DE2346561B2

DE2346561B2 - Verfahren zum Regeln elektrischer Widerstandsschweißvorgänge

Info

Publication number: DE2346561B2
Application number: DE19732346561
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Dipl.-Ing. 8901 Maingruendel Ganowski
Original assignee: Industrie Werke Karlsruhe Ausburg AG
Current assignee: KUKA Systems GmbH
Priority date: 1973-09-15
Filing date: 1973-09-15
Publication date: 1978-08-31
Also published as: DE2346561A1; DE2346561C3; JPS5077249A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln elektrischer Widerstandsschweißvorgänge, bei dem aus während eines Schweißvorganges gemessenen Schweißparametern, wie z. B. Strom, Spannung, Widerstand zwischen den Elektroden oder Schweißzeit, gewonnene Istwerte mit einem durch Versuchsschweißungen gewonnenen Sollwert verglichen werden, wobei der Sollwert veränderbar ist, und beim Abweichen der Istwerte von dem Sollwert eine Änderung wenigstens eines der Schweißparameter vorgenommen wird.

Mit einer solchen Regelung soll eine gleichbleibende Güte des Schweißergebnisses sichergestellt werden. Das Schweißergebnis hängt neben einer Vielzahl von verschiedenen Größen wie Elektrodenkraft, Stromzeit, Pausenzeit, Wasserkühlung o. ä. auch von der Beschaffenheit und Form der Elektroden und vom Schweißsf.rom ab.

Ein Verfahren der vorstehend genannten Art ist bereits gemäß der DE-AS 1113 767 angewendet worden, um eine Dosierung des Stromes für die verschiedenen Heizphasen eines Schweißvorganges zu erreichen. Hierbei wird während der einzelnen Phasen des Schweißvorganges die Schweißspannung mit einer als Sollwert dienenden Bezugsspannung verglichen, die jeweils für die Phase der Vorheizperiode, der Schmelzperiode und der Nachheizperiode unterschiedlich groß gewählt sein kann. Bei Abweichungen des Istwertes vom Sollwert wird der Schweißstrom entsprechend geregelt.

Bei einer anderen bekannten Einrichtung gemäß der US-PS 34 45 621 erfolgt eine Erhöhung des Schweißstromes in Abhängigkeit von der Zahl der Schweißpunkte. Ein Istwert-Sollwert-Vergleich findet nicht statt. Bei der Einrichtung nach der US-PS 35 46 421 findet ein Ist-Sollwert-Vergleich statt, wobei der Sollwert eine Art Widerstandskennlinie ist. Wenn der Widerstandsverlauf bei den aufeinanderfolgenden Schweißungen nicht der Kennlinie folgt, wird eine Erhöhung des Schweißstromes und der Schweißzeit vorgenommen. Die vorgegebene Widerstandskennlinie bleibt für alle Schweißvorgänge konstant Wenn die Regelkapazität für die Änderung des Schweißstromes erschöpft ist, leuchtet eine Lampe als Zeichen dafür auf, daß die Elektroden erneuert oder bearbeitet werden müssen. Diese

lu vorbekannten Regelarten sind jedoch noch unvollkommen, da sie insbesondere die durch die fortschreitende Elektrodenabnutzung bewirkte Änderung der Schweißverhältnisse zu wenig berücksichtigen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Regelung von elektrischen Widerstandsschweißvorgängen zu erreichen, bei der den tatsächlichen Verhältnissen an der Schweißstelle, insbesondere dem wirklichen Zustand der Elektroden, besser Rechnung getragen wird.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß

darin, daß die Änderung des Sollwertes stufenweise nach einer vorwählbaren Zahl von Regelvorgängen erfolgt

Die Erfindung nutzt also die Erkenntnis, daß der gemessene Istwert mit fortschreitender Elektrodenabnutzung sich ändert und trägt dieser Erkenntnis dadurch Rechnung, daß eine ständige Anpassung der Sollwerte an diesen Gegebenheiten vorgenommen wird. Die Sollwertgrößc; bleibt also nicht konstant sondern ändert

jo sich allmählich, um die allmähliche Elektrodenabnutzung und die dadurch bedingten Änderungen der Schweißverhältnisse zu berücksichtigen.

Als anpassungsrelevante Regelvorgänge können dabei die Änderung des Schweißstromes, der Elektrodenkraft oder der Stromzeit in Betracht kommen. Die Erfindung bevorzugt eine Änderung des Schweißstromes, was leicht durch Änderung des Phasenanschnittwinkels in den Schweißsteuerung durch Vorschalten von Widerständen 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 Festwiderständen.
Als zur Gewinnung des Istwertes geeignete meßbare elektrische Größen kommen z. B. 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. Vorteilhaft ist die Messung der Schweißspannung, die über die Schweißzeit integriert den Istwert ergibt. Durch Integration gewonnene Istwerte in der Schweißtechnik sind beispielsweise durch die US-PS 33 45 493 bereits bekannt.

Bei einer Reihe aufeinanderfolgender Schweißungen kann der Punktdurchmesser bei sonst gleich gehaltenen Schweißparametern in für das Schweißergebnis vernachlässigbaren Grenzen geringfügig 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, wobei eine Änderung des Schweißparameters, z. B. des Phasenanschnittwinkels, erst vorgenommen wird, 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 Soliwertgrenzen erfolgt diese vorteilhaft paarweise gleichsinnig, d. h., unterer und oberer Grenzwert werden gleichzeitig angehoben oder abgesenkt.

Durch die Erfindung wird eine der jeweiligen Schweißaufgabe angepaßte Güte des Schweißergebnisses sichergestellt Die Elektrodenstandzeit wird wesentlich erhöht, der Wartungs- und 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

F i g. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2 und 3 die Abhängigkeit des Punktdurchmessers von der Punktzahl bei Handregelung (F i g. 2) und bei Regelung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (F ig. 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 Γ integriert. Der so erhaltene Istwert, der auch als Produkt aus Momentanmeßwerten ermittelt werden kann, wird in einer Vergleichsvorrichtung 9 mit durch Versuchsschweißungen auf dieselbe Meßmethode gewonnenen Sollwerten oder Sollwertgrenzen verglichen. Der Sollwert bzw. 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 Regelimpuls 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 verschiedener Festwiderstände, die nacheinander vor die Schweißsteuerung 6 geschaltet werden. Die Änderung des Sollwertes kann durch ein externes Programm automatisch erfolgen, sie kann jedoch auch innerhalb vorwählbarer Werte in Abhängigkeit von den Regelvorgängen erfolgen, im beschriebenen Beispiel also nach einer vorwählbaren Zahl von Änderungen des Schweißstromes oder nach Erreichen einer vorwählbaren Stufe im Regler. Was 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 Grenze des Punktdurchmessers ergibt sich aus der Spritzgrenze. Außerdem ist in den Diagrammen noch die sogenannte Normpunktlinie eingetragen, die denjenigen Punktdurchmesser festlegt, der für die zu lösende Schweißaufgabe den notwendigen, aber auch

ausreichenden Punktdurchmesser wiedergibt. Der Normpunkt soll zur Sicherung der Schweißgüte nicht unterschritten werden. Die senkrechten, fs« ausgezogenen Linien innerhalb der Diagramme geben die Streubreite im Punktdurchmesser einer aufeinanderfolgenden Zahl von z. B. zehn Schweißpunkten bei konstanten Schweißparametern wieder.

Bei der konventionellen Handregelung gemäß F i g. 2 wird zu Beginn der Schweißstrom bei sonst festen übrigen Schweißparametern so hoch eingestellt, daß die Spritzgrenze erreicht wird. Im Verlaufe des Schweißens, d.h. mit zunehmender Punktzahl, nimmt nun infolge fortschreitender Elektrodenabnutzung der Punktdurchmesser laufend ab. Nach einer gewissen Zeit, die auf der Erfahrung des Schweißens 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 wird, bis — nach mehrfacher Nachregeiung — die Spritzgrenze nicht mehr erreicht werden kann und ein Auswechseln der Elektroden stattfinden muß.

Bei der erfindungsgemäßen automatischen Regelung gemäß F i g. 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. Wenn 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 erhaltenen Ergebnissen — durch Veränderung des Sollwertes bzw. der Sollwertgrenzen Rechnung getragen (was aus dem Diagramm nicht ersichtlich ist), was kontinuierlich, z. B. durch ein externes Programm, oder stufenweise in Abhängigkeit von den Regelvorgängen erfolgen kann.

Bei der Regelung nach der Erfindung wird das Erreichen der Spritzgrenze vermieden bzw. 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 7000 bis 10 000 Punkten gegenüber 500 bis 1000 Punkten bei konventioneller Handregelung erreicht werden, während beim Schweißen blanker Bleche Standzeiten von 50 000 bis 70 000 Punkten gegenüber 7000 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 Naht-, Buckel- oder Stumpfschweißen sind, Anwendung finden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Regeln elektrischer Widerstandsschweißvorgänge, bei dem aus während eines Schweißvorganges gemessenen Schweißparametern, wie z.B. Strom, Spannung, Widerstand zwischen den Elektroden oder Schweißzeit gewonnene Istwerte mit einem durch Versuchsschweißungen gewonnenen Sollwert verglichen werden, wobei der Sollwert veränderbar ist, und beim Abweichen der Istwerte von dem Sollwert eine Änderung wenigstens eines der Schweißparameter vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Sollwertes stufenweise nach einer vorwählbaren Zahl von Regelvorgängen erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert ein Scllwertbereich ist und eine Änderung des Schweißparameters erst vorgenommen wird, wenn der Istwert die Bereichsgrenzen erreicht oder überschreitet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Sollwertbereichsgrenzen paarweise gleichsinnig vorgenommen wird.

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