DE69103924T2 - Bolzenschweisssystem. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Bolzenschweißsysteme mit gezogenem Bogen.
• Fehlen von richtigem Anhub oder richtiger Bogenabmessung ist das größte Einzelproblem beim gezogenen Bolzenschweißen. Die Anhubabmessung kann nachteilig durch einen Bolzen außer einer Toleranz, ein deformiertes Werkstück oder Zielmetall, eine ungeeignet eingestellte, Anhubeinstellung oder ein defektes oder beschädigtes Schweißpistolen- Kopfteil nachteilig beeinflußt werden. Da frühere Systeme das Auslösesignal direkt mit der Schweißstarteingabe verbanden, hinterließen Verfahren zum Erfassen einer schlechten Schweißung oder schlechter Schweißbedingungen, wie das Messen einer Bogenspannung und eines Bogenstroms oder das Messen der Bolzenhöhe nach dem Schweißen, die Werkstückoberfläche beschädigt mit einer Festschweißnarbe oder resultierten in einem schlecht geschweißten Bolzen auf der Oberfläche.
• Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine frühe Erfassung eines schlechten Anhubs oder einer Vorlastbemessung zu gewährleisten, so daß der Bediener nicht bei dieser schlechten Bedingung schweißen wird und damit keine Beschädigung der Werkstückoberfläche verursachen wird. Die Bedingung kann dann korrigiert werden, wobei erlaubt wird, daß der Schweißprozeß mit einem guten Anhub und guten Vorlastbedingungen wieder aufgenommen wird.
• Das US-Patent A-3,392,257 offenbart ein Bogen-Bolzenschweißsystem, das eine Bolzenschweißpistole aufweist, die einen Gleichstromhebemagnet mit einem Stator, einer Wicklung und einem Anker aufweist, und die eine Bolzengreifeinrichtung zum Anheben der Bolzengreifeinrichtung von dem Werkstück weg aufweist. Die Ankereinrichtung ist von einer Hebeanhalteposition, wo der Anker mit dem Stator in Eingriff ist, nacheinander durch eine minimale Hebespaltposition, die von der Hebeanhalteposition beabstandet ist, und eine maximale Hebespaltposition zu einer voll ausgefahrenen Position über die maximale Hebespaltposition hinaus verschiebbar, und ein Auslöser ist zu einer gewählten Position verschiebbat, um ein Auslösesignal auszugeben.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung stellen wir ein Bogen-Bolzenschweißsystem bereit, das eine Bolzenschweißpistole aufweist, die einen Gleichstromhebemagnet mit einem Stator mit einer Spule und einer Ankereinrichtung aufweist, der eine Bolzengreifeinrichtung zum Anheben der Bolzengreifeinrichtung weg von einem Werkstück aufweist. Die Ankereinrichtung ist von einer Hebeanhalteposition, wo die Ankereinrichtung mit dem Stator in Eingriff ist, nacheinander durch eine minimale Hebespaltposition, die von der Hebeanhalteposition beabstandet ist, und eine maximale Hebespaltposition zu einer voll ausgefahrenen Position über die maximale Hebespaltposition hinaus verschiebbar, und ein Auslöser ist auf eine gewählte Position verschiebbar; um ein Auslösesignal auszugeben, dadurch gekennzeichnet, daß das System weiterhin eine Einrichtung zum Empfangen des Auslösesignals und zum Ausgeben eines Schweißstartsignals, wenn sich die Ankereinrichtung zwischen der minimalen und der maximalen Hebespaltposition befindet, und eine Einrichtung zum Empfangen des Auslösesignals jedoch zum Nichtausgeben eines Schweißstartsignals aufweist, wenn sich die Ankereinrichtung zwischen der Hebeanhalteposition und der minimalen Hebespaltposition oder zwischen der maximalen Hebespaltposition und der voll ausgefahrenen Position befindet.
• Um die vorliegende Erfindung besser zu verstehen, wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel im größeren Detail beispielhaft mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben, in der:
• Figur 1 eine Anfrißansicht einer Bolzenschweißpistole zeigt, die den Hebemagnet und den Bolzeneinspannmechanismus aufweist;
• Figur 2 eine schematische Zeichnung der Steuerschaltung für die Bolzenschweißpistole ist; und
• Figur 3 eine Zeichnung der Sequenz gegenüber Vorlast für die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Bolzenschweißpistole.
• Die Bolzenschweißpistole 12 weist einen Gleichstromhebemagneten 15 mit einem Stator 14 und einem Anker 16 auf, der von einer Hebeanhalteposition, wo der Anker mit dem Stator in Eingriff ist, nacheinander durch eine minimale Hebespaltposition, eine mittlere Hebespaltposition und eine maximale Hebespaltposition zu einer voll ausgefahrenen Position verschiebbar ist, wo eine weitere Bewegung nach unten des oberen Ankerflansches 18 durch einen nach innen gerichteten, vorspringenden Anschlag 20 an dem Pistolengehäuse 22 blocklert wird. Der Anker trägt ein Spannfutter 24, das einen Bolzen 26 ergreift, und eine Tauchfeder 28 hält den gegriffenen Bolzen normalerweise in der voll ausgefahrenen Position.
• Die Schaltung (Fig. 2), die diese Anhubbemessung steuert (die TAL- Schaltung), ist über die Wicklung 15 (die Wicklung ist mit der Hebeschaltung, nicht gezeigt, verbunden, jedoch als die Hebe-CKT in Figur 2 bezeichnet) verbunden. Ein Differentialwechselstrom wird an den Hebemagneten über ein Paar Widerstände R1, R2 mit hohem Widerstand geliefert, und eine Wechselspannung tritt über den Hehemagneten auf, deren Größe direkt proportional zu dem angelegten Strom und zu der Impedanz der Wicklung 15 ist. Der angelegte Strom wird wegen des relativ hohen Widerstands der Widerstände R1, R2 konstant sein. Da sich die Impedanz der Wicklung umgekehrt zum Magnetspalt zwischen dem Stator 14 und dem Anker 16 des Magneten verhält, wird die Spannung über der Wicklung eine Funktion der Ankerposition sein. Demgemäß wird die Spannung über der Wicklung am niedrigsten sein, wenn sich der Bolzen an der voll ausgefahrenen Position befindet, und wird zunehmen, wenn der Bolzen in Richtung auf die minimale Hebeposition (siehe Figur 3) verschoben wird.
• Ein Differenzverstärker A1 ist über der Spule verbunden, um das Wechselstrompositionssigual auf eine gemeinsam bezogene Einzelendausgabe zu verstärken und umzuwandeln, welche an die Anode einer ersten Diode D1 geliefert wird. Diese Diode wandelt das Wechselstromverstärkerausgabesignal in ein analoges Gleichstromsignal um, welches die Ankerposition darstellt. Ein Kondensator C1, der mit dem Gleichstromausgang (Kathode) dieser Diode D1 und einem gemeinsamen Bezugspunkt verbunden ist, filtert das analoge Positionssignal zu einer glatten Gleitspannung, die mit dem Plus- (+)-Eingang eines ersten Komparators COM-1 und dem Minus-(-)-Eingang eines zweiten Komparators COM-2 verbunden ist. Die Endpunkte eines Eckigkeitseinstellpunkt-Potentiometers P1 sind mit einer Wechselstromreferenz und einem gemeinsamen Bezugspunkt verbunden, und dessen Schieber ist mit der Anode einer zweiten Diode D2 verbunden. Das Gleichstrom-Einstellpunktsignal dieser Diode D2 wird durch einen zweiten Kondensator C2 gefiltert, und das glatte Gleichstrom- Eckigkeitsausgabesignal ist mit dem Minus-(-)-Eingang des ersten Komparators verbunden. In ähnlicher Weise wird das Wechselstrom-Hebeeinstellpunktsignal des zweiten Potentiometers P2 in ein Gleichstromsignal durch eine dritte Diode D3 umgewandelt, und ein dritter Kondensator C3 filtert dieses Signal, so daß ein glattes Gleichstrom-Hebeeinstellpunktsignal an den Plus-(+)-Eingang des zweiten Komparators COM-2 geliefert wird. Das Eckigkeitseinstellpunkt-Potentiometer P1 wird verwendet, um den maximalen Winkeleinstellpunkt einzustellen, und das Potentiometer P2 wird verwendet, um den minimalen Hebeeinstellpunkt einzustellen.
• Demzufolge wird das Signal "Gute Eckigkeit", welches die Ausgabe des ersten Komparators COM-1 ist, von niedrig zu hoch gehen, wenn die Spannung über den maximalen Eckigkeitseinstellpunkt erhöht wird. In ähnlicher Weise wird das Signal "Guter Anhub", welches die Ausgabe des zweiten Komparators COM-2 ist, von hoch zu niedrig gehen, wenn die Spannung auf über die minimale Hebeeinstellpunktspannung erhöht wird.
• Die Signale "Gute Eckigkeit" und "Guter Anhub" sind mit den Eingängen des UND-Gatters 1 verbunden, und der Ausgang dieses UND-Gatters ist mit einem Verzögerungszeitgeber verbunden. Die Ausgabe des Zeitgebers ist über einen ersten Puffer (Puffer 1) mit der Lampe LT-1 "gute Eckigkeit und guter Anhub" verbunden. Die Ausgabe des zweiten Komparators COM-2 ist über einen zweiten umkehrenden Puffer 2 (welcher ein invertierender Puffer ist) mit der Lampe LT-2 "schlechter Anhub" verbunden. Diese Lampe LT-2 wird demgemäß eingeschaltet, wenn die Ausgabe des zweiten Komparators COM-2 auf niedrig geht. Wenn die Eckigkeit der Oberfläche (oder die Konkavität bzw. die Austiefung der Oberfläche) das zulässige Maximum übersteigt, wird das Signal "gute Eckigkeit" niedrig sein, und das UND-Gatter 1 wird niemals ein Signal an den Zeitgeber ausgeben, da dieses UND-Gatter zwei hohe Signale erfordert. Demzufolge wird die Lampe LT-1 "gute Eckigkeit und guter Anhub" niemals aufleuchten. Diese Lampen helfen dem Bediener während der anfänglichen Einstellung und beim Beseitigen von Problemen.
• Wenn der Grad einer Konvexheit über jener ist, die akzeptabel ist, wird der Spalt zwischen dem Stator und dem Anker kleiner als der minimale akzeptable Spalt sein, und demzufolge wird die Ausgabe des zweiten Komparators COM-2 von hoch nach niedrig gehen. Wiederum kann die Lampe LT-1 "gute Eckigkeit und guter Anhub" nicht in Betrieb gehen. Zusätzlich wird, wenn dieser Komparator nach niedrig geht, der zweite Puffer die Lampe LT-2 "schlechter Anhub" einschalten. Nur wenn die Oberfläche zwischen diesen zwei Extremen ist, wird die Ausgabe beider Komparatoren hoch sein, wodurch der Verzögerungszeitgeber gestartet wird. Da die gute Zone zwischen zwei schlechten Zonen (siehe Figur 3) liegt, muß der Bolzen durch die gute Anhubzone treten, um zu der schlechten Anhubzone zu gelangen. Normalerweise passiert dies schnell, und die Periode des Zeitgebers muß nur lange genug sein, so daß die gute Anhubzone ignoriert werden wird und der Betrieb der Pistole bei einer schlechten Anhubbedingung gesperrt werden kann.
• Eine Richtungsverriegelung ist bereitgestellt, um sicherzustellen, daß, wenn eine zu kleine Anhubabmessung dekodiert wird, der Bediener nicht in der Lage sein wird, diese Funktion durch ein geringfügiges Zurückziehen der Schweißpistole zu umgehen. Die Ausgabe des ersten Komparators COM-1 ist mit einem Eingang eines NAND-Gatters 1 verbunden und der Ausgang des zweiten Komparators COM-2 ist mit einem Eingang eines NAND-Gatters 2 verbunden. Diese NAND-Gatter sind in der kreuzgekoppelten Konfiguration verbunden und wirken als die Richtungsverriegelung, die eingestellt werden wird, wenn die Ausgabe des zweiten Komparators COM-2 nach niedrig geht. Um die Richtungsverriegelung rückzusetzen, muß das NAND-Gatter 1 ein neues niedriges Signal empfangen, was bedeutet, daß die Pistole zwindest bis zur Position schlechter Eckigkeit zurückgezogen werden muß und dann neu an dem Werkstück angesetzt werden muß.
• Die Ausgabe der Richtungsverriegelung (Ausgabe des NAND-Gatters 2) ist mit einem UND-Gatter 2 über einen Inverter verbunden. Diese Verbindung liefert ein Freigabesignal für das verzögerte Signal "gute Eckigkeit und guter Anhub" über ein UND-Gatter 2.
• Die Ausgabe des UND-Gatters 2 ist mit einem Eingang eines NAND- Gatters 3 verbunden und auch mit einem Eingang eines ODER-Gatters. Das Pistolenauslösesignal, das erzeugt wird, wenn der Auslöser bedient wird, ist mit dem anderen Eingang des NAND-Gatters 3 verbunden und auch mit dem anderen Eingang des ODER-Gatters. Ein NAND-Gatter 4 und ein NAND-Gatter 5 sind in der kreuzgekoppelten Formation verbunden und wirken als die Antiwiederholungsverriegelung, welche sicherstellen wird, daß der Auslöser nicht in der Ein-Position zwischen Schweißungen gehalten wird, und welche ebenso gegen ein Fehleinstellen des Eckigkeitseinstellpunktes schützt, so daß die Eckigkeitsfunktion zwischen Schweißungen ohne eine Bolzenvorlast aktiviert bleibt. Die Ausgabe des NAND-Gatters ist die Ausgabe der Antiwiederholungsverriegelung. Diese Ausgabe ist mit der Schweißstarteingabe verbunden. Dieses Signal muß auf den niedrigen Zustand rückgesetzt werden, um eine andere Schweißung zu beginnen. Dies wird durch Deaktivieren des Auslösers und durch Entfernen der Pistole von dem Werkstück vorgenommen, wobei das Eckigkeitseinstellpunkt-Potentiometer P1 in geeigneter Weise so eingestellt ist, daß die Eckigkeitsfunktion deaktiviert ist, wobei ein Niedrigsignal von dem ODER-Gatter an einem Eingang des NAND- Gatters 5 verursacht wird, was die Antiwiederholungsverriegelung zwischen jeder Schweißung rücksetzt, wobei der nächste Schweißzyklus freigegeben wird. Die Antiwiederholungsverriegelung hält demgemäß die Schweißstartausgabe auf Ein, bis sowohl die Auslösefunktion als auch die Eckigkeitsfunktion deaktiviert wird. Dies wird es dem Schweißer nicht ermöglichen, irgendwelche weiteren Schweißungen vorzunehmen, bis die Ablehnung oder die Ablehnungen gelöscht sind.

Claims (4)

1. Bolzen-Bogenschweißsystem, das eine Bolzenschweißpistole (12) aufweist, welche aufweist:

einen Gleichstrom-Hebemagnet (15) mit einem Stator (4) mit einer Wicklung und einer Ankereinrichtung einschließlich einer Bolzengreifeinrichtung zum Anheben der Bolzengreifeinrichtung (24) von einem Werkstück weg;

wobei die Ankereinrichtung von einer Hebeanhalteposition verschiebbar ist, wo die Ankereinrichtung mit dem Stator in Eingriff ist, und zwar nacheinander durch eine minimale Hebespaltposition, die von der Hebeanhalteposition beabstandet ist, und eine maximale Hebespaltposition zu einer voll ausgefahrenen Position über die maximale Hebespaltposition hinaus, und

einen Auslöser, der an eine gewählte Position verschiebbar ist, um ein Auslösesignal auszugeben,

dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin aufweist:

eine Einrichtung zum Empfangen des Auslösesignals und zum Ausgeben eines Schweißstartsignals, wenn sich die Ankereinrichtung zwischen der minimalen und der maximalen Hebespaltposition befindet, und

eine Einrichtung zum Empfangen des Auslösesignals jedoch zum Nicht-Ausgeben eines Schweißstartsignals, wenn sich die Ankereinrichtung zwischen der Hebeanhalteposition und der minimalen Hebespaltposition oder zwischen der maximalen Hebespaltposition und der voll ausgefahrenen Position befindet.

2. Bolzen-Bogenschweißsystem nach Anspruch 1, wobei die Empfangs- und Ausgabeeinrichtung aufweist:

einen Differenzverstärker mit einem Wechselstromausgang, der über die Wicklung verbunden ist,

eine Einrichtung zum Anlegen einer konstanten Spannung über die Wicklung, wodurch die Ausgabe des Verstärkers eine Funktion der Position der Ankereinrichtung sein wird, wenn die Ankereinrichtung von der Hebeanhalteposition zu der voll ausgefahrenen Position verschoben wird, und

eine Einrichtung zum Umwandeln der Wechselstromausgabe der Differenzverstärkereinrichtung in ein Gleichstromsignal, welches die Ankerposition darstellt.

3. Bolzen-Bogenschweißsystem nach Anspruch 2, weiterhin aufweisend:

eine Richtungs-Verriegelungseinrichtung zum Verhindern der Ausgabe eines Schweißstartsignals, sobald sich die Ankereinrichtung zwischen der Hebeanhalteposition und der minimalen Hebespaltposition befindet, indem die Pistole von dem Werkstück zurückgezogen wird, um dadurch die Ankereinrichtung zwischen der minimalen Hebespaltposition und der maximalen Hebespaltposition neu anzuordnen.

4. Bolzen-Bogenschweißsystem nach Anspruch 3, wobei die Empfangs- und Ausgabeeinrichtung weiterhin eine nichtwiederholende Verriegelungseinrichtung aufweist zum Verhindern der Ausgabe eines zweiten Auslösesignals, im Falle der Auslöser wird an der gewählten Position nach der Ausgabe eines ersten Auslösesignals gehalten.