DE3030859A1 - Anordnung und verfahren zur regelung einer widerstandsschweissvorrichtung - Google Patents

Anordnung und verfahren zur regelung einer widerstandsschweissvorrichtung

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DE3030859A1
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Yoshio Yokohama Kanagawa Kawaguchi
Shuji Toyonaka Osaka Nakata
Masahiro Sakai Osaka Nishikawa
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Nishikawa Masahiro Sakei Osaka
Nissan Motor Co Ltd
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Nishikawa Masahiro Sakei Osaka
Nissan Motor Co Ltd
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/24Electric supply or control circuits therefor
    • B23K11/25Monitoring devices
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

  • BESCHREIBUNG
  • Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der WideXr-stands-Schweißgeräte und betrifft insbesondere eine Regelanordnung zur automatischen Überwachung eines Schweißgeräts im Hinblick auf eine gleichbleibend gute Schweißqualität.
  • Bei der Widerstandsschweißung unterliegt die Schweißqualität Schwankungen aufgrund sich ändernder Schweißbedingungen, wobei die wesentlichen Einflußgrößen der Schweißstrom, die Spannung, der Widerstand sowie der Druck zwischen den Elektroden sind. Es ist bereits eine Reihe von Prüfanordnungen zur Überwachung der genannten Größen, also des Schweißstroms,der Spannung, des Widerstands zwischen den Elektroden bekannt. Auch sind Uberwachungssysteme bekannt, welche die geschweißten Abschnitte beispielsweise mit Ultraschallwellen überprüfen, um die Schweißqualität, etwa bei der Punktschweißung zu überprüfen. Mit diesen bekannten Überwachungsverfahren und -geräten läßt sich jedoch nur beurteilen, ob die Qualität der verschweißten Abschnitte nach dem Schweißvorgang befriedigend ausfällt, jedoch ist keine Qualitätskontrolle während des eigentlichen Schweißvorgangs möglich.
  • Bei herkömmlichen Widerstandsschweißgeräten ist die Schweißqualität also nach wie vor unbefriedigend und es müssen die Schweißstellen gegebenenfalls korrigiert oder nachgebessert werden. Im schlimmsten Fall wandern die schlecht geschweißten Teile in den Schrott.
  • Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungs- bzw. Regelanordnung für Widerstandsschweißvorrichtungen zu schaffen, welche in einem automatischen Prozeß auch über lange Zeiträume hinweg eine gute Schweißqualität gewährleistet.
  • Eine erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist in kurzer Zusammenfassung im Patentanspruch 1 angegeben.
  • Die Erfindung geht davon aus, eine der vorstehend genannten Einflußgrößen, insbesondere die Schweißspannung während des Schweißprozesses zu überwachen und diese Größe an verschiedene Schweißbedingungen anzupassen. Insbesondere ist vorgesehen, die Schweißspannung zwischen einem Schweißelektrodenpaar durch Änderung des zwischen den Elektroden wirkenden Schweißdrucks oder -stromes unter Berücksichtigung einer Bezugs-Spannungskurve oder einer Bezugs-Spannungsintegrationskurve einzustellen.
  • Als Grundlage für die Erfindung wurden hinsichtlich eines Schweißverfahrens eine Reihe von Versuchen unternommen, die zu folgenden zwei Ergebnissen führten: (1) Die an die beiden Elektroden (bzw.Elektrodenchips beim Punktschweißen), zwischen denen die zuschweißenden Materialien geklemmt sind, angelegte Spannung ste#ht in einer engen Beziehung zu dem Temperaturanstieg in der Schweißzone und zu dem Durchmesser der gebildeten Schweißstelle, und damit zu der Festigkeit der Schweißung.
  • (2) Zur Erzielung einer guten Schweißguaiität kann in Abhängigkeit von Schweißfaktorenwie Material, Gestaltung, Dicke usw. selektiv eine Spannungskurve über die Schweißzeit festgelegt werden.
  • Folglich gelingt es unter Veränderung der Schweißspannung zwischen den Elektroden gemäß einer Bezugsspannungskurve Schweißstellen bzw. -punkte mit gleichmäßigem Durchmesser#und gleichmäßiger Festigkeit zu erzeugen und somit eine gute Schweißqualität zu erzielen.
  • Dabei sind zwei Arten von Bezugsspannungskurven zu unterscheiden: a) Eine Bezugsspannungskurve in bezug auf die Schweißzeit, die entweder in Echtzeit oder nach den zugeführten Stromzyklen gemessen wird.
  • b) Eine über die Schweißzeit integrierte Bezugsspannungskurve, insbesondere wenn die Versorgungsspannung starken Änderungen unterworfen ist.
  • Die erfindungsgemäße Regelanordnung enthält deshalb im wesentlichen einen Spannungssensor, einen eine Bezugsspannungskurve speichernden Bezugsspannungsgenerator, einen Differenzverstärker, der ein der Spannungsdifferenz zwischen dem Spannungssensor-Ausgang und dem Bezugsspannungswert entsprechendes Regelsignal abgibt, und eine den Schweißdruck abhängig von dem Regelsignal regelnde Einheit bzw. eine Recheneinheit zur Abgabe eines Zündphasenwinkel-Steuersignals, um so durch Regelung der Schweißspannung nach der Bezugsspannungskurve eine gute Schweißqualität zu erzielen.
  • Nachstehend werden einige die Merkmale der Erfindung aufweisende Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine grafische Gegenüberstellung einer Elektrodenspannung und einer Schweißzeit beim Punktschweißen zweier Platten aus schweißbarem Stahl, Fig. 2 eine ähnliche grafische Gegenüberstellung zum Punktschweißen zweier Platten aus Edelstahl, Fig. 3 eine grafische Gegenüberstellung der Elektrodensp#annung und Schweißzeit bei konstantem Strom und veränderlichem Elektrodendruck, Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild zu einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, Fig. 5 ein Schema eines im Rahmen der Erfindung verwendeten Schweißdruckreglers,.
  • y Fig. 6 und 7 grafische Gegenüberstellungen.
  • der Elektrodenspannung und der Schweißzeit beim Punktschweißen zweier Platten aus schweißbarem Stahl (Fig.6) bzw.
  • Edelstahl (Fig.7), Fig. 8 eine grafische Darstellung zur Gewinnung des Integrals der Elektrodenspannung über die Schweiß zeit als Grundlage für das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 9 ein Beispiel einer Spannungsintegrationskurve der Elektrodenspannung, Fig.10 ein schematisches Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung Fig.11 eine grafische Darstellung zur Funktion der Ausführung von Fig. 10J und Fig. 12 ein schematisches Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels.
  • Beim Punkt-schweißen zweier Platten auf einer Punktschweißmaschine ist-die Festigkeit der Punktschweißung weitgehend von der Spannung zwischen den beiden Elektroden, insbesondere von der gewöhnlich über die Zyklen des zugeftihrten Stroms gemessenen Funktion der Spannung über die Schweißzeit abhängig.
  • In der nachstehenden Beschreibung wird der Verlauf der Spannung zwischen den Elektroden über die Schweißzeit als "Spannungskurve" bezeichnet. Fig. 1 zeigt zwei typische Spannungskurven-Beispiele für das Punktschweissen zweier 1 mm dicker Platten aus schweißbarem Stahl.
  • Mit einer Spannungskurve "a" in Fig. 1 wird die Spannung zwischen den Elektroden über die Schweißzeit verändert und dadurch ein sehr fester Schweißpunkt mit einer Zugfestigkeit von etwa 700 kg, also eine gute Schweißqualität erzielt. Im zweiten Fall in Fig. 1 wird in einer Spannungskurve "b" die Schweißspannung annähernd konstant gehalten; es entsteht fast keine Schweißstelle, die Zugfestigkeit erreicht nur etwa 60 kg, und die Schweißqualität ist ungenügend.
  • Fig. 2 zeigt typische Spannungskurven in bezug auf die Abhängigkeit der Spannung zwischen den Elektroden und der Schweißzeit beim Punktschweißen zweier 0,8 mm dicker Platten aus Edelstahl unter ähnlichen Bedingungen wie in Fig. 1. Auch in Fig. 2 wird durch die veränderliche Spannungskurve "a" eine gute Schweißstelle mit hoher Zugfestigkeit erzielt, während eine annähernd gleichbleibende Spannungskurve "b" zu einer schlechten Schweißqualität mit ungenügender Zugfestigkeit führt.
  • Es besteht also eine deutliche Abhängigkeit der Schweißqualität von der Funktion der Elektrodenspannung über die Zeit. Es ist aber auch möglich, die Veränderung der Schweißspannung in Abhängigkeit von einer gewünschten Bezugs-Schweißspannungskurve gemäß (b) in Fig. 1 oder 2 zu steuern.
  • Dazu ist es jedoch notwendig, unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren wie Material, Gestaltung und Dicke eine optimale Bezugs-Spannungskurve festzulegen. Die Spannung zwischen den Elektroden kann durch Veränderung des an den Elektroden wirksamen Druckes reguliert werden, weil der Kontaktwiderstand zwischen ihnen stark druckabhängig ist.
  • I Fig. 3 enthält Kurven zur Änderung der Spannung zwischen den Elektroden, wenn bei einem konstanten Schweißstrom von 8800 A der Elektroden-Andruck zwischen 180 kg und 340 kg verändert wird. Die Kurven EI"a" bis "d" in Fig. 3 lassen erkennen, daß mit steigendem Elektrodendruck die Spannung zwischen den Elektroden abnimmt. Ferner hat sich gezeigt, daß der Schweißpunkt-Durchmesser mit zunehmendem Elektrodendruck kleiner wird, weil die zwischen den beiden Platten gebildete Kontaktfläche und die Wärmeleitfäh#igkeit zwischen jeder Elektrode und jeder Platte zunimmt, wenn der Elektrodenandruck gesteigert wird.
  • Bei der Spannungskurve "a" in Fig. 3 (P = 180 kg) fällt die Spannung nach dem vierten Zyklus rasant ab, weil durch zu geringen Andruck Material verglüht.
  • Das in Fig. 4 als Blockschaltbild dargestellte erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regelanordnung wird beim Punktschweißen zweier Teile 1 zwischen einer feststehenden Elektrode 2b und einer durch einen Arbeitskolben 3 beweglichen Elektrode 2a benutzt. Beim Schwißprozeß werden die Teile 1 zwischen den beiden Elektroden 2a und 2b mit einem bestimmten Druck eingeklemmt und von einem Schweißstrom aus einem Transformator 4 durchflossen. Ein Spannungssensor 5 dient der Messung und Gleichrichtung der zwischen den Elektroden 2a und 2b vorhandenen augenblicklichen Spannung, welche hier als Elektrodenspannung bezeichnet wird.
  • Eine Spitzenspannungshalteschaltung 6 erhält den Spitzen- spannungswert jeder Spannungshalbwelle aufre#ht. Ein Bezugsspannungsgenerator enthält eine zuvor eingespeicherte Bezugs-Spannungskurve in Form einer Funktion der Elektrodenspannung über die Zeit, um damit eine gewünschte Schweißqualität zu erzielen. Ein Differenzverstärker 8 vergleicht die Ausgangsspannung Vc der Halteschaltung 6 mit der Bezugsspannung Vo aus dem Generator 7 und gibt ein der Differenz zwischen den beiden Spannungen entsprechendes Aussgangssignal Vd ab. Eine als Schweißdruckregler 9 bezeichnete Einheit reguliert den zwischen den Elektroden 2a und 2b herrschenden Druck so, daß das Ausgangssignal Vd unter Ansteuerung des Arbeitskolbens 3 gegen null geht, wie nachstehend ausführlich beschrieben wird.
  • Ein Konstantstromregler 11 wird durch Start- und Stopsignale eines Stromzeitreglers 12 so angesteuert, daß der Transformator 4 aus einer Wechselstromquelle 10 für einen erforderlichen Zeitraum Schweißstrom erhält. Ferner gibt der Stromzeitregler 12 nach Einsetzen des Schweißstroms ein Taktsignal Tp zur Synchronisierung an andere Einheiten ab, wie in Fig. 4 durch unterbrochene Linien angedeutet.
  • Während bei dieser Ausführung der Schweißstrom fließt, mißt der Spannungssensor 5 laufend die Schweiß spannung, und jeder von der Halteschaltung 6 abgegebene Spitzenspannungswert Vc der gemssenen Elektrodenspannung vergleicht der Differenzverstärker 8 mit der Bezugsspannung Vo aus dem Generator 7, um danach mittels seines Ausgangssignals Vd den Arbeitskolben 3 so anzusteuern, daß zwischen den Elektroden 2a, 2b ein bestimmter Druck herrscht. Da im vorliegenden Fall mit steigendem Druck die Elektrodenspannung fällt (und umgekehrt) und bei fließendem Strom zwischen den Elektroden auf diese Weise die Elektrodenspannung in Abhängigkeit von der oben angegebenen Bezugs-Spannungskurve in zulässigen Grenzen geregelt wird, entstehen nur Schweißstellen bzw. Schweißpunkte von hoher Qualität.
  • Zwar wird unmittelbar nach dem Einsetzen des Schweißstromes wegen eines hohen Übergangswiderstands zwischen zwei zu verschweißenden Platten eine außergewöhnlich hohe Elektrodenspannung festgestellt; diese hat aber keinen Einfluß auf die Schweißqualität. Zur Vermeidung von Fehloperationen aufgrund dieser Spannungs-Ausreißer bleibt vorzugsweise das Ausgangss-ignal des Differenzverstärkers 8 während der Anlaufperiode unbenutzt. Erfindungsgemäß wird unmittelbar nach dem Einsetzen des Schweiß stromes mit Hilfe des Taktsignals Tp aus dem Stromzeitregler 12 der Ausgang des Differenzverstärkers 8 über mehrere Stromzyklen hinweg unterdrückt, und nur in dieser Periode gibt der Arbeitskolben 3 unter entsprechender Ansteuerung durch den Schweißdruckregler 9 einen vorbestimmten Druck an die Elektroden 2a, 2b ab.
  • Wird für diesen Zweck ein elektrohydraulisches Servoventil benutzt, dann ist ohne weiteres bis herauf zu etwa 50 Hz eine Drucksteuerung mit zufriedenstellendem Frequenzgang möglich.
  • In Fig. 5 ist der Aufbau des hier verwendeten Schweißdruckreglers 9 schematisch dargestellt. Hierzu gehören eine durch einen Motor 92 angetriebene Hydraulikpumpe 91, ein Richtungsumschaltventil 93, ein Proportional-Druckreduzierventil 94, Rückschlagventile 95, 96 und ein überdruckventil 97. Ferner sind vorhanden ein Druckfühler 98 zur Ermittlung des vom Arbeitskolben 3 abgegebenen Druckes durch Messung einer Druckdifferenz zwischen Druckmeßstellen P1 und P2 und zur Abgabe eines Ausgangssignals Vp, und ein Servoverstärker 99, welcher in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal Vd des Differenzverstärkers 8 und dem Signal Vp des Druckfühlers 98 als Rückkopplungssignal das Proportional-Druckreduzierventil 94 entsprechend ansteuert. Diese Elemente sind durch Hydraulikleitungen zu einem Hydrauliksystem verbunden.
  • Wenn das Richtungsumschaltventil 93 wie in Fig. 5 gezeichnet steht, dann erhält der Arbeitskolben 3 Druckfluid von unten und hebt die bewegliche Elektrode 2a an. Wenn dagegen das Umschaltventil 93 von einem nicht dargestellten Steuerstand aus umgeschaltet wird, dann erhält die Oberseite des Arbeitskolbens 3 über das Druckreduzierventil 94 Druckfluid von der Hydraulikpumpe 91, die bewegliche Elektrode 2a belastet folglich die zu verschweißenden Teile 1, wie in Fig. 5 strichpunktiert angedeutet. In diesem Operationszustand wird der so aufgebrachte Schweißdruck laufend abhängig von dem Signal Vd des Differenzverstärkers 8 vermindert oder verstärkt, weil das Druckreduzierventil 94 ebenfalls durch den Servoverstärker 99 in Verbindung mit dem Signal Vd und dem Signal Vp als Rückkopplungssignal in einem geschlossenen Regelkreis angesteuert wird.
  • In Fig. 6 sind für das Punktschweißen zweier Platten aus schweißbarem Stahl, und in Fig. 7 für das Punktschweißen zweier Platten aus Edelstahl jeweils eine Reihe von Bezugsspannungen auf der Grundlage einer Bezugs-Spannungskurve (Horizontalbalken) und den Halbwellen-Spitzenwerten der gemessenen Elektrodenspannung (mit den Punktmarkierungen o,x und A) aufgetragen. Diese grafischen Darstellungen zeigen die Möglichkeit, wie durch eine selektive Bestimmung des Verstärkungsfaktors im Regelkreis der Schweißmaschine (s.Markierung o) die Elektrodenspannung grob an die Bezugs-Spannungskurve angeglichen wird.
  • Die anderen Markierungen x und A bedeuten eine zu hohe oder zu geringe Regelkreis-Verstärkung.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde die Spannung zwischen den Schweißelektroden geregelt. Alternativ ist auch eine Regelung des Integrals der Elektrodenspannung möglich, um insbesondere bei stark schwankender Versorgungsspannung eine größere Stabilität zu erzielen. Fig. 8 enthält ein derartiges, zum Grundgedanken des zweiten Ausführungsbeispiels gehörendes Integral der Elektrodenspannung.
  • Während der Schweiß strom in gleicher Weise wie bei dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel fließt, wird die Elektrodenspannung Vc zwischen den Schweißinaterialien ermittelt und die Spannungsdifferenz (Vc - Vo)- bei fließendem Strom über die Zeit integriert, jedoch nur dann, wenn die ermittelte Spannung Vc gröBer als ein vorgegebener Spannungspegel Vo ist.
  • Bei dem in Fig. 10 als Blockschaltbild dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Elektrodenspannung in Abhängigkeit von einer zuvor in einer geeigneten Schaltungseinheit gespeicherten Spannungsintegrationskurve reguliert und so eine gute Schweißqualität erzielt. Im Vergleich zu der Ausführung von Fig. 4 enthält die Ausführung von Fig. 10 noch einen Integrator 18 und eine Grundspannungsvorgabeschaltung 19.
  • In dem hier mit 7' bezeichneten Bezugs-Spannungsgenerator ist die in Fig. 11 in Form von Balken dargestellte Bezugs -Spannungsintegrationskurve zuvor abgespeichert worden, damit dieser Generator für jeden Schweißzyklus eine Reihe von Bezugs-Spannungsintegralwerten abgibt.
  • Der Integrator 18 integriert die Spannungsdifferenz zwischen Vc und Vo nur, wenn der Halbwellen-Spitzenwert Vc der von der Halteschaltung 6 ausgegebenen Elektrodenspannung die von der Vorgabeschaltung 19 vorgegebene Grundspannung Vo übersteigt. Diese Integrationswerte sind in Fig. 11 durch die Markierungen "o" dargestellt. Der vom Integrator 18 ahqcgcbene Integrationswert wiid durch den Differenzverstärker 8 mit der vom Generator 7' abgegebenen Bezugsspannung verglichen, und in Abhängigkeit von dem abgegebenen Differenzsignal Vd reguliert der Schweißdruckregeler 9 den Druck zwischen den Elektroden 2a und 2b in gleicher Weise wie vorstehend in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben. Auch wenn eine Integralwert-Abweichung A (Fig. 13) auftritt, ist eine Korrektur des Wertes in Position B und damit eine Angleichung an die Bezugs-Spannungsintegrationskurve möglich.
  • Bei dem in Fig. 12 in Form eines Blockschaltbildes dargestellten dritten Ausführungsbeispiel erfolgt die Anpassung der Schweißspannung über die Ermittlung des Schweißstromes an Stelle des Schweißdruckes. Hierzu gehören ein Stromregler 13 mit steuerbaren Gleichrichtern wie Thyristoren oder Triacs zur Steuerung des Schweißstromes, eine Rechnereinheit 14, ein Speicher 15 und ein Stromfühler 16, z.B. in Form eines Stromwandlers.
  • Bei dieser Ausführung wird unmittelbar nach dem Startvorgang der Anfangs-Schweißstrom in Abhängigkeit von zuvor in dem Speicher 15 gespeicherten ein- oder zweiphasigen Ausgangszündphasenwinkeln für die steuerbaren Gleichrichter reguliert. Sobald danach der Speicher 15 und die Spitzenspannungshalteschaltung 6 von dem Stromzeitregler 12 ein Startsignal Tp erhalten, beginnt der Speicher 15 mit der Speicherung des Zündphasenwinkels der von dem Stromfühler abgetasteten vorherigen Stromkurvenform, die Rechnereinheit 14 errechnet abhängig von einem Ausgangssignal Vd des Differenzverstärkers 8 und von einem Signal des Speichers 15 den richtigen Zündphasenwinkel und speist das Rechenergebnis in den Stromregler 13 ein, um die zwischen den Elektroden vorhandene Schweiß spannung der in dem Bezugs-Spannungsgenerator 7' gespeicherten.
  • Bezugs-Spannungsintegrationskurve nachzuführen.
  • Da bei dieser Ausführung der Stromregler 13 anfangs durch das nach den im Speicher 15 gespeicherten Anfangs-Zündphasenwinkeln errechnete Signal und ohne Rücksicht auf das Ausgangssignal Vd des Differenzverstärkers angesteuert wird, ist es möglich, eine ungewöhnlich große Anfangs-Elektrodenspannung auf Grund eines erhöhten Kontaktwiderstands zwischen zwei zu verschweißenden Platten zu verhindern und damit Fehler sowie Ausschuß zu vermeiden.
  • Da sich andererseits auch dann, wenn die zu verschweißenden Materialien die gleiche Temperaturverteilung aufweisen, die Elektrodenspannung mit dem Zündphasenwinkel des Schweißstroms ändert, muß der Bezugs-Spannungsgenerator 7' zündphasenwinkelabhängig korrigiert werden. Aus diesem-Grund erfolgt in Fig. 12 die Zuführung des Schweiß-strom-Zündphasenwinkels aus dem Speicher 15 in den Bezugs-Spannungsgenerator 7' über die Rechnereinheit 14.
  • Alle zuvor beschriebenen Ausführungen wurden mit Wechselstrom nach einer Austastmethode, d.h. mit Auswahl der Halbwellen-Spitzenwerte als Repräsentativpunkte betrieben.
  • Möglich ist jedoch auch die Verwendung von Gleichstrom bei kontinuierlicher Regelung.
  • Ferner wurde als Beispiel die Anwendung beim Punktschweißen gewählt, die Erfindung ist jedoch auch auf andere Widerstandsschweißverfahren anwendbar, beispielsweise das Warzenschweißen, Nahtschweißen, Abschmelzschweißen, Stumpfnahtschweißen u.dgl., wie der Fachmann erkennen kann.
  • Da bei Anwendung der erfindungsgemäßen Regelanordnung und des entsprechenden Regelverfahrens während des Schweißvorgangs der Schweißdruck zwischen den die zu vcrschweißenden Teile zusammendrückenden Elektroden zur Erzielung einer gleichmäßigen Qualität reguliert wird, sind jegliche Nachbesserungen an den verschweißten Teilen überflüssig geworden, es gibt keinen Ausschuß mehr. Folglich trägt die Erfindung zu einer beträchtlichen Produktivitätssteigerung beim Schweißen bei.
  • Da durch die Druckregulierung zwischen den Elektroden ferner die Entstehung von Oberflächenspritzern oder Grat an der Schweißstelle verhindert werden, sind die erfindungsgemäß hergestellten Erzeugnisse sicherer und makelloser.
  • Weil ferner der Integrationswert der eine Basisspannung übersteigenden Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden so geregelt wird, daß er einer Bezugs-Spannungsintegrationskurve (wie sie zur Erzielung einer guten und gleichmäßigen Schweißqualität notwendig ist) folgt, ist es erfindungsgemäß möglich, auch bei stark schwankenden Versorgungsspannungen eine sehr gute Schweißqualität sicherzustellen.
  • ZUSAMMENFASSUNG An einer Widerstandsschweißvorrichtung wird die Schweißspannung zwischen den Elektroden (2a,2b) durch Ändern eines auf die Elektroden wirksamen Druckes oder des Schweißstrom-Zündphasenwinkels in Abhängigkeit von einer Bezugsspannungskurve (Fig.6,7) oder einer Bezugs-Spannungsintegrationskurve (Fig.11) mittels einer-Anordnung geregelt, die einen Spannungssensor (5), einen Bezugsspannungsgenerator (7), einen Differenzverstärker (8), einen Konstantstromregler (11) sowie einen Schweißdruckregler (-9) oder eine Rechnereinheit (14) zur Bestimmung eines passenden Schweißstrom-Zündphasenwinkels umfaßt. Weil die Schweißspannung ständig nach einer Reihe optimaler Schweiß spannungen, die während des Schweißens nach einer zeitabhängigen, vorzugsweise auf Schweißstromzyklen bezogenen Bezugs-Spannungskurve ermittelt werden, geregelt wird, ist eine gleichbleibend gute Schweißqualität erzielbar.

Claims (12)

  1. Anordnung und Verahren zur Regelung einer Widerstandssc'hweißvorrichtung PATENTANSPRÜCHE 0 Regelanordnung für eine Schweißvorrichtung, g e k e n n z e 1 c h n e t d u r c h - einen Spannungssensor (5) zur Abtastung der Spannung (Vc) zwischen zwei Schweißelektroden (2a, 2b), welche die durch Schweißung zu verbindenden Teile, während der Schweißstrom fließt, unter Andruck halten, einen Bezugsspannungsgenerator (7) zur Erzeugung einer Folge von unter Bezug auf eine Bezugs-Spannungskurve in Abhängigkeit von der Schweißzeit vorgebbaren Bezugs-Schweißspannungswerten (Vo); einen Differenzverstärker (8), der die von dem Spannungssensor ermittelte Spannung (Vc) mit dem aufgrund der Bezugsspannungskurve vorgegebenen Spannungswert (Vo) vergleicht und ein der Differenz zwischen diesen Spannungen (Vc und Vo) entsprechendes Steuersignal (Vd) abgibt; und eine Druckregeleinrichtung t9) zur Regulierung des zwischen den beiden Schweißelektroden herrschenden Schweißdruckes in Abhängigkeit von dem Steuersignal (Vdj des Differenzverstärkers derart, daß die Schweißspannung zwischen den Elektroden durch Änderung des Elektroden-Andruckes entsprechend der vorgibbaren Bezugs-Spannungskurve eingestellt wird und damit eine gleichbleibende Schweißqualität erzielbar ist.
  2. 2. Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Spannungssensor (5) und dem Differenzverstärker (8) eine den Spitzenwert jeder Halbwelle der ermittelten Spannung haltende Spitzenspannungshalteschaltung (6), eine den durch die Elektroden fließenden Schweißstrom auf einem konstanten Stromwert haltende Konstantstromregulierstufe (11), und - eine Start/Stoppsignale an die Regulicrstufe (11) abgebende und die Schweißvorrichtung durch synchron an den Bezugsspannungsgenerator (7), den Differenzverstärker (8) und die Halteschaltung (6) abgegebene Taktsignale (typ) synehronisiert ansteuernde Sttornzeitregu# jereinrichtung (12) vorhanden sind.
  3. 3. Regelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Schaltung (19) zur vorherigen Eingabe eines gewünschten Grundspannungswertes (Vo), und durch eine Einrichtung (18) zum Integrieren einer Spannungsdifferenz zwischen der Sensorspannung und dem vorher eingegebenen Grundspannungswert (Vc-Vo), jedoch nur wenn jeder Halbwellenwert der Spannung (Vc) gröBer als (Vo) ist, so daß die Schweißspannung zwischen den Elektroden gemäß einer zuvor in den Bezugsspannungsgenerator (7') eingegebenen Bezugs-Spannungsintegrationskurve gesteuert wird und auch bei schwankender Versorgungsspannung eine gleichmäßige Schweißqualität erzielbar ist.
  4. 4. Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß - die eine der beiden Elektroden (2a) beweglich ausgebildet und mit einer Kolben/Zylindereinheit (3) verbunden ist, deren oberer Zylinderraum über ein Proportional-Druckreduzierventil (94) mit einer Druckquelle (91) in Verbindung bringbar ist, - das Steuersignal (Vd) des Differenzverstärkers (8) durch einen Servoverstärker (99) verstärkt und an das Druckreduzierventil abgegeben wird, und - ein die von der Kolben/Z#lindereinheit abgegebene Kraft aus einer Druckdifferenz zwischen ihren beiden Zylinderräumen ermittelnder und ein dementsprechendes Rückkopplungssignal (Vp) an den Servoverstärker abgebender Druckfühler (98) vorhanden ist, so daß der Schweißdruck in einem geschlossenen Regelkreis gesteuert wird.
  5. 5. Regelanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch - eine Schaltung (19) zur vorherigen Eingabe eines gewünschten Grundspannungswertes (Vo), - eine Einrichtung (18) zum Integrieren einer Spannungsdifferenz zwischen der Sensorspannung und dem vorher eingegebenen Grundspannungswert (Vc-Vo), jedoch nur wenn jeder Halbwellenwert der Spannung (Vc) größer als (Vo) ist, - einen den Schweißstrom über den Zündphasenwinkel regulierenden Stromregler (13), - einen Stromfühler (16) zur Ermittlung des vom Stromregler kommenden Schweißstroms, - einen Speicher (15) zum Speichern von Anfangszündphasenwinkelwerten und des vorherigen Zündphasenwinkels des von dem Stromfühler ermittelten Schweiß-~ stroms, und - eine Rechnereinheit (14) zum Errechnen eines passenden Zündphasenwinkels in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal (Vd) des Differenzverstärkers sowie ein nem Signal aus dem Speicher und zur Abgabe des Rechenergebnisses an den Stromregler (13), um die Schweiß spannung zwischen den Elektroden durch Änderung des Schweißstrom-Zündphasenwinkels nach der vorgegebenen Bezugs-Spannungsintegrationskurve zu regulieren und so eine gleichmäßige Schweißqualität zu erzielen.
  6. 6. Regelanordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch - eine den Spitzenwert der ermittelten Spannung über eine Halbwelle haltende Halteschaltung (6), und - eine Start/Stopsignale an den Stromregler (13) sowie ein Startsignal (Tp) an den Bezugsspal1nungsgenerator (7) den Speicher (15) und die Spitzenspannungshalteschaltung (6) abgebende Stromzeitreguliereinrichtung (12) um die Schweißvorrichtung mit einer Startverzögerung anzusteuern und Fehler zu vermeiden.
  7. 7. Verfahren zur Steuerung einer Widerstandsschweißvorrichtung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß - zwischen zwei Schweißelektroden, zwischen denen miteinander zu verschweißende Teile gespannt und von einem Wechselstrom durchflossen werden, eine Elektrodenspannung gemessen, - eine Reihe von auf der Grundlage einer Bezugs-Spannungskurve vorgegebenen Bezugs-Schweißspannungswerten in Relation zu einem in Schweißstromzyklen bestimmten Zeitraum erzeugt, - eine Differenz zwischen der gemessenen Elektrodenspannung und der vorgegebenen Bezugs-Schweißspannung errechnet, und - in Abhängigkeit von dieser Spannungsdifferenz der an die Elektroden angelegte Schweißdruck reguliert werden, um die Schweißspannung zwischen den Elektroden durch Änderung des Drucks zwischen den Elektroden entsprechend der vorgegebenen Bezugs-Spannungskurve einzwstellen und damit eine gleichförmige Schweißqualität zu erzielen.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Spannungsvergleich der Spitzenwert jeder Halbwelle der gemessenen Spannung über einen halben Zyklus gehalten, die Stromstärke des durch die Elektroden fließenden Schweißstroms durch ein Start/ Stoppsignal konstant gehalten, und ein Taktsigna#l zur Synchronisation des Schweißvorgangs- abgegeben werden.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grundspannungswert abgegeben und daß nur, wenn die- gemessene Elektrodenspannung die Grundspannung übersteigtidie dieSpannungsdifferenz zwischen der gemessenen Spannung und der Grundspannung integriert wird, um die Schweißspannung zwischen den Elektroden gemäß einer Bezugs-Spannungsintegrationskurve zu regulieren und so auch bei Schwankungen der Versorgungsspannung eine gleichmäßige Schweißqualität zu erzielen.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur-Regulierung der an den Elektroden anliegenden Schweiß spannung - die Spannungsdifferenz verstärkt, - in Abhängigkeit von der verstärkten Spannungsdifferenz der Schweißdruck proportional reduziert, - der Schweißdruck aufgrund einer Spannungsdifferenz zwischen im oberen und unteren Zylinderraum einer Arbeitszylindereinheit ermittelt, und - ein Rückkopplungssignal für eine Änderung des Verstärkungsverhältnisses des Differenzsignals in einem geschlossenen Regelkreis abgegeben werden.
  11. 11. Verfahren zur Steuerung einer Widerstandsschweißvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß - zwischen zwei Schweißelektroden, zwischen denen miteinander zu verschweißende Teile gespannt und von einem Wechselstrom durchflossen werden, eine Elektrodenspannung gemessen, - eine Grundspannung eingestellt, - nur wenn die gemessene Elektrodenspannung die Grundspannung bei jeder Halbwelle übersteigt, die Spannungsdifferenz zwischen der gemessenen Spannung und der Grundspannung integriert, - eine Reihe von auf der Grundlage einer Bezugs-Spannungskurve vorgegebenen Bezugs-Schweißspannungswerten in Relation zu einem in Schweißstromzyklen bestimmten Zeitraum erzeugt, - die Spannungsdifferenz zwischen der integrierten Spannung und der vorgegebenen Bezugs-Spannungsintegrationskurve verglichen, - der Schweißstrom ermittelt, - der vorhergehende Zündphasenwinkel des ermittelten Schweißstroms gespeichert, - ein passender Zündphasenwinkel in Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz zwischen der integrierten Spannung und der vorgegebenen Bezugs-Spannungsintegrationskurve sowie von dem gespeicherten vorausgehenden Schweißstrom-Zündphasenwinkel errechnet, und - der Schweiß strom nach den Rechenergebnissen gesteuert werden, um die Schweißspannung zwischen den Elektroden durch Änderung des Schweißstrom-Zündphasenwinkels nach der vorgegebenen Bezugs-Spannungsintegrationskurve zu regulieren und so eine gleichmäßige Schweißqualität zu erzielen.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halbwellenspitzenwert der ermittelten Spannung vor dem Spannungsvergleich über eine halbe Periode gehalten, ein Start/Stopsignal für Syndhronisationszwecke erzeugt, die Schweißstrom-Anfangszündphasenwinkel zur Errechnung des Anfangsschweißstroms gespeichert und die Bezugs-Spannungsintegrationskurve gemäß dem ermittelten Zündphasenwinkel korrigiert werden.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4328363A1 (de) * 1993-08-24 1995-03-02 Siemens Ag Verfahren zur Ermittlung eines Bewertungszeitintervalles sowie Verfahren zur Qualitätsbeurteilung einer Punktschweißverbindung auf Grundlage eines Temperaturverlaufes in dem Bewertungszeitintervall

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