DE3609429A1

DE3609429A1 - Messwertaufnehmer

Info

Publication number: DE3609429A1
Application number: DE19863609429
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl Chem Dr Aumayer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-03-20
Filing date: 1986-03-20
Publication date: 1987-09-24

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Meßwertaufnehmer zur Erfassung des von einer Arbeitsvorrichtung einer Arbeitsmaschine zurückgelegten Weges und/oder deren Geschwindigkeit längs des zurückgelegten Weges zwecks Überwachung und/ oder Steuerung der Arbeitsmaschine.

Bei Arbeitsmaschinen, z.B. Schweißautomaten, ist es zur Erzielung eines hohen Qualitätsstandards häufig erforderlich, den von einer Arbeitsvorrichtung der Arbeitsmaschine zurückgelegten Weg absolut oder als Funktion der Zeit zu erfassen, um durch Vergleich mit entsprechenden Vorgabewerten entweder Steuersignale zur evtl. Korrektur der Arbeitsmaschine oder Kenn daten zur Qualitätsbeurteilung des von der Arbeits vorrichtung hergestellten Produktes oder des von der Arbeitsvorrichtung durchgeführten Arbeitsprozesses zu erhalten.

Bei der automatischen Verschweißung der Ankerwicklung eines Motorankers in den Schlitzen des Lamellenkommu tators z.B. führt die Erwärmung von Schweißelektrode und Kommutator zu unterschiedlichen Erwärmungen der einzelnen Verbindungs- oder Kontaktstellen. Dadurch besteht bei der ersten Lamelle des Kommutators die Gefahr eines ungenügenden Lackabbrandes des Wicklungs drahtes und an der letzten Lamelle die Gefahr einer thermischen Schädigung von Wicklungsdraht und Lamelle. Hinweise über die im Verbindungsbereich einschließ lich der Elektrode herrschende Temperatur gibt die Einsinkgeschwindigkeit der Schweißelektrode in die zu verbindende Lamelle. Erfaßt man diese Einsinkge schwindigkeit mit einem Meßwertaufnehmer und vergleicht den Istwert mit einem vorgegebenen Sollwert, so kann man aus der Abweichung entweder Steuersignale zur Rege lung des Schweißstromes gewinnen oder aber auch nur Rückschlüsse auf die Kontaktierungsqualität ziehen.

Beim automatischen Schweißen von sog. Zellenverbindern einer Kraftfahrzeugbatterie ist die Qualität der Schweiß verbindung für die Qualität und Lebensdauer der Batte rie von entscheidender Bedeutung. Da die Güte der Schweißverbindung im nachhinein, also nach abgeschlos senem Schweißprozeß, nicht zerstörungsfrei geprüft werden kann, ist es unerläßlich, den Schweißprozeß in der Arbeitsvorrichtung selbst anhand von charakteri stischen Parametern zu überwachen und diesen ggf. zu korrigieren. Solche Parameter sind der Schweißstrom, die Schweißspannung, der von den Schweißelektroden zu rückgelegte Elektrodenweg aber auch die Elektrodenge schwindigkeit oder -beschleunigung.

Der Arbeitsvorgang beim Zellenverbinderschweißen mittels einer Schweißzange ist in die Arbeitsstufen "stromloses Vorpressen", "Schweißen" und "stromloses Nachpressen" (zur Abdichtung) unterteilt. Ein zu kleiner Verschiebeweg der Zangenelektroden würde in der ersten Arbeitsstufe zu einem nicht exakten Über gangswiderstand beim Schweißen führen und in der zwei ten Arbeitsstufe eine schlechte Schweißverbindung wegen zu geringem Durchschweißen des Schweißmaterials zur Folge haben. Eine ruckartige Verschiebebewegung der Zangenelektroden in der zweiten Arbeitsstufe tritt dann auf, wenn aus der Schweißzone Material, hier Blei, ausspritzt, was seinerseits zu Kurzschluß und schlechter Schweißverbindung führt. Die Optimierung des Schweißprozesses erfordert damit die genaueste Erfassung des Parameters "Elektrodenweg" und/oder des Parameters "Elektrodengeschwindigkeit".

Bei einer bekannten Zellenverbinder-Schweißvorrichtung wird zur Erfassung des Elektrodenweges der Schweiß zange ein induktiver Wegaufnehmer mit eingebautem Verstärker vorgeschlagen, während das Messen der Elektrodenkraft an den Schweißelektroden mittels Dehnungsmeßstreifen durchgeführt wird.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Meßwertaufnehmer mit den kennzeich nenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß die von dem Digitalisiergerät oder Graphiktablett ge lieferten Daten ohne Zwischenverarbeitung unmittelbar im Rechner entweder zur Steuerung oder Anzeige zwecks Überwachung ausgewertet werden können. Der technische Aufwand ist minimal, zumal Graphiktabletts in einer großen Vielzahl preiswert angeboten werden. Der Ab taster kann in einfacher Weise mit der Arbeitsvorrich tung - beim Schweißen mit einer Schweißelektrode der Schweißzange - verbunden werden und ist in der Ruhe stellung der Arbeitsvorrichtung zu Beginn des Arbeits vorganges auf einen Koordinatennullpunkt des Digitali sierbretts einzustellen. Das Digitalisierbrett selbst wird je nach Anwendungsfall raumfest installiert oder wie beim Anwendungsbeispiel "Schweißen mit Schweiß zange" mit der anderen Schweißelektrode starr gekop pelt, da hier der relative Verschiebeweg zwischen den Schweißelektroden erfaßt werden muß.

Das hier zu verwendende Digitalisiergerät oder Graphik tablett ist bekannt und vielfältig im Einsatz. So wer den Digitalisiergeräte beim Entwurf gedruckter Schal tungen, im Flugzeugbau für das Layout von komplexen Kabelbäumen, in der Textilindustrie zur Erstellung von Strickmustern, in den Vermessungsämtern zur Erstel lung von Bebauungs- und Grundstücksplänen und Flurkar ten verwendet, usw. Die Digitalisiergeräte bestehen aus einer in Koordinaten unterteilten aktiven Fläche, dem sog. Digitalisierbrett, und einem Abtaster in Form eines Stiftes (Pen) oder einer Fadenkreuzlupe (Cursor). Bei der Bewegung des Abtasters über das Digi talisierbrett wird dessen Position auf der aktiven Flä che gemessen und die Positionskoordinaten an einen Rech ner oder ein sonstiges Datenerfassungsgerät übertragen, wo sie in Steuersignale für eine Zeichen- oder Werk zeugmaschine oder für ein Anzeigegerät eingesetzt wer den können.

Üblicherweise können die Digitalisiergeräte bzw. Gra phiktabletts in verschiedenen Betriebsarten betrieben werden. In der Betriebsart "Run" werden dabei die Ko ordinaten laufend übertragen, wobei die Datenrate, d.h. die Anzahl zu übertragender Koordinatenpaare pro Zeiteinheit, wählbar ist. Ist die Datenrate bekannt, so kann aus der durch die in der Zeiteinheit übertra genden Koordinatenpaare festgelegten Wegstrecke ohne weiteres die Geschwindigkeit längs dieser Wegstrecke ermittelt werden.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maß nahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse rungen des im Anspruch 1 angegebenen Meßwertaufnehmers möglich.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Be schreibung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schema tischer Darstellung:

Fig. 1 ausschnittweise eine Preßschweißvorrichtung für Batteriezellenverbinder mit Überwachungs vorrichtung für den Preßschweißvorgang,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnit tes II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht einer hydraulisch oder pneuma tisch angetriebenen Preßschweißzange.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Preßschweiß vorrichtung dient zum Herstellen einer Schweißver bindung zweier Bleiteile durch eine vorgestanzte Öffnung hindurch. Diese Bleiteile sind sog. Batterie- Zellenverbinder 10, die mit jeweils einem Platten block 11 verbunden sind. Beim Schweißen sind einer seits die Zellenverbinder 10 durch eine Öffnung 13 in der Zellenwand 12 hindurch miteinander zu ver schweißen und gleichzeitig die Öffnung 13 abzudichten, so daß die einzelnen Batteriezellen vollständig von einander flüssigkeitsdicht getrennt sind.

Der mittels einer Schweißzange 14, die auf ihrem freien Ende je eine Schweißelektrode 15, 16 trägt, durchgeführ te Arbeitsprozeß unterteilt sich dabei in drei Stufen. In Stufe 1 erfolgt eine stromlose Vorpressung der Zel lenverbinder 10 zur Erzielung einer guten Kontaktie rung und eines exakten elektrischen Übergangswider standes. In Stufe 2 erfolgt der eigentliche Schweiß vorgang, wobei die Schweißelektroden 15, 16 kontinuier lich zusammengepreßt werden. In Stufe 3 wird eine Nachpressung der Schweißverbindung zwecks Abdichtung durchgeführt.

Die Qualität der Schweißverbindung beeinflußt wesent lich die Lebensdauer und die Güte der Kraftfahrzeug batterie. Es ist daher erforderlich, die Schweißver bindung mit reproduzierbarer Güte herzustellen. Hier zu ist es erforderlich, den Arbeitsprozeß beim Her stellen der Schweißverbindung zu überwachen und aus evtl. Abweichungen Steuersignale für die Schweißvor richtung zu generieren. Eine wesentliche Rolle für die Güte der Schweißverbindung spielt dabei der von den Schweißelektroden 15, 16 während des Arbeitsprozesses zurückgelegten Weg. In Stufe 1 beim Vorpressen gewähr leistet ein von den Schweißelektroden 15, 16 bei der Zangenbewegung zurückgelegterWeg ein definiertes Zu sammenpressen der Zellenverbinder 10 und damit einen definierten Übergangswiderstand für den Schweißstrom beim nachfolgenden Schweißen. Dieser Übergangswider stand ist wiederum verantwortlich für den abgegebenen Schweißstrom und damit für die Qualität der Schweiß verbindung. In Stufe 2 beim Aufschmelzen der Verbin derzone durch Stromfluß gewährleistet eine kontinuier liche Bewegung der Schweißelektroden 15, 16 bei der Zangenbewegung eine gute Schweißverbindung. Wird der vorgegebene Sollweg von den Schweißelektroden 15, 16 nicht zurückgelegt, so ist eine schlechte Durchschweißung die Folge. Eine ruckartige und nicht kontinuierliche Zangenbewegung ist die Folge von Bleiausspritzern aus der Verbindungszone, wodurch Kurzschlußgefahr hervor gerufen wird und ebenfalls eine schlechte Schweißver bindung entsteht.

Zur Überwachung der Zangenbewegung während der Arbeits stufen 1 und 2 der Schweißvorrichtung ist ein Meßwert aufnehmer vorgesehen, der mit einem Rechner 17 verbun den ist, der einerseits eine Anzeigevorrichtung 18 und andererseits über Steuerleitungen 19, 20 die Schweißvor richtung steuert. Der Meßwertaufnehmer ist als Digitali siergerät in Form eines Graphiktabletts 21 ausgebildet. In bekannter Weise besteht ein solches Graphiktablett 21 aus einer in Koordinaten unterteilten aktiven Flä che, dem sog. Digitalisierbrett 22, und einem über das Digitalisierbrett 22 hinwegführbaren Abtaster 23. Das Digitalisierbrett 22 ist mit dem die Schweißelektrode 15 tragenden Zangenschenkel 141 und der Abtaster 23 mit dem die Schweißelektrode 16 tragenden Zangenschenkel 142 jeweils starr gekoppelt, so daß sie die gleiche Bewegung ausführen wie die Schweißelektroden 15, 16. Bei der Relativbewegung der beiden Schweißelektroden 15, 16 zueinander wird der Abtaster 23 über das Digi talisierbrett 22 geführt. Die Position des Abtasters 23 auf dem Digitalisierbrett 22 wird gemessen und die Positionskoordinaten an den Rechner 17 übertra gen. Zu Beginn der Zangenbewegung muß selbstverständ lich der Abtaster 23 auf den Nullpunkt des Koordinaten systems des Digitalisierbretts 22 justiert werden. Das Graphiktablett 21 in Verbindung mit der Schweißzange 14 bzw. deren Zangenschenkel 141 und 142 ist in Fig. 2 vergrößert dargestellt zu sehen.

Die von dem Graphiktablett 21 an den Rechner 17 ge lieferten Positionskoordinaten werden von diesem in der Anzeigevorrichtung 18 in einem y-x-Koordinatensy stem dargestellt. Diese Anzeigevorrichtung 18 dient zur Überwachung der Qualität der Schweißverbindung. Wird in der ersten Arbeitsstufe beim Vorpressen der Sollwert x ₁ erreicht, so ist eine einwandfreie Kontak tierung zum nachfolgenden Schweißvorgang hergestellt. Wird das in der zweiten Stufe des Aufschweißens der Schweißverbindung der Sollwert x ₂ erreicht und ver läuft die Positionskurve stetig, d.h. dx/dy ist stetig, so ist die erzielte Schweißverbindung von vorgegebe ner Qualität. Verläuft die Kurve nicht stetig sondern ruckartig und/oder wird der Sollwert x ₂ nicht erreicht, so ist die Schweißverbindung mangelhaft.

Abweichungen der von dem Graphiktablett 21 an den Rech ner 17 übertragenen Ist-Koordinaten von den vorgegebe nen Sollkoordinaten können von dem Rechner in Steuer signale für die als Schweißautomaten ausgebildete Schweißvorrichtung umgesetzt werden. Diese Steuer signale werden über die Steuerleitungen 19, 20 dem Schweißautomaten zugeführt und können hier zur Korrektur des Zangendrucks oder des Schweißstromes genutzt werden. Bei einem solchen Schweißautomaten ist es vorteilhaft, zur Erzeugung der Zangenbewegung eine hydraulisch oder pneumatisch angetriebene Schweiß zange 14 zu verwenden, wie diese schematisiert in Fig. 3 dargestellt ist. Hier greift zwischen den schweißelektrodenfernen freien Enden der Zangenschen kel 141, 142 der Schweißzange 14 einerseits ein Hydrau likzylinder 24 und andererseits ein im Hydraulikzylin der 24 axial verschieblicher Arbeitskolben 25 an. Durch entsprechende Druckeinsteuerung in den Steuerraum des Hydraulikzylinders 24 kann der Arbeitskolben 25 mehr oder weniger aus dem Hydraulikzylinder 24 ausgefah ren werden, wodurch die Schweißelektroden 15, 16 sich aufeinander zu bewegen.

Claims

1. Meßwertaufnehmer zur Erfassung des von einer Arbeitsvorrichtung einer Arbeitsmaschine zurück gelegten Weges und/oder deren Geschwindigkeit längs des zurückgelegten Weges zwecks Überwachung und/oder Steuerung der Arbeitsmaschine, ge kennzeichnet durch die Ausbil dung als Digitalisiergerät, z.B. Graphiktablett (21), aus Digitalisierbrett (22) und über das Digitalisierbrett (22) bewegbarem Abtaster (23), der mit der Arbeitsvorrichtung (14) verbunden ist.

2. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1 für eine Schweiß zange eines Schweißautomaten, insbesondere eines Batterie-Zellenverbinder-Schweißautomaten, da durch gekennzeichnet, daß der Abtaster (23) mit der einen Schweißelektrode (15) und das Digitalisierbrett (22) mit der anderen Schweißelektrode (16) der Schweißzange (14) starr verbunden ist.