DE60113908T2

DE60113908T2 - Schweissverbindungseinrichtung für Widerstandschweissen

Info

Publication number: DE60113908T2
Application number: DE60113908T
Authority: DE
Inventors: Koji Osaka-shi Fujii; Bo Jing Amagasaki-shi Hyogo Wang; Mamoru Kawanishi-shi Watanabe; Yasuhiro Kawanishi-shi Goto; Makoto Kawanishi-shi Ryudo; Kinichi Suita-shi Osaka Matsuyama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: CN1234495C; DE60113908D1; US20020008086A1; EP1145795A2; US6518536B2; CA2342520A1; JP2001276980A; CA2342520C; EP1145795A3; CN1319473A; EP1145795B1; ES2249344T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Schweissverbindungseinrichtungen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 (siehe zum Beispiel US-A-5 764 859) und insbesondere auf Verbindungseinrichtungen, in denen ein Neuronennetz eingesetzt wird, das durch die Ergebnisse von Schweissprüfungen über einen Lernprozess geschult worden ist.
Hintergrund der Erfindung
Verbindungseinrichtungen zum Widerstandsschweissen und zum Heisspressschweissen werden in grossem Umfang zur Verbindung von Stahlblechen und anderen Metallerzeugnissen verwendet. Die Wahrung hoher Qualität an den Schweissstellen wird beim Verbindungsprozess zunehmend geschätzt.
Herkömmliches Widerstandsschweissen wurde hauptsächlich bei Werkstücken aus Flussstahlblech eingesetzt, so dass Stromanomalien selten beobachtet wurden. Durch konsequent kontrollierte Schweissbedingungen konnte eine konstante Schweissqualität erreicht werden.
In der letzten Zeit sind aber statt der Flussstahlbleche oft verzinkte Eisenbleche und Hochspannungsstahlbleche verwendet worden. Wegen dieser Unterschiedlichkeit der zu verarbeitenden Materialien war es schwierig, ein zuverlässiges Verschweissen zu wahren.
Bei den auf dem Gebiet elektrischer Ausrüstungen eingesetzten Verbindungsverfahren ist das Löten schrittweise durch Schweissen und insbesondere Pressschweissen abgelöst worden, um eine grössere Verbindungsfestigkeit und eine längere Lebensdauer der Verbindung zu erreichen.
Die Herausforderung besteht in diesem Falle darin, die Qualität an sehr kleinen Verbindungsabschnitten zu kontrollieren.
In dieser sich verändernden Situation wurde ein Durchbruch erwartet, um mit höherer Genauigkeit eine gut kontrollierte Verbindungsqualität zu realisieren.
Bezüglich dieser Herausforderung sind verschiedene Verfahren entwickelt worden, die sich hauptsächlich auf das Widerstandsschweissen konzentrieren, zum Beispiel I) ein Verfahren, bei dem beurteilt wird, ob nach dem Verbinden der Verbindungszustand annehmbar ist oder nicht, und II) ein Verfahren, bei dem die Verbindungsqualität während des Verbindens kontrolliert wird.
Für das Schweissen, das die Hauptrichtung der Verbindungsverfahren darstellt, werden hierunter Beispiele von Verfahren beschrieben, die bislang entwickelt worden sind. Man wird bemerken, dass alle nachfolgenden Beispiele entweder dem ersten oder dem zweiten der oben beschriebenen Verfahren angehören.

1) Aus dem Schweissstrom und der Schweissspannung wird der Widerstand zwischen den Elektrodenspitzen berechnet, und nach der Art der Veränderungen wird beurteilt, ob ein Verbindungszustand annehmbar ist oder nicht. Ein typisches Beispiel wurde in der Japanischen Patentoffenlegung Nr. 56-158 286 offenbart.
2) Die Spannung zwischen den Elektrodenspitzen wird mit im Voraus bestimmten zeitlichen Veränderungen einer Bezugsspannung verglichen, um die Differenzen zu ermitteln. Je nachdem, ob die Differenz in einem annehmbaren Bereich liegt oder nicht, wird beurteilt, ob ein Verbindungszustand annehmbar sein sollte oder nicht. Ein typisches Beispiel wurde in der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 59-14 312 offenbart. Des Weiteren wird je nach der Spannung zwischen den Elektrodenspitzen die Wirkkomponente herausgezogen, die effektiv zur Wärmefreisetzung am Schweissabschnitt beiträgt, und das zeitliche Integral der Wirkkomponente berechnet, um zu beurteilen, ob ein Schweisszustand gut ist oder nicht. Solche Beispiele sind in der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 59-40 550 und der Japanischen Patentoffenlegung Nr. 59-61 580 offenbart worden.
3) Die Temperatur der Wärmeerzeugung wird erfasst, und je nach der Art der Temperaturänderungen wird beurteilt, ob ein Schweisszustand gut ist oder nicht. Ein typisches Beispiel wurde in der Japanischen Patentoffenlegung Nr. 1-216 246 offenbart.
4) Ultraschall wird zwischen den Werkstücken hindurchgeschickt, um die Durchlässigkeit zu erhalten, wonach beurteilt wird, ob ein Schweisszustand annehmbar ist oder nicht. Ein typisches Beispiel wurde in der Japanischen Patentoffenlegung Nr. 52-94 841 offenbart.
5) Die Positionsverschiebungen der Elektrodenspitze, die während des Schweissens beobachtet werden, werden genutzt, um die Schweissqualität zu kontrollieren. Ein typisches Beispiel wurde in der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 60-40 955 offenbart.
6) Der während des Schweissens geflossene Schweissstrom wird erfasst, um die Grenzwerte zu bestimmen, und die Grenzwerte werden überwacht, um einen Schweisszustand von einheitlich guter Qualität zu erreichen.
7) Der Schweisslinsendurchmesser wird mit einem Wärmeleitungsmodell durch einen Computer berechnet.
8) Die Temperaturverteilung eines Grundmetalls wird berechnet und daraus der Schweisslinsendurchmesser abgeschätzt. Gleichzeitig wird die Temperaturverteilung in Übereinstimmung mit der während des Schweissens beobachteten Grösse der Bewegung der Elektrodenspitze korrigiert. Im Unterschied zu den Verfahren Nr. 1 bis Nr. 7 erfolgt dies zur direkten Steuerung eines Schweissgeräts. Ein typisches Beispiel wurde in der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-16 791 offenbart.

Nun werden die in den Verfahren 1) bis 8) zu bewältigenden Probleme erörtert.
Im Verfahren Nr. 1 kann eine uneinheitliche Veränderung des Widerstands zwischen den Elektrodenspitzen durch eine Verformung am Ende der Elektrodenspitze verursacht werden, die durch den Andruck, einen dort auftretenden unwirksamen Nebenschlussstrom oder ein Werkstück aus verzinktem Eisenblech hervorgerufen wird. Das erschwert die Überwachung der Qualität der Schweissergebnisse.
Im Verfahren Nr. 2 muss die Bedingung zur Beurteilung der Schweissergebnisse jedesmal an den veränderten Schweisszustand angepasst werden, wenn sich dieser Zustand ändert, zum Beispiel wenn eine Verformung der Elektrodenspitzen durch Druck oder durch Blechdickenänderungen hervorgerufen wird. Im praktischen Gebrauch ist es daher schwierig, die Qualität der Schweissergebnisse genau zu überwachen.
Die nächsten beiden Verfahren, Nr. 3 und Nr. 4, sind problematisch, weil die Installation eines Wärmedetektors oder eines Ultraschallsenders und -empfängers auf Schweissarbeiten vor Ort nicht anwendbar ist.
Das Verfahren Nr. 5 hat ebenfalls Probleme mangelnder praktischer Anwendbarkeit, zum Beispiel I) die Installation einer Vorrichtung zur Messung der Lageverschiebung; II) Probleme einer Geräuschinvasion; III) Schwierigkeiten bei der Messung sehr kleiner Lageverschiebungen; und IV) individuelle Unterschiede der mechanischen Festigkeit zwischen Widerstandsschweissgeräten. Diese Probleme könnten Hindernisse bei Schweissarbeiten vor Ort darstellen.
Ein Verfahren, das eine mögliche Lösung für das Problem I darstellt, ist überprüft worden. Bei diesem Verfahren wird die Lageverschiebung der Elektrodenspitze über ein Ausgangssignal eines kodierenden Positionsdetektors erfasst, der in einem servogetriebenen Andrucksystem am Servomotor angebracht ist. In diesem Falle ist keine Vorrichtung für die Messung der Lageverschiebung erforderlich.
Bei diesem Verfahren könnten aber eine Verzögerung beim Ansprechen auf das Kodiererausgangssignal und eine Verbiegung von Materialien, die durch die mechanische Kraft eines Andruckmechanismus hervorgerufen wird, die für eine praktische Verwendung erforderliche Genauigkeit der Messung der Lageverschiebung stören.
Das Verfahren Nr. 6 ist wirtschaftlich und praktisch leicht zu realisieren. Mit ihm kann ein Stromausfall oder eine in einem Sekundärleiter auftretende Unterbrechung wirksam erkannt werden. Wie oben erwähnt, gibt es den Schweissarbeiten innewohnende Probleme wie eine Verformung an der Elektrodenspitze, die durch den Andruck und einen an der Elektrodenspitze auftretenden unwirksamen Nebenschlussstrom hervorgerufen wird. Dadurch sinkt die Stromdichte. Ein solcher, durch einen Stromdichteabfall hervorgerufener Qualitätsverlust an einem Schweissabschnitt kann durch das Verfahren nicht erkannt werden.
Den bisher erörterten, herkömmlichen Verfahren zufolge ist eine sehr sorgfältige Vorbereitungsarbeit für die Überwachung oder Kontrolle der Schweissqualität erforderlich, wie unten beschrieben, was grosse Anstrengungen und Erfahrungen erfordert.

a) Ausführung eines vorbereitenden Versuchs an den Schweissmaterialien vor Ort. Je nach den Ergebnissen wird die Beziehung zwischen den Beurteilungskriterien und der Schweissqualität im Voraus definiert.
b) Elektrodenandruckkraft, Schweissstrom und Schweisszeit sind die bestimmenden Elemente für die Schweissbedingungen. Die Beurteilungskriterien sollten unter Berücksichtigung der komplexen Beziehungen definiert werden.

Obwohl das Verfahren Nr. 7 keine vorbereitenden Versuche verlangt und breit anwendbar ist, ist viel Zeit erforderlich, um eine Wärmeleitungsgleichung zu lösen.
Im Verfahren Nr. 8, dessen Konzept aus dem Verfahren Nr. 7 hervorgeht, wird die Grösse der Bewegung der Elektroden zur Steuerung der Schweissgeräte eingesetzt. Dabei erheben sich lästigerweise die gleichen Probleme wie im Verfahren Nr. 5. Ferner könnte das Verfahren nicht in Situationen anwendbar sein, in denen die Schweissstelle sich an der Kante eines Werkstücks befindet oder die miteinander zu verschweissenden Werkstücke nicht genau aneinander passen.
Es kann auf US-A-5 764 859 Bezug genommen werden, das die Merkmale des Oberbegriffs der vorliegenden Erfindung offenbart. Ferner kann auf EP-A-0 765 710, JP-A-08 318 377, EP-A-0 780 186 und US-A-6 018 729 Bezug genommen werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird in den Ansprüchen definiert.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie Verbindungseinrichtungen zur Verfügung stellen kann, die in der Lage sind, auf die komplizierten Veränderungen in den Verbindungszuständen zu reagieren, die durch verschiedene Faktoren verursacht werden, die in komplexer Weise zusammenwirken. In den erfindungsgemässen Verbindungseinrichtungen wird ein Neuronennetz eingesetzt, um den Verbindungsprozess zu steuern.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie Verbindungseinrichtungen mit einem Lernprozess versehen kann, so dass die Steuerung wirtschaftlich und einfach ist. Um dies zu realisieren, sollten die Einrichtungen in der Lage sein: die aus einem physikalischen Modell abgeleitete Wärmeleitungsgleichung angenähert zu lösen, wobei eine auferlegte Genauigkeit gewahrt wird; die Zahlenrechnungen zu beschleunigen, um eine raschere Steuerung zu erreichen; und die bei den Zahlenrechnungen entstehenden Kosten zu verringern.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie Verbindungseinrichtungen zur Verfügung stellen kann, in denen ein Neuronennetzsystem für ein gut gesteuertes Verbinden eingesetzt wird. Um dies zu realisieren, sollte das System: ein dynamisches Analogmodell für ein Neuronenelement verwenden; die Affinität zwischen dem Ausgangssignal eines Neurons und der Lösung der Wärmeleitungsgleichung nutzen; die Anzahl von Eingabegössen des Neuronennetzes herabsetzen; und eine Steuerung mit höherer Genauigkeit wahren, indem Fehler in den Ausgangsdaten des Netzes selbst bei weniger Lerngrössen minimiert werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie Verbindungseinrichtungen zur Verfügung stellen kann, mit denen die Festigkeit an einem Verbindungsabschnitt berechnet wird, die dessen Verbindungsqualität unmittelbar darstellt, und mit denen dann das Schweissen in Übereinstimmung mit dem berechneten Kennwert der Verbindungsfestigkeit gesteuert wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie Verbindungseinrichtungen zur Verfügung stellen kann, deren Verbindungssteuergerät am Schweissort leicht gehandhabt und während des Schweissens jederzeit auf seinen Funktionszustand hin überprüft werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gehören zur Verbindungseinrichtung:

I) ein Detektor, der beim Schweissen den Verbindungszustand der miteinander zu verbindenden Werkstücke erfasst;
II) ein Steuergerät, das ein Ausgangssignal der Verbindungseinrichtung steuert;
III) ein Neuronennetz, das Signale an das Steuergerät übermittelt; und
IV) ein Andruckabschnitt.

Ein Ausgangssignal des Detektors wird zur Eingabeschicht des Steuergeräts geleitet. Ein Ausgangssignal von zumindest einem der das Netz aufbauenden Neuronen wird zum Eingang des Neurons zurückgeführt. Ausserdem arbeitet das Neuronennetz eine Lösung aus, die der Lösung der Wärmeleitungsgleichung ähnelt, die ein Schweissphänomen darstellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das die Systemkonfiguration gemäss einer ersten Ausführungsform anzeigt.
2 veranschaulicht ein dynamisches Analogmodell, das ein Ausgangssignal eines Neurons als Eingangssignal zum Neuron zurückführt.
3 ist ein Neuronenblockdiagramm für den Fall, wo die Schweisssteuerung über die Schweissfestigkeit erfolgt.
4 zeigt die Gestalt von Werkstücken, wie sie in der ersten Ausführungsform beschrieben werden.
5 zeigt die Beziehung zwischen einem Neuronenausgangssignal und dem Schweissergebnis (d.h. der Schweissfestigkeit) der Werkstücke.
6 zeigt ein Beispiel für Neuronenausgangssignale.
7 ist ein Blockdiagramm, das die Systemkonfiguration gemäss einer zweiten Ausführungsform anzeigt.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das Schweissprozeduren gemäss der zweiten Ausführungsform anzeigt.
9 veranschaulicht die Steuerung beim Schweissen gemäss der zweiten Ausführungsform.
10 zeigt die Beziehung zwischen den Veränderungen im Schweissstrom und den Veränderungen im Schweisslinsendurchmesser bei steigender Anzahl von Schweisspunkten.
11 ist ein Blockdiagramm, das die Systemkonfiguration gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anzeigt.
12 zeigt das Neuronennetzsystem gemäss der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13A zeigt ein Beispiel von Lehrdaten gemäss der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13B zeigt ein weiteres Beispiel von Lehrdaten gemäss der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Das Prinzip des Einsatzes einer Neuronennetztechnologie vom Rückkopplungstyp soll vor der Beschreibung jeder der bevorzugten Ausführungsformen allgemein beschrieben werden. Jede Ausführungsform beinhaltet eine eingehende Beschreibung des Schweissens als Hauptrichtung der Verbindungsverfahren und des Schweissgeräts (der Schweisseinrichtungen) als der Verbindungseinrichtungen.
Wie oben beschrieben, müssen bei der praktischen Verwendung einer Qualitätsprüfung an einem Verbindungsabschnitt und bei der Steuertechnik Probleme gelöst werden. Um solche Probleme anzugehen, wird in Übereinstimmung mit der Verbindungssteuerung der Ausführungsform zusätzlich zur Neuronennetztechnologie des herkömmlichen Vorwärtskopplungstyps eine Neuronennetztechnologie des Rückkopplungstyps auf die Schweisssteuerung angewendet.
Ein Neuron ist das Grundelement eines Neuronennetzes. Im Neuron der vorliegenden Erfindung wird ein dynamisches Analogmodell verwendet, bei dem ein Neuronenausgangssignal zu einem Eingang des Neurons zurückgeführt wird. (Siehe Seiten 9 bis 20, in: Y. Uesaka, Mathematical Foundations of Neurocomputing, Kindai Kagakusha, Juli 1997.)
Das dynamische Analogmodell kann Aufzeichnungen der Vergangenheit als Eingangssignale zur Verfügung stellen. Durch Einsatz des dynamischen Analogmodells können demnach Aufzeichnungen der thermischen Vergangenheit, die als der primäre, die Verbindungsqualität (die Schweissqualität) bestimmende Faktor in einen Verbindungsabschnitt (eine Schweissstelle) eingegeben werden, bei der Beurteilung der Verbindungsqualität (Schweissqualität) berücksichtigt werden. Aus diesem Grunde wird in dem für die vorliegende Erfindung eingesetzten Neuronennetz das rückkopplungsgetriebene dynamische Analogmodell für die Eingabeschicht verwendet, die verschiedene Daten empfängt, die sich auf den Wärmeeintrag zur Schweissstelle beziehen.
Der vorliegenden Erfindung zufolge wird eine Wärmeleitungsgleichung auf ein Widerstandsschweissgerät angewendet. In diesem Falle wird zur beschleunigten Berechnung und zur Verringerung der Kosten für die Zahlenrechnung die Wärmeleitungsgleichung auf folgende Weise gelöst.
Die Wärmeleitungsgleichung wird hierunter als Gleichung (a) gezeigt:
worin ρ der spezifische Widerstand und δ die Stromdichte ist.
Die folgende Gleichung wird abgeleitet, indem Gleichung (a) in einer diskreten Form dargestellt wird.
Gleichung (b) bedeutet, dass die Temperaturänderung auf der linken Seite die Summe von:
Wärmetransportänderung im ersten Glied auf der linken Seite und
Erwärmung durch Wärmeeintrag im zweiten Glied auf der rechten Seite darstellt. Hierbei wird unter der Annahme, dass sich die Wärme im ersten Glied auf der rechten Seite ähnlich bewegt und ändert, die folgende Gleichung abgeleitet: ∇T = –αT(0) (c)Hier R = ρl/S und V = I·R.
Im Ergebnis wird die folgende Gleichung für die Suche nach der Temperatur an der Schweissstelle erhalten: T(N) ≅ (1 – α·k·∆t/∆l)T(0) + (∆V·I·∆t)/(c·σ·S·∆l) (1)wo

T(N): = die Temperatur im Zentrum einer Schweissstelle;
T(0): = die Temperatur im Zentrum der Schweissstelle, eine Zeit ∆t vorher gemessen;
α: = die Konstante, unter der Annahme, dass der Wärmetransport und die Wärmeveränderungen in ihrer Gestalt ähnlich sind;
k: = die Wärmeleitfähigkeit eines Werkstücks;
∆l: = die Dicke der Schweissstelle;
C: = die spezifische Wärme des Werkstücks;
σ: = die Dichte;
S: = die Fläche des Strompfades;
∆V: = die Spannung für die Verbindung (Schweissspannung), die an die Schweissstelle angelegt wird;
I: = der Strom für die Verbindung (Schweissstrom), der durch die Schweissstelle geschickt wird.

Zu einer bestimmten Zeit wird also die Temperatur T(N) der Schweissstelle als die Summe der Schweissstellentemperatur eine sehr kurze Zeit ∆t vorher (erstes Glied auf der rechten Seite) und der Erwärmung durch den Wärmeeintrag während der Zeit ∆t dargestellt. Hier stellt das zweite Glied in der Klammer des ersten Gliedes auf der rechten Seite die Wärmetransportänderung dar.
Konstante α wird hier für jedes Grundmetall durch Versuche bestimmt.
Mit Gleichung (1) kann die Temperatur in einer Schweissstelle in einem einzigen Schritt berechnet werden, wodurch die Berechnung gegenüber der für Berechnungen des Standes der Technik erforderlichen Zeit beschleunigt wird. Dadurch verspricht man sich auch geringere Kosten der numerischen Berechnung.
Eine allgemeine Lösung des dynamischen Analogmodells ist durch Gleichung (2) hierunter gegeben. (Siehe Gleichung (13), Seite 19, in: Y. Uesaka, Mathematical Foundations of Neurocomputing, Kindai Kagakusha, Juli 1997.)
Eine Lösung für die Wärmeleitungsgleichung des Wärmeleitungsmodells einer Widerstandsschweissstelle ist durch Gleichung (3) hierunter gegeben. (Siehe Gleichung (6.17), Seite 235, in: T. Ouji, Fundamentals of Welding and Joining Process, Selection on Welding and Joining, Vol. 1, Sanpo Publ. Co., Juni 1996.)
Aus Gleichungen (2) und (3) ist offensichtlich, dass die Grundlagen für die Lösungen dieser Gleichungen die gleiche Gestalt haben. u(t) = τV(1 – exp(–t/τ)) (2)wo τ eine Zeitkonstante und V eine von aussen eingegebene Grösse ist. Tc/To ≅ 32/π3 × (1 – exp(–t/τ)) (3)wo τ eine Zeitkonstante, Tc die Temperatur im Zentrum der Schweissstelle und To die maximale Temperatur in der Schweissstelle ist.
Das innere Potential (das Ausgangssignal) des dynamischen Analogmodells wird als ein Parameter für den Temperaturzustand an der Schweissstelle angesehen.
Es sei angenommen, dass die Schweissbedingungen, z.B. (I) ein kleiner Variationsbereich im Durchmesser des Strompfades in der Schweissstelle; (II) eine vernachlässigbare Dickenänderung der Schweissstelle, vorgegeben sind. Unter diesen einschränkenden Bedingungen kann angenommen werden, dass zumindest der Strom für das Verbinden (der Schweissstrom) und die Spannung für das Verbinden (die Schweissspannung) als Eingabegrössen eines Neuronennetzes genügen werden.
Falls vor dem Schweissen irgendein Faktor aufgefunden wird, der den Schweisszustand beeinflusst, kann dieser Faktor zu den Eingabegrössen für das Neuronennetz hinzugefügt werden.
Mit diesem Verfahren lässt sich ein gut konfiguriertes Neuronennetzsystem, das einem Verbindungszustand (Schweisszustand) wie zum Beispiel der Gestalt eines Werkstücks und der Gestalt einer Elektrode geeignet angepasst ist, vor dem Schweissen leicht vorbereiten.
Die obige Erklärung ist beschrieben worden, indem ein Fall angenommen wurde, wo die Ähnlichkeit zwischen einer Lösung der Wärmeleitungsgleichung beim Widerstandsschweissen und einer allgemeinen Lösung des dynamischen Analogmodells ausgenutzt wird. Dies lässt sich auch auf andere Faktoren wie Licht, Erwärmung durch Laser und konvektive Erwärmung mit einem beheizten Werkzeug anwenden, indem ein anderes Neuronennetz zur Verfügung gestellt wird, das auf der gleichen Ähnlichkeit beruht. Also indem der Strom und die Spannung, die als die Faktoren beim Widerstandsschweissen dienen, durch die durch Lichteinfall erzeugte Wärme, durch einen Strahlungsdurchmesser oder durch eine Werkzeugtemperatur bei der konvektiven Erwärmung ersetzt werden. So kann ebenso wie im Fall des Widerstandsschweissens ein anderes Neuronennetz leicht aufgebaut werden. In diesem Falle kann nicht nur eine Vielfalt von Eingangsgrössen vorgegeben werden, sondern auch die Anzahl von Grössen, die für die Steuerung durch ein Neuronennetz zu erlernen sind.
Die Verbindungssteuerung (Schweisssteuerung) wird ausgeführt, indem die Verbindungsfestigkeit (Schweissfestigkeit) verwendet wird, die die Verbindungsqualität (Schweissqualität) darstellt. Daher wird für das Neuronennetz die in 3 gezeigte Neuronenform genutzt. Unter Verwendung eines dynamischen Analogmodells wird das Ausgangssignal (das innere Potential) des Neuronenelements durch die Lösung von Gleichung (4) als einer Differenzgleichung gewonnen. u(t + dt) = A0·u(t) + xi (4)wo A₀ ein Rückkopplungskoeffizient und x_i die Grösse der Eingangswertveränderung ist. Das Ausgangssignal wird durch eine sigmoide Funktion dargestellt, zum Beispiel die Funktion, die der Gleichung (5) hierunter genügt. y = B/(1 + exp(–(u – u0)w)) (5)
Mit Gleichungen (4) und (5) werden die Beziehung zwischen Schweissstrom und Schweissspannung, die in den Lehrdaten enthalten ist, die das dynamische Analogmodell versorgen, sowie die Schweissfestigkeit der Lehrdaten in das Neuronennetz eingegeben, so dass das Netz die Beziehung lernt. Die Sättigungsfestigkeit an einer Schweissstelle bestimmt B in der Gleichung. Durch Lösung der aus den Lernergebnissen abgeleiteten simultanen Gleichungen werden die unbekannten Parameter A₀, u₀ und w definiert. Das unter Verwendung von Gleichungen (4) und (5) aus dem dynamischen Analogmodell gewonnene Ausgangssignal entspricht der Schweissfestigkeit. Mit diesem Wert als Bezugswert wird es möglich, die Schweisssteuerung so auszuführen, dass die Schweissfestigkeit optimal gesteuert wird.
Mit einer solchen Konfiguration können auch die Schweissfestigkeitsdaten als Lehrdaten durch einen Lernprozess in das Neuronennetz eingeführt werden.
Wie oben beschrieben, kann ein dynamisches Analogmodell für die Steuerung verwendet werden, indem es in ein Neuronennetz eingebaut wird und die Einschränkungen bezüglich der Schweissarbeiten vorgegeben werden, die damit gesteuert werden sollen.
Um die Steuerung weitaus breiter für unterschiedliche Werkstücke anzuwenden, wird es erforderlich, das oben beschriebene dynamische Analogmodell zu korrigieren.
Physikalische Konstanten für ein Werkstück können mit den folgenden Verfahren verändert werden.

a) Veränderung eines konstanten physikalischen Faktors, der das innere Potential eines dynamischen Analogmodells beeinflusst, in Übereinstimmung mit dem Ausmass der Änderung des inneren Potentials.
b) Veränderung der Konstanten in Übereinstimmung mit einer Schweissstellentemperatur, die mit einem anderen Erfassungsverfahren bestimmt wurde, zum Beispiel einer aus einer Wärmeleitungsgleichung abgeleitete Schweissstellentemperatur oder einer aus Wärmebilddaten abgeleiteten Schweissstellentemperatur.
c) Gestaltänderungen an Werkstücken; eine Dickenänderung der Schweissstelle kann durch Erfassung des Ausmasses der Elektrodenbewegung und des Ausmasses der Veränderung der Elektrodenkraft korrigiert werden.
d) Strompfadflächen können in Übereinstimmung mit der Schweissstellentemperatur, dem spezifischen Widerstand bei der Temperatur des in Verarbeitung befindlichen Werkstücks und des Widerstandswerts an der Schweissstelle aus dem Strom und der Spannung bestimmt werden, die zu diesem Zeitpunkt anliegen.

Die folgenden Ereignisse können ebenfalls für eine Erkennung von Zustandsänderungen der Schweissstelle zum Zweck einer Schweisssteuerung nützlich sein.
I) Eine Änderung des Geräuschs beim Schweissen; II) beim Schweissen erzeugtes Licht; III) eine auf Grund der Änderung des Geräuschs beim Schweissen geschätzte Änderung in der Zusammensetzung eines Materials; IV) die Temperaturverteilung an der Schweissstelle.
Die unter (IV) erwähnte Temperaturverteilung kann zum Beispiel aus dem Ausmass der Elektrodenbewegung gewonnen werden, und das Verfahren ist in der vorerwähnten Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-16 791 offenbart worden.
Mit den oben beschriebenen Verfahren zur Änderung von physikalischen Konstanten kann die Konstante α in Gleichung (1) für jedes Verbindungsmaterial (Schweissmaterial) geeignet korrigiert werden.
Eine zerstörende Prüfung der Schweissstellen ist hauptsächlich durchgeführt worden, um zu prüfen, ob das Schweissgerät am Schweissort richtig arbeitet oder nicht. Dies zu tun verlangt ein hohes Mass an aus praktischen Erfahrungen abgeleitetem Sachverstand. Beurteilungen vor Ort sind deshalb keine leichte Arbeit gewesen.
Wie zuvor beschrieben, zeigt ein Ausgangssignal (das innere Potential) eines in ein Neuronennetz eingebauten dynamischen Analogmodells einen Wert an, der für die Sättigungsfestigkeit einer Schweissstelle steht. Das vom Neuronennetz gelieferte innere Potential wird als ein Schweissbewertungsindex bestimmt.
Durch Untersuchung einer Farbveränderung an der Schweissstelle während des Schweissens wird eine Tabelle der Entsprechung zwischen Schweissbewertungsindex und Farbveränderung zusammengestellt. Überprüfungen, die auf der Entsprechungstabelle beruhen, liefern ein gutes Verständnis des Vor-Ort-Schweissens.
Weiter kann die Qualitätsprüfung der Schweissarbeit so ausgeführt werden, dass das die Schweissstelle darstellende Bild, das einer Bildverarbeitung unterworfen worden ist, nach der Farbinformation ausgewertet wird. Dadurch kann der Schweissfortschritt bei laufender Arbeit des Schweissgeräts überprüft werden.
Daneben ist die Entsprechungstabelle nützlich, um eine hohe und gleichbleibende Schweissqualität zu gewährleisten. Wenn der Schweissbewertungsindex oder die Farbveränderung ausserhalb des annehmbaren Bereichs liegen, wie er in der Tabelle angezeigt wird, können das Schweissgerät oder andere Geräte und das in Verarbeitung befindliche Werkstück daraufhin untersucht werden, ob im Prozess etwas falsch gelaufen ist.
Nun wird ein Fall beschrieben werden, wo ein dynamisches Analogmodell zur Steuerung des Schweissens einer Schweissstelle verwendet wird.
Wie oben erklärt, dient das innere Potential eines dynamischen Analogmodells als Bewertungsindex für eine Schweissstelle. In diesem Falle ist das innere Potential als eine Funktion der Zeit gegeben.
Beim Widerstandsschweissen hängt der Schweissbewertungsindex von der Menge der zugeführten Wärme ab, d.h. vom Schweissstrom und von der Schweissspannung. Dies trifft auch auf Schweissen mit Licht oder Laser zu.
Beim Widerstandsschweissen kann der Schweissstrom als ein äusserer Eingangswert festgelegt werden. Andererseits kann die Schweissspannung als eine Funktion dargestellt werden, in der der Schweissstrom als Variable vorliegt, während der Schweissprozess überwacht wird.
Bei fortschreitendem Schweissen wird durch Bezugnahme auf den berechneten Schweissstellenbewertungsindex aus dem Schweissstromwert zu einer vorbestimmten Zeit der fortschreitenden Arbeit und einem vorhergesagten Wert der Schweissspannung, dargestellt mit dem Schweissstrom als einer Variablen, ein für den Abschluss der Schweissarbeit vorhergesagter Wert des Schweissstellenbewertungsindex berechnet.
Wenn der vorhergesagte Wert von dem Zielwert des Schweissstellenbewertungsindex, der bei Abschluss der Schweissarbeit erreicht werden soll, abweicht, wird der Schweissstrom verändert, um die beiden Werte einander zu nähern.
Der Vergleich der beiden Werte kann als ein Anhaltspunkt zur Festlegung der Schweisszeit dienen; wenn der Schweissstellenbewertungsindex vor einer im Voraus bestimmten Abschlusszeit über dem Zielwert liegt, kann das Schweissen abgekürzt werden; wenn der Index zur im Voraus bestimmten Abschlusszeit den Zielwert nicht erreichen würde, kann das Schweissen ausgedehnt werden.
Indem der Vergleich zwischen den beiden Werten bis zur vorbestimmten Abschlusszeit immer wieder ausgeführt wird, kann der vorhergesagte Wert bei Abschluss des Schweissens näher an den Zielwert herangebracht werden. Wenn der Unterschied zwischen den beiden Werten fortbesteht, sollte die Schweisszeit angepasst werden, indem sie geringfügig länger oder kürzer festgelegt wird.
Erste Ausführungsform
Hierunter wird die erste Ausführungsform beschrieben, die keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
In dem in 1 gezeigten Widerstandswarzenschweissgerät 11 (hiernach als Schweissgerät 11 bezeichnet) wird die Schweissstelle 104 der in 4 gezeigten Werkstücke 100 und 102 zwischen (nicht gezeigte) Elektroden gefasst, und durch einen (nicht gezeigten) Andruckmechanismus wird Druck für das Warzenschweissen angelegt.
Die die Schweissbedingungen festlegende Einheit 12 bestimmt die Verbindungsbedingungen (Schweissbedingungen), legt Sollwerte für die beabsichtigte Schweissqualität im Voraus fest und erstellt Lehrdaten 16. Ansprechend auf den Ausgangssignalwert des Neuronennetzes 14 liefert die Schweissgerätesteuereinheit 13 dem Schweissgerät 11 Anweisungen zum Schweissen. In dieser Ausführungsform steuert die Steuereinheit 13 den Schweissstrom.
Hier enthält das Schweissgerät 11 einen (nicht gezeigten) Detektorabschnitt. Der Detektorabschnitt beobachtet und erfasst Verbindungszustände (Schweisszustände) am Verbindungsabschnitt (an der Schweissstelle).
Das Neuronennetz 14 umfasst ein einzelnes Neuron des dynamischen Analogtyps, das vom Schweissgerät 11 die Schweissspannung V und den Schweissstrom I empfängt, die für das Schweissen verwendet werden.
Lehrdaten 16 werden der Lerneinheit 15 zugeführt, wo ein Ausgangszielwert und ein Rückkopplungskoeffizient für das Neuronennetz 14 definiert werden. Diese Werte werden im Neuronennetz 14 eingestellt.
Jetzt wird das Funktionsprinzip gemäss der ersten Ausführungsform beschrieben.
Die die Schweissbedingungen festlegende Einheit 12 verändert die Kombination aus Schweissstrom, Schweisszeit und Elektrodenkraft; diese drei Faktoren werden hierunter als Schweissbedingungen bezeichnet. Für die Lehrdaten 16 werden die Daten bei erreichter Temperatur an der Schweissstelle verwendet.
Als weitere Faktoren, die Lehrdaten 16 definieren, können Daten über Verfärbung wegen Verbrennungsspuren auf der Oberfläche der Schweissstelle 104 verfügbar sein. Beim Einsatz dieser Daten sollte die Schweissstelle aus der durch Pfeil 106 in 4 angedeuteten Richtung auf verfärbte Bereiche auf ihrer Oberfläche untersucht werden.
Ausser den Änderungen der Schweissspannung und des Schweissstromes bei einer bestimmten Elektrodenkraft sind Änderungen in den Abmessungen der Schweissstelle ebenfalls als Lehrdaten 16 brauchbar.
Darüber hinaus erreicht die Schweissstelle 104 eine hohe Temperatur und sendet dann Licht aus. Das Licht kann auch als Lehrdaten 16 verwendet werden. Beim Laserschweissen ist das an der mit dem Laser geschweissten Stelle reflektierte Laserlicht ebenfalls als Lehrdaten 16 brauchbar.
Der Detektorabschnitt erfasst die oben beschriebenen Daten.
Die Lerneinheit 15 nimmt die Lehrdaten 16 in sich auf. Unter Verwendung einer Gruppe von Daten mit ähnlichen Schweissergebnissen und Lösung simultaner Gleichungen leitet die Einheit 15 einen Rückkopplungskoeffizienten ab.
Der für die Steuerung erforderliche Zielwert des Neuronenausgangssignals wird auf folgende Weise gewonnen.

I) Nach Berechnung des Rückkopplungskoeffizienten kann die Lerneinheit 15 Lehrdaten 16 prüfen und den Zielwert festlegen, der im Bereich von Neuronenausgangssignalwerten mit guten Schweissergebnissen liegt, die zum Beispiel durch Bewertung der Zugfestigkeit gewonnen wurden.
II) Umgekehrt kann durch Festlegung des Zielwertes der Rückkopplungskoeffizient so angepasst werden, dass die Ausgangssignaldaten den im Voraus bestimmten Zielwert erreichen.

5 zeigt die Beziehung zwischen dem Zielwert des Neuronenausgangssignals und der Zugfestigkeit, die der Schlüssel für gute Schweissergebnisse ist.
Auf 5 Bezug nehmend, wird in der ersten Ausführungsform der Bereich von Neuronenausgangssignalen [festgelegt], in dem eine erwünschte Zugfestigkeit geliefert wird. Wie aus der Figur ersichtlich, wird der Zielwert des Neuronenausgangssignals auf 90 festgelegt, wobei sich der bevorzugte Bereich des Neuronenausgangssignals über ±20 erstreckt.
6 zeigt ein Beispiel von Neuronenausgangssignalen vom Schweissbeginn bis zum Ende des Schweissens.
Die durch die Lerneinheit 15 bestimmten Werte werden in das Neuronennetz 14 eingeführt, das die Vorbereitungen für das Schweissen abschliesst.
Während des Schweissvorgangs gibt das Neuronennetz 14 die Differenz zwischen dem Zielwert des Neuronenausgangssignals und dem Neuronenausgangssignal, das während der in 6 gezeigten Arbeit geliefert wird. Die Differenz wird in die Schweissgerätesteuereinheit 13 eingegeben. Nach Empfang der Daten verändert die Steuereinheit 13 die Schweissbedingungen für das Schweissgerät 13, um die Differenz zu eliminieren, damit das erwünschte Schweissergebnis erreicht wird.
Der ersten Ausführungsform zufolge wird der Schweissstrom I verändert, um die Schweissbedingungen zu verändern.
Wenn die Schweisszeit für eine Veränderung der Schweissbedingungen verwendet wird, kann die Schweissarbeit zu dem Zeitpunkt abgeschlossen sein, wenn das Neuronenausgangssignal den Zielwert des Neuronenausgangssignals erreicht. In diesem Falle ist nur der Zielwert bei Abschluss des Schweissens von Wichtigkeit. Die Kennlinie der Werte während der Arbeit braucht nicht überwacht zu werden.
Die Elektrodenkraft kann als der Parameter zur Veränderung der Schweissbedingungen verwendet werden. In diesem Falle ist die gleiche Wirkung wie in dem oben beschriebenen Fall zu erwarten, wenn die Reaktion des Andrucksystems schneller ist.
Zweite Ausführungsform
Die zweite Ausführungsform, die keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, wird nunmehr beschrieben.
In dem in 7 gezeigten Widerstandspunktschweissgerät 21 wird die Schweissstelle 22 der Werkstücke unter Anwendung von Druck und Wärme zwischen Elektrodenspitzen gefasst, um eine Schweisslinse zu erzeugen. Die Temperaturmesseinheit 23 berechnet die Temperatur an der Schweissstelle unter Verwendung der Spannung und des Stromes, die an die Schweissstelle 22 angelegt werden, sowie von Daten (A) 26, die die spezifischen Widerstandseigenschaften des Werkstücks wiedergeben, sowie von Daten (B) 27, die die spezifische Wärme-Temperatur-Kennlinie wiedergeben.
Hier enthält das Schweissgerät 21 einen (nicht gezeigten) Detektorabschnitt. Der Detektorabschnitt beobachtet und erfasst Schweisszustände an der Schweissstelle.
Ausserdem berechnet die Einheit 23 den Widerstand Rm zwischen den Elektrodenspitzen.
Durch Vergleich des berechneten Wertes von Rm mit dem zwischen den Elektrodenspitzen gemessenen Widerstand Re bestimmt die identifizierende Verarbeitungseinheit 24 einen Strompfaddurchmesser dc und liefert diesen an die Einheit 23.
Das schätzende Steuergerät 25 steuert den Strom und die Spannung, die an das Widerstandsschweissgerät 71 angelegt werden, in Übereinstimmung mit der durch die Einheit 23 berechneten Schweissstellentemperatur.
Jetzt wird das Funktionsprinzip gemäss der zweiten Ausführungsform beschrieben.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das das Funktionsprinzip der Ausführungsform anzeigt. Die Steuersequenz der Schweissoperation wird unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
Zu Beginn der Schweissarbeit wird die Temperatur, T0, an der Schweissstelle zu 20°C angesetzt. Durch Einsetzen der Werte der Daten (A) 26 und (B) 27, des Stromes und der Spannung in Gleichung (1) wird die innere Temperatur T1 gewonnen.
Die Fläche S des Strompfades in Gleichung (1) wird so ermittelt, dass sein Durchmesser dc einen Wert von 6 mm als Anfangswert beim Schweissen hat.
Nach Berechnung der Temperatur wird der Wert R des Widerstandes an der Schweissstelle aus den gemessenen Werten der Spannung und des Stromes gewonnen, während der Widerstandswert r dann rechnerisch gewonnen wird. r = ρ × l/S (6)wo ρ der spezifische Widerstand, l die Dicke an der Schweissstelle und S die Fläche des Strompfades ist. Dann werden der Widerstandswert R an der Schweissstelle und der gemessene Widerstandswert r in ihrem Betrag verglichen. Das Ergebnis bestimmt den Wert des Durchmessers dc: I) bei R > r sollte der Wert von dc verringert werden; II) bei R < r sollte der Wert von dc erhöht werden; III) bei R = r wird der Berechnungszyklus ohne eine Veränderung des Wertes von dc fortgeführt.
Statt des anfänglich angesetzten Wertes T0 wird bei der nächsten Berechnung die berechnete innere Temperatur T1 vorgegeben. Die Daten (A) 26, d.h. die spezifischen Widerstandseigenschaften eines Werkstücks, und die Daten (B) 27, d.h. die spezifische Wärme-Temperatur-Kennlinie, sind bei der Temperatur t1 gemessene, vorgegebene Werte, während der in der vorangegangenen Berechnung bestimmte Wert für den Durchmesser dc gilt und neu gemessene Werte für Spannung und Strom verwendet werden.
Die Dichte, die Dicke der Schweissstelle und die Wärmeleitfähigkeit, die für Gleichung (1) verlangt werden, sind in den Faktoren für die Schweissbedingungen enthalten, die zu Beginn der Arbeit vorgegeben wurden.
Nach dem gleichen Vorgehen wie in der vorherigen Berechnung wird T2 berechnet und dc durch Vergleich des gemessenen Widerstandswertes R und des berechneten Widerstandswertes r bestimmt. Wenn die Schweissarbeit nicht beendet ist, wird die Steuersequenz in einem nächsten Zyklus fortgesetzt. Zur Berechnung einer sich mit der Zeit ändernden Temperatur an der Schweissstelle läuft die Schleife ab, bis die Schweissarbeit beendet ist.
Hier kann der Koeffizient α auf der Basis des Ausgangssignals der Temperaturmesseinheit 23 angepasst werden.
9A und 9B sind graphische Darstellungen, die in Übereinstimmung mit den Veränderungen in der Temperatur an der Schweissstelle die gut kontrollierte Erzeugung von Schweisslinsen veranschaulichen. Die Temperaturmesseinheit 23 berechnet, wie in 9B gezeigt, mit der oben beschriebenen Rechenprozedur fortwährend die Temperatur im Zentrum der Schweissstelle. Die Schweisslinse wurde zum Zielzeitpunkt ts erzeugt, indem der Schweissstrom in Übereinstimmung mit den Temperaturveränderungen in geeigneter Weise gesteuert wurde, wie in 9A gezeigt.
10 zeigt die Beziehung zwischen den Veränderungen im Strom und den Veränderungen im Durchmesser der Schweisslinse bei steigender Anzahl von Schweisspunkten.
Beim Konstantstromschweissen des Standes der Technik existiert die herkömmliche Grenze der Schweisslinsenerzeugung durch Abnutzung der Elektroden, die erreicht wird, wenn die Anzahl der Schweisspunkte in den Bereich von 1500 bis 2000 kommt. Mit dem Verfahren der Ausführungsform können Schweisslinsen aber noch bei mehr als 3000 Schweisspunkten gebildet werden, was bedeutet, dass die Elektrodenlebensdauer extrem verlängert ist.
In diesem Beispiel erhöhte sich der Schweissstrom von etwa 6 kA zu Beginn der Schweissarbeit bis auf 7,5 kA bei etwa 3000 Schweisspunkten.
Übrigens genügt für die Temperaturmesseinheit 23 der Ausführungsform anstelle eines teuren Geräts mit hoher digitaler Rechenleistung ein Niedrigpreisprozessor.
In der zweiten Ausführungsform wurde die berechnete Temperatur so gesteuert, dass sie zum Zielzeitpunkt den Zielwert der Temperatur erreichte. In diesem Falle war die Schmelztemperatur der Stahlbleche die Grundlage für die Zieltemperatur.
Als zusätzliche Wirkung wurde der bei der Schweissarbeit auftretende Schweissauswurf durch Steuerung einer steigenden Geschwindigkeit der berechneten Temperatur wirksam unterdrückt.
Ausführungsform gemäss vorliegender Erfindung, wie in den Ansprüchen definiert
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr beschrieben.
An der tatsächlichen Schweissstelle muss wegen eines Fehlers in den Abmessungen oder der Form jedes Werkstücks oder wegen Veränderungen in den Abmessungen durch die beim Andrücken erfolgende Verformung die Schweissarbeit oft an Kantenabschnitten eines Werkstücks ausgeführt werden.
Die Schweissarbeit an Kantenabschnitten eines Werkstücks unterscheidet sich von der Arbeit an einer normalen Stelle des Werkstücks (also nicht an der Kante) bezüglich der Wärmekapazität und der exothermen Verteilung. Daher können eine extreme Verformung oder ein Schweissauswurf, die die Schweissqualität herabsetzen, auftreten, wenn die gleichen Schweissbedingungen vorgegeben werden, die beim Schweissen an einer normalen Stelle angewendet werden. Um eine solche Situation zu bewältigen und eine höhere Schweissqualität zu erzielen, sollten die Schweissbedingungen für jede Situation in geeigneter Weise verändert werden.
Die Ausführungsform der Erfindung bedient sich zur Bewältigung der Situation eines Neuronennetzes. Das Neuronennetz beurteilt die zu schweissende Stelle und verändert automatisch die Schweissbedingungen je nach dem Zustand. Ein wichtiger Punkt bei der Beurteilung ist die Frage, ob sich die zu schweissende Stelle an einer Kante des Werkstücks befindet oder nicht. Das Neuronennetz nutzt Veränderungen in der Elektrodenkraft als Anhaltspunkte für die Beurteilung.
Das System der erfindungsgemässen Ausführungsform und sein Funktionsprinzip werden nun beschrieben.
Die Schweissstromquelle 31 in 11 enthält einen Andruckabschnitt. Das Neuronennetz 34 gibt die Rechenergebnisse an die Ausgangssignalsteuereinheit 33, die die Schweissstromquelle 31 steuert.
Unter Verwendung von Lehrdaten 36 berechnet der Lernabschnitt 35 einen Rückkopplungskoeffizienten und einen gewichteten Koeffizienten für das Neuronennetz.
Der Schweissspannungsdetektor 37, der als ein Verbindungsspannungsdetektor arbeitet, erfasst die Schweissspannung, während der Schweissstromdetektor 38, der als ein Verbindungsstromspannungsdetektor arbeitet, den Schweissstrom erfasst.
Der Andruckkraftdetektor 39 erfasst die während des Schweissens auftretenden Veränderungen in der Elektrodenkraft. Nach Empfang des Andruckkraftveränderungskennwertes vom Detektor 39 berechnet die Ausgabeeinheit 40 für den Andruckkraftveränderungskennwert den Wert, der während eines vorbestimmten Zeitintervalls seit Beginn der Schweissarbeit gemessen wurde. Das berechnete Ergebnis wird an das Neuronennetz 34 übermittelt. Die Schweisseinstelleinheit 32 stellt die Schweissbedingungen für die Ausgangssignalsteuereinheit 33 ein.
Die Schweissstromquelle 31 erfasst mit ihrem (nicht gezeigten) Andruckabschnitt ein (nicht gezeigtes) Werkstück aus Stahl- oder Aluminiumblech und führt Widerstandsschweissen aus, indem sie in Übereinstimmung mit den Schweissanweisungen von der Schweisseinstelleinheit 32 einen Schweissstrom anlegt. Der Schweissstromdetektor 38 erfasst den an die Schweissstelle angelegten Schweissstrom. Der Schweissspannungsdetektor 37 erfasst die im Werkstück auftretende Schweissspannung und übermittelt sie an eines der Neuronen in der Eingabeschicht des Neuronennetzes 34.
Die Signale vom (nicht gezeigten) Einbaufühler des Andruckabschnitts werden dem Andruckkraftdetektor 39 zugeführt. Des Weiteren schickt die Ausgabeeinheit 40 die Ergebnisse, die mit den Werten berechnet wurden, die in einem vorbestimmten Zeitintervall nach Beginn der Schweissarbeit gemessen wurden (den Andruckkraftveränderungskennwert H) an ein anderes Neuron in der Eingabeschicht des Neuronennetzes 34.
Die Konfiguration des Neuronennetzes 34 wird nun beschrieben.
Das Neuronennetz 34 in 12 umfasst die Eingabeschicht mit drei Neuronenelementen, die Zwischenschicht mit zwei Elementen und die Ausgabeschicht mit einem Element. Ein Ausgangssignal von einem der Neuronen in der Eingabeschicht wird zu einem Eingang des gleichen Neurons zurückgeführt. Die Eingabeschicht empfängt den Schweissstrom I, die Schweissspannung V und den Andruckkraftveränderungskennwert H vom Ausgabeorgan 40 für Andruckkraftveränderungskennwerte.
Der Kennwert H wird gewonnen, indem der Wert, der mit einer Verzögerung von 5 ms gegenüber dem Zeitpunkt, an dem der maximale Wert erreicht wurde, gemessen wurde, bezüglich des Maximumwertes, den die in 13B gezeigte Andruckkraftkennlinie erreicht hat, normalisiert wird. Danach wird der Kennwert H dem Neuronennetz 34 zugeführt.
Das Neuronennetz 34 wird so gesteuert, dass es bei unverändertem Ausgangssignal C die Eingabe des Kennwertes H abwartet. Daher setzt die Ausgangssignalsteuereinheit 33 die Schweissoperationen mit den durch die Schweisseinstelleinheit 32 festgelegten Schweissbedingungen fort, bis der Kennwert H empfangen wird.
Vor dem Schweissen haben die Neuronen, die den Schweissstrom I und die Schweissspannung V nach Beginn der Schweissarbeit aufnehmen sollen, einen Lernprozess erfahren. Im Lernprozess werden Lehrdaten 36 und der durch die Lerneinheit 35 bestimmte Rückkopplungskoeffizient A0 verwendet. Gewichtete Koeffizienten wij und vij werden nach Lehrdaten 36 im Voraus durch den Lernabschnitt 35 bestimmt.
Nach Empfang des Kennwertes H verändert das Neuronennetz 34 das Ausgangssignal C mit diesen im Voraus bestimmten Koeffizienten. Die Ausgangssignalsteuereinheit 33 steuert in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal C den Schweissstromwert, damit die Schweissstromquelle 31 die Schweissbedingungen verändert.
13A und 13B sind Beispiele für Lehrdaten 6 der Ausführungsform der Erfindung.
Wie in 13A gezeigt, wird während der Schweissarbeit ein Satz von Strom- und Spannungsdaten dem für den Lernprozess des Neuronennetzes 34 verantwortlichen Neuron zugeführt. In anderen Worten werden mehrere Arten von Daten für den Strom als Funktion der Schweisszeit und für die Spannung als Funktion der Schweisszeit dem Neuron zugeführt. Hier wird der die Zugfestigkeit darstellende Wert als Kriterion zur Bewertung von Schweissergebnissen verwendet, und der Rückkopplungskoeffizient A0 wird definiert (A0 = 0,94 für diese Ausführungsform).
13B zeigt die Veränderung der Andruckkraft während der Schweissarbeit. Aus 13B geht hervor, dass sich die Andruckkraftänderungskennlinie ändert, wenn sich die zu schweissende Stelle der Kante eines Werkstücks nähert, indem sich die Gestalt von Kurve 41 bis Kurve 44 verändert.
Was den maximalen Wert der Andruckkrafikennlinie betrifft, so wird Kennwert H erhalten, indem der Wert, der mit einer Verzögerung von 5 ms gegenüber dem Zeitpunkt gemessen wird, an dem der maximale Wert erreicht wurde, normalisiert und dann dem Neuronennetz 34 zugeführt wird.
Ein Personalcomputer (PC) wird als Lerneinheit 35 verwendet. Der PC enthält ein Programm zum Lernen von Daten aus der Vergangenheit sowie ein Lernprogramm zur Berechnung von gewichteten Koeffizienten für ein typisches statisches Analogmodell, das eine Eingabeschicht, eine Zwischenschicht und eine Ausgabeschicht umfasst. Die gewichteten Koeffizienten werden mit dem Backpropagation-Verfahren berechnet.
Bei Schweissarbeiten des Standes der Technik sind Fehler in der Positionierung von zusammenzuschweissenden Werkstücken, wie zuvor erwähnt, wegen ihrer Gestaltvariabilität oft aufgetreten. Ausserdem haben an der Kante eines Werkstückes ausgeführte Schweissarbeiten manchmal zu Spritzern geschmolzenen Metalls, d.h. zu einem Schweissauswurf an der Schweissstelle und zu Funkenbildung um die Stelle herum geführt. Der Auswurf kann bewirken, dass Spritzer in der Schweissausrüstung verbleiben und die Zuverlässigkeit des Geräts einschliesslich der Schweisseinheit beeinträchtigen.
Der erfindungsgemässen Ausführungsform zufolge können aber bei an der Kante eines Werkstücks auszuführenden Schweissarbeiten die Schweissbedingungen (der Schweissstrom, die Schweissspannung und die Elektrodenkraft) der Schweissstelle angepasst rasch abgesenkt werden, wobei Auswurf im Wesentlichen eliminiert wird. Ausserdem erreicht die Schweissfestigkeit einen zufriedenstellenden Grad.
Obwohl in der Ausführungsform der Erfindung die Andruckkraftveränderungskennlinie für den Lernprozess an einer Schweissstelle verwendet wird, steht auch der Betrag der Elektrodenverschiebung, d.h. der Betrag der Elektrodenbewegung als eine brauchbare Grösse zur Verfügung. Um Ergebnisse auf höherem Niveau zu erzielen, sind Aufnahmen mit einer CCD-Kamera wirksam. In Übereinstimmung mit dem durch die Kamera aufgenommenen Bild von der Schweissstelle kann die Schweissstelle dem Neuronennetz direkt zugeführt werden.
Wie oben beschrieben, liefert die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile.

1) Sie liefert ein wandlungsfähiges Steuerverfahren, das auf Veränderungen in komplexen Verbindungszuständen (Schweisszuständen) anspricht.
2) Sie beschleunigt Zahlenrechnungen; realisiert eine höhere Steuergeschwindigkeit und verlangt eine preisgünstige Vorrichtung für die Zahlenrechnungen; und liefert ein wirtschaftliches und von Lernprozessen freies Steuerverfahren.
3) Sie minimiert die Anzahl von Eingabegrössen für das Neuronennetz; sie minimiert den Fehler des Netzausgangssignals mit weniger Lerngrössen, mit dem Ergebnis, dass die Verbindungseinrichtungen eine hohe Verbindungsfähigkeit mit einem wirksamen Lernprozess besitzen.
4) Sie realisiert eine praktischere Verbindungssteuerung.
5) Sie liefert eine wandlungsfähige Verbindungssteuerung, mit der ein gutes Ergebnis bei höherer Genauigkeit erreicht werden kann.
6) Sie liefert eine einfache Handhabung der Verbindungssteuereinrichtungen am Verbindungs-(Schweiss-)ort sowie ein Verfahren zur Bestätigung des Arbeitszustandes der Ausrüstung.
7) Sie verspricht eine höhere Verbindungsqualität und einen höheren Fertigungstakt.

Claims

Schweissverbindungseinrichtung zum Widerstandsschweissen, umfassend: a) einen ersten Detektor (37, 38), um den Verbindungszustand eines Verbindungsabschnitts zu erkennen, wenn Werkstücke einem Verbindungsverfahren unterworfen werden; b) ein Steuergerät (33), um die Ausgangsleistung der Verbindungseinrichtung zu steuern; c) ein Neuronennetz (14), das mit seiner Eingabeschicht ein Ausgangssignal vom ersten Detektor aufnimmt und Signale zum Steuergerät ausgibt, d) einen Anpressabschnitt, gekennzeichnet durch: (e) einen Anpresskraftdetektor (39), um die Andruckkraft einer Elektrode zu erfassen, die erzeugt wird, wenn die Werkstücke dem Verbindungsverfahren unterworfen werden; und das Neuronennetz (34) ist ausgelegt I) in Übereinstimmung mit einer Ausgangskennlinie einer Wärmeleitungsgleichung, II) um an seiner Eingabeschicht einen Andruckkraftveränderungskennwert (H) zu empfangen, der auf das Ausgangssignal des Andruckkraftdetektors (39) anspricht und eine Änderung der Andruckkraft der Elektrode anzeigt, III) um auf der Basis des Andruckkraftänderungskennwertes (H) zu erkennen, ob sich ein zu schweissender Abschnitt an einer Kante des Werkstücks befindet; und IV) um je nachdem, ob festgestellt wurde, dass sich der zu schweissende Abschnitt an der Kante des Werkstücks befindet oder nicht, ein Ausgangssignal des Neuronennetzes zu ändern; und das Steuergerät (33) ist ausgelegt, um ansprechend auf die Änderung im Ausgangssignal des Neuronennetzes (34) eine Schweissbedingung zu verändern.
Verbindungseinrichtung, wie in Anspruch 1 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Grössen: Strom für die Verbindung, Spannung für die Verbindung, erzeugtes Licht, Temperatur, Schall, Änderungen in der Zusammensetzung der Werkstücke und Bewegung der Elektroden, die am Verbindungsabschnitt beobachtet werden, am ersten Detektor erfasst wird.
Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Neuronennetz (14) einen Kennwert für die Verbindungsstärke berechnet.
Verbindungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Information über die Verfärbung des Werkstücks für einen dem Neuronennetz zur Verfügung gestellten Lernprozess eingesetzt wird.
Verbindungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktion auf ein Ausgangssignal des Neuronennetzes ein Koeffizient in einer charakteristischen Gleichung des Neuronennetzes angepasst wird.
Verbindungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Andruckabschnitt einen Andruckmechanismus umfasst, der Druck auf die Werkstücke ausübt, wenn sie miteinander verbunden werden, und ein Koeffizient in der charakteristischen Gleichung eines Neuronennetzes als Reaktion auf mindestens eine der Grössen: I) Verschiebung zwischen den Werkstücken oder II) Andruckkraft, beide durch den Andruckmechanismus hervorgebracht, in geeigneter Weise verändert wird.
Verbindungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Koeffizient in einer charakteristischen Gleichung des Neuronennetzes als Reaktion auf Information über die Temperaturverteilung des Verbindungsabschnitts angepasst wird.
Verbindungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät, indem es einen Ausgangskennwert mit einem Bezugswert des Neuronennetzes vergleicht, eine Verbindungsprozedur an einem Punkt beendet, wenn das Steuergerät urteilt, dass der Ausgangskennwert den Bezugswert erreicht hat.
Verbindungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät durch Vergleich eines Ausgangskennwertes mit dem Bezugswert des Neuronennetzes während der Verbindungsprozedur eine Verbindungsbedingung so ändert, dass der Ausgangskennnwert dem Bezugswert näher rückt.
Verbindungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät durch Vergleich eines Ausgangskennwertes mit einem Zielbezugswert, der bei Fertigstellung der Verbindung erreicht werden sollte, während der Verbindungszeit und vor einem Ausgabeprozess den Betrag der Änderung in den Verbindungsbedingungen berechnet, um den Zielbezugswert zu erreichen, und zwar in Übereinstimmung mit zumindest einer der Grössen: I) den Aufzeichnungen von Ausgangskennwerten in der Vergangenheit, II) einer geschätzten Kennlinie der Veränderung der Spannung für Verbindung während einer Verbindungsprozedur, oder III) einer geschätzten Kennlinie der Veränderung der Temperatur, die am Verbindungsabschnitt während einer Verbindungsprozedur gemessen wird.
Verbindungseinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Grössen: Strom, Spannung, Leistung, Andruckkraft, Licht und Wärmeeintrag, die am Verbindungsabschnitt gemessen werden, am Steuergerät als die Verbindungsbedingung verändert wird.