DE2227527B2 - Einrichtung zum Erfassen der beim Schweißen von einer Schweißzone ausgehenden Schallenergie - Google Patents

Description

t5 Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Erfassen der beim Schweißen von einer Schweißzone ausgehenden Schallenergie der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Gattung.

Eine derartige Einrichtung ist bereits bekannt (DE-OS 19 00 594). Dabei dient eine Anzeige-Warnanlage als Folgeschaltung. Sie hat die Aufgabe, den beim Schweißen häufig anfallenden Ausschuß unbrauchbarer Werkstücke, insbesondere elektronischer Bauelemente, mit großer Sicherheit zu ermitteln, damit fehlerhalfte elektronische Bauelemente, deren Fehler optisch nicht ohne weiteres feststellbar sind, von der Weiterverarbeitung bzw. Verwendung ausgeschlossen werden.

Darüber hinaus ist eine Einrichtung zum Überwachen des SchweiSstromes bei elektrischen Widerstandsschweißungen bekannt (DE-PS 7 37 904), bei der die Überwachung aufgrund einer Messung des die Schweißstromgröße bedingenden Widerstands erfolgt. Diese Einrichtung ist mit einem Schalter versehen, der den Schweißstrom bei Erreichen eines Höchststromes abschaltet.

Schließlich ist auch eine Widerstandsschweißmaschine bekannt (DE-PS 7 41 925), bei der eine Einrichtung den Beginn und das Ende des Schweißstromes bestimmt. Diese Einrichtung ist mit einem druckabhängigen Organ versehen, das den Schweißstrom beendet, wenn die Elektroden mit einem bestimmten Druck auf die Schweißstellen gerichtet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Schweißvolumen bzw. das Schweißklumpenvolumen mit größerer Genauigkeit zu steuern. Hierdurch kann Ausschuß von vornherein wesentlich vermindert, wenn nicht überhaupt gänzlich vermieden werden. Die Steuerung des Volumens von Schweißklumpen ohne Rücksicht auf Schweißstromänderungen sowie Änderungen der Oberflächenbeschaffenheit und des Materialwiderstands kann nämlich als wesentlicher Beitrag zur Verbesserung des Schweißvorganges selbst angesehen werden.
Die Erfindung besteht in der im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Lösung.

Mit Hilfe der Erfindung sind daher vor allem Punktschweißungen mit besserer Qualität herstellbar und kann von vornherein eine gute Festigkeit der Schweißstellen, d. h. hervorragende Qualität der Schweißstelle bzw. der geschweißten Konstruktion erreicht werden. Die bisher vielfach angewendeten nachträglichen Prüfungen, die oftmals zu einer Zerstörung des Prüflings selbst führten, werden hierdurch praktisch überflüssig, da von vornherein für eine genügende Verschweißung gesorgt wird.

Es wurde beobachtet, daß Materialien insbesondere beim Punktschweißen eine wellenartige Energieausbreitung (Schallemission) erzeugen. Es wurde gleichfalls

beobachtet, daß während der Zeit, in der der Schweißstrom zur Wirkung gelangt, eine Schallemission in einem verhältnismäßig stetigen Muster auftritt und daß die Energie der Schallemission in einer direkten Beziehung zum Volumen des Schweißklumpens steht. Es wurde auch beobachtet, daß die Verdrängung geschmolzenen Metalles aus dem Schweißklumpen heftige Amplitudenausbrüche der Schallemission oberhalb des allgemeinen Pegels der Schallemission infolge der Schweißklumpenbildung hervorruft. Wenn der Schweißstrom unterbrochen wird, kann die in Abkühlung begriffene insbesondere punktförmige Schweißung Schallenergie aussenden, die von metallurgischen Veränderungen in der sich abkühlenden Schweißstelle herrühren, wie Phasentransformationen sowie Anhäufungen und Zusammenbrüche von Verdrängungen. Es wurde auch beobachtet, daß innere Spannungen in der sich abkühlenden Schweißstelle zur Rißbildung in dieser führen. Eine solche Rißbildung tritt schrittweise auf, und jeder Wachstumsschritt der Rißbildung äußert sich in der Erzeugung einer Schallemissioh. Die Schallemissionsenergie ist von wechselnder Amplitude, entsprechend der Größe des jeweiligen Wachstumsschrittes der Rißbildung. Mit Hilfe der Erfindung ist die Unterscheidung von Schallemissionen möglich, die von der Schweißklumpenbildung, von der Schweißmetallverdrängung, von nach dem Schweißen auftretenden metallurgischen Erscheinungen bzw. von der Rißbildung anschließend an das Schweißen herrühren.

Weitere Verbesserungen und Ausbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen beansprucht.

Besonders vorteilhaft ist eine digitale Anzeige bezüglich des Volumens eines Punktschweißklumpens, der Schweißmetallverdrängung und der Rißbildung anschließend an das Schweißen, die eine Erkennung ungenügender Schweißstellenvolumina, einer übermäßigen Metallverdrängung sowie einer übermäßigen Rißbildung nach dem Schweißen gestattet. Dies wird insbesondere durch eine Vorrichtung zum Überwachen und Steuern der Schallemissionen erreicht, bei der die vom Schweißen herrührenden Schallemissionen in einzelne Komponenten aufgeteilt werden, die den mannigfaltigen Erscheinungen beim Schweißen entsprechen, und auf Einzelkanäle für die unabhängige Weiterverarbeitung aufgegeben werden. Die Schallemissionssignale werden nach Zeit und Größe unterschieden und getrennt. Die festgestellten Schallemissionen werden in binäre Zählsignale umgewandelt, die für die festzustellenden Erscheinungen beim Puntkschweißen repräsentativ sind. Die binären Zählsignale werden gesammelt und ergeben eine zeitgetreue Anzeige des Schweißklumpenvolumens, der Schweißmetallverdrängung, der Transformation nach dem Schweißen sowie der Rißbildung nach dem Schweißen.

Wenn äußere Faktoren eine Beendigung der Schweißstromzufuhr verursachen, bevor die Punktschweißung das gewünschte Volumen erreicht hat, wird eine Anzeige und/oder Warneinrichtung in Tätigkeit gesetzt, durch die automatisch eine Anzeige und/oder ein Warnsignal ausgelöst wird.

Der Schallemissionsfühler ist insbesondere ein piezoelektrisches Element, das mechanisch mit einer Elektrode der Schweißmaschine oder mit dem zu schweißenden Werkstück verbunden ist. Das von diesem Element beim Beginn des Schweißzyklus b5 erzeugte Signal oder eine sonstige akustische Energie wird insbesondere verstärkt und z. B. durch ein Filter geleitet, der normale Schwingungen und Schallgeräusche ausfiltert. Das verstärkte Signal kann dann mehreren Pegeldetektoren zugeführt werden, deren jedem ein ihm eigener, einstellbarer Bezugspegel zugeordnet ist. Die Schallemissionssignale werden unter Berücksichtigung vorherbestimmter Pegel weiter verarbeitet und zur Ableitung unterschiedlicher Binärsignale getrennt, von denen dann auf einer Zeitbasis in Beziehung zum Schweißzyklus Proben entnommen werden.

Auch die Dauer des Schweißstromes in der Punktschweißmaschine kann ermittelt werden. Das Schallsignal wird dazu verarbeitet und erzeugt geeignete Binärsignale, die die Dauer des Schweißstromes sowie eine voreinstellbare Zeitspanne nach dem Schweißen betreffen. Diese Signale werden dazu verwendet, den Binärzählwert von den betreffenden Pegeidetektoren für das Aufzählen und Vergleichen anzuschalten. Die betreffenden Vergleiche ergeben wiederum Binärsignale zur Unterbrechung des Schweißstromes und zur Betätigung von Warnanzeigemitteln im Falle einer fehlerhaften Schweißung.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 ein schematisches Blockdiagramm der Punktschweißsteuerung für den Betrieb durch Schallemissionen,

Fig.2 ein Diagramm der Wellenform der während eines Punktschweißvorganges erzeugten Schallenergie iri Beziehung zur Zeit und zum Ablauf des Punktschweißzyklus zur Veranschaulichung der Grundlage für die Unterscheidung zwischen Schallemissionen von erwünschten und unerwünschten Erscheinungen im Zusammenhang mit dem Punktschweißen; und

F i g. 3 ein Schema eines Teiles des B'ockdiagrammes gemäß F i g. 1 in eingehenderer Darstellung.

Das in der Zeichnung veranschaulichte Gerät zur Feststellung von Schallemissionen besitzt die Fähigkeit, zwischen den einzelnen Arten von Schallemissionen zu unterscheiden, die bei einer Punktschweißung auftieten. Diese Emissionen unterscheiden sich voneinander und werden in eine binäre Form umgewandelt, die für die Größe jeder Art der Schallemission repräsentativ ist. Die gespeicherten binären Daten können dazu verwendet werden, den Schweißstrom abzuschalten oder zu unterbrechen und Warnsignale auszulösen, wenn die gespeicherten Daten einen vorherbestimmten Wert erreichen. Es kann eine Einrichtung zum Ablesen oder Ausgeben der gespeicherten Daten als Hilfsmittel beim Festlegen der Kennwerte der Schweißsteuerung im Interesse der Erzielung einer optimalen Punktschweißung vorgesehen sein.

Gemäß einem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ein Gerät zur Überwachung und Steuerung der Schweißung einen Schallemissionsfühler in der Form eines piezoelektrischen Wandlers 10, beispielsweise eines keramischen Piezoelementes mit einer Resonanzfrequenz von 800 kHz auf. Der Wandler 10 ist in einem verhältnismäßig massiven Halter montiert, der an eine Elektrode 12 der Punktschweißmaschine 14 oder an das zu schweißende Werkstück derart anklemmbar ist, daß der Wandler 10 auf Scherbeanspruchungswellen empfindlich ist, die in der Elektrode 12 (bzw. im Werkstück) als Folge einer Schaüemission aus einer Punktschweißstelle 16 auftreten, die durch die Schweißelektrode 12 und eine zweite Elektrode 18 der Schweißmaschine 14 übertragen wird.

Die von dem Wandler 10 infolge des Auftretens einer Schallemission durch die Elektrode 12 oder das

Werkstück erzeugten elektronischen Signale werden einem Vorverstärker 20 zugeführt, der vorzugsweise einstückig mit dem Abschirmgehäuse des Wandlers gebildet oder innnerhalb desselben montiert ist.

Die Koppelung der piezoelektrischen Signale zum Vorverstärker 20 ist differential, und die Ausgangssignale aus dem Vorverstärker sind differential und für die Übermittlung zu den nachfolgenden Stufen des Gerätes von niedriger Impedanz. Die Koppelung der Signale in dieser Weise dient dazu, Störsignale gewöhnlicher Art zu beseitigen.

Die verstärkten Signale aus dem Vorverstärker 20 werden einem aktiven Filter 22 zugeführt, der einen Bandpaßfilter aufweist, der Signale mit um die eingebaute Resonanzfrequenz des Wandlers zentrierten Frequenzen durchläßt, um auf diese Weise den Geräuschabstand zu vergrößern. Das verstärkte Signal am unsymmetrischen Ausgang des Filters 22 ist ein Analogsignal, das einer Anzahl von Pegeldetektoren 24, 26 und 28 sowie einer außenliegenden Ausgangsbuchse 30 zugeführt wird. Die Pegeldetekioren 24, 26 und 28 stellen die Zahl der Schwingungen des analogen Schallemissionssignals oberhalb einer Bezugspegelspannung fest, die für jeden der Detektoren unabhängig einstellbar ist. Die Ausgänge der Detektoren 24,26 und 28 sind Binärsignale, die zur Größe des analogen Schallemissionssignals, das die Bezugspegel der Detektoren überschreitet, proportional ist. Der Bezugspegel des Pegeldetektors 24 wird empirisch eingestellt, um Ausgangszählschritte auszuschalten, die von Geräuschsignaien herrühren. Die Bezugsspannung des Pegeldetektors 26 wird auf einen empirisch festgelegten Pegel oberhalb des Pegels der Schallemission infolge von Schweißzusammenballung (welding coalescence) eingestellt, so daß nur die energiereicheren Emissionen infolge Schweißmetallverdrängung erfaßt werden, und die Bezugsspannung des Pegeldetektors 28 wird auf einen empirisch festgelegten Pegel eingestellt, so daß er Schallemissionen infolge von Rißbildung oberhalb des Pegels der Emission infolge metallurgischer Veränderungen und Hintergrundgeräusche in einer im Zusammenhang mit F i g. 3 im folgenden noch eingehender zu beschreibender Weise feststellt. Die Ausgänge der Pegeldetektoren sind normalerweise gesperrt und werden im Verlauf des Schweißzyklus in geeigneten Zeitabständen geöffnet und an die Zählwerke angeschaltet.

Das Gerät gemäß F i g. 1 ist ferner mit einer Einrichtung zum Feststellen des Beginns des Schweißstromes bei einer Punktschweißmaschine 14 ausgestattet. Dies geschieht durch eine Triggerschaltung 32, die mit der Maschine 14 gekoppelt ist. Die Triggerschaltung 32 setzt eine Periodenzählschaltung 34 in Tätigkeit, die die Spannungsschwingungen einer Wechselspannungsleitung mit 60 Hz empfängt und als beim Punktschweißen üblicherweise verwendete Zeitbasis zählt. Eine Periodenvergleichsschaltung 36, die mit der Periodenzählschaltung 34 gekoppelt ist, vergleicht die Anzahl der Schwingungen der Netzspannurg mit einem vorherbestimmten Zählwert, der von einem Vorgabezählschalter 38 geliefert wird. Wenn die Anzahl der verglichenen Signale übereinstimmt, liefert die Vergleichsschaltung 36 einen"Beendigungsimpuls an eine logische Schaltung 40, die ihrerseits einen Anschaltimpuls an einen Steuersender und an einen Nulldurchgangsdetektor 44 liefert. Der letztere setzt seinerseits eine Schweißsteuerungsschaltung 46 für die Schweißmaschine 14 in Tätigkeit, wenn die Leitungsspannung Null beträgt.

Eine Metallverdrängungsschallemission kann be einem Punktschweißvorgang als Folge einer Funkenbil dung während der Bildung des Schweißlichtbogen! auftreten. Die Schallemissionssignale, die durch Funken bildung erzeugt werden, sind bei weitem seltener al; diejenigen, die durch die gewünschte Schweißtätigkei hervorgerufen werden, haben jedoch eine bedeuten höhere Amplitude. Der Schweißdetektor 24 und de Metallverdrängungsdetektor 26 haben, wie bereits obe

ίο erwähnt, derart eingestellte Bezugspegel, daß de erstere Binärsignale erzeugt, die nur den Schweißschal emissionssignalen proportional sind, während de: letztere Binärsignale erzeugt, die nur den Schallemis sionssignalen infolge Schweißmetallverdrängung pro portional sind.

Ein weiterer Ausgang der logischen Schaltung 40 is mit einer Verzögerungsschaltung 48 gekoppelt, die di Koppelung der Schweißintervallsignale mit den Zähl schaltungen um 5 ms verzögert. Diese Verzögerung hai die Zählschaltungen während der Intervalle, in dene der Schweißstrom angeschaltet ist, gesperrt, wenn di vorübergehenden Signale infolge des Einschaltens de Schweißvorrichtung überwiegen. Das zeitverzögert« Ausgangssignal aus der logischen Schaltung 48 wird m einem Schweißgatter 50 und einem Verdrängungsgatte 51 gekoppelt. Das Gatter 50, das nur während de einmal verzögerten oder normalisierten Schweißinter valles geöffnet ist, schaltet der Ausgang des Schweißde tektors 24 an das Schweißzählwerk 52 an. Der Ausgang des Ausstoßdetektors 26 wird über ein Gatter 51, da ebenfalls während des normalisierten Schweißinterval les geöffnet ist, während dieses Intervalles an ei Verdrängungszählwerk 54 angeschaltet.

Der in dem Schweißzählwerk 52 angesammelt Schweißzählwert wird nittels einer Schweißvergleichs schaltung 58 mit einem in einem Schweißvorgabeschal ter 56 vorgegebenen, binär codierten Dezimalzählwer verglichen. Wenn die verglichenen Zählwerte gleic sind, wird an eine logische Schaltung ein Schweißbeen digungsimpuls angelegt, der den Steuergeber 4: veranlaßt, die Schweißmaschine beim nächsten Null durchgang der Leitungswechselspannung auszuschal ten. In dem Falle, daß die Schweißung in dem durch de Periodenzähler 34 gestatteter gestatteten nicht herge stellt werden kann, d. h. wenn die Anzahl der gezählte Schweißsignale in dem Schweißzählwerk 52 geringer is als der von dem Schalter 56 vorgegebene Zählweri schaltet die Schweißvergleichsschaltung 58 ein Signal ai eine Schweißwarneinrichtung 60 an, die eingeschalte bleibt, bis sie mittels eines Handrückstellmittels 6 manuell zurückgestellt wird.

Der in dem Verdrängungszählwerk 54 angesammelt« Verdrängungszählwert wird mit einem binär oodiertei Dezimalzählwert verglichen, der mittels eines Verdrän gungs-Vorgebeschalters 66 in einer Verdrängungsver gleichsschaltung 64 programmiert ist. Wenn de Verdrängungszählwert den vorprogrammierten Zäh wert überschreitet, wird in der Vergleichsschaltung 6 ein Signal erzeugt, das einer Verdrängungswarnvorrich tung 68 zugeführt wird, die angeschaltet bleibt, bis si von Hand mittels eines Schalters 62 abgestellt wird.

Die Beendigung des Schweißimpulses betätigt ein Zeitverzögerungsschaltung 70, die den Beginn des au das Schweißen folgenden Intervalles (Nachschweiß intervalles) verzögert, um dafür zu sorgen, dal vorübergehende Signale infolge des Abschaltens de Schweißstromes sowie unerwünschte Schallemissionei infolge von metallurgischen Phasenveränderungei

nicht mitgezählt werden. Das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 70 wird mit einem einstellbaren Nachschweißzeitgebcr 72 gekoppelt, der seinerseits ein Nachschweißgatter 74 öffnet. Das Gatter 74 koppelt den vom Nachschweißdetcktor 28 abgeleiteten Binärzählwert zu einem Nachschweißzählwerk 76. Der in dem Nachschweißzählwerk angesammelte Rißbildungszählwert wird mit einem binär codierten dezimalen Zählwert verglichen, der in einer Nachschweißvergleichsschaltung 78 mittels eines Rißbildungsvorgabeschalters 80 vorgegeben ist. Wenn der Rißbildungszählwert in dem Zählwerk 76 einen vorgegebenen Zählwert überschreitet, wird ein von der Vergleichsschaltung 78 erzeugtes Signal an eine Nachschweißwarneinrichtung 82 angelegt und betätigt diese, und diese bleibt in r. Tätigkeit, bis sie von Hand abgeschaltet wird.

Die in den genannten Zählwerken 52, 54 und 76 angesammelten Zählwerte werden in binär codierter dezimaler Form Anzeigemitteln 84,86 und 88 zugeführt. Die Beendigung des Anzeigebefehlsimpulses setzt eine Zählwerksrückstellschaltung 90 in Tätigkeit, deren Ausgangssignal sämtlichen Zählschaltungen 52, 54 und 76 zugeführt wird und die Zählschaltungen auf Null zurückstellt. Die Ausgangssignale dieser Zählschaltungen wird mittels eines Schalters 92 auch einem Zählwertausgabeanschluß 94 sowie einer Zählwertanzeige 96 zugeführt.

Eine eingehendere schematische Darstellung eines Teiles des Schweißsteuerungs- und -Überwachungssystems gemäß Fig. 1 ist in Fig. 3 dargestellt. Die Jo Ausbildung der übrigen Schaltungen des Systems dürfte im Rahmen des Könnens des Durchschnittsfachmanns liegen und bedarf keiner eingehenderen Beschreibung.

Wie in Fig.3 gezeigt, hat der Wandler 10 die Form eines piezoelektrischen Kristalles 100, dessen Fläche mit dem Gitter eines Feldeffekttransistors (FET) Qi und dessen andere Fläche mit dem Gitter eines FET Q2 verbunden ist. Die Gitter und Kathoden der FETen Q 1 und Q 2 sind über Widerstände Ri, R 2 bzw. R 3 mit Erde verbunden.

Die anderen FETen Qi und Q 2 sind über Kondensatoren Ci und C2 mit dem Plus- und Minuseingang eines Differentialverstärkers 102 und über Widerstände R 4, R 5 und R 6 mit einer positiven Spannungsquelle + V verbunden. Die Eingänge des Verstärkers 102 sind über Widerstände R 7 und RS geerdet. Der Ausgang des Verstärkers 102 ist über einen Widerstand /?9 mit Erde, über einen Widerstand RiO mit dem Minuseingangsanschluß dieses Verstärkers sowie mit dem Gitter eines FETs Q 3 verbunden. Die Kathode des FET Q3 ist mit der positiven Spannungsquelle + V über einen Widerstand Λ 11 und mit dem Minuseingang eines Differentialverstärkers 104 über einen Kondensator 63 verbunden. Die Anode des FET (?3 ist über einen Widerstand Λ12 und über einen Kondensator C4 und den einen Kortakt 108 eines Einstellschaltcrs S für den Verstärkungsgrad verbunden. Die bisher beschriebene Schaltungsanordnung umfaßt den in dem Blockschema der F i g, 1 mit 20 bzeichneten Vorverstärker. t>o

Der Pluseingang des Verstärkers 104 ist über einen Widerstand R13 mit Erde verbunden, und der Minuseingang dieses Verstärkers ist über einen Widerstand R 14 geerdet und mit dem Ausgang des Verstärkers über einen Rückkopplungswiderstand R 15 M verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 104 ist ebenfalls mit Erde über einen Widerstand R 15 sowie mit dem Gitter eines FETs Q4 verbunden. Die Anode des letzteren ist über einen Widerstand R 16 sowie über einen Kondensator C5 und einen zweiten Kontakt 110 des Schalters 5mit Erde verbunden.

Die Kathode des FETs Q 4 ist mit einem parallel abgestimmten Schwingkreis verbunden, der eine Spule L 1 und einen Kondensator Γ6 enthält. Ein Mittelabgriff der Spule L 1 ist mit der Spannungsquelle V verbunden. Die Spule L 1 ist mit einer Wicklung 1.2 zu einem Ausgangsanschluß 112 induktiv gekoppelt, an dem das verstärkte Schallemissionssignal, beispielsweise mittels eines Oszilloskops sichtbar gemacht werden kann,

Dk: Kahtode des FETs Q 4 ist ebenfalls über einen Kondensator Cl mit dem Gitter eines FETs Q5 verbunden. Die Kathode dieses Transistors ist an eine positive Spannung angeschlossen, und seine Anode ist über einen Widerstand R17 mit einer negativen Spannung verbunden. Das Gitter ist ebenfalls mit einer Vorspannungsquelle mit einem unveränderbaren Widerstand R18 und einem Regelwiderstand R19 zwischen einer negativen Spannungsquelle und Erde verbunden. Das Ausgangssignal an der Anode des FETs Q 5 ist das Schallemissionsanalogsignal, das in der oben beschriebenen Weise an den Schweißdetektor 24, den Verdrängungsdetektor 26 und den Nachschweiß- oder Rißbildungsdetektor 28 angelegt wird.

Wie deutlicher in F i g. 3 gezeigt, weist der Schweißdetektor 24 einen Differentialverstärker 114 auf, dessen Pluseingang über einen Widerstand mit der Anode des FETs <?5 und über einen Kondensator Γ8 mit Erde verbunden ist. Der Minuseingang des Verstärkers 114 ist über einen Widerstand R20 mit Erde und mit einem Widerstand der Gruppe der Bezugspegelwiderstände /?21 — /?25 über einen schaltbaren Kontakt 116 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 114 ist über einen Widerstand /?26 mit einer negativen Spannung und mit einem Eingang des Gatters 50 verbunden (Fig.l).

In ähnlicher Weise ist der Verdrängungsdetektor 26 mit einem Differentialverstärker 118 versehen, dessen Pluseingang mit der Anode des FETs Q5 über einen Widerstand Λ 27 und mit Erde über einen Kondensator C9 verbunden ist und dessen Minuseingang mit Erde über einen Widerstand R 28 und mit einem der Bezugspegel-Einstellwiderstände R29-R33 über einen schaltbaren Kontakt 120 verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 118 ist mit einer negativen Spannung über einen Widerstand R 34 und mit dem anderen Eingang des Gatters 51 verbunden (F ig. 1).

Der Nachschweißdetektor 28 weist einen Differentialverstärker 122 auf, dessen Pluseingang mit Erde über einen Kondensator ClO verbunden ist. Der Minuseingang des Verstärkers 122 ist mit Erde über einen Widerstand R 36 und mit einem der Bezugspegeleinstellwiderstände R 37-R 40 über einen schaltbaren Kontakt 124 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 122 ist mit einer negativen Spannung über einen Widerstand Λ 41 und mit dem Nachschweißgatter 74 verbunden (F ig. 1).

Die einen Enden der Widerstände R2i — R25, R29-R33 und R37-R40 sind durchwegs mit einer Leitung 126 verbunden, die ihrerseits mit einer positiven Spannung verbunden ist. Durch Voreinstellung der Kontakte 116, 120 und 124 in solcher Weise, daß sie je einen der Bezugspegeleinstellwiderstände kontaktieren, wird der gewünschte Bezugs- oder Schwellenpegel an den Differentialvcrstärkern der Detektoren 24, 26 bzw. 28 in der oben an Hand der Fig. 1 erläuterten Weise

festgelegt.

An einer praktischen Ausführungsform des Gerätes durchgeführte Versuche haben eine im wesentlichen lineare Beziehung zwischen dem Schweißstellenvolumen und den Angaben des Schweißzählwerkes 52 sowie eine proportionale Beziehung zur Scherfestigkeit der Punktschweißung gezeigt.

Es ist zu erwähnen, daß das Gerät zur adaptiven Steuerung und Überwachung der Punktschweißung gemäß der Erfindung mit großem Vorteil zur Steuerung von Punktschweißvorgängen verwendet werden kann. Das Volumen von Punktschweißstellen kann mit höherer Genauigkeit gesteuert werden, und dies führt zu einer erhöhten Verläßlichkeil der durch die Schweißung verbundenen Konstruktion. Die Warnvorkehrungen gemäß der Erfindung weisen auf fehlerhafte Schweißstellen sowie auf die Notwendigkeit von Instandhaltungsarbeiten hin. Auf diese Weise wird die Qualität von Punktschweißungen sichergestellt, ohne daß die Notwendigkeit besteht, laufend Schweißproben für die zerstörende Prüfung zu entnehmen.

Während die hier gezeigte Anzeige- oder Ausgabevorrichtung als außenliegendes Digitaldruckwerk dargestellt ist, kann eine optische numerische Ablesevorrichtung, beispielsweise eine Anzeigevorrichtung mit lichtemittierenden Dioden mit gleichem Vorteil verwendet werden.

Es sind Einrichtungen zum Betätigen des Gerätes im Überwachungs- oder im adaptiven Steuerbetrieb vorgesehen. Beim Überwachungsbetrieb wird der Schweißimpuls jeweils von der Periodenzählschaltung 34 bestimmt. Das Gerät kann also dazu verwendet werden, eine Reihe von Probeschweißungen mit

ίο gesteuerten Schweißintervallen auszuwerten. Der erhaltene Schweißzählwert kann dann mit der räumlichen Größe der Punktschweißung verglichen werden, und ein entscheidender Zählwert kann als Basis der gewünschten Schweißeigenschaften ausgewählt werden. Wenn der vorherbestimmte Zählwert in die Schweißvorgabe 56 eingegeben wird und das Gerät auf den Steuerbetrieb umgestellt wird, werden die aufeinanderfolgenden Schweißstellen durch den Schallemissionszählwert beim Schweißen gesteuert.

Auf diese Weise kann das Gerät gemäß der Erfindung das Volumen von Schweißmetallklumpen steuern, ohne Rücksicht auf Änderungen des Schweißstromes, der Oberflächenreinheit oder des Materialwiderstandes der durch die Punktschweißung verbundenen Glieder.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Erfassen der beim Schweißen von einer Schweißzone ausgehenden Schallenergie, bei der ein z. B. piezoelektrischer elektroakustischer Wandler in der Nähe der Schweißzone angeordnet ist und die von dort ausgehende Schallenergie in elektrische Signale umformt und bei der eine Vergleichsschaltung die elektrischen Signale mit einem Bezugssignal vergleicht und Ausgangssignale an eine Folgeschaltung abgibt, wenn die Amplitude der elektrischen Signale des Wandlers die Amplitude des Bezugssignals mindestens erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgeschaltung (52) ein schweißklumpenvolumenabhängiges Signal entsprechend der Anzahl der gesammelten Ausgangssignale der ersten Vergleichsschaltung (24, 26, 28) bildet und an eine weiters Vergleichsschaltung (36; 58) abgibt, in welcher das schweißklumpenvolumenabhängige Signal in an sich bekannter Weise mit einem von einer Vorwahleinrichtung (38; 56) vorgebbaren Wert verglichen wird und bei Erreichen dieses Werts über eine weitere Folgeschaltung als Schweißunterbrecher den Schweißstrom abschaltet

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzögerungsschaltung (48; 70) die Sammlung der Ausgangssignale während eines Zeitintervalls beim Beginn und/oder bei Beendigung des Schweißens verhindert.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Folgeschaltung mit einer Anzeige- und/oder Warneinrichtung gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Unterscheiden von beim Schweißen stattfindenden Metallschmelzverdrängungen von der normalen Schweißklumpenbildung der Pegel des Bezugssignals oberhalb des Pegels der elektrischen Signale bei normaler Schweißklumpenbildung eingestellt ist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die erste Folgeschaltung mit einer Anzeige- und/oder Warneinrichtung gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Unterscheiden der Rissebildung von beim Abkühlen einer Schweißstelle auftretenden normalen metallurgischen Veränderungen der Pegel des Bezugssignals oberhalb des Pegels der elektrischen Signale bei den normalen metallurgischen Veränderungen eingestellt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzögerungseinrichtung (70) die Vergleichsschaltung zum Unterscheiden der Rissebildung von beim Abkühlen einer Schweißstelle auftretenden normalen metallurgischen Veränderungen erst nach einer vorbestimmten Zeit nach dem Unterbrechen jzw. Abschalten des Schweißvorganges in Funktion setzt.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (10) mit einem im gleichen Gehäuse angeordneten Vorverstärker (20) durch eine Differentialkopplung verbunden ist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Signale als Analogsignale an Eingänge einer Anzahl von Pegeldetektoren (24, 26, 28) angelegt sind, deren Bezugspegelspannung jeweils individuell einstellbar sind und an deren Ausgängen Binärsigna-

Ie auftreten, die zum Ausmaß der die Bezugspegel der Pegeldetektoren (24, 26, 28) überschreitenden Analogsignalen proportional sind.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtungen (84,86,88) Digitaldruckwerke sind.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtungen (84, 86, 88) optische numerische Ablesevorrichtungen sind.