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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schweißsteuerung für eine Schweißanlage, eine Schweißanlage und ein Verfahren zum Betrieb einer Schweißanlage, mit welchen sich ein gleichmäßiger Schweißstromverlauf realisieren lässt.
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Im automatisierten Karosserierohbau kommt bei einer Schweißanlage in der Regel mindestens ein Schweißwerkzeug zum Einsatz, wie beispielsweise eine Schweißzange, die von einem Schweißtransformator mit einem elektrischen Schweißstrom versorgt wird. Der Schweißstrom wird mittels einer Schweißsteuerung in Bezug auf insbesondere Größe und Phasenanschnitt, usw. gesteuert und überwacht.
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Die Schweißsteuerung wird, insbesondere an Widerstandspunktschweißanlagen, eingesetzt, um die zu verschweißende Materialien oder Materialkombination mittels einer vorbestimmten Zangenkraft zu fügen und für eine definierte Zeit den notwendigen Schweißstrom an den Schweißpunkt zu bringen.
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Schweißsteuerungen arbeiten mit Regelverfahren, die einen konstanten Strom garantieren. Derartige Regelverfahren sind als sogenannte Konstant-Strom-Regelungsverfahren (KSR) bekannt. Alternativ kommen adaptive Regelverfahren zum Einsatz, die den Strom an die aktuellen Prozessgegebenheiten am Schweißpunkt automatisch anpassen. Derartige Regelverfahren sind als sogenannte adaptive Strom-Regelungsverfahren (ASR) bekannt.
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Die genannten Regelverfahren KSR und ASR sorgen für eine verbesserte und stabilere Schweißqualität. Derzeit werden Schweißsteuerungen meist an Stromversorgungssystemen mit Dreiphasenwechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz und einer Spannung von 400V oder 690V betrieben.
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Problematisch ist jedoch, dass die Schweißsteuerung dennoch nicht immer in der Lage ist, einen konstanten, gleichmäßigen Schweißstrom zu gewährleisten. Stattdessen kommt es zu einem Schwingen des Schweißstroms.
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Das Schwingen des Schweißstroms kann die Schweißqualität negativ beeinflussen. Eine weitere negative Auswirkung ergibt sich in Bezug auf eine Aussage zur Schweißpunktqualität, da die Kurvengüte des Stroms mit in die Bewertung einbezogen wird. Die Folge sind Fehler bei der Überwachung der Schweißpunktqualität. Dies wird auch als Fehler erster Art bezeichnet.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schweißsteuerung für eine Schweißanlage und ein Verfahren zum Betrieb einer Schweißanlage bereitzustellen, mit welchen die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Insbesondere sollen eine Schweißsteuerung für eine Schweißanlage und ein Verfahren zum Betrieb einer Schweißanlage bereitgestellt werden, mit welchen eine vorbestimmte Schweißqualität zuverlässig sichergestellt werden kann und keine Fehler bei der Überwachung der erzielten Schweißqualität auftreten.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schweißsteuerung für eine Schweißanlage nach Anspruch 1 gelöst. Die Schweißsteuerung umfasst eine Steuereinrichtung zur Steuerung eines Schweißtransformators und eines Schweißwerkzeugs der Schweißanlage, wobei das Schweißwerkzeug zur Herstellung mindestens einer Schweißverbindung an mindestens einem Werkstück und der Schweißtransformator zum Versorgen des Schweißwerkzeugs mit einem Schweißstrom zur Herstellung der Schweißverbindung vorgesehen ist, und eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung des Schweißstroms in Bezug auf ein anormales Stromschwingen und Ausgabe einer Meldung in Bezug auf das Überwachungsergebnis, wobei die Steuereinrichtung ausgestaltet ist, die Steuerung des Schweißtransformators und des Schweißwerkzeugs in Abhängigkeit von der Meldung in Bezug auf das Überwachungsergebnis auszuführen.
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Mit der Schweißsteuerung ist es zuverlässig möglich, ein Schwingen des Schweißstroms zu erkennen. Dadurch sind Schweißverbindungen verhinderbar, die aufgrund des anormalen Stromschwingens in minderer Qualität erzeugt würden. Als Vorteil davon kann die Fehlproduktion der Schweißanlage minimiert werden.
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Zudem sind rechtzeitig Maßnahmen einleitbar, um den Fehler an der Schweißanlage zu beheben. Auch dadurch kann die Fehlproduktion der Schweißanlage minimiert werden. Infolgedessen werden Anlagenstillstände verkürzt.
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Als weiterer Vorteil tritt bei der Überwachung der Herstellung der Schweißverbindung kein Fehler auf. Auf diese Weise kann eine fehlerhafte Aussortierung von Produktionen der Schweißanlage als Fehlproduktionen minimiert werden. Dies trägt mit zur Schonung von Ressourcen und zur Kostensenkung bei.
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Aufgrund ihrer Ausgestaltung ist die Schweißsteuerung auch als Basis für ein Industrie-4.0-Datamining zur Prozessstabilisierung und Prozessoptimierung geeignet. Hierbei ist zusätzlich eine Auswertung der Erfassungsergebnisse der Erfassungseinrichtung im Schadensfall möglich, wodurch für die Suche nach der Schadensursache die notwendigen Daten verfügbar sind.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Schweißsteuerung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Möglicherweise ist die Steuereinrichtung ausgestaltet, eine Zufuhr des Schweißstroms zu dem Schweißtransformator abzubrechen, wenn die Meldung in Bezug auf das Überwachungsergebnis ergibt, dass ein unzulässiges Stromschwingen des Schweißstroms vorliegt.
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Denkbar ist, dass die Überwachungseinrichtung zusätzlich oder alternativ ausgestaltet ist, eine Überwachung des Schweißstroms in Bezug auf ein Stromschwingen aufgrund eines Diodedefekts durchzuführen. Hierbei kann ein Diodedefekt ein Defekt einer Diode einer Umrichteinrichtung sein, welche dem Schweißtransformator den Schweißstrom zuführt.
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In einer speziellen Ausgestaltung ist die Überwachungseinrichtung ausgestaltet, eine Überwachung des Schweißstroms in Bezug auf ein Stromschwingen aufgrund einer fehlenden Netzphase auszuführen.
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In einer weiteren speziellen Ausgestaltung ist die Überwachungseinrichtung ausgestaltet, eine Überwachung des Schweißstroms in Bezug auf ein Stromschwingen in Bezug auf ein vorbestimmtes Toleranzband auszuführen, in welchem ein Stromschwingen tolerierbar ist.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch eine Schweißanlage für eine industrielle Anlage nach Anspruch 7 gelöst. Die Schweißanlage umfasst ein Schweißwerkzeug zur Herstellung mindestens einer Schweißverbindung an mindestens einem Werkstück, einen Schweißtransformator zum Versorgen des Schweißwerkzeugs mit einem Schweißstrom zur Herstellung der Schweißverbindung, eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Schweißtransformators und des Schweißwerkzeugs der Schweißanlage, und eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung des Schweißstroms in Bezug auf ein anormales Stromschwingen und Ausgabe einer Meldung in Bezug auf das Überwachungsergebnis, wobei die Steuereinrichtung ausgestaltet ist, die Steuerung des Schweißtransformators und des Schweißwerkzeugs in Abhängigkeit von der Meldung in Bezug auf das Überwachungsergebnis auszuführen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Überwachungseinrichtung extern von der Steuereinrichtung vorgesehen. Zusätzlich oder alternativ ist eine Bedienvorrichtung zur Ausgabe der Meldung in Bezug auf das Überwachungsergebnis als durch menschliche Sinne wahrnehmbare Ausgabe vorgesehen. Zusätzlich oder alternativ ist die Schweißanlage ausgestaltet, eine Parametrierung der von der Überwachungseinrichtung durchzuführenden Überwachung über eine Bedienvorrichtung vorzunehmen.
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Die zuvor beschriebene Schweißanlage hat möglicherweise zudem eine Vorrichtung, die einen Arm zum Bewegen des Schweißwerkzeugs im Raum und eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Arms aufweist, wobei die Steuereinrichtung der Vorrichtung der Schweißsteuerung untergeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Größen beim Herstellen einer Schweißverbindung mit dem Schweißwerkzeug ausgestaltet sein, wobei die Schweißsteuerung ausgestaltet ist, die erfassten Größen beim Steuern des Schweißwerkzeugs zu berücksichtigen.
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Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Betrieb einer Schweißanlage nach Anspruch 10 gelöst. Bei der Schweißanlage ist ein Schweißwerkzeug zur Herstellung mindestens einer Schweißverbindung an mindestens einem Werkstück vorgesehen. Das Verfahren weist die Schritte auf: Steuern, mit einer Steuereinrichtung, eines Schweißtransformators und des Schweißwerkzeugs, so dass der Schweißtransformator mit einem Schweißstrom zur Herstellung der Schweißverbindung versorgt wird, und Überwachen, mit einer Überwachungseinrichtung, des Schweißstroms in Bezug auf ein anormales Stromschwingen und Ausgabe einer Meldung in Bezug auf das Überwachungsergebnis, wobei die Steuereinrichtung die Steuerung des Schweißtransformators und des Schweißwerkzeugs in Abhängigkeit von der Meldung in Bezug auf das Überwachungsergebnis ausführt.
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Das Verfahren erzielt die gleichen Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Schweißsteuerung genannt sind.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich des Ausführungsbeispiels beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. 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 industriellen Anlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einer Schweißanlage, die eine Vorrichtung zum Führen eines Schweißwerkzeugs verwendet;
- 2 einen zeitlichen Verlauf eines Schweißstroms I und eines Widerstands R gemäß einem Sollwert für einen Schweißverlauf mit gleichförmigem Schweißstrom im Betrieb der Schweißanlage gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 3 einen zeitlichen Verlauf eines Schweißstroms I, einer Spannung U und eines Widerstands R für einen Schweißverlauf, bei welchem ein Stromschwingen aufgrund eines Diodedefekts im Betrieb der Schweißanlage gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auftritt;
- 4 einen zeitlichen Verlauf eines Schweißstroms I, einer Spannung U und eines Widerstands R für einen Schweißverlauf, bei welchem ein Stromschwingen aufgrund einer fehlenden Netzphase im Betrieb der Schweißanlage gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auftritt; und
- 5 einen zeitlichen Verlauf eines Schweißstroms I und eines Widerstands R gemäß einem Sollwert für einen Schweißverlauf mit gleichförmigem Schweißstrom bei einem intermittierenden Betrieb der Schweißanlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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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 industrielle Anlage 1 mit einer Schweißanlage 2. Die industrielle Anlage 1 ist beispielsweise eine Fertigungsstraße für Fahrzeuge, Möbel, Bauwerke, usw., 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 sind aus einem beliebigen schweißbaren Material, beispielsweise Stahl, Aluminium, Legierungen davon, usw. auswählbar. Hierbei sind beliebige Kombinationen von Materialien möglich.
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Die Schweißanlage 2 weist eine Schweißsteuerung 10, eine Vorrichtung 20 zum Führen eines Schweißwerkzeugs 21, eine Erfassungseinrichtung 30, eine Bedienvorrichtung 40 und eine übergeordnete Steuervorrichtung 50 auf, welche die Schweißanlage 2 und/oder andere nicht dargestellte Komponenten der industriellen Anlage 1 steuern kann. Derartige Komponenten sind beispielsweise eine Transporteinrichtung zum Transportieren von insbesondere mindestens einem der Werkstücke 5, 6, eine oder mehrere weitere Schweißanlage(n), ein oder mehrere sonstige Werkzeug(e), wie beispielsweise ein Schraubwerkzeug, ein Nietwerkzeug, ein Bohrwerkzeug, ein Stanzwerkzeug, usw..
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Die Schweißanlage 2 ist insbesondere eine Widerstandsschweißanlage. In diesem Fall ist das Schweißwerkzeug 21 insbesondere ein Widerstandsschweißwerkzeug.
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Die Schweißsteuerung 10 hat eine Umrichteinrichtung 11 mit mindestens einer Diode 111, eine Steuereinrichtung 12, eine Speichereinrichtung 13 zur Speicherung von Daten 31, 131 bis 133, eine Kommunikationseinrichtung 14 mit einer Eingangsschnittstelle 141 und einer Ausgangsschnittstelle 142, eine Überwachungseinrichtung 15 sowie ein Gehäuse 16. Das Gehäuse 16 kann insbesondere ein Schaltschrank sein, in welchen die Schweißsteuerung 10 eingebaut ist. Zum Abführen von Wärme aus dem Gehäuse 16 der Schweißsteuerung 10 ist bei Bedarf eine nicht dargestellte Kühleinrichtung vorgesehen.
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Die Vorrichtung 20 von 1 kann insbesondere ein Roboter sein. Die Vorrichtung 20 bewegt das Schweißwerkzeug 21 zu einer Fügestelle am mindestens einen Werkstück 5, 6 und hält oder bewegt das Schweißwerkzeug 21 an der Fügestelle entsprechend, um mit dem Schweißwerkzeug 21 beispielsweise einen Schweißpunkt und/oder eine Schweißnaht als Schweißverbindung 7 herzustellen. Das Schweißwerkzeug 21 ist beispielsweise eine Schweißzange mit mindestens einer Elektrodenkappe 22, 23, die über die Umrichteinrichtung 11 und einen Schweißtransformator 24 mit einem elektrischen Strom zum Schweißen, dem sogenannten Schweißstrom I, versorgt wird/werden. Hierfür wird die Umrichteinrichtung 11 von einem dreiphasigen Spannungsnetz mit Netzphasen N1, N2, N3 mit einer elektrischen Spannung U versorgt. Insbesondere wird die Umrichteinrichtung 11 mit einem Dreiphasenwechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz und einer Spannung von 400V oder 690V betrieben. Die Elektrodenkappe 22, 23 kann beispielsweise aus Kupfer-Chrom-Zirkonium (CuCrZr) gefertigt sein, es sind jedoch auch andere Materialien möglich.
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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 25 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 sind relevante Daten für die Durchführung einer Schweißung mit dem Schweißwerkzeug 21 zwischen der Schweißsteuerung 10 und der Vorrichtung 20, genauer gesagt der Steuereinrichtung 25, austauschbar. Zudem können Parameter der Steuereinrichtung 26, mit welchen das Schweißwerkzeug 21 gesteuert wird, in der Speichereinrichtung 13 gespeicherte interne Grundparameter oder Sollwerte 131 sein. Es sind beliebige andere interne Grundparameter und/oder Sollwerte 131 denkbar.
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Die Erfassungseinrichtung 30 erfasst im Betrieb der Schweißanlage 2 Erfassungsdaten 31, die über eine Verbindungsleitung 32 an die Schweißsteuerung 10 übertragen und in der Speichereinrichtung 13 gespeichert werden. Die Erfassungsdaten 31 ergeben sich aufgrund einer kontinuierlichen Erfassung von Daten des Schweißtransformators 24 und/oder des Schweißwerkzeugs 21 und/oder des mindestens einen Werkstücks 5, 6. Hierbei kann die Erfassung beim Herstellen einer Schweißverbindung 7 entweder ununterbrochen oder mit einer vorbestimmten Abtastrate erfolgen. Die vorbestimmte Abtastrate ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel derart gewählt, dass sich eine annähernd kontinuierliche Erfassung des Schweißverlaufs bei dem Herstellen der Schweißverbindung 7 ergibt.
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Die Bedienvorrichtung 40 ist beispielsweise eine Tastatur und/oder eine Maus, ein Laptop, ein berührungsempfindlicher oder berührungsunempfindlicher Bildschirm, usw. oder deren Kombinationen. Die mindestens eine Bedienvorrichtung 40 kommt insbesondere zur Bedienung der Schweißanlage 2 und zur Parametrierung der Elektrodenpflege des Schweißwerkzeugs 21 und Nachstellung zum Einsatz. Zudem können über die Bedienvorrichtung 40 Hinweise für einen Benutzer in Bezug auf den Status der Schweißanlage 2 und/oder einer ihrer zuvor genannten Komponenten ausgegeben werden. Der Status der Schweißanlage 2 umfasst unter anderem mindestens eine Fehlermeldung 401 über einen Fehler, der im Betrieb der Schweißanlage 2 gegebenenfalls auftritt. Zudem sind die Erfassungsdaten 31 als Betriebsanzeige 402 mit der Bedienvorrichtung 40 anzeigbar, wie in 2 bis 4 gezeigt. Sowohl die Fehlermeldung 401 als auch die Betriebsanzeige 402 sind Meldungen an der Bedienvorrichtung 40.
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Die Steuereinrichtung 12 kann auf die Speichereinrichtung 13 zugreifen und Daten 133 in der Speichereinrichtung 13 speichern oder Daten 31, 131 bis 133 aus ihr abrufen. Die Steuereinrichtung 12 speichert als Daten 133 beispielsweise die jeweils von der Steuereinrichtung 12 vorgegebenen Betriebsdaten, wie den Phasenanschnitt des Schweißstroms I und einen Widerstand R des Schweißwerkzeugs 21 beim Ausführen einer Schweißung oder dem Herstellen einer Schweißverbindung 7. Es sind beliebige andere vorgegebene Betriebsdaten denkbar.
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Im Betrieb der Schweißanlage 2 stellt die Umrichteinrichtung 11 dem Schweißtransformator 24 aufgrund einer entsprechenden Steuerung der Steuereinrichtung 12 einen Schweißstrom I zur Verfügung. Die Steuereinrichtung 12 führt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Konstant-Strom-Regelungsverfahren (KSR) aus. Bei diesem Verfahren stellt sich im Verlauf über der Zeit t idealerweise ein Schweißstrom I ein, wie in 2 gezeigt. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel ergibt sich aufgrund der Eigenschaften des jeweiligen Schweißwerkzeugs 21 und des mindestens einen Werkstücks 5, 6 idealerweise ein Verlauf eines Widerstand R über der Zeit t. Aufgrund dessen stellt sich eine entsprechende Spannung U zwischen den Elektrodenkappen 22, 23 ein.
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Der in 2 gezeigte Referenzschweißablauf 131A mit gleichförmigem Schweißstrom I sowie dem entsprechendem Widerstand R für das jeweilige Schweißwerkzeug 21 ist in der Speichereinrichtung 13 von 1 in Daten 131 gespeichert. Der Referenzschweißablauf 131A repräsentiert den Gutfall, welcher die bestmögliche Qualität für eine Schweißverbindung 7 ergibt. Je nach Schweißanlage 2 und der von ihr ausführenden Arbeiten sind in der Speichereinrichtung 13 entsprechende Referenzschweißabläufe 131A für weitere Elektrodenkappen 22, 23 und/oder Werkstücke 5, 6 bzw. Kombinationen von Werkstücken 5, 6 in den Daten 131 gespeichert. Zudem sind als weitere Schweißabläufe 31A, 31B die zeitlichen Verläufe bzw. Schweißabläufe von 3 und 4 für die jeweiligen Anwendungsfälle gespeichert.
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Die Schweißabläufe 31A, 31B können als Ablauf, wie in 3 und 4 gezeigt, gespeichert sein. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch nur Charakteristika dieser Schweißverläufe 31A, 31B speicherbar. Derartige Charakteristika sind beispielsweise das Schwingverhalten des Schweißstroms I, und/oder der Spannung U und/oder des Widerstands R. Hierbei sind insbesondere die Frequenz der Schwingung und/oder die Schwingungsform, wie sinusförmig oder eher rechteckförmig mit oder ohne Überschwingen zwischen den beiden Schwingungsamplituden, usw. gespeichert.
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Bei dem zeitlichen Verlauf bzw. Schweißablauf 31A von 3 tritt im Betrieb der Schweißanlage 2 im Vergleich zu dem in 2 gezeigten Referenzschweißablauf 131A ein Schwingen des Schweißstroms I aufgrund eines Diodedefekts beispielsweise mindestens einer Diode 111 der Umrichteinrichtung 11 auf. Aufgrund dessen stellen sich der Widerstand R und die Spannung U ein, wie in 3 gezeigt.
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Bei dem zeitlichen Verlauf bzw. Schweißablauf 31B von 4 tritt im Betrieb der Schweißanlage 2 im Vergleich zu dem in 2 gezeigten Referenzschweißablauf 131A ein Schwingen des Schweißstroms I aufgrund einer fehlenden Netzphase N1, N2, N3 auf. Dies entspricht einem Fehler der Netzeinspeisung bzw. einer ungleichmäßigen Phasenbelastung bzw. Belastung der Netzphasen N1, N2, N3. Aufgrund dessen stellen sich der Widerstand R und die Spannung U ein, wie in 4 gezeigt. Zusätzlich ist in 4 zur Veranschaulichung noch ein Widerstand RREF gezeigt, welcher im Wesentlichen dem Verlauf des Widerstands R entspricht, der in 2 gezeigt ist.
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Die Daten 131 gemäß 1 umfassen neben dem Referenzschweißablauf 131A von 2 und gegebenenfalls den Schweißabläufen, 31A, 31B von 3 und 4 und/oder deren Charakteristika weitere interne Grundparameter bzw. Sollwerte eines Schweißvorgangs mit dem Schweißwerkzeug 21, die entweder ab Werk oder später mit Hilfe der Bedienvorrichtung 40 von einem Benutzer eingegeben werden können. Diese weiteren internen Grundparameter oder Sollwerte können Parameter des Schweißwerkzeugs 21 sein, insbesondere die maximale beim Schweißen auszuübende Anpresskraft des Schweißwerkzeugs 21, der maximale Sekundärstrom und/oder der minimale Sekundärstrom und/oder der Nennsekundärstrom des Schweißtransformators 24, usw. Zudem sind in der Speichereinrichtung 13 Daten 132 von der Überwachungseinrichtung 15 speicherbar, wie nachfolgend noch genauer beschrieben.
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Wie der Referenzschweißablauf 131A von 2 sind auch die Erfassungsdaten 31 Schweißverläufe, wie zuvor auch in Bezug auf 3 und 4 beschrieben. Dadurch sind die jeweils erfassten Erfassungsdaten 31 mit dem Referenzschweißablauf 131A von 2 und den Schweißabläufen 31A, 31B von 3 und 4 vergleichbar.
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Im Betrieb der Schweißanlage 2 werden Einstellungen, die für die Schweißvorgänge bzw. Schweißungen benötigt werden, an der Bedienvorrichtung 40 eingestellt. Beim Schweißen empfängt die Steuereinrichtung 12 und/oder die Speichereinrichtung 13 von der Erfassungseinrichtung 30 die Erfassungsdaten 31 in Bezug auf Schweißungen, die mit dem Schweißwerkzeug 21 durchgeführt werden.
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Die Erfassungsdaten 31 werden von der Überwachungseinrichtung 15 überwacht bzw. ausgewertet. Hierfür greift die Überwachungseinrichtung 15 auf die Speichereinheit 13 zu, um die Erfassungsdaten 31 in Bezug auf die in der Speichereinrichtung 13 gespeicherten Daten 131 bis 133 zu überwachen bzw. auszuwerten. Insbesondere wertet die Überwachungseinrichtung 15 die Charakteristika der Schweißabläufe 31A, 31B aus, um zu prüfen, ob der derzeit durchgeführte Schweißablauf wunschgemäß verläuft. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass die Überwachungseinrichtung 15 die Erfassungsdaten mit mindestens einem der Schweißabläufe 131A, 31A, 31B vergleicht, um festzustellen, ob der derzeit durchgeführte Schweißablauf wunschgemäß verläuft.
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Falls die Überwachung der Überwachungseinrichtung 15 ergibt, dass der Schweißverlauf von dem Referenzschweißablauf 131A abweicht und/oder mindestens eine Charakteristik der Schweißabläufe 31A, 31B vorliegt, wird eine entsprechende Meldung 401 an die Bedienvorrichtung 40 ausgegeben.
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Zudem kann die Überwachungseinrichtung 15 an die Steuereinrichtung 12 eine entsprechende Meldung 401 senden, um die Steuerung des Schweißtransformators 24 und oder des Schweißwerkzeugs 21 anzupassen. Noch dazu ist es möglich, dass die Überwachungsergebnisse der Überwachungseinrichtung 15 neben einer Speicherung als Daten 133 in der Speichereinrichtung 13 zudem der Steuereinrichtung 25 für die Steuerung des Schweißwerkzeugs 21 und/oder der Umrichteinrichtung 11 und/oder des Schweißtransformators 24 zur Verfügung gestellt werden.
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Weicht der Schweißverlauf von dem Referenzschweißablauf 131A ab, wertet die Überwachungseinrichtung 15 aus, ob die Erfassungsdaten 31 mindestens eine Charakteristik der Schweißabläufe 31A, 31B aufweisen und/oder einem der Schweißabläufe 31A oder 31B entsprechen. Ist dies der Fall, gibt die Überwachungseinrichtung 15 eine entsprechende Fehlermeldung 401 an die Bedienvorrichtung 40 aus. Hierbei lautet die Fehlermeldung 401, wenn die Erfassungsdaten 31 mindestens einer Charakteristik des Schweißablaufs 31A und/oder dem Schweißablauf 31A selbst entsprechen, dass ein Diodedefekt bei einer Diode 111 der Umrichteinrichtung 11 vorliegt und der Schweißvorgang abgebrochen wird. Andererseits lautet die Fehlermeldung 401, wenn die Erfassungsdaten 31 mindestens einer Charakteristik des Schweißablaufs 31B und/oder dem Schweißablauf 31B selbst entsprechen, dass eine fehlende Netzphase N1, N2, N3 der Spannungsversorgung für die Umrichteinrichtung 11 vorliegt und der Schweißvorgang abgebrochen wird. Ganz allgemein kann in Bezug auf den Schweißablauf 31B als Fehlermeldung 401 jedoch angegeben werden, dass ein Fehler der Netzeinspeisung und/oder alternativ eine ungleichmäßige Phasenbelastung vorliegt.
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Die Überwachungseinrichtung 15 führt die Überwachung optional unter Berücksichtigung eines vorbestimmten Toleranzbereichs aus. Der vorbestimmte Toleranzbereich kann eine Abweichung der Erfassungsdaten 31 in einem vorbestimmten Bereich von dem Referenzschweißablauf 131A und/oder den Schweißabläufen 31A, 31B zulassen.
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Dadurch ist die Schweißanlage 2 ausgestaltet, die Steuerung des Schweißtransformators 24 und des Schweißwerkzeugs 21 derart auszuführen, dass der Betrieb der Schweißanlage 2 in der industriellen Anlage 1 zu qualitativ hochwertigen Schweißverbindungen 7 führt. Zudem ist auch der Bediener aufgrund von Meldungen, nämlich Fehlermeldungen 401 und/oder Betriebsanzeigen 402, an der Bedienvorrichtung 40 noch besser in der Lage, Fehler aufgrund eines anormalen Stromschwingens zu erkennen und aufgrund dessen schneller beheben zu können.
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Somit ist die Schweißanlage 2 mit Hilfe der Schweißsteuerung 10, insbesondere der Steuereinrichtung 12, und der Überwachungseinrichtung 15 ausgestaltet, die Steuerung des Schweißstroms I des Schweißtransformators 24 und des Schweißwerkzeugs 21 in Abhängigkeit von der Gleichförmigkeit des Schweißstroms I zur Herstellung einer Scheißverbindung 7 und während der Herstellung einer Scheißverbindung 7 auszuführen.
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Gemäß einer Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels ist an der Bedienvorrichtung 40 mit der Fehlermeldung 401 nicht nur signalisierbar, dass Maßnahmen zu treffen sind. In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Fehlermeldung 401 auch zumindest einen Hinweis, welche Maßnahmen zu treffen sind, um den Betrieb der Schweißanlage 2 möglichst störungsfrei aufrechtzuerhalten oder möglichst schnell wieder störungsfrei einzurichten. Die Fehlermeldung 401 ist insbesondere eine optische Meldung. Die optische Meldung kann durch einen entsprechenden Code, wie beispielsweise Farben oder eine Textmeldung in Klartext den Fehler und/oder den Hinweis angeben. Der Bediener ist dann in der Lage, die notwendigen Maßnahmen rechtzeitig oder erst nach einer gewissen Toleranzphase zu ergreifen, um den Betrieb der Schweißanlage 2 in der industriellen Anlage 1 solange wie möglich mit qualitativ hochwertigen Schweißverbindungen 7 zu gewährleisten.
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Gemäß einer weiteren Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels führt die Schweißsteuerung 10, insbesondere ihre Steuereinrichtung 12 je nach Bedarf anstelle eines Konstant-Strom-Regelungsverfahrens (KSR) ein adaptives Strom-Regelungsverfahren (ASR) aus. Die Überwachung der Überwachungseinrichtung 15 wird sowohl im Modus für das Konstant-Strom-Regelungsverfahren (KSR) als auch bei der Anwendung des adaptiven Strom-Regelungsverfahrens (ASR) durchgeführt. Dementsprechend sind zusätzlich entsprechende Referenzverläufe 131 gespeichert. Alternativ oder zusätzlich ist die Überwachungseinrichtung 15 ausgestaltet zu erkennen, ob die Stromerhöhung oder Stromabsenkung von dem derzeit vorliegenden Regelungsverfahren kommt oder nicht. Somit führt eine von dem adaptiven Strom-Regelungsverfahren (ASR) vorgegebene Stromerhöhung oder Stromabsenkung nicht zu einem Abbruch der Herstellung der Schweißverbindung 7.
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5 zeigt einen Referenzschweißablauf 131B, der anstelle des Referenzschweißablaufs 131A bei der Schweißanlage 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel verwendbar ist. Hier ist der zeitliche Verlauf des Schweißstroms I und des zugehörigen Widerstands R nur jeweils in vorbestimmten Zeitfenstern T1 erfasst, die durch Zeitspannen T2 unterbrochen sind. In den Zeitspannen T2 ist kein Verlauf des Schweißstroms I und des zugehörigen Widerstands R aufgezeichnet. Demzufolge führt auch die Erfassungseinrichtung 30 im Betrieb der Schweißanlage 2 eine Erfassung derart aus, dass sich Erfassungsdaten 31 ergeben, die mit dem Referenzschweißablauf 131A vergleichbar sind.
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Zudem sind die Schweißabläufe 31A, 31B entsprechend dem Referenzschweißablauf 131B erfasst und deren Charakteristika und/oder mindestens einer Schweißabläufe selbst gespeichert. Außerdem können weitere Referenzschweißabläufe 131B für weitere Elektrodenkappen 22, 23 und/oder Werkstücke 5, 6 bzw. Kombinationen von Werkstücken 5, 6 in den Daten 131 gespeichert sein.
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Auch auf diese Weise kann eine Stromanomalie wie ein Stromschwingen des Schweißstroms I zuverlässig erkannt werden.
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Ansonsten ist die Schweißanlage 2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aufgebaut, wie in Bezug auf die Schweißanlage 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ist die Überwachung mit der Überwachungseinrichtung 15 parametrierbar. Die Parametrierung kann gemäß einer zuvor eingestellten Vorschrift abhängig von den jeweils vorliegenden Einstellungen der Schweißanlage 2 erfolgen. Alternativ ist die Parametrierung von einem Benutzer an der Bedienvorrichtung 40 vornehmbar. Ganz allgemein kann die Schweißanlage 2 ausgestaltet sein, eine Parametrierung der von der Überwachungseinrichtung 15 durchzuführenden Überwachung über die Bedienvorrichtung 40 abzufragen. Die Abfrage kann von der Überwachungseinrichtung 15 veranlasst sein. Alternativ ist die Abfrage von der Steuereinrichtung 12 veranlasst. Dadurch kann die Schärfe der Überwachung auf Stromschwingen kann über einen Parameter an der Bedienvorrichtung 40 parametriert werden. Über diesen Parameter kann die Überwachung auch abgeschaltet werden. Die Überwachungseinrichtung 15 ist daher ausgestaltet zu erkennen, ob die Stromerhöhung oder Stromabsenkung von der Parametrierung kommt oder nicht. Somit führt auch eine parametrierte Stromerhöhung oder Stromabsenkung nicht zu einem der Herstellung der Schweißverbindung 7.
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Die Parametrierung des vorliegenden Ausführungsbeispiels bezieht sich insbesondere auf ein Toleranzband für das Stromschwingen des Schweißstroms I. Beispielsweise kann ein Stromschwingen des Schweißstroms I noch bis zu einer Prozentzahl von 10% zulässig sein. Liegt das Stromschwingen außerhalb dieses Toleranzbands, liegt ein anormales Stromschwingen vor. Hierbei ist es möglich, die obere Grenze des Toleranzbands für den Schweißstrom I um 5% über den Referenzschweißablauf 131A oder den Referenzschweißablauf 131B zu legen und die untere Grenze des Toleranzbands um 5% unter den Referenzschweißablauf 131A oder den Referenzschweißablauf 131B zu legen.
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Zudem bezieht sich die Parametrierung des vorliegenden Ausführungsbeispiels insbesondere auf eine Sensibilität der Bewegung des Schweißwerkzeugs 21 während des Herstellens der Schweißverbindung. Hierbei ist eine Prozentzahl parametrierbar, die von 0% bis beispielsweise 10% auswählbar ist. Es ist denkbar, dass die Prozentzahl nur in einem zuvor festgelegten Bereich einstellbar ist, wie beispielsweise 0% bis 5%.
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Die Werte der Prozentzahlen für die genannten Parametrierungen richten sich nach den jeweils einzuhaltenden Qualitätskriterien.
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Auf diese Weise kann eine Stromanomalie wie ein Stromschwingen des Schweißstroms I zuverlässig erkannt werden und dabei noch besser an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden.
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Ansonsten ist die Schweißanlage 2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aufgebaut, wie in Bezug auf die Schweißanlage 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel ist die Überwachungseinrichtung 15 extern von der Schweißsteuerung 10 angeordnet. Hierbei kann die Überwachungseinrichtung 15 beispielsweise über eine Kommunikationseinrichtung 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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Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Schweißanlage 2 und des von ihr ausgeführten 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.
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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 industrielle Anlage 1 weist möglicherweise anstelle des von der Vorrichtung 20 geführten Schweißwerkzeugs 21 ein Handwerkzeug auf. Die Vorrichtung 20 kann alternativ derart ausgestaltet sein, dass das Schweißwerkzeugs 21 ein handgeführtes Werkzeug ist. Zusätzlich zu einer der genannten Ausführungsvarianten für das Schweißwerkzeug 21 ist es auch denkbar, dass die industrielle Anlage 1 mindestens ein weiteres Werkzeug aufweist, wie ein Schraub-, Bohr- oder Fräswerkzeug, oder Nietwerkzeug oder Schneidwerkzeug oder Toxwerkzeug oder Stanzwerkzeug.
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Die industrielle Anlage 1 kann eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) sein. Die industrielle Anlage 1 kann eine CNC-Steuerung (Computerized Numerical Control = rechnergestützte numerische Steuerung) sein. Die industrielle Anlage 1 kann eine Bewegungslogiksteuerung für beispielsweise Transportsysteme oder zur Führung von Werkzeugen, usw. sein oder aufweisen.
