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Die Erfindung betrifft eine Kontrolleinrichtung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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In der Praxis ist es bekannt, Bearbeitungseinrichtungen und Bearbeitungsprozesse für Werkstucke einzurichten bzw. in Betrieb zu nehmen und dabei an die zu bearbeitenden Werkstücke zu adaptieren. Dies gilt beispielsweise fur das elektrische Widerstandspunktschweißen von Karosseriebauteilen aus Blech in der Rohbaufertigung. Die Inbetriebnahme wird von einem Schweißfachmann, insbesondere einem Fachmann des Anlagenlieferanten, durchgefuhrt. Die Ermittlung von Schweißparametern beim elektrischen Widerstandspunktschweißen für eine Blechkombination ist sehr zeit- und kostenaufwandig.
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Beim elektrischen Widerstandspunktschweißen konnen Schweißspritzer auftreten, insbesondere bei hohe Schweißströmen. Andererseits hängen die Schweißqualität, insbesondere der Durchmesser der Schweißpunkte bzw. Schweißlinsen, und die Festigkeit der Schweißverbindung von der Hohe des Energieeintrags und damit auch von der Stromhöhe ab. Eine hohe Schweißqualitat zieht daher eine Schweispritzer-Neigung nach sich.
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Bei der Parameteranpassung tastet sich der Einrichter durch mehrfache Versuche iterativ an den gewünschten Arbeitspunkt heran, wobei die Parameteränderungen mit folgenden, üblicherweise zerstörenden, Qualitätsprüfungen an den Test-Werkstücken abgestimmt werden. Wenn ein Arbeitspunkt ermittelt ist, werden die betreffenden Schweißparameter gespeichert. Beim Widerstandspunktschweißen können diese Parameter z. B. Schweißstrom, die Schweißzeit und die anzulegende Elektrodenkraft betreffen.
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Wenn für alle Schweißstellen Arbeitspunkte und Schweißparameter ermittelt sind, kann die Schweißstromregelung von einer zur Einrichtung benutzten Konstantstromregelung auf eine adaptive Regelung umgestellt werden. Für diese Umschaltung in den adaptiven Regelmodus muss eine Referenzkurve des Schweißpunktes aufgezeichnet werden, die nur für diesen einen Schweißpunkt und mit diesen fur den Arbeitspunkt ermittelten Schweißparametern gültig ist. Dann mussen Regelparameter angepasst werden, um die Eingriffsgrenzen des Reglers festzulegen.
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Da fur jeden Schweißpunkt eine eigene Referenzkurve ermittelt und aufgezeichnet wird, muss bei einer Anderung, z. B. in der Formgebung und/oder dem Material des Werkstücks ein neuer Parametersatz gefunden werden. Die zuvor verwendete Referenzkurve ist nicht mehr gultig, sodass die vorgenannten Schritte erneut nacheinander durchzuführen sind.
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Beim Stand der Technik ist der Aufwand für eine solche Inbetriebnahme sehr hoch. Ein fundiertes Prozess-Know-how ist unverzichtbar, um eine hohe Schweißqualität zu erreichen und erfordert fachmannischen Einsatz vor Ort. Eine adaptive Schweißregelung führt meistens zu einer Verlängerung der Schweißzeit und damit zu einem höheren Energiebedarf und langeren Taktzeiten. Die bei der Inbetriebnahme bzw. beim Einrichten ermittelten Arbeitspunkte und Referenzkurven bleiben in der Serienfertigung ungeändert.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere Möglichkeit zum Erreichen und ggf. auch Optimieren der Bearbeitungs- und Prozessqualität aufzuzeigen.
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Die Erfindung lost diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.
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Die beanspruchte Kontrolltechnik, d. h. die Kontrolleinrichtung und das Kontrollverfahren, bietet eine Qualitatsregelung fur den Bearbeitungsprozess. Sie kann bei der Inbetriebnahme bzw. bei der Einrichtung eines Prozesses und einer Bearbeitungseinrichtung eingesetzt werden und reduziert den hierfür erforderlichen Arbeits-, Zeit- und Kostenaufwand. Sie kann aber auch in der anschließenden Serienfertigung eingesetzt werden, um die Prozessqualitat aufrecht zu erhalten und zu sichern. Hierbei werden im Serienbetrieb auftretende Einflüsse kompensiert, die z. B. durch einen Werkzeugverschleiß, etwaige Schwankungen in der Werkstückqualität, in schwankenden Umgebungsbedingungen, z. B. Temperatur und/oder Feuchtigkeit oder dgl. liegen können.
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Die Kontrolltechnik, die auch eine Einrichtung und ein Verfahren zur Erzielung und/oder Sicherung einer Prozessqualität darstellt, kann das implementierte Prozess-Know-how in eine lernende Prozesssteuertechnik, beispielsweise zum Widerstandspunktschweißen, bundeln. Der Einsatz von Fachkräften kann dadurch verringert oder ggf. auch entbehrlich gemacht werden.
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Vorteile ergeben sich außer beim beschriebenen Widerstandspunktschweißen auch bei anderen Bearbeitungsprozessen und -einrichtungen, wobei ein Einsatz der beanspruchten Kontrolltechnik auch dort mit entsprechender Adaption an die jeweiligen Prozessbedingungen moglich ist.
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Die Kontrolltechnik kann hardware- und/oder softwaremäßig in eine Prozesssteuerung, insbesondere eine Schweißsteuerung, integriert sein. Sie kann insbesondere auch eine Funktionalitat einer solchen Prozess- oder Schweißsteuerung darstellen. Alternativ kann eine Kontrolleinrichtung an einer bestehenden Prozesssteuerung nachgerüstet und mit dieser verbunden werden.
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Die Kontrolleinrichtung und das Kontrollverfahren können einen Datenzugriff, insbesondere einen Lesezugriff auf gespeicherte Qualitätsdaten von bearbeiteten Werkstucken haben. Dies können Qualitätsprotokolle bzw. Festigkeitsanalysen sein, wobei die Daten auf den jeweiligen Prozessort, insbesondere einen Schweißpunkt, bezogen sind und die dortigen Soll-Werte sowie die hierzu bei einer Werkstuckprufung festgestellten Ist-Werte beinhalten. Die Kontrolleinrichtung bzw. deren Auswerteeinrichtung kann evtl. auftretende Qualitatsänderungen erfassen und bei Bedarf einen oder mehrere Prozessparameter einstellen oder nachstellen. Dies kann ggf. uber die Prozessteuerung geschehen. Das Verhalten der Qualitat bezogen auf die Parameteränderung kann gespeichert werden, wobei hierdurch ein Verhaltensmuster erstellt und gelernt werden kann. Somit kann die Kontrolleinrichtung bzw. das Kontrollverfahren automatisch die Grundparameter so anpassen, dass die Prozessqualitat, insbesondere Schweißqualitat, nach Vorgabe erfullt wird und Prozessanomalien, z. B. Schweißspritzer, minimiert werden.
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Die Kontrolltechnik lasst sich nach unterschiedlichen und ggf. wahlbaren bzw. einstellbaren Kriterien optimieren. Hierbei kann insbesondere nach der Taktzeit oder der Qualitat der Bearbeitung optimiert werden. Erzielbare Vorteile sind maximale Qualitat einerseits oder Einsparungen an Taktzeit und/oder Energie andererseits.
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Die Kontrolltechnik kann außerdem Prozessanomalien, z. B. Schweißspritzer beim elektrischen Widerstandspunktschweißen, feststellen und soweit moglich vermeiden. Die Kontrolltechnik kann selbstlernend sein, wobei fruher eingestellte Prozessparameter und ggf. auch die jeweils punktbezogen zugehörigen Qualitatsdaten gespeichert und für einen Lerneffekt benutzt werden. Die Kontrolltechnik kann außerdem die einzustellenden Prozessparameter, z. B. Schweißstrom und/oder Schweißzeit und/oder Anpresskraft wahlen und ggf. variieren. Die Kontrolltechnik tastet sich selbststandig und iterativ an das Qualitatsziel heran.
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Die Kontrolltechnik kann für jedes bearbeitete Werkstück und fur jeden seiner Prozesspunkte, insbesondere Schweißpunkte, die zugehörigen Prozessparameter und ggf. Qualitätsdaten speichern und protokollieren. Zudem konnen außergewöhnliche Prozesssituationen detektiert und ggf. uber eine Anzeige nach außen signalisiert werden. Dies kann z. B. ein übermäßiges Nachstellbedürfnis fur Prozessparameter sein, was mit normalen Werkstucktoleranzen in Form, Werkstoff oder dgl. nicht vereinbar ist und auf außergewöhnliche Qualitätseinflüsse hinweist. Dies kann z. B. ein fehlerhafter Werkstoff, ein Werkstuckverzug oder dgl. sein. Normale innerhalb der Serie auftretende Toleranzen oder Qualitatsschwankungen konnen von der beanspruchten Kontrolltechnik kompensiert und ausgeregelt werden.
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Die beanspruchte Kontrolltechnik bietet fur den Nutzer verschiedene Vorteile. Zum einen ist dies eine sehr einfache Bedienung der Prozesssteuerung, insbesondere einer Schweißsteuerung, wobei auch nur ein geringer Grad von Prozess-Know-how nötig ist. Zudem können Ressourcen geschont werden, was insbesondere ein Einsparen von Energie bedeuten kann. Außerdem können die Taktzeiten eingespart bzw. auf dem ursprünglich bei der Inbetriebnahme eingestellten Maß erhalten und die Produktivitat erhöht oder erhalten werden. Ein besonders wichtiger Effekt ist die Erzielung einer hohen Prozessqualität, insbesondere Schweißqualität, die für jeden Prozessort, insbesondere Schweißpunkt, stetig kontrolliert und verbessert wird. Schließlich ist auch der Arbeitsaufwand für eine Inbetriebnahme und auch fur die spätere Qualitatsuberwachung und -sicherung in der Serienfertigung wesentlich geringer als bisher.
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In der bisherigen Praxis wurden nach erfolgter Inbetriebnahme nur noch Qualitäts- und insbesondere Festigkeitsprüfungen durchgeführt und die daraus gewonnenen Qualitätsdaten gespeichert. Lehren wurden hieraus nicht gezogen, wobei sich die Prozessqualitat in der Serienfertigung stetig minderte und allenfalls uber eine adaptive Prozessregelung unter Inkaufnahme einer Verlängerung der Prozess- und Taktzeiten auf einem ertraglichen Level gehalten wurde. Bei der Inbetriebnahme musste ein entsprechend großer Qualitatsuberschuss eingestellt werden.
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Mit der beanspruchten Kontrolltechnik kann das Qualitatsziel genauer und dauerhaft getroffen werden. Insbesondere kann die bei der Inbetriebnahme erzielte Qualität auch in der Serienfertigung aufrechterhalten werden, wobei der Aufwand für Erzielung und Einhaltung der Qualität niedrig ist.
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In den Unteranspruchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
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1: eine Schweißeinrichtung mit einer Kontrolleinrichtung fur die Bearbeitungsqualitat,
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2: einen Ablaufplan fur die Qualitätskontrolle,
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3: ein Diagramm fur einen normalen Widerstandsverlauf bei einem Schweißpunkt,
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4: ein Diagramm für eine schrittweise Erhöhung des Schweißstroms,
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5 und 6: Diagramme für Widerstandsverläufe mit unterschiedlichem Auftreten von Schweißspritzern und
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7: einen beispielhaften tabellarischen Datenbankinhalt.
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Die Erfindung betrifft eine Kontrolleinrichtung (2) und ein Kontrollverfahren fur die Prozessqualität und die Bearbeitungsqualität von Werkstücken (3) bei Bearbeitungsprozessen, insbesondere Schweißprozessen. Mit der Kontrolleinrichtung (2) und dem Kontrollverfahren wird die Prozess- und Bearbeitungsqualitat uberwacht und selbsttätig eingestellt und/oder bei Bedarf nachgestellt bzw. wiederhergestellt. Die Kontrolleinrichtung (2) und das Kontrollverfahren sind auch eine Einrichtung und ein verfahren zur Einstellung und Regelung der Prozessqualitat.
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1 zeigt schematisch eine Bearbeitungseinrichtung (1) mit einer Prozesssteuerung (9) und einer Kontrolleinrichtung (2). Die Bearbeitungseinrichtung (1) ist z. B. als Schweißeinrichtung ausgebildet und dient zur Durchfuhrung von Bearbeitungsprozessen an Werkstucken (3). Dies sind im gezeigten und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel Schweißprozesse, z. B. elektrische Widerstandsschweißprozesse, insbesondere Punktschweißprozesse. Alternativ sind andere Bearbeitungsprozesse und entsprechend anders ausgebildete Bearbeitungseinrichtungen (1) moglich.
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In der gezeigten Bearbeitungseinrichtung (1) wird der Bearbeitungsprozess z. B. von einer mehrachsig beweglichen und programmierbaren Handhabungseinrichtung (4), insbesondere einem mehrachsigen Schweißroboter, durchgefuhrt, der ein Bearbeitungswerkzeug (5) führt. Dieses ist in der gezeigten Ausfuhrungsform als Schweißwerkzeug, insbesondere als elektrische Widerstandspunktschweißzange, ausgebildet und dient zum Setzen von mehreren Schweißpunkten am Werkstück (3). Es kann sich um eine X- oder C-Zange oder um eine andere Ausfuhrung handeln, wobei stromführende Elektroden an den Enden der Zangenarme von einem Zangenantrieb mit ggf. steuerbarer Anpresskraft (F) gegen das Werkstück (3) gepresst werden.
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Die Werkstucke (3) bestehen bevorzugt aus Metall, insbesondere Stahl, wobei alternativ andere Werkstoffe, z. B. Kunststoff, Buntmetalle, Faserverbundwerkstoffe oder dgl. möglich sind. Bei den Werkstücken (3) handelt es sich bevorzugt um Bauteile, insbesondere Blechteile, von Rohkarosserien von Kraftfahrzeugen. Es sind alternativ beliebige andere Werkstücke (3) moglich.
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Der Schweißroboter (4) ist z. B. als Gelenkarmroboter ausgebildet und weist fünf, sechs oder mehr rotatorische Achsen auf, wobei er auch eine mehrachsige Roboterhand mit z. B. zwei oder drei dieser rotatorischen Achsen beinhaltet. Abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Handhabungseinrichtung (4) eine beliebige andere Zahl und Konfiguration von rotatorischen und/oder translatorischen Achsen aufweisen. Es kann sich z. B. auch um einen Linearroboter oder einen Roboter mit einer Kombination von translatorischen und rotatorischen Achsen handeln.
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Fur das Werkzeug (5) ist eine Versorgungseinrichtung (6) fur Prozessmittel vorhanden, die z. B. als Schweißstromquelle ausgebildet ist. Sie kann mit der Prozesssteuerung (9), insbesondere der Schweißsteuerung, und/oder mit der Kontrolleinrichtung (2) verbunden sein. Die Schweißstromquelle (6) kann regelbar sein, z. B. auf Konstantstrom.
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Am Werkzeug (5) oder an anderer geeigneter Stelle, z. B. an der Versorgungseinrichtung (6), kann eine Erfassungseinrichtung (7), z. B. eine Messeinrichtung, angeordnet sein, welche eine oder mehrere fur den Bearbeitungsprozess relevante Prozessparameter (20) aufnimmt. Dies konnen z. B. Schweißparameter, insbesondere Schweißstrom, Schweißzeit und Anpresskraft der Elektroden sein. Die Erfassungseinrichtung (7) kann alternativ oder zusätzlich einen Prozessparameter (20), z. B. den elektrischen Widerstand, auf andere Weise erfassen, z. B. durch Berechnung aus gemessenen Strom- und Spannungswerten. Sie steht in einer Verbindung (15), insbesondere einer Signalverbindung, mit der Prozesssteuerung (9) und/oder der Kontrolleinrichtung (2).
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Die Handhabungseinrichtung (4), z. B. der gezeigte Schweißroboter, kann eine Robotersteuerung (8) aufweisen. Die Prozess- oder Schweißsteuerung (9) kann in die Robotersteuerung (8) integriert sein oder eigenstandig angeordnet und ggf. mit der Robotersteuerung (8) verbunden sein.
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Die Kontrolleinrichtung (2) kann in die Prozesssteuerung (9) integriert oder eigenstandig angeordnet und mit der Prozesssteuerung (9) verbunden sein, z. B. uber die in 1 gezeigte Verbindung (15). Beide können in der Robotersteuerung (8) angeordnet oder mit dieser verbunden sein. Die Kontrolleinrichtung (2) kann als eigenstandige oder in eine andere Steuerung (8, 9) integrierte Steuer-Hardware ausgebildet sein. Sie kann alternativ als Steuer-Software, z. B. als Softwaremodul, ausgebildet und in eine andere Steuer-Hardware integriert sein.
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Die Kontrolleinrichtung (2) weist eine Auswerteeinrichtung (10) auf, die mit der Prozesssteuerung (9) und/oder der Robotersteuerung (8) verbunden (15) oder in eine von diesen hardware- oder softwaremäßig integriert sein kann. Die Auswerteeinrichtung (10) ist mit der Erfassungs- oder Messeinrichtung (7) verbindbar bzw. verbunden (15). Hier fließen die gemessenen oder anderweitig erfassten Prozessparameter (20) ein. In der Auswerteeinrichtung (10) können auch Auswertungen der Messdaten und insbesondere der Prozessparameter zur Ermittlung von Kenngrößen, z. B. des elektrischen Widerstands (R), stattfinden. Die Auswerteeinrichtung (10) erhalt außerdem von der Robotersteuerung (8) und/oder der Schweißsteuerung (9) Informationen zur Identifizierung der jeweiligen Prozess- oder Bearbeitungsstelle, insbesondere des Schweißpunktes, am Werkstück (3).
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Die Auswerteeinrichtung (10) besitzt eine Recheneinheit und einen Speicher (11) für ein Auswerte- und Optimierungsprogramm, welches von der Recheneinheit abgearbeitet wird. Außerdem weist die Auswerteeinrichtung (10) einen Speicher (12) für verschiedene prozessrelevante Daten, insbesondere die Prozessparameter oder Schweißparameter, die Identifikation des Bearbeitungs- oder Schweißpunktes, Ist- und Soll-Werte fur Qualitatsmerkmale und Auftritt von Prozessanomalien, z. B. Schweißspritzer, auf. Die zum jeweiligen Bearbeitungs- oder Schweißpunkt gehörenden Daten können als Datensatz in einer Datenbank gespeichert sein. Die besagten Datensatze können außerdem auf das jeweilige Werkstück (3) und dessen Identifizierung bezogen sein.
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7 verdeutlicht den Inhalt der besagten Datensatzen und einer Datenbank. Die Datensatze bzw. die Datenbank konnen daruber hinaus weitere prozessrelevante Daten beinhalten, z. B. einen Prozessdatenverlauf, wie er beispielhaft in 3 für einen Widerstandsverlauf (17) des elektrischen Widerstands (R) uber der Zeit (t) beim Bilden eines Schweißpunktes dargestellt ist.
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Die Auswerteeinrichtung (10), insbesondere deren Auswerte- und Optimierungsprogramm kann selbstlernend ausgebildet sein. Es kann auch ein oder mehrere einstellbare oder wählbare Optimierungskriterien, z. B. Qualität und/oder Taktzeit, aufweisen. Ferner kann eine Plausibilitatskontrolle vorhanden sein. Die Auswerteeinrichtung (10), insbesondere deren Auswerte- und Optimierungsprogramm kann zur Vermeidung von Prozessanomalien (18), insbesondere Schweißspritzern, und ggf. auch zur Detektion außergewohnlicher Prozesssituationen ausgelegt sein.
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Die Kontrolleinrichtung (2), insbesondere deren Auswerteeinrichtung (10), steht in einer Datenverbindung (16) mit einem Speicher (14) für Qualitatsdaten. Dieser Speicher (14) kann z. B. eine Datenbank fur die Qualitätsdaten beinhalten, in der beispielhaft für jeden Schweißpunkt ein Datensatz mit den Soll- und Ist-Werten fur mindestens eine qualitative Kenngröße, z. B. für den Linsendurchmesser des Schweißpunkts gespeichert, sind. Der Speicher (14) kann sich z. B. in einem Zentralrechner (13) einer Fertigungsanlage oder einer Fertigungsstation befinden. Die besagten Qualitatsdaten werden über einen Input (21) automatisch oder manuell eingegeben. Z. B. konnen bei regelmäßigen Qualitätsprufungen die gemessenen Ist-Werte für den Linsendurchmessers jedes Schweißpunkts von einem Bediener eingegeben werden. Auch eine automatische Übertragung von Messwerten aus Messprotokollen ist moglich.
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Die Datenverbindung (16) ist z. B. eine Leseverbindung, wobei die Kontrolleinrichtung (2) die auf den Bearbeitungs- oder Schweißpunkt bezogenen Qualitätsdaten aus der Datenbank (14) ausliest und in die eigene Datenbank (12) eingibt und speichert. Zusatzlich kann ggf. eine Schreibverbindung für die Rückubertragung der Daten aus der Kontrolleinrichtung (2) bestehen.
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Qualitätsprufungen werden bei der Inbetriebnahme der Bearbeitungseinrichtung (1) mehrfach und zeitnah, z. B. nach jeder Einstellung oder Anderung von Prozessparametern durchgeführt. Im anschließenden Serienbetrieb konnen Qualitätsprufungen zeitweise und in Abständen, z. B. wochentlich, erfolgen. In beiden Fällen können die bei der Qualitatsprufung festgestellten Qualitatsdaten von der Kontrolleinrichtung (2) den Datensätzen fur die Werkstücke (3) einheitlich zuordnet werden, die in dem Zeitraum zwischen der aktuellen und der vorherigen Qualitatsprufung bearbeitet wurden.
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2 verdeutlicht in einem Ablaufdiagramm mit STEP 1 bis STEP 6 die Vorgange bei einem Kontrollverfahren, wie es z. B. bei einer Inbetriebnahme von einem Bediener durchgeführt wird, der hierfur keine spezielle Qualifikation als Schweißfachmann benötigt. Die Kontrolleinrichtung (2) bzw. das Kontrollverfahren konnen die Inbetriebnahme und die Einstellung der benotigten Prozessparameter iterativ und selbststandig bzw. automatisch durchfuhren.
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Bei STEP 1 werden Grundwerte für die relevanten Prozessparameter eingegeben, z. B. für Schweißstrom (I), Schweizeit (t) und Anpresskraft (F), wobei z. B. die Schweißspannung (U) vorgegeben sein kann.
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Im nachsten STEP 2 verändert die Kontrolleinrichtung (2) einen Prozessparameter (20), wobei sie z. B. den Schweißstrom (I) schrittweise erhoht, wie dies in 4 beispielhaft dargestellt ist. Dabei wird mit einem STEP 3 das Auftreten einer Prozessanomalie (18), z. B. eines Schweißspritzers, detektiert. Die schrittweise Erhohung erfolgt über der Anzahl (n) der Schweißpunkte.
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Ein Schweißspritzer (18) kann in beliebig geeigneter Weise detektiert werden, z. B. durch Auswerten eines Prozessgroßenverlaufs (17), z. B. des Verlaufs des elektrischen Widerstands (R). 3 zeigt einen normalen Widerstandsverlauf (17) ohne Schweißspritzer. In 5 und 6 sind Widerstandsverläufe (17) mit einem Schweißspritzer (18) dargestellt. Sein Auftreten ist an abrupten Verlaufsänderungen oder Unstetigkeitsstellen in der Kurve (17) erkennbar.
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Bei der Inbetriebnahme werden Probeschweißungen an einem oder mehreren vorgesehenen Schweißpunkten des Werkstücks (3) durchgefuhrt, wobei fur jeden Schweißpunkt eine eigene Einstellung über die beschriebene STEP-Abfolge geschieht. Hierbei wird zunächst ein erstes Werkstück (3) mit den bei STEP 1 eingestellten Grundparameter geschweißt und ein evtl. Auftreten von Schweißspritzern (18) detektiert. Bei einem nächsten Werkstuck (3) wird gemäß STEP 2 z. B. der Schweißstrom (I) erhöht und die besagte Detektion durchgefuhrt. Tritt kein Schweißspritzer auf, wird bei einem folgenden Werkstuck (3) in Wiederholung von STEP 2 der Schweißstrom (I) erneut erhöht und die Spritzerbildung detektiert. Die Probeschweißungen werden punktbezogen solange wiederholt, bis eine Spritzerbildung auftritt.
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Im STEP 4 wird der Schweißstrom (I) nach einer Anomalie- oder Spritzerdetektion wieder auf den letzten spritzerfreien Wert verringert und hieraus in STEP 5 ein Arbeitspunkt ermittelt. Dies geschieht wiederum fur jeden Schweißpunkt einzeln und unabhangig von anderen.
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Die Werkstucke (3) konnen nach jeder Probeschweißung einer Qualitats- und Festigkeitsprufung unterzogen werden, wobei z. B. der Durchmesser des Schweißpunktes oder der Schweißlinse gemessen wird. Die Qualitätsdaten mit Soll- und gemessenem Ist-Wert der Durchmesser werden für jeden Punkt und jedes Werkstuck in einem Qualitatsprotokoll festgehalten, welches über den Input (21) im Speicher (14) als Datensatz abgelegt wird. Die Kontrolleinrichtung (2) bzw. die Auswerteeinrichtung (10) fragt zu jedem Probeschweißvorgang und jedem Schweißpunkt die zugehörigen Qualitatsdaten ab und speichert sie zusammen mit den punktbezogenen aktuellen Prozessparametern in der Datenbank gemäß 7 ab.
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Wenn als Optimierungskriterium z. B. Qualitat gewahlt ist, wird eine moglichst große Differenz zwischen den Soll- und Ist-Werten des Linsendurchmessers angestrebt und die Reihenfolge der STEPS 2 und 3 für jeden Schweißpunkt bis zum Spritzerauftritt wiederholt. Alternativ kann bei Erreichen der benötigten Qualität und des vorgegebenen Linsendurchmessers die Schrittwiederholung von STEP 2 und 3 abgebrochen werden.
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In einer weiteren Variante kann eine Qualitats- und Festigkeitsprüfung des Werkstücks (3) aufgeschoben und erst dann durchgefuhrt werden, wenn fur jeden Schweißpunkt gemaß STEP 4 und 5 ein stabiler Arbeitspunkt ermittelt wurde. Ergibt das Qualitatsprotokoll für alle Schweißpunkte ausreichende Qualität, kann der iterative Vorgang und die Inbetriebnahme fur die Bearbeitungseinrichtung (1) und das betreffende Werkstück (3) abgeschlossen werden. Die Prozesssteuerung (9) kann im anschließenden Serienbetrieb die zu den Arbeitspunkten gehörenden Prozessparameter als Einstellwerte ubernehmen und benutzen. Hierbei kann ggf. noch eine Regelung, z. B. eine adaptive Schweißstromregelung, mit vorheriger Ermittlung von Regelschwellwerten uberlagert werden.
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Falls sich aus dem Qualitatsprotokoll ergeben sollte, dass fur einen oder mehrere Schweißpunkte die Qualitat trotz Auftritts von Schweißspritzern nicht ausreicht, kann die Kontrolleinrichtung (2) bzw. die Auswerteeinrichtung (10) durch ihre Intelligenz und die Selbstlernfunktion einen anderen Prozessparameter, z. B. die Schweißzeit (t), schrittweise andern und die Ergebnisse jeweils mittels eines Qualitätsprotokolls überprüfen. Dieser iterative Vorgang wird solange wiederholt, bis die geforderte Qualitat erreicht ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Anpresskraft (F) in einem iterativen Einstell- und Prüfvorgang variiert werden.
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Die Kontrolleinrichtung (2) bzw. die Auswerteeinrichtung (10) werten auch den Verlauf bzw. die Entwicklung der einzelnen Prozessparameter und der Qualitätsdaten bei den Probeschweißungen aus. 5 und 6 verdeutlichen hierzu ein Beispiel. Wenn gemäß 5 ein Schweißspritzer (18) verfrüht und vor einer vorgegebenen Zeitschwelle (19) auftritt, deutet dies auf einen zu hohen Anfangsstrom hin, der nicht in das Werkstuck (3) eingeleitet werden kann, sodass es zu einem Oberflächenspritzer kommt. In einem solchen Fall kann in Abwandlung zu 2 die Wiederholung der STEPS 2 und 3 und die Schweißstromerhöhung gestoppt werden, wobei bei der nachsten Probeschweißung auf der Basis des vorherigen spritzerfreien Stromwertes dann die Schweißzeit (t) schrittweise verlangert wird.
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6 zeigt einen Verlauf (17) mit einem späten Spritzerauftritt nach der Zeitschwelle (19). Dies deutet darauf hin, dass die eingebrachte Schweißenergie zu hoch ist. Der Schweißpunkt erreicht eine energetische Sattigung mit der Folge eines Schweißspritzers (18). Hierauf kann die Kontrolleinrichtung (2) bzw. die Auswerteeinrichtung (10) mit einer Reduzierung des Schweißstroms (I) reagieren. Alternativ kann die Schweißzeit (t) verringert und der Schweißstrom (I) erhöht werden.
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Die Kontrolleinrichtung (2) kann im Serienbetrieb die Qualitat der verschiedenen Prozessorte, insbesondere Schweißpunkte, ebenfalls uberwachen und die Prozessparameter bei Bedarf selbsttatig nachstellen. Hierfür werden die eingelesenen Qualitätsdaten überpruft und ausgewertet. Es kann z. B. geprüft werden, ob ein Ist-Wert unter den Soll-Wert fallt oder ob eine vorhandene Differenz zwischen Soll- und Ist-Wert eine vorgegebene Große unterschreitet oder überschreitet. Falls durch die Prüfung eine Qualitätsminderung festgestellt wird, ändert die Kontrolleinrichtung (2) bzw. Auswerteeinrichtung (10) für den betroffenen Schweißpunkt einen Prozessparameter, indem sie z. B. den Schweißstrom (I) oder die Schweißzeit (t) erhöht. Bei Uberschreiten einer Qualitatsvorgabe kann umgekehrt eine Werteminderung vorgenommen werden. Dieser geanderte Prozessparameter wird bei den Folgeschweißungen in der Serie beibehalten, bis über eine neuerliche Qualitats- oder Festigkeitsprufung, die z. B. wöchentlich stattfindet, neue Qualitatsdaten erhalten und ausgewertet werden. Ist die gewunschte Qualitat noch nicht erreicht, wird in geeigneter Weise nachgestellt, indem der gleiche oder ein anderer Prozessparameter verändert wird.
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Auch hier kommt die Selbstlernfunktion und das im Auswerte- und Optimierungsprogramm hinterlegte Prozess-Know-how zum Tragen, wobei die Kontrolleinrichtung (2) bzw. die Auswerteeinrichtung (10) den am besten geeigneten Prozessparameter zur Nachstellung auswahlt und für die Nachstellung auch eine geeignete Wertänderung nimmt. Hierfür kann sich das besagte Programm einer implementierten Technologiedatenbank bedienen. Diese kann auch bei der vorbeschriebenen Einricht- oder Inbetriebnahmephase benutzt werden.
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Bei der Inbetriebnahme und auch bei der serienbegleitenden Qualitatsuberwachung können bedarfsweise unterschiedliche Optimierungskriterien gewählt werden. Wenn bei Werkstucken, z. B. Karosseriebauteilen von Kraftfahrzeugen in kleineren Serien, insbesondere in der Premiumklasse, besonders hohe Qualitätsanforderungen gestellt werden und die Taktzeit wegen der ohnehin geringeren Stuckzahl keine ausschlaggebende Bedeutung hat, wird bei der Auswertung der Qualitätsdaten von der Kontrolleinrichtung (2) bzw. der Auswerteeinrichtung (10) auf einen möglichst großen Schweißlinsendurchmesser Wert gelegt, wobei der Schweißstrom (I) und ggf. auch die Schweißzeit (t) bis zum Spritzerauftritt erhöht wird. Hierdurch werden möglichst große Unterschiede zwischen Ist-Wert und Soll-Wert der Linsendurchmesser erreicht.
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Bei Großserienprodukten kann ein anderes Optimierungskriterium, z. B. die Taktzeit, vorrangig sein. In diesem Fall achtet die Kontrolleinrichtung (2) bzw. die Auswerteeinrichtung (10) auf möglichst genaue Einhaltung der Qualitatsvorgaben und auf kleine Unterschiede zwischen Ist- und Soll-Wert der Linsendurchmesser. Die Schweißzeit (t) kann entsprechend niedrig gehalten und die Taktzeit ggf. verkurzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Schweißstrom (I) verringert werden, um Energie zu sparen.
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In einer weiteren Variante ist es möglich, vorgegebene Festigkeits- und Qualitatswerte aus konstruktiven Gründen moglichst genau einzuhalten und diese Vorgaben weder zu unterschreiten, noch zu überschreiten. Eine übermäßige Festigkeit kann z. B. fur ein gewünschtes Verformungsverhalten des Werkstücks (3) bei außerer Krafteinwirkung, z. B. bei einem Unfall, unerwunscht sein. Auch derartige Kriterien kann die Kontrolleinrichtung (2) bzw. die Auswerteeinrichtung (10) berucksichtigen.
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Ferner können bei der Auswertung der Qualitätsdaten, die eine Rückmeldung uber den Prozess darstellen, etwaige außergewöhnliche Entwicklungen detektiert werden. Wenn z. B. trotz großer Parameternachstellung die Qualitatsdaten nicht im erwarteten Umfang folgen, kann dies auf außergewohnliche Vorkommnisse hindeuten, z. B. auf außerhalb des Toleranzbereichs liegende Werkstoffabweichungen, Werkstückverzüge, außergewohnlichen Werkzeugverschleiss, ein Fehlverhalten der Handhabungseinrichtung (4) oder dgl..
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Derartige Auswerteergebnisse und Hinweise auf außergewöhnliche Vorkommnisse konnen über eine Anzeige (22) an der Bearbeitungseinrichtung (1) oder an anderer geeigneter Stelle akustisch und/oder optisch oder in beliebig anderer Weise signalisiert werden. Eine Signalisierung kann auch erfolgen, wenn aus den Qualitatsdaten plötzliche Qualitatseinbruche und damit ein drohender Ausschuss erkennbar sind.
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Abwandlungen der vorbeschriebenen Ausfuhrungsformen sind in verschiedener Weise moglich. Die Art der Werkstucke (3) und der Prozesse kann variieren, wobei z. B. andere Fügeprozesse, wie Kleben, Loten, Nieten, Schrauben, Clinchen oder dgl. möglich sind. Die zu erfassenden Qualitätskriterien und auch evtl. Prozessanomalien sind entsprechend andere. Desgleichen sind auch die Prozessparameter entsprechend anzupassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bearbeitungseinrichtung, Schweißeinrichtung
- 2
- Kontrolleinrichtung
- 3
- Werkstuck
- 4
- Handhabungseinrichtung, Roboter
- 5
- Werkzeug, Schweißwerkzeug, Schweißzange
- 6
- Versorgungseinrichtung, Schweißstromquelle
- 7
- Erfassungseinrichtung, Messeinrichtung
- 8
- Robotersteuerung
- 9
- Prozesssteuerung, Schweißsteuerung
- 10
- Auswerteeinrichtung
- 11
- Speicher für Optimierungsprogramm
- 12
- Speicher, Datenbank
- 13
- Rechner, Zentralrechner
- 14
- Speicher, Datenbank
- 15
- Verbindung, Signalverbindung
- 16
- Datenverbindung
- 17
- Prozessgrößenverlauf, Widerstandsverlauf
- 18
- Prozessanomalie, Schweißspritzer
- 19
- Zeitschwelle
- 20
- Prozessparameter, Schweißstrom
- 21
- Input Qualitatsdaten
- 22
- Anzeige
