DE3113250A1 - Verfahren und einrichtung zur ueberwachung und regelung einer widerstandsschweissung - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur ueberwachung und regelung einer widerstandsschweissung

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DE3113250A1
DE3113250A1 DE3113250A DE3113250A DE3113250A1 DE 3113250 A1 DE3113250 A1 DE 3113250A1 DE 3113250 A DE3113250 A DE 3113250A DE 3113250 A DE3113250 A DE 3113250A DE 3113250 A1 DE3113250 A1 DE 3113250A1
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    • G11B23/04—Magazines; Cassettes for webs or filaments
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Description

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Beschreibung:
Die Erfindung betrifft Regler für Widerstandsschweißgeräte, insbesondere einen Regler für Widerstandsschweißgeräte, der verschiedene Parameter der Schweißung überwachen und den Schweißstrom sowie die Schweißzeit dynamisch regeln kann, um eine gewünschte Schweißung zu erzielen.
Mit zunehmend verbreitetem Einsatz von automatischen Maschinen, meist "Roboter" genannt, für Schweißarbeiten ergab sich die Notwendigkeit, für besser entwickelte Schweißregler, die beständig Schweißnähte von gleichmäßig hoher Qualität ergeben, wobei sie über längere Zeiträume hinweg unbeaufsichtigt trotz Änderungen' solcher Faktoren.wie Netzspannung, Werkstoffdicke und Elektrodendurchmesser arbeiten. Außerdem ist es im Hinblick auf die Zeit-.einsehränkungen, die durch die Fließtandfertigung erzwungen werden, wichtig, daß automatische Schweißregler beständig die■Sollschweißqualität ohne erhebliche Änderung der Sollschweißzeit erreichen.
In der Widerstandsschweißtechnik ist es bekannt, daß die Qualität einer Schweißnaht mit der Widerstandsänderung zusammenhängt, 'die zwischen den Werkstücken während des SchweißVorgangs auftritt. Diese charakteristische Größe ist im folgenden als &R-Wert der Schweißnaht bezeichnet und gilt für die prozentuale Änderung des Schweißbuckelwiderstandes zwischen dem maximalen· Ist-Widerstandswert und dem Widerstandswert am Ende der Schweißnaht. Daher wurden Widerstandsschweißregler vorgesehen, welche den Widerstand zwischen den Schweißelektroden überwachen und die Schweißung beenden, wenn ein vorgewählter ^ R-Wert abge--.
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tastet wird. Im.US-Patent 3,568,815 ist' ein Beispiel für einen
.Schweißregler dieser Art bekanntgemacht.
Der Nachteil bei Schweißreglern dieser Art ist. jedoch, daß die
Schweißqualität dadurch überwacht wird, daß die Schweißzeit geregelt wird. Unter bestimmten Bedingungen, wie bei "Pilzelektroden", kann die Schweißzeit erheblich über .die Sollschweißzeit
hinaus verlängert werden müssen, um den gewünschten Δβ-Wert
zu erreichen. Dadurch können größere Schwierigkeiten entstehen, besonders wenn nach dem Zeitplan einer Fließbandfertigung gearbeitet wird. Beispielsweise kann bei einer Sollschweißzeit
von 15 Zyklen eine Istschweißzeit von 20 Zyklen nicht annehmbar sein.
Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Widerstandsschweißregler zu schaffen, der den Widerstand der Schweißbuckel überwachen kann und dynamisch sowohl den Schweißstrom als auch
Schweiß zeit regeln karn, um zu einem Δ R-Sollwert zu gelangen. Auf diese Weise bleibi die Schweißqualität erhalten, ohne die
Schweißzeit merklich zu beeinflussen. Der erfindungsgemäße Widerstandsschweißregler überwacht die Widerstandswerte von Schweißbuckeln und die Geschwindigkeit der Widerstandsänderung während der frühen "Aufheizphase" der Schweißung und vergleicht die gemessenen Widerstandswerte mit einer vorgegebenen Sollwiderstandskurve. Wenn die Vergleichsergebnisse eine vorgesehene Schweißzeit zeigen, die wesentlich größer oder kleiner als die Sollschweißzeit ist, dann erfolgt eine dynamische iüiderung desSchweißstrortE/ d.h. des prozentualen Wärmeanteils oder des Wärmegrades. Nach der Korrektur des Schweißstromes überwacht der Regler wei-
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terhin den Widerstand der Schweißbuckel und beendet den Schweiß-Vorgang, wenn der Sollwert Δ R erreicht ist. Der folgende Schweißvorgang wird dann automatisch bei der Einstellung für den verbesserten Wärmegrad eingeleitet, wobei die Widerstandssollkurve aufgrund der Erfahrung der jüngsten erfolgreich beendeten Schweißungen fortgeschrieben wird.
Außerdem vergleicht der erfindungsgemäße Widerstandsschweiß-.regler bei Beendigung der Schweißung die Istschweißzeit mit der Sollschweißzeit um vor dem nächsten Schweißvorgang eine weitere Korrektur des Schweißstromes vorzunehmen, wenn die Schweiß zeit entweder länger oder kürzer ist als die Sollschweißzeit. Infolge der dynamischen Regelung des Schweißstromes sind die Veränderungen der Schweißzeit klein, obwohl sich die Schweißzeit noch immer ändern kann, um den Sollwert AR zu erreichen.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung kann auch während der Aufheizphase der Schweißung erkennen, ob die Elektroden frisch zugerichtet wurden und ansprechen, indem sie sofort zum ursprünglichen Schweißplan zurückkehren. Auf diese Weise wird die Notwendigkeit vermieden, den Schweißregler jedesmal nach einer Wartung der Schweißelektroden neu einzurichten.
Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Schweißreglers, Fig. 2 einen Stromlaufplan der in Fig. 1 als Blockschaltbild gezeigten analogen Meßwertaufbereitungs- und digitalen Um-
et
setzerschaltung,
Fig. 3 ein Kurvenbild mehrerer beispielhafter über der Zeit aufgetragener Widerstandskurven zur Darstellung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Schweißreglers,
Fig. 4a und 4b detaillierte Blockschaltbilder der logischen' Bgfehlsschaltung'der Fig. 1.
Im Blockschaltbild der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Widerstandsschweißregler 10 gezeigt. Der Schweißregler 10 soll die Zufuhr elektrischer Ei ergie zu den Schweißelektroden 12 regeln. Die elektrische Energie zum Zusammenschweißen von Werkstücken gelangt an die Schweißelektroden 12 durch einen Schweißtransformator 14, dessen Primärwicklung an eine Wechselspannungsquelle 16 und dessen Sekundärwicklung parallel zu den Schweißelektroden 12 geschaltet ist. Die Erregung der Primärwicklung des Transformators 14 wird durch einen herkömmlichen Zündkreis 18 gesteuert, der seinerseits durch die logische Befehlsschaltung 20 beaufschlagt wird. Die logische Befehlsschaltung 20 bestimmt die Größe des am Schweißtransformator 14 anliegenden Schweißstromes in Abhängigkeit von der Wärmegradeinstellung, dem Lastleistungsfaktor sowie Schwankungen der Netzspannung, und regelt den Zündwinkel der gesteuerten Halbleitergleichrichter im.Zündkreis 18.
Außerdem regelt die erfindungsgemäße logische Befehlsschaltung 20 den Schweißstrom dynamisch nach einer Analyse und Widerstandswerten der Schweißbuckel und den Geschwindigkeiten der Widerstandsänderung wie nachstehend näher erläutert wird. Da jedoch die einzige erfindungsgemäß bedingte Änderung der logischen Befehlsschaltung 20 in der Hereinnahme von weiterer Programmausrüstung des das Herz des bevorzugten Ausführungsbeispiels der logischen Befehlsschaltung bildenden Mikrokomputers besteht, wird seine Arbeitsweise nicht näher beschrieben, da es sich sonst um herkömmliche Funktionen handelt. Di-3 Fig. 5a und 5b zeigen ein detailliertes Blockschaltbild der logischen Befehlsschaltung, und die Fig. 6a - 6c zeigen ein Flußdiagramm mit Darstellung der Programmausrüstung für das Hauptregelprogramm. ·
Die logische Befehlsschaltung 20 erhält ein Rückführungssignal für den Widerstandswert an den Schweißelektroden 12 von einer analogen Meßwertaufbereitungs- und digitalen .Umsetzungsschaltung 22. Vor allem berechnet der Analog-Digitalumsetzer 22 den Widern stand der .Schweißbuckel aus der zu den Schweißelektroden 12 abgetasteten Parallelspannung und aus dem der Primärwicklung des Schweißtransformators 14 eingespeisten Schweiß strom. Die Spannung an den Elektroden 12 wird durch einen Trenntransformator 24 abgegriffen, dessen Primärwicklung parallel zu den Schweißelektro- . ■ den geschaltet ist. Ein der Elektroden- oder "Spitzen—Spannung" proportionales Signal wird dadurch in der Sekundärwicklung.des Trenntransformators 24 erzeugt, das mit Efc bezeichnet ist. Der Schweiß strom wird von einem Ringkerntransformator 26 abgegriffen, der magnetisch an die Primärwicklung des Schweißtränsformators . 14 gekoppelt ist. Daher ist das Ausgangssignal des Transformators
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26 proportional dem Strom in der Primärwicklung des Schweißtransformators 14 und wird mit I gekennzeichnet.
Das Ausgangssignal des Ringkerntransformators 26 gelangt an einen Spitzenmeßkreis ■■ 28 4 der das Stromsignal (I ) auf seiner maximalen Amplitude abgreift. Wenn der Spitzenmeßkreis 28 die Spitze der Stromwellenform abgreift/ erzeugt er ein Ausgangssignal, das einem Spannungshaltekreis (E.) 32 und einem Stromhaltekreis (I ) 34 eingespeist wird. Der E. Spannunghaltekreis 32 tastet die Spitzenspannung (I) ab, wenn er durch das Ausgangssignal des Spitzenmeßkreises 28 beaufschlagt wird, und der Haltestromkreis
•I tastet das SchweißStromsignal (I ), wenn er durch das Ausp ρ
gangssignal des Spitzendetektorkreises 28 angesteuert wird. Da der Wert des Stromsignals vom Ausgang des Transformators 26 ein wirklicher Effektivwert ist, muß das Stromsignal zuerst in ein entsprechendes analoges Gleichspannungssignal durch einen Effektiv-Gleichspannungsumsetzer 30 umgewandelt werden, bevor es am Stromhaltekreis I 34 anliegt. Der Grund für die Abtastung der Spannung E und c es Stromes I bei maximalem Strom besteht darin, eine reine Widerstandsanzeige der Kreisimpedanz zu gewinnen, da der induktive Teil der Impedanz fortfällt, wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Stromes gegenüber der Zeit gleich ist.
Die Ausgangssignale der Haltekreise 32 und 34, die den abgetasteten Momentanwerten Et und I entsprechen, gelangen an einen Analogteiler 36, der den Analogwert des Signals (E,) durch den Analogwert des Stromes (I ) dividiert. Das analoge Quotientensignal, das proportional dem Widerstand (R) an den Schweiß-
elektroden 12 ist, wird dann durch einen Analog-Digitalumsetzer 38 in ein entsprechendes Digitalsignal umgewandelt, das an der logischen Befehlsschaltung 20 anliegt.
Fig. 2 zeigt einen Stromlaufplan der Meßwertaufbereitungs- und Analog-Digitalumsetzerschaltung 22. Das Ausgangsstromsignal (I ) der Stromabtastvorrichtung gelangt über einen Absolutwertdetektor 42 auf der Leitung 40 an den Eingang des Spitzenstromabtasters 28. Das Ausgangsspannungssignal (E,) des Trenntransformators, das an den Schweißelektroden anliegt, gelangt auch zunächst an einen. Absolutwertdetektor 44. Das Ausgangssignal des Spitzenstromabtasters 28 liegt über eine Leitung 46 an den Eingängen zweier UND-Glieder 48 und 52 an, deren Ausgänge an die Steueranschlüsse von zwei Analogschaltern 50 und 54 geführt sind. Das Stromsignal auf der Leitung 4 0 wird auch dem Effektiv-Gleichspannungsumsetzer 30 eingespeist. Der Analogschalter 54 ist zwischen dem Effektiv-Gleichspannungsumsetzer 30 und den Stromhaltekreis 32 geschaltet. Auch der Analogschalter 50 ist zwischen den Eingang des Absolutwertdetektors 44 und des Spannungshalte- · kreises 34 geschaltet. Somit tastet der Stromhaltekreis 32 das Schweißstromsignal (I), wenn der Analogschalter 54 durchsteuert,
und der Spannungshaltekreis 34 tastet das Spitzenspannungssignal (Et) ab, wenn das Analogglied 50 durchsteuert.
Der leitende Zustand des Analogschalters 50 wird durch das UND-Glied 48 gesteuert, dessen zweiter Eingang an die Nachlaufimpuls- · leitung 60 geführt ist. Die Vorlauf- und Nachlaufimpulse auf den Leitungen 58 und 60 sind Rechtecktaktsignale, die aus der Netzspannung durch die logische Befehlsschaltung erzeugt werden und
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hauptsächlich als Steuerimpulse für die Zündung der beiden gesteuerten Halbgleichrichter im Zündkreis dienen. Das' Taktsignaldiagramm zeigt die Taktverhältnisse zwischen der Wellenform der Wechselspannungsleitung und den Vorlauf- bzw. Nachlaufimpulsen. Wenn somit der Detektor 28 die Spitze der Stromwellenform während der Nachlaufperiode der Wellenform der Wechselspannungsleitung abtastet, dann wird das Ausgangssignal des UND-Gliedes hochpegelig, wodurch der Analogschalter 50 durchsteuert und den Haltekreis 34 beaufschlagt, wobei der Momentanwert der Spitzenspannung E, abgetastet wird. Der Haltekreis 34 wird durch den sich entladenden Kondensator C2 über die Diode D2 gelöscht, die an den Ausgang eines NAND-Gliedes 56 geführt ist. Das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 56 wird niederpegelig, wodurch sich der Kondensator C2 entlädt, wenn eine Stromspitze während des Vor- · laufteiles der Wellenform der Netzwechselspannung abgegriffen wird.
Die Durchsteuerung des Analogschalters 54 wird auch durch das Ausgangssignal des Spitzenstromdetektors 28 gesteuert, so daß der Stromhaltekreis' 32 den Momentanwert des Schweißstromaignals (I ) zum gleichen Zeitpunkt abtastet, zu dem das Spitzenspannungssignal (E. ) abgetastet wird. Der Haltestromkreis 32 wird ebenso durch den sich entladenden Kondensator C1 über die Diode D1 gelöscht, die an den Ausgang eines monostabilen Vibrators 62 geführt ist. Dieser erzeugt einen Löschimpuls von einer bestimmten Dauer auf der Leitung 64, wenn er durch ein hochpegeliges Signal auf der Leitung 66 vom Ausgangssignal eines R-S-Flipflops 72 angesteuert wird, der aus den NAND-Gliedern 68 und 70 besteht. Der Anschalteingang (S) des R-S-Flipflops 72 und der Löscheingang
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(R) dieses Flipflops sind über eine Inversionsstufe 78 an eine Signalleitung 76 für das Ende der gegengerichteten elektromotorischen Kraft gerichtet. Ein niederpegeliges Signal auf der Leitung 74 wird durch die logische Befehlsschaltung erzeugt, wenn die Netzwechselspannung Null durchläuft. Die Leitung 76 ist an die Sekundärwicklung eines Transformators für die Abtastung der rückwärtsgerichteten EMK geführt, dessen Primärwicklung parallel zu ' den Anoden der gesteuerten Halbleitergleichrichter im Zündkreis geschaltet ist. Daher wird ein hochpegeliges Signal auf der Leitung 76 durch den Abtasttransformator für die rückwärtsgerichtete EMK annähernd am Nulldurchgangspunkt der Stromwellenform erzeugt, wenn der angesteuerte Halbleitergleichrichter sperrt. Somit ist es offensichtlich, daß der R-S-Flipflop 72 am Nulldurchgangspunkt der Spannungswellenform beaufschlagt und etwa am Nulldurchgangspunkt der Stromwellenform gelöscht'wird.
Die abgetasteten Momentanwerte für Strom (I) und Spannung (Efc) an den Ausgängen der Haltekreise 32 und 34 werden einem Analog- " teiler 36 eingespeist, der den Spannungswert durch den Strom-' wert teilt und ein analoges Ausgangssignal· an eine Leitung 37 abgibt, das proportional dem Widerstand an den Schweißelektroden ist. Das analoge Widerstandssignal (R) auf der Leitung 37 wird schließlich in ein paralleles 8-Bit-Digitalsignal· umgesetzt, das am Mikrocomputer in der logischen Befehlsschaltung anliegt.
Anhand der Fig. 3,
•Vwird das erfindungsgemäße Verfahren der dynamischen Regelung des Schweißstromes und der Schweißzeit näher' erläutert. Fig. 3 zeigt Beispiele für verschiedene über der Zeit aufgetragene Schweiß-
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buckel-Widerstandskurven. Zur Erklärung wurden die Unterschiede zwischen den einzelnen Kurven stark übertrieben. Eine normale Schweißbuckel-Widerstandskurve ist durch eine anfängliche Widerstandsabnahme von einem hohen Widerstandswert aus gekennzeichnet, der hauptsächlich durch den anfänglichen übergangswiderstand bestimmt wird, wenn die Schweißelektroden die Werkstücke zusammendrücken, bis zu einem minimalen Widerstandswert, der im folgenden mit "Rmin" bezeichnet wird. Anschließend steigt die Widerstandskurve, wenn sich die Werkstücke der Schmelztemperatur nähern, worauf die Kurve langsam abfällt, wenn sich der Schweißbuckel bildet. Der prozentuale Abfall des Widerstandes während des Wachstums■des Schweißbuckels wird als ^R-Wert der Schweißung bezeichnet.
In der Widerstandsschweißtechnxk ist es bekannt, daß die Qualität einer Schweißung direkt auf den mit der Schweißung verbundenen A. R-Wert bezogen ist. Ist einmal der ^ R-Wert einer optimalen Schweißung bekannt, so ist es zweckmäßig, diesen A. R-Wert bei weiteren Schweißungen zu wiedsrholen. Die Wärmegradeinstellung, die anfänglich eine optimale Schweißung ergibt, erbringt nicht unbegrenzt Schweißungen von gleicher Qualität innerhalb der gleichen Schweißzeit. Eher noch als der Abbrand der Schweißelektroden oder ihre pilzartige Ausformung durch häufigen Gebrauch erhöht sich die zur Erzielung des <Δ R-Sollwertes benötigte Schweißzeit langsam bei einer konstanten Wärmeeinstellung, bis die Schweißelektroden schließlich so abgenützt sind, daß der Δ R-Sollwert nicht mehr erreicht werden kann. Wenn dieser Zustand eintritt, müssen die Schweißelektroden entweder nachgearbeitet oder ersetzt werden.
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Automatische Schweißarbeiten können jedoch keine großen Toleranzen bei der Schweißzeit zulassen. Die Schweißzeiten müssen innerhalb verhältnismäßig enger Toleranzgrenzen liegen, um die Produktionspläne zu erfüllen. Daher ist der erfindungsgemäße Regler dafür ausgelegt, die Widerstandskurve während der anfänglichen Aufheizphase des Schweißganges zu überwachen und dynamisch den Schweißstrom-zu ändern, wenn eine größere, Änderung der Schweißzeit vorgesehen ist.
Der erfindungsgemäße Schweißregler arbeitet wie folgt. Zunächst werden mehrere Probeschweißungen mit verschiedenen Wärmegrad- und Wärmezeiteinstellungen vorgenommen. Bei Handbetrieb wird der Regler so programmiert, daß er automatisch den Wert ^ R bestimmt, der für jede Probeschweißung abgelesen wird und diesen Meßwert anzeigt, damit er zusammen mit den entsprechenden Werten für den Wärmegrad und die Schweißzeit registriert werden kann. Anschließend werden statische Untersuchungen bis zum Brechpunkt durchgeführt, um die beste Schweißung zu ermitteln. Der Wärmegrad, die Schweißzeit und die Δ R-Werte für die beste Schweißung werden dann in den Regler eingegeben und dort gespeichert.Während der nachfolgenden Anfangsgänge wird der Regler programmiert, um den Schweißbuckelwiderstand zu überwachen und die Werte Rmin und dR/dt der Widerstandskurve festzulegen, die den Λ R-Sollwert und den Schweißzeitsollwert erreicht. Diese Werte für Rmin und dR/dt werden gespeichert und dienen als Sollwerte.
Die automatische Betriebsart des erfindungsgemäßen Schweißreglers wird nachstehend näher erläutert, wobei angenommen wird, daß die mit Vollstrich ausgezeichnete Linie "A" der Fig. 3 die
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Sollwiderstandskurve darstelle. Die erste Schweißung wird bei der Einstellung für einen gegebenen Wärmegrad begonnen. Der Schweißregler ist so programmiert, daß er den Schweißbuckelwiderstand überwacht und den Wert Rmin abgreift. Dann wird der Istwert Rmin mit dem Sollwert Rmin verglichen, um festzustellen, ob er innerhalb der vorgegebenen Toleranzgrenzen liegt. Wenn der Istwert Rmin innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereiches liegt, ist der Regler programmiert, den Wert dR/dt der Widerstandsku.v·· zu ermitteln und die Einstellung des Wärmegrads entsprechend auf Änderungen des Sollwerts dR/dt außerhalb eines gegebenen ToIe-•ranzbereiches zu korrigieren. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel des Schweißreglers sind die dynamischen Korrekturen für die Wärmegradeinstellung während eines Schweißganges auf 1 % begrenzt, wenn der Sollwert Rmin innerhalb der Toleranzgrenzen liegt.
Nachdem eine Entscheidung über die Notwendigkeit für die Korrektur des Wärmegrades gefallen ist, läuft das Programm des Reglers zur Überwachung des Schweißwiderstandes wie zur Beendigung der Schweißung weiter, wenn der Sollwert Δ R erreicht ist. Erfindungswesentlich hierbei ist, daß bei einer dynamischen Korrektur der Wärmegradeinstellung während der Schweißung der nachfolgende Schweißgang mit der korrigierten Wärmegradeinstellung beginnt. Außerdem erhellt aus den Ablaufdiagrammen der Fig. 4c und dem Hauptprogramm der Fig. 6a, daß der Istwert Rmin gespeichert wird, wenn er innerhalb der zulässigen Toleranz liegt, und anschließend mit dem vorhergehenden Sollwert Rmin ausgemittelt wird, um einen neuen Sollwert Rmin vor dem Beginn des nächsten Schweißganges festzulegen. Somit wird der Sollwert Rmin nach jedem "erfolg-
reichen"Schweißgang fortgeschrieben, um die schrittweise Veränderung zu kompensieren, die bei den Widerstandskurven aufeinanderfolgender Schweißgänge infolge des normalen Elektrodenabbrands auftritt. Wenn jedoch der Istwert Rmin außerhalb des Toleranzbereiches liegt, dann gelten die Schweißbedingungen als anormal, und der Istwert Rmin wird nicht gespeichert und ausgemittelt.
Dieses Verfahren der Überwachung und Regelung der Schweißung bei einem Istwert Rmin innerhalb des Toleranzbereiches wird beispielsweise durch.die Widerstandskurven "B" and "C" der Fig. 5 dargestellt. Im Beispiel der Kurve "B" liegt der Istwert Rmin etwas unterhalb einer Sollgröße, jedoch noch innerhalb der vorgegebenen Toleranzgrenzen. Wenn dann dR/dt gemessen und mit dem Sollwert dR/dt verglichen wird, erfolgt sofort eine Erhöhung von 1 % der Wärmegradeinstellung, um die Widerstandskurve dem Sollwert anzugleichen. Der Regler überwacht weiterhin den Widerstand der Schweißung und beendet dieselbe, wenn der Sollwert ^-R erreicht ist. Auch in der Kurve "C" liegt der Istwert Rmin etwas über dem entsprechenden Sollwert, jedoch noch innerhalb des Toleranzbereiches. Wenn dann festgestellt wird, daß der Istwert dR/dt größer ist als der entsprechende Sollwert, erfolgt sofort eine 1%ige Verringerung der Wärmegradeinstellung. Anschließend wird der Schweißwiderstand überwacht, und die Schweißung· beendet,wenn der Sollwert ^R erreicht ist. Wie bereits erwähnt, wird der jedem der beiden vorstehenden Beispiele folgende Schweißgang automatisch bei der neuen Wärmegradeinstellung eingeleitet.
Es ist jedoch möglich, daß die dynamische Korrektur des Schweißstromes während des Schweißganges nicht genügt, um die SoIl-
-23 BAD ORIGINAL
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schweißqualität innerhalb der Sollschweißzeit y.v. erreichen. η diesem Falle kann der Regler die Schweißzeit etwas verlängern, um den Sollwert &■ R zu erreichen. Um jedoch sicherzustellen, daß solche Verlängerungen der Schweiß zeit sic'.i nicht über mehrere aufeinanderfolgende Schweißgänge hin steigern, kann der erfindungsgemäße Regler jeweils nach einem End2 eines Schweißganges eine zweite Bewertung des Schweiß stromes vornehmen. Vor aiii:;: ist der Schweißregler programmiert, bei Beendigung einer Schweißer.σ die Istschwoißze i.t mit der Sollschweißze.i c zu vergleichen. Tr.*· die Istschweißzeit langer als die Solisch .^eiß zeit, wird in α.·:~ Wärmegradeinstellung ein Zusatz von 1 % in Vorbereitung für άζη. · nächsten Schweißgang gegeben. Wenn somit beim bevorzugten ?.usführungsbeispiel des Schweißreglers der Istwert Rmin im Toleranzbereich liegt, dann besteht die größte Änderung der Wärmegrad- ■ einstellung vor Beginn des nächstfolgenden Schweißgangs in einer Korrektur von 2 %.
Unter bestimmten Bedingungen, z.B. bei einer erheblichen federung der Werkstoffdicke oder nach einer Zurichtung unter einem Austausch der Schweißelektroden folgt eine starke "Änderung der Widerstandswarte, wodurch der Istwert Rmin außerhalb des TcIeranzbereiches fällt. In diesem Falle sieht der Regler eine anormale Schweißbedingung. Wenn der Wert Rmin außerhalb des Toleranzbereiches liegt, ermittelt das Reglerprogramm zuerst, ob Rinin über oder unter der Toleranzgrenze liegt. Liegt er über der Toleranzgrenze, prüft der Regler die Größe dR/dt, um zu ermitteln, ob dieser größer oder kleiner ist als der Sollwert dR/dt. Wönn der Istwert dR/dt größer ist als der Sollwert dR/dt, so i;;r e:,-. möglich, daß die Elektroden neu zugerichtet wurden, worauf das
— • BAD OBlGINAL
Reglerprogramm sofort die Rückkehr zum Originalschweißplan verlangt, d.h. zum ursprünglichen Sollwert Rmin und zur ursprünglichen Wärmegradeinstellung. Der Regler fährt dann fort wie bisher, den Schweißwiderstand zu überwachen und den Schweißvorgang nach Erreichen des Sollwertes Δ R zu beenden. Dieser Vorgang ist in Fig. 3 durch die Widerstandskurve "D" gezeigt. Da der Sollwert Ruin wegen der langsamen pilzförmigen Ausbildung der Elektroden im Laufe der Zeit langsam abgenommen hat, fällt der Istwert Rain nach dem Zurichten der Elektroden wieder -mit dem ursprünglichen Sollwert Rmin (Kurve A) zusammen, die jetzt über den Toleranzgrenzen des letzten Sollwertes Rmin verläuft. Somit deckt sich die Kurve "D" der Fig. 3 mit der ursprünglichen Sollkurve A, bis Rmin erreicht ist. Der Istwert dR/dt für die Kurve D ist jedoch wegen des Wärmegrades höher als der Rmin folgende Sollwert dR/dt, da der ebenfalls in den letzten Schweißgängen erhöhte Wärmegrad jetzt höher ist als die originale Wärmegradeinstellung, die die ursprüngliche Sollwiderstandskurve A erzeugte.
Wenn jedoch der Istwert dR/dt kleiner ist als der entsprechende Sollwert, so ist anzunehmen, daß ein unterschiedlicher Werkstoff vorliegt, wobei- der Regler programmgemäß einfach darauf wartet, daß der Sollwert Δ R erreicht ist und einen Alarm auslöst.Dieser Vorgang ist in Fig. 3 durch die· Widerstandskurve "E" dargerii-sällt. Man erkennt daher, daß der erfindungsgemäße Schweißreg- l:r Grker.nen kann, wenn die Schweißelektroden nachgearbeitet wu.r-■.:> r. and darauf automatisch anspricht, inden er sofort zum ursprünglichen. Schweißplan zurückkehrt, wodurch der Regler nicht j „desmal wieder neu eingerichtet zu werden braucht, wenn die Schweißelektroden gewartet werden.
BAD ORIGINAL ~25"
Wenn der Istwert Rmin interhalb der Toleranz liegt (Fig. 4c), dann ermittelt der Reg'er programmgemäß zuerst, ob ein gültiger Wert dR/dt für die abc !tastete Widerstand.ikurve anliegt. I:j:j die Kurve "flach", so steh; zu vermuten, daß kein Werkstück vorhanden ist, und der Regler einfach ein Alarmsignal abgibt. Ist ein gültiger Wert dR/dt vorhanden, dann ermittelt dar Regler, ob er über oder unter der Toleranzgrenze liegt. Liegt der Istwert dR/dt unterhalb der Toleranzgrenze, so wird die Wärmegrads ir. i-co I-lung erhöht, und der Schweiß vor gang überwacht, bis der Sol.:.\.p:.rt /X R erreicht ist. Wenn, der Istwert dR/dt jedoch über der T- kr^n grenze liegt, so liegt es nahe, daß der V.2rkstoff beschichtet ist, worauf der Regle: programmgemäß wieder einfach daraui wartet, daß der Sollwert ^,R erreicht werde, bevor der Schweißband beendet wird. Dieser Zustand ist in Fig. 3 durch die -Widerstandskurve "F" dargestellt. Es sei jedoch bemerkt, daß der Sollwert Rmin nicht verändert wird, wenn der Istwert Rmin außerhalb de: Toleranzbereiches liegt, ausgenommen in dem Fall, wenn der ursprüngliche Schweißplan wieder aufgenommen wird. Auf diese V.'cise kann die Sollwiderstandskurve nicht irrtümlich nur aufgrund eines einzigen anormalen Schweißzustandes verzerrt werden.
Außer dem vorstehend beschriebenen Ausführungsboispiel sind noch weitere möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
BAD ORIGINAL
-2U-
Leerseite.

Claims (10)

  1. Patentanwälte
    Dipl. ing. H. Hauck
    Dipl. Pnys. W. Schmitz
    Dipl. Ing. E. Graalfs
    Dipl. Ing. W. Wehnert
    Dr.-ing. W. Döring
    Mozartstreße Γ.3 80C0 MCinc'·-.en V.
    Weltronic Company
    19500 West Eight Mile Road Anwaltsakte M-5403
    Southfield, Mich.48 075 (USA) 6. März 1981
    Verfahren und Einrichtung zur überwachung und Regelung einer Widerstandsschweißung
    Patentansprüche;
    Verfahren zur Regelung der Ausbildung einer .Schweißung bei einem Regler für Widerstandsschweißungen mit einer Vorrichtung zur Überwachung des Widerstandes·an zwei Schweißelektroden und einer Vorrichtung zur Regelung des an den Schweißelektroden anliegenden Schweißstromes, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schweißwiderstandssollkurve für einen vorgegebenen minimalen Widerstandswert (Sollwert Rmin) und einer vorgegebenen Erhöhungsgeschwindigkeit des Widerstandswertes (Sollwert dR/dt) während der anfänglichen Aufheizphase der Schweißung, eine Sollabnahme des Widerstandswertes während des Wachstums der Schweißbuckel (Sollwert ^R) und eine Sollschweißzeit festgelegt wird, daß der Widerstand der Schweißung überwacht sowie der minimale Widerstandswert (Rmin) der Schweißung und die folgende Erhöhungsgeschwindigkeit des Widerstandswertes (dR/dt) während der Aufheizphase der Schweißung abgegriffen werden, wobei die Istwerte für Rmin
    : ·■-■■■ - -2-
    O ι ι JiL Jd - 2 - ·
    und dR/dt mit den Sollwerten für die beiden Größen verglichen werden, daß während der Aufheizphase der Schweißung der an den Elektroden anliegende Schweißstrom dynamisch in Abhängigkeit vom Vergleich korrigiert wird und die Schweißung beendet wird, wenn der Sollwert Δ R erreicht ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
    • Beendigung des Schweißganges die Istschweißzeit mit der SoIlschweißzeit verglichen wird und die Schweißstromeinstellung entsprechend in Vorbereitung für de ι Beginn des nächsten Schweißganges verändert wird.
  3. 3. Verfahren zur Regelung mehrerer aufeinanderfolgender Schweißgänge nach einer Sollwiderstandsschweißkurve für einen gegebenen minimalen Widerstandswert (Sollwert Rmin) und einer vorgegebenen Erhöhungsgeschwindigkeit des Widerstandswertes (Sollwert dR/dt) während der anf an etlichen Aufheizphase der Schweißung, einen vorgegebenen Abfc11 des Widerstandswertes (Sollwert ^R) während der Wachstursphase der Schweißbuckel sowie der Regel ng de*: Sollschweiß seit bei einem Widerstandsregler mit ·ιϊηε Einrichtung zur Überwachung des Widerstandes· an zwei Schweiß lektriden sowie einer Einrichtung zur Regelung des an den Elek roden anliegenden Schweißstromes, gekennzeichnet durch:
    a) Beginn des ersten Schweißganges mit einer ersten Einstellung des Schweißstromes,
    b) überwachen des Schweißwiderstandes· beim Schweißen und Abgreifen des minimalen Widerstandswertes (Rmin) der Schweißung sowie der folgenden Erhöhungsgeschwindigkeit
    -3-BAD ORIGfNAL
    des Wider'standswertes (dR/dt) während der Aufheizphase der Schweißung und Vergleichen der Istwerte Rmin und dR/dt mit ihren entsprechenden Sollwerten,
    c) dynamische Veränderung der Schweißstromeinstellung während der Aufheizphase der Schweißung in Abhängigkeit von diesem Vergleich,
    d) Beenden des Schwaißgangs bei Erreichen des Sollwertes
    AR/
    e) Beginn des folgenden Schweißgangs bei einer korrigierten Einstellung des Schweißstromes,
    ' . f) Wiederholen von b) - e) bei jedem folgenden Schweißgang, g) automatische Rückkehr zur ersten Schweißstromeinstellung während des Verfahrensschrittes c) wenn die Istwerte . · Rmin und dR/dt in einem bestimmten Verhältnis zu ihren entsprechenden Sollwerten stehen.
  4. 4. Verfahren zur Regelung eines Schweißvorgangs bei einem Widerstandsschweißregler mit einer Vorrichtung zur Überwachung des Widerstandes an zwei Schweißelektroden sowie einer Vorrichtung zur Regelung des an den Elektroden anliegenden Schweißstromes, gekennzeichnet durch das Festlegen einer Kurve für den Sollschweißwiderstand mit einem vorgegebenen Minimalschweißwiderstandswert (Sollwert Rmin) und einer vorgegebenen Geschwindigkeitserhöhung des Widerstandswertes (Sollwert dR/dt) während der anfänglichen Aufheizphase der Schweißung, einem Sollabfall des Widerstandswertes während der Wachstumsphase der Schweißbuckel (Sollwert ^l R), und Festlegen einer Sollschweißzeit, überwachen des Widerstandes der Schweißung und Abgreifen des Minimalwiderstandswertes
    C - " ο ~ r Π O i ι ν> ί_ ο U
    (Rmin) der Schweißung, Vergleichen des Istwertes Rmin mit dem Sollwert (Rmin) und Bestimmen, ob der Istwert Rmin innerhalb des Toleranzbereiches des Sollwertes Rmin liegt, Ermitteln der Geschwindigkeitserhöhung des Widerstandswertes (dR/dt) während der Aufheizphase und Vergleichen des Istwertes dR/dt mit dem Sollwert dR/dt, dynamische Korrektur während der Aufheizphase der Schweißung des an den Elektroden anliegenden Schweißstroms in Abhängigkeit vom Vergleich der Werte dR/dt, wenn der Istwert Rmin im Toleranzbereich des Sollwertes Rmin liegt sowie Fortsetzen der überwachung des· Schweißwiderstandes und Beenden der Schweißung, wenn der Sollwert & R erreicht ist.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert Rmin in Abhängigkeit vom Istwert Rmin zur Vorbereitung für den nächsten Schweißgang ι ortgeschrieben wird, wenn der Istwert Rmin im vorgegebenen Toleranzbereich des Sollwerts
    . Rmin liegt.
  6. 6. Verfahren zur Regelung eines Schweißvorgangs bei einem Widerstandsschweißregler mit einer Vorrichtung zur Überwachung des Widerstandes an zwei Schweißelektroden sowie einer Vor-
    ■ richtung zur Regelung des an den Elektroden anliegenden Schweißstroms, gekennzeichnet durch eine.Sollkurve des Schweißwiderstandes für einen vorgegebenen minimalen Widerstandswert (Sollwert Rmin) und eine vorgegebene Erhöhungsgeschwindigkeit des Widerstandswertes (Sollwert dR/dt) während der anfänglichen Aufheizphase der Schweißung, einen Sollabfall des Widerstandswertes während der Wachstumsphase der Schweißbuckel (Sollwert ^\R), und Festsetzen einer Solischweißzeit, Über-
    J1 ; J
    wachen des Schweißwiderstandes und Abgreifen des minimalen Widerstandswertes (Rmin) der Schweißung sowie der folgenden Erhöhungsgeschwindigkeit des Widerstandswertes (dR/dt) während der Aufheizphase der Schweißung und Vergleichen der Istwerte Ririin und dR/dt mit ihren entsprechenden Sollwerten, erstmalige dynamische Korrektur des an den Elektroden anliegenden Schweißstromes während der Aufheizphase in Abhängigkeit von den Vergleichen, Beenden des Schweißvorgangs bei Erreichen des Sollwertes Δ R, Vergleichen der Istschweißzeit mit der Sollschweißzeit bei Beendigung des Schweißvorgangs, Durchführen einer zweiten Korrektur der SchweißStromeinstellung in Abhängigkeit von diesem Vergleich und Einleiten des nächsten Schweißvorgangs auf der Grundlage der zweimal korrigierten Schweißstromeinstellung.
  7. 7. Regler für Widerstandsschweißen, der die Zufuhr von Schweißstrom zu zwei Elektroden regelt und einen Spannungsmeßfühler zur Abtastung der Spannung an den Elektroden, einen Strommeßfühler zum Abgreifen des Schweißstromes sowie Einrichtungen umfaßt, die in Abhängigkeit von den Vorrichtungen zur Spannungs- und Stromabtastung ein Ausgangssignal erzeugen, das dem Widerstand an den Elektroden proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelschaltung (20) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal das Anliegen des Schweißstromes an den Elektroden (12) regelt, um einen Sollabfall des Widerstandswertes während der Wachstumsphase der Schweißbuckel (Sollwert Δ. R) innerhalb eines einheitlichen Zeitraums (Sollschweißzeit) zu erreichen, wobei eine Vorrichtung (22) eine Sollwiderstandskurve festlegt, die durch einen minimalen Widerstandswert (Sollwert Rmin) und eine Anstiegsgeschwindigkeit des Widerstandes während der Aufheizphase der Schweißung (SoIl-
    O i i j ^ O J - 6 -
    wert dR/dt) gekennzeichnet ist, daß eine Vorrichtung (28) den minimalen Widerstandswert (Rmin) und den Geschwindigkeitsanstieg des Widerstandswertes (dR/dt) während der Aufheizphase nachfolgender Schweißvorgänge bestimmt und die Istwerte Rmin und dR/dt mit ihren entsprechenden Sollwerten vergleicht, und eine Einrichtung (32, 48, 54) die Schweißstromeinstellung während der Aufheizphase eines Sch .-/eiß vor gangs in Abhängigkeit von diesen Vergleichen dynamisch korrigiert, wobei eine weitere Einrichtung (72) den Schweißvorgang beendet, wenn der Sollwert ^ R erreicht ist.
  8. 8. Regler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (20) eine Vorrichtung (26) umfaßt, die bei Beendigung eines Schweißvorgangs die Istschweißzeit mit der Sollschweißzeit vergleicht und die Einstellung des Schweißstromes (Ip) zur Vorbereitung für den Beginn des nächsten SchweißVorgangs entsprechend verändert.
  9. 9. Regler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (20) eine Vorrichtung (36) umfaßt, welche den Sollwert Rmin in Abhängigkeit vom letzten gemessenen Istwert Rmin fortschreibt.
  10. 10. Verfahren zur Regelung eines Schweißvorgangs bei einem Widerstandsschweißregler mit einer Vorrichtung zur überwachung des Widerstandes an zwei Schweißelektroden und einer Vorrichtung zur Regelung des an den Elektroden anliegenden Schweißstromes, gekennzeichnet durch Festsetzung eines Sollabfalls des Schweißwiderstandes während der Wachstumsphase
    O ι i ο «ι ^j 'J
    •der Schweißbuckel (Sollwert ^,R) und einer Sollschweißzeit, Einleitung des Schweißvorgangs bei einer gegebenen Einstellung des SchweißStroms, überwachung des Widerstandes- der Schweißung und Beendigung der Schweißung bei Erreichen des Sollwertes Δ R und Vergleichen der Istschweiß zeit und der Sollschweißzeit bei Beendigung des Schweißvorgangs und entsprechendes Nachstellen der vorgegebenen Schweißstromeinstellung in Vorbereitung für den Beginn des nächsten Schweißvorgangs.
    -8-
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