit und/oder während einer Nachhaltezeit über die Zeit erfasst werden. Mittels herkömmlicher Widerstandsschweißsteuerung ist es zumeist nur möglich, Messgrößen während der Stromzeit zu erfassen. Im Gegensatz dazu wird es durch die Oszilloskopfunktionalität bzw. Logikanalysatorfunktionalität ermöglicht, Signale während des gesamten Schweißprozesses, also während Vorhalte-, Schweiß und Nachhaltezeit, und insbesondere auch kontinuierlich zu erfassen, aufzuzeichnen und darzustellen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Recheneinheit dazu eingerichtet, wenigstens eine den Widerstandsschweißprozess charakterisierende Schweißprozessgröße als analoges und/oder digitales Signal mittels der Oszilloskopfunktionalität bzw. der Logikanalysatorfunktionalität über die Zeit zu erfassen. Derartige Schweißprozessgrößen können beispielsweise direkt durch die Recheneinheit bzw. deren Oszilloskop- und/oder Logikanalysatorfunktionalität erfasst werden oder können zweckmäßigerweise auch von anderen Komponenten der Schweißeinrichtung bestimmt und der Recheneinheit zugeführt werden.
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Beispielsweise können externe analoge Messgrößen als derartige Schweißprozessgrößen erfasst werden. Derartige externe Messgrößen können beispielsweise durch geeignete Sensoren an dem Schweißgerät erfasst werden. Insbesondere kann der zeitliche Verlauf von Ist-Werten derartiger externer Messgrößen erfasst werden.
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Beispielsweise können auch interne analoge Rechengrößen als Schweißprozessgrößen erfasst werden. Derartige Rechengrößen werden insbesondere in der Recheneinheit im Zuge der Steuerung des Schweißprozesses berechnet. Dabei handelt es sich zweckmäßigerweise um Soll-Werte, gemäß welchen der Schweißprozess gesteuert wird. Insbesondere kann dabei der zeitliche Verlauf von Soll-Werten als analoges Signal erfasst werden.
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Zweckmäßigerweise können externe digitale Signale als derartige Schweißprozessgrößen erfasst werden. Dabei kann es sich insbesondere um Eingangs- und/oder Ausgangssignale handeln, welche zur Ansteuerung der Recheneinheit dienen oder welche von der Recheneinheit ausgegeben werden, etwa um das Schweißgerät anzusteuern.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden mittels der Oszilloskopfunktionalität eine oder mehrere der folgenden Schweißparameter als analoge Signale über die Zeit erfasst: eine primäre und/oder sekundäre (bezogen auf den Schweißtransformator) Schweißstromstärke und/oder einen primären und/oder sekundären Impuls eines Schweißstroms, mit welchem die Schweißelektroden bestromt werden; eine primäre und/oder sekundäre Schweißspannung, welche an die Schweißelektroden angelegt wird; ein elektrischer Widerstandswert und/oder eine Temperatur des bzw. der Werkstücke am Schweißpunkt; Elektrodenkraft und/oder Anpressdruck, mit welcher bzw. welchem die Schweißelektroden von der Krafterzeugungseinrichtung gegen die Werkstücke gedrückt werden. Insbesondere stellen diese Schweißparameter externe Messgrößen bzw. interne Rechengrößen dar.
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Vorteilhafterweise werden messtechnisch erfasste Ist-Werte dieser Schweißparameter als analoge Signale erfasst. Alternativ oder zusätzlich können auch Soll-Werte dieser Schweißparameter als analoge Signale erfasst werden, welche von der Recheneinheit berechnet werden. Somit können mittels der Oszilloskopfunktionalität der Soll-Wertverlauf des Schweißvorgangs sowie der tatsächliche erreichte Ist-Wertverlauf überwacht werden.
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Vorzugsweise werden mittels der Logikanalysatorfunktionalität eine oder mehrere der folgenden Steuereinheitssignale als digitale Signale über die Zeit erfasst: ein Ansteuerungssignal; ein Zustandssignal, welches beispielsweise einen Zustand der Widerstandsschweißsteuerung oder des Schweißprogramms beschreibt; ein Fehlersignal, welches Auskunft über Fehler der Widerstandsschweißsteuerung, des Schweißprogramms oder des durchgeführten Schweißprozesses gibt; ein Zählersignal, mittels welchem beispielsweise ein Fehlerzähler oder ein Verschleißzähler realisiert sein kann; ein Programmnummernsignal, welches eine charakteristische Programmnummer des ausgeführten Schweißprogramms wiedergibt. Derartige digitale Signale werden insbesondere von der Recheneinheit ausgegeben oder von dieser empfangen, beispielsweise um den Ablauf des Schweißprogramms und die entsprechenden Funktionalitäten zu starten, zu steuern oder zu beschreiben.
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Die Recheneinheit kann mittels derartiger digitaler Ansteuerungssignale beispielsweise die Schweißzange oder weitere Komponenten des Schweißgeräts ansteuern. Insbesondere kann die Recheneinheit auch selbst von einer übergeordneten Rechen-/Steuereinheit mittels derartiger Ansteuerungssignale angesteuert werden. Ansteuerungssignale können auch ausgegeben werden, wenn ein Benutzer Eingaben bzw. Ansteuerbefehle in die Recheneinheit eingibt. Zweckmäßigerweise werden unterschiedliche Funktionalitäten der Widerstandsschweißsteuerung durch diese Ansteuersignale gestartet, beendet oder gesteuert. Der aktuelle Zustand der Widerstandsschweißsteuerung bzw. deren Funktionalitäten werden zweckmäßigerweise durch das Zustandssignal beschrieben. Das Zustandssignal gibt beispielsweise Auskunft darüber, ob Widerstandsschweißsteuerung, Schweißprogramm bzw. Funktionalitäten der Widerstandsschweißsteuerung gestartet, beendet, pausiert oder in Stand-by-Modus befindlich sind. Somit kann mittels der Logikanalysatorfunktionalität insbesondere der Zustand und die Ausführung unterschiedlicher Funktionalitäten der Widerstandsschweißsteuerung überwacht werden.
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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 eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schweißeinrichtung mit einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Widerstandsschweißsteuerung.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
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In 1 ist eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schweißeinrichtung zum Widerstandsschweißen schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet.
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Mit der Schweißeinrichtung 100 werden Werkstücke 115 durch Widerstandsschweißen miteinander stoffschlüssig verbunden. Die Schweißeinrichtung 100 weist ein Schweißgerät 110 mit zwei Schweißelektroden 111 und 112, einem Transformator 113 und einer Krafterzeugungseinrichtung 114 auf. Im Zuge des Widerstandsschweißens werden die Schweißelektroden 111 und 112 durch die Krafterzeugungseinrichtung 114 mit einer vorbestimmten Elektrodenkraft bzw. einem vorbestimmten Anpressdruck an einem Schweißpunkt 116 gegen die Werkstücke 115 gedrückt. Während einer Vorhaltezeit werden Elektrodenkraft bzw. Anpressdruck durch die Krafterzeugungseinrichtung 114 erhöht, bis die entsprechenden vorbestimmten Werte erreicht sind.
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Die Schweißelektroden 111 und 112 werden daraufhin für die Dauer einer Schweißzeit mit einem Schweißstrom bestromt, wodurch eine Widerstandserwärmung der Werkstücke 115 am Schweißpunkt 116 erfolgt, wodurch die Werkstücke 115 bis zum Erreichen einer erforderlichen Schweißtemperatur erhitzt werden. Nachdem die Werkstücke 115 verbunden wurden, wird der Schweißstrom abgeschaltet. Daraufhin können die Schweißelektroden während einer Nachhaltezeit noch weiter gegen die Werkstücke 115 gedrückt werden.
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Zum Durchführen und Regeln dieses Widerstandsschweißprozesses ist eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Widerstandsschweißsteuerung 120 vorgesehen, die insbesondere programmtechnisch dazu eingerichtet ist, den Schweißprozess zu steuern. Die Widerstandsschweißsteuerung 120 weist einen Umrichter 121 und eine Recheneinheit 122 auf, die beispielsweise als SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) ausgebildet sein kann. Für die Bestromung der Schweißelektroden 111 und 112 sind diese mit dem Transformator 113 elektrisch verbunden, welcher wiederum an den Umrichter 121 angeschlossen ist. Der Umrichter 121 kann zweckmäßigerweise an das Stromnetzt angeschlossen sein. Die Recheneinheit 122 kann den Umrichter 121 entsprechend ansteuern, damit die Schweißelektroden 111 und 112 mit einem bestimmten Schweißstrom bestromt werden.
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Die Recheneinheit 122 ist dazu eingerichtet, eine Oszilloskopfunktionalität zum Erfassen wenigstens eines analogen Signals über die Zeit und eine Logikanalysatorfunktionalität zum Erfassen wenigstens eines digitalen Signals über die Zeit bereitzustellen. Beispielsweise sind diese Oszilloskop- und Logikanalysatorfunktionalitäten als Softwarefunktionen implementiert, jeweils durch ein in der Recheneinheit 122 ablaufendes Computerprogramm. Die Oszilloskop- und die Logikanalysatorfunktionalität bzw. die entsprechenden Computerprogramme, welche die Bereitstellung dieser Funktionalitäten bewirken, sind in 1 schematisch durch die Bezugszeichen 130 (Oszilloskopfunktionalität) und 140 (Logikanalysatorfunktionalität) angedeutet.
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Mittels der Oszilloskop- und Logikanalysatorfunktionalitäten 130 und 140 kann die Recheneinheit 122 eine Vielzahl von Schweißprozessgrößen, welche jeweils den Widerstandsschweißprozess charakterisieren, über die Zeit erfassen, aufzeichnen und darstellen.
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Mittels der Oszilloskopfunktionalität 130 werden beispielsweise Ist-Werte der Schweißstromstärke (primärseitig und/oder sekundärseitig des Trafos), der Impulse des Schweißstroms (primärseitig und/oder sekundärseitig des Trafos), der Schweißspannung (primärseitig und/oder sekundärseitig des Trafos), des elektrischen Widerstandswerts am Schweißpunkt, der Elektrodenkraft und des Anpressdrucks als Schweißprozessgrößen bzw. analoge Signale über die Zeit erfasst. Insbesondere wird ein kontinuierlicher zeitlicher Verlauf dieser Schweißprozessgrößen bestimmt und aufgezeichnet. Diese zeitlichen Verläufe werden über ein Anzeigemittel 131 angezeigt, beispielsweise über einen in die Recheneinheit 122 integrierten Bildschirm.
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Mittels der Logikanalysatorfunktionalität 140 werden insbesondere digitale Steuereinheitssignale als Schweißprozessgrößen bestimmt. Diese digitalen Steuereinheitssignale werden insbesondere von der Recheneinheit 122 ausgegeben oder von dieser empfangen. Beispielsweise kann ein Zustandssignal, welches einen Zustand der Recheneinheit 122 beschreibt, als Schweißprozessgröße bestimmt werden.
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Auch mittels der Logikanalysatorfunktionalität 140 kann ein kontinuierlicher zeitlicher Verlauf derartiger Steuereinheitssignale bestimmt, aufgezeichnet und über ein Anzeigemittel 141 dargestellt werden. Das Anzeigemittel 141 kann als ein weiterer in die Recheneinheit 122 integrierter oder derselbe Bildschirm ausgebildet sein. Beispielsweise kann anhand des am Bildschirm 141 grafisch dargestellten zeitlichen Verlaufs des Zustandssignals nachvollzogen werden, wann in der Recheneinheit 122 ein Schweißprogramm gestartet wurde, wann es beendet wurde und wann es pausiert bzw. in Stand-by versetzt wurde.
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Vorzugsweise können die aufgezeichneten Signale der Oszilloskopfunktionalität und der Logikanalysatorfunktionalität auch gemeinsam auf einem der Bildschirme 131 oder 141 grafisch dargestellt werden. Beispielsweise kann bei Auftreten eines digitalen Fehlersignales der zeitliche Verlauf der analogen Schweißprozessgrößen, die zu diesem Fehlerereignis geführt haben, dargestellt und vom Anwender analysiert werden.
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Mittels der Oszilloskop- und Logikanalysatorfunktionalitäten 130 und 140 werden die zeitlichen Verläufe der jeweiligen analogen bzw. digitalen Signale während des gesamten Widerstandsschweißprozesses bestimmt und aufgezeichnet, sowohl während der Vorhaltezeit, als auch während der Nachhaltezeit und der Stromzeit, oder auch in Pausenzeiten oder während Standby-Zeiten zwischen den Widerstandsschweißprozessen.
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Für die Oszilloskopfunktionalität 130 können beispielsweise vier Kanäle vorgesehen sein, für die Logikanalysatorfunktionalitäten 140 beispielsweise 16 Kanäle. Sowohl Auflösung als auch Zeitbasis der Erfassung der entsprechenden analogen bzw. digitalen Signale mittels der Oszilloskop- bzw. Logikanalysatorfunktionalität 130 bzw. 140 können über die Recheneinheit variabel eingestellt werden. Beispielsweise können die Oszilloskop- und Logikanalysatorfunktionalität 130 bzw. 140 jeweils über eine Abtastrate von einem Sample pro Millisekunde verfügen sowie einer Speichertiefe von bis zu 64.000 Samples. Das Erfassen der einzelnen Schweißprozessgrößen als analoge bzw. digitale Signale kann insbesondere jeweils gemäß unterschiedlichen Trigger-Bedingungen (z.B. Source, Flanke, Pegel, Line, Pattern, Width, usw.) ausgelöst werden. Als Trigger-Quelle (Source) kann beispielsweise mindestens eines der analogen bzw. digitalen Signale oder können mehrere der analogen bzw. digitalen Signale in Kombination ausgewählt werden.
