DE202013012002U1

DE202013012002U1 - Systeme und Vorrichtungen zur Überwachung der Schweißqualität

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Publication number: DE202013012002U1
Application number: DE202013012002.9U
Authority: DE
Original assignee: Lincoln Global Inc
Current assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2015-02-23
Anticipated expiration: 2023-04-24
Also published as: WO2013160745A1; KR20150007293A; CA2870409A1; MX346755B; KR101986400B1; JP3197100U; CN107020436A; MX369794B; CN106964874A; MX365258B; CN106964874B; CN104379291A; CN104379291B; MX2014012464A

Abstract

System oder Vorrichtung zum Diagnostizieren eines Lichtbogenschweißprozesses durch Überwachen eines elektrischen Lichtbogenschweißgerätes (10), während das Schweißgerät (10) den Lichtbogenschweißprozess durchführt, durch Erzeugen von Ist-Schweißparametern zwischen einem vorangeschobenen Draht (20) und einem Werkstück (30), um eine Schweißnaht zu ziehen, wobei der Schweißprozess durch Befehlssignale an eine Stromversorgung (12) des Schweißgerätes (10) gesteuert wird, wobei das System für Folgendes konfiguriert ist: Generieren einer Reihe von sich rasch wiederholenden Wellenformen (100), wobei jede Wellenform (100) einen Schweißzyklus mit einer Zykluszeit darstellt; Unterteilen der Wellenformen in Zustände; Messen mehrerer Schweißparameter, die in einem oder mehreren der Zustände auftreten, mit einer Abfragerate über einen Zeitraum hinweg wiederholt während des Schweißprozesses; Berechnen mehrerer Qualitätsparameter für jeden der einen oder mehrere Zustände auf der Grundlage der Messungen der Schweißparameter während des Schweißprozesses; und Analysieren mindestens eines der mehreren Qualitätsparameter und der mehreren Schweißparameter zum Diagnostizieren des Lichtbogenschweißprozesses durch Bestimmen einer oder mehrerer möglicher Ursachen eines oder mehrerer lokaler oder kontinuierlicher Defekte der Schweißnaht.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung wird als eine Teilweiterbehandlungs-Patentanmeldung eingereicht, die die Priorität zur, und den Nutzen der, US-Patentanmeldung Nr. 12/775,729, eingereicht am 7. Mai 2010, beansprucht, welche die Priorität zur, und den Nutzen der, vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/261,079, eingereicht am 13. November 2009, beansprucht, deren Offenbarungen in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen werden.
TECHNISCHES GEBIET
Die allgemeinen erfinderischen Konzepte betreffen das elektrische Lichtbogenschweißen, und betreffen insbesondere Systeme und Vorrichtungen zur Überwachung der Variablen während eines Schweißprozesses und das entsprechende Gewichten der Variablen, das Quantifizieren der Schweißqualität, das Erhalten und Verwenden von Daten, die eine gute Schweißnaht anzeigen, das Verbessern der Produktion und der Qualitätskontrolle für einen automatisierten Schweißprozess, das Lehren der richtigen Schweißtechniken, das Feststellen von Kosteneinsparungsmöglichkeiten für einen Schweißprozess und das Ableiten optimaler Schweißeinstellungen, die als Voreinstellungen für verschiedene Schweißprozesse oder -anwendungen zu verwenden sind.
HINTERGRUND
Viele verschiedene Bedingungen und Parameter haben einen Anteil an der Gesamtqualität einer gezogenen Schweißnaht. Folglich haben Hersteller von Geräten für elektrisches Lichtbogenschweißen versucht, den Betrieb des Schweißgerätes zu überwachen, um die Qualität der Schweißnaht und die Effizienz des Schweißgerätes während des Betriebes in einer Fertigungseinrichtung zu bestimmen. Ein Versuch, ein elektrisches Lichtbogenschweißgerät zu überwachen, ist in US-Patent Nr. 6,051,805 an Vaidya (im Weiteren „Vaidya”) veranschaulicht, wo ein Computer oder ein anderes programmiertes Gerät verwendet wird, um den durchschnittlichen Strom und die Effizienz des Schweißvorgangs zu überwachen, wobei die Effizienz als ein Verhältnis der Zeit, die der Schweißvorgang dauert, zur Gesamtzeit der Arbeitsschicht ausgedrückt wird. Gemäß der Standardtechnologie enthält dieses offenbarte Überwachungssystem einen ersten Steuerkreis, der die Form einer zentralen Verarbeitungseinheit mit Standardzubehör, wie zum Beispiel RAM und EPROM, hat. Ein zweiter Steuerkreis ist mit dem ersten Kreis verbunden, um Informationen während des Überwachungsvorgangs ein- und auszugeben. Die Überwachungsvorrichtung erfasst Informationen über einen Zeitraum, der laut Offenbarung einige Stunden oder bis zu 999 Stunden betragen kann. Die Überwachungsvorrichtung bestimmt die Schweißeffizienz und überwacht die Zeit, um den durchschnittlichen Strom und die aufgelaufene Lichtbogenschweißzeit zu bestimmen und so die Gesamteffizienz zu ermitteln.
Vaidya offenbarte eine Fähigkeit zur Überwachung des Stroms und der Drahtzufuhrgeschwindigkeit sowie der Gasströmung während des Schweißvorgangs. Alle diese Informationen werden in zweckmäßigen Speichervorrichtungen gespeichert, wo anschließend die Betriebscharakteristika des Schweißgerätes während des Schweißprozesses abgerufen werden können. Auf diese Weise kann die Produktivität des Schweißgerätes gemessen werden, um die Kosteneffizienz und andere Parameter zu berechnen. Die Überwachung des elektrischen Lichtbogenschweißgerätes, wie bei Vaidya vorgeschlagen, ist von anderen Herstellern zum Messen des durchschnittlichen Stroms während eines Schweißprozesses probiert worden. Jedoch hat sich das Messen des durchschnittlichen Stroms, der Spannung, der Drahtzufuhrgeschwindigkeit oder anderer Parameter während eines Schweißprozesses und das Verwenden dieser Daten zum Protokollieren der Leistung des Schweißvorgangs nicht als zufriedenstellend erwiesen. In der Vergangenheit besaßen Überwachungsvorrichtungen keinerlei Vorkenntnis der überwachten Parameter.
Folglich erbrachte die Überwachung von Parametern wie zum Beispiel des Stroms, der Spannung und sogar der Drahtzufuhrgeschwindigkeit in der Vergangenheit – selbst unter Verwendung der bei Vaidya dargelegten Technologie – unberechenbare Reaktionen und erwies sich als außer Stande, die tatsächliche Stabilität des elektrischen Lichtbogens zu bestimmen oder festzustellen, ob der Schweißprozess oberhalb oder unterhalb gewünschter Parameterwerte arbeitet. Diese Informationen müssen bekannt sein, um einen Schweißzyklus als „nicht zufriedenstellend” beurteilen zu können und/oder die Qualität der während des Schweißzyklus gezogenen Schweißnaht mit einer gewünschten Genauigkeit zu bestimmen. Kurz gesagt, ist die Überwachung des Betriebes eines elektrischen Lichtbogenschweißgerätes, wenn es für eine Vielzahl verschiedener Schweißprozesse verwendet wurde, nicht zufriedenstellend gewesen, weil kein vorhandenes Wissen vorlag, das genutzt werden konnte, um den Schweißprozess während seiner Implementierung zu beurteilen.
Zur Überwindung dieser Nachteile offenbarte das US-Patent Nr. 6,441,342 an Hsu (im Weiteren „Hsu”) eine Überwachungsvorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung eines elektrischen Lichtbogenschweißgerätes, während das Schweißgerät einen ausgewählten Lichtbogenschweißprozess durchführt, das Informationen über den Betrieb des Schweißgerätes erzeugt. Dementsprechend kann standardmäßige Hochleistungscomputertechnologie für gleichermaßen präzise und intelligente Daten verwendet werden, die durch die Überwachungsvorrichtung erzeugt werden. Die Überwachungsvorrichtung und das Überwachungssystem von Hsu arbeiten während des Schweißprozesses mit bekannten Informationen. Die Informationen sind fix und verändern sich nicht. Die Überwachungsvorrichtung konzentriert sich auf spezifische Aspekte des Schweißprozesses, um auf vorhandenes Wissen zurückzugreifen, das mit der Ist-Leistung verglichen wird. Auf diese Weise werden die Stabilität und die akzeptablen Größenordnungen oder Werte eines ausgewählten Parameters während eines spezifischen Aspekts des Schweißprozesses bestimmt. Der Schweißprozess wird vor der Überwachung in feste Zeitsegmente mit bekannten Soll-Parametern unterteilt. Dann können diese Daten mittels bekannter Computertechnologien verarbeitet werden, um Aspekte der Schweißzyklen zu beurteilen.
Hsu offenbart, dass der Schweißprozess durch ein elektrisches Lichtbogenschweißgerät ausgeführt wird, das eine Reihe sich rasch wiederholender Wellenformen generiert. Jede Wellenform stellt einen Schweißzyklus mit einer Zykluszeit dar. Jeder Schweißzyklus (d. h. jede Wellenform) wird durch einen bekannten Wellenformgenerator erzeugt, der dafür verwendet wird, den Betrieb des Schweißgerätes zu steuern. Diese Wellenformen werden in Zustände unterteilt, wie zum Beispiel – in einem Impulsschweißprozess – einen Zustand von Hintergrundstrom, Anstieg, Spitzenstrom, Abstieg und dann zurück zum Hintergrundstrom. Durch Unterteilen der bekannten Ansteuerungswellenform in Zustände, die als Zeitsegmente der erzeugten Lichtbogencharakteristika definiert sind, kann jeder ausgewählte der Zustände überwacht werden. Es können sogar viele Zustände multiplexiert werden. Zum Beispiel kann in einem Impulsschweißprozess der Zustand überwacht werden, der mit dem Spitzenstrom im Zusammenhang steht. Hsu offenbart, dass der Zustand des Schweißprozesses überwacht wird, indem er mit einer hohen Rate, bevorzugt über 1,0 kHz, gelesen wird. Jeder der Ist-Schweißparameter, wie zum Beispiel Strom, Spannung oder auch die Drahtzufuhrgeschwindigkeit, wird viele Male während jedes Spitzenstromzustands der Wellenform, die in dem Impulsschweißprozess verwendet wird, detektiert. Auf diese Weise werden Anstieg, Abstieg und Hintergrundstrom während des Überwachungsprozesses des Spitzenstromzustands ignoriert.
Folglich wird der Spitzenstrom mit einem bekannten Spitzenstrom verglichen. Eine Funktion des Spitzenstroms kann dafür verwendet werden, Variationen beim Ist-Spitzenausgangsstrom aus dem elektrischen Lichtbogenschweißgerät zu detektieren. Bei Hsu werden ein kleinster Wert und ein größter Wert auf der niedrigeren und der höheren Seite des Befehlsspitzenstroms verwendet, um den Pegel des Spitzenstroms viele Male während jedes Spitzenstromzustands der Impulsschweißwellenform zu bestimmen. Jedes Mal, wenn der Strom das Maximum überschreitet oder kleiner ist als das Minimum, wird dieses Ereignis während jeder Wellenform gezählt. Die Gesamtabweichungen oder -ereignisse werden für eine Schweißzeit gezählt (d. h. eine Zeit, während der ein Schweißprozess oder ein signifikanter Teil davon ausgeführt wird). Wenn dieser Zählwert über eine eingestellte Anzahl je Wellenform oder während der Schweißzeit hinausgeht, so kann ein Warnhinweis ausgegeben werden, dass in diesem konkreten Schweißprozess unerwünschte Schweißbedingungen aufgetreten sind. Wenn der Zählwert einen Maximalwert überschreitet, so wird die Schweißnaht praktisch abgelehnt. Dieselbe Fähigkeit wird mit einem statistischen Standardabweichungsprogramm verwendet, um den Spitzenstrom viele Male während jedes Spitzenstromzustands der Wellenform zu lesen, um die Größenordnung der Standardabweichung zu detektieren. In der Praxis ist die Standardabweichung die Berechnung der effektiven (Root Mean Square, RMS) Abweichung durch das Computerprogramm. Bei Hsu wird der durchschnittliche Spitzenstroms ebenso berechnet und aufgezeichnet die die Pegelbedingungen und die Stabilitätscharakteristika. Der Effektivwert des Stroms oder der Spannung wird ebenfalls für jeden der überwachten Zustände bestimmt, zum Beispiel der Spitzenstromzustand einer Impulswellenform. Während der Spitzenstromwert oder die Standardabweichung überwacht wird, kann die Hintergrundstromstufe anhand des Strompegels und der Dauer überwacht werden.
Hsu offenbart das Auswählen eines Zustands in der Wellenform und das Vergleichen der gewünschten und bekannten Befehlssignale für diesen Zustand mit den Ist-Parametern des Schweißprozesses während dieses überwachten Zustands. Die Auswahl basiert auf dem vorherigen Wissen des Wellenformgenerators. Zum Beispiel ist der Wellenformgenerator dafür programmiert, bei einer bestimmten Drahtzufuhrgeschwindigkeit WFS1 den Spitzenstrom zu justieren, um die Lichtbogenlänge zu steuern. Die „informierte” Überwachungsvorrichtung wählt dann das Spitzenstromsegment als den überwachten Zustand aus, wenn bei dieser Drahtzufuhrgeschwindigkeit WFS1 geschweißt wird. Andererseits ist der Wellenformgenerator dafür programmiert, bei einer anderen Drahtzufuhrgeschwindigkeit WFS2 die Hintergrundzeit (und nicht den Spitzenstrom) zu justieren, um die Lichtbogenlänge zu steuern. Die „informierte” Überwachungsvorrichtung wählt dann die Hintergrundzeit als den überwachten Zustand und Parameter aus, wenn bei dieser Drahtzufuhrgeschwindigkeit WFS2 geschweißt wird. Im Gegensatz dazu weiß eine Posteriori-Überwachungsvorrichtung nicht, dass bei anderen Drahtzufuhrgeschwindigkeiten andere Aspekte der Wellenform zu überwachen sind, um die Lichtbogenstabilität zu detektieren. Die Überwachung der Hintergrundzeit bei Drahtzufuhrgeschwindigkeit WFS1 oder die Überwachung des Spitzenstroms bei Drahtzufuhrgeschwindigkeit WFS2 wären in diesem Beispiel überaus ineffektiv. Somit offenbart Hsu die Verwendung eines Zeitsegments der Wellenform zur Überwachung dieses Segments der Wellenform unter Nutzung der vorherigen Kenntnis der Sollwerte. Dies erlaubt die Überwachung der Ist-Werte des elektrischen Lichtbogenschweißprozesses und nicht lediglich eine Durchschnittswertbildung über die Wellenform als Ganzes.
Bei Hsu ist die Überwachungsvorrichtung durch die Verwendung vorhandenen Wissens gekennzeichnet, im Gegensatz zu dem normalen Prozess, wo lediglich die Ausgangsparameter gelesen werden, die während des Schweißprozesses angetroffen werden. Folglich vereinfacht die Überwachung in hohem Maße die Aufgabe des Detektierens des normalen Verhaltens eines Schweißgerätes, wenn das normale Verhalten eine Funktion der Zeit ist und nur während eines einzigen Aspekts des Schweißprozesses abweicht. Die Lehren von Hsu sind nicht in gleichem Maße auf die Überwachung der Spannung in einem Konstantspannungsprozess anwendbar, weil der Sollpegel der Spannung ein bekanntes Charakteristikum während des Gesamtschweißzyklus ist. Jedoch erbringt das Verfahren von Hsu in anderen Schweißprozessen, wo sowohl die Spannung als auch der Strom während verschiedener Segmente der Wellenform variieren, korrekte Messwerte für Stabilität, Effektivwert, Standardabweichung, Durchschnitt, unter dem Minimum und über dem Maximum, bevor die Ist-Parameter während der ausgewählten Segmente der Wellenform überwacht werden.
Gemäß Hsu werden die zeitvariierenden Schweißprozesse, wie zum Beispiel Impulsschweißen und Kurzschlussschweißen, mit präziser Genauigkeit und nicht durch Lesen allgemeiner Ausgangsinformationen überwacht. Die Überwachungsvorrichtung wird zu einer ausgewählten Zeit in jeder Wellenform aktiviert, die der ausgewählte Zustand oder das ausgewählte Segment der Wellenform ist. Die Überwachungsvorrichtung vergleicht Ist-Parameter mit den Soll-Parametern in Form von Befehlssignalen, die an eine Stromversorgung des Schweißgerätes gerichtet sind. Bei Hsu braucht eine Überwachung nur während bestimmter Segmente der Wellenform stattzufinden; jedoch wird in Ausnahmefällen, wie zum Beispiel, wenn der Lichtbogen erlischt oder wenn ein Kurzschluss stattfindet, eine computergesteuerte Subroutine entweder durch Spannungsdetektion oder durch Stromdetektion implementiert, um den Lichtbogen neu zu starten und/oder den Kurzschluss zu beseitigen. Die Subroutinen für diese Ereignisse laufen parallel zu dem Überwachungsprogramm ab. Folglich beeinflussen diese Ausnahmefälle nicht den Gesamtbetrieb der Überwachungsvorrichtung. Diese Subroutinen sind als Ausnahmezustände oder Zeitsegmente ausgelegt. Die Parameter oder Signale innerhalb dieser Ausnahmezustände werden in einer ähnlichen Weise wie oben beschrieben überwacht.
Bei Hsu können Produktionsinformationen über einen Kalenderzeitraum, über eine Arbeitsschicht oder auch für jeden Schweißer gesammelt werden, um den Betrieb oder die Effizienz eines Schweißgerätes zu beurteilen. Die Überwachung jedes Schweißzyklus durch Überwachen eines bestimmten Segments oder Zustands der Wellenform erlaubt die Erfassung unerwünschter Ereignisse, die im Lauf der Zeit eintreten. Dies erlaubt auch eine Trendanalyse, so dass der Schweißer Korrekturmaßnahmen ergreifen kann, bevor der Schweißprozess tatsächlich mangelhafte Produktionsschweißnähte zieht. Trendanalyse, Defektanalyse, akkumulierte Defekte, Protokollierung aller dieser Dinge und zugehörige Echtzeitüberwachung des elektrischen Lichtbogenschweißgerätes erlauben ein direktes und zeitnahes Eingreifen, um Verhütungsmaßnahmen anstelle von Korrekturmaßnahmen zu ergreifen.
ZUSAMMENFASSUNG
Die allgemeinen erfinderischen Konzepte betreffen Vorrichtungen zur Überwachung der Variablen während eines Schweißprozesses und zum entsprechenden Gewichten der Variablen, Quantifizieren der Schweißqualität, Erhalten und Verwenden von Daten, die eine gute Schweißnaht anzeigen, Detektieren von Schweißdefekten und Diagnostizieren möglicher Ursachen der Schweißdefekte. Die Schweißqualitätsdaten erlauben Verbesserungen bei der Produktion und der Qualitätskontrolle für einen automatisierten Schweißprozess, das Lehren der richtigen Schweißtechniken, das Feststellen von Kosteneinsparungsmöglichkeiten für einen Schweißprozess und das Ableiten optimaler Schweißeinstellungen, die als Voreinstellungen für verschiedene Schweißprozesse oder -anwendungen zu verwenden sind. Zur Veranschaulichung verschiedener Aspekte der allgemeinen erfinderischen Konzepte werden im vorliegenden Text beispielhaft verschiedene beispielhafte Systeme und Verfahren offenbart.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein System zur Überwachung eines elektrischen Lichtbogenschweißgerätes, während das Schweißgerät einen ausgewählten Lichtbogenschweißprozess durchführt, durch Erzeugen von Ist-Schweißparametern zwischen einem vorangeschobenen Draht und einem Werkstück, wobei der ausgewählte Prozess durch Befehlssignale an eine Stromversorgung des Schweißgerätes gesteuert wird, offenbart. Das System ist ausgestaltet zum: (a) Generieren einer Reihe von sich rasch wiederholenden Wellenformen, wobei jede Wellenform einen Schweißzyklus mit einer Zykluszeit darstellt; (b) Unterteilen der Wellenformen in Zustände; (c) Messen eines ausgewählten Schweißparameters, der in einem der Wellenformzustände auftritt, mit einer Abfragerate über einen Zeitraum hinweg, um einen Datensatz für den ausgewählten Schweißparameter zu erhalten; (d) für jeden Zeitraum, Berechnen eines Stabilitätswertes für den ausgewählten Schweißparameter aus dem Datensatz; (e) Vergleichen jedes Stabilitätswertes mit einem erwarteten Stabilitätswert, um festzustellen, ob eine Differenz zwischen dem Stabilitätswert und dem erwarteten Stabilitätswert eine zuvor festgelegte Schwelle überschreitet; und (f) wenn die Differenz die Schwelle überschreitet, Gewichten des Stabilitätswertes mit einem Größenordnungsgewicht auf der Grundlage der Differenz, und Gewichten des Stabilitätswertes mit einem Zeitanteilsgewicht auf der Grundlage eines Zeitanteils des Wellenformzustands an seiner Wellenform. Auf diese Weise kann das System mehrere Gewichte (zum Beispiel auf der Grundlage eines Grades oder einer Größenordnung der Abweichung und eines Zeitanteils seines Zustands) zu einem gemessenen Parameter (d. h. einem Element in dem Datensatz), der einen Ausreißer darstellt, zuweisen. In einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Ausreißer als ein gemessener Wert für einen Schweißparameter definiert, der außerhalb der Grenze von drei (3) Standardabweichungen vom mittleren Wert des Schweißparameters entfernt liegt. Eine in ein Lichtbogenschweißgerät integrierte Überwachungsvorrichtung zum Durchführen dieses beispielhaften Verfahrens wird ebenfalls in Betracht gezogen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein System zum Quantifizieren der Qualität einer Schweißnaht durch Überwachen eines elektrischen Lichtbogenschweißgerätes, während das Schweißgerät einen ausgewählten Lichtbogenschweißprozess durchführt, durch Erzeugen von Ist-Schweißparametern zwischen einem vorangeschobenen Draht und einem Werkstück, wobei der ausgewählte Prozess durch Befehlssignale an eine Stromversorgung des Schweißgerätes gesteuert wird, offenbart. Das System ist ausgestaltet zum: (a) Generieren einer Reihe von sich rasch wiederholenden Wellenformen, wobei jede Wellenform einen Schweißzyklus mit einer Zykluszeit darstellt; (b) Unterteilen der Wellenformen in Zustände; (c) Messen mehrerer ausgewählter Schweißparameter, die in einem oder mehreren der Zustände auftreten, mit einer Abfragerate über einen Zeitraum hinweg wiederholt während einer Schweißzeit; und (d) Berechnen mehrerer Qualitätsparameter für jeden der Zustände auf der Grundlage der Messungen der ausgewählten Schweißparameter während der Zeiträume, wobei die Qualitätsparameter eine Gesamtqualitätsmessung der Schweißnaht darstellen. Eine in ein Lichtbogenschweißgerät integrierte Überwachungsvorrichtung zum Durchführen dieses beispielhaften Verfahrens wird ebenfalls in Betracht gezogen.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das System außerdem ausgestaltet zum: (e) Vergleichen eines Wertes eines jeden der Qualitätsparameter, die für jeden Zeitraum berechnet wurden, mit einem entsprechenden erwarteten Qualitätsparameterwert, um festzustellen, ob eine Differenz zwischen dem berechneten Qualitätsparameterwert und dem erwarteten Qualitätsparameterwert eine zuvor festgelegte Schwelle überschreitet; und (f) wenn die Differenz die Schwelle überschreitet, Gewichten des berechneten Qualitätsparameterwertes mit einem Größenordnungsgewicht auf der Grundlage der Differenz, und Gewichten des berechneten Qualitätsparameterwertes mit einem Zeitanteilsgewicht auf der Grundlage eines Zeitanteils seines Zustands an der Wellenform, die den Zustand enthält. Eine in ein Lichtbogenschweißgerät integrierte Überwachungsvorrichtung zum Durchführen dieses beispielhaften Verfahrens wird ebenfalls in Betracht gezogen.
In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die Abfragerate 120 kHz. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt der Zeitraum ungefähr 250 ms.
In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die ausgewählten Schweißparameter, für jeden der Zustände, einen Zählwert der Messungen, die für jeden der ausgewählten Schweißparameter in dem Zeitraum durchgeführt wurden, eine mittlere Spannung in dem Zeitraum, eine effektive Spannung (Root Mean Square Voltage, RMSV) in dem Zeitraum, eine Spannungsvarianz V_var in dem Zeitraum, einen mittleren Strom in dem Zeitraum, einen effektiven Strom (Root Mean Square Current, RMSI) in dem Zeitraum, und eine Stromvarianz I_var in dem Zeitraum, wobei die Spannung = eine Summe von Spannungen, die in dem Zeitraum gemessen wurden, bzw. = der Zählwert von Spannungsmessungen, wobei
wobei V_var = RMSV-Spannung, wobei der Strom = eine Summe von Strömen, die in dem Zeitraum gemessen wurden, bzw. = der Zählwert von Strommessungen, wobei
und wobei I_var = RMSI-Strom.
In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Qualitätsparameter einen Qualitätszählwertdurchschnitt (Quality Count Average, QCA) für jeden Zustand, der berechnet wird als:
wobei N die Gesamtzahl von Schweißzyklen in einem Zeitraum ist und wobei sich count_i auf einem Zählwert der Messungen für einen bestimmten der Schweißzyklen in dem Zeitraum bezieht.
In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Qualitätsparameter eine Qualitätszählwert-Standardabweichung (Quality Count Standard Deviation, QCSD) für jeden Zustand, die berechnet wird als:
In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Qualitätsparameter einen Qualitätszählwert-Standardabweichung (Quality Count Standard Deviation, QCSD) für jeden Zustand, die berechnet wird als:
In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Qualitätsparameter einen Qualitätsspannungsdurchschnitt (Quality Voltage Average, QVA) für jeden Zustand, der berechnet wird als:
wobei N die Gesamtzahl von Schweißzyklen in dem Zeitraum ist, und wobei sich Voltage auf eine Spannungsmessung für einen bestimmten der Schweißzyklen in dem Zeitraum bezieht.
In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Qualitätsparameter eine Qualitätspannungs-Standardabweichung (Quality Voltage Standard Deviation, QVSD) für jeden Zustand, die berechnet wird als:
In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Qualitätsparameter eine Qualitätspannungs-Standardabweichung (Quality Voltage Standard Deviation, QVSD) für jeden Zustand, die berechnet wird als:
In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Qualitätsparameter einen Qualitätsstromdurchschnitt (Quality Current Average, QIA) für jeden Zustand, der berechnet wird als:
wobei N die Gesamtzahl von Schweißzyklen in dem Zeitraum ist, und wobei sich Current auf eine Strommessung für einen bestimmten der Schweißzyklen in dem Zeitraum bezieht.
In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Qualitätsparameter eine Qualitätsstrom-Standardabweichung (Quality Current Standard Deviation, QISD) für jeden Zustand, die berechnet wird als:
In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Qualitätsparameter eine Qualitätsstrom-Standardabweichung (Quality Current Standard Deviation, QISD) für jeden Zustand, die berechnet wird als:
In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Qualitätsparameter einen Qualitätsspannungsvarianz-Durchschnitt (Quality Voltage Variance Average, QVVA) für jeden Zustand, der berechnet wird als:
wobei N die Gesamtzahl von Schweißzyklen in dem Zeitraum ist.
In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Qualitätsparameter eine Qualitätsspannungsvarianz-Standardabweichung (Quality Voltage Variance Standard Deviation, QVVSD) für jeden Zustand, die berechnet wird als:
In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Qualitätsparameter eine Qualitätsspannungsvarianz-Standardabweichung (Quality Voltage Variance Standard Deviation, QVVSD) für jeden Zustand, der berechnet wird als:
In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Qualitätsparameter einen Qualitätsstromvarianz-Durchschnitt (Quality Current Variance Average, QIVA) für jeden Zustand, der berechnet wird als:
wobei N die Gesamtzahl von Schweißzyklen in dem Zeitraum ist.
In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Qualitätsparameter eine Qualitätsstromvarianz-Standardabweichung (Quality Current Variance Standard Deviation, QIVSD) für jeden Zustand, die berechnet wird als:
In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Qualitätsparameter eine Qualitätsstromvarianz-Standardabweichung (Quality Current Variance Standard Deviation, QIVSD) für jeden Zustand, die berechnet wird als:
Ähnliche Qualitätsparameter auf der Grundlage der überwachten Drahtzufuhrgeschwindigkeit (Wire Feed Speed, WFS) kann auch in einer ähnlichen Weise berechnet werden, wie zum Beispiel ein Qualitäts-Drahtzufuhrgeschwindigkeitsdurchschnitt (Quality Wire Feed Speed Average, QWA), eine Qualitäts-Drahtzufuhrgeschwindigkeits-Standardabweichung (Quality Wire Feed Speed Standard Deviation, QWSD), ein Qualitäts-Drahtzufuhrgeschwindigkeitsvarianz-Durchschnitt (Quality Wire Feed Speed Variance Average, QWVA) und eine Qualitäts-Drahtzufuhrgeschwindigkeitsvarianz-Standardabweichung (Quality Wire Feed Speed Variance Standard Deviation, QWVSD).
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Verfahren des Weiteren ausgestaltet zum: (e) Verwenden der Qualitätsparameter in einer Messgröße, um anschließende Schweißnähte zu beurteilen. Eine in ein Lichtbogenschweißgerät integrierte Überwachungsvorrichtung zum Durchführen dieses beispielhaften Verfahrens wird ebenfalls in Betracht gezogen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein System zum Beurteilen mehrerer Schweißnähte, die unter im Wesentlichen den gleichen Bedingungen und gemäß im Wesentlichen dem gleichen Lichtbogenschweißprozess gezogen werden, durch Überwachen eines elektrischen Lichtbogenschweißgerätes, während das Schweißgerät die Schweißnähte gemäß dem Lichtbogenschweißprozess zieht, durch Erzeugen von Ist-Schweißparametern zwischen einem vorangeschobenen Draht und einem Werkstück, wobei der ausgewählte Prozess durch Befehlssignale an eine Stromversorgung des Schweißgerätes gesteuert wird, offenbart. Das Verfahren ist ausgestaltet zum (während jedes Schweißdurchgangs): (a) Generieren einer Reihe von sich rasch wiederholenden Wellenformen, wobei jede Wellenform einen Schweißzyklus mit einer Zykluszeit darstellt; (b) Unterteilen der Wellenformen in Zustände; (c) Messen eines ausgewählten Schweißparameters, der in einem der Zustände auftritt, mit einer Abfragerate über einen Zeitraum hinweg, um einen Datensatz für den ausgewählten Schweißparameter zu erhalten; (d) für jeden Zeitraum, Berechnen eines Qualitätswertes für den ausgewählten Schweißparameter aus dem Datensatz; (e) Vergleichen jedes Qualitätswertes mit einem erwarteten Qualitätswert, um festzustellen, ob eine Differenz zwischen dem Qualitätswert und dem erwarteten Qualitätswert eine zuvor festgelegte Schwelle überschreitet; (f) wenn die Differenz die Schwelle überschreitet, Gewichten des Qualitätswertes mit einem Größenordnungsgewicht auf der Grundlage der Differenz, und Gewichten des Qualitätswertes mit einem Zeitanteilsgewicht auf der Grundlage eines Zeitanteils des Zustands an seiner Wellenform; und (g) Verwenden aller Qualitätswerte, einschließlich aller gewichteten Qualitätswerte, die während der Schweißzeit erhalten wurden, um eine Qualitätswertung für die Schweißnaht zu bestimmen.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Verfahren des Weiteren ausgestaltet zum: (h) Ablehnen der Schweißnaht, wenn ihre Qualitätswertung innerhalb eines ersten vorgegebenen Bereichs der Qualitätswertungen liegt; und (i) Akzeptieren der Schweißnaht, wenn ihre Qualitätswertung in einem zweiten vorgegebenen Bereich der Qualitätswertungen liegt.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Verfahren des Weiteren ausgestaltet zum: (h) dauerhaftes Verknüpfen jeder Schweißnaht mit ihrer entsprechenden Qualitätswertung.
In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die Abfragerate 120 kHz. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt der Zeitraum ungefähr 250 ms.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist der ausgewählte Schweißparameter Lichtbogenstrom. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der ausgewählte Schweißparameter Lichtbogenspannung.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein System zum Übermitteln von Anweisungen an eine Person (d. h. einen Schweißer), der manuell einen Lichtbogenschweißprozess unter Verwendung eines elektrischen Lichtbogenschweißgerätes durchführt, das eine integrierte Überwachungsvorrichtung enthält, wobei das Schweißgerät den Lichtbogenschweißprozess durch Erzeugen von Ist-Schweißparametern zwischen einem vorangeschobenen Draht und einem Werkstück durchführt, wobei die Überwachungsvorrichtung in der Lage ist, die Ist-Schweißparameter zu überwachen, und der Lichtbogenschweißprozess durch Befehlssignale an eine Stromversorgung des Schweißgerätes gesteuert wird, offenbart. Das System ist ausgestaltet zum: (a) Generieren einer Reihe von sich rasch wiederholenden Wellenformen, wobei jede Wellenform einen Schweißzyklus mit einer Zykluszeit darstellt; (b) Unterteilen der Wellenformen in Zustände; (c) Messen eines ausgewählten Schweißparameters, der in einem der Zustände auftritt, mit einer Abfragerate über einen Zeitraum hinweg, um einen Datensatz für den ausgewählten Schweißparameter zu erhalten; (d) für jeden Zeitraum, Berechnen eines Qualitätswertes für den ausgewählten Schweißparameter aus dem Datensatz; (e) Vergleichen jedes Qualitätswertes mit einem erwarteten Qualitätswert, um festzustellen, ob eine Differenz zwischen dem Qualitätswert und dem erwarteten Qualitätswert eine zuvor festgelegte Schwelle überschreitet; (f) wenn die Differenz die Schwelle überschreitet, Gewichten des Qualitätswertes mit einem Größenordnungsgewicht auf der Grundlage der Differenz, und Gewichten des Qualitätswertes mit einem Zeitanteilsgewicht auf der Grundlage eines Zeitanteils des Zustands an seiner Wellenform; (g) Verwenden des Qualitätswertes, einschließlich aller Gewichte, zum Aktualisieren einer Stromgesamtqualitätswertung für die Schweißnaht; (h) Bestimmen, ob die Stromgesamtqualitätswertung in einem vorgegebenen Bereich der akzeptablen Qualitätswertungen während des Schweißprozesses liegt; und (i) wenn die Stromgesamtqualitätswertung außerhalb des vorgegebenen Bereichs der akzeptablen Qualitätswertungen liegt, Bereitstellen von Informationen über Korrekturmaßnahmen an den Schweißer.
In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die Abfragerate 120 kHz. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt der Zeitraum ungefähr 250 ms.
In einer beispielhaften Ausführungsform werden die Informationen visuell übermittelt. In einer beispielhaften Ausführungsform werden die Informationen akustisch übermittelt.
In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Informationen eine vorgeschlagene Änderung einer Position des Drahtes relativ zu dem Werkstück. In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Informationen eine vorgeschlagene Änderung einer Bewegungsrate des Drahtes relativ zu dem Werkstück.
In einer beispielhaften Ausführungsform werden die Informationen mit einer zuvor festgelegten Berichtsrate an den Schweißer übermittelt. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Berichtsrate kürzer als 30 Sekunden. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die Berichtsrate mindestens 30 Sekunden.
In einer beispielhaften Ausführungsform werden die Informationen übermittelt, wenn die jüngsten Veränderungen in der Stromgesamtqualitätswertung anzeigen, dass sich die Stromgesamtqualitätswertung wahrscheinlich außerhalb des vorgegebenen Bereichs der akzeptablen Qualitätswertungen bewegen wird.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Verfahren des Weiteren ausgestaltet zum: (j) wenn die Stromgesamtqualitätswertung innerhalb des vorgegebenen Bereichs der akzeptablen Qualitätswertungen liegt, Ausgeben einer Bestätigung an den Schweißer, dass keine Korrekturmaßnahme notwendig ist.
Es wird ein System zum Beurteilen mehrerer Schweißer, die einen Lichtbogenschweißprozess durchführen, durch Überwachen eines elektrischen Lichtbogenschweißgerätes, das jedem der Schweißer zugeordnet ist, während jedes Schweißgerät durch seinen jeweiligen Schweißer zum Durchzuführen des Lichtbogenschweißprozesses verwendet wird, durch Erzeugen von Ist-Schweißparametern zwischen einem vorangeschobenen Draht und einem Werkstück, wobei der Lichtbogenschweißprozess durch Befehlssignale an eine Stromversorgung des Schweißgerätes gesteuert wird, offenbart. Das System enthält für jeden Schweißer Folgendes: (a) Generieren einer Zahlenwertung, die eine Qualitätsmessung einer Schweißnaht, die gemäß dem Lichtbogenschweißprozess gezogen wird, relativ zu einer zuvor festgelegten Ausgangsschweißnaht anzeigt; (b) Messen einer Zeitspanne, die der Schweißer mit der Durchführung des Lichtbogenschweißprozesses zubringt; und (c) Zuordnen der Zahlenwertung und der Schweißdauer zu dem Schweißer.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Zahlenwertung gebildet durch: (a1) Generieren einer Reihe von sich rasch wiederholenden Wellenformen, wobei jede Wellenform einen Schweißzyklus mit einer Zykluszeit darstellt: (a2) Unterteilen der Wellenformen in Zustände; (a3) Messen eines ausgewählten Schweißparameters, der in einem der Zustände auftritt, mit einer Abfragerate über einen Zeitraum hinweg, um einen Datensatz für den ausgewählten Schweißparameter zu erhalten; (a4) für jeden Zeitraum, Berechnen eines Qualitätswertes für den ausgewählten Schweißparameter des Datensatzes; (a5) Vergleichen jedes Qualitätswertes mit einem erwarteten Qualitätswert, um festzustellen, ob eine Differenz zwischen dem Qualitätswert und dem erwarteten Qualitätswert eine zuvor festgelegte Schwelle überschreitet; (a6) wenn die Differenz die Schwelle überschreitet, Gewichten des Qualitätswertes mit einem Größenordnungsgewicht auf der Grundlage der Differenz, und Gewichten des Qualitätswertes mit einem Zeitanteilsgewicht auf der Grundlage eines Zeitanteils des Zustands an seiner Wellenform; und (a7) Verwenden aller Qualitätswerte, einschließlich aller gewichteten Qualitätswerte, die während des Lichtbogenschweißprozesses erhalten wurden, um die Zahlenwertung zu bestimmen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein System zum Durchführen einer kosteneffektiven Analyse für einen ausgewählten Lichtbogenschweißprozess, wobei ein elektrisches Lichtbogenschweißgerät den Lichtbogenschweißprozess durchführt, durch Erzeugen von Ist-Schweißparametern zwischen einem vorangeschobenen Draht und einem Werkstück, wobei der ausgewählte Prozess durch Befehlssignale an eine Stromversorgung des Schweißgerätes gesteuert wird, offenbart. Das System ist ausgestaltet zum: (a) Identifizieren mehrerer Schweißbedingungen, die in der Lage sind, die Gesamtschweißqualität zu beeinflussen; (b) Variieren einer der Schweißbedingungen über mehrere Schweißnähte hinweg und Fixieren aller übrigen Schweißbedingungen über die Schweißnähte hinweg; (c) für jede der Schweißnähte: (i) Generieren einer Reihe von sich rasch wiederholenden Wellenformen, wobei jede Wellenform einen Schweißzyklus mit einer Zykluszeit darstellt; (ii) Unterteilen der Wellenformen in Zustände; (iii) Messen eines ausgewählten Schweißparameters, der in einem der Zustände auftritt, mit einer Abfragerate über einen Zeitraum hinweg, um einen Datensatz für den ausgewählten Schweißparameter zu erhalten; (iv) für jeden Zeitraum, Berechnen eines Stabilitätswertes für den ausgewählten Schweißparameter aus dem Datensatz; (v) Vergleichen jedes Stabilitätswertes mit einem erwarteten Stabilitätswert, um festzustellen, ob eine Differenz zwischen dem Stabilitätswert und dem erwarteten Stabilitätswert eine zuvor festgelegte Schwelle überschreitet; (vi) wenn die Differenz die Schwelle überschreitet, Gewichten des Stabilitätswertes mit einem Größenordnungsgewicht auf der Grundlage der Differenz, und Gewichten des Stabilitätswertes mit einem Zeitanteilsgewicht auf der Grundlage eines Zeitanteils des Wellenformzustands an seiner Wellenform; (vii) Verwenden der Stabilitätswerte, die während der Schweißzeit erhalten wurden, einschließlich aller gewichteten Stabilitätswerte, zum Berechnen einer Gesamtqualitätswertung für die Schweißnaht; (viii) Bestimmen der Kosten für die Schweißnaht; und (ix) Zuordnen der Qualitätswertung und die Kosten zu der Schweißnaht.
In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Schweißbedingungen eine oder mehrere von Folgendem: Drahtcharakteristika, Werkstückcharakteristika, eine Schutzgasströmungsrate, eine Schutzgaszusammensetzung und eine Werkstückvorwärmtemperatur.
In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Kosten monetäre Aufwendungen, die mit der Herstellung der Schweißnaht zusammenhängen. In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Kosten eine Gesamtzeit, die zum Vollenden der Schweißnaht benötigt wird.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Stabilitätswert eine statistische Standardabweichung für den ausgewählten Schweißparameter.
In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die Abfragerate 120 kHz. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt der Zeitraum ungefähr 250 ms.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das System des Weiteren ausgestaltet zum: (d) Ausgeben der Qualitätswertung und der Kosten (oder jeweiliger Durchschnittswerte davon), die mit jeder der Schweißnähte verknüpft sind.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein System zur Verwendung voreingestellter Schweißparameter zum Erhalten einer Schweißnaht mit einer gewünschten Qualität, wobei die Schweißnaht durch ein elektrisches Lichtbogenschweißgerät hergestellt wird, das einen ausgewählten Lichtbogenschweißprozess durchführt, durch Erzeugen von Ist-Schweißparametern zwischen einem vorangeschobenen Draht und einem Werkstück, wobei der Schweißprozess durch Befehlssignale an eine Stromversorgung des Schweißgerätes gesteuert wird, offenbart. Das System ist ausgestaltet zum: (a) Präsentieren mehrerer Sätze von ausgewählten Schweißparametern an einen Nutzer zusammen mit einer Qualitätswertung, die jedem Satz entspricht, wobei die Qualitätswertung eine Gesamtqualität einer Schweißnaht quantifiziert, die zuvor unter Verwendung des Satzes von ausgewählten Schweißparametern erhalten wurde; (b) Empfangen von Eingaben von dem Nutzer darüber, welcher der Sätze von ausgewählten Schweißparametern zum Durchführen des Schweißprozesses zu verwenden ist; und (c) Durchführen des Schweißprozesses unter Verwendung des Satzes von ausgewählten Schweißparametern entsprechend den Eingaben.
In einer beispielhaften Ausführungsform werden dem Nutzer die Kosten angezeigt, die mit dem Durchführen des Schweißprozesses unter Verwendung jedes der Sätze von ausgewählten Schweißparametern verknüpft sind.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das System des Weiteren ausgestaltet zum: (d) Empfangen von Eingaben von dem Nutzer, die eine akzeptable Mindestqualitätswertung identifizieren; und (e) Herausfiltern aller Sätze von ausgewählten Schweißparametern, die einer verknüpften Qualitätswertung unterhalb der akzeptablen Mindestqualitätswertung entsprechen.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Verfahren des Weiteren ausgestaltet zum: (d) Empfangen von Eingaben von dem Nutzer, die einen Bereich der akzeptablen Qualitätswertungen identifizieren; und (e) Herausfiltern aller Sätze von ausgewählten Schweißparametern, die einer verknüpften Qualitätswertung außerhalb des Bereichs der akzeptablen Schweißqualitätswertungen entsprechen.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird ein System zum Diagnostizieren eines Lichtbogenschweißprozesses durch Überwachen eines elektrischen Lichtbogenschweißgerätes, während das Schweißgerät den Lichtbogenschweißprozess durchführt, durch Erzeugen von Ist-Schweißparametern zwischen einem vorangeschobenen Draht und einem Werkstück, um eine Schweißnaht zu ziehen, offenbart. Der Schweißprozess wird durch Befehlssignale an eine Stromversorgung des Schweißgerätes gesteuert. Das System enthält das Generieren einer Reihe von sich rasch wiederholenden Wellenformen, wobei jede Wellenform einen Schweißzyklus mit einer Zykluszeit darstellt, und das Unterteilen der Wellenformen in Zustände. Das System enthält des Weiteren das Messen mehrerer Schweißparameter, die in einem oder mehreren der Zustände auftreten, mit einer Abfragerate über einen Zeitraum hinweg wiederholt während des Schweißprozesses. Das System enthält außerdem das Berechnen mehrerer Qualitätsparameter für jeden der einen oder mehreren Zustände auf der Grundlage der Messungen der Schweißparameter während des Schweißprozesses. Das System enthält des Weiteren das Analysieren mindestens eines der mehreren Qualitätsparameter und der mehreren Schweißparameter zum Diagnostizieren des Lichtbogenschweißprozesses durch Bestimmen einer oder mehrerer möglicher Ursachen eines oder mehrerer lokaler oder kontinuierlicher Defekte der Schweißnaht.
Das System kann des Weiteren zum Vergleichen eines Wertes eines jeden der Qualitätsparameter, die für jeden Zeitraum berechnet wurden, mit einem entsprechenden erwarteten Qualitätsparameterwert ausgetaktet sein, um festzustellen, ob eine Differenz zwischen dem berechneten Qualitätsparameterwert und dem erwarteten Qualitätsparameterwert eine zuvor festgelegte Schwelle überschreitet. Wenn die Differenz die Schwelle überschreitet, so enthält das Verfahren außerdem das Gewichten des berechneten Qualitätsparameterwertes mit einem Größenordnungsgewicht auf der Grundlage der Differenz, und das Gewichten der berechneten Qualitätsparameter mit einem Zeitanteilsgewicht auf der Grundlage eines Zeitanteils seines Zustands an der Wellenform, die den Zustand enthält.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird ein System zum Diagnostizieren eines Lichtbogenschweißprozesses durch Überwachen eines elektrischen Lichtbogenschweißgerätes, während das Schweißgerät den Lichtbogenschweißprozess durchführt, durch Erzeugen von Ist-Schweißparametern zwischen einem vorangeschobenen Draht und einem Werkstück, um eine Schweißnaht zu ziehen, offenbart. Der Schweißprozess wird durch eine Reihe von sich rasch wiederholenden Wellenformen definiert, die durch Befehlssignale an eine Stromversorgung des Schweißgerätes gesteuert werden. Das System enthält eine Logikzustandssteuereinheit zum Segmentieren der Wellenformen in eine Reihe von zeitsegmentierten Zuständen und einen Schaltkreis zum Auswählen eines bestimmten Wellenformzustands. Das System enthält des Weiteren Überwachungsvorrichtungen zur Überwachung mehrerer Schweißparameter, die in einem oder mehreren der Zustände auftreten, mit einer Abfragerate über einen Zeitraum hinweg wiederholt während des Schweißprozesses, um einen Datensatz für die mehreren Schweißparameter zu erhalten. Das System enthält außerdem einen Schaltkreis zum Berechnen mehrerer Qualitätsparameter für jeden der Zustände auf der Grundlage der überwachten mehreren Schweißparameter. Das System enthält des Weiteren einen Diagnoselogikkreis zum Analysieren mindestens eines der mehreren Qualitätsparameter und der mehreren Schweißparameter zum Diagnostizieren des Lichtbogenschweißprozesses durch Bestimmen einer oder mehrerer möglicher Ursachen eines oder mehrerer lokaler oder kontinuierlicher Defekte der Schweißnaht.
Das System kann des Weiteren einen Schaltkreis zum Vergleichen eines Wertes eines jeden der Qualitätsparameter, die für jeden Zeitraum berechnet wurden, mit einem entsprechenden erwarteten Qualitätsparameterwert enthalten, um festzustellen, ob eine Differenz zwischen dem berechneten Qualitätsparameterwert und dem erwarteten Qualitätsparameterwert eine zuvor festgelegte Schwelle überschreitet. Das System kann außerdem einen Schaltkreis zum Gewichten des berechneten Qualitätsparameterwertes mit einem Größenordnungsgewicht auf der Grundlage der Differenz, und zum Gewichten des berechneten Qualitätsparameterwertes mit einem Zeitanteilsgewicht auf der Grundlage eines Zeitanteils seines Zustands an der Wellenform, die den Zustand enthält, wenn die Differenz die Schwelle überschreitet, enthalten.
Zahlreiche Aspekte der allgemeinen erfinderischen Konzepte sowie weitere Ausführungsformen werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, aus den Ansprüchen und aus den begleitenden Zeichnungen ohne Weiteres ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die allgemeinen erfinderischen Konzepte sowie Ausführungsformen und Vorteile davon werden im Folgenden ausführlicher und beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben, in denen Folgendes dargestellt ist:
1 ist ein kombiniertes Blockschaubild und Computerflussdiagramm oder -programm, das eine Überwachungsvorrichtung eines Lichtbogenschweißgerätes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht;
2 ist ein Strombefehlskurvendiagramm eines Wellengenerators, das die Befehlswellenform, die in Zeitsegmente oder Zustände sowohl von fester als auch von variabler Zeitdauer unterteilt ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt;
3 ist ein Stromkurvendiagramm der Ist-Befehlssignale für Lichtbogenstrom, wobei der Ist-Lichtbogenstromparameter in Strichlinien darübergelegt ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
4 ist ein Blockschaubild eines Aspekts der Erfindung zur Überwachung von Signalen innerhalb des Schweißgerätes anstelle von Schweißparametern, wie in den 2 und 3 veranschaulicht, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
5 ist ein zeitbasiertes Kurvendiagramm, das die Wellenform, das Drahtzuführvorrichtungsbefehlssignal und das Ist-Drahtzuführvorrichtungsbefehlssignal veranschaulicht, wie es in der beispielhaften Ausführungsform anzutreffen ist, die in 4 gezeigt ist;
6 ist ein Abschnitt einer Parameterkurve, die eine Pegelüberwachungsfunktion veranschaulicht, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
7 ist ein Blockschaubild und Computerflussdiagramm oder -programm, das eine Verarbeitung zur Stabilität während eines ausgewählten Zustands der Wellenform, die in den 2 und 3 gezeigt ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht;
8 ist ein Blockschaubild und Computerflussdiagramm oder -programm zum Verarbeiten von Informationen aus den Pegelüberwachungsstufen der beispielhaften Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist;
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Gewichtungsverfahren zum Gewichten abgetasteter Schweißdatenparameter gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht;
10 ist ein Schaubild einer konzeptveranschaulichenden Produktionslinie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
11 ist ein Flussdiagramm, das ein Unterweisungsverfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht;
12 ist ein Blockschaubild, das ein System zur Überwachung von Auszubildenden gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
13 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Überwachung von Auszubildenden gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
14A und 14B sind Tabellen, die beispielhafte Daten zeigen, die in einer Kostenanalyse für einen Schweißprozess gemäß einer beispielhaften Ausführungsform verwendet werden;
15 ist ein Tabelle, die voreingestellte Daten, die Schweißbedingungen, Schweißgeräte und Schweißprozesse miteinander verknüpft, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt;
16 veranschaulicht ein schematisches Blockschaubild einer Ausführungsform eines Systems zum Diagnostizieren eines Lichtbogenschweißprozess; und
17 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Diagnostizieren eines Lichtbogenschweißprozesses unter Verwendung des Systems von 16 durch Überwachen eines elektrischen Lichtbogenschweißgerätes, während das Schweißgerät den Lichtbogenschweißprozess durchführt, durch Erzeugen von Ist-Schweißparametern zwischen einem vorangeschobenen Draht und einem Werkstück, um eine Schweißnaht zu ziehen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Obgleich sich die allgemeinen erfinderischen Konzepte zur Ausführung in vielen verschiedenen Formen anbieten, werden konkrete Ausführungsformen der Erfindung in den Zeichnungen gezeigt und im vorliegenden Text ausführlich beschrieben, wobei es sich versteht, dass die vorliegende Offenbarung lediglich als eine Exemplifizierung der Prinzipien der allgemeinen erfinderischen Konzepte anzusehen ist. Dementsprechend ist es nicht beabsichtigt, dass die allgemeinen erfinderischen Konzepte auf die konkreten Ausführungsformen beschränkt sind, die im vorliegenden Text veranschaulicht sind. Des Weiteren werden die Offenbarungen der US-Patente Nr. 5,278,390 und 6,441,342 in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen, da sie Hintergrundinformationen vermitteln können, die ein besseres Verständnis konkreter Aspekte und/oder Fortschritte der allgemeinen erfinderischen Konzepte ermöglichen.
Das Folgende sind Definitionen von beispielhaften Begriffen, die in der gesamten Offenbarung verwendet werden. Sowohl der Singular als auch der Plural aller Begriffe fallen unter die jeweilige Bedeutung:
„Logik”, synonym mit „Schaltkreis” im Sinne des vorliegenden Textes, enthält (ohne darauf beschränkt zu sein) Hardware, Firmware, Software und/oder Kombinationen von jedem zum Durchführen einer oder mehrerer Funktionen oder Aktionen. Zum Beispiel kann Logik – auf der Grundlage einer gewünschten Anwendung oder eines bestimmten Erfordernisses – einen softwaregesteuerten Mikroprozessor, diskrete Logik, wie zum Beispiel einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), oder andere programmierte Logikbausteine enthalten. In einigen Fällen könnte die Logik auch vollständig als Software verkörpert sein.
„Software” oder „Computerprogramm” im Sinne des vorliegenden Textes enthält (ohne darauf beschränkt zu sein) eine oder mehrere computerlesbare und/oder -ausführbare Instruktionen, die einen Computer oder eine andere elektronische Vorrichtung veranlassen, Funktionen oder Aktionen auszuführen und/oder sich in einer gewünschten Weise zu verhalten. Die Instruktionen können in verschiedener Form verkörpert sein, wie zum Beispiel als Routinen, Algorithmen, Module oder Programme, einschließlich separater Anwendungen oder Code von dynamisch verlinkten Bibliotheken. Software kann ebenfalls in verschiedener Form implementiert sein, wie zum Beispiel als ein eigenständiges Programm, ein Funktionsaufruf, ein Servlet, ein Applet, als Instruktionen, die in einem Speicher gespeichert sind, als Teil eines Betriebssystems oder als sonstige Form von ausführbaren Instruktionen. Dem Durchschnittsfachmann ist klar, dass die Form von Software beispielsweise von den Anforderungen einer gewünschten Anwendung, der Umgebung, in der sie läuft, und/oder den Wünschen eines Designers oder Programmierers oder dergleichen abhängen kann.
„Computer” oder „Verarbeitungseinheit” im Sinne des vorliegenden Textes enthält (ohne darauf beschränkt zu sein) jegliche programmierten oder programmierbaren elektronischen Vorrichtungen, die Datenspeicher, abrufen und verarbeiten können.
Wenden wir uns nun den Zeichnungen zu, die verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der allgemeinen erfinderischen Konzepte sowie Anwendungen, die die allgemeinen erfinderischen Konzepte verwenden, veranschaulichen. 1 zeigt ein Blockschaubild und Flussdiagramm oder -Programm, das durch einen standardmäßigen integrierten Computer in einem elektrischen Lichtbogenschweißgerät 10 implementiert wird. Zum Beispiel kann das Schweißgerät 10 ein auf einem PowerWave-Wechselrichter basiertes elektrisches Lichtbogenschweißgerät sein, das von The Lincoln Electrical Company aus Cleveland, Ohio, verkauft wird. Gemäß Standardtechnologie enthält das Schweißgerät 10 einen dreiphasigen elektrischen Eingang 11, 12, 13, der elektrischen Strom zu der Stromversorgung 12 sendet. Eine integrierte computergesteuerte Steuereinheit steuert die Wechselrichter-basierte Stromversorgung an, um ein positives Potenzial am Anschluss 14 und ein negatives Potenzial am Anschluss 16 zu bilden.
Ausgewählte Lichtbogenschweißprozesse werden ausgeführt, indem eine ausgewählte, zuvor bestimmte Wellenform zu dem eigentlichen Schweißstromkreis gesendet wird, der mit einer standardmäßigen Glättungsdrossel 18 dargestellt ist. Das Schweißgerät 10 führt den elektrischen Lichtbogenschweißprozess mittels eines vorangeschobenen Schweißdrahtes 20 von einer Rolle 22 durch, die mit einer gewünschten Rate durch die Zuführvorrichtung 24 angetrieben wird, die wiederum mit der Drehzahl des Motors 26 arbeitet. Die Wärme des Lichtbogens schmilzt den Draht 20 und das Werkstück 30, um schmelzflüssiges Metall von dem Draht auf dem Werkstück abzulagern. Zum Überwachen der Ist-Parameter des Schweißprozesses gibt ein Nebenschluss 32 (eine Überwachungsvorrichtung) ein Ausgangssignal I_a von Block 34 auf Leitung 34a aus. Dieses Signal steht für den Ist-Lichtbogenstrom zu jedem bestimmten Zeitpunkt. In gleicher Weise wird die Spannung zwischen dem Draht 20 und dem Werkstück 30 durch Block 36 (eine Überwachungsvorrichtung) abgefühlt, so dass der Ausgang V_a auf Leitung 36a die momentane Lichtbogenspannung ist, die einen zweiten Schweißparameter darstellt. Die in 1 veranschaulichten Schweißparameter sind der Ist-Lichtbogenstrom I_a und die Ist-Lichtbogenspannung V_a.
Ein weiterer Parameter, der für die Praktizierung der Erfindung gesteuert wird, ist die Drahtzufuhrgeschwindigkeit (WFS), die durch die Rotation des Motors 26 hervorgerufen wird. Folglich sind drei extern lesbare Schweißparameter des Schweißprozesses der Lichtbogenstrom I_a auf Leitung 34a, die Lichtbogenspannung V_a auf Leitung 36a und die Drahtzufuhrgeschwindigkeit WFS, die auf Leitung 46b lesbar ist, wie weiter unten noch erläutert wird. Die WFS auf Leitung 46b wird durch den Tachometer oder Codierer 46c (eine Überwachungsvorrichtung) gelesen, die mit den Antriebsrollen 24 des Zuführvorrichtungsgetriebes verbunden ist oder alternativ auf einem passiven Rad sitzt, das an dem Draht angebracht ist. In 1 ist der Tachometer so gezeigt, dass er durch die Zufuhrrollen angetrieben wird. Er könnte zum Beispiel aber auch durch die Abtriebswelle des Motors 26 angetrieben werden.
Das elektrische Lichtbogenschweißgerät PowerWave enthält einen Wellenformgenerator, um eine Reihe von sich rasch wiederholenden Wellenformen zu bilden, wobei jede Wellenform (zum Beispiel eine einzelne Sequenz einer Spannung-Strom-Wellenform) einen Schweißzyklus mit einer Zykluszeit darstellt. Diese Schweißzyklen werden während des Schweißprozesses wiederholt, um eine Schweißzeit zu definieren. Eine Ausführungsform des PowerWave-Schweißgerätes 10 ist im US-Patent Nr. 5,278,390 an Blankenship gezeigt, wobei das Schweißgerät die individuelle Wellenform, die durch die Stromversorgung 12 auszugeben ist, über die Befehlsleitung 42 steuert und die Geschwindigkeit des Motors 26 über die Befehlsleitung 44 steuert. Die Befehlsleitung 44 transportiert ein Signal, das durch den Mikroprozessor in der Drahtantriebssteuerung 46 des Motors 26 erkannt wird, um die Motorspannungsansteuer-PWM-Impulse auf Leitung 46a auszugeben. In der Praxis sind die Informationen auf der Leitung 44 digital, und das Befehlssignal auf Leitung 46a ist analog. Der Wellenformgenerator 40 erzeugt digitale Signale auf den Leitungen 42, 44 zum Steuern des gewünschten Schweißprozesses, der durch das Schweißgerät 10 auszuführen ist. Die externen Parameter I_a, V_a und WFS können durch zweckmäßige Überwachungsvorrichtungen gelesen werden.
Der Wellenformgenerator 40 teilt oder segmentiert jede der ausgegebenen Wellenformen in eine Reihe von zeitsegmentierten Abschnitten oder Zuständen. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Überwachungsvorrichtung M ein Programm, das – neben anderen Dingen – in den Computer des Schweißgerätes 10 geladen wird, um Parameter während eines ausgewählten Segments der Wellenform zu lesen. Die Überwachungsvorrichtung M kann unter Verwendung von Software, Hardware und Kombinationen davon implementiert werden, ohne vom Geist und Schutzumfang der allgemeinen erfinderischen Konzepte abzuweichen. Der überwachte Abschnitt der Wellenform wird durch den Wellenformgenerator 40 bestimmt. Die Überwachungsvorrichtung M überwacht praktisch verschiedene Zeitsegmente oder Zustände der durch den Generator 40 ausgegebenen Wellenform. In der Praxis wählt der Wellenformgenerator 40 verschiedene der Zeitsegmente aus, die die Wellenform bilden, und gibt die verschiedenen Zustände in eine Befehlsschnittstelle 70 aus. Folglich veranlasst die Befehlsschnittstelle 70 eine Messung der Parameter während ausgewählter Zeitsegmente jeder durch den Generator ausgegebenen Wellenform. Zu den Informationen oder Daten an der Befehlsschnittstelle 70 gehören der Zustand oder die Zustände, die überwacht werden, und der konkrete Wert oder Pegel der verschiedenen Parameter Ia, V_a und/oder WFS.
Die Schnittstelle 70 der Überwachungsvorrichtung M enthält die Daten, die den speziellen verarbeiteten Zustand erkennen, sowie die Werte für die gelesenen Schweißparameter. Die Daten in der Schnittstelle 70 werden durch die Pegelstufe 81 analysiert, um die Beziehung eines Parameters auf einer Pegelbasis zu bestimmen. Die Ist-Parameter werden mit gelernten oder gemessenen Parametern während ausgewählter Zustände der Wellenform vom Generator 40 verglichen. Während eines bestimmten Segments oder Zustands der Wellenform liest die Pegelüberwachungsstufe 61 die Ist-Parameter in den Leitungen 34a, 36a und 46b. Diese Augenblickswerte der Ist-Parameter werden in einem internen Speicher gespeichert, der als die Berichtslogik 62 bezeichnet ist. Das Lesen der Ist-Parameter findet rasch statt, wie durch den Oszillator 84 angezeigt ist. In einer beispielhaften Ausführungsform findet das Lesen der Ist-Parameter mit einer Rate von 120 kHz für ein Impulsschweißen statt. Die Rate kann justiert werden; jedoch gilt: je höher die Rate, desto besser die Empfindlichkeit der Pegelmessung. Die Pegelüberwachungsvorrichtung 81 bestimmt außerdem eine Abweichung der Ist-Schweißparameter von einem Minimum- oder einem Maximumpegel. Auf diese Weise können nicht nur die Ist-Werte gespeichert werden, sondern es werden Daten gespeichert, die eine Abweichung des Ist-Messwertes des Parameters für einen gegebenen Zustand im Vergleich zu einem kleinsten Wert oder einem Maximalwert darstellen. Berichtsspeicher oder -logik 82 zeichnet die Abweichung von einem eingestellten Pegel während eines gegebenen Zustands der Wellenform sowie den Ist-Pegel während des ausgewählten Zustands der Wellenform auf. Für einen gesamten Schweißzyklus werden diese Messwerte akkumuliert, gezählt oder auf sonstige Weise verarbeitet, um die Qualität der Schweißnaht und eventuelle Trends, die zu Schweißdefekten führen, festzustellen.
In einer beispielhaften Ausführungsform werden die Messwerte (zum Beispiel periodisch akkumulierte Sätze der Messwerte) auf der Grundlage mehrerer Kriterien gewichtet. Die Messwerte können zum Beispiel alle 250 ms akkumuliert werden. In einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Satz auf der Grundlage einer Größenordnung seiner Abweichung von einem erwarteten Wert (zum Beispiel einer zuvor festgelegten Schwelle oder einem Mittelwert) und eines Zeitanteils seines Zeitsegments an der entsprechenden Wellenform gewichtet. Ein solches Gewichtungsverfahren (zum Beispiel das in 9 gezeigte und unten beschriebene Gewichtungsverfahren 900) könnte zum Beispiel in der Pegelüberwachungsstufe 81 oder einer ähnlichen oder verwandten Datenverarbeitungsstufe implementiert werden.
Die Stabilitätsüberwachungsstufe 91 liest die Ist-Schweißparameter auf den Leitungen 34a, 36a und 46b mit einer schnellen Rate, die durch den Oszillator 94 bestimmt wird. In einer beispielhaften Ausführungsform findet das Lesen der Ist-Parameter mit einer Rate von 120 kHz für ein Impulsschweißen statt. Die Stabilitätsüberwachungsstufe 91 analysiert die Ist-Schweißparameters auf Standardabweichung oder absolute Abweichung während eines Zustands, wo die Wellenformen ausgegeben werden. Berichtsspeicher oder -logik 92 zeichnet diese Abweichung während eines gegebenen Zustands der Wellenform sowie den Ist-Wert während des ausgewählten Zustands der Wellenform auf. Für einen gesamten Schweißzyklus werden diese Messwerte akkumuliert, gezählt oder auf sonstige Weise verarbeitet, um die Qualität der Schweißnaht und eventuelle Trends, die zu Schweißdefekten führen, festzustellen.
In einer beispielhaften Ausführungsform werden die Messwerte (zum Beispiel periodisch akkumulierte Sätze der Messwerte) auf der Grundlage mehrerer Kriterien gewichtet. Die Messwerte können zum Beispiel alle 250 ms akkumuliert werden. In einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Satz auf der Grundlage einer Größenordnung seiner Abweichung von einem erwarteten Wert (zum Beispiel einer zuvor festgelegten Schwelle oder einem Mittelwert) und eines Zeitanteils seines Zeitsegments an der entsprechenden Wellenform gewichtet. Ein solches Gewichtungsverfahren (zum Beispiel das in 9 gezeigte und unten beschriebene Gewichtungsverfahren 900) könnte zum Beispiel in der Pegelüberwachungsstufe 91 oder einer ähnlichen oder verwandten Datenverarbeitungsstufe implementiert werden.
Ein paar Wellenformen können übersprungen werden, wenn die Überwachungsstufe 81 oder die Überwachungsstufe 91 verwendet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform werden nach einer Startsequenz alle Wellenformen überwacht, um die Ist-Schweißparameter während der verschiedenen ausgewählten Zustände der Wellenform zu analysieren. Verschiedene Zustände einer gegebenen Wellenform in einem Schweißprozess werden überwacht, und die Ergebnisse werden separat für jeden Zustand, der auf Pegelkonformität, Trend und Stabilität zu analysieren ist, aufgezeichnet. Beim Messen der Stabilität wird ein Standardabweichungsalgorithmus in der Überwachungsvorrichtung M verwendet, um I_a, V_a und/oder WFS auszuwerten. Diese Informationen stehen zur Verfügung, um jedes der verschiedenen Segmente der Wellenform zu analysieren, das einen gesamten Schweißzyklus mit einer gegebenen Zykluszeit bildet. In der Praxis werden bestimmte Zustände, wie zum Beispiel der Spitzenstrom während einer Impulswellenform, überwacht, um die Stabilität und die Pegelabweichungen des Impulsschweißprozesses festzustellen. In einem STT-Schweißprozess zeichnet die Überwachungsvorrichtung M Kurzschlusszeiten für jede Wellenform auf, da diese Segmente gemäß den externen Bedingungen des Schweißprozesses zeitlich variieren. Eine Veränderung der Kurzschlusszeit informiert den Schweißingenieur über vorzunehmende Justierungen.
Die Reihe von sich rasch wiederholenden Wellenformen, die durch den Standard-Wellenformgenerator 40 erzeugt wird, wird in Zeitzustände unterteilt, wie in den 2 und 3 gezeigt. Die Ausgangsstrombefehlswellenform ist die Impulswellenform 100 mit einem Spitzenstrom 102, der eine feste Dauer des Zeitsegments A hat, wie in 3 gezeigt, und einem Hintergrundstrom 104 mit einer variablen Zeitdauer für das Segment B, das in 3 gezeigt ist. Die Wellenform ist an den Zeiten t₁–t₄ in Segmente unterteilt, so dass die Befehlsschnittstelle 70 den konkreten Zustand empfängt, der durch den Generator 40 zu jeder gegebenen Zeit verarbeitet wird. Wie in 3 durch die Strichlinie 110 gezeigt, weicht der Ist-Lichtbogenstrom vom Nebenschluss 33 in 1 von dem Befehlsstromsignal der Wellenform 100 ab.
Während der ausgewählten Funktionszustände, wie zum Beispiel Zustand A oder Zustand B, wird der Ist-Lichtbogenstrom I_a mit einer Rate gelesen, die durch den Oszillator 84 oder Oszillator 94 bestimmt wird. In der Praxis ist dies ein einzelner Software-Oszillator. Die Pegelüberwachungsstufe 81 zeichnet die Abweichung in der Ordinatenrichtung zwischen dem Ist-Parameter 110 und dem Befehlspegel der Wellenform 100 auf. Während des ausgewählten Zustands liest die Stabilitätsüberwachungsstufe 91 die statistische Standardabweichung des Ist-Parameters. Die Zustände A und B werden normalerweise für einen Impulsschweißprozess überwacht. Jedoch können der Anstiegszustand zwischen t₁–t₂ und/oder der Abstiegszustand während t₃–t₄ überwacht werden, um die Aktivität des Ist-Parameters während dieser Zustände der Wellenform zu steuern oder wenigstens zu lesen. Wie veranschaulicht, hat das Hintergrundzeitsegment B eine variable Zeit, wie durch die variablen Zeitpositionen von Zeit t, gezeigt. Folglich kann der überwachte Zustand eine feste Zeitdauer oder eine variable Dauer haben. Im Fall einer variablen Dauer wird der Zustand bis zum Ende der Dauer überwacht. Die Berichtslogik 82 erfasst dies als einen Pegel von einer Zeit, d. h. t₄, bis zur nachfolgenden Zeit, d. h. t₁. Da sich die Zeit t₁ mit Bezug auf die Zeit t₄ ändert, wird diese Zeit jeder Wellenform als ein Pegel aufgezeichnet, der mit einer bekannten Zeit verglichen wird, die von der Schnittstelle 70 durch Auswahl des Schweißmodus des Generators 40 erhalten wurde.
Die Überwachungsvorrichtung M überwacht die Ist-Schweißparameter während bestimmter ausgewählter Zustände der Wellenformen; jedoch hat die Überwachungsvorrichtung auch eine Programmierung, um den Computer zu betreiben und die Stabilität und/oder Pegelcharakteristika eines internen Signals zu bestimmen, wie zum Beispiel den Ist-Eingang in den Motor 26 auf Leitung 46a. Eine solche interne Überwachung des Signals auf Leitung 46a ist in dem Flussdiagramm dargelegt, das in 4 gezeigt ist, wo die in 5 gezeigten Signale verwendet werden.
Der Mikroprozessor in der Drahtzuführvorrichtung enthält eine Subroutine, die ein PID-Vergleichsnetzwerk ähnlich einem Fehlerverstärker ist. Dieser PID-Komparator ist schematisch als Block 152 in 4 veranschaulicht, der einen ersten Eingang 46 hat, der eine Drahtzufuhrgeschwindigkeit WFS und ein Befehlssignal auf Leitung 44 ist. Die Ist-WFS auf Leitung 46b wird durch einen Tachometer oder Codierer gelesen, der mit den Antriebsrollen 24 des Zuführvorrichtungsgetriebes verbunden ist oder alternativ auf einem passiven Rad sitzt, das an dem Draht angebracht ist, um die WFS zu lesen. Der Ausgang 156 des PID ist der Spannungspegel am Eingang des Impulsbreitenmodulators 158, der in dem Mikroprozessor der Zuführvorrichtung digitalisiert wird. Der Ausgang des Impulsbreitenmodulators ist das Befehlssignal auf Leitung 46a zum Motor 26 zum Steuern der Drahtzufuhrgeschwindigkeit der Zuführvorrichtung 24.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält die Überwachungsvorrichtung M das Prozessprogramm, wie schematisch in 4 veranschaulicht, wobei das Signal auf Leitung 156 durch den Verarbeitungsblock 160 gelesen wird und die Ergebnisse auf Leitung 162 an den Eingang der Pegelüberwachungsstufe 81 und/oder der Stabilitätsüberwachungsstufe 91 ausgegeben werden, wie zuvor mit Bezug auf die in 1 gezeigte Ausführungsform besprochen wurde. Folglich wird ein internes Signal auf Leitung 156 mit einer schnellen Rate von mehr als 1 kHz gelesen, um den Pegel dieses internen Signals und/oder die Stabilität dieses Signals zu überprüfen.
Wie in 5 veranschaulicht, erstreckt sich die Wellenform 100 für ein Impulsschweißen als eine Abfolge von Wellenformen vom Generator 40. Mit Bezug auf die Drahtzufuhrgeschwindigkeit nimmt das Befehlssignal vom Generator 40 auf Leitung 44 die in 5 gezeigte Form an. Sie enthält einen Start-Anstiegsabschnitt 170 und einen End-Abstiegsabschnitt 172. Diese zwei Abschnitte verursachen eine drastische Zunahme oder Abnahme des Befehlssignals auf Leitung 44. Zwischen diesen abnormalen Befehlsabschnitten des Signals auf Leitung 44 gibt es einen allgemein flachen Drahtzufuhrgeschwindigkeitsbefehl, der für die Zwecke des Testens der Stabilität und/oder der Pegelabweichung dieses internen Signals auf Leitung 156 verwendet wird. In 5 wird der Drahtbeschleunigungsabschnitt 170 gehalten, bis sich die Geschwindigkeit stabilisiert hat. Diese Zeit wird ebenfalls überwacht. Weitere interne Signale können unter Verwendung des gleichen Konzepts, wie in den 4 und 5 gezeigt, überwacht werden. Die Pegelüberwachungsstufe bestimmt, ob das Signal auf Leitung 156 das Minimum oder Maximum längere Zeit überschreitet. Für die Drahtzuführvorrichtung zeigt dies normalerweise einen Klemmer im Zufuhrsystem an.
6 zeigt das Konzept einer Pegelüberwachungsstufe, wobei die Schwelle 180 der maximale Parameterpegel ist und die Schwelle 182 der minimale Parameterpegel ist. Wenn der Parameter, der als Lichtbogenstrom veranschaulicht ist, die Schwelle 180 überschreitet, wie durch die Transiente 184 angedeutet, so gibt es ein aufgezeichnetes Ereignis eines Überstroms. In gleicher Weise wird, wenn der Strom kleiner als der Minimumpegel 182 ist, wie durch die Transiente 186 gezeigt, ein Unterstromereignis aufgezeichnet. Zusätzlich können diese Ereignisse auf der Grundlage mehrerer Kriterien gewichtet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform wird jedes Ereignis auf der Grundlage einer Größenordnung seiner Abweichung von einem erwarteten Wert (zum Beispiel einer zuvor festgelegten Schwelle oder einem Mittelwert) und eines Zeitanteils seines Zeitsegments an der entsprechenden Wellenform gewichtet. Ein solches Gewichtungsverfahren (zum Beispiel das in 9 gezeigte und unten beschriebene Gewichtungsverfahren 900) könnte zum Beispiel in der Pegelüberwachungsstufe 81, der Stabilitätsüberwachungsstufe 91 oder einer ähnlichen oder verwandten Datenverarbeitungsstufe implementiert werden.
Die gewichteten Ereignisse werden periodisch gezählt oder auf sonstige Weise akkumuliert, um den Ausgang der Pegelüberwachungsstufe 81 zu bilden, wie in 1 gezeigt. Die gewichteten Ereignisse können zum Beispiel alle 250 ms akkumuliert werden. Folglich detektiert die Pegelüberwachungsstufe 81 Ausschläge 184 oberhalb einer voreingestellten Schwelle und Ausschläge 186 unterhalb eines voreingestellten Pegels. Diese Pegel werden durch den konkreten Zustand in der Schnittstelle 70 eingestellt. Einige Zustände einer Wellenform verwenden die Pegelüberwachungsstufe 81 mit Schwellen, und andere Zustände der gleichen Wellenform können die Stabilitätsüberwachungsstufe 91 verwenden. Bevorzugt, und in der Praxis, werden beide Überwachungsstufen für den ausgewählten Zustand oder die ausgewählten Zustände der durch die Überwachungsvorrichtung M abgefragten Wellenform verwendet.
Die in 1 gezeigte Ausführungsform überwacht den Pegel und/oder die Stabilität von Ist-Parametern für interne Steuersignale während eines ausgewählten Zustands der Wellenform vom Generator 40 oder während des Gesamtschweißvorgangs, wie in Beziehung zu der Offenbarung in den 4 und 5 erläutert ist. Die Überwachungsvorrichtung M in 1, wie bis hierher erläutert, gibt gewichtete Daten zur Verwendung beim Analysieren des Schweißzyklus oder des Gesamtbetriebes des Schweißgerätes über einen Arbeitszeitraum aus. Verschiedene Analyseprogramme werden verwendet, um Daten zu verarbeiten, nachdem die Daten bestimmt und gespeichert wurden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform werden die gewichteten Stabilitätsdaten aus der Überwachungsstufe 91 durch zwei Programme analysiert, wie in 7 gezeigt. Es liegt innerhalb der Fähigkeiten des Fachmanns, die Stabilitätsdaten in einer Vielzahl verschiedener Computerprogramme zum Aufzeichnen, Anzeigen und Verarbeiten von Eingriffen oder Beurteilungen zu analysieren.
Wie in 7 gezeigt, verwendet das Analyseprogramm 200 die Ergebnisse der Überwachungsstufe 91 der Überwachungsvorrichtung M (d. h. die gewichteten Stabilitätswerte). Als ein Beispiel wird das Programm 200 während der Überwachung des Zeitzustands zwischen den Zeiten t₂–t₃ betrieben, was der Stromspitzenabschnitt der Wellenform ist, wie in den 2 und 3 gezeigt. Das Analyseprogramm 200 ist als ein Computerflussdiagramm gezeigt, das zwei Systeme zeigt, die dafür verwendet werden, die Ergebnisse der Stabilitätsstufe 91 während des Spitzenstromzustands zu analysieren, wo die statistische Standardabweichung des Ist-Stroms auf Leitung 34a berechnet wird. In der Praxis gibt es eine leichte Verzögerung, bevor die Überwachungsstufe 91 berechnete Abweichungen vornimmt. Die Abtastungsauswahlfunktion, die I_a während des Zustands t₂–t₃ liest, ansonsten aber ignoriert, ist als Abtastauswahlvorrichtung oder -filter 90a veranschaulicht. Diese Programmverzögerung am Beginn des Zeitsegments t₂–t₃, die in Filter 90a integriert ist, erlaubt es der Überwachungsvorrichtung, Fluktuationen beim Strom zu ignorieren, die während jeder Pegelverschiebung in den verschiedenen Stufen der Ausgangswellenform auftreten.
In dem programmierten Flussdiagramm, das in 7 gezeigt ist, wird der Stabilitätsausgang aus der Überwachungsstufe 91 durch das als Block 210 gezeigte Computerprogramm gelesen, das wie angedeutet durch die Logik auf Leitung 210a am Ende jeder Wellenform, das durch die Existenz von Zeit t₃ bestimmt wird, zurückgesetzt wird. Folglich wird die Stabilität jeder Wellenform durch Block 210 erfasst. Diese erfassten Stabilitätsdaten werden gemäß zwei separaten Analyseprogrammen verarbeitet.
Das erste Programm enthält die Passieranylyseroutine 212. Wenn die Stabilität für eine gegebene Wellenform die in Block 212 eingestellte Soll-Schwelle passiert, so wird diese Information auf Leitung 214 ausgegeben. Wenn die spezielle Wellenform eine Stabilität unterhalb einer Soll-Schwelle hat, so erscheint ein Logiksignal auf Leitung 216. Zähler 220, 222 werden durch die Logik auf Leitung 224 während jedes der Schweißzyklen aktiviert. Folglich werden die Stabilitätspassiersignale für jede der Wellenformen während des Schweißzyklus entweder im Zähler 220 oder im Zähler 222 gezählt. Natürlich wird der erste Abschnitt jedes Zustands t₂–t₃ ignoriert, damit sich der Parameter I_a einschwingen kann. Die Ergebnisse der beiden Zähler werden gelesen, gespeichert oder auf sonstige Weise behalten, wie durch den Leseblock 220a bzw. 222a angedeutet. In einer beispielhaften Ausführungsform wird, wenn die durch die Zählerstufe 222 akkumulierte Instabilität jenseits einer Sollzahl liegt, der Schweißzyklus abgelehnt, wie durch Block 226 angedeutet.
Eine zweite Analyseimplementierung des Computerprogramms 200, die in 7 gezeigt ist, ist als Block 230 veranschaulicht. Dies ist ein Programm, das während des Schweißzyklus aktiviert wird. Die Gesamt-Instabilität des Schweißzyklus, die sich während aller Wellenformen summiert, wird als eine Gesamtzahl analysiert, wobei 100 der stabilste Lichtbogen ist. Der Ausgang dieser Stabilitätsakkumulator- und Analysestufe wird gelesen, gespeichert oder auf sonstige Weise behalten, wie durch Block 236 angedeutet. Wenn die Lesestufe 234 unter einer eingestellten Stabilität liegt, so wird der Schweißzyklus abgelehnt, wie durch Block 238 angedeutet. Der Fachmann kann noch andere Programme zum Analysieren der Ergebnisse der Überwachungsvorrichtung M aus der Stabilitätsstufe 91 entwerfen. Das Computerprogramm 200 hat zwei Implementierungen zum Analysieren der erhaltenen gewichteten Stabilitätsdaten. Die zwei Implementierungen können je nach der Art des Lichtbogenstabilitäts- oder Schweißqualitätsproblems, das zu detektieren die Überwachungsvorrichtung konfiguriert ist, selektiv aktiviert werden (entweder die eine oder die andere oder beide). Es ist von Vorteil, die Stabilität nur in ausgewählten Zuständen der Wellenformen zu lesen, weil Stabilität über einen variablen Impuls nicht erreicht werden kann.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist das Computerprogramm zum Analysieren der Ergebnisse der Pegelüberwachungsstufe 81 der Überwachungsvorrichtung M (d. h. der gewichteten Lesewerte) in 8 gezeigt. In dieser veranschaulichten Ausführungsform verarbeitet das Pegelanalyseprogramm 250 den Ausgang aus der Pegelüberwachungsstufe 81 in zwei separaten Routinen, die als eine Minimum-Überwachungsstufe 81a mit Filter 80c und eine Maximum-Überwachungsstufe 81b mit Filter 60d identifiziert sind. Jede dieser Stufen kann separat verwendet werden, oder sie werden in der Praxis kombiniert. Die Untersektion 81a befasst sich mit dem Bestimmen von Übergängen 186, die in 6 gezeigt sind, was ein Ereignis ist, wo der Ist-Parameter unter der Minimum-Schwelle 182 liegt. Der Mindestpegel auf Leitung 202a vom Generator 40 wird verwendet, wenn die Stufe 81a durch den Programmschritt 252 ausgewählt wird. Diese Ereignisse werden durch Block 254 für jeden der Schweißzyklen gezählt, wie angedeutet. Der Zähler wird während des Schweißzyklus durch die Logik auf Leitung 254a aktiviert. Der Zähler 254 ist eine laufende Summe der Wellenformen, die in einem Schweißzyklus verwendet werden. Die Anzahl der Wellenformen wird durch Zählen des Eintretens von Zeit t₃ aus dem Ausgang vom Generator 40 erhalten, wie durch Leitung 258 angedeutet. Wie bereits angesprochen, wird der erste Teil des Zustands allgemein ignoriert, um normale Inkonsistenzen am Beginn jedes jeweiligen Zustands zu entfernen. Block 260 ist die Computerflussdiagramm-Subroutine zum Unterteilen der akkumulierten Minimum-Ereignisse 186 aus der Überwachungsstufe 81a, geteilt durch die Anzahl N aus dem Zähler 256. Dies ergibt einen Durchschnitt von Minimum-Übergängen während des Schweißzyklus, der in die Subroutine 262 eingespeist wird. Die durchschnittlichen Minimum-Übergänge werden gelesen, gespeichert oder auf sonstige Weise ausgegeben, wie durch Block 262a angedeutet. Wenn der Durchschnitt über einer bestimmten Schwellenanzahl liegt, die durch den Wellengenerator oder durch den Programmschritt 264 ausgegeben wird, so bestimmt die Programmroutine 266, dass der Schweißzyklus inakzeptabel ist. Wenn er akzeptabel ist, so wird nichts unternommen. Wenn jedoch die Akzeptabel-Routine 266 bestimmt, dass sich der Durchschnitt lediglich der Anzahl 264 annähert, so wird durch Block 266a ein Warnsignal ausgegeben. Die Gesamt-Inakzeptabilität veranlasst ein Schweißnahtablehnungssignal durch die Routine 266b. Der Fachmann kann noch andere Computerprogramme zum Veranlassen der Analyse der Minimumstromabweichung oder des Minimumstromübergangs des Ist-Parameters in Bezug auf eine eingestellte Schwelle entwerfen.
In 8 arbeitet die Maximumüberwachungsstufe 81b in Verbindung mit der Minimumstufe 81a. Der Maximumpegel befindet sich auf Leitung 202b vom Generator 40 und wird verwendet, wenn die Stufe 81b durch das Programm 270 ausgewählt wird.
Gleiche Dateninformationen und Programmierungen behalten die gleichen Bezugszahlen. Der Zähler 272 zählt die Anzahl der Ereignisse 184 während des Zustands t₂–t₃. Die Subroutine 280 ermittelt den Durchschnitt der Ereignisse 184 während der verschiedenen Wellenformen, die während des Schweißzyklus gebildet werden. Dieser Durchschnitt in Block 282 wird gelesen, gespeichert oder auf sonstige Weise verwendet, wie durch Block 282a angedeutet. In Block 286 wird die Akzeptabilitäts-Subroutine verarbeitet, wobei die durch den Block 284 angegebene Anzahl, die vom Generator 40 ausgegeben oder auf sonstige Weise durch das Computerprogramm implementiert wird, mit dem Durchschnitt von Block 282 verglichen wird, um ein Warnsignal bereitzustellen, wie durch Block 286a angedeutet, wenn sich der Durchschnitt der durch Block 284 bezeichneten eingestellten Anzahl nähert. Wenn die Anzahl erreicht ist, so wird eine Ablehnungs-Subroutine implementiert, wie durch Block 286b angedeutet.
In der Praxis werden die Stufe 81a und die Stufe 81b zusammen implementiert, und der Durchschnitt beider Übergänge aus den Blöcken 262 und 282 wird durch eine gelesene, akzeptable Anzahl analysiert, um einen Warnhinweis und/oder eine Ablehnung eines bestimmten Schweißzyklus auszugeben. Folglich werden in der Praxis Minimum-Pegelabweichungen analysiert, Maximal-Pegelabweichungen werden analysiert, und Gesamt-Pegelabweichungen werden analysiert. All dies wird durch das Computerprogramm bewerkstelligt, wie schematisch in 8 veranschaulicht. Die Pegelstufen 81a, 81b geben Pegelbedingungen aus, die gespeichert und/oder angezeigt werden, wie im Zusammenhang mit der Berichtslogik 82 besprochen. Die durch die Pegelstufen 81a, 81b ausgegebenen Pegelbedingungen können gewichtet werden, wie im vorliegenden Text besprochen.
Anhand des oben Dargelegten ist zu erkennen, dass die Verwendung der Größenordnungs- und Zeitanteilsgewichte ein genaueres Maß der Parameterstabilität und somit der Gesamtschweißqualität angibt. Auf diese Weise kann ein einfach zu verstehender Zahlenwert oder eine einfach zu verstehende Wertung berechnet werden, um die Gesamtqualität einer Schweißnaht zu quantifizieren. In einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Schweißnahtwertung zwischen 0 und 100 oder 0% und 100% für eine Schweißnaht auf der Grundlage der überwachten Schweißbedingungen oder -parameter berechnet, wie zum Beispiel jener, die durch die in 1 gezeigte beispielhafte Ausführungsform überwacht werden. Ein solches Gewichtungsverfahren (zum Beispiel das Gewichtungsverfahren 900, das in 9 gezeigt ist und unten beschrieben wird) könnte beispielsweise in der Pegelüberwachungsstufe 81, der Stabilitätsüberwachungsstufe 91 oder einer ähnlichen oder verwandten Datenverarbeitungsstufe implementiert werden.
Ein Gewichtungsverfahren 900 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist in 9 gezeigt. Das Gewichtungsverfahren kann zum Beispiel in der Überwachungsvorrichtung M implementiert werden. In einem ersten Schritt 902 des Gewichtungsverfahrens 900 werden Wellenformen eines Schweißzyklus in eine Reihe zeitsegmentierter Abschnitten oder Zustände unterteilt. Dann werden in Schritt 904 Schweißparameter (zum Beispiel Spannung oder Stromstärke), die mindestens einem der Zustände entsprechen, mit einer gegebenen Rate abgetastet. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die Abtastrate 120 kHz. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die Abtastrate mindestens 120 kHz. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Abtastrate dafür verwendet werden, einen Interrupt für eine Interrupt Service Routine(ISR)-Verarbeitung zu bilden.
Die abgetasteten Schweißparameter werden dafür verwendet, Schweißdaten zu berechnen. In dem beispielhaften Gewichtungsverfahren 900 enthalten die Schweißdaten einen Ausführungszählwert, eine Spannungssumme, einen quadrierte Spannungssumme, eine Stromstärkesumme und eine quadrierte Stromstärkesumme. Der Ausführungszählwert beginnt bei null und wird für jeden Abtastzeitraum (zum Beispiel alle 120 kHz) um eins inkrementiert. Die Spannungssumme und die Stromstärkesumme beginnen bei null und werden bei jedem Abtastzeitraum um die abgetastete Spannung bzw. die abgetastete Stromstärke erhöht. Gleichermaßen beginnen die quadrierte Spannungssumme und die quadrierte Stromstärkesumme bei null und werden bei jedem Abtastzeitraum um das Quadrat der abgetasteten Spannung bzw. das Quadrat der abgetasteten Stromstärke erhöht.
Nach einem vorgegebenen Abtastzeitraum werden in Schritt 906 die abgetasteten Schweißdaten zur Weiterverarbeitung weitergereicht (wie unten beschrieben), die Schweißdatenwerte werden auf null zurückgesetzt, und der Abtastprozess (d. h. Schritt 904) wird wiederholt. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt der Abtastzeitraum 250 ms. Jede Zusammenstellung von abgetasteten Schweißdaten bildet ein Analysepaket. Nach einer Weiterverarbeitung des Analysepaketes (zum Beispiel alle 250 ms) sind zusätzliche Schweißdaten verfügbar, die eine aktuelle Schweißqualitätseinstufung für den entsprechenden Zustand darstellen. Diese zusätzlichen Schweißdaten könnten als Kurvendiagramm dargestellt und/oder gemittelt werden. Der Durchschnitt dieser Einstufungen über die Länge der Schweißnaht (d. h. des Schweißzyklus) bildet einen Gesamtqualitätsindikator für die Schweißnaht.
Die Weiterverarbeitung der Schweißdaten jedes Analysepaketes, die in Schritt 906 für jeden der abgetasteten Zustände stattfindet, führt zur Berechnung zusätzlicher Schweißdaten. Die zusätzlichen Schweißdaten enthalten einen Ausführungszählwert, einen Spannungsdurchschnitt, eine effektive Spannung, eine Spannungsvarianz, einen Stromstärkedurchschnitt, eine effektive Stromstärke und eine Stromstärkevarianz. Der Wert der Ausführungszählung der zusätzlichen Schweißdaten wird aus dem Wert der Ausführungszählung der Schweißdaten kopiert. Der Spannungsdurchschnitt wird als die Spannungssumme (aus den Schweißdaten), durch den Ausführungszählwert geteilt, berechnet. Die effektive Spannung wird als die Quadratwurzel des Quotienten berechnet, der durch Teilen der quadrierten Spannungssumme (aus den Schweißdaten) durch den Ausführungszählwert erhalten wird. Die Spannungsvarianz wird als die effektive Spannung minus dem Spannungsdurchschnitt berechnet. Der Stromstärkedurchschnitt wird als die Stromstärkesumme (aus den Schweißdaten), geteilt durch den Ausführungszählwert, berechnet. Die effektive Stromstärke wird als die Quadratwurzel des Quotienten berechnet, der durch Teilen der quadrierten Stromstärkesumme (aus den Schweißdaten) durch den Ausführungszählwert erhalten wird. Die Stromstärkevarianz wird als die effektive Stromstärke minus dem Stromstärkedurchschnitt berechnet.
Nach dem Schritt 906 richtet sich die anschließende Verarbeitung danach, ob die momentane Schweißnaht eine Lernschweißnaht ist, die zum Bestimmen von Schweißqualitätsparametern zu verwenden ist, oder eine normale Schweißnaht ist, die anhand solcher Schweißqualitätsparameter beurteilt werden soll. Somit wird in Schritt 908 bestimmt, ob die momentane Schweißnaht eine Lernschweißnaht oder eine normale Schweißnaht ist. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die automatisch voreingestellte Bedingung, dass eine Schweißnaht eine normale Schweißnaht ist, sofern nichts anderes angegeben wird (zum Beispiel durch Nutzereingaben).
Wenn in Schritt 908 festgestellt wird, dass die momentane Schweißnaht eine Lernschweißnaht ist, so werden die folgenden zusätzlichen Schweißdatenwerte über einen signifikanten Abschnitt der Lernschweißnaht (zum Beispiel 20–30 Sekunden) gespeichert: der Ausführungszählwert, der Spannungsdurchschnitt, die Spannungsvarianz, der Stromstärkedurchschnitt und die Stromstärkevarianz, während die anderen Schweißdatenwerte und zusätzlichen Schweißdatenwerte unbeachtet bleiben können. Der signifikante Abschnitt der Lernschweißnaht ist der Lernzeitraum. In einer beispielhaften Ausführungsform entspricht der Lernzeitraum mindestens 80 aufeinanderfolgenden Analysepaketen (d. h. Abtastzeiträume).
Anschließend werden in Schritt 910 Schweißqualitätsparameter unter Verwendung der zusätzlichen Schweißdatenwerte berechnet, die während des Lernzeitraums gespeichert wurden. Zum Beispiel werden die folgenden Schweißqualitätsparameter für jeden der abgetasteten Zustände berechnet: ein Qualitätsausführungszählwert-Durchschnitt, eine Qualitätsausführungszählwert-Standardabweichung, einen Qualitätsspannungsdurchschnitt, eine Qualitätsspannungs-Standardabweichung, einen Qualitätsstromstärkedurchschnitt, eine Qualitätsstromstärke-Standardabweichung, einen Qualitätsspannungsvarianz-Durchschnitt, eine Qualitätsspannungsvarianz-Standardabweichung, einen Qualitätsstromstärkevarianz-Durchschnitt und eine Qualitätsstromstärkevarianz-Standardabweichung.
Der Qualitätsausführungszählwert-Durchschnitt wird als der Durchschnitt der Ausführungszählwerte aus allen Analysepaketen berechnet, die während des Lernzeitraums verarbeitet werden. Die Ausführungszählwerte könnten auf ganze Zahlen gerundet werden. Die Qualitätsausführungszählwert-Standardabweichung wird als die Standardabweichung des Ausführungszählwertes aus jedem Analysepaket, das während des Lernzeitraums verarbeitet wird, relativ zum Qualitätsausführungszählwert-Durchschnitt berechnet. Der Qualitätsspannungsdurchschnitt wird als der Durchschnitt der Spannungsdurchschnitte aus allen Analysepaketen berechnet, die während des Lernzeitraums verarbeitet werden. Die Qualitätsspannungs-Standardabweichung wird als die Standardabweichung des Spannungsdurchschnitts aus jedem Analysepaket, das während des Lernzeitraums verarbeitet wird, relativ zum Qualitätsspannungsdurchschnitt berechnet. Der Qualitätsstromstärkedurchschnitt wird als der Durchschnitt der Stromstärkedurchschnitte aus allen Analysepaketen berechnet, die während des Lernzeitraums verarbeitet werden. Die Qualitätsstromstärke-Standardabweichung wird als die Standardabweichung des Stromstärkedurchschnitts aus jedem Analysepaket, das während des Lernzeitraums verarbeitet wird, relativ zum Qualitätsstromstärkedurchschnitt berechnet. Der Qualitätsspannungsvarianz-Durchschnitt wird als der Durchschnitt der Spannungsvarianzen aus allen Analysepaketen berechnet, die während des Lernzeitraums verarbeitet werden. Die Qualitätsspannungsvarianz-Standardabweichung wird als die Standardabweichung der Spannungsvarianz aus jedem Analysepaket, das während des Lernzeitraums verarbeitet wird, relativ zur Qualitätsspannungsvarianz berechnet. Der Qualitätsstromstärkevarianz-Durchschnitt wird als der Durchschnitt der Stromstärkevarianzen aus allen Analysepaketen berechnet, die während des Lernzeitraums verarbeitet werden. Die Qualitätsstromstärkevarianz-Standardabweichung wird als die Standardabweichung der Stromstärkevarianz aus jedem Analysepaket, das während des Lernzeitraums verarbeitet wird, relativ zur Qualitätsstromstärkevarianz berechnet. Wie oben angemerkt, können diese Qualitätsparameter, wenn sie auf der Ausführung einer bestätigten guten oder auf sonstige Weise akzeptablen Schweißnaht basieren, als Benchmarks zum Messen oder einer sonstigen Einstufung anschließender Schweißnähte verwendet werden.
Wenn in Schritt 908 festgestellt wird, dass die momentane Schweißnaht eine Beurteilungsschweißnaht – im Gegensatz zu einer Lernschweißnaht – ist (d. h. eine Schweißnaht, die hinsichtlich ihrer Qualität beurteilt werden soll), so brauchen keine der Schweißdaten oder zusätzlichen Schweißdaten gespeichert zu werden. Statt dessen werden die Ergebnisse verschiedener Qualitätsberechnungen erhalten und gespeichert. Diese Qualitätsberechnungen enthalten das ursprüngliche Detektieren, in Schritt 914, des Vorhandenseins verschiedener Ausreißer. Ein Ausreißer ist ein Datenpunkt oder -wert, der weiter als eine Schwellenentfernung von einem Mittelwert, zu dem der Datenpunkt oder -wert beiträgt, entfernt liegt. In einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Ausreißer ein Wert, der außerhalb der Grenze von drei Standardabweichungen vom Mittelwert liegt.
In dem Gewichtungsverfahren 900 gehören zu den Ausreißern, die in Schritt 914 gesucht werden, Ausführungsausreißer, Spannungsausreißer, Spannungsvarianzausreißer, Stromstärkeausreißer und Stromstärkevarianzausreißer. Für jeden der überwachten Zustände wird jedes der Analysepakete ausgewertet, um das Vorhandensein eines dieser Ausreißer zu detektieren.
Wenn ein Analysepaket die folgende Beziehung erfüllt, so gilt es als ein Ausführungsausreißer: absoluter Wert von (Ausführungszählwert – Qualitätsausführungszählwert-Durchschnitt) > (3 × Qualitätsausführungszählwert-Standardabweichung). Wenn ein Analysepaket die folgende Beziehung erfüllt, so gilt es als ein Spannung Ausreißer: absoluter Wert von (Spannungsdurchschnitt – Qualitätsspannungsdurchschnitt) > (3 × Qualitätsspannungs-Standardabweichung). Wenn ein Analysepaket die folgende Beziehung erfüllt, so gilt es als ein Spannungsvarianzausreißer: absoluter Wert von (Spannungsvarianz – Qualitätsspannungsvarianz-Durchschnitt) > (3 × Qualitätsspannungsvarianz-Standardabweichung). Wenn ein Analysepaket die folgende Beziehung erfüllt, so gilt es als ein Stromstärkeausreißer: absoluter Wert von (Stromstärkedurchschnitt – Qualitätsstromstärkedurchschnitt) > (3 × Qualitätsstromstärke-Standardabweichung). Wenn ein Analysepaket die folgende Beziehung erfüllt, so gilt es als ein Stromstärkevarianzausreißer: absoluter Wert von (Stromstärkevarianz-Qualitätsstromstärkevarianz-Durchschnitt) > (3 × Qualitätsstromstärkevarianz-Standardabweichung).
Nach der Detektion dieser Ausreißer wird eine zweistufige gewichtete Summe (d. h. aus den Schritten 916 und 918) jedes Ausreißer zum Berechnen eines Qualitätsindikators für die entsprechenden Analysepakete verwendet.
Der erste Schritt (d. h. Schritt 916) beim Gewichten jedes der Ausreißer wird durch die Größenordnung des Ausreißers relativ zu einer Drei-Standardabweichungs-Grenze bestimmt. Im Allgemeinen könnten ungefähr 0,3% der Datenpunkte oder -werte außerhalb der Grenze von drei Standardabweichungen fallen und somit als ein Ausreißer gelten. Die Gewichtung des Ausreißers nimmt in dem Maße zu, wie sein Wert über die Grenze von drei Standardabweichungen hinaus ansteigt. Der Ausreißer wird bei vier Standardabweichungen zu vollen 100% gewichtet und wird bei fünf Standardabweichungen mit maximal 200% gewichtet. Im Allgemeinen beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass ein vollständig (d. h. 100%) gewichteter Ausreißer in einem normalen Datensatz auftritt, bei 1 zu 15.787.
Somit wird in Schritt 916 jeder der Ausreißer gemäß dieser Herangehensweise gewichtet. Das Gewicht, das jedem Ausführungsausreißer beizumessen ist, wird als der absolute Wert von (Betrag über der Drei-Standardabweichungs-Grenze/Qualitätsausführungszählwert-Standardabweichung) berechnet, wobei ein maximaler Gewichtswert 2,0 ist. Das Gewicht, das jedem Spannungsausreißer beizumessen ist, wird als der absolute Wert von (Betrag über der Drei-Standardabweichungs-Grenze/Qualitätsspannungs-Standardabweichung) berechnet, wobei ein maximaler Gewichtswert 2,0 ist. Das Gewicht, das jedem Spannungsvarianzausreißer beizumessen ist, wird als der absolute Wert von (Betrag über der Drei-Standardabweichungs-Grenze/Qualitätsspannungsvarianz-Standardabweichung) berechnet, wobei ein maximaler Gewichtswert 2,0 ist. Das Gewicht, das jedem Stromstärkeausreißer beizumessen ist, wird als der absolute Wert von (Betrag über der Drei-Standardabweichungs-Grenze/Qualitätsstromstärke-Standardabweichung) berechnet, wobei ein maximaler Gewichtswert 2,0 ist. Das Gewicht, das jedem Stromstärkevarianzausreißer beizumessen ist, wird als der absolute Wert von (Betrag über der Drei-Standardabweichungs-Grenze/Qualitätsstromstärkevarianz-Standardabweichung) berechnet, wobei ein maximaler Gewichtswert 2,0 ist.
Der zweite Schritt (d. h. Schritt 918) beim Gewichten jedes der Ausreißer wird durch den Ausführungszählwert des Zustands des Ausreißers bestimmt. Genauer gesagt, wird der Wert jedes Ausreißers mit dem Ausführungszählwert des Zustands des Ausreißers multipliziert, wodurch der Zeitanteil des Zustands relativ zur Gesamtwellenform berücksichtigt wird. Auf diese Weise erzeugen Zustände, die größere Ausführungszählwerte (d. h. Ausführungszeiten) haben, Ausreißer mit entsprechend höheren Gewichten. Wenn also die Ausführungszeit für einen bestimmten Ausreißer zunimmt, so steigt auch das Gewicht des Ausreißers.
Das Gewichten der Ausreißer in den Schritten 916 und 918 erzeugt einen Satz endgültiger gewichteter Ausreißer, einschließlich endgültiger gewichteter Ausführungsausreißer, endgültiger gewichteter Spannungsausreißer, endgültiger gewichteter Spannungsvarianzausreißer, endgültiger gewichteter Stromstärkeausreißer und endgültiger gewichteter Stromstärkevarianzausreißer. Diese endgültigen gewichteten Ausreißer werden in Schritt 920 summiert, um eine endgültige gewichtete Ausreißersumme für jedes Analysepaket zu bilden. Anschließend wird die Bestimmung eines Qualitätsindikators für jedes der Analysepakete in Schritt 922 als der Quotient berechnet, der durch Teilen eines perfekten Qualitätswertes minus der endgültigen gewichteten Ausreißersumme durch den perfekten Qualitätswert erhalten wird. Der perfekte Qualitätswert ist gleich dem Ausführungszählwert für das Analysepaket, multipliziert mit der Anzahl der Ausreißerkategorien (d. h. in diesem Fall fünf).
Somit kann ein momentaner Qualitätsindikator (d. h. für das momentane vollendete Analysepaket) während des Schweißprozesses bestimmt und an das Schweißgerät übermittelt oder auf sonstige Weise verwendet werden. Auf diese Weise können potenzielle Probleme sofort bei Auftreten, d. h. während des Schweißprozesses, erkannt werden, anstatt erst, nachdem die Schweißnaht vollendet ist, wenn es wahrscheinlich zu spät ist, um noch Korrekturmaßnahmen einzuleiten.
Des Weiteren kann der Durchschnitt der Qualitätsindikatoren, die bis zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Schweißprozesses akkumuliert wurden, gebildet werden, um einen Qualitätsindikator für die Schweißnaht bis zu diesem Zeitpunkt zu ermitteln. Zum Beispiel können, nachdem der Schweißprozess vollendet ist, alle individuellen Qualitätsindikatoren gemittelt werden, um einen Gesamtqualitätsindikator, eine Gesamtwertung, eine Gesamtgüte, eine Gesamteinstufung oder dergleichen für die vollendete Schweißnaht zu erhalten. Der Gesamtqualitätsindikator für die Schweißnaht kann mit einem zuvor festgelegten Qualitätsindikator verglichen werden (der zum Beispiel aus einer Lernschweißnaht abgeleitet wurde), der den Mindestqualitätsindikatorwert für eine akzeptable Schweißnaht widerspiegelt.
Auf diese Weise kann die Qualität einer Schweißnaht akkurat, effizient, gleichmäßig und/oder automatisch in Echtzeit oder fast in Echtzeit bestimmen werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Sichtinspektion einer Schweißnaht oft nicht immer ausreicht, um ihre Qualität zu ermessen, und da ein Schweißer Abweichungen oder sonstige Probleme während des Schweißprozesses, die die Gesamtschweißqualität beeinträchtigen können, möglicherweise nicht detektieren oder auf sonstige Weise einschätzen kann.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen ist ein Qualitätsindikator (d. h. eine Schweißnahtwertung) für eine Schweißnaht ein wirksames Hilfsmittel zum Beurteilen von Schweißnähten, die wiederholt unter im Wesentlichen den gleichen Bedingungen und gemäß im Wesentlichen dem gleichen Lichtbogenschweißprozess hergestellt werden, wie zum Beispiel während eines automatisierten (zum Beispiel robotischen) Schweißprozesses. Durch Berechnen von momentanen, periodischen und/oder Gesamtschweißnahtwertungen für jede Schweißnaht kann ein automatisierter Qualitätskontrollprozess an den Lichtbogenschweißprozess angepasst werden. Insbesondere wird zunächst eine akzeptable Mindestschweißnahtwertung oder ein Bereich akzeptabler Schweißnahtwertungen gemäß den Schweißbedingungen und dem Lichtbogenschweißprozess als eine Schwelle festgelegt. Anschließend wird bei jeder Schweißnaht ihre (momentanen, periodische und/oder Gesamt-)Schweißnahtwertung mit der Schwelle verglichen, um rasch und akkurat zu bestimmen, ob die Schweißnaht akzeptiert oder abgelehnt werden sollte. Außerdem können durch Beurteilen von Trends innerhalb der Schweißnahtwertungen für einen Produktionslauf oder eine Reihe von Produktionsläufen Probleme im Produktionsprozess schneller erkannt werden, und/oder der Produktionsprozess kann schneller optimiert werden.
Eine konzeptuelle Produktionslinie 1000 ist in 10 gezeigt, wobei eine erste Schweißnahtwertung S1 1002, eine zweite Schweißnahtwertung S2 1004 und eine dritte Schweißnahtwertung S3 1006 mit Schweißnähten verknüpft sind, die an einem ersten Werkstück WP1 1006, einem zweiten Werkstück WP2 1010 bzw. einem dritten Werkstück WP3 1012 durch ein Schweißgerät oder eine Schweißstation 1014, das bzw. die eine integrierte Überwachungsvorrichtung M 1016 enthält, gezogen werden. Dem Durchschnittsfachmann ist klar, dass die verschiedenen Schweißnähte auch am selben Werkstück ausgeführt werden könnten.
Die Schweißnahtwertungen werden dann mit einer zuvor festgelegten akzeptablen Schweißnahtwertungsschwelle verglichen, um festzustellen, ob die einzelnen Schweißnähte akzeptiert oder abgelehnt werden sollten. Dieser Vergleich kann durch das Schweißgerät oder die Schweißstation oder durch eine separate Vorrichtung oder an einem separaten Ort (zum Beispiel einer Beurteilungsstation 1018) vorgenommen werden. In einer beispielhaften Ausführungsform wird der Vergleich zwischen der Schweißnahtwertung und der Schwelle manuell ausgeführt. In einer beispielhaften Ausführungsform werden ein automatisierter und ein manueller Vergleich ausgeführt. In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Schweißnahtwertung dafür verwendet festzustellen, ob eine manuelle Inspektion der entsprechenden Schweißnaht angeraten ist. In einer beispielhaften Ausführungsform werden die Schweißnahtwertungen mindestens zum Teil dafür verwendet, eine Gesamteffizienz der Produktionslinie festzustellen.
In einer beispielhaften Ausführungsform sind eine oder mehrere Beurteilungsstationen 101B entlang der Produktionslinie 1000 zum Messen der Schweißnähte auf speziellen Stufen des Produktionsprozesses angeordnet. Wenn eine Beurteilungsstation 1018 bestimmt, dass eine Schweißnahtwertung für eine Schweißnaht eine zuvor festgelegte akzeptable Schweißnahtwertungsschwelle erfüllt oder übersteigt, so akzeptiert die Beurteilungsstation 1018 die Schweißnaht durch Ausgeben eines Schweißnahtakzeptanzbefehls 1020. In Reaktion auf den Schweißnahtakzeptanzbefehl 1020 lässt man das Werkstück mit der akzeptablen Schweißnaht weiter entlang der Produktionslinie 1000 zur Weiterverarbeitung passieren.
Wenn hingegen die Beurteilungsstation 1018 bestimmt, dass die Schweißnahtwertung für die Schweißnaht unter eine zuvor festgelegte akzeptable Schweißnahtwertungsschwelle fällt, so Zehnt die Beurteilungsstation 1018 die Schweißnaht durch Ausgeben eines Schweißnahtablehnungsbefehls 1022 ab. In Reaktion auf den Schweißnahtablehnungsbefehl 1022 wird das Werkstück mit der inakzeptablen Schweißnaht von der Produktionslinie 1000 heruntergeleitet oder auf sonstige Weise von der Produktionslinie 1000 gezogen (zum Beispiel manuell aussortiert). Anschließend kann das Werkstück mit der abgelehnten Schweißnaht einer Weiterverarbeitung unterzogen werden, zum Beispiel einer Nachbearbeitung oder sonstigen Reparatur der abgelehnten Schweißnaht, oder das Werkstück wird ganz und gar recycelt.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird jeder Schweißnahtakzeptanzbefehl 1020 und/oder Schweißnahtablehnungsbefehl 1022 zur späteren Begutachtung und Analyse protokolliert oder auf sonstige Weise gespeichert. Auf diese Weise lassen sich Trends innerhalb des Schweißprozesses und/oder des Produktionsprozesses schneller identifizieren, wodurch es wiederum leichter werden kann, die Gesamteffizienz der Produktionslinie, die mit dem Schweißprozess arbeitet, zu erhöhen.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen können Qualitätsindikatoren (d. h. Schweißnahtwertungen), die für Schweißnähte berechnet wurden, im Rahmen einer innovativen Herangehensweise an das Erstellen von Anweisungen oder ein sonstiges Unterweisen eines Schweißers, der einen Lichtbogenschweißprozess manuell durchführt, verwendet werden. Genauer gesagt, werden, wenn der Schweißer ein Schweißgerät (zum Beispiel das elektrische Lichtbogenschweißgerät 10) verwendet, um die Schweißnaht zu ziehen, momentane und/oder periodische Schweißnahtwertungen für die Schweißnaht durch das Schweißgerät (zum Beispiel durch eine Überwachungsvorrichtung M des Schweißgerätes) bestimmt und dafür verwendet, direktes Feedback bezüglich der momentanen Qualität der Schweißnaht an den Schweißer zu geben. Wie oben angemerkt, basieren diese Schweißnahtwertungen auf gewichteten, statistischen Messungen, die die Schweißqualität genauer widerspiegeln als eine bloße visuelle Inspektion der Schweißnaht. Genauer gesagt, werden die Schweißnahtwertungen mit einer zuvor festgelegten akzeptablen Schweißnahtwertung oder einem Bereich von akzeptablen Schweißnahtwertungen verglichen, um festzustellen, ob der Schweißer Korrekturmaßnahmen ergreifen muss. Außerdem werden die Schweißnahtwertungen im zeitlichen Verlauf beurteilt, um festzustellen, ob es einen Trend gibt, der von den akzeptablen Schweißnahtwertungen fort führt (wie zum Beispiel ein kontinuierliches Nachlassen der Schweißnahtwertung).
Ein Unterweisungsverfahren 1100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist in 11 gezeigt. Das Verfahren 1100 beginnt damit, dass ein Schweißer sich anschickt, einen Schweißprozesses in Schritt 1102 auszuführen.
Während des Schweißprozesses wird in Schritt 1104 periodisch eine Schweißnahtwertung (auf der Grundlage eines oder mehrerer abgetasteter oder auf sonstige Weise gemessener Parameter) berechnet, um einen augenblicklichen Status der Schweißnaht widerzuspiegeln. Die Schweißnahtwertung kann als eine Augenblicksmessung, die den momentanen Status der Schweißnaht widerspiegelt, oder als ein Durchschnitt verschiedener Messungen, die den Status der Schweißnaht über einen Zeitraum (entsprechend den Messungen) während des Schweißprozesses widerspiegeln, berechnet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Schweißnahtwertung durch Mitteln aller Messungen berechnet, die seit Beginn des Schweißprozesses durchgeführt wurden, was einen momentanen Gesamtstatus der Schweißnaht widerspiegelt.
Als Nächstes wird in Schritt 1106 die Schweißnahtwertung mit einer zuvor festgelegten Schwellenschweißnahtwertung verglichen. Die Schwellenschweißnahtwertung ist eine Minimum-Schweißnahtwertung für einen guten oder auf sonstige Weise akzeptablen Schweißnahtstatus. Wenn die Schweißnahtwertung mindestens so hoch ist wie die Schwellenschweißnahtwertung, so wird in Schritt 1108 festgestellt, dass der momentane Status der Schweißnaht gut ist. Anderenfalls wird in Schritt 1108 bestimmt, dass der momentane Status der Schweißnaht schlecht ist.
Wenn der momentane Status der Schweißnaht gut ist, so erhält der Schweißer in Schritt 1110 einen Hinweis, dass die Schweißnaht gut ist, was darauf schließen lässt, dass der Schweißprozess ordnungsgemäß ausgeführt wird. Anschließend wird der momentane Status der Schweißnaht in Schritt 1112 zur späteren Begutachtung, Analyse und/oder sonstigen Verwendung protokolliert. Das Unterweisungsverfahren 1100 überwacht dann den Schweißprozess, der durch den Schweißer ausgeführt wird, weiter, wie oben beschrieben.
Wenn der momentane Status der Schweißnaht schlecht ist, so erhält der Schweißer in Schritt 1114 einen Hinweis, dass die Schweißnaht schlecht ist, was darauf schließen lässt, dass der Schweißprozess nicht ordnungsgemäß ausgeführt wird. Anschließend wird der momentane Status der Schweißnaht in Schritt 1116 zur späteren Begutachtung, Analyse und/oder sonstigen Verwendung protokolliert. Das Unterweisungsverfahren 1100 überwacht dann den Schweißprozess, der durch den Schweißer ausgeführt wird, weiter, wie oben beschrieben.
Die oben erwähnten Hinweise können an den Schweißer auf jegliche Weise übermittelt werden, die geeignet ist, den Schweißer während des Schweißprozesses zu informieren. In einer beispielhaften Ausführungsform wird der Hinweis an den Schweißer visuell übermittelt, wie zum Beispiel auf einer Anzeigevorrichtung, die in das Schweißgerät integriert ist oder sich in dessen Nähe befindet. In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Anweisung visuell in einem Schutzvisir oder einer Schweißerhaube angezeigt, das bzw. die der Schweißer trägt. In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Anweisung an den Schweißer akustisch übermittelt, wie zum Beispiel durch einen Lautsprecher, der in das Schweißgerät integriert ist oder sich in dessen Nähe befindet. In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Anweisung akustisch in ein Schutzvisir eingespielt, das der Schweißer trägt.
In einer beispielhaften Ausführungsform, wenn der momentane Status der Schweißnaht schlecht ist, empfängt der Schweißer in Schritt 1118 eine Anweisung hinsichtlich der zu ergreifenden Korrekturmaßnahmen oder -aktionen. In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Anweisung in Echtzeit während des Schweißprozesses bereitgestellt. Die Anweisung könnte zum Beispiel eine vorgeschlagene Änderung der Position einer Elektrode (d. h. eines Drahtes) relativ zum Werkstück oder eine vorgeschlagene Änderung der Bewegungsrate des Drahtes relativ zum Werkstück beinhalten.
Verschiedene Vorrichtungen und Technologien könnten verwendet werden, um mögliche zu ergreifende Korrekturmaßnahmen festzulegen, wie zum Beispiel das Modellieren von Schweißer- und/oder Schweißbedingungen während eines Schweißprozesses, die zu einer verifizierten guten Schweißnaht führen, und das Verwenden der resultierenden Modelldaten zum Beurteilen anderer Schweißer, die ähnliche Schweißprozesse unter ähnlichen Bedingungen ausführen. Künstliche Intelligenz und verwandte Simulationen könnten ebenfalls zur Schaffung eines solchen Modells verwendet werden. Des Weiteren könnten Sensoren zur Schaffung eines solchen Modells verwendet werden.
In einer beispielhaften Ausführungsform werden ein oder mehrere Sensoren verwendet, um Aspekte des Schweißprozesses zu bestimmen, zum Beispiel einen momentane Temperatur des Werkstücks, einen Menge an zugeführtem Schutzgas und/oder eine Zusammensetzung des Schutzgases. In einer beispielhaften Ausführungsform werden ein oder mehrere Sensoren verwendet, um Umgebungsbedingungen zu bestimmen, die den Schweißprozess beeinflussen könnten, zum Beispiel Windverhältnisse und/oder Feuchtigkeitsverhältnisse. In einer beispielhaften Ausführungsform werden ein oder mehrere Sensoren verwendet, um Schweißerbedingungen zu bestimmen, die den Schweißprozess beeinflussen könnten, zum Beispiel die Entfernung der Hand des Schweißers vom Werkstück und/oder der Winkel der Hand des Schweißers zum Werkstück. Daten von diesen oder anderen Sensoren werden mit Modelldaten verglichen, um die Anweisung festzulegen, welche Korrekturmaßnahmen oder -aktionen der Schweißer ergreifen sollte.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird dem Schweißer die Korrekturmaßnahme-Anweisung visuell übermittelt, wie zum Beispiel auf einer Anzeigevorrichtung, die in das Schweißgerät integriert ist oder sich in dessen Nähe befindet. In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Anweisung visuell in einem Schutzvisir oder einer Schweißerhaube angezeigt, das bzw. die von dem Schweißer getragen wird. In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Anweisung akustisch an den Schweißer übermittelt, wie zum Beispiel durch einen Lautsprecher, der in das Schweißgerät integriert ist oder sich in dessen Nähe befindet. In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Anweisung akustisch in die Schutzhaube eingespielt, die von dem Schweißer getragen wird.
Auf diese Weise stellt das Unterweisungsverfahren 1100 Echtzeit-Feedback an den Schweißer während des Schweißprozesses bereit, so dass der Schweißer sofort weiß, wann sich die Schweißnaht von einer guten Bedingung in Richtung einer schlechten Bedingung bewegt und wann sich die Schweißnaht von einer schlechten Bedingung in Richtung einer guter Bedingung bewegt. Des Weiteren kann das Unterweisungsverfahren 1100 Korrekturmaßnahmen vorschlagen, die darauf abzielen, den momentanen (und somit den Gesamt-)Zustand der Schweißnaht zu verbessern. Da Veränderungen beim Schweißnahtzustand oft auf Handlungen des Schweißers zurückzuführen sind, lehrt das Feedback, das durch das Unterweisungsverfahren 1100 bereitgestellt wird (einschließlich eventueller vorgeschlagener Korrekturmaßnahmen), den Schweißer gute Schweißtechniken. Des Weiteren werden gute Schweißtechniken des Schweißers durch die laufende Bestätigung eines guten Schweißnahtstatus verstärkt.
Das Unterweisungsverfahren 1100 oder Aspekte davon lassen sich auch ohne Weiteres an einen simulierten Schweißprozess anpassen oder anderweitig übertragen. In einer beispielhaften Ausführungsform wird das Unterweisungsverfahren 1100 auf einen Schweißsimulator angewendet, das mit der Technologie der virtuellen Realität arbeitet.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann ein Qualitätsindikator (d. h. eine Schweißnahtwertung), der für eine durch einen Schweißer ausgeführte Schweißnaht berechnet wird, im Rahmen einer innovativen Herangehensweise zum Zertifizieren des Schweißers mit Bezug auf ein bestimmtes Schweißgerät, einen bestimmten Schweißprozess oder einen bestimmten Schweißlehrgang verwendet werden, ungefähr so, wie Noten im allgemeinen Bildungssystem vergeben werden. Zum Beispiel bilden die Schweißnahtwertungen (zum Beispiel eine Gesamtschweißnahtwertung), die gemäß dem Unterweisungsverfahren 1100 oder Aspekten davon berechnet werden, eine zweckmäßige Plattform zum Zertifizieren des Schweißers. Der Schweißer muss eine oder mehrere Schweißnahtwertungen erreichen, die vorgegebene Schwellenschweißnahtwertungen übersteigen, um mit Bezug auf das Schweißgerät, den Schweißprozess oder den Schweißlehrgang zertifiziert zu werden. Wenn der Schweißer nicht zertifiziert wird, so kann das Unterweisungsverfahren 1100 Bereiche aufzeigen, in denen sich der Schweißer noch verbessern muss. Wie im vorliegenden Text beschrieben, können zusätzliche Funktionen (zum Beispiel durch Software, die in dem Schweißgerät oder außerhalb des Schweißgerätes abläuft) zum Messen weiterer Parameter verwendet werden, die für das Zertifizieren des Schweißers von Nutzen sein können. Zum Beispiel könnte das Unterweisungsverfahren 1100 dahingehend modifiziert werden, dass es verfolgt, wie viel Zeit der Schweißer während des Schweißprozesses oder Lehrgangs tatsächlich mit Schweißen zugebracht hat. Als ein weiteres Beispiel könnte das Unterweisungsverfahren 1100 dahingehend modifiziert werden, dass es die Menge an Verbrauchsmaterial (zum Beispiel Draht) verfolgt, die durch den Schweißer während des Schweißprozesses oder Lehrgangs verbraucht wird.
Neben ihrer Verwendung zum Zertifizieren eines Schweißers können die Schweißnahtwertungen (und sonstigen Parameter) auch dafür verwendet werden, einen Schweißer vom anderen zu unterscheiden. Zum Beispiel könnten sich ungeachtet des Umstands, dass zwei Schweißer Wertungen erreichen, die zum Bestehen und damit zur Zertifizierung in Bezug auf ein bestimmtes Schweißgerät, einen bestimmten Schweißprozess oder einen bestimmten Schweißlehrgang führen, die Wertungen der beiden Schweißer erheblich voneinander unterscheiden. Dementsprechend könnte ein zertifizierter Schweißer mit einer viel höheren Wertung anstelle eines anderen zertifizierten Schweißers mit einer niedrigeren Wertung ausgewählt werden.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen können Qualitätsindikatoren (d. h. Schweißnahtwertungen), die für Schweißnähte und sonstige verwandte Parameter und Informationen berechnet werden, dafür verwendet werden, einen Ausbilder zu unterstützen, der mehrere Auszubildende in einer Schweißtechnik, einem Schweißprozess, einem Schweißprogramm, einem Schweißlehrgang oder dergleichen unterweist. Ein Schweißunterricht enthält oft eine theoretische Komponente und eine praktische Komponente. Die theoretische Komponente wird allgemein in Form eines Lehrvortrags, einer Besprechung oder einer Demonstration in einem Unterrichtsraum oder einer ähnlichen Umgebung gelehrt. In der Regel enthält eine Schweißschule oder sonstige Umgebung, in der Auszubildenden die praktische Komponente des Unterrichts beigebracht wird, separate Orte, wie zum Beispiel Zellen, die Schweißstationen in einem Werk ähneln. Jeder Auszubildende bekommt seine eigene Zelle zum Durchführen der praktischen Komponente des Lehrgangs zugewiesen.
Es ist für den Ausbilder recht einfach einzuschätzen, wie viel Zeit jeder Auszubildende mit der theoretischen Komponente des Unterrichts zubringt, zum Beispiel durch Verfolgen der Unterrichtsteilnahme jedes Auszubildenden und/oder der Teilnahme an Besprechungen bezüglich der theoretischen Komponente. Es ist jedoch für den Ausbilder schwierig einzuschätzen, wie viel Zeit jeder Auszubildende tatsächlich auf die praktische Komponente des Unterrichts verwendet, weil die Ausbilder nicht die ganze Zeit in allen Zellen sein kann. Zum Beispiel können die Zellen so aufgebaut und/oder angeordnet sein, dass der Ausbilder immer nur eine einzige Zelle auf einmal im Blick hat, d. h. die Zelle, in der sich der Ausbilder gerade befindet. Die Auszubildenden in den anderen Zellen könnten gerade etwas anderes tun als Schweißen (zum Beispiel essen, schlafen, telefonieren), ohne dass der Ausbilder es mitbekommt. Es ist auch schwierig für den Ausbilder festzustellen, welche von den Auszubildenden zu der einen oder anderen Zeit wahrscheinlich am meisten von einer persönlichen Betreuung durch den Ausbilder profitieren würde. Auf diese Weise kann es passieren, dass der Ausbilder Zeit auf einen Auszubildenden verwendet, obwohl ein anderer Auszubildender die persönliche Betreuung durch den Ausbilder viel dringender benötigen würde.
Ein System 1200 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zur Überwachung von Auszubildenden, die eine Schweißtechnik, einen Schweißprozess, ein Schweißprogramm, einen Schweißlehrgang oder dergleichen, wie zum Beispiel einen Lichtbogenschweißprozess, erlernen bzw. absolvieren, ist in 12 gezeigt. Das System 1200 enthält einen Unterweisungsbereich 1202, wie zum Beispiel einen Unterrichtsraum oder eine Werkstatt, in der sich acht Zellen 1204, 1206, 1208, 1210, 1212, 1214, 1216 und 1218 befinden. Jede der Zellen enthält ein Schweißgerät. Genauer gesagt, befindet sich ein erstes Schweißgerät W1 1220 in der ersten Zelle 1204, ein zweites Schweißgerät W2 1222 befindet sich in der zweiten Zelle 1206, ein drittes Schweißgerät W3 1224 befindet sich in der dritten Zelle 1208, ein viertes Schweißgerät W4 1226 befindet sich in der vierten Zelle 1210, ein fünftes Schweißgerät W5 1228 befindet sich in der fünfte Zelle 1212, ein sechstes Schweißgerät W6 1230 befindet sich in der sechsten Zelle 1214, ein siebentes Schweißgerät W7 1232 befindet sich in der siebenten Zelle 1216, und ein achtes Schweißgerät W8 1234 befindet sich in der achten Zelle 1218. Des Weiteren bekommt jeder Auszubildende eine Zelle zugewiesen. Genauer gesagt, bekommt ein erstes Auszubildender S1 1236 ein Werkstück in der ersten Zelle 1204 zugewiesen, ein zweiter Auszubildender S2 1238 bekommt ein Werkstück in der zweiten Zelle 1206 zugewiesen, ein dritter Auszubildender S3 1240 bekommt ein Werkstück in der dritten Zelle 1208 zugewiesen, ein vierter Auszubildender S4 1242 bekommt ein Werkstück in der vierten Zelle 1210 zugewiesen, ein fünfter Auszubildender S5 1244 bekommt ein Werkstück in der fünften Zelle 1212 zugewiesen, ein sechster Auszubildender S6 1246 bekommt ein Werkstück in der sechste Zelle 1214 zugewiesen, ein siebenter Auszubildender S7 1248 bekommt ein Werkstück in der siebenten Zelle 1216 zugewiesen, und ein achter Auszubildender S8 1250 bekommt ein Werkstück in der achten Zelle 1218 zugewiesen.
Der Unterweisungsbereich 1202 ist so angeordnet, dass sich ein Ausbilder 1252 frei von einer Zelle zu einer anderen bewegen kann, um mit den Auszubildenden zu interagieren.
In einer beispielhaften Ausführungsform enthält jedes der Schweißgeräte W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7 und W8 eine integrierte Überwachungsvorrichtung M, wie das in 1 gezeigte Schweißgerät 10. Wenn ein Auszubildender ein Schweißgerät benutzt, um eine Schweißnaht zu ziehen, so werden durch das Schweißgerät (über die Überwachungsvorrichtung M) momentane und/oder periodische Schweißnahtwertungen für die Schweißnaht bestimmt und werden verwendet, um an den Auszubildenden ein direktes Feedback bezüglich der momentanen Qualität der Schweißnaht zu übermitteln. Wie im vorliegenden Text beschrieben, basieren diese Schweißnahtwertungen auf gewichteten, statistischen Messungen, die die Schweißqualität genauer widerspiegeln als eine bloße visuelle Inspektion der Schweißnaht. Insbesondere werden die Schweißnahtwertungen mit einer zuvor festgelegten akzeptablen Schweißnahtwertung oder einem Bereich von akzeptablen Schweißnahtwertungen (die zum Beispiel anhand einer früheren Ausgangsschweißnaht ermittelt wurden) verglichen, um zu bestimmen, ob Korrekturmaßnahmen seitens des Auszubildenden notwendig sind. Außerdem werden die Schweißnahtwertungen im zeitlichen Verlauf beurteilt, um zu bestimmen, ob es einen Trend von einer akzeptablen Schweißnahtwertung fort gibt (was sich zum Beispiel an einer andauernden Verschlechterung der Schweißnahtwertung zeigt).
Jedes der Schweißgeräte W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7 und W8 kommuniziert über ein Netzwerk 1256 mit einem Produktionsüberwachungssystem (PÜS) 1254. Das Netzwerk 1256 kann ein leitungsgebundenes oder ein Drahtlosnetzwerk sein. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Netzwerk 1256 ein Ethernet-Netzwerk.
Das PÜS 1254 kann unter Verwendung von Software, Hardware und Kombinationen davon implementiert werden, ohne vom Geist und Schutzumfang der allgemeinen erfinderischen Konzepte abzuweichen. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das PÜS 1254 als Software implementiert, die auf einem Allzweckcomputer (zum Beispiel einem PC) läuft, der Peripheriegeräte hat, wie zum Beispiel eine Anzeigevorrichtung 1258 und einen Datenspeicher 1260, die an ihn angeschlossen sind. In einer beispielhaften Ausführungsform könnte das PÜS 1254 Logik enthalten, die in jedes der Schweißgeräte integriert ist, wie im Fall der Überwachungsvorrichtungen M. Wie oben angemerkt, steht das PÜS 1254 über das Netzwerk 1256 im Datenaustausch mit den Schweißgeräten W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7 und W8.
Das PÜS 1254 ist ein Schweißdatenerfassungs- und Überwachungstool, das zum Beispiel dafür geeignet ist, Kurzzeit- und Langzeit-Schweißprotokolle komplett mit Statistiken für jede aufgezeichnete Schweißnaht zu erfassen. Das PÜS 1254 kann auch andere produktionsverwandte Parameter und Bedingungen verfolgen, wie zum Beispiel Drahtverbrauch. In dem System 1200 erfasst das PÜS 1254 Daten von jedem der Schweißgeräte W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7 und W8, um eine Zeitdauer zu bestimmen, die die jeweiligen Auszubildenden S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 und S3 auf das Ziehen der Schweißnaht verwendet haben. Die Zeitdauer, die jeder der Auszubildenden S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 und S8 aufwendet (d. h. die Schweißzeiten), kann durch das PÜS 1254 in einem Datenspeicher 1260 gespeichert werden, um sie später abzurufen und zu verwenden. Außerdem empfängt das PÜS 1254 die Schweißnahtwertungen von jedem der Schweißgeräte W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7 und W8 über das Netzwerk 1256, die dann durch das PÜS 1254 im Datenspeicher 1260 gespeichert werden können, um sie später abzurufen und zu verwenden. Auf diese Weise kann das PÜS 1254 Protokolle von Schweißzeiten und Schweißnahtwertungen für mehrere Auszubildende über mehrere Beurteilungszeiträume hinweg generieren und speichern, was eine unschätzbare Ressource für den Ausbilder 1252 beim Unterrichten und Beurteilen der Auszubildenden sein kann.
Außerdem kann das PÜS 1254 in Echtzeit die momentanen Schweißzeiten für jeden der Auszubildenden S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 und S8 in Kombination mit den aktuellen Schweißnahtwertungen für jeden der Auszubildenden S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 und S8 auf der Anzeigevorrichtung 1258 anzeigen. Auf diese Weise kann der Ausbilder 1252 durch Beobachten der Anzeigevorrichtung 1258 zu einer sofortigen und korrekten Einschätzung des aktuellen Status eines jeder der Auszubildenden und ihrer jeweiligen Schweißnähte gelangen. Dies erlaubt es dem Ausbilder 1252, seine Zeit besser auf jene Auszubildenden zu verteilen, die seiner Hilfe am meisten bedürfen.
In dem System 1200 können die Schweißzeiten und die Schweißnahtwertungen in jeder beliebigen Weise angezeigt werden, zum Beispiel als numerische Daten und/oder als grafische Daten. In einer beispielhaften Ausführungsform weist das PÜS 1254 eine Internet-gestützte Benutzerschnittstelle auf, die den Zugriff auf Daten, das Betrachten von Daten, das Generieren von Berichten usw. durch einen Webbrowser unterstützt.
Das System 1200 lässt sich problemlos skalieren, um jede beliebige Anzahl von Auszubildenden sowie mehrere Ausbilder zu berücksichtigen.
Ein Verfahren 1300 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zum Überwachen von Auszubildenden, die eine Schweißtechnik, einen Schweißprozess oder ein Schweißprogramm erlernen, einen Lehrgang absolvieren oder dergleichen, wie zum Beispiel einen Lichtbogenschweißprozess, ist in 13 gezeigt. Das Verfahren 1300 beinhaltet, dass mehrere Auszubildende den Lichtbogenschweißprozesses in Schritt 1302 ausführen. In einer beispielhaften Ausführungsform führen die Auszubildenden im Wesentlichen den gleichen Lichtbogenschweißprozess unter im Wesentlichen den gleichen Bedingungen und im Wesentlichen zur selben Zeit aus.
Während des Lichtbogenschweißprozesses wird in Schritt 1304 periodisch eine Schweißnahtwertung (auf der Grundlage eines oder mehrerer abgetasteter oder auf sonstige Weise gemessener Parameter) für jeden Auszubildenden berechnet, um einen aktuellen Status der Schweißnaht des Auszubildenden widerzuspiegeln. Die Schweißnahtwertung kann als eine Augenblicksmessung berechnet werden, die den momentanen Status der Schweißnaht des Auszubildenden widerspiegelt, oder kann als ein Durchschnitt verschiedener Messungen berechnet werden, der den Status der Schweißnaht des Auszubildenden über einen Zeitraum hinweg (entsprechend den Messungen) während des Lichtbogenschweißprozesses widerspiegelt. In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Schweißnahtwertung des Auszubildenden durch Mitteln aller Messungen berechnet, die seit Beginn des Lichtbogenschweißprozesses durchgeführt wurden, was einen aktuellen Gesamtstatus der Schweißnaht des Auszubildenden widerspiegelt.
Während des Beurteilungszeitraums des Verfahrens 1300 wird in Schritt 1306 eine Zeitdauer bestimmt, die jeder Auszubildende mit der Durchführung des Lichtbogenschweißprozesses (d. h. mit tatsächlichem Schweißen) zubringt. Betriebsdaten, die aus dem Schweißgerät jedes Auszubildenden erfasst wurden, können verwendet werden, um die Schweißzeiten der Auszubildenden zu bestimmen.
Jede Schweißnahtwertung wird in Schritt 1308 mit ihrem entsprechenden Auszubildenden verknüpft. Gleichermaßen wird in Schritt 1308 jede Schweißzeit mit ihrem entsprechenden Auszubildenden verknüpft. Identifizierungsinformationen (zum Beispiel eine Seriennummer) von dem Schweißgerät, das jedem Auszubildenden zugewiesen ist, können dafür verwendet werden, Daten, die aus den Schweißgeräten erfasst und/oder durch die Schweißgeräte generiert wurden (zum Beispiel die Schweißnahtwertung, die Schweißzeit), mit den jeweiligen Auszubildenden zu verknüpfen.
Sobald die Schweißnahtwertungen und die Schweißzeiten mit den jeweiligen Auszubildenden verknüpft sind, können diese Informationen in Schritt 1310 in jeder beliebigen Weise ausgegeben werden. Zum Beispiel kann ein Bericht aller Auszubildenden und ihrer jeweiligen Schweißnahtwertungen und Schweißzeiten an eine Anzeigevorrichtung, wie zum Beispiel einen Monitor, ausgegeben werden. Als ein weiteres Beispiel können Informationen über die Auszubildenden und ihre jeweiligen Schweißnahtwertungen und Schweißzeiten protokolliert und in einem Datenspeicher, wie zum Beispiel einer Festplatte oder einem Flash-Laufwerk, gespeichert werden, um sie später abzurufen und zu verwenden. In einer beispielhaften Ausführungsform werden die Informationen periodisch ausgegeben. In einer beispielhaften Ausführungsform werden die Informationen am Ende des Beurteilungszeitraums ausgegeben.
Die Schweißnahtwertungen und/oder die Schweißzeiten können auch verwendet werden, um zusätzliche Identifizierungsinformationen für die Auszubildenden zu generieren. Zum Beispiel können die Schweißnahtwertung und/oder die Schweißdauer für einen Auszubildenden mit zur zuvor festgelegten Schwellen verglichen werden. Auf diese Weise kann auf der Grundlage der Schweißnahtwertung und/oder der Schweißdauer für einen Auszubildenden eine Entscheidung getroffen werden, ob die Schweißnaht des Auszubildenden die Kriterien erfüllt oder nicht erfüllt hat.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen können Schweißnahtwertungen, die für Schweißnähte berechnet werden, im Rahmen einer innovativen Herangehensweise zum Identifizieren möglicher Kosteneinsparungen für einen Schweißprozess verwendet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Kostenanalyse (zum Beispiel eine Kosteneffektivitätsanalyse, eine Kosten-Nutzen-Analyse) für einen Schweißprozess auf der Grundlage einer Reihe von Schweißnähten vorgenommen, die gemäß dem Schweißprozess ausgeführt wurden. Daten 1400, die beispielhaften Schweißnähten entsprechen, wie in den 14A–14B gezeigt, können beim Durchführen der Kostenanalyse verwendet werden.
Zuerst werden mehrere Schweißbedingungen 1402, die die Gesamtschweißqualität beeinflussen, ausgewählt. Zum Beispiel enthalten in den 14A und 14B die Schweißbedingungen 1402 Drahtcharakteristika (zum Beispiel Drahtzusammensetzung 1404, Drahtdurchmesser, Beschichtung), Werkstückcharakteristika (zum Beispiel Werkstückzusammensetzung 1406, Werkstückdicke), eine Schutzgasströmungsrate 1408, eine Schutzgaszusammensetzung 1410 und/oder eine Werkstückvorwärmtemperatur 1412. Als Nächstes wird eine dieser Schweißbedingungen 1402, wie bei 1414 angedeutet, über die Reihe von Schweißnähten hinweg variiert, während alle übrigen Schweißbedingungen 1402, wie bei 1414 angedeutet, über die Reihe von Schweißnähten hinweg unverändert sind.
Für jede der Schweißnähte in der Reihe wird außerdem eine Schweißnahtwertung 1416 auf der Grundlage der momentanen Schweißbedingungen 1402, 1414 berechnet. Die Schweißnahtwertung 1416 stellt ein Maß der Gesamtqualität der unter den Schweißbedingungen hergestellten Schweißnaht dar. Wie oben angemerkt, basieren diese Schweißnahtwertungen auf gewichteten, statistischen Messungen, die die Schweißqualität genauer widerspiegeln als eine bloße visuelle Inspektion der Schweißnaht.
Außerdem werden für jede der Schweißnähte in der Reihe die Kosten für die Herstellung der Schweißnaht bestimmt. In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Kosten monetäre Aufwendungen, die mit der Herstellung der Schweißnaht zusammenhängen und die als monetäre Kosten 1418 für die Schweißnaht dargestellt sind. In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Kosten eine Gesamtzeit, die zum Vollenden der Schweißnaht benötigt wird, und die als Zeitkosten 1420 für die Schweißnaht dargestellt sind. Jede Schweißnaht in der Reihe ist mit ihrer entsprechenden Schweißnahtwertung und ihren entsprechenden Kosten verknüpft.
14A bzw. 14B enthalten Daten 1400 für zwei Schweißnähte in einer Reihe von Schweißnähten, wobei unter den Schweißbedingungen 1402 die Drahtzusammensetzung 1404, die Werkstückzusammensetzung 1406, die Schutzgaszusammensetzung 1410 und die Werkstückvorwärmtemperatur 1412, wie bei 1414 gezeigt, über die Reihe von Schweißnähten hinweg unverändert sind, während die Schutzgasströmungsrate 1408, wie bei 1414 gezeigt, über die Reihe von Schweißnähten hinweg variiert (zum Beispiel inkrementell erhöht oder verringert) wird.
Für die Schweißnaht, die 14A entspricht, werden monetäre Kosten 1418 von a, Zeitkosten 1420 von b und eine Schweißnahtwertung 1418 von c berechnet oder auf sonstige Weise bestimmt. Für die Schweißnaht, die 14B entspricht, werden monetäre Kosten 1418 von d, Zeitkosten 1420 von e und eine Schweißnahtwertung 1416 von f berechnet oder auf sonstige Weise bestimmt. Wenn also bestimmt wird, dass a < d, b < e und c = f, so kann man schließen, dass die Schutzgasströmungsrate 1408 von 14A der Schutzgasströmungsrate 1408 von 14B überlegen ist, da sowohl eine Kosten- als auch eine Zeiteinsparung realisiert werden, ohne dass es zu einer Verminderung der Gesamtschweißqualität durch die Schutzgasströmungsrate 1408 von 14A im Vergleich zur Schutzgasströmungsrate 1408 von 14B kommt. Wenn statt dessen bestimmt wird, dass a < d, b >> e und c = f, so kann man schließen, dass die Schutzgasströmungsrate 1408 von 14A eine Kosteneinsparung ermöglicht, ohne dass es zu einer Verminderung der Gesamtschweißqualität kommt, aber mit wesentlichen höheren Zeitkosten im Vergleich zur Schutzgasströmungsrate 1408 von 14B,
Auf diese Weise ist ein Nutzer in der Lage, sofort die Auswirkungen festzustellen, die die veränderte Schweißbedingung auf die Gesamtschweißqualität in der Reihe und somit in dem entsprechenden Schweißprozess hat. Auf diese Weise kann der Nutzer bestimmen, ob ein Verändern der Schweißbedingung (und in welcher Weise) es dem Nutzer ermöglicht, eine höhere Schweißqualität, günstigere Kosten oder beides zu erhalten. Das heißt, je mehr Schweißnähte ausgeführt und die entsprechenden Daten analysiert werden, desto besser können die Auswirkungen jeder oder mehrerer Schweißbedingungen auf den Gesamtschweißprozess sofort bestimmt und beurteilt werden, so dass besser fundierte Kosteneinsparungsentscheidungen (zum Beispiel in Bezug auf Kompromisse zwischen Geld, Zeit und Qualität) getroffen werden können.
Die Kostenanalyse könnte so ausgeweitet werden, dass sie zusätzliche Reihen von Schweißnähten enthält, wobei verschiedene Schweißbedingungen in den verschiedenen Reihen variiert werden. Auf diese Weise kann der Nutzer einen gewünschten Wert oder eine gewünschte Einstellung für mehrere Schweißbedingungen identifizieren, um ein gewünschtes Resultat zu erreichen (zum Beispiel eine akzeptable Schweißqualität und akzeptablen Kosten). Diese gewünschten Werte oder Einstellungen für die Schweißbedingungen könnten dann in einem Profil gespeichert werden, das mit dem Schweißgerät und dem Schweißprozess verknüpft ist, um es anschließend abzurufen und für dasselbe Schweißgerät und den gleichen Schweißprozess zu verwenden, wodurch die Wahrscheinlichkeit steigt, dass der Nutzer das gewünschte Resultat wieder erreicht.
In einer beispielhaften Ausführungsform werden mehrere solcher Profile (d. h. Sätze von ausgewählten Schweißparametern und/oder Schweißbedingungen) gespeichert, d. h. als Voreinstellungen gespeichert, so dass ein Nutzer, der einen Schweißprozesses beginnt, auf die Profile zugreifen kann. In einer beispielhaften Ausführungsform werden einem Nutzer mehrere Voreinstellungen zusammen mit einer Schweißnahtwertung, die jeder Voreinstellung entspricht, präsentiert. Jede Schweißnahtwertung quantifiziert eine Gesamtqualität einer Schweißnaht, die zuvor unter Verwendung der Schweißparameter und Schweißbedingungen, die mit der Voreinstellung verknüpft sind, erhalten wurden. Wie oben angemerkt, basieren diese Schweißnahtwertungen auf gewichteten, statistischen Messungen, die die Schweißqualität genauer widerspiegeln als eine bloße visuelle Inspektion der Schweißnaht. Der Nutzer kann dann eine der Voreinstellungen zum Durchführen des Schweißprozesses auswählen, wodurch die Wahrscheinlichkeit steigt, dass der Nutzer die gleiche oder eine im Wesentlichen ähnliche Schweißnaht erreicht wie die, die er zuvor unter Verwendung der Schweißparameter und Schweißbedingungen, die mit der Voreinstellung verknüpft sind, hergestellt hatte. In einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Benutzerschnittstelle bereitgestellt, um es dem Nutzer zu erlauben, Voreinstellungen herauszufiltern, die nicht mit durch den Nutzer eingegebenen Kriterien übereinstimmen, zum Beispiel jene Voreinstellungen herauszufiltern, denen eine Schweißnahtwertung unterhalb einer eingegebenen Schwelle zugeordnet ist.
15 zeigt Voreinstellungen 1500 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Jede der Voreinstellungen 1500 enthält eine identifizierende Voreinstellungsnummer 1502, einen Satz Schweißbedingungen 1504, Schweißgerätinformationen 1506, Schweißprozess-Informationen 1508, monetäre Kosten 1510, Zeitkosten 1512 und eine verknüpfte Schweißnahtwertung 1514. Eine erste Voreinstellung 1516 mit der Voreinstellungsnummer 01 ist mit Schweißbedingungen 1504 mit den Werten a b, c, d und e und einem Schweißgerät M verknüpft. Die erste Voreinstellung 1516 entspricht einem Schweißprozesses O. Wenn ein Nutzer die erste Voreinstellung 1516 (d. h. Voreinstellung 01) zum Durchführen des Schweißprozess O mit dem Schweißgerät M unter den Schweißbedingungen a b, c, d und e auswählt, so kann der Nutzer erwarten, dass eine Schweißnaht, die aus dem Schweißprozess O resultiert, monetäre Kosten von ungefähr t, Zeitkosten von ungefähr v und eine Schweißnahtwertung von ungefähr x hat. Die Voreinstellungen 1500 können zusätzliche Voreinstellungen enthalten, wie zum Beispiel eine zweite Voreinstellung 1518, die mit verschiedenen Kombinationen von Schweißbedingungen 1504, Schweißgeräten 1506 und/oder Schweißprozessen 1508 verknüpft ist.
Zusätzlich zu den bereits im vorliegenden Text beschriebenen überwachten Schweißparametern können noch weitere Schweißparameter für einen oder mehrere Zustände einer Wellenform überwacht werden, und zusätzliche Qualitätsparameter können daraus berechnet werden, um Schweißdefekte noch genauer detektieren und identifizieren zu können. Zu weiteren Schweißparametern können gehören: eine Schweißbrennerposition, ein durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugter Schallpegel, mindestens eine durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugte Schallfrequenz und eine durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugte Schallpulsierrate. Zu weiteren zusätzlichen Schweißparametern gehören ein Pegel von sichtbarem Licht, das durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugt wird, mindestens eine Frequenz von sichtbarem Licht, das durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugt wird, und eine Pulsierrate von sichtbarem Licht, das durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugt wird. Zu weiteren zusätzlichen Schweißparameter gehören ein Pegel von infrarotem Licht, das durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugt wird, mindestens eine Frequenz von infrarotem Licht, das durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugt wird, eine Pulsierrate von infrarotem Licht, das durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugt wird, und ein Drahtzufuhrmotor-Strompegel.
Gemäß einer Ausführungsform werden die zusätzlichen Schweißparameter durch Sensoren oder Überwachungsvorrichtungen abgefühlt, die zum Detektion solcher Schweißparameter geeignet sind. Zum Beispiel kann Schall durch ein Mikrofon abgefühlt werden, sichtbares Licht kann durch einen Photodetektor abgefühlt werden, infrarotes Licht kann durch einen Infrarot-Detektor abgefühlt werden, und der Drahtzufuhrmotorstrom kann durch einen Stromnebenschluss abgefühlt werden. Die Schweißbrennerposition kann unter Verwendung einer oder mehrerer Arten von Detektionstechnologien abgefühlt werden, einschließlich beispielsweise bildgebende Sensoren oder magnetische Sensoren. Die Sensoren können an verschiedenen Stellen angeordnet sein, einschließlich beispielsweise an einem Schweißbrenner, an einer Schweißhaube oder innerhalb des allgemeinen Schweißbereichs. Die zusätzlich abgefühlten Schweißparameter können in die Überwachungsvorrichtung M eingespeist und durch diese verarbeitet werden, und zwar in einer ähnlichen Weise, wie die oben im vorliegenden Text beschriebenen anderen Schweißparameter eingespeist und verarbeitet werden. Zu weiteren Schweißparametern, die überwacht und verarbeitet werden können, gehören eine Temperatur des Werkstücks, eine Schutzgasmenge, eine Zusammensetzung eines Schutzgases, eine Windgeschwindigkeit nahe dem Werkstück, ein Feuchtigkeitspegel nahe dem Werkstück und eine Schweißerposition.
Die Überwachungsvorrichtung M kann dafür konfiguriert sein (zum Beispiel als aufgerüstete Überwachungsvorrichtung M', in 16 gezeigt), mehrere Qualitätsparameterstatistiken auf der Grundlage der zusätzlich überwachten Schweißparameter zu berechnen. Die verschiedenen Qualitätsparameterstatistiken von „Durchschnitt”, „Standardabweichung”, „Varianz-Durchschnitt” und „Varianz-Standardabweichung” können für die verschiedenen zusätzlichen Schweißparameter für einen oder mehrere Zustände einer Wellenform in einer ähnlichen Weise berechnet werden, wie diese Qualitätsparameterstatistiken für Spannung und Strom – wie oben im vorliegenden Text beschrieben – berechnet werden. Das heißt, Qualitätsparameter auf der Grundlage der zusätzlichen überwachten Schweißparameter können in einer ähnlichen Weise berechnet werden, wie QVA, QVSD, QVVA und QVVSD für die überwachte Spannung berechnet werden und wie QIA, QISD, QIVA und QIVSD für den überwachten Strom berechnet werden.
Zum Beispiel kann die Überwachungsvorrichtung M dafür konfiguriert sein, Schallpegel-Qualitätsparameter während des Schweißprozesses für einen oder mehrere Zustände über einen Zeitraum hinweg zu berechnen, wie zum Beispiel einen Qualitätsschallpegeldurchschnitt (Quality Sound Level Average, QSLA), eine Qualitätsschallpegel-Standardabweichung (Quality Sound Level Standard Deviation, QSLSD), einen Qualitätsschallpegelvarianz-Durchschnitt (Quality Sound Level Variance Average, QSLVA) und eine Qualitätsschallpegelvarianz-Standardabweichung (Quality Sound Level Variance Standard Deviation, QSLVSD). Die Überwachungsvorrichtung M kann außerdem dafür konfiguriert sein, Schallfrequenzqualitätsparameter für einen oder mehrere Zustände über einen Zeitraum hinweg zu berechnen, wie zum Beispiel einen Qualitätsschallfrequenzdurchschnitt (Quality Sound Frequency Average, QSFA), einen Qualitätsschallfrequenz-Standardabweichung (Quality Sound Frequency Standard Deviation, QSFSD), einen Qualitätsschallfrequenzvarianz-Durchschnitt (Quality Sound Frequency Variance Average, QSFVA) und eine Qualitätsschallfrequenzvarianz-Standardabweichung (Quality Sound Frequency Variance Standard Deviation, QSFVSD). Des Weiteren kann die Überwachungsvorrichtung M außerdem dafür konfiguriert sein, Schallimpulsraten-Qualitätsparameter für einen oder mehrere Zustände über einen Zeitraum hinweg zu berechnen, wie zum Beispiel einen Qualitätsschallimpulsratendurchschnitt (Quality Sound Pulse Rate Average, QSPRA), eine Qualitätsschallimpulsraten-Standardabweichung (Quality Sound Pulse Rate Standard Deviation, QSPRSD), einen Qualitätsschallimpulsratenvarianz-Durchschnitt (Quality Sound Pulse Rate Variance Average, QSPRVA) und eine Qualitätsschallimpulsratenvarianz-Standardabweichung (Quality Sound Pulse Rate Variance Standard Deviation, QSPRVSD). Der Schall des Schweißprozesses entsteht durch den Lichtbogen zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück. Allgemein treten bestimmte Schallcharakteristika während bestimmter Zustände der Schweißwellenform.
Die Überwachungsvorrichtung M kann dafür konfiguriert sein, Qualitätsparameter in Bezug auf einen Pegel von sichtbarem Licht während des Schweißprozesses für einen oder mehrere Zustände über einen Zeitraum hinweg zu berechnen, wie zum Beispiel einen Qualitätsdurchschnitt in Bezug auf einen Pegel von sichtbarem Licht (Quality Visible Light Level Average, QVLLA), eine Qualitätsstandardabweichung in Bezug auf einen Pegel von sichtbarem Licht (Quality Visible Light Level Standard Deviation, QVLLSD), einen Qualitätsvarianzdurchschnitt in Bezug auf einen Pegel von sichtbarem Licht (Quality Visible Light Level Variance Average, QVLLVA) und einen Qualitätsvarianzstandardabweichung in Bezug auf einen Pegel von sichtbarem Licht (Quality Visible Light Level Variance Standard Deviation, QVLLVSD). Die Überwachungsvorrichtung M kann außerdem dafür konfiguriert sein, Qualitätsparameter in Bezug auf die Frequenz von sichtbarem Licht für einen oder mehrere Zustände über einen Zeitraum hinweg zu berechnen, wie zum Beispiel einen Qualitätsdurchschnitt in Bezug auf die Frequenz von sichtbarem Licht (Quality Visible Light Frequency Average, QVLFA), eine Qualitätsstandardabweichung in Bezug auf die Frequenz von sichtbarem Licht (Quality Visible Light Frequency Standard Deviation, QVLFSD), einen Qualitätsvarianzdurchschnitt in Bezug auf die Frequenz von sichtbarem Licht (Quality Visible Light Frequency Variance Average, QVLFVA) und eine Qualitätsvarianz-Standardabweichung in Bezug auf die Frequenz von sichtbarem Licht (Quality Visible Light Frequency Variance Standard Deviation, QVLFVSD). Des Weiteren kann die Überwachungsvorrichtung M außerdem dafür konfiguriert sein, Qualitätsparameter in Bezug auf die Impulsrate von sichtbarem Licht für einen oder mehrere Zustände über einen Zeitraum hinweg zu berechnen, wie zum Beispiel einen Qualitätsdurchschnitt in Bezug auf die Impulsrate von sichtbarem Licht (Quality Visible Light Pulse Rate Average, QVLPRA), eine Qualitätsstandardabweichung in Bezug auf die Impulsrate von sichtbarem Licht (Quality Visible Light Pulse Rate Standard Deviation, QVLPRSD), einen Qualitätsvarianzdurchschnitt in Bezug auf die Impulsrate von sichtbarem Licht (Quality Visible Light Pulse Rate Variance Average, QVLPRVA) und eine Qualitätsvarianz-Standardabweichung in Bezug auf die Impulsrate von sichtbarem Licht (Quality Visible Light Pulse Rate Variance Standard Deviation, QVLPRVSD). Das sichtbare Licht des Schweißprozesses entsteht durch den Lichtbogen zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück.
Die Überwachungsvorrichtung M kann dafür konfiguriert sein, Infrarotlichtpegel-Qualitätsparameter während des Schweißprozesses für einen oder mehrere Zustände über einen Zeitraum hinweg zu berechnen, wie zum Beispiel einen Qualitäts-Infrarotlichtpegeldurchschnitt (Quality Infrared Light Level Average, QIRLLA), eine Qualitäts-Infrarotlichtpegel-Standardabweichung (Quality Infrared Light Level Standard Deviation, QIRLLSD), einen Qualitäts-Infrarotlichtpegelvarianz-Durchschnitt (Quality Infrared Light Level Variance Average, QIRLLVA) und eine Qualitäts-Infrarotlichtpegelvarianz-Standardabweichung (Quality Infrared Light Level Variance Standard Deviation, QIRLLVSD). Die Überwachungsvorrichtung M kann außerdem dafür konfiguriert sein, Infrarotlichtfrequenz-Qualitätsparameter für einen oder mehrere Zustände über einen Zeitraum hinweg zu berechnen, wie zum Beispiel einen Qualitäts-Infrarotlichtfrequenzdurchschnitt (Quality Infrared Light Frequency Average, QIRLFA), eine Qualitäts-Infrarotlichtfrequenz-Standardabweichung (Quality Infrared Light Frequency Standard Deviation, QIRLFSD), einen Qualitäts-Infrarotlichtfrequenzvarianz-Durchschnitt (Quality Infrared Light Frequency Variance Average, QIRLFVA) und eine Qualitäts-Infrarotlichtfrequenzvarianz-Standardabweichung (Quality Infrared Light Frequency Variance Standard Deviation, QIRLFVSD). Des Weiteren kann die Überwachungsvorrichtung M außerdem dafür konfiguriert sein, Infrarotlichtimpulsraten-Qualitätsparameter für einen oder mehrere Zustände über einen Zeitraum hinweg zu berechnen, wie zum Beispiel einen Qualitäts-Infrarotlichtimpulsratendurchschnitt (Quality Infrared Light Pulse Rate Average, QIRLPRA), einen Qualitäts-Infrarotlichtimpulsraten-Standardabweichung (Quality Infrared Light Pulse Rate Standard Deviation, QIRLPRSD), einen Qualitäts-Infrarotlichtimpulsratenvarianz-Durchschnitt (Quality Infrared Light Pulse Rate Variance Average, QIRLPRVA) und eine Qualitäts-Infrarotlichtimpulsratenvarianz-Standardabweichung (Quality Infrared Light Pulse Rate Variance Standard Deviation, QIRLPRVSD). Das infrarote Licht des Schweißprozesses entsteht durch den Lichtbogen zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück.
Die Überwachungsvorrichtung M kann dafür konfiguriert sein, Drahtzufuhrmotorstrom-Qualitätsparameter während des Schweißprozesses für einen oder mehrere Zustände über einen Zeitraum hinweg zu berechnen, wie zum Beispiel einen Qualitäts-Drahtzufuhrmotorstromdurchschnitt (Quality Wire Feed Motor Current Average, QWFMIA), eine Qualitäts-Drahtzufuhrmotorstrom-Standardabweichung (Quality Wire Feed Motor Current Standard Deviation, QWFMISD), einen Qualitäts-Drahtzufuhrmotorstromvarianz-Durchschnitt (Quality Wire Feed Motor Current Variance Average, QWFMIVA) und eine Qualitäts-Drahtzufuhrmotorstromvarianz-Standardabweichung (Quality Wire Feed Motor Current Variance Standard Deviation, QWFMIVSD). Der Drahtzufuhrmotorstrom wird durch den Motor der Drahtzuführvorrichtung während des Schweißprozesses erzeugt. Wenn eine Kontaktspitze verschlissen ist, oder wenn eine falsche Kontaktspitze verwendet wird, so können Verschiebungen oder Spitzen im Motorstrom während bestimmter Zustände beobachtet werden.
Auch hier können die verschiedenen Qualitätsparameterstatistiken von „Durchschnitt”, „Standardabweichung”, „Varianz-Durchschnitt” und „Varianz-Standardabweichung” für die verschiedenen zusätzlichen Schweißparameter in einer ähnlichen Weise berechnet werden, wie diese Qualitätsparameterstatistiken für Spannung und Strom, wie oben beschrieben, berechnet werden. Des Weiteren kann gemäß einer Ausführungsform ein Wert eines jeden der berechneten Qualitätsparameter für jeden Zeitraum mit einem entsprechenden erwarteten Qualitätsparameterwert verglichen werden, um zu bestimmen, ob eine Differenz zwischen dem berechneten Qualitätsparameterwert und dem erwarteten Qualitätsparameterwert eine zuvor festgelegte Schwelle überschreitet. Wenn die Differenz die Schwelle überschreitet, so kann der berechnete Qualitätsparameterwert mit einem Größenordnungsgewicht auf der Grundlage der Differenz gewichtet werden und/oder kann mit einem Zeitanteilsgewicht auf der Grundlage eines Zeitanteils seines Zustands an der Wellenform, die den Zustand enthält, gewichtet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Qualitätsparameter (gewichtet oder ungewichtet) und/oder die Schweißparameter zum Diagnostizieren des Lichtbogenschweißprozesses verwendet werden. 16 veranschaulicht ein schematisches Blockschaubild einer Ausführungsform eines Systems 1600 zum Diagnostizieren eines Lichtbogenschweißprozesses. Das System 1600 entspricht einem Abschnitt eines Lichtbogenschweißsystems und enthält eine aufgerüstete Überwachungsvorrichtung M' 1610, die der Überwachungsvorrichtung M ähnelt, aber dafür konfiguriert ist, obendrein die im vorliegenden Text besprochenen zusätzlichen Schweißparameter zu überwachen und des Weiteren die entsprechen zusätzlichen Qualitätsparameter zu berechnen. Das System 1600 enthält außerdem einen Diagnoselogikkreis (DLC) 1620 in operativer Kommunikation mit der aufgerüsteten Überwachungsvorrichtung M 1610.
Wie in 16 veranschaulicht, werden die berechneten Qualitätsparameter und/oder die überwachten Schweißparameter, oder eine Teilmenge davon, in den DLC 1620 eingespeist, der die Parameter verarbeitet, um Diagnoseergebnisse zu erzeugen. Gemäß einer Ausführungsform identifiziert der DLC 1620 zuerst lokalisierte oder kontinuierliche Defekte der Schweißnaht durch Analysieren der Qualitätsparameter. Ein lokaler Defekt ist ein Defekt, der über einen relativ kurzen Zeitraum während des Schweißprozesses (zum Beispiel 2 Sekunden) auftritt. Ein kontinuierlicher Defekt ist ein Defekt, der im Wesentlichen über die gesamte Dauer des Schweißprozesses (zum Beispiel 20 Sekunden) auftritt. Einige Beispiele von Defekten sind Gaseinschlüsse in der Schweißnaht (zum Beispiel Porosität, Lunker, schlauchartige Gaseinschlüsse), Durchbrennen des Werkstücks, mangelnder Einbrand in das Werkstück, Schweißspritzer, eine unterfüllte Schweißfuge, Randkerben, Reißen der Schweißnaht, Hohlräume in der Schweißnaht und mangelnde Verschmelzung. Solche Arten von Defekten sind dem Fachmann vertraut. Andere Arten von Defekten können ebenfalls möglich sein.
Einige Beispiele möglicher Ursachen von Defekten sind Mangel an Schutzgas, einen kurze Kontaktspitze-zu-Werkstück-Entfernung, eine lange Kontaktspitze-zu-Werkstück-Entfernung, eine verstopfte Düse, eine verunreinigte Werkstückoberfläche, eine zu langsame Vorschubgeschwindigkeit, eine zu schnelle Vorschubgeschwindigkeit, eine zu langsame Drahtzufuhrgeschwindigkeit, eine zu schnelle Drahtzufuhrgeschwindigkeit, Schwefelgehalt in dem Werkstück oder der Elektrode, übermäßige Feuchtigkeit von der Elektrode oder dem Werkstück und ein zu kleiner Elektrodenwinkel. Andere Arten von Defekten sind ebenfalls möglich.
Während Lernschweißverfahren werden Defekte mit Ursachen der Defekte korreliert, und der DLC 1620 wird entsprechend programmiert, um Defekte korrekt mit einer oder mehreren möglichen Ursachen zu korrelieren. Darum kann der DLC 1620 während eines normalen (Nicht-Lern-)Schweißverfahrens eine oder mehrere mögliche Ursachen eines oder mehrerer detektierter Defekte vorschlagen. Die Defekte und die eine oder die mehreren Ursachen können dem Schweißer gemeldet werden, so dass der Schweißer das Problem korrigieren kann. Der DLC 1620 kann als ein Entscheidungsbaum programmiert werden, um beispielsweise eine Ursache eines Defekts zu isolieren.
Als ein Beispiel kann das System 1600 Porosität, die in bestimmten Zuständen auftritt, und Schweißspritzer, die in bestimmten anderen Zuständen auftreten, als zwei kontinuierliche Defekte, die während eines Schweißprozesses auftreten, durch Analysieren der Qualitätsparameter detektieren. Der DLC 1620 kann das Auftreten der beiden kontinuierlichen Defekte in den jeweiligen Zuständen mit einem Mangel an Schutzgas während des Schweißprozesses korrelieren. Der Schweißer kann anschließend feststellen, dass das Ventil des Gastanks während des Schweißprozesses geschlossen war.
17 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1700 zum Diagnostizieren eines Lichtbogenschweißprozesses unter Verwendung des Systems 1600 von 16 durch Überwachen eines elektrischen Lichtbogenschweißgerätes, während das Schweißgerät den Lichtbogenschweißprozess durchführt, durch Erzeugen von Ist-Schweißparametern zwischen einem vorangeschobenen Draht und einem Werkstück, um eine Schweißnaht zu ziehen. Der Schweißprozess wird durch Befehlssignale an eine Stromversorgung des Schweißgerätes gesteuert. In Schritt 1710 des Verfahrens 1700 wird eine Reihe von sich rasch wiederholenden Wellenformen gebildet, wobei jede Wellenform einen Schweißzyklus mit einer Zykluszeit darstellt. In Schritt 1720 werden die Wellenformen in Zustände unterteilt. In Schritt 1730 werden mehrere Schweißparameter, die in einem oder mehreren der Zustände auftreten, mit einer Abfragerate über einen Zeitraum hinweg wiederholt während des Schweißprozesses gemessen.
In Schritt 1740 des Verfahrens 1700 werden mehrere Qualitätsparameter für jeden der Zustände auf der Grundlage der Messungen der Schweißparameter während des Schweißprozesses berechnet. In Schritt 1750 wird mindestens eines der mehreren Qualitätsparameter und der mehreren Schweißparameter analysiert, um den Lichtbogenschweißprozess durch Bestimmen einer oder mehrerer möglicher Ursachen eines oder mehrerer lokaler oder kontinuierlicher Defekte der Schweißnaht zu analysieren.
Zusammenfassend ausgedrückt, werden ein Lichtbogenschweißsystem und ein Lichtbogenschweißverfahren offenbart. Das System kann Variablen während eines Schweißprozesses gemäß Wellenformzuständen überwachen und die Variablen entsprechend gewichten, Defekte einer Schweißnaht detektieren, mögliche Ursachen der Defekte diagnostizieren, die Gesamtqualität einer Schweißnaht quantifizieren, Daten erhalten und verwenden, die eine gute Schweißnaht anzeigen, Produktion und Qualitätskontrolle für einen automatisierten Schweißprozess verbessern, die richtigen Schweißtechniken lehren, Kosteneinsparungsmöglichkeiten für einen Schweißprozess feststellen und optimale Schweißeinstellungen ableiten, die als Voreinstellungen für verschiedene Schweißprozesse oder -anwendungen zu verwenden sind.
Die obige Beschreibung konkreter Ausführungsformen wurde beispielhaft gegebenen. Aus der gegebenen Offenbarung versteht der Fachmann nicht nur die allgemeinen erfinderischen Konzepte und die damit einhergehenden Vorteile, sondern wird auch offenkundige verschiedene Änderungen und Modifizierungen der offenbarten Strukturen und Verfahren finden. Zum Beispiel sind die allgemeinen erfinderischen Konzepte in der Regel nicht auf einen manuellen Schweißprozess oder einen automatisierten (zum Beispiel robotischen) Schweißprozess beschränkt, sondern sind ohne Weiteres an beide anpassbar. Des Weiteren lassen sich die allgemeinen erfinderischen Konzepte ohne Weiteres an verschiedene Schweißprozesse und -technologien (zum Beispiel alle Varianten des Lichtbogenschweißens, wie zum Beispiel Stab- und TIG-Schweißen) anpassen. Es besteht darum die Absicht, dass alle derartigen Änderungen und Modifizierungen unter den Geist und Schutzumfang der allgemeinen erfinderischen Konzepte fallen, wie sie durch die beiliegenden Ansprüche und ihre Äquivalente definiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Lichtbogenschweißgerät
12: Stromversorgung
14: Anschluss
16: Anschluss
18: Drosselspule
20: Draht
22: Rolle
24: Zuführvorrichtung
26: Motor
30: Werkstück
32: Nebenschluss
34: Block
34a: Leitung
36: Block
36a: Leitung
40: Generator
42: Leitungen
44: Leitung
46: Antriebssteuerung
46a: Leitung
46b: Leitung
46c: Codierer
70: Schnittstelle
60c: Filter
80d: Filter
81: Stufe
81a: Untersektion
81b: Stufe
82: Logik
84: Oszillator
90a: Filter
91: Stufe
92: Logik
94: Oszillator
100: Form
102: Spitzenstrom
104: Hintergrundstrom
110: Leitung
152: Block
156: Ausgang
158: Modulator
160: Block
162: Leitung
170: Aufwärtsabschnitt
172: Abwärtsabschnitt
180: Schwelle
182: Mindestpegel
184: Transiente
186: Transiente
200: Analyseprogramm
202a: Leitung
202b: Leitung
210: Block
210a: Leitung
212: Routine
214: Leitung
216: Leitung
220: Zähler
220a: Block
222: Zähler
222a: Block
224: Leitung
226: Block
230: Block
234: Stufe
236: Block
238: Block
250: Analyseprogramm
252: Programmschritt
254: Block
254a: Leitung
256: Zähler
258: Leitung
260: Block
262: Subroutine
262a: Block
264: Programmschritt
266: Routine
266a: Block
266b: Routine
270: Programm
272: Zähler
280: Subroutine
282: Block
282a: Block
284: Block
286: Block
286a: Block
286b: Block
900: Verfahren
902: erster Schritt
904: Schritt
906: Schritt
908: Schritt
910: Schritt
914: Schritt
916: Schritt
916: Schritt
920: Schritt
1000: Produktionslinie
1002: Schweißnahtwertung S1
1004: Schweißnahtwertung S2
1006: Schweißnahtwertung S3
1010: WP2
1012: WP3
1014: Schweißstation
1016: Überwachungsvorrichtung
1018: Beurteilungsstation
1020: Schweißbefehl
1022: Schweißbefehl
1100: Verfahren
1102: Schritt
1104: Schritt
1106: Schritt
1106: Schritt
1110: Schritt
1112: Schritt
1114: Schritt
1116: Schritt
1118: Schritt
1200: System
1202: Unterweisungsbereich
1204: Zellen
1206: Zellen
1208: Zellen
1210: Zellen
1212: Zellen
1214: Zellen
1216: Zellen
1218: Zellen
1220: W1
1222: W2
1224: W3
1226: W4
1228: W5
1230: W6
1232: W7
1234: W8
1236: S1
1238: S2
1240: S3
1242: S4
1244: S5
1246: S6
1248: S7
1250: S8
1252: Ausbilder
1254: PÜS
1256: Netzwerk
1258: Anzeigevorrichtung
1260: Datenspeicher
1300: Verfahren
1302: Schritt
1304: Schritt
1306: Schritt
1308: Schritt
1310: Schritt
1400: Daten
1402: Schweißbedingungen
1404: Drahtzusammensetzung
1406: Werkstückzusammensetzung
1408: Gasströmungsrate
1410: Gaszusammensetzung
1412: Temperatur
1414: angezeigt
1416: Schweißnahtwertung
1418: monetäre Kosten
1420: Zeitkosten
1500: Voreinstellungen
1502: Voreinstellungsnummer
1504: Schweißbedingungen
1506: Schweißgerätinformationen
1508: Prozessinformationen
1510: monetäre Kosten
1512: Zeitkosten
1514: Schweißnahtwertung
1516: Voreinstellung
1600: System
1610: aufgerüstete Überwachungsvorrichtung
1620: DLC
1700: Verfahren
1710: Schritt
1720: Schritt
1730: Schritt
1740: Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6051805 [0003]
US 6441342 [0006, 0083]
US 5278390 [0083, 0088]

Claims

System oder Vorrichtung zum Diagnostizieren eines Lichtbogenschweißprozesses durch Überwachen eines elektrischen Lichtbogenschweißgerätes (10), während das Schweißgerät (10) den Lichtbogenschweißprozess durchführt, durch Erzeugen von Ist-Schweißparametern zwischen einem vorangeschobenen Draht (20) und einem Werkstück (30), um eine Schweißnaht zu ziehen, wobei der Schweißprozess durch Befehlssignale an eine Stromversorgung (12) des Schweißgerätes (10) gesteuert wird, wobei das System für Folgendes konfiguriert ist: Generieren einer Reihe von sich rasch wiederholenden Wellenformen (100), wobei jede Wellenform (100) einen Schweißzyklus mit einer Zykluszeit darstellt; Unterteilen der Wellenformen in Zustände; Messen mehrerer Schweißparameter, die in einem oder mehreren der Zustände auftreten, mit einer Abfragerate über einen Zeitraum hinweg wiederholt während des Schweißprozesses; Berechnen mehrerer Qualitätsparameter für jeden der einen oder mehrere Zustände auf der Grundlage der Messungen der Schweißparameter während des Schweißprozesses; und Analysieren mindestens eines der mehreren Qualitätsparameter und der mehreren Schweißparameter zum Diagnostizieren des Lichtbogenschweißprozesses durch Bestimmen einer oder mehrerer möglicher Ursachen eines oder mehrerer lokaler oder kontinuierlicher Defekte der Schweißnaht.
System nach Anspruch 1, das des Weiteren für Folgendes konfiguriert ist: Vergleichen eines Wertes jedes der Qualitätsparameter, die für jeden Zeitraum berechnet wurden, mit einem entsprechenden erwarteten Qualitätsparameterwert, um zu bestimmen, ob eine Differenz zwischen dem berechneten Qualitätsparameterwert und dem erwarteten Qualitätsparameterwert eine zuvor festgelegte Schwelle überschreitet; und wenn die Differenz die Schwelle überschreitet, Gewichten des berechneten Qualitätsparameterwertes mit einem Größenordnungsgewicht auf der Grundlage der Differenz und Gewichten des berechneten Qualitätsparameterwertes mit einem Zeitanteilsgewicht auf der Grundlage eines Zeitanteils seines Zustands an der Wellenform, die den Zustand enthält.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mehreren Schweißparameter für einen oder mehrere der Zustände zwei oder mehrere von Folgendem enthalten: einen Lichtbogenstrom, eine Lichtbogenspannung, eine Drahtzufuhrgeschwindigkeit, eine Temperatur des Werkstücks, eine Menge eines Schutzgases, eine Zusammensetzung eines Schutzgases, eine Windgeschwindigkeit nahe dem Werkstück, einen Feuchtigkeitspegel nahe dem Werkstück und eine Schweißerposition.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mehreren Schweißparameter für einen oder mehrere der Zustände zwei oder mehrere von Folgendem enthalten: eine Schweißbrennerposition, einen durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugten Schallpegel, mindestens eine durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugte Schallfrequenz, eine durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugte Schallpulsierrate, einen Grad von sichtbarem Licht, das durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugt wird, mindestens eine Frequenz von sichtbarem Licht, das durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugt wird, eine Pulsierrate von sichtbarem Licht, das durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugt wird, einen Grad von infrarotem Licht, das durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugt wird, mindestens eine Frequenz von infrarotem Licht, das durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugt wird, eine Pulsierrate von infrarotem Licht, das durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugt wird, und einen Drahtzufuhrmotor-Strompegel.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum zwei oder mehrere von Folgendem enthalten: einen Qualitätszählwert-Durchschnitt (QCA), eine Qualitätszählwert-Standardabweichung (QCSD), einen Qualitätsspannungsdurchschnitt (QVA), eine Qualitätsspannungs-Standardabweichung (QVSD), einen Qualitätsstromdurchschnitt (QIA), eine Qualitätsstrom-Standardabweichung (QISD), einen Qualitätsspannungsvarianz-Durchschnitt (QVVA), eine Qualitätsspannungsvarianz-Standardabweichung (QVVSD), einen Qualitätsstromvarianz-Durchschnitt (QIVA) und eine Qualitätsstromvarianz-Standardabweichung (QIVSD).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: eine Qualitäts-Drahtzufuhrgeschwindigkeitsdurchschnitt (QWA), eine Qualitäts-Drahtzufuhrgeschwindigkeits-Standardabweichung (QWSD), einen Qualitäts-Drahtzufuhrgeschwindigkeitsvarianz-Durchschnitt (QWVA) und eine Qualitäts-Drahtzufuhrgeschwindigkeitsvarianz-Standardabweichung (QWVSD).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: einen Qualitätsschallpegeldurchschnitt (QSLA), eine Qualitätsschallpegel-Standardabweichung (QSLSD), einen Qualitätsschallpegelvarianz-Durchschnitt (QSLVA) und eine Qualitätsschallpegelvarianz-Standardabweichung (QSLVSD).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: einen Qualitätsschallfrequenzdurchschnitt (QSFA), eine Qualitätsschallfrequenz-Standardabweichung (QSFSD), einen Qualitätsschallfrequenzvarianz-Durchschnitt (QSFVA) und eine Qualitätsschallfrequenzvarianz-Standardabweichung (QSFVSD).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: einen Qualitätsschallimpulsratendurchschnitt (QSPRA), eine Qualitätsschallimpulsraten-Standardabweichung (QSPRSD), einen Qualitätsschallimpulsratenvarianz-Durchschnitt (QSPRVA) und eine Qualitätsschallimpulsratenvarianz-Standardabweichung (QSPRVSD).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: einen Qualitätsdurchschnitt in Bezug auf einen Pegel von sichtbarem Licht (QVLLA), eine Qualitätsstandardabweichung in Bezug auf einen Pegel von sichtbarem Licht (QVLLSD), einen Qualitätsvarianzdurchschnitt in Bezug auf einen Pegel von sichtbarem Licht (QVLLVA) und eine Qualitätsvarianzstandardabweichung in Bezug auf einen Pegel von sichtbarem Licht (QVLLVSD).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: einen Qualitätsdurchschnitt in Bezug auf die Frequenz von sichtbarem Licht (QVLFA), eine Qualitätsstandardabweichung in Bezug auf die Frequenz von sichtbarem Licht (QVLFSD), einen Qualitätsvarianzdurchschnitt in Bezug auf die Frequenz von sichtbarem Licht (QVLFVA) und eine Qualitätsvarianz-Standardabweichung in Bezug auf die Frequenz von sichtbarem Licht (QVLFVSD).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: einen Qualitätsdurchschnitt in Bezug auf die Impulsrate von sichtbarem Licht (QVLPRA), eine Qualitätsstandardabweichung in Bezug auf die Impulsrate von sichtbarem Licht (QVLPRSD), einen Qualitätsvarianzdurchschnitt in Bezug auf die Impulsrate von sichtbarem Licht (QVLPRVA) und eine Qualitätsvarianz-Standardabweichung in Bezug auf die Impulsrate von sichtbarem Licht (QVLPRVSD).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: einen Qualitäts-Infrarotlichtpegeldurchschnitt (QIRLLA), eine Qualitäts-Infrarotlichtpegel-Standardabweichung (QIRLLSD), einen Qualitäts-Infrarotlichtpegelvarianz-Durchschnitt (QIRLLVA) und eine Qualitäts-Infrarotlichtpegelvarianz-Standardabweichung (QIRLLVSD).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: einen Qualitäts-Infrarotlichtfrequenzdurchschnitt (QIRLFA), eine Qualitäts-Infrarotlichtfrequenz-Standardabweichung (QIRLFSD), einen Qualitäts-Infrarotlichtfrequenzvarianz-Durchschnitt (QIRLFVA) und eine Qualitäts-Infrarotlichtfrequenzvarianz-Standardabweichung (QIRLFVSD).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: einen Qualitäts-Infrarotlichtimpulsratendurchschnitt (QIRLPRA), eine Qualitäts-Infrarotlichtimpulsraten-Standardabweichung (QIRLPRSD), einen Qualitäts-Infrarotlichtimpulsratenvarianz-Durchschnitt (QIRLPRVA) und eine Qualitäts-Infrarotlichtimpulsratenvarianz-Standardabweichung (QIRLPRVSD).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: einen Qualitäts-Drahtzufuhrmotorstromdurchschnitt (QWFMIA), eine Qualitäts-Drahtzufuhrmotorstrom-Standardabweichung (QWFMISD), einen Qualitäts-Drahtzufuhrmotorstromvarianz-Durchschnitt (QWFMIVA) und eine Qualitäts-Drahtzufuhrmotorstromvarianz-Standardabweichung (QWFMIVSD).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der eine oder die mehreren Defekte eines oder mehrere von Folgendem enthalten: Gaseinschlüsse in der Schweißnaht (Porosität, Lunker, schlauchartige Gaseinschlüsse), Durchbrennen des Werkstücks, mangelnder Einbrand in das Werkstück, Schweißspritzer, eine unterfüllte Schweißfuge, Randkerben, Reißen der Schweißnaht, Hohlräume in der Schweißnaht und mangelnde Verschmelzung.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die eine oder die mehreren möglichen Ursachen eines oder mehrere von Folgendem enthalten: Mangel an Schutzgas, eine kurze Kontaktspitze-zu-Werkstück-Entfernung, eine lange Kontaktspitze-zu-Werkstück-Entfernung, eine verstopfte Düse, eine verunreinigte Werkstückoberfläche, eine zu langsame Vorschubgeschwindigkeit, eine zu schnelle Vorschubgeschwindigkeit, eine zu langsame Drahtzufuhrgeschwindigkeit, eine zu schnelle Drahtzufuhrgeschwindigkeit, Schwefelgehalt in dem Werkstück oder der Elektrode, übermäßige Feuchtigkeit von der Elektrode oder dem Werkstück und ein zu kleiner Elektrodenwinkel.
System zum Diagnostizieren eines Lichtbogenschweißprozesses durch Überwachen eines elektrischen Lichtbogenschweißgerätes (10), während das Schweißgerät (10) den Lichtbogenschweißprozess durchführt, durch Erzeugen von Ist-Schweißparametern zwischen einem vorangeschobenen Draht (20) und einem Werkstück (30), um eine Schweißnaht zu ziehen, wobei der Schweißprozesses durch eine Reihe von sich rasch wiederholenden Wellenformen (100) definiert wird, die durch Befehlssignale an eine Stromversorgung (12) des Schweißgerätes (10) gesteuert werden, wobei das System Folgendes umfasst: eine Logikzustandssteuereinheit zum Segmentieren jeder der Wellenformen (100) in eine Reihe von zeitsegmentierten Zuständen; einen Schaltkreis zum Auswählen eines bestimmten Wellenformzustands; Überwachungsvorrichtungen zur Überwachung mehrerer Schweißparameter, die in einem oder mehreren der Zustände auftreten, mit einer Abfragerate über einen Zeitraum hinweg wiederholt während des Schweißprozesses, um einem Datensatz für die mehreren Schweißparameter zu erhalten; einen Schaltkreis zum Berechnen mehrerer Qualitätsparameter für jeden der Zustände auf der Grundlage der überwachten mehreren Schweißparameter; und einen Diagnoselogikkreis zum Analysieren mindestens eines der mehreren Qualitätsparameter und der mehreren Schweißparameter zum Diagnostizieren des Lichtbogenschweißprozesses durch Bestimmen einer oder mehrerer möglicher Ursachen eines oder mehrerer lokaler oder kontinuierlicher Defekte der Schweißnaht.
System nach Anspruch 19, das des Weiteren Folgendes umfasst: einen Schaltkreis zum Vergleichen eines Wertes jedes der Qualitätsparameter, die für jeden Zeitraum berechnet wurden, mit einem entsprechenden erwarteten Qualitätsparameterwert, um zu bestimmen, ob eine Differenz zwischen dem berechneten Qualitätsparameterwert und dem erwarteten Qualitätsparameterwert eine zuvor festgelegte Schwelle überschreitet; und einen Schaltkreis zum Gewichten des berechneten Qualitätsparameterwertes mit einem Größenordnungsgewicht auf der Grundlage der Differenz und Gewichten des berechneten Qualitätsparameterwertes mit einem Zeitanteilsgewicht auf der Grundlage eines Zeitanteils seines Zustands an der Wellenform, die den Zustand enthält, wenn die Differenz die Schwelle überschreitet.
System nach Anspruch 19 oder 20, wobei die mehreren Schweißparameter für einen oder mehrere der Zustände zwei oder mehrere von Folgendem enthalten: einen Lichtbogenstrom, eine Lichtbogenspannung, eine Drahtzufuhrgeschwindigkeit, eine Temperatur des Werkstücks, eine Menge eines Schutzgases, eine Zusammensetzung eines Schutzgases, eine Windgeschwindigkeit nahe dem Werkstück, einen Feuchtigkeitspegel nahe dem Werkstück und eine Schweißerposition; und/oder wobei die mehreren Schweißparameter für einen oder mehrere der Zustände zwei oder mehrere von Folgendem enthalten: eine Schweißbrennerposition, einen durch den Schweißprozess erzeugten Schallpegel, eine durch den Schweißprozess erzeugte Schallfrequenz, eine durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugte Schallpulsierrate, einen Pegel von sichtbarem Licht, das durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugt wird, eine Frequenz von sichtbarem Licht, das durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugt wird, eine Pulsierrate von sichtbarem Licht, das durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugt wird, einen Pegel von infrarotem Licht, das durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugt wird, eine Frequenz von infrarotem Licht, das durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugt wird, eine Pulsierrate von infrarotem Licht, das durch den Lichtbogenschweißprozess erzeugt wird, und ein Drahtzufuhrmotor-Strompegel; und/oder wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum zwei oder mehrere von Folgendem enthalten: einen Qualitätszählwert-Durchschnitt (QCA), eine Qualitätszählwert-Standardabweichung (QCSD), einen Qualitätsspannungsdurchschnitt (QVA), eine Qualitätsspannungs-Standardabweichung (QVSD), einen Qualitätsstromdurchschnitt (QIA), eine Qualitätsstrom-Standardabweichung (QISD), einen Qualitätsspannungsvarianz-Durchschnitt (QVVA), eine Qualitätsspannungsvarianz-Standardabweichung (QVVSD), einen Qualitätsstromvarianz-Durchschnitt (QIVA) und eine Qualitätsstromvarianz-Standardabweichung (QIVSD); und/oder wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: einen Qualitäts-Drahtzufuhrgeschwindigkeitsdurchschnitt (QWA), eine Qualitäts-Drahtzufuhrgeschwindigkeits-Standardabweichung (QWSD), einen Qualitäts-Drahtzufuhrgeschwindigkeitsvarianz-Durchschnitt (QWVA) und eine Qualitäts-Drahtzufuhrgeschwindigkeitsvarianz-Standardabweichung (QWVSD).
System nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: einen Qualitätsschallpegeldurchschnitt (QSLA), eine Qualitätsschallpegel-Standardabweichung (QSLSD), einen Qualitätsschallpegelvarianz-Durchschnitt (QSLVA) und eine Qualitätsschallpegelvarianz-Standardabweichung (QSLVSD); und/oder wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: einen Qualitätsschallfrequenzdurchschnitt (QSFA), eine Qualitätsschallfrequenz-Standardabweichung (QSFSD), einen Qualitätsschallfrequenzvarianz-Durchschnitt (QSFVA) und eine Qualitätsschallfrequenzvarianz-Standardabweichung (QSFVSD); und/oder wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: einen Qualitätsschallimpulsratendurchschnitt (QSPRA), eine Qualitätsschallimpulsraten-Standardabweichung (QSPRSD), einen Qualitätsschallimpulsratenvarianz-Durchschnitt (QSPRVA) und eine Qualitätsschallimpulsratenvarianz-Standardabweichung (QSPRVSD).
System nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: einen Qualitätsdurchschnitt in Bezug auf einen Pegel von sichtbarem Licht (QVLLA), eine Qualitätsstandardabweichung in Bezug auf einen Pegel von sichtbarem Licht (QVLLSD), einen Qualitätsvarianzdurchschnitt in Bezug auf einen Pegel von sichtbarem Licht (QVLLVA) und eine Qualitätsvarianzstandardabweichung in Bezug auf einen Pegel von sichtbarem Licht (QVLLVSD); und/oder wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: einen Qualitätsdurchschnitt in Bezug auf die Frequenz von sichtbarem Licht (QVLFA), eine Qualitätsstandardabweichung in Bezug auf die Frequenz von sichtbarem Licht (QVLFSD), einen Qualitätsvarianzdurchschnitt in Bezug auf die Frequenz von sichtbarem Licht (QVLFVA) und eine Qualitätsvarianz-Standardabweichung in Bezug auf die Frequenz von sichtbarem Licht (QVLFVSD); und/oder wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: einen Qualitätsdurchschnitt in Bezug auf die Impulsrate von sichtbarem Licht (QVLPRA), eine Qualitätsstandardabweichung in Bezug auf die Impulsrate von sichtbarem Licht (QVLPRSD), einen Qualitätsvarianzdurchschnitt in Bezug auf die Impulsrate von sichtbarem Licht (QVLPRVA) und eine Qualitätsvarianz-Standardabweichung in Bezug auf die Impulsrate von sichtbarem Licht (QVLPRVSD).
System nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: einen Qualitäts-Infrarotlichtpegeldurchschnitt (QIRLLA), eine Qualitäts-Infrarotlichtpegel-Standardabweichung (QIRLLSD), einen Qualitäts-Infrarotlichtpegelvarianz-Durchschnitt (QIRLLVA) und eine Qualitäts-Infrarotlichtpegelvarianz-Standardabweichung (QIRLLVSD); und/oder wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: einen Qualitäts-Infrarotlichtfrequenzdurchschnitt (QIRLFA), eine Qualitäts-Infrarotlichtfrequenz-Standardabweichung (QIRLFSD), einen Qualitäts-Infrarotlichtfrequenzvarianz-Durchschnitt (QIRLFVA) und eine Qualitäts-Infrarotlichtfrequenzvarianz-Standardabweichung (QIRLFVSD); und/oder wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: einen Qualitäts-Infrarotlichtimpulsratendurchschnitt (QIRLPRA), eine Qualitäts-Infrarotlichtimpulsraten-Standardabweichung (QIRLPRSD), einen Qualitäts-Infrarotlichtimpulsratenvarianz-Durchschnitt (QIRLPRVA) und eine Qualitäts-Infrarotlichtimpulsratenvarianz-Standardabweichung (QIRLPRVSD).
System nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei die mehreren Qualitätsparameter für einen oder mehrere der Zustände über den Zeitraum Folgendes enthalten: einen Qualitäts-Drahtzufuhrmotorstrom-Durchschnitt (QWFMIA), eine Qualitäts-Drahtzufuhrmotorstrom-Standardabweichung (QWFMISD), einen Qualitäts-Drahtzufuhrmotorstromvarianz-Durchschnitt (QWFMIVA) und eine Qualitäts-Drahtzufuhrmotorstromvarianz-Standardabweichung (QWFMIVSD).
System nach einem der Ansprüche 19 bis 25, wobei der eine oder die mehreren Defekte eines oder mehrere von Folgendem enthalten: Gaseinschlüsse in der Schweißnaht, Durchbrennen des Werkstücks, mangelnder Einbrand in das Werkstück, Schweißspritzer, eine unterfüllte Schweißfuge, Randkerben, Reißen der Schweißnaht, Hohlräume in der Schweißnaht und mangelnde Verschmelzung.
System nach einem der Ansprüche 19 bis 16, wobei die eine oder die mehreren möglichen Ursachen eines oder mehrere von Folgendem enthalten: Mangel an Schutzgas, eine kurze Kontaktspitze-zu-Werkstück-Entfernung, eine lange Kontaktspitze-zu-Werkstück-Entfernung, eine verstopfte Düse, eine verunreinigte Werkstückoberfläche, eine zu langsame Vorschubgeschwindigkeit, eine zu schnelle Vorschubgeschwindigkeit, eine zu langsame Drahtzufuhrgeschwindigkeit, eine zu schnelle Drahtzufuhrgeschwindigkeit, Schwefelgehalt in dem Werkstück oder der Elektrode, übermäßige Feuchtigkeit von der Elektrode oder dem Werkstück und ein zu kleiner Elektrodenwinkel.