DE19514687B4

DE19514687B4 - Verfahren zur Regelung des Widerstandsschweißens

Info

Publication number: DE19514687B4
Application number: DE19514687A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Hekinan Kawagoe; Keizo Zyouko
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-04-20
Filing date: 1995-04-20
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2015-04-21
Also published as: JPH07284956A; JP2783155B2; DE19514687A1; US5587091A

Abstract

Verfahren zur Regelung des Widerstandsschweißens beim Verschweißen von zwischen zwei Elektroden (3, 4) angeordneten Schweißteilen (1, 2) mit den folgenden Schritten:
Bestimmen der Stärke eines Schweißstroms für einen ersten Schweißvorgang;
Bestimmen einer Schweißstromzeit aufgrund einer während des ersten Schweißvorgangs erfolgten vorgegebenen Elektrodenverschiebung;
Berechnen einer Zeitdifferenz zwischen der bestimmten Schweißstromzeit und einer vorgegebenen Soll-Schweißstromzeit;
Vergrößern oder Verkleinern einer Stärke des Schweißstroms für einen nächsten Schweißvorgang in Abhängigkeit der berechneten Zeitdifferenz.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung des Widerstandsschweißens.

In der US-PS 4,634,828 ist ein auf das Widerstandsschweißen bezogenes Regelungsverfahren offenbart, bei dem Schweißbedingungen, wie etwa ein Schweißstrom und eine Schweißzeitdauer, in Abhängigkeit von einer Veränderung der Schweißmaterialien geregelt werden. Das Verfahren gemäß der US-PS 4,634,828 umfasst den Schritt des Erfassens des niedrigsten lokalen, in einer anfänglichen Schweißperiode auftretenden Widerstandswerts zwischen Elektrodenspitzen, den Schritt des Vergleichens des erfassten niedrigsten Werts mit einer Vielzahl von Referenzwiderstandswerten für die Erkennung des Materials einer gerade erfolgenden Schweißung und den Schritt des Veränderns der Schweißbedingungen (wie etwa des Schweißstroms und der Schweißzeitdauer) in Abhängigkeit von dem erkannten Material. Die Referenzwiderstandswerte sind entsprechend Schweißmaterialien von unterschiedlichen Arten voreingestellt und in mehrere Klassen unterteilt.

In der japanischen veröffentlichten ungeprüften Patentanmeldung 5-337655 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung eines Schweißstroms bei einem Widerstandsschweißgerät offenbart. Das Gerät gemäß dieser JP-OS 5-337655 enthält eine Zentraleinheit CPU, die einen Befehlswert für den Schweißstrom mit rechteckförmiger Wellenform entsprechend anfänglichen, in einer Speicherschaltung gespeicherten Daten abgibt. Ein sekundärseitiger Stromdetektor führt der Zentraleinheit Informationen bezüglich des gegenwärtigen, zwischen Elektrodenspitzen fließenden Schweißstroms zu. Die Zentraleinheit befiehlt einer arithmetischen Schaltung (Rechenschaltung) die Berechnung eines Stromgrenzwerts aus dem Ist-Schweißstrom. Der Stromgrenzwert bezieht sich auf die Erzeugung einer Ausstoßung und eines Oberflächenblitzes. Ein bestimmtes Erregungsmuster wird auf der Grundlage des Stromgrenzwerts aus mehreren Erregungsmustern mit stufenförmiger Wellenform ausgewählt. Der Befehlswert des Schweißstroms wird in Abhängigkeit von dem ausgewählten Erregungsmuster abgegeben. Das Vorhandensein oder Fehlen eines Ausstoßes und eines Oberflächenblitzes wird erfasst und es wird auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses erneut eines der Erregungsmuster ausgewählt.

In der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung 5-337657 ist ein Widerstandsschweiß-Regelungsgerät offenbart, das einen Erfassungsabschnitt für die Erfassung zumindest einer physikalischen Größe bei einem zu schweißenden Teil sowie einen arithmetischen Abschnitt (Rechenabschnitt) zum Durchführen einer numerischen Analyse des Erregungsdurchmessers und des Korndurchmessers als Reaktion auf die erfasste physikalische Größe aufweist. Die Widerstandsschweiß-Steuereinrichtung gemäß der JP-A-5-337657 enthält weiterhin einen Vergleichsabschnitt zum Vergleichen der physikalischen Größe mit einer Modell-Wellenform oder zum Vergleichen einer Kerndurchmesser-Modellwellenform mit dem Kerndurchmesser (Korndurchmesser), der durch den Rechenabschnitt geschätzt wurde, und zum Abgeben des Vergleichergebnisses als ein Regelungssignal. Der Schweißstrom, die Schweißzeitdauer und/oder eine Schweißkraft werden in Abhängigkeit von dem Regelungssignal, das von dem Vergleichsabschnitt abgegeben wird, und dem Erregungsdurchmesser, der von dem Rechenabschnitt abgegeben wird, geändert.

In der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung 3-8585 ist eine Regelung beim Widerstandsschweißen offenbart. Gemäß der Regelung in der JP-A-3-8585 wird ein Widerstandswert aus einem Schweißstrom und einer zwischen Elektroden angelegten Schweißspannung berechnet und der Widerstandwert wird mit einem Modell-Widerstandswert verglichen. Der Schweißstrom wird in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis zur Stabilisierung der Schweißbedingungen geregelt.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur Regelung des Widerstandsschweißens.

Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Eine Regelungsvorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens ist in Anspruch 3 angegeben.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Widerstandsschweißsystems, das ein Verfahren zur Regelung des Widerstandsschweißens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchführt,
2 eine Seitenansicht eines Abschnitts des Widerstandsschweißsystems gemäß 1,
3 ein Schaltbild einer in 1 vorhandenen Regelungsschaltung,
4 eine perspektivische Ansicht eines ersten Beispiels einer Kombination aus einem elektrischen Anschluß und beschichteten elektrischen Drähten, die zusammenzuschweißen sind,
5 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Beispiels einer Kombination aus einem elektrischen Anschluß und einem beschichteten elektrischen Draht, die zusammenzuschweißen sind,
6 eine Darstellung der Beziehung zwischen einer Elektrodenverschiebung und einer Erregungszeitdauer,
7 eine Darstellung der Beziehung zwischen einer Veränderung bei einem nachfolgendem Schweißstrom und der Differenz zwischen der Ist-Erregungsdauer und einer Soll-Erregungsdauer,
8 eine Darstellung einer Beziehung zwischen einer Reihenfolgennummer (Rangnummer) und einem Schweißstromwert,
9 eine Darstellung der Beziehung zwischen einer Erregungszeit (Erregungsdauer), einer unteren Grenze der Segmentwärmeverschlechterung, einer Obergrenze eines Bruchs des oberen Drahts und einer Beschichtungsabschälung, und einem Schrittleistungsindex Cp,
10 eine Darstellung eines prozentualen, bei der vorliegenden Erfindung erhaltenen Fehleranteils und eines prozentualen, bei einem herkömmlichen Beispiel erhaltenen Fehleranteils,
11 enthält ein Blockschaltbild eines Beispiels der Regelungsschaltung gemäß 1,
12 ein Ablaufdiagramm eines Abschnitts eines Programms zum Betreiben der Regelungsschaltung gemäß 11,
13 eine Darstellung eines Widerstandsschweißsystems, das eine Regelung des Widerstandsschweißens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung durchführt, und
14 ein Zeitdiagramm eines Hauptstroms und eines Schweißteilstroms bei dem Widerstandsschweißsystem gemäß 13.
Es wird nun ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Es wird auf die 1 und 2 Bezug genommen. Ein dort gezeigtes Widerstandsschweißsystem dient zum Anschweißen von elektrischen Drähten 1 an einen elektrischen Anschluß 2. Das Widerstandsschweißsystem enthält eine Regelungsvorrichtung. Die elektrischen Drähte 1 enthalten Kupferdrähte oder Kupferlegierungsdrähte, die mit Filmen aus isolierendem Material, wie etwa Polyester oder Harz, beschichtet sind. Enden der elektrischen Drähte 1 werden auf dem elektrischem Anschluß 2 angeordnet. Im einzelnen besitzt ein oberer Abschnitt des elektrischen Anschlusses 2 eine Rille, durch die die elektrischen Drähte 1 verlaufen. Der elektrische Anschluß 2 ist aus geeignetem Metall, wie etwa Kupfer oder einer Kupferlegierung, hergestellt.
Das Widerstandsschweißsystem enthält eine obere Elektrode 3, die aus geeignetem Metall, wie etwa Wolfram, besteht, und eine untere Elektrode 4, die aus geeignetem Metall, wie etwa einer Kupferlegierung, hergestellt ist. Die obere Elektrode 3 kann in vertikaler Richtung relativ zu der unteren Elektrode 4 durch einen geeigneten, nicht gezeigten Antriebsmechanismus bewegt oder verlagert werden. Während des Betriebs des Widerstandsschweißsystems wird eine Spitze oder ein unteres Ende der oberen Elektrode 3 in Berührung mit oberen Oberflächen des Elektrodenanschlusses 2 in einem Bereich direkt oberhalb der elektrischen Drähte 1 zwangsweise gebracht. Die untere Elektrode 4 ist elektrisch mit dem elektrischen Anschluß 2 verbunden.
Eine Schweißenergiequelle 5 besitzt einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß sowie einen Steueranschluß. Der erste und zweite Ausgangsanschluß der Schweißenergiequelle 5 sind mit der oberen Elektrode 3 bzw. der unteren Elektrode 4 verbunden. Die Schweißenergiequelle dient zur Zuführung eines Schweißstroms zu einem Schweißteil über die obere und untere Elektrode 3 und 4.
Ein Positionssensor oder ein Verschiebungssensor 7 ist mit der oberen Elektrode 8 verbunden. Der Sensor 7 erfasst die Position oder die Verschiebung der oberen Elektrode 3 und erzeugt ein Signal, das die erfasste Position oder die erfasste Verschiebung repräsentiert.
Ein Stromsensor 8 ist mit einer elektrischen, die untere Elektrode 4 und die Schweißenergiequelle 5 verbindenden Leitung verknüpft. Der Stromsensor 8 erfasst das Vorhandensein oder das Fehlen eines auf der elektrischen Leitung fließenden Schweißstroms. Der Stromsensor 8 erfasst auch den Pegel (die Größe) des Schweißstroms. Der Stromsensor 8 gibt ein Signal ab, das repräsentiert, ob ein Schweißstrom vorhanden ist oder nicht, und das auch den Pegel (die Größe) des Schweißstroms repräsentiert.
Eine Regelungsschaltung 6A ist elektrisch mit dem Steueranschluß der Schweißenergiequelle 5 verbunden. Die Regelungsschaltung 6A ist weiterhin mit dem Verschiebungssensor 7 und dem Stromsensor 8 elektrisch verbunden. Die Regelungsschaltung 6A empfängt das Ausgangssignal des Verschiebungssensors 7, das die Position oder die Verschiebung der oberen Elektrode 3 repräsentiert. Die Regelungsschaltung 6A empfängt weiterhin das Ausgangssignal des Stromsensors 8, das das Vorhandensein oder Fehlen eines Schweißstroms sowie weiterhin den Pegel des Schweißstroms repräsentiert. Die Regekungsschaltung 6A erzeugt ein Regelungssignal in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Verschiebungssensors 7 und des Stromsensors 8. Die Regelungsschaltung 6A gibt das Regelungssignal an den Steueranschluß der Schweißenergiequelle 5 ab.
Die Schweißenergiequelle 5 enthält einen Abschnitt zur Regelung des Schweißstroms. Der Regelungsabschnitt ist elektrisch mit dem Steueranschluß verbunden. Daher empfängt der Regelungsabschnitt das von der Regelungsschaltung 6A abgegebene Regelungssignal. Der Regelungsabschnitt dient zur Regelung des Schweißstroms in Abhängigkeit von dem Regelungssignal.
Wie in 3 dargestellt ist, besitzt der Regelungsabschnitt 6A Abschnitte 61, 62, 63, 64 und 65. Der Abschnitt 61 empfängt die Ausgangssignale des Verschiebungssensors 7 und des Stromsensors 8. Unter Bezugnahme auf das oder die Ausgangssignale des Verschiebungssensors 7 und/oder des Stromsensors 8 mißt der Abschnitt 61 eine Erregungszeit (Erregungsdauer), die gleich der Zeitdauer ist, während der der Schweißstrom vorhanden bleibt bzw. ist. Der Abschnitt 61 wird als Erregungszeitmeßabschnitt bezeichnet. Der Abschnitt 62 gibt eine Soll-Erregungszeit (eine Befehlserregungszeit) vor. Der Abschnitt 62 wird als Soll-Erregungszeiteinstellabschnitt bezeichnet. Der Abschnitt 63 berechnet den Unterschied zwischen der durch den Erregungszeitmeßabschnitt 61 gemessenen Erregungszeit und der durch den Soll-Erregungszeiteinstellabschnitt 62 eingestellten Soll-Erregungszeit. Der Abschnitt 63 wird als Zeitdifferenzberechnungsabschnitt bezeichnet. Der Zeitdifferenzberechnungsabschnitt 63 informiert den Abschnitt 64 über den berechneten Zeitunterschied zwischen der gemessenen Erregungszeit und der Soll-Erregungszeit. Der Abschnitt 64 speichert eine Mehrzahl von voreingestellten Referenzschweißstromwerten. Der Abschnitt 64 wählt einen der Referenzschweißstromwerte in Abhängigkeit von dem Zeitunterschied zwischen der gemessenen Erregungszeit und der Soll-Erregungszeit aus. Der ausgewählte Referenzschweißstromwert wird bei dem nächsten Schweißvorgang eingesetzt. Der Abschnitt 64 wird als Bedingungskorrekturabschnitt bezeichnet. Der Bedingungskorrekturabschnitt 64 informiert den Abschnitt 65 über den ausgewählten Referenzschweißstromwert. Der Abschnitt 65 setzt oder erzeugt ein Steuersignal, das den ausgewählten Referenzschweißstromwert repräsentiert. Der Abschnitt 65 wird als Korrekturstromeinstellabschnitt bezeichnet. Das Regelungssignal wird während eines nächsten Schweißvorgangs von dem Korrekturstromeinstellabschnitt 65 zu der Schweißenergiequelle 5 übertragen.
4 zeigt ein erstes Beispiel der Kombination eines elektrischen Anschlusses und von beschichteten elektrischen Drähten, die zusammenzuschweißen sind. Bei diesem Beispiel besitzt ein elektrischer Anschluß 2 eines Anlasserkommutators mit verbundener bzw. gemeinsamer Gestalt eine Rille, in der Enden von beschichtenen elektrischen Drähten 1 angeordnet sind. Der elektrische Anschluß 2 ist durch Isolatoren 2G und 2H elektrisch isoliert.
5 zeigt ein zweites Beispiel der Kombination aus einem elektrischen Anschluß und einem beschichteten elektrischen Draht, die zusammenzuschweißen sind. Bei diesem Beispiel besitzt ein elektrischer Anschluß 2a einen gebogenen Abschnitt, der eine Rinne definiert, in der ein Teil eines beschichteten elektrischen Drahts 1 angeordnet ist. Der elektrische Anschluß 2a ist durch einen Isolator 3J elektrisch isoliert.
Es wird nun ein Ablauf des Widerstandsschweißens zwischen einem elektrischen Anschluß 2 und beschichteten elektrischen Drähten in 4 beschrieben. Sätze, die jeweils einen elektrischen Anschluß 2 und beschichtete elektrische Drähte 1 haben, werden aufeinanderfolgend dem Widerstandsschweißsystem gemäß 1 zugeführt und dort angeordnet, und werden aufeinanderfolgend durch dieses Schweißvorgängen unterzogen. Folglich wird ein Schweißvorgang periodisch wiederholt durchgeführt. Das Widerstandsschweißsystem erzeugt Information hinsichtlich der gewünschten Schweißstroms während jedes Schweißvorgangs und regelt den Schweißstrom in Abhängigkeit von der gewünschten Regelungsinformation während eines nächsten Schweißvorgangs.
Genauer gesagt werden beschichtete elektrische Drähte 1 und, ein elektrischer Anschluß 2 zu einem Satz zusammengefasst, wie in 4 gezeigt ist, und dann in dem Widerstandsschweißsystem gemäß 1 angeordnet. Die obere Elektrode wird in Abhängigkeit von einer Schweißzeit "t" verschoben, wie es in 6 gezeigt ist. Der nicht gezeigte Antriebsmechanismus drückt die Elektrode 3 gegen den elektrischen Anschluß 2 mit einer gegebenen Schweißkraft oder einem gegebenen Schweißdruck. Wenn eine Hauptsstufe bzw. ein Hauptabschnitt eines Schweißvorgangs begonnen wird und weiterschreitet, werden der elektrische Anschluß 2 und die elektrischen Drähte 1 deformiert, so daß sich die obere Elektrode 3 bewegen kann. Die Schweißdauer (Schweißzeit) "t" wird in Zykluseinheiten ausgedrückt. Wenn der Schweißstrom mit einem Wechselstrom mit einer Frequenz von 60 Hz übereinstimmt, entspricht ein Zyklus einer Zeitdauer von ungefähr 16,7 ms.
Bezugnehmend auf 6 wird die Zuführung des Schweißstroms von der Schweißenergiequelle 5 zu der oberen und unteren Elektrode 3 und 4 unterbrochen, wenn die obere Elektrode 3 um einen Betrag bewegt wurde, der gleich groß ist wie die Einstellverschiebungsgröße (eine Soll-Verschiebung). In 6 bezeichnen "A", "B" und "C" unterschiedliche Muster von Veränderungen der Verschiebung der oberen Elektrode 3 im Zeitbereich. Das Muster "A" tritt dann auf, wenn die Verschiebung der oberen Elektrode 3 die eingestellte Verschiebungsgröße erreicht, bevor eine Soll-Erregungszeit (eine befohlene Zeiterregungsdauer) verstrichen ist. In diesem Fall ist die Ist-Erregungsdauer kürzer als die Soll-Erregungsdauer. Eine solche kürzere Erregungszeitdauer wird durch eine Einflußgröße, wie etwa eine Störung, hervorgerufen. Das Muster "B" tritt dann auf, wenn die Verschiebung der oberen Elektrode 3 die eingestellte Verschiebungsgröße dann erreicht, wenn die Soll-Erregungszeitdauer abläuft. In diesem Fall ist die Ist-Erregungszeitdauer gleich groß wie die Soll-Erregungszeitdauer und es wird generell eine gute Qualität der resultierenden verschweißten Abschnitte der beschichteten elektrischen Drähte 1 und des elektrischen Anschlusses 2 erhalten. Das Muster "C" tritt dann auf, wenn die Verschiebung der oberen Elektrode 3 den eingestellten Verschiebungsbetrag erreicht, nachdem die Soll-Erregungszeit abgelaufen ist. In diesem Fall ist die Ist-Erregungszeitdauer größer als die Soll-Erregungszeitdauer. Eine solche längere Erregungszeitdauer wird durch eine Einflußgröße, wie etwa eine Störung, hervorgerufen.
Der Soll-Erregungszeiteinstellabschnitt 62 setzt bzw. gibt eine Soll-Erregungszeit vor, die gleich groß ist wie die mit dem Muster "B" in 6 zusammenhängende Soll-Erregungszeit. Wie zuvor beschrieben, entspricht das Muster "B" den Bedingungen, bei denen eine gute Qualität der resultierenden geschweißten Abschnitte der beschichteten elektrischen Drähte 1 und des elektrischen Anschlusses 2 im allgemeinen erhalten wird. Während jedes Schweißvorgangs akzeptiert bzw. übernimmt der Soll-Erregungszeiteinstellabschnitt 61 die Ausgangssignale des Verschiebungssensors 7 und des Stromsensors 8 und mißt die Ist-Erregungszeit unter Bezugnahme auf zumindest eines der Ausgangssignale des Verschiebungssensors 7 und des Stromsensors 8. Es sei angemerkt, daß die Ist-Erregungszeit als die verstrichene Zeit definiert ist, während der Schweißstrom kontinuierlich seit dem Beginn seiner Zuführung vorhanden ist. Der Zeitdifferenzberechnungsabschnitt 63 berechnet den Unterschied zwischen der gemessenen Erregungszeit und der Soll-Erregungszeit, der gleich der gemessenen Erregungszeit abzüglich der Soll-Erregungszeit ist. Die berechnete Zeitdifferenz wird in Zykluseinheiten ausgedrückt. Der Bedingungskorrekturabschnitt 64 bestimmt eine Zunahme oder eine Verringerung des Schweißstroms in Abhängigkeit von der berechneten Zeitdifferenz unter Bezugnahme auf eine vorbestimmte Funktion oder Beziehung, wie es in 7 gezeigt ist. Es sei angemerkt, daß der vergrößerte oder verringerte Schweißstrom während eines ersten Schweißvorgangs zugeführt wird.
Wie in 8 gezeigt ist, sind fünfzehn unterschiedliche, durch Zahlen "1" bis "15" bezeichnete Ränge bzw. Rangzahlen unterschiedlichen Schweißstromwerte von 2100A, 2120A, 2140A, 2160A, 2180A, 2200A, 2220A, 2240A, 2260A, 2280A, 2300A, 2320A, 2340A, 2360A bzw. 2380A zugeordnet. Der Bedingungskorrekturabschnitt 64 wählt eine der Rangzahlen in Abhängigkeit von der berechneten Zeitdifferenz aus.
Wenn die berechnete Zeitdifferenz im Bereich von 10 bis +10 Zyklen liegt, ändert der Bedingungskorrekturabschnitt 64 den gegenwärtig ausgewählten Rang nicht, so daß die Zunahme oder Verringerung des Schweißstroms auf null gesetzt ist. Folglich wird in diesem Fall der Ist-Schweißstromwert auch beim nächsten Schweißvorgang benutzt werden. Wenn der berechnete Zeitunterschied (Zeitdifferenz) im Bereich von +10 bis +20 Zyklen liegt, wählt der Bedingungskorrekturabschnitt 64 die Rangzahl aus, die um eins höher als die gegenwärtig ausgewählte Rangzahl ist, so daß der Schweißstromwert um einen Rang (Stufe), der 20 A entspricht, erhöht wird. Folglich wird in diesem Fall der Schweißstromwert, der während eines nächsten Schweißvorgangs benutzt wird, relativ zu dem bei dem gegenwärtigen Schweißvorgang benutzten Schweißstromwert um einen Rang erhöht. Wenn die berechnete Zeitdifferenz im Bereich von +20 bis +30 Zyklen liegt, wählt der Bedingungskorrekturabschnitt 64 den Rang aus, der um zwei größer ist als der gegenwärtig ausgewählte Rang, so daß der Schweißstromwert um zwei Ränge vergrößert wird, was 40 A entspricht. Folglich wird in diesem Fall der während eines nächsten Schweißvorgangs benutzte Schweißstromwert um zwei Ränge bezogen auf den während des gegenwärtigen Schweißvorgangs benutzten Schweißstromwert vergrößert. Wenn die berechnete Zeitdifferenz im Bereich von +30 bis +40 Zyklen liegt, wählt der Bedingungskorrekturabschnitt 64 den Rang aus, der um drei höher liegt als der gegenwärtig ausgewählte Rang, so daß der Schweißstromwert um drei Ränge vergrößert wird, was 60 A entspricht. Folglich wird in diesem Fall der während eines nächsten Schweißvorgangs benzutzte Schweißstromwert um drei Ränge bezogen auf den während des gegenwärtigen Schweißvorgangs benutzten Schweißstromwert, vergrößert. Wenn die berechnete Zeitdifferenz im Bereich von 10 bis 20 Zyklen liegt, wählt der Bedingungskorrekturabschnitt 64 den Rang aus, der um eins niedriger als der gegenwärtig ausgewählte Rang, so daß der Schweißstromwert um einen Rang verringert ist, was 20 A entspricht. Folglich wird in diesem Fall der während eines nächsten Schweißvorgangs benutzte Schweißstromwert um einen Rang bezogen auf den während des gegenwärtigen Schweißvorgangs benutzten Schweißstromwert verringert. Wenn die berechnete Zeitdifferenz in dem Bereich von 20 bis 30 Zyklen liegt, wählt der Bedingungskorrekturabschnitt 64 den Rang aus, der um zwei niedriger ist als der gegenwärtig ausgewählte Rang, so daß der Schweißstromwert um zwei Ränge verringert wird, was 40A entspricht. Folglich wird in diesem Fall der während eines nächsten Schweißvorgangs benutzte Schweißstromwert um zwei Ränge bezogen auf den während des gegenwärtigen Schweißvorgangs benutzten Schweißstromwert verringert. Wenn die berechnete Zeitdifferenz im Bereich von 30 bis 40 Zyklen liegt, wählt der Bedingungskorrekturabschnitt 64 den Rang aus, der um drei niedriger ist als der gegenwärtig ausgewählte Rang, so daß der Schweißstromwert um drei Ränge (Stufen) verringert wird, was 60 A entspricht. Folglich wird in diesem Fall der während eines nächsten Schweißvorgangs benutzte Schweißstromwert um drei Ränge bzw. Stufen bezogen auf den während des gegenwärtigen Schweißvorgangs benutzten Schweißstromwert, verringert.
Der Bedingungskorrekturabschnitt 64 informiert den Korrekturstromeinstellabschnitt 65 über den ausgewählten Schweißstromrang. Der Korrekturstromeinstellabschnitt 65 setzt bzw. speichert die Information des ausgewählten Schweißstromrangs und erzeugt ein Regelungssignal, das den ausgewählten Schweißstromrang bzw. die ausgewählte Schweißstromstufe repräsentiert. Während des nächsten Schweißvorgangs gibt der Korrekturstromeinstellabschnitt 65 das Regelungssignal an die Schweißenergiequelle 5 ab. Zusätzlich speist die Schweißenergiequelle 5 die obere und untere Elektrode 3 und 4 mit einem Schweißstrom, der einen Pegel besitzt, der dem durch das Regelungssignal repräsentierten Schweißstromrang entspricht.
Auf diese Weise wird während jedes Schweißvorgangs die Ist-Erregungsdauer gemessen und der Unterschied zwischen der Ist-Erregungsdauer und der Soll-Erregungsdauer berechnet. Der Wert des Schweißstroms, der während eines nächsten Schweißvorgangs einzusetzen ist, wird in Abhängigkeit von der berechneten Zeitdifferenz erhöht oder verringert. Genauer gesagt wird der Wert des Schweißstroms vergrößert bzw. verringert, wenn die Ist-Erregungszeitdauer größer bzw. kleiner ist als die Soll-Erregungs zeitdauer. Da sich eine resultierende Erregungsdauer verringert, wenn ein Schweißstromwert zunimmt, wird die Ist-Erregungsdauer auf eine rückgekoppelte Weise in einem zulässigen Bereich oder einem geeigneten Bereich um die Soll-Erregungszeit herum gesteuert (siehe 6).
Die Qualität eines als Ergebnis des Schweißens resultierenden Abschnitts hängt eng mit der Erregungszeit zusammen. Allgemein tendiert die Qualität eines geschweißten Abschnitts dazu, gut bzw. schlecht zu sein, wenn die Erregungszeit innerhalb bzw. außerhalb eines gegebenen Bereichs liegt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Ist-Erregungszeit auf eine rückgekoppelte Weise in diesem gegebenen Bereich geregelt, so daß die Qualität bzw. Güte der Schweißergebnisse bzw. geschweißten Abschnitte gut sein kann.
Hinsichtlich des Schmelzens bzw. Verbindens eines Anlaßkommutators mit verbundener Gestalt bzw. Gelenkform gemäß 4 entspricht eine Erregungszeit von 180 Zyklen einer unteren Grenze der Segmentwärmeverschlechterung bzw. der Verschlechterung von Teilen aufgrund Hitze, wie in 9 gezeigt ist. Zusätzlich entspricht eine Erregungszeit von 40 Zyklen einer oberen Grenze des Bruchs des oberen Drahts und der Beschichtungsabschälung, wie in 9 gezeigt ist. Wenn demgemäß die Erregungszeit länger ist als 180 Zyklen, besteht die Tendenz, daß aufgrund der Segmentwärmeverschlechterung ein falsch bzw. fehlerhaft geschweißter Abschnitt resultiert. Wenn die Erregungszeit kürzer ist als 40 Zyklen, besteht die Tendenz, daß ein fehlerhaft geschweißter Abschnitt durch die Beschichtungsabblätterung oder einen Bruch des oberen Drahts hervorgerufen wird.
Wie vorstehend erläutert, wird die Ist-Erregungszeit bei diesem Ausführungsbeispiel in dem geeigneten Bereich aufgrund der Regelung erhalten. Daher wird ein Schrittleistungsindex (step performance index) Cp von 1,75 bezüglich des Schweißvorgangs erhalten, wie in 9 gezeigt ist. Zusätzlich wird ein prozentualer Fehleranteil von ungefähr 0,046% bei dem Widerstandsschweißen erhalten, wie in 10 gezeigt ist.
Auf der anderen Seite tendiert die Erregungszeit bei einem herkömmlichen Widerstandsschweißsystem dazu, sich in einem breiten Bereich zu verändern. Daher ist der Schrittleistungsindex Cp bei dem herkömmlichen Widerstandschweißsystem hinsichtlich eines Schweißvorgangs gleich 0,88, was beträchtlich kleiner ist als der Schrittleistungsindex bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel (siehe 9) und weiterhin ist bei dem herkömmlichen Widerstandschweißsystem der prozentuale Fehleranteil bezüglich des Widerstandsschweißens gleich ungefähr 0,5%, was erheblich höher ist als der prozentuale Fehleranteil bei diesem Ausführungsbeispiel.
Die bei diesem Ausführungsbeispiel eingesetzte Regelung des Widerstandsschweißens kann auch bei einem allgemeinen Schweißen, wie etwa einem Punktschweißen, eingesetzt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der elektrische Anschluß 2 eine elektrisch leitende Schweißbasis bzw. ein Element, während die beschichteten elektrischen Drähte 1 Elemente sind, die an die elektrisch leitende Schweißbasis bzw. Element anzuschweißen sind.
Es kann eine Mehrzahl von Widerstandsschweißsystemen ähnlich dem vorstehend erläuterten Widerstandsschweißsystem vorgesehen sein, um die Schweißvorgänge bei unterschiedlichen Teilen oder in unterschiedlichen Positionen durchzuführen. Das vorstehend beschriebene Widerstandsschweißsystem kann Schweißvorgänge aufeinanderfolgend in unterschiedlichen Positionen durchführen. In solchen Fällen wird eine Soll-Erregungszeit bei einem Widerstandsschweißsystem vorzugsweise in Abhängigkeit von dem Maschinentyp des Systems oder der Schweißposition gewählt, um eine gute Qualität der geschweißten Abschnitte stabil zu erhalten.
Unter Bezugnahme auf 11 kann die Regelungsschaltung 6A einen Mikrocomputer, einen Mikroprozessor oder eine ähnliche Vorrichtung aufweisen, die eine Kombination aus einem I/O-Anschluß 6J, einer Zentraleinheit CPU 6K, einem ROM 6L und einem RAM 6M aufweist. In diesem Fall arbeitet die Regelungsschaltung 6A in Übereinstimmung mit einem vorab in dem Festwertspeicher ROM 6L gespeicherten Programm.
12 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Abschnitts des Programms, das bei jedem Schweißvorgang abgearbeitet wird. Folglich wird der Programmabschnitt in 12 periodisch wiederholt.
Wie in 12 gezeigt ist, wird bei einem ersten Schritt 101 des Programmabschnitts eine Information bezüglich eines gewünschten Stromwerts aus dem Direktzugriffsspeicher RAM 6M ausgelesen. Der gewünschte Stromwert wird während des unmittelbar vorhergehenden Abarbeitungszyklus des Programmabschnitts bestimmt. Wenn der vorliegende Abarbeitungszyklus des Programmabschnitts einem ersten Abarbeitungszyklus des Programmabschnitts entspricht, wird eine Information bezüglich eines voreingestellten anfänglichen Stromwerts aus dem RAM 6M als die Information bezüglich des gewünschten Stromwerts ausgelesen.
Bei einem dem Schritt 101 nachfolgenden Schritt 102 wird die Schweißenergiequelle 5 gesteuert oder aktiviert, um die Zuführung eines Schweißstroms mit einem Pegel, der dem gewünschten, durch den Schritt 101 gegebenen Stromwert entspricht, zu beginnen.
Bei einem dem Schritt 102 nachfolgenden Schritt 103 wird ein Zeitgeber gestartet, d.h. die Zeit gemessen, die seit dem Beginn der Zuführung des Schweißstroms verstrichen ist. Im Schritt 103 kann der Zeitgeber in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Stromsensors 8, das das Auftreten des Schweißstroms repräsentiert, gestartet werden. Nach dem Schritt 103 geht das Programm zu einem Schritt 104 weiter.
Im Schritt 104 wird die Ist-Verschiebung der oberen Elektrode 3 durch Bezugnahme bzw. Zugriff auf das Ausgangssignal des Verschiebungssensors 7 ermittelt.
Bei einem dem Schritt 104 nachfolgenden Schritt 105 wird Information bezüglich einer voreingestellten Soll-Verschiebung (einer einzustellenden bzw. eingestellten Verschiebungsgröße) aus dem ROM 6L oder dem RAM 6M ausgelesen. Im Schritt 105 wird beurteilt, ob die Ist-Verschiebung der oberen Elektrode 3 die Soll-Verschiebung erreicht hat oder nicht. Wenn, die Ist-Verschiebung die Soll-Verschiebung nicht erreicht hat, kehrt das Programm zu dem Schritt 104 zurück. Demgemäß werden die Schritte 104 und 105 wiederholt, bis die Ist-Verschiebung die Soll-Verschiebung erreicht hat. Wenn die Ist-Verschiebung die Soll-Verschiebung erreicht hat, schreitet das Programm von dem Schritt 105 zu einem Schritt 106 weiter.
Im Schritt 106 wird die Schweißenergiequelle 5 gesteuert oder deaktiviert, um die Zuführung des Schweißstroms zu beenden.
Bei einem dem Schritt 106 nachfolgenden Schritt 107 wird der Zeitgeber angehalten, d.h. die Messung der Zeit, die seit dem Beginn der Zuführung des Schweißstroms verstrichen ist, beendet. Im Schritt 107 kann das Anhalten des Zeitgebers in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Stromssensors 8, das das Verschwinden des Schweißstroms repräsentiert, bewirkt werden. Auf diese Weise arbeiten die Schritte 103 und 107 zusammen, um das Zeitintervall zu messen, während dessen der Schweißstrom zugeführt bleibt bzw. wird, d.h. arbeiten zur Messung der Erregungszeit bzw. Erregungsdauer zusammen.
Bei einem dem Schritt 107 nachfolgenden Schritt 108 wird eine Information bezüglich einer voreingestellten Soll-Erregungszeit aus dem ROM 6L oder dem RAM 6M ausgelesen. Im Schritt 108 wird der Unterschied zwischen der gemessenen Erregungszeit und der Soll-Erregungszeit berechnet.
Bei einem dem Schritt 108 nachfolgenden Schritt 109 wird ein neuester gewünschter Stromwert in Abhängigkeit von dem Unterschied zwischen der gemessenen Erregungsdauer und der Soll-Erregungsdauer bestimmt. Genauer gesagt speichert das ROM 6L oder das RAM 6M Information bezüglich einer Mehrzahl von voreingestellten Referenzschweißstromwerten. Im Schritt 109 wird eine Information bezüglich eines der Referenzschweißstromwerte aus dem ROM 6L oder dem RAM 6M in Abhängigkeit von dem Unterschied zwischen der gemessenen Erregungszeit und der Soll-Erregungszeit ausgelesen. Somit wird beim Schritt 109 einer der Referenzschweißstromwerte in Abhängigkeit von dem Unterschied zwischen der gemessenen Erregungszeit und der Soll-Erregungszeit ausgewählt. Im Schritt 109 wird der ausgewählte Referenzschweißstromwert als der neueste gewünschte Stromwert benutzt und der gewünschte Stromwert auf den neuesten Stromwert aktualisiert. Nach dem Schritt 109 endet der gegenwärtige Abarbeitungszyklus des Programmabschnitts.
In 13 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dieser Erfindung gezeigt, das mit Ausnahme der nachstehend angegebenen Gestaltungsänderungen gleich dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 12 ist.
Gemäß 13 enthält ein Widerstandsschweißsystem eine Regelungsschaltung 6B anstelle der Regelungsschaltung 6A (siehe 1). Zusätzlich enthält das Widerstandsschweißsystem eine Zwischenelektrode 11, die mit äußeren Umfangsoberflächen eines unteren Endes einer oberen Elektrode 3 und eines beschichteten elektrischen Drahts 1 verbunden ist. Die Zwischenelektrode 11 ist mit einer unteren Elektrode 4 durch einen Kurzschlußleiter 12 elektrisch verbunden.
Das Widerstandsschweißsystem dient zum Anschweißen des elektrischen Drahts 1 an einen elektrischen Anschluß 2b, der auf der unteren Elektrode 4 angeordnet ist. Ein Stromsensor 9, der der unteren Elektrode 4 zugeordnet ist, erfasst einen Strom "i", der durch den beschichteten elektrischen Draht 1 und den elektrischen Anschluß 2b fließt und als ein Schweißteilstrom bezeichnet wird. Ein durch einen Stromsensor 8 erfaßter Strom wird als ein Hauptstrom "I" bezeichnet.
Die Regelungsschaltung 6B ist mit den Stromsensoren 8 und 9 elektrisch verbunden. Die Regelungsschaltung 6B empfängt die Ausgangssignale der Stromsensoren 8 und 9, die die hierdurch erfaßten Ströme repräsentieren.
Die Regelungsschaltung 6B ist mit der oberen Elektrode 3 und der unteren Elektrode 4 über elektrische Leitungen (ohne Bezugszeichen) verbunden. Die Regelungsschaltung 6B erhält über die elektrischen Leitungen Informationen über eine Spannung "V", die zwischen der oberen Elektrode 3 und der unteren Elektrode 4 auftritt.
Während einer anfänglichen Stufe eines Schweißvorgangs wird ein über den elektrischen Draht 1 führender elektrischer Pfad zwischen der oberen Elektrode 2 und der unteren Elektrode 4 durch einen Beschichtungsfilm auf dem elektrischen Draht 1 blockiert und es fließt daher der Hauptstrom "I" zwischen der oberen Elektrode 3 und der unteren Elektrode 4 über einen elektrischen Pfad, der die Zwischenelektrode 11 und den Kurzschlußleiter 12 enthält. Wenn der Beschichtungsfilm vom Körper bzw. Innenbereich des elektrischen Drahts 1 abgeschält oder getrennt ist, tritt ein elektrischer Pfad zwischen der oberen Elektrode 3 und der unteren Elektrode 4 über den elektrischen Draht 1 und den elektrischen Anschluß 2b auf, so daß der Schweißteilstrom "i" durch den elektrischen Draht 1 und den elektrischen Anschluß 2b zu fließen beginnt.
Der Stromsensor 9 erfasst den Schweißteilstrom "i" und führt der Regelungsschaltung 6B die Information bezüglich des erfassten Schweißteilstroms "i" zu. Die elektrischen Leitungen, die zwischen der Regelungsschaltung 6B der oberen Elektrode 3 und der unteren Elektrode 4 vorgesehen sind, informieren die Regelungsschaltung 6B über die Spannung "V", die zwischen der oberen Elektrode 3 und der unteren Elektrode 4 auftritt.
Die Regelungsschaltung 6B berechnet den Widerstand "R" des elektrischen Pfads zwischen der oberen Elektrode 3 und der unteren Elektrode 4 aus dem Schweißteilstrom "i" und der Spannung "V". Die Regelungsschaltung 6B berechnet die an den geschweißten Abschnitt angelegte bzw. dort erzeugte Wärmemenge "Q" unter Zugriff auf die Gleichung "Q = ∫i²·Rdt" oder "Q = i² × R × t", wobei "t" die Zeit bezeichnet, die seit dem Beginn des Auftretens des Schweißstroms "i" verstrichen ist. Die berechnete Wärmemenge entspricht der Fläche einer schraffierten Region in 14.
Die Regelungsschaltung 6B vergleicht die berechnete Wärmemenge mit einer vorgegebenen bzw. voreingestellten gewünschten Wärmemenge (einer voreingestellten Soll-Wärmemenge). Wenn die berechnete Wärmemenge die gewünschte Wärmemenge erreicht, steuert oder deaktiviert die Regelungsschaltung 6B die Schweißenergiequelle 5, um die Zuführung des Schweißstroms "I" zu beenden.
Die Regelungsschaltung 6B mißt eine Erregungszeit unter Zugriff auf das Ausgangssignal des Stromsensors 9. Die Erregungszeit ist als die Zeitdauer definiert, während der der Schweißteilstrom "i" vorhanden bleibt bzw. ist. Die Regelungsschaltung 6B speichert Informationen bezüglich einer voreingestellten Soll-Erregungszeit (einer voreingestellten Befehlserregungszeit). Die Regelungsschaltung 6B berechnet den Unterschied zwischen der gemessenen Erregunszeit und der Soll-Erregungszeit. Die Regelungsschaltung 6B legt den Pegel (die Größe) eines Schweißstroms, der bei einem nächsten Schweißvorgang zu benutzen ist, auf eine rückgekoppelte Weise in Abhängigkeit von dem Unterschied zwischen der Erregungszeit und der Soll-Erregungszeit gleich dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 12 fest.

Claims

Verfahren zur Regelung des Widerstandsschweißens beim Verschweißen von zwischen zwei Elektroden (3, 4) angeordneten Schweißteilen (1, 2) mit den folgenden Schritten: Bestimmen der Stärke eines Schweißstroms für einen ersten Schweißvorgang; Bestimmen einer Schweißstromzeit aufgrund einer während des ersten Schweißvorgangs erfolgten vorgegebenen Elektrodenverschiebung; Berechnen einer Zeitdifferenz zwischen der bestimmten Schweißstromzeit und einer vorgegebenen Soll-Schweißstromzeit; Vergrößern oder Verkleinern einer Stärke des Schweißstroms für einen nächsten Schweißvorgang in Abhängigkeit der berechneten Zeitdifferenz.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eines der zwei Schweißteile ein mit Harz beschichteter elektrischleitender Draht (1) ist und ein anderes der zwei Schweißteile ein Kupfer enthaltender elektrischer Anschluß (2) ist.
Regelungsvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2.