DE10224402A1 - Welding tongs for electrical resistance welding has two electrodes, of which at least one is attached to electrode arm, force sensor arranged on one electrode arm holder - Google Patents
Welding tongs for electrical resistance welding has two electrodes, of which at least one is attached to electrode arm, force sensor arranged on one electrode arm holderInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schweißzange zum elektrischen Widerstandsschweißen mit zwei Elektroden, von denen mindestens eine an einem Elektrodenarm befestigt ist, Mitteln zum Bewegen von mindestens einem Elektrodenarm, wobei jeder Elektrodenarm endseitig von einer Elektrodenarmhalterung aufgenommen wird, Mitteln zum Erzeugen des Schweißstromes und einem Kraftsensor zur Erfassung eines Kraftistwertes zwischen den beiden Elektroden. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Beurteilung der Qualität einer Schweißverbindung von mindestens zwei Blechteilen beim elektrischen Widerstandsschweißen mittels einer erfindungsgemäßen Schweißzange mit einer elektrisch angetriebenen Spindel zum Bewegen mindestens eines Elektrodenarmes, einer Zangensteuerung, einer Positionsregelung für den elektrischen Antrieb sowie einem Leistungsteil umfassend eine Drehzahlregelung und einen Leistungsschalter für den elektrischen Antrieb, wobei das Leistungsteil einen Drehzahlsollwerteingang, einen Strombegrenzungseingang und einen mit dem Antrieb verbundenen Ausgang für das Motorleistungskabel aufweist. The invention relates to a welding gun for electrical Resistance welding with two electrodes, one of which at least one is attached to an electrode arm, means for Moving at least one electrode arm, each End of the electrode arm from an electrode arm holder is included, means for generating the welding current and a force sensor for recording an actual force value between the two electrodes. The invention further relates to a process for assessing the quality of a Welded connection of at least two sheet metal parts in the electrical Resistance welding by means of an inventive Welding gun with an electrically driven spindle for moving at least one electrode arm, a clamp control, a position control for the electric drive and a power unit comprising a speed control and one Circuit breaker for the electric drive, the Power section one speed setpoint input, one Current limit input and one with the drive connected output for the motor power cable.
Das elektrische Widerstandsschweißen - auch Widerstandspressschweißen genannt - lässt sich gut automatisieren und wird in großem Umfang insbesondere in der Automobilindustrie zum Verbinden von mindestens zwei Blechen angewendet. Electrical resistance welding - too Resistance pressure welding called - can be easily automated and is in large scale especially in the automotive industry Joining of at least two sheets applied.
Die zu verschweißenden Bleche werden zwischen zwei Elektroden zusammengepresst, die vorzugsweise je eine Schweißkappe mit einer genau definierten Geometrie als Kontaktfläche aufweisen. Die Kraft für die Schließbewegung der an Elektrodenarmen befestigten Elektroden erzeugen beispielsweise elektrisch angetriebene Motorspindeln oder aber auch pneumatische Zylinder. The sheets to be welded are between two electrodes pressed together, preferably each with a welding cap a precisely defined geometry as a contact surface exhibit. The force for the closing movement of the Electrode arms attached produce electrodes, for example electrically driven motor spindles or pneumatic Cylinder.
Der Schweißstrom an der Kontaktstelle zwischen den zusammengepressten Blechen bewirkt eine Temperaturerhöhung, die zur Aufschmelzung der beiden Blechteile bis maximal zu deren Oberfläche führt. Das gemeinsame Schweißbad an der Kontaktstelle wird Schweißlinse genannt. Eine an die Aufschmelzung anschließende Abkühlung unter Wirkung von Presskräften führt zu einer Erstarrung der Schweißlinse, so dass die Bleche mechanisch miteinander verbunden sind. The welding current at the contact point between the compressed sheets causes an increase in temperature, which leads to Melting of the two sheet metal parts up to their maximum Surface leads. The common weld pool at the Contact point is called welding lens. One at the reflow subsequent cooling under the action of pressing forces to a solidification of the welding lens, so that the sheets are mechanically connected.
Aus der EP 0594 086 B1 ist bereits eine pneumatische betriebene Schweißzange bekannt, bei der auf einem Elektrodenarm ein Kraftsensor angeordnet ist. Aufgrund der gemessenen Elektrodenkraft soll die Qualität des Schweißpunktes beurteilt und entscheiden werden, ob ggf. ein weiterer, benachbarter Schweißpunkt erforderlich ist. Der Kraftsensor ist ein konstruktiv aufwendiger optischer Sensor, dessen Wirkungsweise darauf beruht, dass die über einen Lichtweg im Sensorelement übertragene Lichtmenge eine Funktion der Verformung des den Lichtweg aufweisenden Teils des Sensors ist. Der Sensor ist über Lichtleiter mit einer opto-elektronischen Einheit verbunden, die für jeden Schweißpunkt die Beurteilung der Qualität und die sich daraus ergebenden Steuermaßnahmen durchführt. A pneumatic is already known from EP 0594 086 B1 operated welding gun known in the case of an electrode arm a force sensor is arranged. Because of the measured Electrode power is said to be the quality of the weld spot will be judged and will decide whether another adjacent welding spot is required. The force sensor is a constructively complex optical sensor, the Mode of action is based on the fact that the light path in the The amount of light transmitted by the sensor element is a function of the deformation of the part of the sensor having the light path. The Sensor is via optical fiber with an opto-electronic Unit connected, the assessment for each welding point the quality and the resulting tax measures performs.
Der an den Elektrodenarmen angebrachte Sensor stellt insbesondere in automatisierten Prozessen eine unerwünschte Störkante dar, an der beispielsweise Schlauchpakete der Schweißzange hängen bleiben können. Dies kann zu Betriebsstörungen führen. The sensor attached to the electrode arms provides an undesirable one, especially in automated processes Interfering edge on which, for example, hose packages Welding gun can get caught. This can lead to malfunctions to lead.
Der konstruktiv aufwendige Lichtsensor wird als erforderlich angesehen, um die Beeinflussung des Sensors durch elektromagnetische Felder zu vermeiden, die durch den Schweißstrom in herkömmlichen Sensoren, wie beispielsweise Dehnmessstreifen hervorgerufen werden. The complex light sensor is considered necessary viewed to be affected by the sensor avoid electromagnetic fields caused by the welding current in conventional sensors such as Strain gauges are caused.
Die Erfindung macht sich die Tatsache zu Nutze, dass ein wesentliches Beurteilungsmerkmal für die Schweißqualität beim elektrischen Widerstandsschweißen die Eindringtiefe der Schweißelektroden bzw. der sie umgebenden Elektrodenkappen ist. Die Eindringtiefe ist die Differenz der Abstände der Elektroden vor, während und nach der Schweißung. Eine ordnungsgemäß durchgeführte Widerstandsschweißung führt regelmäßig zu einer messbaren Eindellung an den Kontaktstellen zwischen den Elektroden und den Blechoberflächen. Durch Erfassen der Eindringtiefe während und nach eines jeden Schweißprozesses und einem Vergleich mit vorgegebenen Parametern lässt sich daher die Qualität einer Verschweißung ermitteln. The invention takes advantage of the fact that a essential assessment feature for the welding quality of the electrical resistance welding the penetration depth of the Welding electrodes or the surrounding electrode caps is. The depth of penetration is the difference between the distances of the Electrodes before, during and after welding. A properly performed resistance welding regularly to a measurable indentation at the contact points between the electrodes and the sheet metal surfaces. By Capture the depth of penetration during and after each Welding process and a comparison with given The quality of a weld can therefore be parameterized determine.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Schweißzange vorzuschlagen, die mit Hilfe eines einfachen, niedrig auflösenden Kraftsensors eine zuverlässige Messung der Elektrodenkraft und insbesondere eine Beurteilung der Qualität einer Verschweißung zulässt, wobei durch die Anordnung des Sensors Störkanten vermieden werden sollen. Weiter soll ein Verfahren zur Beurteilung der Qualität einer Verschweißung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schweißzange vorgeschlagen werden. The invention is based on this prior art based on the task of proposing a welding gun that with the help of a simple, low-resolution force sensor a reliable measurement of the electrode force and especially an assessment of the quality of a weld allows, with the arrangement of the sensor interfering edges should be avoided. Furthermore, a method for Assessment of the quality of a weld using the Welding gun according to the invention can be proposed.
Diese Aufgabe wird bei einer Schweißzange der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass der Kraftsensor an einer der Elektrodarmhalterungen angeordnet ist. Durch diese Anordnung ist ein ausreichender Abstand zum Strompfad des Schweißstromes gewährleistet, so dass es nicht zu elektromagnetischen Störungen bei der Kraftmessung kommt. Weiterhin befindet sich der Sensor in einem geschützten Bereich der Schweißzange, so dass er weder als Störkante in Erscheinung tritt, noch selbst beschädigt werden kann. Darüber hinaus kann jede beliebige Elektrodenarmform ohne Veränderung eingesetzt werden. This task is the beginning of a welding gun mentioned type solved in that the force sensor on a the electrode holder is arranged. Through this Arrangement is a sufficient distance from the current path of the Welding current ensures that it is not too electromagnetic interference occurs during force measurement. Farther the sensor is located in a protected area of the Welding gun so that it does not appear as an interfering edge occurs, can still be damaged itself. Furthermore can be any electrode arm shape without change be used.
Wenn die Elektrodenarmhalterung ein Block mit mindestens einer ebenen Fläche ist, auf der der Kraftsensor angeordnet ist, ist eine besonders günstige Krafteinleitung gegeben. If the electrode arm holder is a block with at least is a flat surface on which the force sensor is arranged there is a particularly favorable introduction of force.
Eine weitere Reduktion der elektromagnetischen Störung der Messung wird dadurch erreicht, dass die Elektrodenarmhalterung eine gegenüber den Elektrodenarmen isolierte Aufnahme für die Elektrodenarme aufweist. A further reduction in electromagnetic interference from the Measurement is achieved in that the Electrode arm holder a receptacle isolated from the electrode arms for the electrode arms.
Wenn der Kraftsensor ein Dehnungssensor ist, der auf der Oberfläche der Elektrodenarmhalterung vorzugsweise mittels einer Schraubverbindung befestigt ist, ergibt sich ein geringer Montageaufwand. Der Dehnungssensor misst die Abstandsänderung zwischen zwei Messpunkten auf der Oberfläche der Elektrodenarmhalterung. Die Abstandsänderung wird durch die von den Elektrodenarmen in der Halterung hervorgerufenen Biegespannungen verursacht, wobei die Abstandsänderung jeweils proportional zur Kraft zwischen den Elektroden ist. If the force sensor is a strain sensor that is on the Surface of the electrode arm holder preferably by means of a screw connection is fixed, results in low installation effort. The strain sensor measures that Distance change between two measuring points on the surface of the Elektrodenarmhalterung. The change in distance is determined by the caused by the electrode arms in the holder Bending stresses caused, the distance change in each case is proportional to the force between the electrodes.
Indem der Kraftsensor mindestens ein piezoelektrischen Sensorelement aufweist, das über einen Reibschluss mit der Oberfläche der Elektrodenarmhalterung deren Dehnung misst, entfällt die bei herkömmlichen Sensoren aufwendige Oberflächenvorbereitung, beispielsweise für das Aufkleben eines Dehnmessstreifens. By the force sensor at least one piezoelectric Has sensor element, which has a frictional connection with the Surface of the electrode arm holder whose elongation measures, the elaborate with conventional sensors is eliminated Surface preparation, for example for sticking one on Strain gauge.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung liefern die piezoelektrischen Sensorelemente als Ausgangssignal ein elektrische Ladung, die direkt proportional der gemessenen Dehnung ist. In Verbindung mit einem in den Sensor integrierten Verstärker für die elektrische Ladung, der die Änderung der elektrischen Ladung in ein Spannungssignal wandelt, werden niederohmige Ausgangssignale generiert, die mit preiswerten Standard-Messkabeln übertragen werden können. Eine elektromagnetische Störung bei der Übertragung ist durch die Integration des Verstärkers ausgeschlossen. In an advantageous embodiment of the invention, the piezoelectric sensor elements as an output signal electrical charge that is directly proportional to the measured Stretch is. In conjunction with one in the sensor built-in amplifier for the electric charge that the Changes the electrical charge into a voltage signal, low-resistance output signals are generated, which with inexpensive standard measuring cables can be transmitted. A electromagnetic interference in the transmission is caused by the Integration of the amplifier excluded.
Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers kann beispielsweise von einer Zangensteuerung vor einer Messung verändert werden, um eine optimale Auflösung des Messsignals zu erreichen. Eine weitere Verbesserung der Auflösung lässt sich erzielen, in dem die Messachse der Sensorelemente vorzugsweise mit der Richtung der größten zu erwartenden Spannungsänderung zusammenfällt. The amplification factor of the amplifier can, for example be changed by a clamp control before a measurement, to achieve an optimal resolution of the measurement signal. A further improvement in resolution can be achieved in which the measuring axis of the sensor elements preferably with the Direction of the largest expected voltage change coincides.
Um die Qualität einer Schweißverbindung von mindestens zwei Blechteilen beim elektrischen Widerstandsschweißen beurteilen zu können, kommt eine Schweißzange nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 zum Einsatz. Die Schweißeinrichtung umfasst eine elektrisch angetriebene Spindel zum Bewegen mindestens eines Elektrodenarmes, eine Zangensteuerung, eine Positionsregelung für den elektrischen Antrieb sowie einem Leistungsteil mit einer Drehzahlregelung und einem Leistungsschalter für den elektrischen Antrieb, wobei das Leistungsteil einen Drehzahlsollwerteingang, einen Strombegrenzungseingang und einen mit dem Antrieb verbundenen Ausgang für das Motorleistungskabel aufweist. To the quality of a welded joint of at least two Assess sheet metal parts during electrical resistance welding welding tongs come after one or more of claims 1 to 10 for use. The welding device includes an electrically driven spindle for moving at least one electrode arm, a clamp control, a Position control for the electric drive and a Power section with one speed control and one Circuit breaker for the electric drive, the Power section one speed setpoint input, one Current limit input and one connected to the drive Has output for the motor power cable.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die
Qualität der Schweißverbindung mit der vorstehend beschriebenen
Schweißeinrichtung beurteilt, in dem
- - in einer Schließphase (27) der Schweißzange die Positionsregelung (25) unter Berücksichtigung des Spindelpositionsistwertes (23) den Abstand zwischen den Elektroden (4a, b) solange verringert, bis der von dem Kraftsensor (63) gemessene Kraftistwert (60) einen von der Zangensteuerung (24) vorgegebenen ersten Kraftgrenzwert erreicht und/oder die aus der Änderung des Spindelpositionsistwertes (23) über die Zeit abgeleitete Antriebsgeschwindigkeit einen vorgegebenen Geschwindigkeitsgrenzwert unterschreitet,
- - die Zangensteuerung (24) nach Erreichen des Kraftgrenzwertes und/oder Geschwindigkeitsgrenzwertes in einer Elektrodenkraftaufbauphase (28) von der Positionsregelung (25) auf die Drehzahlregelung (16) umschaltet und über den Strombegrenzungseingang (19) des Leistungsteils (15) den zum Antriebsmoment proportionalen Antriebsstrom auf einen Stromgrenzwert unterhalb des maximal möglichen Antriebsstroms begrenzt, so dass das Leistungsteil (15) den Antrieb (6) solange mit Strom versorgt, bis sich das dem Stromgrenzwert entsprechende Antriebsmoment einstellt, das eine gewünschte Elektrodenkraft bewirkt und mit einem Stillstand der Spindel (7) einhergeht,
- - in einer sich anschließenden Schweißphase (30) Mittel zum Erzeugen des Schweißstromes (12, 13) aktiviert sind und zumindest während der gesamten Schweißphase (30) der Kraftistwert (60) von der Zangensteuerung (24) ausgewertet wird.
- - In a closing phase ( 27 ) of the welding gun, the position control ( 25 ) taking into account the spindle position actual value ( 23 ) reduces the distance between the electrodes ( 4 a, b) until the actual force value ( 60 ) measured by the force sensor ( 63 ) is one of the force control ( 24 ) reaches the predetermined first force limit value and / or the drive speed derived from the change in the spindle position actual value ( 23 ) falls below a predetermined speed limit value,
- - After reaching the force limit value and / or speed limit value in an electrode force build-up phase ( 28 ), the gun control ( 24 ) switches from the position control ( 25 ) to the speed control ( 16 ) and via the current limiting input ( 19 ) of the power section ( 15 ) the drive current proportional to the drive torque limited to a current limit value below the maximum possible drive current, so that the power section ( 15 ) supplies the drive ( 6 ) with current until the drive torque corresponding to the current limit value is set, which brings about a desired electrode force and with the spindle ( 7 ) at a standstill accompanied,
- - In a subsequent welding phase ( 30 ), means for generating the welding current ( 12 , 13 ) are activated and at least during the entire welding phase ( 30 ) the force actual value ( 60 ) is evaluated by the gun controller ( 24 ).
Die Erkennung des Eindringens der Elektroden ist in vielen Fällen nur möglich, wenn sich an den Schweißvorgang eine Auswerteverlängerungsphase gemäß den Merkmalen der Ansprüche 12, 13 und 17 anschließt. Diese Auswerteverlängerungsphase verzögert das Öffnen der Schweißzange solange, bis die Zangensteuerung eine ordnungsgemäße Verschweißung erkannt hat oder am Ende der Auswerteverlängerungsphase feststeht, dass das Eindringen zu gering war, also eine unzureichende oder keine Verschweißung stattgefunden hat. The detection of the penetration of the electrodes is in many Cases only possible if there is a welding process Evaluation extension phase according to the features of the claims 12, 13 and 17 connects. This evaluation extension phase delays the opening of the welding gun until the Clamp control has recognized proper welding or at the end of the evaluation extension phase it is clear that the penetration was too low, so an inadequate or no welding has taken place.
Die Auswerteverlängerungsphase ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung in mehrere Verlängerungsabschnitte unterteilt, wobei die Zangensteuerung die sich der Schweißphase anschließenden Verlängerungsabschnitte von beispielsweise 20 ms Dauer sukzessive solange in die Auswertung einbezieht, bis das Auswerteergebnis eine Aussage über die Schweißqualität zulässt. Das Überschreiten der maximalen Dauer der Auswerteverlängerungsphase ohne das Erkennen eines Eindringens der Elektroden wird als fehlerhafte Schweißung gedeutet, beispielsweise aufgrund eines Nebenschlusses. Wenn eine Auswerteverlängerungsphase im Anschluss an den Schweißvorgang vorgesehen wird, kann die ansonsten beim Widerstandsschweißen erforderliche Nachpresszeit entfallen. The evaluation extension phase is more advantageous Embodiment of the invention in several extension sections divided, the gun control which is the welding phase subsequent extension sections of, for example, 20 ms successively included in the evaluation until the evaluation result is a statement about the welding quality allows. Exceeding the maximum duration of the Evaluation extension phase without recognizing one Penetration of the electrodes is called a faulty weld interpreted, for example due to a shunt. If an evaluation extension phase following the Welding process is provided, which can otherwise at Resistance welding no longer required.
Eine verbesserte Beurteilung der Qualität einer Schweißverbindung lässt sich erreichen, wenn die Mittel zum Erzeugen des Schweißstromes, insbesondere die Widerstandsschweiß- Steuerung ein Signal über die Beendigung der Schweißphase und/oder eine Maßzahl über die Qualität der Verschweißung an die Zangensteuerung überträgt, z. B. die Regelgüte des Schweißstromes über die Dauer der Schweißung. Alternativ wird keine Maßzahl, sondern der Istwert des Schweißstromes und/oder der Schweißspannung sowie die Stellgröße (Zündwinkel, PWM bei Mittelfrequenz) für den Schweißstrom übertragen. Die Zangensteuerung erfasst die Stellgröße und die Istwerte und stellt Beginn und Ende der Verschweißung fest. Der zeitliche Verlauf der Stellgröße und der Istwerte wird nach an sich bekannten mathematischen Methoden in eine Maßzahl umgerechnet. Die gemeinsame Auswertung der Maßzahl der Widerstandsschweißsteuerung und des Kraftistwertes in der Zangensteuerung erhöht die Aussagegenauigkeit über die Eindringtiefe der Schweißelektroden erheblich. Die Datenübertragung zwischen der Widerstandsschweiß-Steuerung und der Zangensteuerung erfolgt in kurzen zeitlichen Abständen, beispielsweise von 1 ms. Der Ausfall einer Datenübertragung, z. B. das Ausbleiben des Signals über die Beendigung der Schweißphase, kann von der Zangensteuerung als fehlerhafte Verschweißung erkannt werden. An improved assessment of the quality of a Welded connection can be achieved if the means to create of the welding current, especially the resistance welding Control a signal about the completion of the welding phase and / or a measure of the quality of the weld the gun control transmits, e.g. B. the control quality of Welding current over the duration of the weld. Alternatively, will not a measure, but the actual value of the welding current and / or the welding voltage and the manipulated variable (Ignition angle, PWM at medium frequency) for the welding current. The clamp controller records the manipulated variable and the actual values and determines the start and end of the welding. The The time course of the manipulated variable and the actual values is shown in known mathematical methods into a measure converted. The joint evaluation of the measure of Resistance welding control and the actual force value in the Clamp control increases the accuracy of the information Penetration depth of the welding electrodes considerably. The data transfer between the resistance welding control and the Clamp control takes place in short time intervals, for example of 1 ms. The failure of a data transmission, e.g. B. that No signal about the end of the welding phase, can be regarded as faulty welding by the gun control be recognized.
Die Datenübertragung und Auswertung nach den Ansprüchen 18, 19 hebt die bisher übliche strikte Trennung zwischen der Widerstandsschweiß-Steuerung und der Zangensteuerung auf. Ein Vorteil besteht darin, dass die Parameter für die Widerstandsschweißsteuerung, wie beispielsweise der Schweißstrom und die Schweißzeit, zusammen mit den Parametern zur Steuerung der Schweißzange, wie z. B. die Elektrodenkraft verwaltet, gespeichert und dokumentiert werden können. Die Schweißparameter sind vorzugsweise in der Zangensteuerung abgelegt und werden von dort an die Mittel zum Erzeugen des Schweißstromes übertragen. The data transmission and evaluation according to claims 18, 19 removes the strict separation between the Resistance welding control and gun control. On The advantage is that the parameters for the Resistance welding control, such as the welding current and the welding time, along with the parameters for Control of the welding gun, such as. B. the electrode force can be managed, saved and documented. The Welding parameters are preferably stored in the gun control and from there on the means for generating the Transfer welding current.
Die Signalübertragung zwischen den Mitteln zum Erzeugen des Schweißstromes und der Zangensteuerung erfolgt vorzugsweise über ein bidirektionales, die Mittel zum Erzeugen des Schweißstromes von der Zangensteuerung galvanisch trennendes Interface, beispielsweise ein CAN-(Controller Area Network)-Bus. CAN bezeichnet ein serielles Bussystem, das in den Normen ISO 11898 (Highspeed) und ISO 11519-2 (Lowspeed) standardisiert ist. Auf CAN basierende Bussysteme sind weit verbreitet in Kraftfahrzeugen und industriellen Anlagen. Haupteinsatzgebiete sind die Fahrzeugelektronik und die Automatisierung. Der CAN-Bus gewährleistet die für die Signalübertragung zwischen Zangen- und Widerstandsschweiß-Steuerung erforderlichen kurzen Antwortzeichen im Bereich von einer Millisekunde. Die galvanische Trennung bewirkt ein Optokoppler und/oder Lichtleiter. The signal transmission between the means for generating the Welding current and gun control is preferably done via a bidirectional, the means to generate the Welding current from the gun control galvanically isolating Interface, for example a CAN (controller area Network) bus. CAN refers to a serial bus system that can be found in the ISO 11898 (high-speed) and ISO 11519-2 (low-speed) standards is standardized. Bus systems based on CAN are far widespread in motor vehicles and industrial plants. The main areas of application are vehicle electronics and Automation. The CAN bus ensures that the Signal transmission between gun and resistance welding control required short answer characters in the range of one Millisecond. An optocoupler provides the galvanic isolation and / or light guides.
In dem die Schweißparameter bereits während der Schließphase über den CAN-Bus übertragen werden können, ist es möglich, die anschließende Elektrodenkraftaufbauphase für die Vorpresszeit und Vorwärmung der Elektroden vor dem Beginn der eigentlichen Schweißphase zu nutzen. Hierdurch lässt sich die Gesamtdauer eines Verfahrenszyklus reduzieren. Ohne den CAN- Bus kann das Vorwärmen erst dann beginnen, wenn die Zangensteuerung mit Erreichen der Schließkraft am Ende der Elektrodenkraftaufbauphase ein Startsignal an die Widerstandsschweißsteuerung überträgt, dass den Schweißstrom nach einer programmierten Vorpresszeit auslöst. In which the welding parameters already during the closing phase can be transmitted via the CAN bus, it is possible the subsequent electrode force build-up phase for the Prepressing time and preheating of the electrodes before the start of the to use the actual welding phase. This allows the Reduce the total duration of a process cycle. Without the CAN The bus can only start preheating when the Clamp control with reaching the closing force at the end of the Electrode power build-up phase a start signal to the Resistance welding control that transmits the welding current after a programmed pre-pressing time.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der Figuren und Diagramme. Es zeigen: Advantageous refinements of the invention result from the dependent claims and the following description of the Figures and diagrams. Show it:
Fig. 1a eine Schweißzange zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens einschließlich einer schematischen Darstellung von deren Steuerung Fig. 1a a welding gun for performing the method according to the invention including a schematic representation of its control
Fig. 1b eine Detailansicht von Elektrodenkappen der Schweißzange nach Fig. 1a FIG. 1b is a detail view of electrode caps of the welding gun according to FIG. 1a
Fig. 1c eine Detailansicht eines Kraftsensors der Schweißzange nach Fig. 1a Fig. 1c shows a detailed view of a force sensor of the welding gun according to FIG. 1a
Fig. 1d die Anordnung des Kraftsensors nach Fig. 1c an der Schweißzange bei abgenommenem vorderem Zangenarm FIG. 1d, the arrangement of the force sensor according to Fig. 1c front on the welding gun with removed tong
Fig. 2 ein Weg-Zeit-Diagramm der Antriebsposition der Schweißzange, gemessen an der Spindel Fig. 2 is a path-time diagram of the drive position of the welding gun, measured on the spindle
Fig. 3 ein Kraftistwert-Zeit Diagramm, gemessen am Kraftistwertausgang des Kraftsensors der Schweißzange Fig. 3 shows an actual force-time chart, measured at Kraftistwertausgang of the force sensor of the welding gun
Fig. 4 das Kraftistwert-Zeit Diagramm nach Fig. 4 mit eingetragenen Hilfslinien zur Erläuterung der Auswertung FIG. 4 shows the actual force value-time diagram according to FIG. 4 with entered auxiliary lines to explain the evaluation
Fig. 5 ein Leitspannungs-Zeit Diagramm, gemessen am Drehzahlsollwerteingang und am Strombegrenzungseingang des Leistungsteils sowie Fig. 5 is a control voltage-time diagram, measured at the speed setpoint input and the current limiting input of the power section and
Fig. 6 die Schweißzange nach Fig. 1a einschließlich einer schematischen Darstellung einer gegenüber Fig. 1a abgeänderten Steuerung. Fig. 6 shows the welding gun according to Fig. 1a including a schematic representation of a control modified compared to Fig. 1a.
Fig. 1a zeigt eine Schweißzange zum Verbinden von Blechteilen 1 mit zwei um einen gemeinsamen Drehpunkt 2 schwenkbaren Elektrodenarmen 3a, b. An den äußeren Enden der Elektrodenarme 3a, b sind Stiftelektroden 4a, b angeordnet, die stirnseitig an der Kontaktstelle mit den Blechteilen 1 von Elektrodenkappen 5a, 5b umgeben werden. An den gegenüberliegenden Enden sind die Elektrodenarme 3a, 3b in Elektrodenarmhalterungen 64 gesteckt und mittels Schrauben festgeklemmt. Jede Elektrodenarmhalterung 64 befindet sich zwischen zwei Wangen eines Zangenarms 69 (vgl. Fig. 1d). Fig. 1a shows a welding gun for connecting sheet metal parts 1 with two electrode arms 3 a, b pivotable about a common pivot point 2 . At the outer ends of the electrode arms 3 a, b, pin electrodes 4 a, b are arranged, which are surrounded at the contact point with the sheet metal parts 1 by electrode caps 5 a, 5 b. The electrode arms 3 are at opposite ends of a, 3 b plugged into Elektrodenarmhalterungen 64 and clamped by means of screws. Each electrode arm holder 64 is located between two cheeks of a clamp arm 69 (cf. FIG. 1d).
Der Abstand der Elektroden 4a, b lässt sich mit einer von einem Elektromotor 6, insbesondere einem Servomotor angetriebenen Spindel 7 verändern, in dem sie den Abstand zwischen an den gegenüberliegenden Enden der Elektrodenarme 3 a, b angeordneten Gelenken 8a, 8b verändert. The distance between the electrodes 4 a, b can be changed with a spindle 7 driven by an electric motor 6 , in particular a servo motor, by changing the distance between joints 8 a, 8 b arranged on the opposite ends of the electrode arms 3 a, b.
Der Schweißstrom fließt von einen Schweißtransformator 9 durch die Elektrodenarme 3a, b zu den Elektroden 4a, b. Der Schweißtransformator 9 ist über ein Schweißstromkabel 11 mit einem von einer Widerstandsschweißsteuerung 13 gesteuerten Schweißleistungsteil 12 verbunden. Wie in Fig. 1b erkennbar, bewirkt der Schweißstrom an der Kontaktstelle der zwischen den Elektrodenkappen 5a, b zusammengepressten Blechteile 1 eine Temperaturerhöhung, die eine Schweißlinse 26 ausbildet. Eine an die Aufschmelzung anschließende Abkühlung unter Wirkung von Presskräften führt zu einer Erstarrung der Schweißlinse 26. The welding current flows from a welding transformer 9 through the electrode arms 3 a, b to the electrodes 4 a, b. The welding transformer 9 is connected via a welding current cable 11 to a welding power unit 12 controlled by a resistance welding controller 13 . As can be seen in FIG. 1 b, the welding current at the contact point of the sheet metal parts 1 compressed between the electrode caps 5 a, b causes a temperature increase, which forms a welding lens 26 . A cooling after the melting under the action of pressing forces leads to a solidification of the welding lens 26 .
Fig. 1c zeigt die Befestigung des als Dehnungssensor ausgestalteten Kraftsensors 63 auf der Oberfläche der Elektrodenarmhalterung 64 mittels einer Schraubverbindung 65. Der Dehnungssensor misst die Abstandsänderung zwischen zwei Messpunkten 66, 67 auf der Oberfläche der Elektrodenarmhalterung 64, die durch die von den Elektrodenarmen 3a, 3b in der Halterung 64 hervorgerufenen Biegespannungen verursacht wird. Fig. 1c shows the mounting of the strain sensor configured as a force sensor 63 on the surface of Elektrodenarmhalterung 64 by a screw 65th The strain sensor measures the change in distance between two measuring points 66, 67 is caused on the surface of Elektrodenarmhalterung 64 b by the arms of the electrodes 3 a, 3 in the holder 64 caused bending stresses.
Die zur Messung der Dehnung in dem Kraftsensor an den Messpunkten 66, 67 vorgesehenen piezoelektrischen Sensorelemente liefern als Ausgangssignal eine elektrische Ladung, die direkt proportional der gemessenen Dehnung ist. In den Kraftsensor 63 ist ein in der Fig. 1c nicht dargestellter Verstärker für die elektrische Ladung integriert, der die Änderung der elektrischen Ladung in ein Spannungssignal, den Kraftistwert 60 (Fig. 1), wandelt, und über ein in Fig. 1c angedeutetes Messkabel 68 an eine Zangensteuerung 24 überträgt. The piezoelectric sensor elements provided for measuring the strain in the force sensor at the measuring points 66 , 67 deliver an electrical charge as an output signal which is directly proportional to the measured strain. In the force sensor 63, a 1c not shown amplifier in the Fig. For the electric charge is integrated, the change of the electric charge into a voltage signal, the force actual value 60 (FIG. 1), converts, and a in Fig. 1c, indicated measuring cable 68 transmits to a tong control 24 .
Der Elektromotor 6 für die Bewegung der Elektrodenarme 3a, 3b ist über ein Motorkabel 14 mit einem handelsüblichen Leistungsteil 15 für Schweißzangen verbunden. Das Leistungsteil 15 umfasst eine Drehzahlregelung 16 und einen nicht dargestellten Leistungsschalter für den Elektromotor 6, beispielsweise einem ein 4 Quadranten-PI-Drehzahl-Servoregler (PI: = Proportional-Integral) und einen untergelagertem PI- Stromregler. Als Schnittstelle weist das Leistungsteil 15 einen als Resolvereingang ausgestalteten Eingang für die Spindelposition 17, einen Drehzahlsollwerteingang 18, einen Strombegrenzungseingang 19, einen Stromistwertausgang 21 und einen Spindelpositionsistwertausgang 22 auf. The electric motor 6 for the movement of the electrode arms 3 a, 3 b is connected via a motor cable 14 to a commercially available power unit 15 for welding guns. The power section 15 comprises a speed control 16 and a circuit breaker (not shown) for the electric motor 6 , for example a 4-quadrant PI speed servo controller (PI: = proportional integral) and a lower-level PI current controller. As an interface, the power unit 15 has an input configured as a resolver input for the spindle position 17 , a speed setpoint input 18 , a current limiting input 19 , a current actual value output 21 and a spindle position actual value output 22 .
Die Eingänge 18, 19 sowie die Ausgänge 21, 22 sind mit einer Schweißzangensteuerung 24 mit integrierter Positionsregelung 25 verbunden. Auch die Positionsregelung besitzt PI-Charakteristik, um kleinste Regelabweichungen ohne bleibenden Fehler ausregeln zu können. The inputs 18 , 19 and the outputs 21 , 22 are connected to a welding gun control 24 with integrated position control 25 . The position control also has PI characteristics so that the smallest control deviations can be corrected without permanent errors.
Der Ablauf für das Setzen eines Schweißpunktes mit der beschriebenen Schweißzange gliedert sich in eine Schließphase 27, eine Elektrodenkraftaufbauphase 28, eine Schweißphase 30 und ggf. eine Auswerteverlängerungsphase 32. In Fig. 2 ist die Antriebsposition über die einzelnen Phasen dargestellt. The procedure for setting a welding point with the described welding gun is divided into a closing phase 27 , an electrode force build-up phase 28 , a welding phase 30 and, if necessary, an evaluation extension phase 32 . In FIG. 2, the driving position is shown on the individual phases.
Die Positionsregelung 25 gibt einen über die Zangensteuerung 24 wählbares Drehzahlsollwertprofil 40 (Fig. 5) an den Drehzahlsollwerteingang 18 des Leistungsteils aus und vergrößert unter Berücksichtigung des Spindelpositionsistwertes 23 den Abstand zwischen den Gelenken 8a, 8b der elektrisch angetriebenen Spindel 7, so dass sich die auf dem gemeinsamen Drehpunkt 2 gelagerten Elektrodenarme 3a, b und die daran angeordneten Stiftelektroden 4a, 4b aufeinander zu bewegen. Im Diagramm nach Fig. 2 ist eine deutliche Änderung des Spindelpositionsistwertes 23 während der Schließphase 27 zu erkennen. Zunächst berühren die beiden Elektrodenkappen 5a, 5b die zu verschweißenden Blechteile 1 von beiden Seiten. Sodann werden die Blechteile 1 durch eine weiteres Vergrößern des Gelenkabstandes zusammengepresst. Die von der Positionsreglung 6 durchgeführte Schließphase 27 endet nach 0,24 sec, wenn der Kraftistwert 60 einen von der Zangensteuerung 24 vorgegebenen Kraftgrenzwert erreicht und/oder die Antriebsgeschwindigkeit unter einen Geschwindigkeitsgrenzwert fällt. Hierzu wird der Kraftistwert 60 fortlaufend erfasst und in der Zangensteuerung 24 mit dem Kraftgrenzwert verglichen und/oder die aus der Änderung des Spindelpositionsistwertes abgeleitete Antriebsgeschwindigkeit mit einem vorgegebenen Geschwindigkeitsgrenzwert verglichen. In Fig. 2 ist an der abnehmenden Steigung der Spindelpositionskurve erkennbar, dass zum Schluss der Schließphase 27 die Antriebsgeschwindigkeit abfällt und unter den Geschwindigkeitsgrenzwert fällt. The position control 25 outputs a speed setpoint profile 40 ( FIG. 5) which can be selected via the tongs control 24 ( FIG. 5) to the speed setpoint input 18 of the power unit and, taking into account the spindle position actual value 23, increases the distance between the joints 8 a, 8 b of the electrically driven spindle 7 , so that to move the electrode arms 3 a, b mounted on the common pivot point 2 and the pin electrodes 4 a, 4 b arranged thereon towards one another. A clear change in the actual spindle position value 23 during the closing phase 27 can be seen in the diagram according to FIG. 2. First, the two electrode caps 5 a, 5 b touch the sheet metal parts 1 to be welded from both sides. The sheet metal parts 1 are then pressed together by further increasing the joint spacing. The closing phase 27 carried out by the position control 6 ends after 0.24 sec when the actual force value 60 reaches a force limit value specified by the clamp controller 24 and / or the drive speed falls below a speed limit value. For this purpose, the actual force value 60 is continuously recorded and compared with the force limit value in the tongs control 24 and / or the drive speed derived from the change in the spindle position actual value is compared with a predetermined speed limit value. In FIG. 2 it can be seen from the decreasing slope of the spindle position curve that at the end of the closing phase 27 the drive speed drops and falls below the speed limit.
Am Ende der Schließphase 27, also beim Erreichen des Kraftgrenzwertes und/oder Unterschreiten des Geschwindigkeitsgrenzwertes, schaltet die Zangensteuerung 24 von der Positionsregelung 25 auf die Drehzahlregelung 16 um. Über den Strombegrenzungseingang 19 erhält die Drehzahlregelung 16 von der Zangensteuerung 24 eine Leitspannung 53 (Fig. 5), die den Motorstrom auf einen Wert unterhalb des maximal möglichen Motorstromes begrenzt. Die Begrenzung des zum Antriebsmoment proportionalen Antriebsstroms auf einen Stromgrenzwert 52 entspricht einer Vorgabe der Kraft zwischen den beiden Elektrodenkappen 5a, b, der Elektrodenkraft. In der Elektrodenkraftaufbauphase 28 wird daher der Antriebsstrom durch Vorgabe einer Leitspannung 53 an dem Strombegrenzungseingang 19 auf denjenigen Stromgrenzwert begrenzt, aus dem die gewünschte Elektrodenkraft zwischen den Elektroden unter Berücksichtigung der Hebelverhältnisse der Schweißzange und der Spindelsteigung resultiert, beispielsweise 3 kN. At the end of the closing phase 27 , that is to say when the force limit value is reached and / or the speed limit value is undershot, the gun control 24 switches from the position control 25 to the speed control 16 . Via the current limiting input 19 , the speed control 16 receives a control voltage 53 from the clamp controller 24 ( FIG. 5), which limits the motor current to a value below the maximum possible motor current. Limiting the drive current proportional to the drive torque to a current limit value 52 corresponds to a specification of the force between the two electrode caps 5 a, b, the electrode force. In the electrode force build-up phase 28 , the drive current is therefore limited by specifying a control voltage 53 at the current limiting input 19 to that current limit value from which the desired electrode force between the electrodes results, taking into account the lever ratios of the welding gun and the spindle pitch, for example 3 kN.
In der Zangensteuerung 24 wird während der Elektrodenkraftaufbauphase 28 fortlaufend der zu der Elektrodenkraft proportionale Kraftistwert 60 erfasst und dort in die resultierende Kraft zwischen den Elektrodenkappen 5a, b umgerechnet. In Fig. 3 ist der Anstieg des Kraftistwerts 60 bis zu einer gewünschten Elektrodenkraft 61 zu erkennen, die durch Vorgabe des Stromsgrenzwertes bestimmt wird. During the electrode force build-up phase 28, the actual force value 60 , which is proportional to the electrode force, is continuously recorded in the tongs control 24 and converted there into the resulting force between the electrode caps 5 a, b. In Fig. 3, the increase in Kraftistwerts 60 can be seen to a desired electrode force 61, which is determined by setting the current limit value.
Die Schweißzange schließt nun so weit, bis sich die gewünschte Elektrodenkraft zwischen den Elektrodenkappen 5a, 5b einstellt. Zu diesem Zeitpunkt ist der zweite Kraftistwert 61 und damit ein definiertes Antriebsmoment erreicht. Eine weitere Erhöhung der Kraft zwischen den Elektrodenkappen 5a, 5b findet daher nicht statt. The welding gun now closes until the desired electrode force is established between the electrode caps 5 a, 5 b. At this point in time, the second actual force value 61 and thus a defined drive torque is reached. There is therefore no further increase in the force between the electrode caps 5 a, 5 b.
Im Diagramm nach Fig. 2 ist das Ende der Elektrodenkraftaufbauphase 28 nach etwa 0,34 sec erkennbar. The end of the electrode force build-up phase 28 can be seen in the diagram according to FIG. 2 after about 0.34 sec.
Mit Erreichen der Schließkraft überträgt die Zangensteuerung 9 ein Startsignal 35, beispielsweise einen aktiven 24 Volt Pegel, an die Widerstandsschweißsteuerung 13, die den Schweißstrom für den Schweißvorgang nach einer dort programmierten Vorpresszeit auslöst. When the closing force is reached, the gun controller 9 transmits a start signal 35 , for example an active 24 volt level, to the resistance welding controller 13 , which triggers the welding current for the welding process after a pre-pressing time programmed there.
Die Widerstandsschweißsteuerung 13 erzeugt über das Schweiß- Leistungsteil 12 und den Schweißtransformator 9 einen Stromfluss zwischen den beiden Elektrodenkappen 5a, 5b durch die dazwischen befindlichen Blechteile 1. The resistance welding controller 13 generates a current flow between the two electrode caps 5 a, 5 b through the sheet metal parts 1 located between them via the welding power section 12 and the welding transformer 9 .
Die beiden Elektrodenkappen 5a, 5b pressen mit einer vorgegebenen Kraft die Blechteile 1 zusammen, wodurch das nun weiche und/oder flüssige Material deformiert, komprimiert und/oder zur Seite gedrückt wird, so dass sich die beiden Elektrodenkappen 5a, 5b annähern ("Eindringen"). Dieses Annähern der beiden Elektrodenkappen 5a, 5b bewirkt eine Kraftentlastung der Elektrodenarme 3a, 3b und daraus resultierend eine Änderung der gemessenen Kraft in der Elektrodenarmhalterung 64. The two electrode caps 5 a, 5 b press the sheet metal parts 1 together with a predetermined force, as a result of which the now soft and / or liquid material is deformed, compressed and / or pressed to the side, so that the two electrode caps 5 a, 5 b approach each other ("Penetration"). This approach of the two electrode caps 5 a, 5 b brings about a relief of the force of the electrode arms 3 a, 3 b and, as a result, a change in the measured force in the electrode arm holder 64 .
Während der Schweißphase 30 liegt häufig, wie auch in dem dargestellten Ausführungsbeispiel, noch keine auswertbare Änderung des Motormoments vor, da sich bis zum Abschalten des Schweißstromes der Abstand der Elektrodenkappen zueinander zunächst vergrößert ("öffnen"). Erst nach dem Abschalten des Schweißstromes und dem Abkühlen des Schweißgutes zwischen den Elektrodenkappen bewegen sich die Elektrodenkappen wieder aufeinander zu. Es kann daher notwendig sein, der Schweißphase 30, eine Auswerteverlängerungsphase 32 folgen zu lassen. During the welding phase 30 , as in the exemplary embodiment shown, there is often no evaluable change in the motor torque, since the distance between the electrode caps initially increases ("opens") until the welding current is switched off. The electrode caps only move towards each other again after the welding current has been switched off and the weld metal between the electrode caps has cooled down. It may therefore be necessary to follow the welding phase 30 , an evaluation extension phase 32 .
Die Auswerteverlängerungsphase 32 ist in mehrere Verlängerungsabschnitte 38a-d (Fig. 2) unterteilt. Nach Ablauf des ersten Verlängerungsabschnitts 38a wird eine Auswertung des Kraftistwertes 60 über die gesamte Schweißphase 30 einschließlich des Verlängerungsabschnitts 38a durchgeführt. The evaluation extension phase 32 is divided into a plurality of extension sections 38 a-d ( FIG. 2). After the end of the first extension section 38 a, an evaluation of the actual force value 60 is carried out over the entire welding phase 30 including the extension section 38 a.
Diese Auswertung liefert eine Maßzahl, die proportional der Eindringtiefe der Elektrodenkappen 5a, 5b während des Schweißprozesses bzw. nach dem Schweißprozess ist. This evaluation provides a measure that is proportional to the penetration depth of the electrode caps 5 a, 5 b during the welding process or after the welding process.
Überschreitet die Maßzahl einen festgelegten Grenzwert, besagt dies, dass die Elektrodenkappen 5a, 5b tief genug eingedrungen sind, so dass mit hoher Wahrscheinlichkeit eine gute Schweißung vorliegt. Die Auswertung kann dann beendet und die Schweißzange in einer Öffnungsphase 39 (Fig. 2, 3) geöffnet werden. Wird der Grenzwert nicht erreicht, besagt dies, dass die Elektrodenkappen 5a, 5b nicht ausreichend tief eingedrungen sind, so dass mit hoher Wahrscheinlichkeit keine ordnungsgemäße Schweißung vorliegt. In diesem Fall erfolgt nach Ablauf eines weiteren Verlängerungsabschnitts 38b eine erneute Auswertung des Kraftistwertes 60 über die Schweißphase 30 sowie die abgelaufenen Verlängerungsabschnitte 38a, b. Unterschreitet die Maßzahl nach wie vor den Grenzwert, wird die Auswertung so lange wiederholt, bis die maximale Dauer der Auswerteverlängerungsphase 38a-38d erreicht ist oder die Maßzahl den Grenzwert überschritten hat. If the dimension figure exceeds a specified limit value, this means that the electrode caps 5 a, 5 b have penetrated deep enough so that there is a high probability that the weld is good. The evaluation can then be ended and the welding gun opened in an opening phase 39 ( FIGS. 2, 3). If the limit value is not reached, this means that the electrode caps 5 a, 5 b have not penetrated sufficiently deeply, so that there is a high probability that there is no proper welding. In this case, after another extension section 38 b has expired, the actual force value 60 is evaluated again via the welding phase 30 and the expired extension sections 38 a, b. If the dimension figure still falls below the limit value, the evaluation is repeated until the maximum duration of the evaluation extension phase 38 a- 38 d has been reached or the dimension figure has exceeded the limit value.
Wurde der Grenzwert bis zum Abschluss der Auswerteverlängerungsphase nach 0,9 sec nicht überschritten wird die Schweißzange geöffnet und das Vorliegen eines Fehlers signalisiert. Was the limit until the end of the The evaluation extension phase is not exceeded after 0.9 sec Welding gun opened and the presence of an error signaled.
Durch eine Auswertung des Kraftistwertes 60 über die Schweißphase 30 und ggf. einen oder mehrere Verlängerungsabschnitte 38a-d der Auswerteverlängerungsphase 32 ist eine Erkennung der Eindringtiefe der Elektrodenkappen 5a, 5b möglich. Ein Ausbleiben einer Änderung des Kraftistwertes 60 zeigt eindeutig einen fehlerhafte Verschweißung, z. B. einen Nebenschluss. By evaluating the actual force value 60 via the welding phase 30 and possibly one or more extension sections 38 a-d of the evaluation extension phase 32 , a detection of the penetration depth of the electrode caps 5 a, 5 b is possible. Failure to change the actual force value 60 clearly shows a faulty weld, e.g. B. a shunt.
Die Auswertung des Kraftistwertes 60 über die Zeit darf erst
in der Schweißphase 30 beginnen. Ein Beispiel für eine
Auswertung des Kraftistwertes 60 wird anhand von Fig. 4
erläutert:
Es wird über die gesamte Schweißphase 30 und die benötigten
Verlängerungsabschnitte 38a-d der
Auswerteverlängerungsphase 32 (Auswertezeitraum) ein linearer Mittelwert der
Kraftistwerte berechnet. Die den berechneten Mittelwert
darstellende waagerechte Gerade ist in Fig. 4 mit 41
gekennzeichnet.
The evaluation of the actual force value 60 over time may only begin in the welding phase 30 . An example of an evaluation of the actual force value 60 is explained with reference to FIG. 4:
A linear mean value of the actual force values is calculated over the entire welding phase 30 and the required extension sections 38 a-d of the evaluation extension phase 32 (evaluation period). The horizontal straight line representing the calculated mean is identified by 41 in FIG. 4.
Über den gleichen Auswertezeitraum wird eine lineare Regression berechnet, die im Fall des Einsinkens der Elektrodenkappen 5a, 5b eine Geradengleichung mit einer negativen Steigung liefert. Die berechnete Gerade 42 ist in Fig. 4 ebenfalls dargestellt. A linear regression is calculated over the same evaluation period, which provides a straight line equation with a negative slope if the electrode caps 5 a, 5 b sink in. The calculated straight line 42 is also shown in FIG. 4.
Der Schnittpunkt 43 dieser beiden Geraden kennzeichnet den Zeitpunkt des Einsinkens der Elektrodenkappen, der in Fig. 4 nach etwa 0,77 sec erreicht ist. The intersection 43 of these two straight lines marks the point in time at which the electrode caps sink in, which is reached in FIG. 4 after about 0.77 seconds.
Anschließend wird ein vorderer Referenzbereich 44 und ein hinterer Messbereich 45 festgelegt, wobei die beiden Bereiche 44, 45 durch den Schnittpunkt der Geraden 41, 42 voneinander getrennt sind. A front reference area 44 and a rear measuring area 45 are then defined, the two areas 44 , 45 being separated from one another by the intersection of the straight lines 41 , 42 .
Nun wird für beide Bereiche 44, 45 nochmals eine lineare Regression gerechnet, die jeweils eine Geradengleichung für den Referenz 44 und den Messbereich 45 ergibt. Die berechneten Geraden 46, 47 sind in Fig. 4 ebenfalls dargestellt. A linear regression is now calculated for both areas 44 , 45 , each of which yields a straight line equation for reference 44 and measuring area 45 . The calculated straight lines 46 , 47 are also shown in FIG. 4.
Der durch die Mitte der Geraden 46, 47 definierten Schwerpunkte 48, 49 für den Referenz 44 - und Messbereich 45 werden errechnet und die Differenz zwischen den Schwerpunkten berechnet. Dieser Wert bildet die Maßzahl, die nach einem Vergleich mit dem Grenzwert eine Entscheidung über ein ausreichendes Eindringen der Elektrodenkappen erlaubt. The focal points 48 , 49 defined for the reference 44 and measuring range 45 by the center of the straight line 46 , 47 are calculated and the difference between the focal points is calculated. This value forms the dimension figure which, after a comparison with the limit value, allows a decision to be made about a sufficient penetration of the electrode caps.
F. Interpretation der MaßzahlF. Interpretation of the measure
Die Maßzahl entspricht einem gemessenen Kraftunterschied. Durch das Eindringen nähern sich die beiden Elektrodenkappen 5a, 5b einander an. Wegen der konstanten Federsteifigkeit der Elektrodenarme 2 entspricht dies einer Kraftentlastung der Arme. Folglich lässt sich die Maßzahl in eine entsprechende Änderung des Elektrodenabstandes und damit die Eindringtiefe umrechnen. The dimension corresponds to a measured difference in force. By penetrating the two electrode caps 5 a, 5 b approach each other. Because of the constant spring stiffness of the electrode arms 2 , this corresponds to a relief of the arms. Consequently, the dimension figure can be converted into a corresponding change in the electrode spacing and thus the depth of penetration.
Die Beurteilung der Schweißqualität erlaubt es, nach der Schweißung geeignete Maßnahmen einzuleiten, wie beispielsweise eine Wiederholung des Schweißvorgangs und/oder eine Meldung an eine übergeordnete, in Fig. 1a dargestellte Roboter-Steuerung 50. The assessment of the welding quality makes it possible to initiate suitable measures after the welding, such as, for example, repeating the welding process and / or reporting to a higher-level robot controller 50 shown in FIG. 1a.
In einer Ausgestaltung der Steuerung nach Fig. 6 sind die Widerstandsschweißsteuerung 13 und die Zangensteuerung 24 nicht nur durch die Leitung für das Startsignal 35 zur Auslösung des Schweißstromes, sondern darüber hinaus über ein bidirektionales Interface 70 miteinander verbunden. Das Interface 70 ist ein CAN-(Controller Area Network)-Bus. Die galvanische Trennung zwischen der Widerstandsschweißsteuerung 13 und der Zangensteuerung 24 bewirkt ein Optokoppler. In an embodiment of the control according to FIG. 6, the resistance welding control 13 and the gun control 24 are connected to one another not only by the line for the start signal 35 for triggering the welding current, but also via a bidirectional interface 70 . The interface 70 is a CAN (Controller Area Network) bus. The galvanic isolation between the resistance welding control 13 and the gun control 24 causes an optocoupler.
Die Widerstandsschweiß-Steuerung 13 überträgt über den CAN- Bus 70 an die Zangensteuerung 24 ein Signal über die Beendigung der Schweißphase 30 und eine Maßzahl für die Qualität der Verschweißung. Die Zangensteuerung 24 ermittelt die gualität der Schweißverbindung unter Berücksichtigung der Auswertung des Kraftistwertes 60, wie unter D. und E. beschrieben, sowie der von der Widerstandsscheiß-Steuerung 13übertragenen Maßzahl, z. B. in dem im einfachsten Fall der Mittelwert aus beiden Maßzahlen errechnet wird, der mit einem oberen und einem unteren Grenzwert verglichen wird. Die gemeinsame Auswertung der Maßzahl von der Widerstandsschweißsteuerung 13 und der aus dem Kraftistwert 60 in der Zangensteuerung 24 ermittelten Maßzahl erhöht die Aussagegenauigkeit über die Eindringtiefe der Schweißelektroden 4a, 4b erheblich. The resistance welding controller 13 transmits a signal to the gun controller 24 via the CAN bus 70 that the welding phase 30 has ended and a measure of the quality of the welding. The tongs control 24 determines the quality of the welded connection, taking into account the evaluation of the actual force value 60 , as described under D. and E., as well as the dimension number transmitted by the resistance welding control 13 , e.g. B. in the simplest case, the mean value is calculated from both measures, which is compared with an upper and a lower limit value. The joint evaluation of the dimension figure by the resistance welding control 13 and the dimension figure determined from the actual force value 60 in the gun controller 24 considerably increases the accuracy of the information about the penetration depth of the welding electrodes 4 a, 4 b.
Die in der Zangensteuerung 24 abgelegten Schweißparameter werden in der entgegengesetzten Richtung während der Schließphase 27 über den Can-Bus 70 an die Widerstandsschweiß- Steuerung 13 übertragen. Diese Maßnahme ermöglicht es, die anschließende Elektrodenkraftaufbauphase 28 für die Vorpresszeit und Vorwärmung der Elektroden 4a, 4b vor dem Beginn der eigentlichen Schweißphase 30 zu nutzen. Hierdurch lässt sich die Gesamtdauer eines Verfahrenszyklus reduzieren. The welding parameters stored in the gun controller 24 are transmitted in the opposite direction during the closing phase 27 via the Can bus 70 to the resistance welding controller 13 . This measure makes it possible to use the subsequent electrode force build-up phase 28 for the pre-pressing time and preheating of the electrodes 4 a, 4 b before the start of the actual welding phase 30 . This can reduce the overall duration of a process cycle.
Weiter ist aus Fig. 6 erkennbar, dass der Zangen- und
Widerstandsschweiß-Steuerung 13, 24 eine Roboter-Steuerung 50
vorgeordnet ist, die über einen bidirektionalen Bus 71 mit der
Zangensteuerung 24 verbunden ist. Eine zusätzlicher
bidirektionaler Bus zwischen der Roboter-Steuerung 50 und der
Widerstandsschweiß-Steuerung 13 ist nicht erforderlich, da die
Signale zwischen der Robotersteuerung 50 und der
Widerstandsschweißsteuerung 13 über das bidirektionale CAN-Interface 70
übertragen werden können. Alternativ ist es möglich, den
bidirektionalen Bus 71 ausschließlich mit der
Widerstandsschweiß-Steuerung 13 zu verbinden.
Bezugszeichenliste
1 Blechteile
2 Drehpunkt
3a, b Elektrodenarm
4a, b Stiftelektroden
5a, b Elektrodenkappen
6 Elektromotor
7 Spindel
8a, b Gelenke
9 Schweißtransformator
10 -
11 Schweißstromkabel
12 Schweißleistungsteil
13 Widerstandsschweiß-
Steuerung
14 Motorkabel
15 Leistungsteil
16 Drehzahlregelung
17 Eingang
Spindelposition
18
Drehzahlsollwerteingang
19
Strombegrenzungseingang
20 -
21 Stromistwertausgang
22
Spindelpositionsistwertausgang
23 Signal
Antriebspositionsistwert
24
Schweißzangensteuerung
25 Positionsregelung
26 Schweißlinse
27 Schließphase
28
Elektrodenkraftaufbauphase
29 -
30 Schweißphase
31 -
32
Auswerteverlängerungsphase
33 Stromistwert
34 Referenzposition
35 Startsignal
36 Drehzahlsollwert
37 Maximale Öffnung
38a-d Verlängerungsabschnitte
39 Öffnungsphase
40 Drehzahlsollwertprofil
41 Gerade
42 Gerade
43 Schnittpunkt
44 Referenzbereich
45 Messbereich
46 Gerade
47 Gerade
48 Schwerpunkt
49 Schwerpunkt
50 Roboter-Steuerung
51 Maximales Eindringen
52 Stromgrenzwert
53 Leitspannung
60 Kraftistwert
61 Elektrodenkraft
62 -
63 Kraftsensor
64 Elektrodenarmhalterung
65 Schraubverbindung
66, 67 Messpunkte
68 Messkabel
69 Zangenarm
70 Interface (CAN-Bus)
71 bidirektionales
Interface
6 further seen from FIG. Recognized that the forceps and resistance weld controller 13, a robot controller 24 is disposed upstream of 50, which is connected via a bidirectional bus 71 with the forceps control 24. An additional bidirectional bus between the robot controller 50 and the resistance welding control 13 is not necessary, since the signals between the robot controller 50 and the resistance welding control 13 via the bidirectional CAN interface can be transmitted 70th Alternatively, it is possible to connect the bidirectional bus 71 exclusively to the resistance welding controller 13 . REFERENCE LIST 1 sheet metal parts
2 pivot point
3a, b electrode arm
4a, b pin electrodes
5a, b electrode caps
6 electric motor
7 spindle
8a, b joints
9 welding transformer
10 -
11 welding power cables
12 welding power unit
13 Resistance welding control
14 motor cables
15 power section
16 speed control
17 Spindle position input
18 Speed setpoint input
19 current limit input
20 -
21 Current actual value output
22 Actual spindle position output
23 Actual drive position signal
24 welding gun control
25 position control
26 welding lens
27 closing phase
28 Electrode power build-up phase
29 -
30 welding phase
31 -
32 Evaluation extension phase
33 Current actual value
34 Reference position
35 start signal
36 Speed setpoint
37 Maximum opening
38 a-d extension sections
39 opening phase
40 speed setpoint profile
41 straight
42 straight
43 intersection
44 Reference range
45 measuring range
46 straight
47 Straight
48 focus
49 focus
50 robot control
51 Maximum penetration
52 Current limit
53 control voltage
60 Actual force value
61 electrode force
62 -
63 force sensor
64 electrode arm holder
65 screw connection
66 , 67 measuring points
68 measuring cables
69 pliers arm
70 interface (CAN bus)
71 bidirectional interface
Claims (23)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2002124402 DE10224402A1 (en) | 2002-06-01 | 2002-06-01 | Welding tongs for electrical resistance welding has two electrodes, of which at least one is attached to electrode arm, force sensor arranged on one electrode arm holder |
| EP02018409A EP1291113A1 (en) | 2001-09-11 | 2002-08-16 | Welding gun and method of judging the weld quality |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2002124402 DE10224402A1 (en) | 2002-06-01 | 2002-06-01 | Welding tongs for electrical resistance welding has two electrodes, of which at least one is attached to electrode arm, force sensor arranged on one electrode arm holder |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2002124402 Withdrawn DE10224402A1 (en) | 2001-09-11 | 2002-06-01 | Welding tongs for electrical resistance welding has two electrodes, of which at least one is attached to electrode arm, force sensor arranged on one electrode arm holder |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE10224402A1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2002
- 2002-06-01 DE DE2002124402 patent/DE10224402A1/en not_active Withdrawn
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| EP4063057A1 (en) * | 2021-03-25 | 2022-09-28 | Robert Bosch GmbH | Method for the resistance welding of workpieces |
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| 8141 | Disposal/no request for examination |