DE4338449A1 - Verfahren zur Überwachung einer Schweißmaschine, Anwendung des Verfahrens zur Regelung der Schweißmaschine sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Überwachung einer Schweißmaschine, Anwendung des Verfahrens zur Regelung der Schweißmaschine sowie Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer
Schweißmaschine, mit der eine Punktschweißverbindung zwischen
zwei miteinander zu verschweißenden Teilen mittels zumindest
einer mit einem der Teile in Kontakt stehenden Elektrode
gebildet wird, wobei während eines Schweißzeitintervalles ein
Schweißstrom durch die Teile geleitet und außerhalb des
Schweißzeitintervalls zwischen der Elektrode und den Teilen
ein elektrisches Signal gemessen wird.
Schweißmaschinen mit denen Punktschweißverbindungen zwischen
insbesondere metallischen Teilen hergestellt werden, sind in
vielen technischen Gebieten, beispielsweise im Automobilbau,
im Einsatz. Die Schweißmaschinen werden dabei häufig im Zuge
von automatisierten Fabrikationsprozessen eingesetzt. Eine
mit einer Schweißmaschine hergestellte Punktschweißverbindung
dient vielfach nicht nur zu einem vorläufigen Zusammenheften
von Bauteilen, sondern als endgültige Verbindung zwischen den
Bauteilen. Dementsprechend besteht ein Bedürfnis dahingehend,
eine Schweißmaschine zu überwachen, ob sie eine Herstellung
von Punktschweißverbindungen gemäß vorgegebener technischer
Anforderungen gewährleistet. Besonders in einem automatisier
ten Fabrikationsprozeß, bei dem in einer zeitlichen Abfolge
viele Punktschweißverbindungen hergestellt werden, ist eine
quasi-kontinuierliche Überwachung der Schweißmaschine sowie
eine Regelung der Schweißmaschine von besonderem Interesse.
Eine Überwachung der Schweißmaschine erfolgt bisher entweder
durch das Bedienungspersonal oder, insbesondere bei einer
automatisierten Schweißmaschine, durch eine Mehrzahl von
Meßsensoren, die innerhalb der Schweißmaschine oder in der
näheren Umgebung der Punktschweißverbindung angeordnet sind.
Über einen hohen apparativen Aufwand, insbesondere
Verkabelung und Datenverarbeitung, hat die Verwendung einer
Mehrzahl von Sensoren den Nachteil, daß diese den in der
Umgebung der Punktschweißverbindung herrschenden, unter
Umständen ungünstigen Bedingungen ausgesetzt sind.
In der WO-92/10326 A1 ist ein Verfahren zur Überprüfung der
Qualität von Punktschweißverbindungen angegeben. Darin wird
nach Beendigung des Schweißvorganges eine thermoelektrische
Spannung zwischen einer Elektrode der Schweißmaschine und
einem der zu verschweißenden Teile gemessen. Aus der
thermoelektrischen Spannung wiederum wird die Temperatur an
der Punktschweißverbindung bestimmt und aus deren Verlauf
eine Beurteilung der Qualität der Punktschweißverbindung
durchgeführt. Das in der WO-92/10326 A1 beschriebene
Verfahren wird von der Erfindung teilweise aufgegriffen, und
dieses Verfahren sowie der gesamte Inhalt der WO-92/10326 A1
ist als zugehörig zur vorgelegten Offenbarung anzusehen. Es
ist weiterhin vorgeschlagen worden, eine vor Bildung der
Punktschweißverbindung gemessene thermoelektrische Spannung
zwischen der Elektrode und dem mit dieser Elektrode in
Kontakt stehendem Teil für die Beurteilung der Qualität der
Punktschweißverbindung heranzuziehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Überwachung einer Schweißmaschine der eingangs erwähnten
Art anzugeben, welches für einen automatisierten Fertigungs
prozeß geeignet, einfach und mit geringem Aufwand auch bei
extremen äußeren Bedingungen durchführbar sein soll. Eine
weitere Aufgabe besteht darin, eine Anwendung des Verfahrens
zur Regelung der Schweißmaschine und eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens anzugeben.
Erfindungsgemäß wird die erstgenannte Aufgabe durch ein
Verfahren gelöst, bei dem eine eingangs erwähnte Schweiß
maschine überwacht wird derart, daß während eines Schweiß
zeitintervalles ein Schweißstrom durch die Teile geleitet und
außerhalb des Schweißzeitintervalls zwischen der Elektrode
und den Teilen ein elektrisches Signal gemessen wird, welches
als Grundlage für die Überwachung der Schweißmaschine
verwendet wird.
Mit dem Verfahren kann sowohl vor als auch nach der
eigentlichen Schweißung, d. h. außerhalb des Schweißzeit
intervalles, die Schweißmaschine auf eine einwandfreie
Funktionstüchtigkeit hin überwacht werden. Mit dem Verfahren
werden Informationen über die Schweißmaschine erhalten, die
als Entscheidungskriterien für die Art und Weise der
Durchführung einer Schweißung dienen können. Das Verfahren
ist zudem einfach durchzuführen, da insbesondere nur ein
geringer apparativer Aufwand zur Realisierung der Erfindung
notwendig ist, denn es kann insbesondere von Meßsensoren in
der Nähe der herzustellenden Punktschweißverbindung abgesehen
werden. Das Signal wird mit Referenzgrößen der Schweiß
maschine, wie zulässiger Temperatur der Elektrode, und Ver
gleichsgrößen für eine ausreichende Punktschweißverbindung
verglichen, wodurch eine Überwachung der Schweißmaschine
erfolgt. Eine Auswertung des Signals kann unter normalen
äußeren Bedingungen, wie Zimmertemperatur, elektrische Feld
freiheit etc., durchgeführt werden, insbesondere in einem
hinreichend Abstand von der Punktschweißverbindung.
Vorteilhafterweise ist das Signal eine elektrische Spannung,
beispielsweise eine thermoelektrische Spannung, die zwischen
der Elektrode und dem mit ihr in Kontakt befindlichen Teil
gebildet wird, oder eine Spannung, die durch die Schweiß
maschine zwischen der Elektrode und dem Teil erzeugt wird.
Eine elektrische Spannung ist einfach und genau zu messen,
wobei die Messung abseits der herzustellenden Punktschweiß
verbindung durchgeführt werden kann, so daß geeignete Meß
geräte den unter Umständen extremen äußeren Bedingungen, wie
hohe Temperatur oder hohe elektrische Felder, in der Nähe der
Punktschweißverbindung nicht ausgesetzt werden.
Mit Vorteil wird das Signal zu mehreren Zeitpunkten gemessen,
wobei eine Messung sowohl vor Beginn der eigentlichen
Schweißung als auch nach Beendigung der Schweißung durchge
führt werden kann. Eine Messung zu verschiedenen Zeitpunkten
beinhaltet ggf. ein größeres Informationsspektrum und dient
der Meßsicherheit sowie einer weiter verbesserten Über
wachung.
Mit der Ermittlung eines zeitlichen Verlaufes des Signals ist
darüber hinaus eine weitgehend kontinuierliche Überwachung
der Schweißmaschine gegeben. Eine zeitliche Änderung der
Funktionstüchtigkeit der Schweißmaschine ist dadurch leicht
erfaßbar, was insbesondere bei der Herstellung einer
schnellen Abfolge von Punktschweißverbindungen besonders
vorteilhaft ist.
Zur Herstellung einer Punktschweißverbindung wird die
Elektrode mit einem der zur verschweißenden Teile in Kontakt
gebracht und die Teile werden aneinander gepreßt. Während des
Schweißzeitintervalles wird ein Schweißstrom durch die Teile
geleitet, wobei ein Ein- bzw. Ausschalten des Schweißstroms
durch eine Schaltvorrichtung der Schweißmaschine gesteuert
wird. Vor Einschalten des Schweißstromes fließt in der Regel,
insbesondere aufgrund eines endlichen Widerstandes der
Schaltvorrichtung, ein Leckstrom zwischen der Elektrode und
dem mit der Elektrode in Kontakt stehendem Teil. Dieser
Leckstrom und/oder eine zugehörige Leckspannung wird vor dem
Einschalten des Schweißstromes gemessen. Der Wert dieses
Leckstromes und/oder der Leckspannung ist ein Maß für die
Güte des elektrischen Kontaktes zwischen der Elektrode und
dem Teil. Je höher der Leckstrom ist, desto besser ist der
elektrische Kontakt. Ein hinreichender elektrischer Kontakt
wird durch einen guten mechanischen Kontakt zwischen der
Elektrode und dem Teil sowie durch einen hinreichend geringen
Oberflächenwiderstand zwischen der Elektrode und dem Teil
gewährleistet. Mit dem Verfahren wird ein elektrisches, dem
Leckstrom und/oder der Leckspannung eindeutig zugeordnetes
Signal gemessen und daraus der zugeordnete elektrische Wider
stand bestimmt. Der Wert des Widerstandes gibt einen hin
reichenden elektrischen Kontakt an, falls er unterhalb eines
Maximalwertes liegt. Der Maximalwert kann aus Vergleichsmes
sungen gewonnen werden und er stellt für einen ausreichenden
elektrischen Kontakt ein Maximum dar.
Besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn der
Schweißstrom ein Wechselstrom ist. Dadurch ist ebenfalls das
elektrische Signal ein periodisches Signal, das neben einer
Schwingungsamplitude über einen einfach zu bestimmenden Mit
telwert verfügt. Beispielsweise kann die Schwingungsamplitude
ein Maß für den Leckstrom und damit für den elektrischen
Kontakt sein, und der Mittelwert kann ein Maß für eine
thermoelektrische Spannung zwischen der Elektrode und dem
Teil, d. h. für eine Temperatur, sein. Schweißmaschinen, die
mit einem Wechselstrom schweißen, haben häufig eine
Thyristorschaltung zum Einschalten des Schweißstromes, durch
welche ein Leckstrom mit einer konstanten Frequenz, insbeson
dere 50 Hz bei Betrieb mit dem in Deutschland vorliegenden
öffentlichen elektrischen Netz, bedingt. Dieses periodische
Signal ist sowohl vor Beginn des Schweißzeitintervalls als
auch nach Beendigung des Schweißzeitintervalles einfach von
einem nichtperiodischen Signal, beispielsweise einer thermo
elektrischen Spannung, zu trennen.
Vorteilhafterweise besteht die Elektrode aus einem ersten
Werkstoff, insbesondere einem ersten Metall und das Teil, mit
dem sie durch die Schweißmaschine in Kontakt gebracht wird,
aus einem zweiten von dem ersten unterschiedlichen Werkstoff,
insbesondere einem zweiten, Metall. Bei einer Temperatur der
Elektrode, die von der Temperatur des Teiles verschieden ist,
wird damit zwischen der Elektrode und dem Teil eine thermo
elektrische Spannung bedingt. Diese thermoelektrische Span
nung ist eindeutig einer Temperaturdifferenz zwischen Elek
trode und dem Teil zugeordnet. Diese Zuordnung ist bei
Kenntnis der beiden Werkstoffe ggf. der Literatur zu
entnehmen; fehlt eine Kenntnis der Werkstoffe, so kann diese
Zuordnung einfach durch eine Eichmessung der thermoelek
trischen Spannung mit gleichzeitiger Messung der Temperatur
unter Verwendung von separaten geeichten Thermoelementen
bestimmt werden; auch ist eine Eichung durch Auswertung von
Probeschweißungen möglich.
Vorteilhaft ist eine Überwachung der Kühlung der Elektrode
der Schweißmaschine mit einem vor Beginn des Schweißzeit
intervalls gemessenen Signal, insbesondere einer thermoelek
trischen Spannung. Dabei wird eine Temperatur der Elektrode
bestimmt und bei einem Überschreiten eines vorgegebenen Wer
tes auf einen Defekt in der Kühlung der Elektrode geschlos
sen. Eine Überwachung der Kühlung ist ebenfalls mit einem
nach dem Schweißzeitintervall gemessenen Signal oder einer
Kombination eines vor und nach dem Schweißzeitintervall
gemessenen Signals möglich.
Nach Beendigung des Schweißzeitintervalles, d. h. nach Ab
schalten des Schweißstromes, werden die Teile durch die
Schweißmaschine während einer vorgegebenen Zeitdauer weiter
hin aneinander gepreßt. Dadurch wird eine Erstarrung eines
zwischen den Teilen aufgeschmolzenen Bereiches ermöglicht,
wodurch eine dauerhafte Verbindung erreicht wird. Eine Über
wachung dieser Zeitdauer, in der die Schweißmaschine die
Teile nach Beendigung des Schweißzeitintervalls aneinander
preßt, erfolgt vorzugsweise über ein nach dem Schweißzeit
intervall gemessenes Signal. Dabei wird überwacht, ob die
Zeitdauer hinreichend lang zur Herstellung einer Punkt
schweißverbindung mit ausreichender Qualität ist. Die Zeit
dauer wird dann als hinreichend lang beurteilt, wenn mit dem
Signal eine in der Punktschweißverbindung freiwerdende
Erstarrungswärme, welche die Erstarrung des zwischen den
Teilen aufgeschmolzenen Bereiches widerspiegelt, erfaßt wird.
Diese Überwachung liefert somit ein Kriterium zur Beur
teilung, ob die Zeitdauer hinreichend lang ist.
Zur Herstellung einer Punktschweißverbindung mit aus reichen
der Qualität ist es darüber hinaus notwendig, daß von der
Schweißmaschine während des Schweißzeitintervalles eine
elektrische Leistung eingespeist wird, die ein Aufschmelzen
eines Bereiches und dadurch eine feste Verbindung zwischen
den Teilen ermöglicht. Eine Überwachung dieser eingespeisten
Leistung erfolgt vorteilhafterweise über ein nach Beendigung
des Schweißzeitintervalles gemessenes Signal. Die
elektrische Leistung wird dabei als ausreichend beurteilt,
wenn eine mit dem Signal erfaßte in der Punktschweißver
bindung freigesetzte Erstarrungswärme einen vorgegebenen Wert
übersteigt. Die Erfindung geht dabei davon aus, daß der Wert
der freigesetzten Erstarrungswärme eindeutig die Größe des
zwischen den Teilen aufgeschmolzenen Bereiches wiedergibt.
Die Erstarrungswärme wird dabei günstigerweise über einen aus
dem Signal an der Punktschweißverbindung bestimmten
Temperaturverlauf ermittelt.
Mit großem Vorteil eignet sich das Verfahren zur Überwachung
einer Schweißmaschine, bei der mit zwei an sich gegenüber
liegenden Seiten der Teile angeordneten Elektroden die Punkt
schweißverbindung hergestellt wird. Dabei wird ein zuge
höriges elektrisches Signal zwischen jeder der beiden Elek
troden und dem jeweils zugeordneten Teil gemessen und aus
diesen beiden elektrischen Signalen ein Mittelwert gebildet.
Für eine Schweißmaschine, bei der der Schweißstrom ein
Wechselstrom ist und die Elektroden über einen Transformator
quasi widerstandslos miteinander verbunden sind, kann eine
Bildung des Mittelwertes des elektrischen Signals, insbeson
dere einer thermoelektrischen Spannung, ohne vorherige Mes
sung der einzelnen Signale erfolgen. Für eine Schweiß
maschine, bei der der Schweißstrom ein Gleichstrom ist und
bei der die Elektroden über ein widerstandsbehaftetes elek
trisches Element, beispielsweise eine Diode mit einem Durch
gangswiderstand in der Größenordnung von 5 Ohm, miteinander
verbunden sind, erfolgt eine getrennte Messung der
zugehörigen thermoelektrischen Spannung, gegebenenfalls mit
anschließender Mittelwertbildung. Dieser Mittelwert dient
dann als Grundlage der Überwachung. Bei unterschiedlich
geformten Elektroden kann es günstig sein, das Signal der
einen Elektrode zur Überwachung der Schweißmaschine und das
Signal der anderen Elektrode als Kontrollsignal zu verwenden.
Weiterhin ist mit zwei unterschiedlich geformten Elektroden
eine asymmetrische Lage einer Schmelzzone zwischen den Teilen
möglich. Die Kontaktfläche der einen Elektrode, der dünnen
Elektrode, mit den Teilen ist günstigerweise kleiner als die
Kontaktfläche der anderen Elektrode, der dicken Elektrode,
mit den Teilen. Während des Schweißzeitintervalls erfolgt in
der Umgebung der dünnen Elektrode eine stärker Erwärmung der
Teile als in der Umgebung der dicken Elektrode. Dadurch liegt
die Schmelzzone näher an der dünnen als an der dicken
Elektrode. Dies kann besonders beim Verschweißen von Teilen
mit unterschiedlicher Dicke von Vorteil sein. Die Lage der
Schmelzzone hängt dabei unter anderem von dem Verhältnis der
Kontaktfläche der dünnen Elektrode mit der Kontaktfläche der
dicken Elektrode ab. Eine Änderung der Kontaktfläche der
dünnen Elektrode, insbesondere eine Vergrößerung durch
Abnutzung, die unter Umständen durch eine Abfolge einer
Mehrzahl von Schweißungen erfolgt, kann durch die Lage der
Schmelzzone aus einem Vergleich mit Referenzschweißungen
bestimmt werden. Eine Referenzschweißung wird beispielsweise
für ein konstantes, bekanntes Verhältnis der Kontaktflächen
sowie genau bekannten Parametern der Schweißmaschine durch
geführt. Dabei wird über eine getrennte Messung der thermo
elektrischen Spannungen der Elektroden nach Beendigung des
Schweißzeitintervalls je ein Referenztemperaturverlauf an der
jeweiligen Elektrode bestimmt. Die beiden Referenztemperatur
verläufe geben das Verhältnis der Kontaktflächen an, so daß
bei Kenntnis der Kontaktfläche der dicken Elektrode auch die
Kontaktfläche der dünnen Elektrode bekannt ist und umgekehrt.
Über die Lage der Schmelzzone, welche beispielsweise aus den
Temperaturverläufen an den Elektroden bestimmt wird, kann,
insbesondere durch Vergleich mit Referenzschweißungen, beson
ders vorteilhaft eine Überwachung der Abnutzung zumindest
einer der Elektroden durchgeführt werden.
Die Überwachung der Schweißmaschine mittels des außerhalb des
Schweißzeitintervalls gemessenen Signals kann ggf. mit einem
während des Schweißzeitintervalls gemessenen Schweißsignal,
beispielsweise der Schweißspannung oder des Schweißstromes,
ergänzt werden. Mit diesem Schweißsignal kann beispielsweise
die gesamte während des Schweißzeitintervalles in die Teile
eingespeiste Leistung oder der elektrische Widerstand
zwischen den Elektroden und den Teilen bestimmt werden. Dies
ergibt in Kombination mit dem außerhalb des Schweißzeit
intervalls gemessenen Signal weitere Informationen zur Über
wachung der Schweißmaschine.
Vorteilhaft ist eine Anwendung des Verfahren zur Regelung der
Schweißmaschine, insbesondere bei einer Herstellung einer
Mehrzahl von Punktschweißverbindungen. Eine Regelung erfolgt
dabei über die aus dem außerhalb des Schweißzeitintervalls
gemessenen Signal gewonnenen Informationen über die Schweiß
maschine sowie ggf. aus den Informationen über die Schweiß
maschine, welche aus dem während des Schweißzeitintervalls
gemessenen Schweißsignal bestimmt werden. Besonders bei einer
zeitlichen Abfolge von Schweißungen, wie sie in automatisier
ten Fertigungsprozessen, beispielsweise in der Automobil
industrie, durchgeführt werden, ist eine Regelung der
Schweißmaschine für eine einwandfreie und schnelle Durch
führung der Schweißungen besonders vorteilhaft. Eine Regelung
der Schweißmaschine derart, daß die mit der zeitlichen
Abfolge von Schweißungen hergestellten Punktschweißverbin
dungen eine ausreichende Qualität aufweisen, macht eine
nachträgliche Qualitätsüberprüfung entbehrlich und verringert
darüber hinaus deutlich den Ausschuß. Dies ist mit dem
Verfahren besonders einfach durchführbar, da ein nach
Beendigung des Schweißzeitintervalls gemessenes Signal direkt
zur Qualitätsbeurteilung herangezogen und die Regelung der
Schweißmaschine dadurch so ausgelegt werden kann, daß eine
neue Schweißung von der Qualität der vorhergehenden
Schweißungen abhängig gemacht wird.
Ein vor dem Schweißzeitintervall gemessenes Signal wird dabei
zur Steuerung des Einschaltens des Schweißstromes verwendet.
Mit dem Signal wird ermittelt, ob der elektrische Kontakt
zwischen der Elektrode und dem sie berührenden Teil bei
gegebener Einstellung der Schweißmaschine für die Herstellung
einer Punktschweißverbindung mit ausreichender Qualität
hinreichend ist. Ist der Kontakt hinreichend, so wird der
Schweißstrom eingeschaltet. Ein eventuell gleichzeitig ermit
telter Defekt in der Kühlung der Elektrode kann darüber
hinaus als Kriterium für ein Unterbrechung der Abfolge von
Schweißungen verwendet werden.
Ein nach Beendigung des Schweißzeitintervall gemessenes
Signal wird zur Regelung bestimmter Parameter der Schweiß
maschine, beispielsweise der Zeitdauer, in der die Teile
aneinander gepreßt werden, oder der während des Schweißzeit
intervalls eingespeisten elektrischen Leistung, verwendet.
Die Parameter werden dabei so geregelt, daß insbesondere bei
einem hinreichenden elektrischen Kontakt zwischen der
Elektrode und den Teilen, mit der Schweißung eine
Punktschweißverbindung ausreichender Qualität erzeugt wird.
Dies ist insbesondere in automatisierten Fertigungsprozessen
von Vorteil, da dadurch die Produktivität deutlich erhöht
werden kann. Für die Regelung eines Parameters der
Schweißmaschine kann darüber hinaus auch ein während des
Schweißzeitintervalls gemessenes Schweißsignal verwendet
werden.
Zur Durchführung des Verfahrens eignet sich vorteilhafter
weise eine Vorrichtung mit zumindest einem zwischen den
miteinander zu verschweißenden Teilen und der Elektrode
einschaltbarem Meßgerät, insbesondere einem Spannungsmeßgerät
und einer diesem nachgeschalteten Auswerte- und Regelungsein
richtung. Das Meßgerät sowie die Auswerte- und Regelungsein
richtung können dabei in einigem Abstand von der Punkt
schweißverbindung, beispielsweise in einem zu der Schweiß
maschine gehörenden Gehäuse, angeordnet sein. Darüber hinaus
kann die Auswerte- und Regelungseinrichtung für eine
Speicherung der gemessenen Signale oder der aus diesen
Signalen abgeleiteten Meßergebnissen sowie für eine Über
tragung des Signals oder der Meßergebnisse vorgesehen sein.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nebst
Schweißmaschine und zu verschweißenden Teilen ist in der
Zeichnung schematisch dargestellt, wobei nur die zur Er
läuterung der Zeichnung notwendigen Komponenten gezeigt sind.
Zwei Teile 1, 2, beispielsweise Stahlbleche, werden durch eine
Punktschweißung miteinander verbunden, indem zwei Elektroden
3, 4, die beispielsweise aus Kupfer bestehen, einander gegen
überliegend mit den durch die Schweißmaschine aneinander
gepreßten Teilen 1, 2 in Kontakt gebracht werden. Während
eines Schweißzeitintervalles wird ein von einer Wechsel
stromquelle 9 erzeugter Schweißstrom über die Elektroden 3, 4
in die miteinander zu verschweißenden Teile 1, 2 eingeleitet.
Hierdurch entsteht die Punktschweißverbindung 5. Beim Erstar
ren der zunächst vorliegenden Schmelze werden die Teile 1, 2
dauerhaft miteinander verbunden. Die Stärke des Schweiß
stromes wird während des Schweißzeitintervalles mit Hilfe
eines Ampèremeters 6 gemessen. Außerhalb des Schweißzeit
intervalles wird mit den Spannungsmeßgeräten 7, 8 eine elek
trische Spannung, insbesondere eine thermoelektrische Span
nung oder eine zu einem Leckstrom korrespondierende Leckspan
nung, gemessen. Die gemessene elektrische Spannung wird einer
Auswerte- und Regelungseinrichtung 10 zugeführt. In dieser
Auswerte- und Regelungseinrichtung 10 wird beispielsweise
eine thermoelektrische Spannung von einer Leckspannung
getrennt und aus der thermoelektrischen Spannung eine
Temperatur an der Punktschweißverbindung 5 vor und nach dem
Schweißzeitintervall bestimmt. Die Temperatur vor Beginn des
Schweißzeitintervalles dient der Überwachung der Kühlung der
Elektrode 3, 4, und die nach Beendigung des Schweißzeit
intervalls bestimmte Temperatur dient der Erfassung der
Erstarrung der in der Punktschweißverbindung 5 vorliegenden
Schmelze, wodurch die in die Punktschweißverbindung 5 während
des Schweißzeitintervalles eingespeiste elektrische Leistung
sowie die Zeitdauer in der die Teile aneinandergepreßt
werden, überwacht werden. Die in der Auswerte- und Regelungs
einrichtung 10 ermittelten Überwachungsergebnisse werden zur
Regelung der Schweißmaschine beispielsweise einer Schalter
einrichtung 11 der Schweißmaschine zugeführt, wobei der
Beginn des Schweißzeitintervalles, die Länge des Schweißzeit
intervalles sowie der Schweißstrom und/oder eine Schweiß
spannung geregelt werden können. Die Überwachungsergebnisse
können darüber hinaus einer hier nicht gezeigten Vorrichtung
zum Aneinanderpressen der Teile 1, 2 zugeführt werden, wobei
die Zeitdauer, in der die Teile 1, 2 aneinandergepreßt werden,
geregelt wird. Es versteht sich, daß die gemessenen Signale,
welche durch das Ampèremeter 6 und die Spannungsmeßgeräte 7, 8
sowie die daraus abgeleiteten Informationen an eine Datenver
arbeitungseinrichtung, die der übersichthalber nicht darge
stellt ist, weitergeleitet werden können. Eine Speicherung
der Informationen für eine nachträgliche Analyse der
Schweißung, insbesondere bei einer schnellen Abfolge von
Schweißungen ist weiterhin vorteilhaft.
Das Verfahren zeichnet sich durch einen sehr geringen
apparativen Aufwand in der Nähe der Punktschweißverbindung
sowie durch eine besonders einfache Durchführbarkeit aus.
Insbesondere in einem automatisierten Fertigungsprozeß, bei
dem in einer zeitlichen Abfolge eine Vielzahl von
Punktschweißverbindungen herzustellen ist, eignet sich das
Verfahren zu einer Regelung der Schweißmaschine, wobei der
Fabrikationsprozeß beschleunigt sowie der Ausschuß deutlich
verringert und dadurch die Produktivität gesteigert werden
kann.
Claims (19)
1. Verfahren zur Überwachung einer Schweißmaschine, mit der
eine Punktschweißverbindung (5) zwischen zwei miteinander zu
verschweißenden Teilen (1, 2) mittels zumindest einer mit
einem der Teile (1, 2) in Kontakt stehenden Elektrode (3, 4)
gebildet wird, wobei während eines Schweißzeitintervalls ein
Schweißstrom durch die Teile (1, 2) geleitet und außerhalb
des Schweißzeitintervalls zwischen der Elektrode (3, 4) und
den Teilen (l, 2) ein elektrisches Signal gemessenen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das
elektrische Signal als Grundlage für die Überwachung der
Schweißmaschine verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Signal
eine elektrische Spannung ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Signal
zu mehreren Zeitpunkten gemessen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß ein
zeitlicher Verlauf des Signals ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß durch die
Schweißmaschine zwischen der Elektrode (3, 4) und zumindest
einem der Teile (1, 2) ein elektrischer Kontakt hergestellt
und zumindest vor dem Schweißzeitintervall ein Leckstrom be
dingt wird, wobei ein dem Leckstrom eindeutig zugeordneter
elektrischer Widerstand bestimmt wird, mit dem eine Über
wachung des elektrischen Kontaktes derart durchgeführt wird,
daß ein ausreichender elektrischer Kontakt vorliegt, wenn der
elektrische Widerstand unterhalb eines vorgegeben Maximalwer
tes liegt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Schweißstrom ein Wechselstrom ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Elektrode (3, 4) aus einem anderen Werkstoff als das Teil (1,
2), mit dem sie durch die Schweißmaschine in Kontakt gebracht
wird, besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Über
wachung der Kühlung der Elektrode (3, 4) der Schweißmaschine,
insbesondere mit dem vor Beginn des Schweißzeitintervalls
gemessenen Signals, durchgeführt wird, derart, daß aus dem
Signal eine Temperatur der Elektrode (3, 4) bestimmt wird und
bei einem Überschreiten der Temperatur eines vorgegebenen
Wertes auf einen Defekt in der Kühlung geschlossen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeit
dauer, in der die Teile (1, 2) durch die Schweißmaschine an
einandergepreßt werden, mit dem nach Beendigung des Schweiß
zeitintervalls gemessenen Signal dahingehend überwacht wird,
ob die Zeitdauer zur Herstellung einer Punktschweißverbindung
(5) mit ausreichender Qualität hinreichend lang genug war.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Zeitdauer als hinreichend lang beurteilt wird, wenn mit dem
Signal eine in der Punktschweißverbindung (5) freiwerdende
Erstarrungswärme erfaßt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß eine
während des Schweißzeitintervalls mit der Schweißmaschine in
die Teile (1, 2) eingespeiste elektrische Leistung mit dem
nach Beendigung des Schweißzeitintervalls gemessenen Signal
überwacht wird, wobei die elektrische Leistung als aus
reichend beurteilt wird, wenn eine mit dem Signal erfaßte in
der Punktschweißverbindung (5) freigesetzte Erstarrungswärme
einen vorgegebenen Wert übersteigt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß für zwei
an sich gegenüber liegenden Seiten der Teile (1, 2) angeord
neten Elektroden (3, 4) jeweils ein zugehöriges elektrisches
Signal gemessen und aus diesen beiden elektrischen Signalen
ein Mittelwert gebildet wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß für zwei
an sich gegenüber liegenden Seiten der Teile (1, 2) angeord
neten Elektroden (3, 4) eine Überwachung der Abnutzung zumin
dest einer der Elektroden (3, 4) dadurch erfolgt, daß für jede
Elektrode (3, 4) eine zugehörige thermoelektrische Spannung
gemessen wird und aus den beiden gemessenen Spannungen die
Lage einer zwischen den Teilen ausgebildeten Schmelzzone
bestimmt wird, wobei diese Lage eine Maß für die Abnutzung
zumindest einer der Elektroden ist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich
zumindest ein während des Schweißzeitintervalls gemessenes
Schweißsignal für die Überwachung der Schweißmaschine
verwendet wird.
15. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden
Ansprüche zur Regelung der Schweißmaschine, insbesondere bei
einer Herstellung einer Mehrzahl von Punktschweißverbindungen
(5).
16. Anwendung nach Anspruch 15 , wobei das Signal zur
Regelung von Parametern der Schweißmaschine bei einer zeit
lichen Abfolge von Schweißungen verwendet wird.
17. Anwendung nach Anspruch 15 oder 16, wobei ein vor dem
Schweißzeitintervall gemessenes Signal zur Steuerung des
Einschaltens des Schweißstromes verwendet wird.
18. Anwendung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei ein
nach Beendigung des Schweißzeitintervalls gemessenes Signal
zur Regelung von Parametern der Schweißmaschine verwendet
wird, so daß durch den Schweißstrom eine Punktschweißver
bindung (5) mit ausreichender Qualität erzeugt wird.
19. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 14, mit zumindest einem zwischen den mit
einander zu verschweißenden Teilen (1, 2) und der Elektrode
(3, 4) einschaltbaren Meßgerät (7, 8), insbesondere einem
Spannungsmeßgerät, und einer dem Meßgerät (7, 8) nachgeschal
teten Auswerte- und Regelungseinrichtung (10).
Priority Applications (6)
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---|---|---|---|
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