DE2346561A1

DE2346561A1 - Verfahren zum regeln elektrischer widerstandsschweissvorgaenge

Info

Publication number: DE2346561A1
Application number: DE19732346561
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Dipl Ing Ganowski
Original assignee: KELLER and KNAPPICH AUGSBURG ZWEIGNIEDERLASSUNG DER INDUSTRIE-WERKE KARLSRUHE AUGSBURG AG; Keller and Knappich GmbH
Current assignee: KUKA Systems GmbH
Priority date: 1973-09-15
Filing date: 1973-09-15
Publication date: 1975-08-07
Also published as: DE2346561C3; DE2346561B2; JPS5077249A

Description

PATENTANWÄLTE 39 Augsburg, 13 ο Sept. 1973

DR. WERNER KRUSE

rvn ,t ■ t--r ■- r. ι ι 111- η Deufsche Bank Augsburg 0637827

DR. DIETER LAUER Stadtsparkasse Auesburg 07Π671 Postscheckkonto ι München 1152 86

Keller & Znappich Augsburg

Zweigniederlassung der

Industrie-Werke Karlsruhe Augsburg Aktiengesellschaft 8900 Augsburg, Blücherstraße 144

Verfahren zum Regeln elektrischer Widerstandsschweißvorgänge

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln elektrischer Widerstandsschweißvorgänge. Mit einer solchen Regelung soll eine gleichbleibende G-üte des Schweißergebnisses sichergestellt werden. G-ütekriterien können z.B. beim Punktschweißen sein: Punktdurchmesser, Eindringtiefe der Linsen, Eindrucktiefe der Elektroden, Scherzugkraft, Torsionsmoment, Biegewechselkraft, Risse, Hohlräume. Das Schweißergebnis hängt neben einer Vielzahl von verschiedenen Größen, wie z„B. Form, Güte und Oberfläche der zu schweißenden Bleche, Randabstand, Elektrodenkraft, Stromzeit, Pausenzeit, Nachpreßzeit, Wasserkühlung, Maschineneinrichtung und -einstellung, Handfertigkeit des Schweißers auch von der Beschaffenheit und Form der Elektroden und vom Schweißstrom ab.

Man hat daher beim Punktschweißen beispielsweise schon versucht, zur Konstanthaltung der spezifischen Stromstärke bei zunehmender Abnutzung der Elektroden den Schweißstrom durch Vorschalten verschiedener Widerstände vor die Schweißsteuerung nach einer vorwählbaren Zahl von Schweißpunkten zu verändern und so den Schweißstrom dem Zustand der Elektroden anzupassen. Diese Art Regelung ist jedoch zu schematisch und trägt den tatsächlichlichen Verhältnissen an der Schweißstelle, insbesondere dem wirklichen Zustand der Elektroden, zu wenig Rechnung.

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Es ist auch schon bekannt, eine Überwachung elektrischer Widerstandsschweißvorgänge dadurch zu ermöglichen, daß durch Integration der Schweißspannung über die Schweißzeit gewonnene Istwerte mit durch Versuchsschweißungen gewonnenen Sollwertgrenzen verglichen und beim Erreichen oder Überschreiten dieser Sollwertgrenzen durch die Istwerte ein optisches und/oder akustisches Signal gegeben und/oder der Schweißvorgang abgebrochen wird. Dies hat gegenüber der vorerwähnten Regelung den Vorteil, daß die Vorgänge an der Elektrode miterfaßt werden. Eine Regelung des Schweißvorganges ist durch diese Art der Überwachung jedoch nicht verbunden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Regelung von elektrischen Widerstandsschweißvorgängen zu schaffen, die den dabei auftretenden Einflußgrößen im weitestmöglichen Umfang Rechnung trägt und ein gleichbleibend gutes Schweißergebnis über einen langen Zeitraum sichert.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß durch Messen elektrischer oder anderer Größen gewonnene Istwerte mit durch Versuchsschweißungen gewonnenen Sollwerten verglichen werden und beim Abweichen der Istwerte von den Sollwerten eine Änderung des Phasenanschnittwinkels oder anderer Schweißparameter vorgenommen wird und daß nach einem vorwählbaren Programm eine vorwählbare Änderung der Sollwerte vorgenommen wird.

Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, daß der gemessene Istwert mit fortschreitender Elektrodenabnutzung sich ändert. Sie trägt dieser Erkenntnis dadurch Rechnung, daß eine ständige Anpassung der Sollwerte an diese Gegebenheiten vorgenommen wird. Die Anpassung kann durch ein externes Programm, beispielsweise eine Funktion in Abhängigkeit von der Punktzahl, bewirkt werden; sie kann auch nach einer vorwählbaren Zahl von Regelvorgängen erfolgen. Als anpassungsrelevante Regelvorgänge können dabei die Änderung des Schweißstroms, der Elektrodenkraft oder der Stromzeit in Betracht kommen. Die Erfindung bevorzugt eine Änderung des Schweißstromes, was sehr leicht durch Änderung des Phasenanschnittwinkels in der Schweißsteuerung durch Vorschalten von Widerständen

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herbeigeführt werden kann. Die Änderung des Sollwertes erfolgt dann nach einer vorwählbaren Zahl von Änderungen des Schweißstromes oder beim Erreichen einer vorwählbaren Stufe einer Reihe von Pestwiderständen.

Als zur Gewinnung des Istwertes geeignete meßbare elektrische Größen kommen z»B_o der Schweißstrom oder der Widerstand an der Schweißstelle in Betracht, als meßbare andere Größen können die Schweißzeit, die Temperatur des Schweißpunktes oder die Punktausdehnung genannt werden. Die Erfindung bevorzugt die Messung der Schweißspannung, die über die Schweißzeit integriert den Istwert ergibt. Durch die Integration wird beispielsweise beim Punktschweißen zwar nur die Regelung des nächstfolgenden Schweißpunktes aus dem Ergebnis der Messung beim Schweißen des vorhergehenden Punktes möglich, was jedoch in den weitaus meisten Anwendungsfällen ausreicht. Durch die Bildung des Istwertes als Produkt aus Momentanmeßwerten ist jedoch auch die Sofortregelung möglich.

Diese Art der von der Erfindung bevorzugten Gewinnung des Istwertes gibt eine Korrelation zwischen dem Meßwert und dem Punktdurchmesser als einem der beim Punktschweißen möglichen Gütekriterien.

Bei einer Reihe aufeinanderfolgender Schweißungen kann der Punktdurchmesser bei sonst gleichgehaltenen Schweißparametern in für das Schweißergebnis vernachlässigbaren Grenzen gerinfügig streuen. Diese Streuung hat eine entsprechende Streuung des gemessenen Istwertes zur Folge, was bei einem festen Sollwert einen in Bezug auf das Schweißergebnis nicht unbedingt notwendigen Regelvorgang auslöst. Gemäß Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann daher der Istwert statt mit einem festen Sollwert auch mit einem Sollwertbereich verglichen werden und eine Änderung des Phasenanschnittwinkels oder anderer Schweißparameter erst dann vorgenommen werden, wenn der Istwert die Bereichsgrenzen erreicht oder überschreitet« Die Zahl der Regelvorgänge wird damit auf ein der jeweiligen Schweißaufgabe anpaßbares Maß verringert.

Die Sollwertgrenzen können ebenso wie feste Sollwerte vorwählbar sein. Bei Veränderung der Sollwertgrenzen erfolgt

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■diese paarweise gleichsinnig, d_oh_o unterer und oberer Grenzwert werden gleichzeitig angehoben oder abgesenkt.

Durch die Erfindung wird eine der jeweiligen ochweißaufgabe angepaßte Güte des Schweißergebnisses sichergestellt. Die Elektrodenstandzeit wird wesentlich erhöht, der Wartungsund Prüfaufwand wird verringert. Auch wird durch die Gütesicherung eine,Herabsetzung der an einem gegebenen Bauteil notwendigen Punktzahl möglich, was Konstruktion und Entwicklung von Widerstandsschweißmaschinen und -anlagen günstig beeinflußt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnung am Beispiel des Punktschweißens zweier Bleche näher beschrieben. Es zeigt

Pig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen

Verfahrens,

Fig. 2 und 3 die Abhängigkeit des Punktdurchmessers von der Punktzahl bei Handregelung (Figo 2) und bei Regelung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (Pig. 3).

Beim Verschweißen zweier Bleche 1 und 2 mittels Punktschweißung in einer Schweißmaschine, von der die Elektroden 3 und 4, der Schweißtransformator 5 und die Schweißsteuerung

6 angedeutet sind, wird an den Elektroden 3 und 4 die Schweißspannung U abgegriffen und mittels an sich bekannter Geräte

7 und 8 über die Schweißzeit T integriert. Der so erhaltene Istwert, der auch als Produkt aus Momentanmeßwerten ermittelt werden kann, wird in einer Vergleichsvorrichtung 9 mit durch Versuchsschweißungen auf dieselbe Keßmethode gewonnenen Sollwerten oder Sollwertgrenzen verglichen. Der Sollwert bzwo die Sollwertgrenzen werden bei 10 eingegeben. Bei Abweichung des Istwertes von dem Sollwert bzw« bei Erreichen oder überschreiten der Sollwertgrenzen gibt die Vergleichsvorrichtung 9 einen Kegelimpuls an ein Regelgerät 11, das seinerseits auf die Schweißsteuerung 6 einwirkt und den Schweißstrom entsprechend dem Vergleichsergebnis in der Vergleichsvorrichtung 9 ändert. Das .Regelgerät besteht im Prinzip aus einem Schrittschaltwerk und einer Anzahl ver-

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schiedener ffestwiderstände, die nacheinander vor die SchweiB-steuerung 6 geschaltet werden. Die Änderung des Sollwertes kann durch ein externes Programm automatisch erfolgen, sie kann jedoch auch innerhalb vorwähl barer .verte in Abhängigkeit von den Hegelvorgängen erfolgen, im beschriebenen Beispiel also nach einer vorwählbaren Zahl von änderungen des Schweii3stromes oder nach Erreichen einer vor\'/ählbaren Stufe im Regler, rtas vorstehend über fixe Sollwerte gesagt ist gilt selbstverständlich auch für Sollwertbereiche.

In den Diagrammen der Fig. 2 und 3 ist die Abhängigkeit des Punktdurchmessers von der Punktzahl schematisch' dargestellt. Durch Versuchsschweißungen mit nachfolgender zerstörender Prüfung ist dabei die Klebegrenze als untere Grenze zu ermitteln; die obere G-renze des Punktdurchmessers ergibt sieh aus der Spritzgrenze. Außerdem ist in den Diagrammen noch die sogenannte Normpunktlinie eingetragen, die denjenigen Punktdurchmesser festlegt, der für die zu lösende Schweißaufgäbe den notwendigen, aber auch ausreichenden Punktdurchmesser wiedergibt. Der Normpunkt soll zur Sicherung der Schweißgüte nicht unterschritten werden. Die senkrechten, fett ausgezogenen Linien innerhalb der Diagramme geben die Streubr.eite im Punktdurchmesser einer aufeinanderfolgenden Zahl von ξ_ο3_ο zehn Schweißpunkten bei konstanten Schweißparametern wieder.

Bei der konventionellen Handregelung gemäß Fig« 2 wird zu Beginn der Schweißstrom bei sonst festen übrigen Schweißparametern so hoch eingestellt, daß die Spritzgrenze erreicht wird. Im Verlaufe des Schweißens, d_oh„ mit zunehmender Punktzahl, nimmt nun infolge fortschreitender i'lektrodenabnutzung der Punktdurchmesser laufend ab. Fach einer gewissen Zeit, die auf der Erfahrung des Schweißers beruhen kann, letztendlich aber doch willkürlich ist, weil keinerlei Anzeige vorhanden ist, ob der gerade geschweißte Punkt noch Normpunktqualität besitzt, ändert der Schweißer den Schweißstrom derart, daß wieder die Spritzgrenze erreicht ?ri_rd, bis - nach mehrfacher liachregelung - die Spritzgrenze nicht mehr erreicht werden kann und ein Auswechseln der Elektroden stattfinden muß,

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Bei der erfindungsgemäßen automatischen Regelung gemäß Fig» 3 ist es aufgrund der Korrelation zwischen dem Punktdurchmesser und den Meßwerten möglich, mit dem Schweißstrom zu Beginn erheblich niedriger zu bleiben, so daß die Spritzgrenze keinesfalls erreicht wird. Der Punktdurchmesser liegt auf jeden Fall im Normschweißbereich, also mindestens in der Normpunktlinie. vVenn nun mit steigender Punktzahl der Istwert vom Sollwert abweicht - im Fall von Sollwertgrenzen der Istwert den unteren Grenzwert erreicht oder überschreitet - setzt die Regelung in Form einer Veränderung des Schweißstromes ein und verändert diesen so, daß der Punktdurchmesser im Normschweißbereich bleibt. Der fortschreitenden Elektrodenabnutzung wird dabei - entsprechend den bei den Versuchsschweißungen ex'haltenen Ergebnissen - durch Veränderung des Sollwertes bzw. der Sollwertgrenzen Rechnung getragen (was aus dem Diagramm nicht ersichtlich ist), was kontinuierlich, ZoBo durch ein externes Programm, oder stufenweise in Abhängigkeit von den Regelvorgärigen erfolgen kann.

Bei der Regelung nach der Erfindung wird das Erreichen der Spritzgrenze vermieden bzw_o durch den oberen Sollgrenzwert ausgeschlossen, was erwünscht ist, weil aus der Schweißlinse herausgespritztes Material den Schweißpunkt verkleinert und so die Güte des Schweißergebnisses beeinträchtigt. Der Schweißstrom wird von Anfang an niedriger gehalten, was wesentlich zur Schonung der Elektroden beiträgt und diesen eine viel größere Standzeit verleiht.

Auf diese Weise kann beim Schweißen verzinkter Bleche eine Elektrodenstandzeit von 7.000 bis 1O₀OOO Punkten gegenüber 500 bis "loOOO Punkten bei konventioneller Handregelung erreicht werden, während beim Schweißen blanker Bleche Standzeiten von 50.000 bis TOoOOO Punkten gegenüber 7ο000 bis 10.000 Punkten bei Handregelung erzielt werden.

Wenn sich auch das vorstehend beschriebene Beispiel auf das Punktschweißen bezieht, so ist die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt. Die Erfindung kann bei allen Arten von Widerstandsschweißvorgängen, wie sie beispielsweise das Kant-, Buckel- oder Stumpfschweißen sind, Anwendung finden.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Regeln elektrischer Widerstandsschweißvorgänge, dadurch gekennzeichnet, daß durch Messen elektrischer oder anderer Größen gewonnene Istwerte mit durch Versuchsschweißungen gewonnenen Sollwerten verglichen werden und beim Abweichen der Istwerte von den Sollwerten eine Änderung des Phasenanschnittwinkels oder anderer Schweißparameter vorgenommen wird und daß nach einem vorwählbaren Programm eine vorwählbare Änderung des Sollwertes vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorwählbare Programm ein externes Programm ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß daß das vorwählbare Programm durch die Zahl der Regelungen bestimmbar ist.

4 ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert durch Integration der Schweißspannung über die Schweißzeit gewonnen wird.

5. Verfahren na.ch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert ein Sollwertbereich ist und eine Änderung des Phasenanschnittwinkels oder anderer Schweißparameter erst vorgenommen wird, wenn der Istwert die Bereichsgrenzen erreicht oder überschreitet.

6. Verfahren nach Anspruch 5₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Sollwertbereichsgrenzen paarweise gleichsinnig vorgenommen v/ird.

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