Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zum Steuern des Widerstandsschweißens.
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Es wurde eine herkömmliche Aufwärtssteuerung
angewendet, um eine Konstantstromsteuerung für das
Widerstandsschweißen zu erhalten. Die Aufwärtssteuerung
ist jedoch eine grobe Steuerung, welche
fortschreitend den vorgewählten Wert des Schweißstroms für die
vorbestimmte Anzahl von Schweißvorgängen erhöht. Sie
verläßt im Wesentlichen auf die Erfahrung oder
Intuition einer Bedienungsperson zur Einstellung der
Aufwärtsgeschwindigkeit, so daß es schwierig ist, ohne
eine sehr geschickte Bedienungsperson, welche die
geeignete Einstellung vornehmen kann, die gewünschte
Schweißqualität aufrecht zu erhalten.
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Angesichts des Vorstehenden hat die japanische
Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift (Kokai) Hei7-
232280, die denselben Anmelder wie die vorliegende
Anmeldung hat, ein verbessertes Verfahren zur
Steuerung des Widerstandsschweißens vorgeschlagen, welches
eine Fuzzy-Folgerung in Abhängigkeit von jedem
Schweißvorgang durchführt und automatisch eine
Einstellung oder einen gewünschten Wert des Schweißstrom
für einen nächsten Schweißvorgang auf der Grundlage
von Ergebnissen der Fuzzy-Folgerung aktualisiert.
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Das Verfahren zum Steuern des Widerstandsschweißens
gemäß dieser Druckschrift enthält die Erfassung einer
Änderung des Widerstandes zwischen Elektroden und die
Messung des Schweißstrom und/oder der Anzahl von
Schweißvorgängen, um eine Eingangsvariable oder ein
überwachtes Signal zum Leiten der Vorderglieder der
Fuzzy-Folgerung zu erhalten. Bei einem
Ausführungsbeispiel sind die Eingangsvariablen Daten einer
erfassten Änderung des Widerstands zwischen den
Schweißelektroden. Um die Fuzzy-Folgerung durchzuführen,
bestimmt das Verfahren vorher mehrere vorhergehende
Mitgliedsfunktionen für jeweilige Grade einer
Änderung des Widerstands zwischen Schweißelektroden
während des Schweißvorgangs und ebenfalls mehrere
Schlußfolgerungs-Mitgliedsfunktionen entsprechend den
vorhergehenden Mitgliedsfunktionen für jeweilige
Grade einer Änderungsgeschwindigkeit des vorgewählten
Wertes des Schweißstroms. Im Betrieb erfasst das
Verfahren die Änderung des Widerstands zwischen den
Schweißelektroden während eines Schweißvorgangs und
korrigiert oder aktualisiert den vorgewählten Wert
des Schweißstroms für den nächsten Schweißvorgang auf
der Grundlage der erfaßten Änderung des Widerstands
gemäß den vorhergehenden Mitgliedsfunktionen und den
Schlußfolgerungs-Mitgliedsfunktionen.
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Gemäß den Prinzipien der vorgenannten
Veröffentli
chung kann das Steuerverfahren für eine Prüfumgebung
optimiert werden. Jedoch ist eine tatsächliche
Arbeitsumgebung Veränderungen aufgrund einer Änderung
der Schweißmaschinenkonfiguration, des
Werkstückmaterials, der Anzahl von Werkstücken usw. unterworfen.
Eine solche Änderung der Arbeitsumgebung kann
bewirken, daß Mitgliedsfunktionen nicht an diese angepasst
sind, was zu einem Fehler bei der Fuzzy-Folgerung
führt, so daß nachteilige Spritzer von dem Werkstück
während der Operation erzeugt werden können oder die
Schweißqualität nicht aufrecht erhalten werden kann.
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Eine wesentliche Lösung für die Probleme könnte darin
bestehen, die Mitgliedsfunktionen zu aktualisieren,
um diese selbst an eine Änderung der Arbeitsumgebung
anzupassen. Jedoch wurden Mitgliedsfunktionen der
Fuzzy-Folgerung empirisch bestimmt oder definiert auf
der Grundlage eines Gutachtens und durch Versuche.
Daher ist es, wenn sie einmal bestimmt wurden,
praktisch unmöglich oder undurchführbar, sie nochmals zu
korrigieren oder zu aktualisieren.
Zusammenfassung der Erfindung
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Angesichts der vorstehend erwähnte Probleme ist es
eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Steuern
des Widerstandsschweißens vorzusehen, welches in der
Lage ist, eine optimierte Steuerung vorzusehen oder
aufrecht zu erhalten, indem eine Fuzzy-Folgerung an
eine Änderung der Arbeitsumgebung angepasst wird ohne
die betroffene Mitgliedsfunktion zu aktualisieren
oder zu korrigieren.
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Zur Lösung der Aufgabe umfasst ein erstes Verfahren
nach der Erfindung zum Steuern des
Widerstandsschweißens die Schritte des Einstellens mehrerer erster
vorhergehender Mitgliedsfunktionen für jeweilige
Grader einer Änderung des Widerstands zwischen
Schweißelektroden im Schweißbetrieb; Einstellen mehrerer
Schlußfolgerungs-Mitgliedsfunktionen entsprechend den
vorhergehenden Mitgliedsfunktionen für jeweilige
Grade einer Geschwindigkeit der Änderung eines
vorgewählten Wertes des Schweißstroms; Erfassen der
Änderung des Widerstands zwischen den Schweißelektroden
während jedes Schweißvorgangs; und Durchführen einer
Fuzzy-Folgerung auf der Grundlage der erfaßten
Änderung des Widerstands entsprechend den vorhergehenden
Mitgliedsfunktionen und den Schlußfolgerungs-
Mitgliedsfunktionen, um den vorgewählten Wert des
Schweißstroms für den nächsten Schweißvorgang zu
korrigieren, gekennzeichnet durch den Schritt:
Versetzen der erfassten Änderung des Widerstands um
einen vorbestimmten Wert vor der Durchführung der
Fuzzy-Folgerung.
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Das vorliegende Verfahren zum Steuern des
Widerstandsschweißens nach der Erfindung führt eine Fuzzy-
Folgerung durch in Abhängigkeit von jedem
Schweißvorgang und optimiert einen vorgewählten Wert des
Schweißstroms für den nächsten Schweißvorgang. Eine
eingegebene Variable zum Leiten von Vordergliedern
der Fuzzy-Folgerung umfasst eine Versetzungsänderung
des Widerstands zwischen den Schweißelektroden, wie
erhalten durch Versetzen einer erfassten Änderung des
Widerstands um einen vorbestimmten Wert gemäß dem
ersten Verfahren. Es umfasst eine Versetzungsänderung
des Widerstands zwischen den Schweißelektroden, wie
erhalten durch Versetzen einer erfassten Änderung des
Widerstands um einen vorbestimmten Wert, und einen
Versetzungs-Schweißstrom, wie erhalten durch
Versetzen eines gemessenen Schweißstroms um einen
vorbestimmten Wert gemäß dem zweiten Verfahren. Gemäß dem
dritten Verfahren umfasst die eingegebene Variable
eine Versetzungsänderung des Widerstands zwischen den
Schweißelektroden, wie erhalten durch Versetzen einer
erfassten Änderung des Widerstands um einen
vorbestimmten Wert, und eine Versetzungszählung von
Schweißvorgängen, wie erhalten durch Versetzen einer
gezählten Anzahl von Schweißvorgängen um einen
vorbestimmten Wert. Gemäß dem vierten Verfahren umfasst
die eingegebene Variable eine Versetzungsänderung des
Widerstands zwischen den Schweißelektroden, wie
erhalten durch Versetzen einer erfassten Änderung des
Widerstands um einen vorbestimmten Wert, einen
Versetzungs-Schweißstrom, wie erhalten durch Versetzen
eines gemessenen Schweißstroms um einen vorbestimmten
Wert, und eine Versetzungszählung von
Schweißvorgängen, wie erhalten durch Versetzen einer gezählten
Anzahl von Schweißvorgängen um einen vorbestimmten
Wert. Eine Ausgangs- oder Steuervariable von
Regelschlußfolgerungen der Fuzzy-Folgerung umfasst den
vorgewählten Wert des Schweißstroms. Das Verfahren
nach der Erfindung bestimmt die Geschwindigkeit der
Änderung des vorgewählten Wertes des Schweißstroms
durch Fuzzy-Folgerung z. B. durch Max/Min-Verfahren.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die obige und andere Aufgaben und Vorteile der
Erfindung werden augenscheinlicher durch die folgende
Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in
welchen:
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Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Anordnung
einer Widerstandsschweißmaschine mit einer
Steuerung, auf welche ein Steuerverfahren
nach der Erfindung anwendbar ist;
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Fig. 2 ist ein Diagramm, welches Signalwellenformen
an verschiedenen Teilen in Fig. 1 zeigt;
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Fig. 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von
vorhergehenden Mitgliedsfunktionen für
jeweilige Grade der Größe des Schweißstroms zeigt,
die bei der Fuzzy-Folgerung gemäß der
Erfindung verwendet werden;
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Fig. 4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von
vorhergehenden Mitgliedsfunktionen für
jeweilige Grade einer Änderung des Widerstands
zwischen Schweißelektroden zeigt, welche bei
der Fuzzy-Folgerung gemäß der Erfindung
verwendet werden;
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Fig. 5 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel von
vorhergehenden Mitgliedsfunktionen für
jeweilige Grade der Anzahl von
Schweißvorgängen zeigt, die bei der Fuzzy-Folgerung gemäß
der Erfindung verwendet werden;
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Fig. 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von
Schlußfolgerungs-Mitgliedsfunktionen für
jeweilige Grade einer Änderungsgeschwindigkeit
eines vorgewählten Wertes des Schweißstroms
zeigt, die bei der Fuzzy-Folgerung gemäß der
Erfindung verwendet werden;
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Fig. 7 ist ein Diagramm, welches die Berechnung des
Schwerpunktes in der Max/Min-Regel für die
Fuzzy-Folgerung mit Versetzung gemäß der
Erfindung zeigt;
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Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Berechnung des
Schwerpunktes bei der Max/Min-Regel zeigt,
die bei der Fuzzy-Folgerung ohne Versetzung
verwendet wird;
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Fig. 9 ist eine Tabelle, welche die Steuerregel bei
der Fuzzy-Folgerung gemäß der Erfindung
zeigt;
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Fig. 10 ist ein Flußdiagramm, das die Durchführung
der Steuerung (CPU) für die Fuzzy-Folgerung
gemäß der Erfindung zeigt; und
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Fig. 11 ist ein Blockschaltbild, das eine Anordnung
einer Inverter-Widerstandsschweißmaschine
zusammen mit einer Steuerung, bei welcher
das Steuerverfahren nach der Erfindung
angewendet wird, zeigt.
Bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
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In Fig. 1 ist eine Anordnung einer Einphasen-
Wechselstrom-Widerstandsschweißmaschine zusammen mit
einer Steuerung, bei welcher das Steuerverfahren nach
der Erfindung angewendet wird, zeigt. Fig. 2 zeigt
Signal-Wellenformen bei verschiedenen Teilen in Fig.
1.
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Die Eingangsanschlüsse 10 und 12 der
Widerstandsschweißmaschine empfangen eine Wechselspannung E mit
kommerzieller Frequenz (Figur (A)). Während eines
Schweißvorgangs wird die Spannung zu der Primärspule
des Schweißtransformators 18 mittels eines einen
Kontaktgeber bildenden Paares von Thyristoren 14 und 16
geliefert. Die in der Sekundärspule des
Schweißtransformators 18 induzierte Sekundärspannung liegt an
Werkstücken 24 und 26 an über eine Sekundärleitung
und ein Paar von Schweißelektroden 20 und 22. Als
ei
ne Folge fließt ein Schweißstrom I (Fig. 2(B)) durch
den Sekundärkreis.
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Eine Ringspule 30 ist in dem Sekundärkreis
vorgesehen, um den Schweißstrom I zu erfassen. Die Ringspule
30 erzeugt ein Signal di mit einer abgeleiteten
Wellenform des Schweißstroms I. Das Ringspulen-Signal di
wird zu einer Wellenform-Wiedergewinnungsschaltung
32, die aus einem Integrator besteht, geliefert. Die
Wellenform-Wiedergewinnungsschaltung 32 gibt ein
Schweißstromsignal qi (Fig. 2(B)) aus mit der
Wellenform oder dem augenblicklichen Wert des Schweißstroms
I. Ein Analog-Digital(A/D)-Wandler 34 wandelt das
Schweißstromsignal qi in ein entsprechendes digital
Signal [Dqi] um, welches zu der CPU 100 geführt wird.
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Die CPU 100 steuert den Zündwinkel der Thyristoren 14
und 16 mittels einer Zündschaltung 38 derart, daß der
gemessene Schweißstrom qi dem vorgewählten Wert des
Schweißstroms Is von der Einstellvorrichtung 36
angepasst ist.
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Für die Steuerung des Zündwinkel senden der
Spannungsnulldurchgangs-Detektor 41 und der
Einschalt/Ausschalt-Detektor 40 Zeitsignale Tc bzw. Tz
(Fig. 2(D)) zu der CPU 100. Der
Spannungsnulldurchgangs-Detektor 41 erfasst die Nulldurchgänge der
zugeführten Spannung und erzeugt hierdurch ein
Zündsteuer-Zeitsignal Tc in der Form eines
Polaritätsumkehrenden Impulses. Der Einschalt/Ausschalt-
Detektor 40 erfasst den Anfang und das Ende des
Schweißstrom in jedem Halbzyklus aus der Spannung an
dem Thyristor, welche abfällt in Abhängigkeit von dem
Beginn des Schweißstroms und ansteigt in Abhängigkeit
von der Beendigung des Schweißstroms. Der
Einschalt/Ausschalt-Detektor 40 erzeugt ein Zeitsignal
TSH
(Fig. 2(G)) zum Abtasten/Halten und ein
Zeitsignal TR (Fig. 2(H)) zum Zurücksetzen des Integrators.
Die Kombination aus Ringspule 30, Wellenform-
Wiedergewinnungsschaltung 32, A/D-Wandler 34,
Einstellvorrichtung 36, CPU 100, Einschalt/Ausschalt-
Detektor 40, Zündschaltung 38,
Spannungsnulldurchgangs-Detektor 41 und Thyristoren 14, 16 bildet eine
Rückkopplungs-Steuerschaltung zum Aufrechterhalten
eines konstanten Schweißstroms durch die Werkstücke
20 und 22.
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Während eines Schweißvorgangs führt die vorliegende
Widerstandsschweiß-Steuervorrichtung eine
Konstantstromsteuerung durch, während zu derselben Zeit der
Effektivwert des Schweißstroms I und die Änderung des
Widerstands ΔR zwischen den Schweißelektroden 20 und
22 gemessen wird. Die CPU 100 berechnet den
Effektivwert des Schweißstroms I aus dem Schweißstromsignal
[qi], das von der Ringspule 30 durch die Wellenform-
Wiedergewinnungsschaltung 32 und den A/D-Wandler 34
geliefert wird.
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Der Stromintegrator 42, der Spannungsintegrator 44,
Abtast- und Halteschaltungen 46 und 48, A/D-Wandler
50 und 52 sowie die CPU 100 sind so angeordnet, daß
sie eine Änderung des Widerstands ΔR zwischen den
Schweißelektroden 20 und 22 für jeden Zyklus oder
jeden Halbzyklus messen.
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Der Stromintegrator 42 empfängt das
Schweißstromsignal qi von der Wellenform-Wiedergewinnungsschaltung
32. In Abhängigkeit von dem Zeitsignal TR von dem
Einschalt/Ausschalt-Detektor 40 integriert der
Stromintegrator 42 das Schweißstromsignal qi in der
positiven Polarität mit Bezug auf die Zeit für jeden
Zyklus und erzeugt so ein Stromintegralsignal Si (Fig.
2(E)). In Abhängigkeit von dem Zeitsignal TSH von dem
Einschalt/Ausschalt-Detektor 40 tastet die Abtast-
und Halteschaltung 46 den Wert [Sin] (n = 1, 2, ...)
des Stromintegralsignal Si zu der Zeit, zu der der
positive Schweißstrom i in jedem positiven Zyklus
Null wird, ab und hält diesen (siehe Fig. 2(E)). Der
A/D-Wandler 50 wandelt den abgetasteten und
gehaltenen Stromwert [Sin] in ein entsprechendes digitales
Signal [DSin] um und sendet es zu der CPU 100.
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Die Schweißelektroden 20 und 22 sind mit dem
Spannungsintegrator 44 über die
Spannungserfassungsleitungen 43 und 45 verbunden. Somit wird während eines
Schweißvorgangs die Spannung v (Fig. 2(C)) zwischen
den Schweißelektroden 20 und 22 zu dem
Spannungsintegrator 44 geliefert. In Abhängigkeit von dem
Zeitsignal TR von dem Einschalt/Ausschalt-Detektor 40
integriert der Spannungsintegrator 44 die Spannung v für
jedes Zeitintervall, in welchem ein positiver
Schweißstrom I fließt, und erzeugt hierdurch ein
Spannungsintegralsignal Sv (Fig. 2(F)).
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In Abhängigkeit von dem Zeitsignal TSH von dem
Einschalt/Ausschalt-Detektor 40 tastet die Abtast- und
Halteschaltung 48 den Wert [Svn] (n = 1, 2, ...) des
Spannungsintegralsignals Sv zu der Zeit, zu der der
positive Schweißstrom I in jedem Zyklus Null wird, ab
und hält diesen (siehe Fig. 2(F)). Der A/D-Wandler 52
wandelt das Spannungsintegralsignal [Svn] in ein
entsprechendes digitales Signal [DSvn] um und sendet es
zu der CPU 100. Aufgrund der in der Induktivität der
Widerstandsschweißmaschine induzierten Spannung kehrt
die Spannung v zwischen den Schweißelektroden ihre
Polarität in der letzten Hälfte jedes Halbzyklus des
Schweißstroms um. Jedoch tritt die induzierte
Spannung nahezu gleich in beiden Polaritäten auf. Somit
hebt die Integration der Spannung v die induzierte
Spannungskomponente auf, so daß der
Spannungsintegralwert [Svn] einen korrekten Integralwert der
Restspannung zwischen den Schweißelektroden anzeigt.
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Entsprechend dem im Speicher 54 gespeicherten
Programm berechnet die CPU 100 den Widerstand Rn
zwischen den Schweißelektroden für jeden Zyklus durch
Teilen des abgetasteten und gehaltenen
Spannungswertes [Svn] durch den abgetasteten und gehaltenen
Stromwert [Sin]. Dann berechnet die CPU 100 die
Differenz des Widerstands ΔR (= Rn - Rn-1) zwischen dem
Widerstand des gegenwärtigen Zyklus und dem des
vorhergehenden Zyklus. Im Allgemeinen fällt, wenn ein
Spritzen aufgetreten ist, der Widerstand zwischen den
Schweißelektroden abrupt, so daß eine relativ große
Differenz ΔR des Widerstands erfasst wird. Bei diesem
Ausführungsbeispiel ist das Maximum der Differenz ΔR
jede Zyklus als ein repräsentativer Wert der Änderung
des Widerstandes des gegenwärtigen Schweißvorgangs
auszuwählen.
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Die CPU 100 zählt die Anzahl der Schweißvorgänge N,
in welche die Schweißelektroden 20 und 22 einbezogen
sind. Die Anzahl N wird jedes Mal, wenn ein
Schweißvorgang endet, um eins auf N = N + 1 erhöht.
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Auf diese Weise wird bei dem Ausführungsbeispiel für
jeden Schweißvorgang die Änderung des Widerstands ΔR
erfasst, der Effektivwert des Schweißstroms I
gemessen und die Anzahl von Schweißvorgängen N gezählt.
Dann werden bei dem Ausführungsbeispiel diese drei
Faktoren ΔR, I und N um vorbestimmte Werte versetzt
und eine Fuzzy-Folgerung auf der Grundlage der
versetzten Werte durchgeführt, um den vorgewählten Wert
des Schweißstroms für den nächsten Schweißvorgang zu
korrigieren oder zu aktualisieren.
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Die Fuzzy-Folgerung des Ausführungsbeispiels wird nun
beschrieben. Das Ausführungsbeispiel wendet eines der
typischen Verfahren für die Fuzzy-Folgerung an, das
Max/Min-Verfahren genannt wird.
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Zu diesem Zweck wird der Schweißstrom I in drei
Gruppen entsprechend seinen Graden klassifiziert, z. B.
"klein", "mittel" und "groß". Mehrere vorhergehende
Mitgliedsfunktionen IL, IM und IH werden für die
jeweiligen Grade des Schweißstroms eingestellt, wie in
Fig. 3 gezeigt ist.
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Die Änderung des Widerstands ΔR zwischen den
Schweißelektroden 20 und 22 wird auch in drei Gruppen
entsprechend ihren Graden klassifiziert, z. B. "niedrig",
"mittel" und "hoch". Mehrere vorhergehende
Mitgliedsfunktionen ΔRL, ΔRM und ΔRH werden für die jeweiligen
Grade der Änderung des Widerstands bestimmt, wie in
Fig. 4 gezeigt ist. Die Anzahl von die
Schweißelektroden 20 und 22 einbeziehenden Schweißvorgängen N
wird ebenfalls in drei Gruppen entsprechend ihren
Graden klassifiziert, z. B. "klein", "mittel" und
"groß". Mehrere Mitgliedsfunktionen NL, NM und NH
werden für die jeweiligen Grade der Anzahl von
Schweißvorgängen bestimmt, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Das
Vorstehende ist die Einstellung von vorhergehenden
Mitgliedsfunktionen.
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Die Geschwindigkeit der Änderung (Korrektur) des
vorgewählten Wertes des Schweißstroms Is wird ebenfalls
in drei Gruppen entsprechend ihren Graden
klassifiziert, z. B. "hinauf", "halten" und "herunter".
Mehrere Mitgliedsfunktionen D, S und U werden für die
jeweiligen Grade der Geschwindigkeit der Änderung des
vorgewählten Wertes des Schweißstroms bestimmt, wie
in Fig. 6 gezeigt ist. Diese Mitgliedsfunktionen D, S
und U sind Schlußfolgerungs-Mitgliedsfunktionen.
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Fig. 9 zeigt die Steuerregel-Tabelle, die bei der
Fuzzy-Folgerung nach dem Ausführungsbeispiel
verwendet wird. Die Steuerregel-Tabelle liefert die
Beziehung zwischen den vorhergehenden und den
Schlußfolgerungs-Mitgliedsfunktionen. In Fig. 9 gibt es drei
(vorhergehende) Eingangsvariablen von ΔR, I und N.
Jeder Eingang ist in drei Fuzzy-Sätze oder -Grade
kartiert, (ΔRL, ΔRM, ΔRH) für ΔR, (IL, IM IH) für I
und (NL, NM, NH) für N. Somit gibt es insgesamt 27
Steuerregeln w1 bis w27, und jede Steuerregel hat
einen Fuzzy-Wert einer Schlußfolgerungs-
Mitgliedsfunktion U (hinauf), S (halten) oder D
(herunter). Z. B. besagt die erste Steuerregel w1, daß,
wenn die Änderung des Widerstands ΔR zwischen den
Schweißelektroden klein ist (ΔRL), wenn der
Schweißstrom I gering ist (IL), und wenn die Anzahl von
Schweißvorgängen N klein ist (NL), dann der
vorgewählte Wert des Schweißstroms Is(U) anzuheben ist.
Die fünfundzwanzigste Steuerregel w25 besagt, daß,
wenn die Änderung des Widerstands ΔR zwischen den
Schweißelektroden klein ist (ΔRL), wenn der
Schweißstrom I hoch ist (IH), und wenn die Anzahl von
Schweißvorgängen N groß ist (NH), dann der
vorgewählte Wert des Schweißstroms (S) zu halten ist.
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Die Einstellvorrichtung 36 gibt die Steuerregel-
Einstellungen zusammen mit der Einstellung der
vorhergehenden und der Schlußfolgerungs-
Mitgliedsfunktionen in die CPU 100 ein, um diese in
dem Speicher 54 zu speichern.
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Zusätzlich gibt die Einstellvorrichtung 36
Verset
zungswert δΔR, δI und δN der Änderung des Widerstands
ΔR zwischen den Schweißelektroden des Schweißstroms I
bzw. der Anzahl der Schweißvorgänge N ein als eine
Funktion einer geänderten Arbeitsumgebung der
Schweißmaschine in Übereinstimmung mit der Erfindung.
Diese Versetzungswerte δΔR, δI und δN werden
dargestellt durch einen positiven oder negativen Wert, der
zu dem gemessenen ΔR, I oder N zu addieren oder davon
zu subtrahieren ist. Gemäß einer Alternative kann
jeder Versetzungswert durch einen positiven oder
negativen Prozentwert dargestellt werden, mit welchem der
gemessene Wert zu multiplizierten ist. Die
Versetzungswerte δΔR, δI und δN werden im Speicher 54
gespeichert.
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Fig. 10 ist ein Flußdiagramm, welches einen
Ausführungsprozess der CPU 100 bei dem Ausführungsbeispiel
zeigt. Während eines Schweißvorgangs führt die CPU
100 die Konstantstromsteuerung durch, während der
Schweißstrom I (Effektivwert) und der repräsentative
Wert (Maximum) der Änderung des Widerstands ΔR
zwischen den Schweißelektroden gemessen werden, und dann
erhöht sie die Anzahl von Schweißvorgängen N um eins,
wie im Schritt 1 gezeigt ist.
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Nach dem gegenwärtigen Schweißvorgang werde die
Versetzungswerte δΔR, δI und δN zu den gemessenen Werten
ΔR, I bzw. N addiert, wie im Schritt 2 gezeigt ist.
Wenn diese Versetzungswerte mit einem Plus- oder
Minus-Vorzeichen gegeben sind, müssen die Werte nur zu
den gemessenen Werten ΔR, I und N addiert werden. Als
ein Ergebnis der Addition wurde der gemessene Wert ΔR
versetzt auf (ΔR + δΔR), der gemessene Wert I wurde
versetzt auf (I+ δI) und der gemessene Zählwert N
wurde versetzt auf (N+ δN).
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Dann wird im Schritt 3 der vorhergehende Grad der
Mitgliedschaft der Versetzungswerte (ΔR + δΔR), (I + δI)
und (N + δN) bestimmt, wobei die jeweiligen
vorhergehenden Mitgliedsfunktionen verwendet werden.
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Es wird beispielsweise angenommen, daß der gemessene
Schweißstrom I gleich 7 kA ist, die erfasste Änderung
des Widerstands ΔR gleich 12 uΩ ist und die gezählte
Anzahl von Schweißvorgängen N gleich 600 ist.
Andererseits wird angenommen, daß die Versetzungswerte
(δΔR, δI und δN) gleich (4, 0, 0) sind, um ein
Spritzen zu unterdrücken oder zu minimieren.
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In diesem Fall sind gemäß Fig. 3, welche die
Mitgliedsfunktionen von I zeigt, die vorgehenden Grade
der Mitgliedschaft der Mitgliedsfunktionen IL, IM und
IH gleich 0,3, 0,5 bzw. 0, da (I + δI) gleich 7 ist.
Gemäß Fig. 4, welche die Mitgliedsfunktionen von ΔR
zeigt, sind die Grade der Mitgliedschaft von ΔRL, ΔRM
und ΔRH gleich "0", "0" und "1", da ΔR + δΔR) gleich 16
ist. Gemäß den in Fig. 5 gezeigten
Mitgliedsfunktionen von N sind, da (N + δN) gleich 600 ist, der Grad
der Mitgliedschaft von NL gleich "0,8", der Grad der
Mitgliedschaft von NM gleich "0,1" und der Grad der
Mitgliedschaft NH gleich "0".
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Dann wird im Schritt 4 der Grad der Mitgliedschaft
der Schlußfolgerungs-Mitgliedsfunktion (Fig. 6) jeder
Steuerregel berechnet oder zusammengesetzt aus den
Graden der Mitgliedschaft ihrer vorhergehenden
Mitgliedsfunktionen (0, 0, 1) für (ΔR + δΔR), (0,3, 0,5,
0) für I + δI) und (0, 8, 0, 1, 0) für (N + δN). Dies
erfolgt durch Auswahl des minimalen Grades der
Mitgliedschaft der vorhergehenden Mitgliedsfunktion in
jeder Steuerregel (Fig. 9) gemäß dem Max/Min-
Verfahren.
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Z. B.
wird die erste Steuerregel w1 wie folgt
verarbeitet:
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U = IL · ΔRL · NL
-
= 0,3 · 0 · 0,8
-
= 0
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Somit ist der Grad der Mitgliedschaft der
Schlußfolgerung U der Regel w1 gleich 0.
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Die fünfte Steuerregel w5 wird wie folgt verarbeitet:
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S = IM · ΔRM · NL
-
= 0,5 · 0 · 0,8
-
= 0
-
Somit ist der Grad der Mitgliedschaft der
Schlußfolgerung S der Regel w5 gleich 0. Die verbleibenden
Steuerregeln w2 bis w4 und w6 bis w27 werden in
gleicher Weise verarbeitet, wobei sie den Grad der
Mitgliedschaft ihrer Schlußfolgerungs-Mitgliedsfunktion
ergeben.
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Dann werden im Schritt 5 die Grade der
Mitgliedschaft der Schlußfolgerungs-Mitgliedsfunktionen U, S
und D zusammengesetzt. Dies erfolgt durch Auswahl der
maximalen Grade der Mitgliedschaft UMax, SMax und DMax
der Schlußfolgerungs-Mitgliedsfunktionen U, S und D
gemäß dem Max/Min-Verfahren.
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Dies ergibt:
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UMax = 0
-
SMax = 0
-
DMax = 0,5
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Als Nächstes wird im Schritt 6 die prozentuale
Änderung des vorgewählten Wertes des Schweißstroms
berechnet als ein Operationswert aus dem
zusammengesetzten Grad der Mitgliedschaft von U, S und D gemäß
dem Schwerpunkt-Defuzzyfikations-Verfahren. Das
Abbrechen der Schlußfolgerungs-Mitgliedsfunktionen U, S
und D mit ihrem zusammengesetzten Grad der
Mitgliedschaft von 0 (= UMax), 0 (= SMax) und 0,5 (= DMax)
definiert den schraffierten Bereich in Fig. 7. Die
Berechnung des Schwerpunkts des Bereichs mit Bezug auf
die horizontale Achse ergibt angenähert negative
sechs Prozent der Zunahme (d. h. sechs Prozent
Abnahme) des vorgewählten Wertes des Schweißstroms.
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Dann wird im Schritt 7 der vorgewählte Wert des
Schweißstroms Is korrigiert mit der berechneten
prozentualen Änderung und dieser in den Speicher 54
eingegeben. Die gespeicherten Schweißstromdaten werden
als der vorgewählte Wert des Schweißstroms für den
nächsten Schweißvorgang verwendet.
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Somit verwendet bei dem nächsten Schweißvorgang die
Rückkopplungs-Konstantstrom-Fuzzysteuerung einen
aktualisierten vorgewählten Wert des Schweißstroms Is,
welcher um sechs Prozent kleiner ist als der
vorhergehende vorgewählte Wert des Schweißstroms. Als eine
Folge wird den Werkstücken 24 und 26 ein Schweißstrom
I zugeführt, welcher kleiner ist als der Schweißstrom
I des vorhergehenden Schweißvorgangs, um hierdurch
ein Spritzen positiv zu unterdrücken.
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Ohne einen derartigen Versetzungsvorgang nach der
Erfindung werden die überwachten Werte ΔR, I und N
direkt als Eingangsvariable verwendet, aus denen der
Grad der Mitgliedschaft der jeweiligen
Mitgliedsfunktion berechnet wird. In diesem Fall ist der Grad der
Mitgliedschaft mit Bezug auf die Mitgliedsfunktion
von I (Fig. 3) und N (Fig. 5) identisch mit
denjenigen, der mit der Versetzung erhalten wird, wohingegen
mit Bezug auf die Mitgliedsfunktion von ΔR (Fig. 4),
da die erfasste Änderung des Widerstands ΔR gleich 12
ist, der Grad der Mitgliedschaft von ΔRL gleich "0"
ist, der Grad der Mitgliedschaft von ΔRM gleich "0,7"
ist und der Grad der Mitgliedschaft von ΔRH gleich
"0,25" ist. Das Zusammensetzen der Grade der
Mitgliedschaft der Schlußfolgerungs-Mitgliedsfunktionen
U, S und D der Fuzzy-Folgerung gemäß dem Max/Min-
Verfahren ergibt die maximalen Grade der
Mitgliedschaft Umax, Smax und Dmax wie folgt.
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Umax = 0
-
Smax = 0,5
-
Dmax = 0,3
-
Die Berechnung des Schwerpunktes auf der Grundlage
der zusammengesetzten oder maximalen Grade der
Mitgliedschaft Umax, Smax und Dmax ergibt angenähert ein
Prozent Zunahme des vorgewählten Wertes des
Schweißstroms, wie in Fig. 8 gezeigt ist.
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Daher verwendet ohne den Versetzungsvorgang nach der
Erfindung der nächste Schweißvorgang einen
vorgewählten Wert des Schweißstroms Is, der um ein Prozent
größer ist als der Schweißstrom des vorhergehenden
Schweißvorgangs, so daß kaum ein Spritzen unterdrückt
wird.
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Im Gegensatz hierzu kompensiert das Merkmal der
Versetzung gemäß der Erfindung einen Unterschied oder
eine Fehlanpassung der Arbeitsumgebung des
Widerstandsschweißens gegenüber festen Mitgliedsfunktionen
der gespeicherten Fuzzyregel, um hierdurch eine
adap
tive Fuzzyregelung zu erhalten, welche wirksam ein
Spritzen unterdrücken kann.
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Auf diese Weise überwacht das Ausführungsbeispiel den
Schweißstrom I, die Änderung des Widerstandes ΔR
zwischen den Schweißelektroden und die Anzahl von
Schweißvorgängen N als Variable, addiert zu diesen
die Versetzungswerte δΔR, δI und δN und korrigiert
den vorgewählten Wert des Schweißstroms für den
nächsten Schweißvorgangs auf der Grundlage der
überwachten und versetzten Werte (ΔR + δΔR), (I + δI) und (N + δN)
gemäß der Fuzzy-Folgerung. Abhängig von einer
Änderung der Arbeitsumgebung aufgrund eines Ersatzes des
Schweißkopfes, der Änderung des Werkstückmaterials
usw. können geeignete Versetzungswerte gemäß der
Erfindung ausgewählt werden. Daher kann eine
Steuereinheit oder CPU 100 adaptiv und fein den vorgewählten
Wert des Schweißstroms Is korrigieren oder optimieren
ohne Änderung oder Aktualisierung der vorhergehenden
oder Schlußfolgerungs-Mitgliedsfunktionen oder der
Steuerregeln der Fuzzy-Folgerung. Das vorliegende
Verfahren erfordert keine geschickte Bedienungsperson
und gewährleistet dennoch eine zufriedenstellende
Schweißqualität ohne Spritzen oder Trennen.
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Wenn der Versetzungswert δΔR, δI, δN jeweils durch
einen positiven oder negativen prozentualen Wert
gegeben ist, kann der Schritt 2 die überwachten Werte
ΔR, I und N auf ΔR (1 + δΔR/100), I(1 + δI/100) bzw.
N(1 + δN/100) versetzen. Entsprechend bestimmt der
Schritt 3 den jeweiligen Grad der Mitgliedschaft der
Mitgliedsfunktion für die Versetzungswerte ΔR(1 + δΔR),
I(1 + δI) und N(1 + δN), wodurch die gleiche Kompensation
erzielt wird.
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Es wurde gefunden, daß von den überwachten Werten I,
ΔR
und N die wichtigste Variable zum Bestimmen des
vorgewählten Wertes des Schweißstroms ΔR ist. Daher
kann die Geschwindigkeit der Änderung des
vorgewählten Wertes des Schweißstroms aus der gemessenen
Änderung des Widerstands ΔR allein oder aus ΔR und dem
gemessenen Wert I oder aus ΔR und N bestimmt werden
durch Verwendung der Versetzung und der Fuzzy-
Folgerung. Das Max/Min-Verfahren und das
Schwerpunktverfahren, welche vorstehend erwähnt sind, sind nur
illustrativ. Sie können ersetzt werden durch
irgendeine andere Fuzzy-Folgerung und/oder Defuzzyfikation
wie durch das algebraische Produktsummenverfahren,
Flächenverfahren oder Mittlere-Höhen-Verfahren.
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Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die
Widerstandsschweißregelung einer Einphasen-Wechselstrom-
Widerstandsschweißmaschine. Die Erfindung kann auch
angewendet werden auf die Widerstandsschweißsteuerung
einer Inverter-Widerstandsschweißmaschine, die in
Fig. 11 gezeigt ist. In den Fig. 1 und 11 sind
entsprechende Komponenten durch gleiche Zahlen oder
Symbole bezeichnet. Die Steuervorrichtung nach Fig. 11
kann den Schweißstrom entweder in dem Primär- oder
Sekundärkreis messen. Die CPU 100 berechnet die
Änderung des Widerstands zwischen den Schweißelektroden
unter Verwendung des Ausgangssignals Si des
Sekundärstrom-Detektors 60 und des Ausgangssignals Sv des
Werkstück-Spannungsdetektors 62. Die CPU 100 zählt
auch die Anzahl von Schweißvorgängen.
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Das Verfahren nach der Erfindung zum Steuern des
Widerstandsschweißens versetzt überwachte Werte jedes
Schweißvorgangs und führte eine Fuzzy-Folgerung von
den versetzten oder kompensierten Werten durch, um
den vorgewählten Wert des Schweißstroms für den
nächsten Schweißvorgang automatisch zu korrigieren. Daher
kann das Verfahren nach der Erfindung die Fuzzy-
Folgerung an eine Änderung der Arbeitsumgebung des
Widerstandsschweißens anpassen ohne eine Änderung
oder Aktualisierung von herangezogenen gespeicherten
Mitgliedsfunktionen, um hierdurch eine optimierte
Steuerung und eine zufriedenstellende Schweißqualität
sicherzustellen.