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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung von Schweißaufgaben für eine Schweißanlage, insbesondere eine Widerstandsschweißanlage.
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In Produktionsanlagen, wie beispielsweise Fertigungsstraßen für Fahrzeuge, Möbel, Gestelle, usw., werden metallische Teile durch Schweißen mit Hilfe eines Schweißwerkzeugs einer Schweißvorrichtung verbunden. Mit dem Schweißwerkzeug werden Schweißverbindungen hergestellt, die beispielsweise ein Schweißpunkt, eine Schweißnaht usw. sein können.
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Für die Schweißvorrichtung wird ein Schweißtransformator verwendet, über welchen dem Schweißwerkzeug zum Schweißen ein Schweißstrom zugeführt wird. Die Schweißvorrichtung und damit auch die Energieversorgung des Schweißwerkzeugs über den Schweißtransformator werden von einer Schweißsteuerung gesteuert.
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Zur Sicherung der Schweißqualität hat die Schweißanlage gewisse Zeitvorgaben zum Durchführen einer Schweißung. Beispielsweise benötigt eine bestimmte Schweißverbindung eine vorbestimmte Zeitdauer. Außerdem sind für die Einrichtung oder den Wechsel von Elektrodenkappen des Schweißwerkzeugs verschiedene Referenz- und Prüfschweißungen durchzuführen, die sich je nach Situation mehr oder weniger aufwändig gestalten können. Andererseits ist die Schweißanlage jedoch in die Taktvorgaben der Produktionsanlage einzubinden, wobei eine Unterbrechung des Produktionsablaufs durch die Schweißanlage so weit wie möglich verhindert werden soll.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung von Schweißaufgaben für eine Schweißanlage bereitzustellen, mit welchen die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Insbesondere sollen eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung von Schweißaufgaben für eine Schweißanlage bereitgestellt werden, bei welchen Produktionsausfälle aufgrund der Schweißanlage minimiert werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Ermittlung von Schweißaufgaben für eine Schweißanlage nach Patentanspruch 1 gelöst. Die Vorrichtung hat eine Ermittlungseinheit, die zur Ermittlung von Ansteuerdaten aus einer definierten Schweißaufgabe ausgestaltet ist, mit welchen eine Schweißsteuerung ausgestaltbar ist, um ein Schweißwerkzeug zur Herstellung einer Schweißverbindung an mindestens einem Werkstück anzusteuern, wobei die Ermittlungseinheit zudem ausgestaltet ist, die Ansteuerdaten in mindestens einem Zwischenspeicher (Cache) der Ermittlungseinheit abzulegen, und eine Abrufeinheit, welche ausgestaltet ist, die Ansteuerdaten aus dem mindestens einen Zwischenspeicher (Cache) abzurufen, um die Ansteuerdaten einer Steuereinrichtung der Schweißsteuerung zur Ausführung zuzuführen.
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Mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung kann eine Reduzierung von Taktzeiten in der Produktion bewirkt werden. Dies führt zum einen zu einer Prozessbeschleunigung. Zum anderen hat eine Reduzierung von Taktzeiten der Schweißanlage in der Produktion zur Folge, dass mehr Zeit für Zusatzfunktionen oder Schweißverbindungswiederholungen bleibt. Damit können beispielsweise auch Qualitätsprüfungen von Schweißverbindungen gegebenenfalls mit in den Produktionsablauf eingebunden werden, ohne dass hierfür Produktionsunterbrechungen erforderlich sind.
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Dadurch trägt die zuvor beschriebene Vorrichtung auch mit dazu bei, einen stabilen Produktionsprozess und eine gleichbleibende Schweißqualität gewährleisten zu können, was für die Funktion und die Stabilität aller Komponenten der Schweißanlage sehr wichtig ist. Dadurch können Produktionsausfälle bei der Schweißanlage minimiert werden.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die zuvor beschriebene Vorrichtung kann Teil einer Schweißanlage für eine Produktionsanlage sein, wobei die Schweißanlage zudem das Schweißwerkzeug zum Herstellen einer Vielzahl von Schweißverbindungen nacheinander, einen Schweißtransformator zur Versorgung des Schweißwerkzeugs mit einem Schweißstrom, um eine der Vielzahl von Schweißverbindungen herzustellen, und eine Schweißsteuerung zur Steuerung des Schweißwerkzeugs aufweist.
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Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Ermittlung von Schweißaufgaben für eine Schweißanlage nach Patentanspruch 10 gelöst. Das Verfahren hat die Schritte: Ermitteln, mit einer Ermittlungseinheit, aus einer definierten Schweißaufgabe von Ansteuerdaten, mit welchen eine Schweißsteuerung ausgestaltet ist, ein Schweißwerkzeug zur Herstellung einer Schweißverbindung an mindestens einem Werkstück anzusteuern, wobei die Ermittlungseinheit die Ansteuerdaten in mindestens einem Zwischenspeicher (Cache) der Ermittlungseinheit ablegt, und Abrufen, mit einer Abrufeinheit, der Ansteuerdaten, aus dem mindestens einen Zwischenspeicher, um die Ansteuerdaten einer Steuereinrichtung der Schweißsteuerung zur Ausführung zuzuführen.
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Das Verfahren erzielt die gleichen Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Vorrichtung genannt sind.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen.
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Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer Produktionsanlage mit einer Schweißanlage, die eine Vorrichtung zum Führen eines Schweißwerkzeugs und eine Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel verwendet;
- 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines von der Vorrichtung durchgeführten Verfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; und
- 3 eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer Produktionsanlage mit einer Schweißanlage, die eine Vorrichtung zum Führen eines Schweißwerkzeugs und eine Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Produktionsanlage 1 mit einer Schweißanlage 2. Die Produktionsanlage 1 kann beispielsweise eine Fertigungsstraße für Fahrzeuge, Möbel, Bauwerke, usw. sein, in welcher metallische Werkstücke 5, 6 durch Schweißen derart verbunden werden, dass eine Schweißverbindung 7 hergestellt wird. Insbesondere kann jedoch eine Schweißverbindung 7 auch nur an einem Werkstück 5 hergestellt werden, indem zwei Ränder des Werkstücks 5 mit der Schweißverbindung 7 miteinander verbunden werden. Die Werkstücke 5, 6 können aus einem beliebigen schweißbaren Material, beispielsweise Stahl, Aluminium, Legierungen davon, usw. sein.
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Die Schweißanlage 2 kann insbesondere eine Widerstandsschweißanlage sein. Die Schweißanlage 2 weist eine Schweißsteuerung 10, eine Vorrichtung 20 zum Führen eines Schweißwerkzeugs 21, eine Erfassungseinrichtung 30 und eine Bedieneinrichtung 40 auf. Das Schweißwerkzeug 21 ist insbesondere ein Widerstandsschweißwerkzeug.
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Die Schweißsteuerung 10 hat eine Umrichteinrichtung 11, eine Steuereinrichtung 12, eine Speichereinrichtung 13, in der unter anderem definierte, insbesondere programmierte und/oder parametrierte, Schweißaufgaben 131 bis 13x in beliebig wählbarer Anzahl gespeichert sind, eine Kommunikationseinrichtung 14 mit einer Eingangsschnittstelle 141 und einer Ausgangsschnittstelle 142, und eine Vorrichtung 15. Die Vorrichtung 15 hat eine Ermittlungseinheit 151, die einen ersten Zwischenspeicher 151A aufweist, der auch Cache genannt wird. In dem ersten Zwischenspeicher 151A können Ansteuerdaten A gespeichert werden. Die Vorrichtung 15 hat zudem eine Abrufeinheit 152, welche die Ansteuerdaten A aus dem Zwischenspeicher 151A abruft und der Steuereinrichtung 12 zuführt.
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Die Speichereinrichtung 13 dient beispielsweise zur Speicherung von Erfassungsdaten 31 der Erfassungseinrichtung 30, die über eine Verbindungsleitung 32 an die Schweißsteuerung 10 übertragen und in der Speichereinrichtung 13 gespeichert werden. Zudem können in der Speichereinrichtung 13 Daten für die Schweißsteuerung 10 gespeichert werden. In der Speichereinrichtung 13 werden bei Bedarf zudem interne Grundparameter bzw. Sollwerte eines Schweißvorgangs mit dem Schweißwerkzeug 21 gespeichert, die entweder ab Werk oder später mit Hilfe der Bedienvorrichtung 40 von einem Benutzer eingegeben werden können. Die internen Grundparameter oder Sollwerte können Parameter des Schweißwerkzeugs 21 sein, insbesondere die maximale bei Schweißen auszuübende Anpresskraft des Schweißwerkzeugs, der maximale Sekundärstrom und/oder der minimale Sekundärstrom und/oder der Nennsekundärstrom des Schweißtransformators 24, usw..
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Die Vorrichtung 20 kann insbesondere ein Roboter sein. Die Vorrichtung 20 stellt als Schweißverbindung 7 beispielsweise einen Schweißpunkt und/oder eine Schweißnaht her. Das Schweißwerkzeug 21 kann beispielsweise eine Schweißzange mit mindestens einer Elektrodenkappe 22, 23 sein, die über die Umrichteinrichtung 11 und einen Schweißtransformator 24 mit einem elektrischen Strom zum Schweißen, dem sogenannten Schweißstrom, versorgt werden. Die Elektrodenkappe 12 kann beispielsweise aus Kupfer-Chrom-Zirkonium (CuCrZr) gefertigt sein, es sind jedoch auch andere Materialien möglich. Beim Führen des Schweißwerkzeugs 21 mit einem Arm 25 der Vorrichtung 20 wird die Vorrichtung 20 von ihrer Steuereinrichtung 26 gesteuert. Hierfür ist die Steuereinrichtung 26 mit der Schweißsteuerung 10 über eine Kommunikationseinrichtung 27 mit Hilfe einer ersten Verbindungsleitung 28 und einer zweiten Verbindungsleitung 29 verbunden. Über die Verbindungsleitungen 28, 29 können relevante Daten für die Durchführung einer Schweißung mit dem Schweißwerkzeug 21 zwischen der Schweißsteuerung 10 und der Vorrichtung 20, genauer gesagt der Steuereinrichtung 26, ausgetauscht werden. Zudem können Parameter der Steuereinrichtung 26, mit welchen das Schweißwerkzeug 21 gesteuert wird, in der Speichereinrichtung 13 gespeicherte interne Grundparameter oder Sollwerte sein. Es sind beliebige andere interne Grundparameter und/oder Sollwerte denkbar.
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Die Bedieneinrichtung 40 kann beispielsweise eine Tastatur und/oder eine Maus, ein Laptop, ein berührungsempfindlicher oder berührungsunempfindlicher Bildschirm, usw. oder deren Kombinationen sein. Die mindestens eine Bedienvorrichtung 40 kommt insbesondere zur Bedienung der Schweißanlage 2, beispielsweise zur Definition, insbesondere zur Programmierung und/oder Parametrierung, einer der Schweißaufgaben 131 bis 13x über ein Schweißprofil, und zur Parametrierung der Elektrodenpflege des Schweißwerkzeugs 2 und Nachstellung zum Einsatz. Die definierte(n) Schweißaufgaben 131 bis 13x kann/können in der Speichereinrichtung 13 gespeichert werden, wie in 1 veranschaulicht. Es können beliebig viele Schweißaufgaben 131 bis 13x in der Speichereinrichtung 13 gespeichert werden oder sein. Insbesondere kann auch nur eine Schweißaufgabe 131 in der Speichereinrichtung 13 gespeichert werden oder sein. Zudem können über die Bedieneinrichtung 40 Hinweise für einen Benutzer in Bezug auf den Status der Schweißanlage 2 und/oder einer ihrer zuvor genannten Komponenten ausgegeben werden.
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Gemäß 2 wird bei einem mit der Vorrichtung 15 durchgeführten Verfahren, bei einem Schritt S1 mindestens eine der Schweißaufgaben 131 bis 13x an der Bedienvorrichtung 40 definiert und in der Speichereinrichtung 13 gespeichert. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S2 weiter.
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Bei dem Schritt S2 greift die Ermittlungseinheit 151 auf die Speichereinrichtung 13 zu, um für eine in der Speichereinrichtung 13 gespeicherte Schweißaufgabe 131 bis 13x die Ansteuerdaten A der Schweißsteuerung 10 zu ermitteln, insbesondere zu berechnen. Hierbei können vorzugsweise die bei vorangehenden Schweißungen mit dem Schweißwerkzeug 21 erfassten Ergebnisse der Erfassungseinrichtung 30 bei der Ermittlung mit herangezogen werden. Umfasst die Schweißaufgabe 131 beispielsweise die Erstellung einer Punktschweißung als Schweißverbindung 7, ermittelt die Ermittlungseinheit 151 insbesondere, mit welchem Ansteuerstrom die Schweißsteuerung 10 den Schweißtransformator 24 anzusteuern hat, um mit dem Schweißwerkzeug 21 die Punktschweißung als Schweißverbindung 7 herzustellen und dadurch die in der Speichereinrichtung 13 gespeicherte Schweißaufgabe 131 zu erledigen. Umfasst die Schweißaufgabe 13x dagegen beispielsweise die Erstellung von mehr als einer Punktschweißung, ermittelt die Ermittlungseinheit 151, mit welcher Serie von Ansteuerströmen die Schweißsteuerung 10 den Schweißtransformator 24 anzusteuern hat. Die Ermittlung des Ansteuerstroms oder der Ansteuerströme schließt hierbei insbesondere ein, dass die Ermittlungseinheit 151 den Phasenanschnittswinkel des Schweißstroms, die Länge der Einschaltdauer des Schweißstroms, den Wert des Schweißstroms, die von dem Schweißwerkzeug 21 am mindestens einen Werkstück 5, 6 auszuübende Anpresskraft, die Position des Schweißwerkzeugs 21 am mindestens einen Werkstück 5, 6 usw. ermittelt. Die Ermittlungseinheit 151 ist für die Ermittlung aller relevanten Größen für die Erfüllung oder Erledigung der jeweiligen Schweißaufgabe 131 bis13x ausgestaltet. Die Ermittlungseinrichtung 151 legt die ermittelten Ansteuerdaten A für die Schweißaufgabe 131 und/oder eine der weiteren Schweißaufgabe 13x in dem Zwischenspeicher 151A ab. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S3 weiter.
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Bei dem Schritt S3 ruft die Abrufeinheit 152 zu einer vorbestimmten Zeit die Ansteuerdaten A in dem Zwischenspeicher 151A ab, so dass die Ansteuerdaten A mit Hilfe der Steuereinrichtung 12 die Grundlage für die Herstellung einer derzeit herzustellenden Schweißverbindung 7 bilden. Dadurch kann/können die bei dem Schritt S1 definierte(n) Schweißaufgabe(n) 131 bis13x je nach Bedarf und zu einem vorbestimmten Zeitpunkt ausgeführt werden.
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Die Schritte S1 bis S3 können beliebig oft und zu beliebigen Zeitpunkten wiederholt werden.
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Somit kann mit dem Verfahren eine Prozessbeschleunigung in Bezug auf Aufgaben der Schweißanlage 2 erzielt werden, indem eine Vorausberechnung von Schweißaufgaben 131 bis 13x oder Schweißpunkten für eine Punktschweißung erfolgt. Das Verfahren dient somit zum schnellen Schweißen von Standardpunkten und von Serienpunkten unterschiedlicher Schweißaufgaben. Wie beschrieben, wird die vorausberechnete Aufgabe in einem Zwischenspeicher 151A abgelegt und ist dadurch sehr schnell ausführbar. Dadurch kann eine merkliche Beschleunigung der Abarbeitung von Schweißaufgaben 131 bis 13x erzielt werden, so dass die Schweißanlage 2 die zuvor genannten Vorteile bereitstellt.
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3 zeigt eine Schweißanlage 3 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu der Vorrichtung 15 gemäß dem vorangehenden Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 150 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel extern von der Schweißsteuerung 10 angeordnet. Hierbei kann die Vorrichtung 150 über die Kommunikationseinrichtung 14 auf die Steuereinrichtung 12 und die Speichereinrichtung 13 zugreifen. Jedoch ist optional auch ein direkter Zugriff auf die Speichereinrichtung 13 und/oder die Steuereinrichtung 12 möglich.
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Zudem hat die Vorrichtung 150, genauer gesagt ihre Ermittlungseinrichtung 151, auch mehrere Zwischenspeicher 151A, 151B, 151C für anspruchsvolle und umfangreiche Schweißaufgaben 132, wie beispielsweise die Erstellung von mindestens einer Punktschweißung und mindestens einer Schweißnaht als Schweißverbindung 7. Die Schweißaufgabe 132 kann jedoch auch insbesondere umfassen, dass mindestens eine Punktschweißung an einer ersten Seite mindestens eines Werkstücks 5 ausgeführt wird und anschließend mindestens eine Punktschweißung an einer weiteren Seite des mindestens einen Werkstücks 5 ausgeführt wird. Es sind beliebige andere Schweißaufgaben 132 denkbar.
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Die vorausberechnete Schweißaufgabe 132 kann in einem oder in mehreren der Zwischenspeicher 151A, 151B, 151C abgelegt werden, je nach Schweißaufgabe 132, und ist dadurch sehr schnell ausführbar.
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Durch die weiteren Zwischenspeicher 151A, 151B, 151C kann eine noch merklichere Beschleunigung der Abarbeitung von Schweißaufgaben 131, 132 bis 13x erzielt werden, so dass die Schweißanlage 3 die zuvor genannten Vorteile noch weiter verbessert. Außerdem ist die Vorrichtung 150 frei von der Schweißsteuerung 10 ausgestaltbar und kann gegebenenfalls zudem bei bereits bestehenden Schweißsteuerungen 10 nachgerüstet werden.
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Ansonsten ist die Schweißanlage 3 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aufgebaut, wie in Bezug auf die Schweißanlage 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Vorrichtung 15, 150 und des von ihr ausgeführten Verfahrens sowie der Schweißanlagen 2, 3 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.
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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.
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Die Anzahl der Zwischenspeicher 151A, 151B, 151C ist bei beiden Ausführungsbeispielen beliebig wählbar.
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Die Aufteilung der von der Ermittlungseinheit 151 im Voraus ermittelten Schweißaufgaben 131, 132 bis 13x kann, je nach Schweißaufgabe 131, 132 bis 13x, auf beliebig viele Zwischenspeicher 151A, 151B, 151C erfolgen. Je nach Schweißaufgabe 131, 132 bis 13x kann durch die gewählte Aufteilung weiter Einfluss auf die Schnelligkeit der Ausführung der Schweißaufgabe 131 bis 13x genommen werden.
