DE102018105893B4 - Method and device for quality evaluation in resistance welding and computer program product, control device and use - Google Patents
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Abstract
Qualitätsauswerteverfahren zum Charakterisieren von widerstandsgeschweißten Schweißbauteilen (1) in konduktiven Kondensatorentladungs(KE)-Schweißanlagen durch Auswerten wenigstens eines Schweißparameters (P1, Pn) aus der Gruppe: Schweißstrom, Schweißspannung, Schweißkraft, Widerstand, Abschmelzweg, Schweißzeit; wobei ein erfasster Verlauf des auszuwertenden Schweißparameters als Kurve (PK) des jeweiligen Schweißparameters bereitgestellt wird;gekennzeichnet durchAuswerten der Kurve (PK) durch Auslesen wenigstens einer Kenngröße (K1, Kn) der jeweiligen Kurve als Funktion der Zeit und wahlweise auch als Funktion wenigstens eines weiteren der Schweißparameter, wobei als Kenngrößen (K1, Kn) zumindest der Betrag des Schweißstroms und eine Steigungsänderung und/oder Gradientenänderung der Schweißstromkurve sowie der Zeitpunkt des jeweiligen Schweißstroms und der Steigungsänderung ausgewertet werden;Vergleichen der Kenngröße (K1, Kn) mit wenigstens einem Sollwert (VI, Vn) für die Kenngröße, wobei als Kenngröße (K1, Kn) zumindest die Steigung und/oder ein Gradient der jeweiligen Kurve (PK) ausgewertet wird, wobei der Sollwert (VI, Vn) basierend auf einem zeitlich vorgelagerten Abschnitt des Verlaufs der jeweils ausgewerteten Kurve (PK) des auszuwertenden Schweißparameters (P1, Pn) definiert ist/wird; undAuswerten der Qualität des Schweißbauteils (1) basierend auf dem Vergleich der Kenngrößen (K1, Kn), insbesondere in Hinblick auf den Betrag einer Abweichung der Kenngröße vom Sollwert.Quality evaluation method for characterizing resistance-welded welded components (1) in conductive capacitor discharge (KE) welding systems by evaluating at least one welding parameter (P1, Pn) from the group: welding current, welding voltage, welding force, resistance, melting path, welding time; a recorded course of the welding parameter to be evaluated being provided as a curve (PK) of the respective welding parameter; characterized by evaluating the curve (PK) by reading out at least one parameter (K1, Kn) of the respective curve as a function of time and optionally also as a function of at least one other the welding parameters, with at least the amount of the welding current and a change in slope and/or gradient of the welding current curve and the time of the respective welding current and the change in slope being evaluated as parameters (K1, Kn);comparing the parameter (K1, Kn) with at least one target value ( VI, Vn) for the parameter, with at least the slope and/or a gradient of the respective curve (PK) being evaluated as the parameter (K1, Kn), with the target value (VI, Vn) being based on a section of the course of the respectively evaluated curve (PK) of the welding parameter (P1, Pn) to be evaluated is/is defined; andevaluating the quality of the welded component (1) based on the comparison of the parameters (K1, Kn), in particular with regard to the amount of a deviation of the parameter from the target value.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Charakterisieren von widerstandsgeschweißten Schweißbauteilen, insbesondere in konduktiven Kondensatorentladungs-Schweißanlagen, durch Auswerten wenigstens eines Schweißparameters. Ferner betrifft die Erfindung auch die Verwendung von Automatisierungs-Technik für diesen Zweck. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des jeweiligen unabhängigen Anspruchs.The present invention relates to a method and a device for characterizing resistance-welded welded components, in particular in conductive capacitor discharge welding systems, by evaluating at least one welding parameter. Furthermore, the invention also relates to the use of automation technology for this purpose. In particular, the invention relates to a method and a device according to the preamble of the respective independent claim.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Widerstandsschweißen, insbesondere Kondensatorentladungsschweißen (KE-Schweißen) ist ein Verfahren, mittels welchem jegliche Art von Halbzeugen, Zusammenbauteile oder auch Präzisionsbauteile hergestellt werden können, insbesondere auch Bauteile, die hohen Belastungen standhalten müssen, z.B. Getriebebauteile. Beim mit einer Anpresskraft durchgeführten KE-Schweißen (Widerstandspressschweißen) werden zwei Bauteile mit einer vordefinierten Kraft (z.B. 5 bis 300kN, insbesondere 20 bis 100kN) aneinander gepresst, insbesondere an einer Kontaktfläche mit vordefiniertem Querschnitt (insbesondere Ringbuckel), um dann in einem sehr kurzen Zeitintervall (z.B. 10ms) eine große Energiemenge (bis zu 160kJ, z.B. 30kJ) über die Kontaktfläche zu leiten und dadurch ein lokales Aufschmelzen (insbesondere eines Ringbuckels) und stoffschlüssiges Verbinden zu bewerkstelligen. Das Laden eines Kondensators und das Aufbringen der Schweißkraft sind unabhängig voneinander, und können wahlweise auch simultan erfolgen. Die Bauteile werden insbesondere kontinuierlich aneinander gepresst, und in Abhängigkeit des Abschmelzens des Materials an der Kontaktfläche bzw. in Abhängigkeit der Schweißkraft auch auf einander zu bewegt (insbesondere 0.1 bis 2mm, z.B. 0.5 bis 1mm). Der ganze Vorgang dauert üblicherweise nur wenige Millisekunden, z.B. 10ms.Resistance welding, in particular capacitor discharge welding (KE welding) is a process that can be used to produce any type of semi-finished product, assembly component or precision component, in particular components that have to withstand high loads, e.g. gear components. When KE welding (resistance pressure welding) is carried out with a contact force, two components are pressed together with a predefined force (e.g. 5 to 300kN, in particular 20 to 100kN), in particular on a contact surface with a predefined cross-section (in particular ring hump), and then in a very short Time interval (e.g. 10ms) to conduct a large amount of energy (up to 160kJ, e.g. 30kJ) over the contact surface and thereby achieve local melting (in particular of a ring hump) and material-locking connection. The charging of a capacitor and the application of the welding force are independent of each other and can optionally also take place simultaneously. In particular, the components are continuously pressed against one another and, depending on the melting of the material on the contact surface or depending on the welding force, also moved towards one another (in particular 0.1 to 2 mm, e.g. 0.5 to 1 mm). The whole process usually takes only a few milliseconds, e.g. 10ms.
Das KE-Schweißen kann als Widerstandsschweißverfahren, insbesondere Buckelschweißverfahren z.B. durch folgende Merkmale gekennzeichnet werden: kurze Schweißzeiten im Bereich von 3 bis 15ms; Schweißströme von bis zu 1.000kA; vergleichsweise geringe Sekundärspannung in einem Bereich kleiner 40V; hohe Ladespannungen der Kondensatoren bis 4.000V.KE welding can be characterized as a resistance welding process, in particular a projection welding process, e.g. by the following features: short welding times in the range from 3 to 15ms; Welding currents of up to 1,000kA; comparatively low secondary voltage in a range of less than 40V; high charging voltages of the capacitors up to 4,000V.
Die Bauteile müssen in vielen Fällen bereits vor dem Verschweißen eine hohe Fertigungsgenauigkeit aufweisen. Beispielsweise sollte die Ebenheit der Kontaktfläche kleiner 0.05mm sein. Da die verschweißten Bauteile oftmals auch als Maschinenelemente oder Komponenten mit sicherheitsrelevanter Funktion verbaut werden, ist es erforderlich, mehr oder weniger fehlerfrei zu arbeiten, insbesondere vollautomatisiert bei kurzen Taktzeiten und hohen Stückzahlen, z.B. bei Schweißteilen für die Automobilindustrie (beispielsweise Befestigungen für Fahrersitze). Beispielsweise soll der Abschmelzweg in einem Toleranzbereich kleiner 0.05mm vordefinierbar sein. Eine belastbare Qualitätskontrolle an den Schweißanlagen ist daher von großer Bedeutung, einerseits für die Hersteller der Schweißanlagen und andererseits für die Betreiber dieser Schweißanlagen. Insbesondere muss die Qualitätskontrolle individuell bezüglich jedes Schweißbauteils erfolgen können. Eine Erhebung lediglich von Stichproben ist bei vielen Arten von Bauteilen sehr riskant, mit nicht absehbaren produkthaftungsrechtlichen Folgen. Die Schweißqualität vieler Bauteile muss daher in vielen Bereichen insbesondere auch gemäß der Norm DIN EN ISO 9001 dokumentiert werden.In many cases, the components must have a high level of manufacturing accuracy even before they are welded. For example, the flatness of the contact surface should be less than 0.05mm. Since the welded components are often installed as machine elements or components with a safety-relevant function, it is necessary to work more or less error-free, especially fully automated with short cycle times and large quantities, e.g. with welded parts for the automotive industry (e.g. fastenings for driver's seats). For example, the melting path should be predefinable in a tolerance range of less than 0.05mm. Reliable quality control on the welding systems is therefore of great importance, on the one hand for the manufacturers of the welding systems and on the other hand for the operators of these welding systems. In particular, quality control must be able to be carried out individually for each welded component. With many types of components, collecting only random samples is very risky, with unforeseeable consequences in terms of product liability law. The welding quality of many components must therefore be documented in many areas, in particular in accordance with the DIN EN ISO 9001 standard.
Die Bemühungen der Hersteller bzw. Betreiber, eine möglichst allumfassende Qualitätskontrolle zu ermöglichen, können unter dem Begriff „quality monitoring“ zusammengefasst werden. Für die Betreiber der Schweißanlagen ist es dabei von großem Vorteil, wenn das „quality monitoring“ möglichst vollumfänglich während der Produktion erfolgen kann. Zusätzlich zur kontinuierlichen Qualitätskontrolle können Stichproben genommen werden, z.B. im Rahmen von Zug-, Druck- oder Auspressversuchen oder durch Überprüfung der Torsionsfestigkeit. Dabei kann die Qualitätskontrolle sowohl auf statische als auch dynamische Weise erfolgen. Weitere Beispiele für Analysen sind Schliffbilder, Metallografie allgemein, sowie Ultraschall-Untersuchungen. Die stichprobenartige Qualitätskontrolle erfordert jedoch vergleichsweise viel Zeit und kann nicht auf einfache Weise simultan zum Herstellungsvorgang erfolgen. Nicht zuletzt aus Kostengründen bleibt diese Art der Qualitätskontrolle auf einen geringen Anteil der hergestellten Schweißbauteile beschränkt.The efforts of manufacturers and operators to enable quality control that is as comprehensive as possible can be summarized under the term "quality monitoring". For the operators of the welding systems, it is of great advantage if the "quality monitoring" can be carried out as comprehensively as possible during production. In addition to continuous quality control, random samples can be taken, e.g. as part of tensile, compression or extrusion tests or by checking the torsional strength. The quality control can be carried out both statically and dynamically. Other examples of analyzes are micrographs, metallography in general, and ultrasonic examinations. However, the random quality control requires a comparatively long time and cannot easily be carried out simultaneously with the manufacturing process. Not least for cost reasons, this type of quality control is limited to a small proportion of the welded components produced.
Eine Qualitätskontrolle erfolgte bisher üblicherweise durch Auswertung einzelner Peaks bzw. Maxima oder Minima in Kurvenverläufen von Schweißparametern, insbesondere bei vergleichsweise kostengünstigen Bauteilen der Massenherstellung, oder durch Bezugnahme auf eine Hüllkurve bzw. auf ein Paar von die jeweilige Messkurve umhüllenden Hüllkurven, mittels welcher/welchen ein Toleranzbereich um eine Sollkurve definiert wird, insbesondere bei vergleichsweise teuren Bauteilen. Läuft die Messkurve aus dem Toleranzbereich, so ist das entsprechende Schweißbauteil als Ausschuss (n.i.O.) zu kennzeichnen oder muss nachbearbeitet werden. Eine Nachbearbeitung ist in vielen Fällen jedoch nicht möglich, so dass die Teile entsorgt oder recycelt werden müssen. Die Qualitätskontrolle kann dabei beispielsweise bezüglich des Parameters Weg (Absenkweg = Setzweg + Einsinkweg) oder Kraft (Vorkraft, Schweißkraft) erfolgen.Up to now, quality control has usually been carried out by evaluating individual peaks or maxima or minima in curves of welding parameters, in particular in the case of comparatively inexpensive components in mass production, or by referring to an envelope curve or to a pair of envelope curves enveloping the respective measurement curve, by means of which Tolerance range is defined around a target curve, especially with comparatively expensive components. If the measurement curve runs out of the tolerance range, the corresponding welded component must be marked as scrap (NOK) or must be reworked. In many cases, however, post-processing is not possible, so the parts have to be disposed of or recycled. the quality Quality control can be carried out, for example, with regard to the path (lowering path = setting path + sinking path) or force (pre-force, welding force) parameter.
Als weitere wichtige Schweißparameter speziell beim KE-Schweißen können genannt werden: Stromanstiegszeit, Spitzenstrom, Schweißzeit, Stromflusszeit, Effektivwert des Schweißstroms (Integral der Stromstärke über die Schweißzeit). Als Prozessgrößen können genannt werden: Schweißenergie, Ladespannung, Fläche unter der Schweißstromkurve (Strom-Zeit-Integral), Elektroden-Vorkraft, Schweißkraft, Krafteinbruch (Rückgang der Schweißkraft aufgrund Trägheit der Elektroden). Bezüglich weiterer Besonderheiten beim KE-Schweißen wird auch auf das Merkblatt DVS 2911 „Kondensatorentlasungsschweißen“ des DSV Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V. verwiesen.Other important welding parameters, especially for KE welding, can be mentioned: current rise time, peak current, welding time, current flow time, effective value of the welding current (integral of the current strength over the welding time). The following process variables can be mentioned: welding energy, charging voltage, area under the welding current curve (current-time integral), electrode pre-force, welding force, force drop (reduction in welding force due to inertia of the electrodes). With regard to further special features of KE welding, reference is also made to the data sheet DVS 2911 "Capacitor discharge welding" of the DSV German Association for Welding and Related Processes e.V.
Ein typischer Verlauf einer Widerstandsschweißung lässt sich wie folgt beschreiben: Nach dem Einlegen der Fügeteile bzw. Schweißbauteile werden die Elektroden geschlossen und es wird zunächst eine Vorkraft aufgebaut, dann erfolgt eine Teilekontrolle, daraufhin wird eine Schweißkraft aufgebaut, und optional wird eine Vorhaltezeit eingehalten. Daraufhin wird die Entladung initiiert. Dabei durchläuft die Stromstärke eine sinusförmige bzw. sinusartige Kurve mit abflachender Flanke, und die Schweißkraft erfährt einen Krafteinbruch aufgrund einer Relativbewegung der Fügeteile aufeinander zu. Erfahrungsgemäß ist der Schweißvorgang nach Abfall auf die halbe maximale Stromstärke beendet. Nach Erreichen der Stromstärke NULL werden die Elektroden wieder geöffnet und das verschweißte Schweißbauteil wird entnommen oder ausgeworfen bzw. ausgeschleust.A typical course of resistance welding can be described as follows: After the parts to be joined or welded components have been inserted, the electrodes are closed and a preliminary force is first built up, then a parts check takes place, after which a welding force is built up and, optionally, a lead time is observed. The discharge is then initiated. The current intensity runs through a sinusoidal or sinusoidal curve with a flattening edge, and the welding force experiences a drop in force due to a relative movement of the parts to be joined. Experience has shown that the welding process is complete once the current has dropped to half the maximum. After the ZERO current has been reached, the electrodes are opened again and the welded welding component is removed or ejected or discharged.
Bisher ist es üblich gewesen, den Maximalwert der Stromstärke bzw. dessen Zeitpunkt zu überwachen und wahlweise auch bei der Steuerung der Schweißanlage zu berücksichtigen.Up to now it has been customary to monitor the maximum value of the current intensity or its point in time and optionally also to take it into account when controlling the welding system.
Die Veröffentlichung
Die
Die folgenden Veröffentlichungsschriften beschreiben weitere Aspekte im Zusammenhang mit Qualitätsanalyse und/oder qualitätsoptimierenden Maßnahmen:
Es hat sich nun gezeigt, dass sowohl die Auswertung basierend auf Peaks als auch die Auswertung mittels Hüllkurven das jeweilige Schweißbauteil nur grob charakterisieren kann. Wünschenswert ist eine detailliertere Auswertung und eine belastbarere, exaktere Charakterisierung.It has now been shown that both the evaluation based on peaks and the evaluation using envelope curves can only roughly characterize the respective welded component. A more detailed evaluation and a more reliable, more precise characterization is desirable.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Aufgabe ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Qualitätsüberwachung an Schweißanlagen oder zur Steuerung von Widerstandsschweißanlagen bzw. zur Qualitätskontrolle von widerstandsgeschweißten Bauteilen bereitzustellen, womit die Qualität möglichst exakt oder auch hinsichtlich einer großen Anzahl von Kriterien oder auch auf besonders flexible Weise für unterschiedliche Arten von Schweißungen ausgewertet werden kann, insbesondere beim Kondensatorentladungsschweißen (KE-Schweißen). Auch eine Aufgabe ist, das Verfahren bzw. die Vorrichtung so auszugestalten, dass die Schweißbauteile hinsichtlich wenigstens eines Schweißparameters auf flexible oder individuelle Weise analysiert werden können. Nicht zuletzt ist es eine Aufgabe, Schweißbauteile möglichst zeitnah während des Widerstandsschweißens zu charakterisieren oder eine Widerstandsschweißanlage in Abhängigkeit der erfassten und ausgewerteten Kenngrößen anzusteuern, insbesondere derart, dass eine bauteilspezifische Rückverfolgung ermöglicht wird.The task is to provide a method and a device for quality monitoring on welding systems or for controlling resistance welding systems or for quality control of resistance-welded components, with which the quality can be measured as precisely as possible or with regard to a large number of criteria or in a particularly flexible manner for different types of welds can be evaluated, especially in capacitor discharge welding (KE welding). Another object is to design the method and the device in such a way that the welded components can be analyzed in a flexible or individual manner with regard to at least one welding parameter. Last but not least, it is a task to characterize welded components as promptly as possible during resistance welding or to control a resistance welding system depending on the recorded and evaluated parameters, in particular in such a way that component-specific tracing is made possible.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten Vorrichtungsanspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den jeweiligen Unteransprüchen erläutert. Die Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele sind miteinander kombinierbar, sofern dies nicht explizit verneint ist.At least one of these objects is achieved by a method according to
Bereitgestellt wird ein Qualitätsauswerteverfahren zum Charakterisieren von widerstandsgeschweißten Schweißbauteilen, insbesondere in konduktiven KE-Schweißanlagen, durch Auswerten wenigstens eines Schweißparameters aus der Gruppe: Schweißstrom, Schweißspannung, Schweißkraft (insbesondere entsprechend einer Anpresskraft der Elektroden aneinander), Widerstand, Abschmelzweg (entsprechend einer relativen Verlagerung der Fügeteile zueinander), Schweißzeit; wobei ein erfasster Verlauf des auszuwertenden Schweißparameters als (simultan zum Schweißen gemessene oder bereits abgespeicherte) Kurve des jeweiligen Schweißparameters bereitgestellt wird. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, ferner folgende Schritte durchzuführen:
- Auswerten der Kurve durch Auslesen wenigstens einer Kenngröße der jeweiligen Kurve, insbesondere der Steigung und/oder eines Gradienten, als Funktion der Zeit (zeitlicher Verlauf) und wahlweise auch als Funktion wenigstens eines weiteren der Schweißparameter; Vergleichen der Kenngröße, insbesondere Vergleichen der Steigung und/oder eines Gradienten, mit wenigstens einem (insbesondere für das jeweilige Schweißbauteil spezifisch vorgebbaren) Sollwert für die Kenngröße, insbesondere mit einem Mindest- und/oder Mittel- und/oder Maximalwert, insbesondere mit Zeitbezug, wobei der Sollwert basierend auf einem zeitlich vorgelagerten Abschnitt des Verlaufs des auszuwertenden Schweißparameters der jeweils ausgewerteten Kurve definiert ist/wird; und Auswerten der Qualität des Schweißbauteils basierend auf dem Vergleich der Kenngrößen bzw. basierend auf dem Vergleich der Schweißparameter, insbesondere in Hinblick auf den Betrag einer Abweichung der Kenngröße vom Sollwert. Die Definition des Sollwertes aus der Kurve selbst ermöglicht insbesondere auch eine individuelle Bezugnahme auf die jeweilige Schweißung. Dabei kann insbesondere auch ein einzelner Gleichstromimpuls oder eine Mehrzahl aufeinanderfolgender Gleichstromimpulse ausgewertet werden.
- evaluating the curve by reading out at least one parameter of the respective curve, in particular the slope and/or a gradient, as a function of time (time progression) and optionally also as a function of at least one other of the welding parameters; Comparing the characteristic, in particular comparing the slope and/or a gradient, with at least one target value (which can be specified specifically for the respective welded component) for the characteristic, in particular with a minimum and/or mean and/or maximum value, in particular with a time reference, wherein the target value is/is defined based on a preceding section of the course of the welding parameter to be evaluated of the respectively evaluated curve; and evaluating the quality of the welded component based on the comparison of the parameters or based on the comparison of the welding parameters, in particular with regard to the amount of a deviation of the parameter from the target value. The definition of the target value from the curve itself also enables, in particular, an individual reference to the respective weld. In this case, in particular, a single direct current pulse or a plurality of consecutive direct current pulses can also be evaluated.
Dieses Verfahren kann insbesondere ohne Hüllkurven funktionieren. Das Auswerten kann automatisiert durch Bezugnahme auf einen zeitlich vorgelagerten Abschnitt des Verlaufs der jeweils ausgewerteten Kurve erfolgen, insbesondere auch durch Bezugnahme auf in einer Tabelle hinterlegte Sollwerte. Die Auswertung basierend auf Kurvendiskussion bezüglich einzelner Schweißparameter kann insbesondere eine höhere Genauigkeit liefern als eine Analyse ausschließlich in Bezug zu maximalen Toleranzgrenzen (Hüllkurven-Kriterium).In particular, this method can work without envelopes. The evaluation can take place automatically by referring to a section of the course of the respectively evaluated curve that precedes in time, in particular by referring to setpoint values stored in a table. The evaluation based on the discussion of curves with regard to individual welding parameters can, in particular, provide greater accuracy than an analysis solely in relation to maximum tolerance limits (envelope curve criterion).
Erfindungsgemäß wird die Qualitätskontrolle bei Schweißbauteilen erleichtert, und die Analyse wird vergleichsweise exakt und belastbar. Im Gegensatz zum Hüllkurven-Toleranzkriterium, bei welchem lediglich eine Überschreitung gewisser Toleranzbereiche ausgewertet wird, kann mittels der erfindungsgemäßen Kurvendiskussion eine tiefergehende Analyse insbesondere auch hinsichtlich nur sehr kleiner, möglicherweise noch im Toleranzbereich liegender Abweichungen erfolgen, also auch eine Ursachenforschung hinsichtlich bestimmter Unregelmäßigkeiten. Ein oder mehrere Auswertekriterien können dabei deutlich gezielter oder anwendungsspezifischer als beim Hüllkurven-Toleranzkriterium definiert werden.According to the invention, quality control for welded components is made easier, and the analysis becomes comparatively exact and reliable. In contrast to the envelope curve tolerance criterion, in which only the exceeding of certain tolerance ranges is evaluated, the curve discussion according to the invention can be used to carry out a more in-depth analysis, in particular with regard to only very small deviations that may still be within the tolerance range, i.e. also to investigate the causes of certain irregularities. One or more evaluation criteria can be defined in a much more targeted or application-specific manner than with the envelope tolerance criterion.
Das Auswerten der Kurve kann dabei einer Kurvendiskussion hinsichtlich einer Mehrzahl von Kennzahlen einer jeweiligen Kurve entsprechen. Die Kurve bzw. der Verlauf des Schweißparameters kann durch übliche Messmethoden erfasst und dabei auch in einem Datenspeicher abgespeichert und für das Auswerten ausgelesen werden, wahlweise simultan bzw. in Echtzeit, oder im Nachgang zur Schweißung. Eine Schweißparametererfassung kann dabei auf vorbekannte Weise erfolgen, insbesondere mit vorbekannter Sensorik, z.B. auch mittels eines Wegsensors (Erfassung des Abschmelzweges) und/oder einer Rogowskispule (Erfassung des Schweißstroms).In this case, the evaluation of the curve can correspond to a curve discussion with regard to a plurality of characteristic numbers of a respective curve. The curve or the profile of the welding parameter can be recorded using standard measuring methods and also stored in a data memory and read out for evaluation, optionally simultaneously or in real time, or after the welding. Welding parameters can be detected in a known manner, in particular with known sensors, e.g. also by means of a displacement sensor (detection of the melting path) and/or a Rogowski coil (detection of the welding current).
Das Charakterisieren kann als eine Bewertung von Eigenschaften der Schweißbauteile verstanden werden, insbesondere mittelbar über den Schweißstrom. Dabei können auch z.B. der Abschmelzweg und/oder eine Schweißnahtbreite ausgewertet werden. Über den Abschmelzweg kann beispielsweise auf die Schweißnahtbreite bzw. auf die Anbindungs-/Stoffschlussfläche zwischen den Fügeteilen geschlossen werden. Auch hat sich gezeigt, dass eine Korrelation zwischen Stromverlauf und dem Auftreten von Schweißspritzern ausgewertet werden kann. Das Charakterisieren kann ein Kennzeichnen des Schweißbauteils umfassen, insbesondere in einer Tabelle, welche eine nachträgliche optionale Korrelation der Parameter bzw. Kurven mit dem jeweiligen Schweißbauteil ermöglicht, insbesondere bei Rückverfolgung von Herstellungsschritten, z.B. bei Materialversagen. Das Charakterisieren kann dabei auch die (Daten-)Basis für eine Regelschleife zum Kontrollieren des Schweißprozesses liefern, oder zumindest zum Kennzeichnen von mangelhaften Schweißbauteilen (Ausschuss).The characterization can be understood as an evaluation of properties of the welded components, in particular indirectly via the welding current. The melting path and/or a weld seam width, for example, can also be evaluated. For example, the welding seam width or the connection/material connection surface between the parts to be joined can be inferred from the melting path. It has also been shown that a correlation between the course of the current and the occurrence of welding spatter can be evaluated. The characterization can include an identification of the welded component, in particular in a table, which enables a subsequent optional correlation of the parameters or curves with the respective welded component, in particular when tracing manufacturing steps, e.g. in the event of material failure. The characterization can also provide the (data) basis for a control loop for controlling the welding process, or at least for identifying defective welded components (rejects).
Ein jeweiliger Sollwert kann dabei auch in Abhängigkeit von der Art der Schweißung oder von der Art der Fügeteile definiert werden.A respective target value can also be defined as a function of the type of welding or the type of parts to be joined.
Bisher erfolgte insbesondere beim KE-Schweißen üblicherweise lediglich das Auswerten von Minima und Maxima (insbesondere der Stromkurve) und eines zeitlichen Bezuges. Dellen oder sonstige lokale Auf- und AbBewegungen der Kurve können bisher gar nicht, oder zumindest nicht auf zufriedenstellende Weise erkannt werden. Im Gegensatz dazu ermöglicht die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens auch ein automatisches Ausschleusen von Ausschuss-Teilen (so genannte „nicht in Ordnung“ n.i.O.-Teile) während der Produktion/Herstellung.So far, especially in CD welding, only the minimum and maximum values (in particular the current curve) and a time reference have usually been evaluated. Up to now, dents or other local up and down movements of the curve could not be recognized at all, or at least not in a satisfactory manner. in the In contrast to this, the accuracy of the method according to the invention also enables reject parts (so-called “not OK” NOK parts) to be automatically ejected during production/manufacturing.
Erwähnenswert ist, dass eine Steuerung bzw. Regelung von KE-Schweißungen (Verfahren bzw. Anlage) nicht auf einfache Weise möglich ist. Vielmehr werden Kondensatoren mit einer großen Energiemenge geladen, welche dann über einen sehr kurzen Zeitraum von 0.1 bis 1000ms, z.B. 1 bis 100ms, insbesondere 2 bis 50ms entladen wird. Bildlich gesprochen, werden Schleusentore geöffnet, und auf den sich dann ergießenden Strom kann nicht auf einfache Weise Einfluss genommen werden. Eine anlagentechnische Regelung war zumindest bisher nicht denkbar. Einen großen Vorteil kann die vorliegende Erfindung daher bereits dadurch liefern, dass mangelhafte Teile (so genannte n.i.O.-Teile) durch die neue Erkennungsmethodik besser erkannt und wahlweise auch ausgeschleust werden können, insbesondere direkt nach dem Schweißvorgang bei automatisiertem Prozess mit hohen Stückzahlen.It is worth mentioning that it is not easy to control or regulate KE welding (process or system). Rather, capacitors are charged with a large amount of energy, which is then discharged over a very short period of 0.1 to 1000ms, e.g. 1 to 100ms, in particular 2 to 50ms. Figuratively speaking, sluice gates are opened and the flow that then flows cannot be easily influenced. At least up to now, system-based control was unthinkable. The present invention can therefore already provide a major advantage in that defective parts (so-called n.i.O. parts) can be better recognized by the new detection method and optionally also ejected, especially directly after the welding process in automated processes with high quantities.
Indem der Sollwert basierend auf dem erfassten Verlauf des auszuwertenden Schweißparameters definiert ist/wird, kann individuell auf einen jeweiligen Schweißvorgang Bezug genommen werden. Insbesondere ist es nicht erforderlich, mit Hüllkurven zu arbeiten. Dadurch kann das Verfahren auf vergleichsweise flexible, variable Weise auf diverse Schweißbauteile und Eigenheiten von Schweißverfahren individuell angepasst werden. Insbesondere können Knicke oder Dellen besonders leicht detektiert werden, insbesondere bei relativer Bezugnahme auf die im entsprechenden Kurvenverlauf im entsprechenden Zeitabschnitt übliche Krümmung bzw. Steigungsänderung.Since the target value is/is defined based on the detected profile of the welding parameter to be evaluated, reference can be made individually to a respective welding process. In particular, it is not necessary to work with envelopes. As a result, the process can be individually adapted to various welded components and peculiarities of welding processes in a comparatively flexible and variable manner. In particular, kinks or dents can be detected particularly easily, in particular with a relative reference to the curvature or gradient change that is usual in the corresponding curve profile in the corresponding time segment.
Dabei ist/wird der Sollwert basierend auf einem zeitlich vorgelagerten Abschnitt des Verlaufs der jeweils ausgewerteten Kurve definiert, und wahlweise auch basierend auf dem entsprechenden Abschnitt einer bereits für den jeweiligen Schweißvorgang definierten Normkurve. Der Sollwert kann insbesondere auch basierend auf einem aus dem Kurvenverlauf ermittelten Gradienten vorgegeben werden. Der jeweilige Gradient (sei es eine Differenz von Messwerten, sei es ein quadrierter Gradient, oder ein Betragswert) kann wahlweise allein oder in Kombination mit weiteren Kurvencharakteristika den Sollwert liefern.In this case, the setpoint is/is defined based on a preceding section of the profile of the respectively evaluated curve, and optionally also based on the corresponding section of a standard curve already defined for the respective welding process. In particular, the setpoint can also be specified based on a gradient determined from the course of the curve. The respective gradient (be it a difference in measured values, be it a squared gradient, or an absolute value) can supply the target value either alone or in combination with other curve characteristics.
Als Schweißbauteil ist ein aus wenigstens zwei Fügeteilen durch Stoffschluss hergestelltes Bauteil zu verstehen.A welded component is a component made from at least two parts to be joined by material bonding.
Als Schweißstrom ist insbesondere der während des Verschweißens über die Schweißbauteile (Fügeteile) geleitete Strom zu verstehen. Als Schweißspannung ist insbesondere die während des Verschweißens an den Schweißbauteilen anliegende Spannung zu verstehen. Als Schweißkraft ist insbesondere die während des Verschweißens auf die Schweißbauteile ausgeübte mechanische Kraft der Elektroden zu verstehen. Als Widerstand ist insbesondere der während des Verschweißens über die Schweißbauteile entstehende elektrische Widerstand zu verstehen. Als Abschmelzweg (relative Verlagerung) ist insbesondere eine Wegänderung des einen Fügeteils relativ zum anderen Fügeteil während des Verschweißens zu verstehen, z.B. beim Abschmelzen eines Schweißbuckels zumindest annähernd entsprechend der Höhe des Schweißbuckels.The welding current is to be understood in particular as the current conducted through the welded components (joining parts) during welding. The welding voltage is to be understood in particular as the voltage applied to the welded components during the welding. The welding force is to be understood in particular as the mechanical force of the electrodes exerted on the welded components during the welding. Resistance is to be understood in particular as the electrical resistance that occurs via the welded components during welding. A melting path (relative displacement) is to be understood in particular as a change in path of one joining part relative to the other joining part during welding, e.g. when a weld projection melts at least approximately according to the height of the weld projection.
Neben der erfindungsgemäßen Auswertung kann der Kurvenverlauf von Schweißparametern auch wie folgt gekennzeichnet werden, hier unter Bezugnahme auf eine Stromkurve: Stromanstiegszeit bis zum Erreichen des Spitzenstroms (Maximum); Betrag des Spitzenstroms (Maximum); Schweißzeit als Zeit zwischen dem Erreichen einer Triggerschwelle (insbesondere ≤5 % vom Messbereichsendwert) und dem Abfall auf 50% des Spitzenstroms; Stromflusszeit als Zeit zwischen dem Erreichen der Triggerschwelle (≤5 % vom Messbereichsendwert) und dem Abfall auf 5% des Spitzenstroms (insbesondere für die Bestimmung der Nachhaltezeit zur Vermeidung von Öffnen der Elektroden unter Stromfluss); Effektivwert des Schweißstroms (Integral der Stromstärke über der Schweißzeit).In addition to the evaluation according to the invention, the course of the curve of welding parameters can also be characterized as follows, here with reference to a current curve: current rise time until the peak current is reached (maximum); amount of peak current (maximum); Welding time as the time between reaching a trigger threshold (especially ≤5% of the full scale value) and the drop to 50% of the peak current; Current flow time as the time between reaching the trigger threshold (≤5% of the full scale value) and the drop to 5% of the peak current (in particular for determining the hold time to avoid opening the electrodes under current flow); Effective value of the welding current (integral of the current over the welding time).
Als Verlauf ist dabei die Entwicklung des jeweiligen Parameters zu verstehen, insbesondere jeweils als Funktion eines vorgebaren weiteren Parameters, insbesondere als Funktion der Zeit. Als Kurve ist dabei die erfasste oder abgespeicherte Messkurve zu verstehen, in einer jeweils gewählten Darstellung, insbesondere als Funktion wenigstens eines weiteren der Parameter. Je nach gewähltem Maßstab oder Bezugsparameter kann die Kurve sich verändern. Der Verlauf bzw. die Entwicklung des Parameters bleibt davon jedoch unberührt.The development of the respective parameter is to be understood as a course, in particular in each case as a function of a predefinable further parameter, in particular as a function of time. The recorded or stored measurement curve is to be understood as a curve, in a representation selected in each case, in particular as a function of at least one further parameter. Depending on the selected scale or reference parameters, the curve can change. However, the course or development of the parameter remains unaffected.
Als Sollwert ist insbesondere ein momentaner bzw. zeitbezogener, kurvenbezogener Toleranzwert zu verstehen. Erfindungsgemäß kann der Sollwert aus dem zeitlichen Verlauf herausgelesen werden, also durch Bezugnahme auf einen zeitlich vorgelagerten Abschnitt der Messkurve, beispielsweise im Zeitintervall von 0.01 bis 0.5ms vor dem Auswerte- bzw. Vergleichszeitpunkt, und wahlweise auch durch Bezugnahme auf einen nachfolgenden Abschnitt, wenn die Auswertung rückblickend erfolgen soll. Die Bezugnahme kann dabei unmittelbar auf einen zuvor gemessenen Abschnitt und wahlweise ergänzend auch auf eine Normkurve erfolgen. Die Definition eines (jüngeren) Sollwertes kann ergänzend auch durch Bezugnahme auf frühere (ältere) Messwerte derselben Messkurve erfolgen, so dass ein individueller Erwartungswert aus einem jeweiligen Kurvenverlauf bestimmt werden kann, wahlweise unter ergänzender Bezugnahme auf eine oder mehrere Normkurven. Dem Sollwert kann dabei auch ein individueller Toleranzbereich zugeordnet werden, entsprechend einem Sollbereich. Der Sollwert wird dabei also nicht einer standardisierten Kurve entnommen, sondern aus dem vorhergehenden Verlauf der auszuwertenden Kurve ermittelt.A setpoint is to be understood in particular as an instantaneous or time-related, curve-related tolerance value. According to the invention, the target value can be read from the time profile, i.e. by referring to a section of the measurement curve that precedes the time, for example in the time interval of 0.01 to 0.5 ms before the evaluation or comparison time, and optionally also by reference to a subsequent section if the Evaluation should be carried out retrospectively. The reference can be made directly to a previously measured section and choice can also be carried out on a standard curve. A (more recent) target value can also be defined by referring to earlier (older) measured values of the same measurement curve, so that an individual expected value can be determined from a particular curve, optionally with additional reference to one or more standard curves. An individual tolerance range can also be assigned to the desired value, corresponding to a desired range. The target value is not taken from a standardized curve, but is determined from the previous course of the curve to be evaluated.
Als Gradient ist dabei eine relative Änderung eines vordefinierbaren Abschnitts der jeweiligen Kurve in Bezug auf den zeitlich vorhergehenden Abschnitt zu verstehen, insbesondere ermittelt durch Differenzbildung. Der Begriff „Gradient“ kann hier auch den entsprechenden Gradienten in quadrierter Form und/oder den entsprechenden quadrierten Gradienten mit gezogener Wurzel (entsprechend einem Betrags-Wert) umfassen, sofern dies nicht durch expliziten Hinweis ausgeschlossen wird. Das Arbeiten mit einem Gradienten anstelle oder zusätzlich zum Arbeiten mit einer Steigung kann beispielsweise die Definition von Schwellwerten erleichtern und dadurch die Auswertung noch variabler und/oder exakter ausgestalten.A gradient is to be understood as meaning a relative change in a predefinable section of the respective curve in relation to the temporally preceding section, in particular determined by difference formation. Here, the term “gradient” can also include the corresponding gradient in squared form and/or the corresponding squared gradient with a root (corresponding to a magnitude value), unless this is excluded by explicit reference. Working with a gradient instead of or in addition to working with an incline can make it easier, for example, to define threshold values and thereby make the evaluation even more variable and/or more precise.
Bisher erfolgte die Auswertung markanter (statischer) Werte insbesondere durch Bezugnahme auf Toleranz-Hüllkurven. Dabei kann auf Minima und Maxima Bezug genommen werden, und es kann ein zeitlicher Bezug dieser Peaks ausgewertet werden. Basierend auf Hüllkurven wird oftmals mit nur einem bestimmten Toleranzwert/-bereich gearbeitet, der jedoch zu breit (zu ungenau) oder zu schmal (zu sensibel) gewählt sein kann. Es hat sich gezeigt, dass ein unstetiger oder nicht monotoner Kurvenverlauf (Delle, Wendepunkte, Schwankung, Unstetigkeit, usw.) bezüglich des jeweiligen Parameters dabei jedoch nicht auf zufriedenstellende Weise registriert oder ausgewertet werden kann. Es hat sich gezeigt, dass die Qualitätssicherung belastbarer werden kann, wenn eine Kurvendiskussion hinsichtlich einzelner Kenngrößen eines zeitlichen Verlaufs vorgenommen wird, insbesondere frequenzunabhängig bei der Auswertung von impulsartigen Gleichstrom-Entladungen.Until now, the evaluation of distinctive (static) values was carried out in particular by reference to tolerance envelopes. In this case, reference can be made to minima and maxima, and a time reference of these peaks can be evaluated. Based on envelope curves, only a certain tolerance value/range is often used, but this can be too wide (too imprecise) or too narrow (too sensitive). It has been shown that a discontinuous or non-monotonic curve (dent, turning points, fluctuation, discontinuity, etc.) with regard to the respective parameter cannot be registered or evaluated in a satisfactory manner. It has been shown that quality assurance can become more resilient if a curve discussion is undertaken with regard to individual parameters of a time course, in particular independent of frequency when evaluating pulse-like direct current discharges.
Im Gegensatz zu einer Auswertung mittels Toleranz-Hüllkurven ermöglicht die erfindungsgemäße Kurvendiskussion bzgl. wenigstens eines Parameters, unstetige oder nicht monotone Kurvenverläufe zu erfassen und auszuwerten. Es können diverse weitere Qualitäts- bzw. Toleranzkriterien definiert werden, z.B. die Steigung der Kurve oder die Änderung der Steigung (Ableitung). Insbesondere können Schweißbauteile charakterisiert werden, bei welchen sich beim Schweißen ein Kurvenverlauf mit einer Delle oder einem Wendepunkt oder einem Peak zeigt. Diese Kurvenverlauf-Toleranzkriterien können auch mit einem oder mehreren Hüllkurven-Toleranzkriterien kombiniert werden.In contrast to an evaluation using tolerance envelope curves, the curve discussion according to the invention with regard to at least one parameter makes it possible to detect and evaluate discontinuous or non-monotonic curve profiles. Various other quality or tolerance criteria can be defined, e.g. the slope of the curve or the change in slope (derivation). In particular, welded components can be characterized in which a curve with a dent or a point of inflection or a peak appears during welding. These curve shape tolerance criteria can also be combined with one or more envelope curve tolerance criteria.
Als KE-Schweißen ist auch ein Kondensatorimpulsschweißen zu verstehen, also ein Verschweißen mittels von wenigstens einem Kondensator in wenigstens einem Impuls abgegebener Energie.Capacitor pulse welding is also to be understood as KE welding, that is to say welding by means of energy emitted by at least one capacitor in at least one pulse.
Gemäß einer Ausführungsform ist/wird der Sollwert basierend auf dem erfassten Verlauf oder Gradienten in einem Zeitintervall von 0.1 bis 1000ms (Millisekunden) vor dem Vergleichszeitpunkt definiert. Dies ermöglicht eine individuelle Bezugnahme auf den jeweiligen Kurvenabschnitt. Dabei kann das Zeitintervall auch durch eine Abtastrate vorgegeben werden.According to one embodiment, the target value is/is defined based on the detected profile or gradient in a time interval of 0.1 to 1000 ms (milliseconds) before the comparison time. This enables an individual reference to the respective curve section. In this case, the time interval can also be predetermined by a sampling rate.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Auswerten der Kurve unabhängig von einer definierten Abtastrate, oder bei einer vordefinierten Abtastrate, wobei der Sollwert basierend auf dem vorhergehenden Abtastwert bzw. der entsprechenden Kenngröße oder basierend auf einer Gruppe von bis zu zehn der vorhergehenden Abtastwerte oder basierend auf einer Gruppe von bis zu 10% aller Abtastwerte definiert ist/wird. Typische Abtastraten liegen z.B. im Bereich von 10kHz bis 20kHzAccording to one embodiment, the curve is evaluated independently of a defined sampling rate, or at a predefined sampling rate, with the target value based on the previous sample or the corresponding parameter or based on a group of up to ten of the previous samples or based on a group of up to 10% of all samples is/is defined. Typical sampling rates are e.g. in the range from 10kHz to 20kHz
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Auswerten der Kurve bei einer Abtastrate von bis zu 150kHz, insbesondere im Bereich von 1kHz bis mindestens 10kHz oder im Bereich von 2kHz bis mindestens 4kHz, wobei der Sollwert basierend auf dem vorhergehenden Abtastwert bzw. der entsprechenden Kenngröße oder basierend auf einer Gruppe von bis zu zehn der vorhergehenden Abtastwerte oder basierend auf einer Gruppe von bis zu 10% aller Abtastwerte definiert ist/wird. Diese Bezugnahme auf vorhergehende Abtastwerte kann auf vergleichsweise exakte und individuelle Weise ungewöhnliche Schwankungen aufdecken, welche auf eine fehlerhafte Schweißung hinweisen können.According to one embodiment, the curve is evaluated at a sampling rate of up to 150 kHz, in particular in the range from 1 kHz to at least 10 kHz or in the range from 2 kHz to at least 4 kHz, with the target value being based on the previous sampling value or the corresponding parameter or based on a group of up to ten of the previous samples or based on a group of up to 10% of all samples. This reference to previous samples can, in a comparatively accurate and individual way, reveal unusual variations which can indicate a faulty weld.
Dabei wird als Kenngröße zumindest die Steigung (1. Ableitung) und/oder ein Gradient der jeweiligen Kurve ausgewertet, insbesondere ein (wahlweise fiktiver) Nulldurchgang und/oder ein Minimum oder Maximum oder Sattelpunkt oder ein Wendepunkt, insbesondere mit Zeitbezug (bzw. Bezugnahme auf Zeitintervall). Dies ermöglicht z.B. die Auswertung eines Knicks, einer Unstetigkeit, oder einer abnormalen Steigungsänderung. Der Sollwert kann dabei z.B. einer Steigung in einem definierbaren Zeitintervall von mehreren Mikrosekunden oder Millisekunden entsprechen, insbesondere in Abhängigkeit der Abtastrate, beispielsweise entsprechend einem Vielfachen der Zeit zwischen zwei Abtastungen. Bei einer Abtastrate von 100.000Hz ergibt sich selbst bei mehreren Abtastungen nur ein vergleichsweise kleines Zeitfenster. Der Zeitraum kann wahlweise auch deutlich länger sein, oder z.B. 0.5 bis 1ms vor dem auszuwertenden Zeitpunkt liegen bzw. beginnen.At least the slope (1st derivative) and/or a gradient of the respective curve is evaluated as a parameter, in particular a (optionally fictitious) zero crossing and/or a minimum or maximum or saddle point or an inflection point, in particular with a time reference (or reference to time interval). This enables, for example, the evaluation of a kink, a discontinuity, or an abnormal change in slope. In this case, the desired value can correspond, for example, to a gradient in a definable time interval of several microseconds or milliseconds, in particular as a function of the sampling rate, for example corresponding to a multiple of the time between two samplings gen. With a sampling rate of 100,000Hz, there is only a comparatively small time window, even with several samplings. The period of time can also be significantly longer, or, for example, be or begin 0.5 to 1ms before the point in time to be evaluated.
Gemäß einer Ausführungsform wird als Kenngröße zumindest die Ableitung der Steigung und/oder eines Gradienten der jeweiligen Kurve ausgewertet (2. Ableitung), insbesondere ein Nulldurchgang und/oder ein Minimum oder Maximum oder Sattelpunkt oder ein Wendepunkt der Steigung und/oder des Gradienten, insbesondere mit Zeitbezug (bzw. Bezugnahme auf Zeitintervall). Hierdurch kann insbesondere die Krümmung der Kurve analysiert werden, so dass auch kleine Dellen (synonym: lokale Wendepunkte, Schwankungen, Unstetigkeiten, usw.) erkannt werden können. Aus dem Verlauf der Steigung oder dem Verlauf der ersten Ableitung der Steigung kann individuell je nach Art des Schweißvorgangs bzw. nach Art der Fügeteile die Qualität ausgewertet werden.According to one embodiment, at least the derivation of the slope and/or a gradient of the respective curve is evaluated as a parameter (2nd derivation), in particular a zero crossing and/or a minimum or maximum or saddle point or a turning point of the slope and/or the gradient, in particular with a time reference (or reference to a time interval). In this way, the curvature of the curve in particular can be analyzed so that even small dents (synonym: local turning points, fluctuations, discontinuities, etc.) can be detected. Depending on the type of welding process or the type of parts to be joined, the quality can be evaluated individually from the course of the slope or the course of the first derivation of the slope.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Auswerten hinsichtlich einer Monotonie und/oder Stetigkeit der Kurve, insbesondere hinsichtlich einer Abweichung von einer vordefinierbaren Monotonie der Stromkurve. Dies ermöglicht insbesondere auch die Auswertung speziell im steigenden oder fallenden Bereich der Kurve.According to one embodiment, the evaluation takes place with regard to monotony and/or continuity of the curve, in particular with regard to a deviation from a predefinable monotony of the current curve. In particular, this also enables the evaluation specifically in the rising or falling area of the curve.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Auswerten hinsichtlich eines Wendepunktes der zweiten Ableitung der Stromkurve hinter einem Maximum an einer fallenden Flanke der Stromkurve, insbesondere mit Zeitbezug (bzw. Bezugnahme auf Zeitintervall). Dies ermöglicht insbesondere auch eine Korrelation mit der Schweißzeit.According to one embodiment, the evaluation takes place with regard to an inflection point of the second derivative of the current curve behind a maximum on a falling flank of the current curve, in particular with a time reference (or reference to a time interval). In particular, this also enables a correlation with the welding time.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Qualität zumindest auch basierend auf dem Schweißparameter Schweißstrom und der entsprechenden Kennzahl bzw. Kenngröße des zeitlichen Verlaufs des Schweißstroms ausgewertet. Dies liefert Optionen hinsichtlich diverser Aspekte der Auswertung, insbesondere bei guter Reproduzierbarkeit.According to one embodiment, the quality is evaluated at least also based on the welding parameter welding current and the corresponding index or parameter of the time profile of the welding current. This provides options with regard to various aspects of the evaluation, especially with good reproducibility.
Die fallende Flanke der Stromkurve weist erfahrungsgemäß eine monoton fallende negative Steigung auf, und wird dabei erfahrungsgemäß stetig flacher. Es hat sich gezeigt, dass eine Unstetigkeit oder eine Abweichung von einer bestimmten Monotonie oder ein Anstieg oder Abfall der Steigung der Stromkurve mit guter Belastbarkeit und Sicherheit als Hinweis auf eine geminderte Schweißqualität ausgewertet werden kann, insbesondere in einem Bereich bis zum Erreichen des halben Schweißstroms [ih] bzw. [1/2ip], oder der halben Schweißzeit [th]. Es hat sich gezeigt, dass eine Variation bis zum Erreichen des Zeitpunkts des halben Schweißstroms oder der halben Schweißzeit aussagekräftiger sein kann als eine Variation danach, und dass die entsprechende Auswertung im entsprechenden Zeitfenster auf effiziente Weise genutzt werden kann beim Optimieren des Verfahrens.Experience has shown that the falling edge of the current curve has a monotonously falling negative slope, and experience has shown that it becomes steadily flatter. It has been shown that a discontinuity or a deviation from a certain monotony or an increase or decrease in the slope of the current curve can be evaluated with good resilience and reliability as an indication of reduced welding quality, especially in a range up to half the welding current being reached [ i h ] or [1/2i p ], or half the welding time [t h ]. It has been shown that a variation up to the moment when half the welding current or half the welding time is reached can be more meaningful than a variation afterwards, and that the corresponding evaluation in the corresponding time window can be used in an efficient manner when optimizing the method.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt ferner auch ein Vergleich des zeitlichen Verlaufs der wenigstens einen Kenngröße der Kurve mit einer Normkurve der entsprechenden Kenngröße, wobei eine Abweichung der Kenngröße vom Sollwert an einer Mehrzahl von Vergleichspunkten der Kurve zu einer Mehrzahl von Messzeitpunkten erfolgt. Dies kann die Auswertung zusätzlich absichern bzw. belastbarer gestalten. Die jeweilige Normkurve kann z.B. aus mehreren Beispielmessungen bzw. Norm-Schweißungen für ein jeweiliges Bauteil bzw. für eine jeweilige Anlage oder ein jeweiliges Werkzeugkonzept definiert werden. Dazu kann bereits eine einzelne Norm-Schweißung dienen, oder auch eine Mehrzahl von z.B. zehn Schweißungen, die allesamt zu guten Schweißteilen geführt haben (in Ordnung (i.O.)-Teile).According to one embodiment, the course over time of the at least one parameter of the curve is also compared with a standard curve of the corresponding parameter, with the parameter deviating from the target value at a plurality of comparison points of the curve at a plurality of measurement times. This can additionally secure the evaluation or make it more reliable. The respective standard curve can, for example, be defined from several example measurements or standard welds for a respective component or for a respective system or a respective tool concept. A single standard weld can be used for this, or a number of e.g. ten welds, all of which have led to good welded parts (okay (OK) parts).
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Wendepunkt der jeweiligen Kenngröße bzw. deren Verlaufs, insbesondere ein Wendepunkt der Steigung und/oder eines Gradienten ausgewertet. Dies ermöglicht die spezifische Bezugnahme auf bestimmte Phasen oder Zeitpunkte des Schweißvorgangs und kann die Ursachenforschung vereinfachen.According to one embodiment, an inflection point of the respective parameter or its profile, in particular an inflection point of the slope and/or a gradient, is evaluated. This allows specific reference to specific phases or times of the welding process and can simplify root cause analysis.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Nulldurchgang oder ein Minimum oder Maximum oder Sattelpunkt der Kenngröße bzw. deren Verlaufs, insbesondere der Steigung und/oder eines Gradienten ausgewertet. Dies vereinfacht auch den Vergleich mit Erwartungswerten und erleichtert das zeitliche Einordnen von charakteristischen Ereignissen hinsichtlich des gesamten Schweißvorgangs. Der Nulldurchgang kann dabei auch ein fiktiver Nulldurchgang bzgl. eines vordefinierbaren Wertes sein, z.B. eines vordefinierten positiven Stromwertes.According to one embodiment, a zero crossing or a minimum or maximum or saddle point of the parameter or its profile, in particular the slope and/or a gradient, is evaluated. This also simplifies the comparison with expected values and facilitates the chronological classification of characteristic events with regard to the entire welding process. The zero crossing can also be a fictitious zero crossing with regard to a predefined value, e.g. a predefined positive current value.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Schnittpunkt der jeweiligen Kurve mit einer weiteren Kurve ausgewertet. Dies erweitert die Analyse insbesondere auch bei Mehrfachentladungen. Die weitere Kurve kann z.B. eine bei Mehrfachentladung aus demselben Kondensator oder aus mehreren Kondensatoren erfasst werden, was insbesondere bei Stromkurven eine Analyse von z.B. Anlass-Vorgängen ermöglicht.According to one embodiment, a point of intersection of the respective curve with another curve is evaluated. This expands the analysis, especially in the case of multiple discharges. The further curve can, for example, be recorded in the case of multiple discharges from the same capacitor or from several capacitors, which enables an analysis of e.g. starting processes, especially in the case of current curves.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Unstetigkeit oder ein unstetiger Verlauf der jeweiligen Kenngröße ausgewertet. Der jeweiligen Unstetigkeit kann dabei insbesondere unter Zeitbezug eine von mehreren möglichen Ursachen zugeordnet werden. Dies erleichtert die Ursachenforschung bzw. die Optimierung der Schweißanlage.According to one embodiment, a discontinuity or a discontinuous course of the respective parameter is evaluated. The respective discontinuity can in particular be related to time be assigned to one of several possible causes. This makes it easier to investigate the causes and optimize the welding system.
Gemäß einer Ausführungsform werden wenigstens zwei oder drei Wendepunkte der jeweiligen Kurve ausgewertet, insbesondere in einem Stromverlauf, insbesondere in einem Zeitintervall von 0.01 bis 100ms. Dies ermöglicht auch eine Korrelation der Kenngrößen derselben Kurve in Relation zueinander, insbesondere bei Zeitbezug, und kann die Zuordnung von Abnormalitäten erleichtern. Das Auswerten von drei Wendepunkten, insbesondere in einem vordefinierten Zeitfenster, kann eine Delle in der Art einer Ausbauchung (Hügel, Welle) identifizieren.According to one embodiment, at least two or three turning points of the respective curve are evaluated, in particular in a current profile, in particular in a time interval of 0.01 to 100 ms. This also enables the characteristics of the same curve to be correlated in relation to one another, particularly with respect to time, and can facilitate the attribution of abnormalities. Evaluating three inflection points, particularly within a predefined time window, can identify a bulge-like dip (hill, wave).
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Auswerten eines Abschnitts der Kurve nach einem Wendepunkt oder nach einem Maximum bezüglich einer fallenden Flanke der Kurve, insbesondere mit bzw. anhand bzw. basierend auf der Steigungs-Kenngröße. Dies ermöglicht auch eine Analyse des Setzverhaltens und Abschmelzens, also einer Phase, in welcher die Teile aneinander gefügt werden und sich stoffschlüssig miteinander verbinden. Als besonders aussagekräftig hat sich dabei eine Phase bzw. ein Zeitfenster bis zum Abfall auf den halben Schweißstrom erwiesen. Als Flanke ist insbesondere ein von wenigstens einem Minimum, Maximum, Sattel- oder Wendepunkt begrenzter Abschnitt der Kurve zu verstehen.According to one specific embodiment, a section of the curve is evaluated after an inflection point or after a maximum with respect to a falling edge of the curve, in particular with or using or based on the gradient parameter. This also enables an analysis of the setting behavior and melting, i.e. a phase in which the parts are joined and bonded to one another. A phase or a time window until the welding current drops to half has proven to be particularly meaningful. A flank is to be understood in particular as a section of the curve delimited by at least one minimum, maximum, saddle point or point of inflection.
Dabei werden als Kenngrößen zumindest der Betrag des Schweißstroms und eine Steigungsänderung und/oder Gradientenänderung der Schweißstromkurve sowie der Zeitpunkt des jeweiligen Schweißstroms und der Steigungsänderung ausgewertet (zeitbezogenen Kenngrößen). Die Auswertung speziell von Strom-Messwerten ermöglicht eine vergleichsweise einfache Zuordnung und Fehleranalyse.At least the magnitude of the welding current and a change in slope and/or gradient of the welding current curve and the point in time of the respective welding current and the change in slope are evaluated as parameters (time-related parameters). The evaluation of current measured values in particular enables a comparatively simple assignment and error analysis.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Vergleich zu wenigstens einem vordefinierten Zeitpunkt im Verlaufe der jeweiligen Schweißung vorgenommen, insbesondere wenn eine Änderungsrate einen Mindestschwellwert überschreitet, insbesondere zeitbezogen. Die Bezugnahme auf die Änderungsrate (insbesondere zeitbezogen jeweils individuelle Änderungsraten) ermöglicht auch das Ignorieren von vermeintlichen Fehlern, und kann die Analyse auf die tatsächlichen Abnormalitäten fokussieren.According to one embodiment, the comparison is made at least at a predefined point in time during the course of the respective weld, in particular when a rate of change exceeds a minimum threshold value, in particular in relation to time. Referring to the rate of change (in particular individual rates of change over time) also allows for the ignoring of supposed errors and can focus the analysis on the actual abnormalities.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt der Vergleich in einem vordefinierten Zeitabstand relativ zu einem Wendepunkt oder Maximum der Kurve, insbesondere bezüglich einem Maximum einer Stromkurve. Dies erleichtert die Zuordnung von erfassten Abnormalitäten und kann zusätzliche Auswahlkriterien bzw. Fehlerkriterien definieren.According to one embodiment, the comparison takes place at a predefined time interval relative to an inflection point or maximum of the curve, in particular with respect to a maximum of a current curve. This facilitates the assignment of detected abnormalities and can define additional selection criteria or error criteria.
Gemäß einer Ausführungsform werden wenigstens zwei der Schweißparameter der Gruppe ausgewertet und wahlweise miteinander verglichen, insbesondere drei oder vier der Schweißparameter aus der Gruppe. Dies ermöglicht auch eine belastbarere Ursachenforschung, beispielsweise eine Auswertung von Strommesswerten in Bezug auf Widerstands- und/oder Spannungsmesswerte. Bevorzugt werden zumindest sowohl der Schweißstrom als auch der Abschmelzweg ausgewertet.According to one embodiment, at least two of the welding parameters of the group are evaluated and optionally compared with one another, in particular three or four of the welding parameters from the group. This also enables more reliable cause research, for example an evaluation of measured current values in relation to measured resistance and/or voltage values. At least both the welding current and the melting path are preferably evaluated.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Verfahren für Schweißbauteile aus Leichtbaumaterialien durchgeführt. Dies liefert zuvor genannte Vorteile in besonders spürbarer Weise. Insbesondere kann eine sehr belastbare, reproduzierbare Art und Weise der Auswertung erfolgen. Es hat sich gezeigt, dass beim Schweißen von Leichtbaumaterialien (beispielsweise Aluminium) im Vergleich zum Schweißen von Stahl wenigstens eine für Leichtbaumaterialien charakteristische Variation auftritt, insbesondere beim Abschmelzverhalten, insbesondere im Stromverlauf. Die erfindungsgemäße Auswertung kann mit besonders hoher Belastbarkeit hinsichtlich Leichtbau-Schweißteilen erfolgen (z.B. Aluminium-Stahl-Werkstoffkombination, oder Aluminium-Aluminium), insbesondere hinsichtlich vergleichsweise stark ausgeprägter Dellen (synonym: Wendepunkte, Schwankungen, Unstetigkeiten) im Stromverlauf.According to one embodiment, the method is carried out for welded components made from lightweight materials. This provides the aforementioned advantages in a particularly noticeable way. In particular, a very reliable, reproducible way of evaluation can take place. It has been shown that when welding lightweight materials (for example aluminum) compared to the welding of steel, at least one variation that is characteristic of lightweight materials occurs, in particular in the melting behavior, in particular in the course of the current. The evaluation according to the invention can be carried out with a particularly high resilience with regard to lightweight welded parts (e.g. aluminum-steel material combination, or aluminum-aluminium), in particular with regard to comparatively pronounced dents (synonymous: turning points, fluctuations, discontinuities) in the current profile.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Verfahren wiederholt durchgeführt bei mehrstufigem Verschweißen (insbesondere bei sequentiellem Mehrfach-Entladen) basierend auf wenigstens zwei Kurven, insbesondere basierend auf wenigstens zwei unabhängig voneinander erfassten Kurven (insbesondere beim Anlassen oder Spannungsarmglühen des Schweißbauteils) oder basierend auf einem Kurvenpaar, bei welchem eine nachfolgende Kurve von einer fallenden Flanke einer vorhergehenden Kurve abgeht (sequentielles Mehrfach-Entladen insbesondere mittels mehrerer Kondensatoren bzw. Kondensatorbatterien). Dies auch ermöglicht eine belastbare, reproduzierbare Analyse von Mehrfach-Entladungen.According to one embodiment, the method is carried out repeatedly in multi-stage welding (in particular in sequential multiple discharge) based on at least two curves, in particular based on at least two curves recorded independently of one another (in particular during tempering or stress-relief annealing of the welded component) or based on a pair of curves which a subsequent curve departs from a falling edge of a preceding curve (sequential multiple discharging, in particular by means of a plurality of capacitors or capacitor banks). This also enables a reliable, reproducible analysis of multiple discharges.
Dabei kann das Auswerten zusätzlich zur Auswertung des zeitlichen Verlaufs auch bezüglich einzelner Punkte oder Peaks (Minimum oder Maximum) der Kurve und/oder bezüglich wenigstens einer (um die Kurve bzw. einseitig oder beidseitig entlang der Kurve gelegten) Hüllkurve erfolgen. Dies erweitert den Umfang der Auswertung und kann auch eine Gegenprüfung erleichtern (Verifizieren von Analyseergebnissen).In addition to evaluating the course over time, the evaluation can also be carried out with regard to individual points or peaks (minimum or maximum) of the curve and/or with regard to at least one envelope curve (laid around the curve or along one side or both sides of the curve). This expands the scope of the evaluation and can also facilitate cross-checking (verifying analysis results).
Gemäß einer Ausführungsform wird als Schweißstrom ein sinusformartiger Gleichstromimpuls bereitgestellt aus wenigstens einem Kondensator ausgewertet, insbesondere über eine Zeitdauer von 0.1 bis 1000ms (für die Entlade- bzw. Schweißzeit), insbesondere weniger als 10ms. Die Auswertung kann dabei bezüglich einzelner Zeitintervalle (insbesondere <1ms) der Kurve erfolgen.According to one embodiment, a sinusoidal DC pulse provided by at least one capacitor is evaluated as the welding current, in particular over a period of 0.1 to 1000 ms (for the discharging or welding time), in particular less than 10 ms. The evaluation can take place with regard to individual time intervals (in particular <1 ms) of the curve.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Auswerten und/oder Vergleichen frequenzunabhängig, insbesondere ausschließlich basierend auf der Kenngröße Steigung des Stromverlaufs (1. Ableitung der Stromkurve) und/oder Gradient des Stromverlaufs. Die frequenzunabhängige Auswertung liefert eine geradlinige Art der Analyse und kann die Komplexität der Auswertung reduzieren. Erfindungsgemäß ist ein Frequenzbezug nicht notwendigerweise erforderlich. Für die Art und Weise der Auswertung ist es unerheblich, in welchem Zeitrahmen (z.B. zwischen 5 und 20ms) und bei welcher Frequenz die jeweiligen Impuls-Entladungen erfolgen.According to one embodiment, the evaluation and/or comparison is frequency-independent, in particular exclusively based on the characteristic variable slope of the current curve (1st derivative of the current curve) and/or gradient of the current curve. The frequency-independent evaluation provides a straightforward way of analysis and can reduce the complexity of the evaluation. According to the invention, a frequency reference is not necessarily required. For the type of evaluation, it is irrelevant in which time frame (e.g. between 5 and 20ms) and at which frequency the respective pulse discharges take place.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner den Schritt: Charakterisieren des jeweiligen Schweißbauteils basierend auf dem Vergleich der Kenngröße. Dies ermöglicht nicht zuletzt das Kennzeichnen und Einstufen von korrekt hergestellten Teilen und n.i.O.-Teilen. Das Charakterisieren kann ein Hinterlegen der entsprechenden Daten, wahlweise korreliert mit dem entsprechenden Schweißbauteil, in einem Datenspeicher einer Widerstandsschweißanlage bzw. in einer Steuerungseinrichtung umfassen. Das Charakterisieren kann ein Ansteuern einer Ausgabeeinheit in Abhängigkeit des Vergleichs und der ausgewerteten Qualität umfassen, zum Kennzeichnen qualitätsmangelhafter Schweißbauteile.According to one embodiment, the method also includes the step of characterizing the respective welded component based on the comparison of the parameter. Last but not least, this enables the labeling and classification of correctly manufactured parts and NOK parts. The characterization can include storing the corresponding data, optionally correlated with the corresponding welded component, in a data memory of a resistance welding system or in a control device. The characterization can include activation of an output unit depending on the comparison and the evaluated quality, for identifying weld components of poor quality.
Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird wie erwähnt auch gelöst durch ein Verfahren zum Ausführen und Qualitätsüberwachen einer Widerstandsschweißung, insbesondere einer Kondensatorentladungsschweißung, mittels eines zuvor weiter oben beschriebenen Qualitätsauswerteverfahrens an einer Widerstandsschweißvorrichtung, wobei das Verfahren beim konduktiven Widerstandspressschweißen durchgeführt wird, insbesondere bei einer Schweißkraft im Bereich von 0.1 bis 1.000kN (kiloNewton); und/oder wobei das Verfahren als Buckel- oder Einpressschweißen durchgeführt wird, wobei eine Kurve des entsprechenden Schweißkraft-Parameters analysiert wird, insbesondere bei einem Schweißstrom im Bereich von 1 bis 10.000kA; und/oder wobei das Verfahren mittels impulsartiger Gleichstrom-Entladung durchgeführt wird. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.At least one of the aforementioned objects is also achieved, as mentioned, by a method for performing and monitoring the quality of a resistance weld, in particular a capacitor discharge weld, using a quality evaluation method on a resistance welding device as described above, the method being carried out during conductive resistance pressure welding, in particular with a welding force in range from 0.1 to 1,000kN (kiloNewton); and/or wherein the method is carried out as projection or press-fit welding, analyzing a curve of the corresponding welding force parameter, in particular at a welding current in the range of 1 to 10,000kA; and/or wherein the method is carried out by means of pulsed direct current discharge. This results in the advantages mentioned above.
Das Verfahren kann beim mehrstufigen Widerstandspressschweißen (Einpressschweißen) durchgeführt werden, indem eine Schweißkraft im Bereich von 0.1 bis 1.000kN oder größer aufgebracht wird und eine Kurve des entsprechenden Schweißkraft-Parameters analysiert wird. Das Verfahren kann beim Widerstandsschmelzschweißen durchgeführt werden, insbesondere bei einem Schweißstrom im Bereich von 1 bis 10.000kA, insbesondere 10 bis 200kAThe method can be performed in multi-stage resistance pressure welding (press-fit welding) by applying a welding force ranging from 0.1 to 1,000kN or greater and analyzing a curve of the corresponding welding force parameter. The method can be carried out in resistance fusion welding, in particular with a welding current in the range from 1 to 10,000 kA, in particular 10 to 200 kA
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt während der Schweißung ein Anpassen von wenigstens einem Schweißparameter, insbesondere in Reaktion auf eine Auswertung eines Betrages der Abweichung der Kenngröße vom/von einem Sollwert (Betrag größer als vorgebbare Maximal-Toleranz). Die Anpassung kann beispielsweise hinsichtlich einer Schweißkraft erfolgen, beispielsweise nach Erfassung von zwei bis drei fehlerhaften Teilen. Wahlweise kann auch eine Anpassung der Schweißenergie erfolgen, insbesondere in Hinblick auf eine Schweißstromanpassung (beispielsweise in Reaktion auf ein prozess- oder anlagenbedingtes Absenken des Schweißstroms, beispielsweise basierend auf einer Soll-Vorgabe von 50kA, insbesondere basierend auf einer Tendenz aus den letzten drei oder mehr Schweißungen). Dies ermöglicht eine fortwährende Anlagen- oder Prozessoptimierung und gegebenenfalls auch die Vermeidung einer großen Anzahl von Fehlern im aktuell hergestellten Los (z.B. 100 Stück Schweißbauteile). Dabei ist nicht nur eine Regelung im Nachgang des Prozesses möglich, sondern auch während des Schweißprozesses. Beispielsweise konnte festgestellt werden, dass Schweißspritzer dadurch vermieden werden können, dass schlagartige eine Erhöhung der Schweißkraft erfolgt.According to one specific embodiment, at least one welding parameter is adjusted during the welding, in particular in response to an evaluation of the amount of the deviation of the parameter from/from a target value (amount greater than the specifiable maximum tolerance). The adaptation can take place, for example, with regard to a welding force, for example after detecting two to three faulty parts. Optionally, the welding energy can also be adjusted, in particular with regard to an adjustment of the welding current (e.g. in response to a process-related or system-related reduction in the welding current, e.g. based on a target specification of 50kA, in particular based on a trend from the last three or more welds). This enables continuous system or process optimization and, if necessary, also the avoidance of a large number of errors in the batch currently being manufactured (e.g. 100 pieces of welded components). Not only is regulation possible after the process, but also during the welding process. For example, it was found that welding spatter can be avoided by suddenly increasing the welding force.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: Ansteuerung einer Ausgabeeinheit und/oder einer Auswerfeinheit der Widerstandsschweißvorrichtung in Abhängigkeit des Vergleichs und der ausgewerteten Qualität, zum Charakterisieren oder zum teil- oder vollautomatischen Auswerfen qualitätsmangelhafter Schweißbauteile, insbesondere während des Schweißens (Kennzeichnen und/oder Ausschleusen von so genannten n.i.O.-Teilen, wahlweise in Echtzeit). Dies verringert auch das Risiko, dass n.i.O-Teile in den Umlauf gelangen. Das Ausschleusen kann auch nachgeschaltet teilautomatisiert oder händisch erfolgen, basierend auf einer maschinellen Kennzeichnung von n.i.O.-Teilen.According to one embodiment, the method also includes: Controlling an output unit and/or an ejection unit of the resistance welding device depending on the comparison and the evaluated quality, for characterizing or partially or fully automatically ejecting poor-quality welding components, in particular during welding (identification and/or ejection of so-called NOK parts, optionally in real time). This also reduces the risk of n.i.o. parts entering circulation. The ejection can also be carried out partially automatically or manually, based on a machine marking of n.i.O. parts.
Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird wie erwähnt auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines widerstandsgeschweißten Schweißbauteils, insbesondere durch Kondensatorentladungsschweißen mittels einer Widerstandsschweißanlage, wobei während des Schweißvorgangs bzw. simultan zum Verschweißen ein zuvor weiter oben beschriebenes Qualitätsauswerteverfahren oder ein zuvor weiter oben beschriebenes Verfahren zum Ausführen und Qualitätsüberwachen ausgeführt wird. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.At least one of the aforementioned objects is also achieved, as mentioned, by a method for producing a resistance-welded welded component, in particular by capacitor discharge welding using a resistance welding system, with a previously quality evaluation method described further above or a method for execution and quality monitoring previously described further above is carried out. This results in the advantages mentioned above.
Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird wie erwähnt auch gelöst durch ein Computerprogrammprodukt eingerichtet zum Charakterisieren von widerstandsgeschweißten Schweißbauteilen in KE-Schweißanlagen durch Auswerten wenigstens eines Schweißparameters aus der Gruppe: Schweißstrom, Schweißspannung, Schweißkraft, Widerstand, Abschmelzweg, Schweißzeit; wobei ein erfasster zeitlicher Verlauf des auszuwertenden Schweißparameters als Kurve des jeweiligen Schweißparameters bereitgestellt wird, und durch Vergleichen wenigstens einer Kenngröße der jeweiligen Kurve mit wenigstens einem basierend auf einem zeitlich vorgelagerten Abschnitt des Verlaufs des auszuwertenden Schweißparameters definierten Sollwert für die Kenngröße, und durch Auswerten der Qualität basierend auf dem Vergleich, und durch Korrelation des jeweiligen Schweißbauteils mit einer ersten Kennzahl für ausreichend hohe Qualität oder mit einer zweiten Kennzahl für nicht ausreichende Qualität, insbesondere jeweils individuell spezifisch in Bezug auf die jeweilige Kenngröße, insbesondere eingerichtet zum Durchführen eines zuvor weiter oben beschriebenen Qualitätsauswerteverfahrens. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.At least one of the aforementioned tasks is also achieved, as mentioned, by a computer program product designed to characterize resistance-welded welded components in KE welding systems by evaluating at least one welding parameter from the group: welding current, welding voltage, welding force, resistance, melting path, welding time; wherein a recorded time profile of the welding parameter to be evaluated is provided as a curve of the respective welding parameter, and by comparing at least one parameter of the respective curve with at least one setpoint value for the parameter defined based on a preceding section of the profile of the welding parameter to be evaluated, and by evaluating the quality based on the comparison, and by correlating the respective welded component with a first index for sufficiently high quality or with a second index for insufficient quality, in particular individually specific in relation to the respective parameter, in particular set up to carry out a quality evaluation method previously described above . This results in the advantages mentioned above.
Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird auch gelöst durch einen Datenträger mit einem solchen darauf hinterlegtem Computerprogrammprodukt oder einer darauf hinterlegten, hier beschriebenen Datenbank, oder durch einen Computer oder ein Computersystem oder eine virtuelle Maschine oder wenigstens ein Hardwareelement damit.At least one of the aforementioned objects is also achieved by a data carrier with such a computer program product stored thereon or a database described here stored thereon, or by a computer or a computer system or a virtual machine or at least one hardware element therewith.
Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird wie erwähnt auch gelöst durch ein Computerprogrammprodukt eingerichtet zum Steuern oder Regeln einer Widerstandsschweißanlage zum Ausführen eines zuvor weiter oben beschriebenen Verfahrens zum Ausführen und Qualitätsüberwachen eines Widerstandsschweißverfahrens oder eines zuvor weiter oben beschriebenen Verfahrens zum Herstellen eines widerstandsgeschweißten Schweißbauteils. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.At least one of the aforementioned objects is also achieved, as mentioned, by a computer program product set up for controlling or regulating a resistance welding system for carrying out a method for carrying out and quality monitoring of a resistance welding method, described above, or a method for producing a resistance-welded welded component, described above. This results in the advantages mentioned above.
Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird wie erwähnt auch gelöst durch Verwendung einer Datenbank mit darin hinterlegten Sollwerten für die jeweilige Kenngröße beim Ausführen eines zuvor weiter oben beschriebenen Verfahrens. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile. Die Analyse basierend auf den bereits in einer/der Datenbank hinterlegten Sollwerten erfolgt dabei ergänzend zur Auswertung des zeitlich vorgelagerten Abschnitts des Verlaufs der jeweils ausgewerteten Kurve.As mentioned, at least one of the aforementioned tasks is also achieved by using a database with setpoint values stored therein for the respective parameter when executing a method previously described further above. This results in the advantages mentioned above. The analysis based on the target values already stored in a/the database is carried out in addition to the evaluation of the preceding section of the course of the respectively evaluated curve.
Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird wie erwähnt auch gelöst durch Verwendung eines zuvor weiter oben beschriebenen Qualitätsauswerteverfahrens beim Widerstandsschweißen, insbesondere während des Schweißens individuell für ein jeweiliges Schweißbauteil. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.As mentioned, at least one of the aforementioned objects is also achieved by using a quality evaluation method previously described above during resistance welding, in particular during the welding individually for a respective welded component. This results in the advantages mentioned above.
Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird wie erwähnt auch gelöst durch eine Schweißparameterauswerteeinrichtung eingerichtet zur Charakterisierung von widerstandsgeschweißten Schweißbauteilen, insbesondere simultan während des Widerstandsschweißens in Kondensatorentladungs(KE)-Schweißanlagen, eingerichtet zum Auswerten wenigstens eines Schweißparameters aus der Gruppe: Schweißstrom, Schweißspannung, Schweißkraft, Widerstand, Abschmelzweg, Schweißzeit; mit einer Ausgabeeinheit zum Anzeigen oder Ausgeben der Schweißparameter oder Kurven der Schweißparameter, wobei die Schweißparameterauswerteeinrichtung eingerichtet ist zum Bereitstellen einer Kurve des jeweiligen Schweißparameters, wobei die Schweißparameterauswerteeinrichtung eingerichtet ist zur Auswertung der jeweiligen Kurve durch Auslesen wenigstens einer Kenngröße der jeweiligen Kurve, und eingerichtet ist zum Vergleich der Kenngröße mit wenigstens einem basierend auf einem zeitlich vorgelagerten Abschnitt des Verlaufs des auszuwertenden Schweißparameters definierten Sollwert für die Kenngröße, und eingerichtet ist zur Auswertung der Qualität basierend auf dem Vergleich. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.As mentioned, at least one of the aforementioned objects is also achieved by a welding parameter evaluation device set up for characterizing resistance-welded welded components, in particular simultaneously during resistance welding in capacitor discharge (KE) welding systems, set up for evaluating at least one welding parameter from the group: welding current, welding voltage, welding force, resistance, fusion path, welding time; with an output unit for displaying or outputting the welding parameters or curves of the welding parameters, the welding parameter evaluation device being set up to provide a curve of the respective welding parameter, the welding parameter evaluation device being set up to evaluate the respective curve by reading out at least one parameter of the respective curve, and being set up to Comparison of the parameter with at least one setpoint value for the parameter that is defined based on a preceding section of the profile of the welding parameter to be evaluated, and is set up to evaluate the quality based on the comparison. This results in the advantages mentioned above.
Die Schweißparameterauswerteeinrichtung kann entsprechende Messeinrichtungen, insbesondere Strom-, Spannungs-, Kraft- und/oder Weg-Sensoren aufweisen. Gemäß einer Variante sind die Messeinrichtungen in einer Steuerungseinheit vorgesehen, welche die Widerstandsschweißanlage steuert/regelt.The welding parameter evaluation device can have corresponding measuring devices, in particular current, voltage, force and/or displacement sensors. According to one variant, the measuring devices are provided in a control unit which controls/regulates the resistance welding system.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Schweißparameterauswerteeinrichtung eingerichtet zur Korrelation des jeweiligen Schweißparameters und des entsprechenden Schweißbauteils. Dies ermöglicht auch eine Gruppierung in Fehlerkategorien, oder auch eine Klassifizierung hinsichtlich der Schwere/Relevanz von Abnormalitäten. Dabei kann gleichzeitig eine Anlagen- bzw. Prozessüberwachung erfolgen, beispielsweise basierend auf dem Schweißstrom, denn der über das Schweißbauteil geleitete Strom kann direkt der Anlage zugeordnet werden. Die erfindungsgemäße Analyse kann daher direkt zur Anlagen- bzw. Prozessoptimierung genutzt werden.According to one exemplary embodiment, the welding parameter evaluation device is set up to correlate the respective welding parameter and the corresponding welded component. This also enables grouping into error categories, or classification in terms of the severity/relevance of abnormalities. At the same time, the system or process can be monitored, for example based on the welding current, because the current conducted through the welded component can be assigned directly to the system. The analysis according to the invention can therefore can be used directly for system or process optimization.
Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird auch gelöst durch eine Steuerungseinrichtung eingerichtet zum Steuern oder Regeln einer Widerstandsschweißvorrichtung beim Verschweißen von Schweißbauteilen, umfassend wenigstens eine zuvor beschriebene Schweißparameterauswerteeinrichtung, und eingerichtet zum Erfassen des jeweiligen Schweißparameters. Dies liefert zuvor genannte Vorteile. Dazu kann die Steuerungseinrichtung einen Datenspeicher zum Abspeichern wenigstens eines der Schweißparameter und die entsprechenden Messeinrichtungen aufweisen.At least one of the aforementioned objects is also achieved by a control device set up to control or regulate a resistance welding device when welding welded components, comprising at least one previously described welding parameter evaluation device and set up to record the respective welding parameter. This provides the aforementioned advantages. For this purpose, the control device can have a data memory for storing at least one of the welding parameters and the corresponding measuring devices.
Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird auch gelöst durch eine Widerstandsschweißvorrichtung mit einer zuvor beschriebenen Schweißparameterauswerteeinrichtung und/oder mit einer zuvor beschriebenen Steuerungseinrichtung, insbesondere in Ausgestaltung als KE-Schweißanlage. Insbesondere ist die Schweißanlage eingerichtet zum Einstellen wenigstens eines Parameters in einem der folgenden Bereiche: Schweißkraft von 5 bis 300kN, Schweißzeit von 0.1ms bis 1.000ms, Schweißenergiemenge von bis zu 160kJ, Abschmelzweg von 0.1 bis 2mm. Dies liefert zuvor genannte Vorteile.At least one of the aforementioned objects is also achieved by a resistance welding device with a previously described welding parameter evaluation device and/or with a previously described control device, in particular in the form of a KE welding system. In particular, the welding system is set up to set at least one parameter in one of the following ranges: welding force from 5 to 300kN, welding time from 0.1ms to 1,000ms, amount of welding energy of up to 160kJ, melting path from 0.1 to 2mm. This provides the aforementioned advantages.
Figurenlistecharacter list
In den nachfolgenden Zeichnungsfiguren wird die Erfindung noch näher beschrieben, wobei für Bezugszeichen, die nicht explizit in einer jeweiligen Zeichnungsfigur beschrieben werden, auf die anderen Zeichnungsfiguren verwiesen wird. Es zeigen:
-
1 ,2 ,3 jeweils in schematischer Darstellung eine Kurve des Verlaufes des Schweißparameters Schweißstrom und eines diesbezüglichen Gradienten-Parameters, als Datengrundlage für ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform; -
4A ,4B ,4C ,4D jeweils in schematischer Darstellung eine Kurve des Verlaufes des Schweißparameters Abschmelzweg (relative Verlagerung) und eines diesbezüglichen Gradienten-Parameters, als Datengrundlage für ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform; -
5 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
6A ,6B jeweils in schematischer Darstellung charakteristische Kurven des Verlaufes des Schweißparameters Schweißstrom jeweils entsprechend einer Mehrfachentladung; -
7 in schematischer Darstellung eine charakteristische Kurve des Verlaufes des Schweißparameters Schweißstrom in Relation zu einer Normkurve und zu Hüllkurven, als Datengrundlage für ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform, unter Einbezug eines Hüllkurvenkriteriums; -
8 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und -
9 in schematischer Darstellung einzelne Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.
-
1 ,2 ,3 in each case a schematic representation of a curve of the profile of the welding parameter welding current and a related gradient parameter, as a data basis for a method according to one embodiment; -
4A ,4B ,4C ,4D in each case a schematic representation of a curve of the course of the welding parameter melting path (relative displacement) and a related gradient parameter, as a data basis for a method according to one embodiment; -
5 a schematic representation of a device according to an embodiment; -
6A ,6B each in a schematic representation of characteristic curves of the course of the welding parameter welding current, each corresponding to a multiple discharge; -
7 a schematic representation of a characteristic curve of the course of the welding parameter welding current in relation to a standard curve and to envelope curves, as a data basis for a method according to an embodiment, including an envelope criterion; -
8th a schematic representation of a device according to a further embodiment; and -
9 a schematic representation of individual steps of a method according to one embodiment.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGURENDETAILED DESCRIPTION OF THE FIGURES
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft unter Bezugnahme auf einen typischen Stromverlauf P1 beschrieben. Die Erläuterungen können sinngemäß auf einen anderen der hier genannten Schweißparameter übertragen werden, insbesondere auf die Schweißspannung P2, die Schweißkraft P3, den Widerstand P4, und/oder der Abschmelzweg P5, oder auch auf einen weiteren Schweißparameter Pn.The method according to the invention is described below by way of example with reference to a typical current curve P1. The explanations can be applied analogously to another of the welding parameters mentioned here, in particular to the welding voltage P2, the welding force P3, the resistance P4 and/or the melting path P5, or also to another welding parameter Pn.
In den
Die in
Der in
In den
Der in
In den
In
In den
In
Bei den zuvor diskutierten Messungen kann die Auswertung sowohl bezüglich einer steigenden als auch an einer fallenden Flanke der Kurve erfolgen.In the case of the measurements discussed above, the evaluation can be carried out with regard to both a rising and a falling edge of the curve.
In der
Ein Schweißbauteil 1 besteht aus einem ersten Fügeteil 1a und einem zweiten Fügeteil 1b, bzw. das Schweißbauteil 1 soll durch Stoffschluss dieser Fügeteile hergestellt werden. Dazu wird das Schweißbauteil 1 an Kontaktflächen 1.1 zwischen den Schweißzylindern 41 verklemmt, mit Schweißkraft beaufschlagt und in Position gehalten. Der Schweißvorgang kann durch Laden des Kondensators 45 und durch eine Initiierung der Entladung initiiert werden (z.B. Thyristor-Zündung). Die Schweißkraft liegt dabei bereits an, und kann wahlweise durch Federkraft und/oder einen Stellantrieb kontinuierlich auf die Fügeteile ausgeübt werden, mit dem Effekt, dass ein Verlagern der Schweißzylinder 41 erfolgt, sobald das Material aufgeschmolzen wird.A welded
Mittels einer Steuerungseinrichtung 30 kann der Prozess überwacht und wahlweise geregelt werden. Die Steuerungseinrichtung 30 kann mit den einzelnen Komponenten interagieren, insbesondere die Auswerfeinheit 43 ansteuern, was durch die Punktlinie angedeutet ist.The process can be monitored and selectively regulated by means of a
In die Widerstandsschweißvorrichtung 40 sind ferner einige Messeinrichtungen bzw. Sensoren integriert, die jeweils in Verbindung mit der Steuerungseinrichtung 30 stehen, und deren Anordnung in
In der
In der
In der
In der
In der
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Schweißbauteilwelded component
- 1a1a
- erstes Fügeteilfirst joining part
- 1b1b
- zweites Fügeteilsecond joining part
- 1.11.1
- Kontaktflächecontact surface
- 1010
- SchweißparameterauswerteeinrichtungWelding parameter evaluation device
- 1111
- Ausgabeeinheit, insbesondere mit Display (Anzeigeeinheit)Output unit, in particular with a display (display unit)
- 2020
- Computerprogrammproduktcomputer program product
- 3030
- Steuerungseinrichtungcontrol device
- 3131
- erste Messeinrichtung, insbesondere Kraftsensorfirst measuring device, in particular a force sensor
- 3333
- zweite Messeinrichtung, insbesondere Stromsensorsecond measuring device, in particular a current sensor
- 3535
- dritte Messeinrichtung, insbesondere Spannungssensorthird measuring device, in particular a voltage sensor
- 3737
- vierte Messeinrichtung, insbesondere Widerstandssensorfourth measuring device, in particular a resistance sensor
- 3939
- fünfte Messeinrichtung, insbesondere Wegsensorfifth measuring device, in particular displacement sensor
- 4040
- Widerstandsschweißvorrichtung, insbesondere KE-WiderstandsschweißanlageResistance welding device, in particular KE resistance welding system
- 40.140.1
- Bearbeitungsstationprocessing station
- 4141
- Anpressstempel bzw. SchweißzylinderPressure stamp or welding cylinder
- 4343
- Auswerfeinheit (Ausschleusen)ejector unit
- 4545
- Kondensator bzw. Kondensator-BatterieCapacitor or capacitor battery
- K1K1
- erste Kenngröße, insbesondere Steigung (erste Ableitung)first parameter, especially slope (first derivative)
- K2K2
- zweite Kenngröße, insbesondere zweite Ableitungsecond parameter, in particular second derivative
- K3K3
- dritte Kenngröße, insbesondere relative Position (insbesondere relativer Zeitbezug) der Kurve zur Kurve bzw. zu einer Kenngröße eines weiteren der ParameterThird parameter, in particular relative position (in particular relative time reference) of the curve to the curve or to a parameter of another of the parameters
- K4K4
- vierte Kenngröße, insbesondere Minimumfourth parameter, in particular minimum
- K5K5
- fünfte Kenngröße, insbesondere Maximumfifth parameter, in particular maximum
- K6K6
- sechste Kenngröße, insbesondere Wendepunktsixth parameter, in particular turning point
- K7K7
- siebte Kenngröße, insbesondere Sattelpunktseventh parameter, in particular the saddle point
- K8K8
- achte Kenngröße, insbesondere (fiktiver oder realer) NulldurchgangEighth parameter, in particular (fictitious or real) zero crossing
- K9K9
- neunte Kenngröße, insbesondere Unstetigkeitninth parameter, in particular discontinuity
- KnKn
- weitere Kenngrößefurther parameter
- Kz1, Kz2Kz1, Kz2
- erste und zweite Kennzahlfirst and second number
- P1P1
- erster Schweißparameter, insbesondere Schweißstromfirst welding parameter, in particular welding current
- P2p2
- zweiter Schweißparameter, insbesondere Schweißspannungsecond welding parameter, in particular welding voltage
- P3P3
- dritter Schweißparameter, insbesondere Schweißkraftthird welding parameter, in particular welding force
- P4P4
- vierter Schweißparameter, insbesondere Widerstandfourth welding parameter, especially resistance
- P5P5
- fünfter Schweißparameter, insbesondere Abschmelzweg (relative Verlagerung bzw. Anpressweg)Fifth welding parameter, in particular melting path (relative displacement or contact pressure path)
- Pnpm
- weiterer Schweißparameterother welding parameters
- HKHK
- Hüllkurveenvelope
- NKNK
- Normkurvestandard curve
- PKPC
- Kurve bzw. Verlauf eines jeweiligen SchweißparametersCurve or course of a respective welding parameter
- PK'PC'
- weitere Kurveanother curve
- PK1PK1
- steigende Flankerising edge
- PK2PC2
- fallende Flankefalling edge
- PKSPKS
- Kurvenschnittpunktcurve intersection
- R1R1
- erster Regelungspunkt (Anlage), insbesondere zum Regeln von Schweißparametern wie Kraft, Strom, SpannungFirst control point (system), especially for controlling welding parameters such as force, current, voltage
- R2R2
- zweiter Regelungspunkt (Auswertung), insbesondere zeitliche Positionierung relativ zu Kenngrößensecond control point (evaluation), in particular temporal positioning relative to parameters
- R3R3
- dritter Regelungspunkt (Auswertung), insbesondere Überprüfung von Sollwert-Definitionen bzw. Plausibilität, insbesondere Anpassung eines Zeitintervalls für das Definieren des SollwertesThird control point (evaluation), in particular checking of setpoint definitions or plausibility, in particular adjustment of a time interval for defining the setpoint
- R4R4
- vierter Regelungspunkt (Auswertung), insbesondere Auswahl bzw. Anpassung von QualitätskriterienFourth control point (evaluation), in particular selection or adjustment of quality criteria
- R5R5
- fünfter Regelungspunkt (Anlage), insbesondere Ausschleusen von Ausschuss-TeilenFifth rule point (appendix), in particular ejection of rejects
- S0S0
- Bereitstellen bzw. Regeln von Schweißparametern, insbesondere GleichstromparameternProvision or regulation of welding parameters, in particular direct current parameters
- S1S1
- erster Schritt, insbesondere Erfassen und Bereitstellen eines Verlaufes eines Parametersfirst step, in particular recording and providing a history of a parameter
- S1.1S1.1
- Auswahl eines Zeitintervalls im Verlauf, insbesondere mit relativem Zeitbezug zu einer KenngrößeSelection of a time interval in the course, in particular with a relative time reference to a parameter
- S2S2
- zweiter Schritt, insbesondere Auswerten einer den Parameterverlauf kennzeichnenden Kurvesecond step, in particular evaluating a curve characterizing the course of the parameters
- S2.1S2.1
- Sollwertdefinitionsetpoint definition
- S3S3
- dritter Schritt, insbesondere Vergleichenthird step, especially comparing
- 53.153.1
- Vergleichen einzelner Messwerte mit kurvenspezifisch definierten SollwertenComparison of individual measured values with curve-specific target values
- S3.2S3.2
- Vergleichen basierend auf Toleranz- und HüllkurvenkriterienCompare based on tolerance and envelope criteria
- S4S4
- vierter Schritt, insbesondere Auswerten der Qualitätfourth step, in particular evaluating the quality
- S4.1S4.1
- Charakterisieren als hochwertiges i.O.-Teil oder als n.i.O.-TeilCharacterize as a high-quality ok part or as a not ok part
- S5S5
- Ansteuern einer Ausgabeeinheit und/oder einer AuswerfeinheitControlling an output unit and/or an ejection unit
- S5.1S5.1
- Markieren des Schweißbauteils und/oder Zuordnen der Kennzeichnung zum SchweißbauteilMarking of the welded component and/or assignment of the marking to the welded component
- S5.2S5.2
- Auswerfen bzw. separates Ausschleusen von n.i.O.-TeilenEjection or separate ejection of n.i.O. parts
- t1t1
- vordefinierter absoluter Zeitpunktpredefined absolute point in time
- t2t2
- vordefinierter Zeitpunkt mit relativem Zeitbezugpredefined point in time with a relative time reference
- ΔΔ
- Toleranzbereichtolerance range
- ΔT1ΔT1
- erstes Zeitintervallfirst time interval
- ΔT2ΔT2
- zweites Zeitintervallsecond time interval
- V1V1
- erster Sollwertfirst setpoint
- V2v2
- zweiter Sollwertsecond setpoint
- Vnvs
- weiterer Sollwertanother target value
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