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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur qualitativen Analyse einer Punktschweißverbindung, eine Schweißvorrichtung sowie die Verwendung von akustischen Signalen, die während des Setzens eines Schweißpunktes auftreten.
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Durch Punktschweißen können zwei Werkstücke lokal begrenzt miteinander verbunden werden. Hierzu werden die zu verbindenden Werkstücke in einem ersten Arbeitsschritt passgenau übereinandergelegt. Sodann werden zwei Elektroden derart angebracht, dass sie die beiden Werkstücke mechanisch zusammenpressen und so die zu verschweißenden Werkstücke fixiert werden. Anschließend wird durch die Zuführung einer starken Spannung ein Stromfluss zwischen beiden Elektroden erzeugt. Die Werkstücke stellen für den fließenden Strom einen Widerstand dar. Dadurch erhitzen sich die meist metallenen Werkstücke punktuell sehr stark und verflüssigen sich. Durch den mechanischen Druck der Elektroden verschmelzen beide Werkstücke miteinander und sind nach dem Abkühlen untrennbar miteinander verbunden. Beim Setzen der Schweißpunkte können Probleme auftreten, die zu einer qualitativ ungenügenden Punktschweißverbindung der Werkstücke führen, beispielsweise wenn die Werkstücke nicht passgenau aufeinander angeordnet werden oder die Schweißvorrichtung, meist eine Schweißzange, schief angesetzt wird.
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Eine qualitative Analyse von Punktschweißverbindungen wird derzeit, aufgrund des hohen technischen und zeitlichen Aufwands, lediglich stichpunktartig, beispielsweise unter Anwendung von Ultraschall oder der Hammer-Meißle-Prüfung vorgenommen. Zudem wird eine qualitative Analyse eines jeden Schweißpunktes schon dadurch erschwert, dass die Zugänglichkeit zu den einzelnen Schweißpunkten zur manuellen Überprüfung derselben nicht immer gegeben ist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur qualitativen Analyse einer Punktschweißverbindung anzugeben, das einfach, ohne hohen technischen und zeitlichen Aufwand ausführbar ist, ohne wesentliche zeitliche Verzögerung direkt während des Punktschweißens anwendbar ist und eine 100%-Kontrolle aller gesetzten Punktschweißverbindungen ermöglicht. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe eine Schweißvorrichtung bereitzustellen, mit der Werkstücke durch Punktschweißen mit hoher qualitativer Güte verbunden werden können. Ferner ist es auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Verwendung von akustischen Signalen während des Setzens eines Schweißpunktes zum Verbinden von mindestens zwei Werkstücken anzugeben.
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Die Aufgabe wird bei einem Verfahren zur qualitativen Analyse einer Punktschweißverbindung erfindungsgemäß durch die Schritte: i) Setzen eines Schweißpunktes zum Verbinden von mindestens zwei Werkstücken und ii) Aufnehmen der akustischen Signale während des Setzens des Schweißpunktes mit einem akusto-elektrischen Wandler, der akustische Signale in elektrische Signale umwandelt, und nachfolgend als Mikrofon bezeichnet wird, gelöst.
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Der erste Verfahrensschritt ist ein gängiger Schritt zum Punktschweißen von mindestens zwei Werkstücken, in dem die meist metallenen Werkstücke passgenau übereinander gelegt und über entsprechende Elektroden fixiert werden, so dass sich die Schweißverbindung punktgenau ausbilden lässt.
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Es wurde nun erkannt, dass beim Setzen von Schweißpunkten akustische Signale entstehen. Z.B. werden je nach Anordnung der zu verbindenden Werkstücke oder je nach Ausrichtung der Elektroden einer für den Schweißvorgang meist verwendeten Schweißzange, unterschiedliche akustische Signale erzeugt. Hieraus folgend kann aufgrund der unterschiedlichen akustischen Signale auch zwischen dem Setzen eines qualitativ guten Schweißpunktes und eines qualitativ schlechten Schweißpunktes unterschieden werden. Das oder die akustischen Signale können also dazu dienen, die Qualität von gesetzten Punkschweißverbindungen direkt während des Setzens des Schweißpunktes und damit in direkter zeitlicher Verbindung zu dem Schweißpunkt, zu analysieren.
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Beispielhaft ist ein geschultes Personal in der Lage, anhand der aufgenommenen akustischen Signale die Qualität der gesetzten Punktschweißverbindung einzustufen und folglich zu analysieren.
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Somit kann durch das erfindungsgemäße Verfahren bereits während des Setzens der Schweißpunkte auf die Qualität der entstehenden Schweißverbindung geschlossen und ggf. entsprechend reagiert werden, beispielsweise durch Ausschleusen des geschweißten Bauteils im Falle einer fehlerhaft gesetzten Punktschweißverbindung. Die Aufnahme der akustischen Signale ermöglicht aufgrund des sehr geringen zeitlichen Aufwands ferner eine 100%-Kontrolle, so dass die Qualität von unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens verbundenen Werkstücken verbessert wird. Das Verfahren benötigt ferner keinen hohen technischen Aufwand und ist daher kostengünstig umsetzbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist ferner ein Schritt des Speicherns der durch den akusto-optischen Wandler aufgenommenen akustischen Signale vorgesehen. Hierdurch kann nicht nur zu einem späteren Zeitpunkt der Schweißvorgang überprüft werden, sondern es können die aktuell aufgenommenen Signale auch sehr gut mit Standard-Punktschweißsignalen verglichen werden.
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Insbesondere hierzu ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, dass das Verfahren einen Schritt des Vergleichens der aufgenommenen akustischen Signale mit einem oder mehreren akustischen Standard-Punktschweißsignalen umfasst. Unter akustischen Standard-Punktschweißsignalen werden dabei solche akustischen Punktschweißsignale verstanden, die vorab bei der Punkschweißung von zwei ebensolchen Werkstücken, wie sie beim aktuellen Punktschweißvorgang verwendet werden, unter Anwendung derselben oder zumindest einer baugleichen Schweißvorrichtung unter Einstellung geeigneter Schweißparameter, erhalten werden. Somit können etwaige Ursachen für eine Abweichung in den akustischen Signalen beispielsweise in einer fehlerhaften Anordnung der Werkstücke zueinander oder in einer fehlerhaften Ausrichtung der Elektroden, also allgemein der Schweißvorrichtung, in zu geringen oder zu hohen Stromstärken, in der Anwendung eines falschen Materials für ein oder mehrere Werkstücke, in einer verunreinigten Schweißkappe oder in verunreinigten Werkstücken oder in Nebenschlüssen, bei denen die Schweißzange zusätzlich an einer Störkontur eines Werkstücks anliegt, liegen. Durch einen Vergleich der im aktuellen Schweißvorgang aufgenommenen akustischen Signale mit einem oder mehreren akustischen Standard-Punktschweißsignalen, kann sehr einfach überprüft werden, ob Unterschiede in den akustischen Signalen bestehen, die auf eine fehlerhafte Schweißverbindung hindeuten. Dies erleichtert die qualitative Analyse einer gesetzten Punktschweißverbindung.
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Diese Verfahrensführung ist insbesondere dann sehr einfach umsetzbar, wenn, wie in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, das oder die akustischen Standard-Punktschweißsignale aus einem Datenspeicher bereitgestellt werden. Ein Datenspeicher kann dabei sehr viele akustische Standard-Punktschweißsignale verwalten und ausgeben, so dass eine weiter verbesserte Qualitätskontrolle der Punktschweißverbindung ermöglicht wird.
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Weiter vorteilhaft umfassen das oder die akustischen Standard-Punktschweißsignale Signale während des Setzens eines Schweißpunktes unter Erhalt einer qualitativ guten Punktschweißverbindung und/oder Signale während des Setzens eines Schweißpunktes unter Erhalt einer qualitativ schlechten Punktschweißverbindung umfassen. Die jeweilige Klassifizierung der akustischen Standard-Punktschweißsignale in qualitativ gute Punktschweißverbindungen und qualitativ schlechte Punktschweißverbindungen kann durch nachfolgende Analyse der entsprechenden Punktschweißverbindung mittels herkömmlicher Verfahren, beispielsweise durch Ultraschallverfahren oder eine Hammer-Meißle-Prüfung, erfolgen. Liegt das akustische Signal der aktuell aufgenommenen Punktschweißverbindung ähnlich zu einem akustischen Signal, das vormals unter Ausbildung einer qualitativ guten Punktschweißverbindung erhalten wurde, so kann auch die aktuelle Punktschweißung als qualitativ gut angesehen werden. Liegt das akustische Signal der aktuell aufgenommenen Punktschweißverbindung ähnlich zu einem akustischen Signal, das vormals unter Ausbildung einer qualitativ schlechten Punktschweißverbindung erhalten wurde, so kann auch die aktuelle Punktschweißung als qualitativ schlecht angesehen werden. Eine besonders gute Einordnung der aktuellen Punktschweißverbindung hinsichtlich ihrer Qualität lässt sich durch einen Vergleich sowohl mit akustischen Standard-Punktschweißsignalen, die während des Setzens eines Schweißpunktes unter Ausbildung einer qualitativ guten Punktschweißverbindung erhalten wurden und akustischen Standard-Punktschweißsignalen, die während des Setzens eines Schweißpunktes unter Ausbildung einer qualitativ schlechten Punktschweißverbindung erhalten wurden.
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Ein Vergleich der aktuell aufgenommenen akustischen Punktschweißsignale während eines Punktschweißvorgangs mit akustischen Standard-Punktschweißsignalen erfolgt besonders leicht, wenn die akustischen Standard-Punktschweißsignale in Form eines Soll-Kennfelds vorliegen. Ein Soll-Kennfeld ist eine aus mehreren akustischen Signalen ermittelte grafische Auftragung von Frequenzkurven, deren Ausgestaltung einen Kurvenbereich festlegt, der, wenn eine aktuell aus aufgenommenen akustischen Signalen ermittelte Kurve innerhalb des Kurvenbereichs liegt, für eine qualitativ akzeptable Punktschweißverbindung steht. Durch die grafische Visualisierung der akustischen Daten kann eine sehr einfache Analyse der Qualität der aktuell vorgenommenen Punktschweißverbindung vorgenommen werden.
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Eine zusätzliche Verbesserung der qualitativen Analyse der Punktschweißverbindung der mindestens zwei Werkstücke kann vorteilhaft durch das zusätzliche Ermitteln einer Anzahl der gesetzten Schweißpunkte. Sofern dies nicht manuell durchgeführt wird, kann sich die Anzahl der gesetzten Schweißpunkte auch aus den durch das Mikrofon aufgenommenen Signalen ergeben und beispielsweise ebenfalls grafisch wiedergegeben werden.
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Hierbei ist es ferner vorteilhaft, wenn das Verfahren zudem einen Schritt des Vergleichens der Anzahl der gesetzten Schweißpunkte mit einer vorbestimmten Sollanzahl an zu setzenden Schweißpunkten vorsieht, da ein Erfüllen der Sollanzahl der zu setzenden Schweißpunkte für eine hohe qualitative Güte der Verbindung der Werkstücke steht, während ein Nichterfüllen der Sollanzahl der zu setzenden Schweißpunkte für eine verminderte qualitative Güte der Verbindung der Werkstücke steht. Zudem kann eine maximal tolerierbare Abweichung an Schweißpunkten definiert werden, bei deren Überschreitung ein Ausleiten der zu verbindenden Werkstücke aus der Produktionskette eingeleitet wird.
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Die vorliegende Erfindung betrifft zur Lösung der gestellten Aufgabe auch eine Schweißvorrichtung. Die Schweißvorrichtung umfasst eine Schweißzange zum Setzen eines Schweißpunktes zum Verbinden von mindestens zwei Werkstücken und einen akusto-optischen Wandler, im Folgenden Mikrofon genannt, zum Aufnehmen der akustischen Signale während des Setzens des Schweißpunktes.
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Die für den eigentlichen Schweißvorgang vorgesehene Schweißzange kann herkömmlich ausgebildet sein. Das Mikrofon ist dabei so angebracht, dass es die während eines Punktschweißvorgangs erzeugten akustischen Signale möglichst störungsfrei aufnehmen kann, und ist daher vorzugsweise direkt auf den Verbindungspunkt der zu verbindenden Werkstücke ausgerichtet.
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Durch die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung wird es möglich, hoch qualitative Punktschweißverbindungen zu erstellen, die auch zu 100% kontrolliert werden können, so dass Probleme, die zu qualitativ mangelhaften Punkschweißverbindungen führen, wie z.B. zu große Abstände der zu verbindenden Werkstücke, eine schräge Ausrichtung der Schweißzange, zu geringe oder zu hohe Stromstärken, die Anwendung eines falschen Materials für einen oder mehrere Werkstücke, eine verunreinigte Schweißkappe oder verunreinigte Werkstücke und Nebenschlüsse, bei denen die Schweißzange zusätzlich an einer Störkontur eines Werkstücks anliegt, überprüft und behoben werden können.
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Die für das erfindungsgemäße Verfahren zur qualitativen Analyse einer Punktschweißverbindung und für die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung dargelegten Vorteile, vorteilhaften Effekte und Weiterbildungen finden jeweils wechselseitig Anwendung. Ferner wird ausgeführt, dass die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung dazu geeignet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen und das erfindungsgemäße Verfahren geeignet ist, mittels der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung ausgeführt zu werden. Es wird daher bezüglich der Definitionen und Wirkweisen entsprechend ergänzend Bezug genommen auf die jeweiligen erfindungsgemäßen Aspekte und Weiterbildungen der Erfindung.
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Ferner vorteilhaft umfasst die Schweißvorrichtung einen Datenspeicher zum Speichern der durch das Mikrofon aufgenommenen akustischen Signale und eine Auswerteeinheit zum Vergleichen der aufgenommenen akustischen Signale mit einem oder mehreren akustischen Standard-Punktschweißsignalen.
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Der Datenspeicher und die Auswerteeinheit können von der Schweißzange beabstandet sein. Eine besonders geeignete Auswerteeinheit umfasst nicht nur eine Recheneinheit sondern auch einen Monitor zur visuellen Ausgabe der aufgenommenen, und in eine geeignete Grafik umgewandelten akustischen Signale.
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Weiter vorteilhaft kann die Auswerteeinheit ein Soll-Kennfeld wiedergeben, in dem aktuell aufgenommene akustische Signale ebenfalls wiedergegeben werden, so dass eine Einordnung der Qualität der aktuell vorgenommenen Schweißverbindung erleichtert ist.
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Vorteilhaft ist die Auswerteeinheit auch dazu vorgesehen, eine Anzahl der gesetzten Schweißpunkte mit einer Sollanzahl der zu setzenden Schweißpunkte zu vergleichen und ein etwaiges Ergebnis akustisch oder visuell wiederzugeben.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Schweißvorrichtung ferner eine Ausgabeeinheit zum Ausgeben eines Signals, sofern der Vergleich der aufgenommenen akustischen Signale mit einem oder mehreren akustischen Standard-Punktschweißsignalen eine qualitativ gute Punktschweißverbindung und/oder eine qualitativ schlechte Punktschweißverbindung ergibt. Hierdurch wird eine Überprüfung der Qualität der gesetzten Schweißpunkte erleichtert.
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Ebenfalls erfindungsgemäß wird auch die Verwendung von akustischen Signalen während des Setzens eines Schweißpunktes zum Verbinden von mindestens zwei Werkstücken zur Analyse der Qualität einer Punktschweißverbindung beschrieben. Die für die qualitative Analyse von Punktschweißverbindungen verwendeten akustischen Signale sind einfach zugänglich und sehr gut ermittelbar und hinsichtlich der Qualität der erhaltenen Punktschweißverbindung einstufbar, beispielsweise durch einen Vergleich mit akustischen Standard-Punkschweißsignalen.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
- 1 eine Schweißvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 2 eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zur qualitativen Analyse einer Punktschweißverbindung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
- 3 eine grafische Darstellung eines Vergleichs eines während des Setzens eines Schweißpunktes aktuell aufgenommenen akustischen Signals mit zwei akustischen Standard-Punktschweißsignalen.
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In den Figuren sind nur die wesentlichen Merkmale der Erfindung dargestellt. Alle übrigen Merkmale sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen.
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1 zeigt Details einer Schweißvorrichtung 1 gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung. Die Schweißvorrichtung 1 ist hierbei nur schematisch wiedergegeben.
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Die Schweißvorrichtung 1 umfasst eine Schweißzange 2 zum Setzen eines Schweißpunktes zum Verbinden von mindestens zwei Werkstücken. Die Schweißzange 2 weist hierzu zwei Elektroden 7 auf, die zum Fixieren von zu verbindenden Werkstücken vorgesehen sind und die, durch Durchleitung eines Stromflusses, die Werkstücke miteinander verbinden.
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Ferner weist die Schweißvorrichtung 1 einen akusto-elektrischen Wandler 3 in Form eines Mikrofons auf, der zum Aufnehmen der akustischen Signale während des Setzens eines Schweißpunktes vorgesehen ist, und in Richtung der zu setzenden Punktschweißverbindung ausgerichtet ist.
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Darüber hinaus sind ein Datenspeicher 4 zum Speichern der durch den akusto-elektrischen Wandler 3 aufgenommenen akustischen Signale sowie eine Auswerteeinheit 5 zum Vergleichen der aufgenommenen akustischen Signale mit einem oder mehreren akustischen Standard-Punktschweißsignalen vorgesehen. Der akusto-optische Wandler 3, der Datenspeicher 4 und die Auswerteeinheit 5 sind hierzu datentechnisch miteinander verbunden.
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An die Auswerteeinheit ist ferner ein Monitor 6 angebunden, der zur visuellen Wiedergabe von durch die Auswerteeinheit 5 ausgewerteten Daten eingerichtet ist.
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Ferner weist die Schweißvorrichtung 1 eine Ausgabeeinheit 8 in Form eines Lautsprechers zum Ausgeben eines akustischen Signals auf, sofern der Vergleich der aufgenommenen akustischen Signale mit einem oder mehreren akustischen Standard-Punktschweißsignalen eine qualitativ gute Punktschweißverbindung und/oder eine qualitativ schlechte Punktschweißverbindung ergibt.
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Die Schweißvorrichtung 1 ist kompakt ausgebildet und dabei hoch funktional und ermöglicht die Herstellung von hoch qualitativen Bauteilen durch präzise und ordnungsgemäße Durchführung von Punktschweißungen. Ebenfalls ist in die Schweißvorrichtung 1 eine Qualitätsanalyse der Punktschweißverbindungen integriert, die ein herkömmliches, sehr zeit- und kostenaufwendiges manuelles Überprüfen einzelner Punktschweißverbindungen überflüssig macht und zudem eine 100%-Kontrolle aller Punktschweißverbindungen ermöglicht.
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2 ist eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zur qualitativen Analyse einer Punktschweißverbindung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Gemäß Verfahrensschritt 100 wird ein Schweißpunkt zum Verbinden von mindestens zwei Werkstücken gesetzt.
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In Verfahrensschritt 200 erfolgt ein Aufnehmen der akustischen Signale während des Setzens des Schweißpunktes in Verfahrensschritt 100 mit einem akusto-elektrischen Wandler. Die durch den akusto-elektrischen Wandler aufgenommenen akustischen Signale können in einem weiteren Schritt gespeichert werden.
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In Verfahrensschritt 300 erfolgt ein Vergleichen der aufgenommenen akustischen Signale mit einem oder mehreren akustischen Standard-Punktschweißsignalen. Hieraus kann die Qualität des aktuell gesetzten Schweißpunktes besonders leicht ermittelt werden, insbesondere dann, wenn für den Vergleich die vorab ermittelten akustischen Standard-Punktschweißsignale sowohl Schweißpunkte mit guter Qualität als auch Schweißpunkte mit schlechter Qualität repräsentieren.
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Insbesondere liegen die Standard-Punktschweißsignale in Form eines Soll-Kennfelds S vor, wie es in 3 durch die zwischen den Kurven A und C dargestellte schraffierte Fläche gezeigt ist. Kurve A repräsentiert dabei ein Standard-Punktschweißsignal einer qualitativ schlechten Punktschweißverbindung und Kurve C repräsentiert dabei ein Standard-Punktschweißsignal einer qualitativ sehr guten Punktschweißverbindung. Alle in dem schraffierten Soll-Kennfeld S liegenden Kurven können als qualitativ annehmbar angesehen werden.
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Beispielhaft stellt Kurve B eine Kurve aus aktuell durch ein Mikrofon während des Setzens eines Schweißpunktes zum Verbinden von mindestens zwei Werkstücken aufgenommenen und umgewandelten akustischen Signalen dar.
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Die Kurve liegt in dem Soll-Kennfeld S. Folglich kann diese Punktschweißverbindung als qualitativ annehmbar angesehen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schweißvorrichtung
- 2
- Schweißzange
- 3
- akusto-elektrischer Wandler
- 4
- Datenspeicher
- 5
- Auswerteeinheit
- 6
- Monitor
- 7
- Elektroden
- 8
- Ausgabeeinheit
- S
- Soll-Kennfeld
