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BEREICH DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft eine Schweißzange, wie
aus DE-A-3400527 bekannt, und eine Widerstandsschweißvorrichtung
mit einer Schweißstromquelle,
einem Steuer- und/oder Regelgerät
für den Schweißstrom und
mindestens einer auswechselbaren Schweißzange, welche an den Schweißelementen
derart befestigt ist, daß die
Schweißelektroden gegeneinander
gedrückt
werden können
und dadurch miteinander zu verschweißende Bleche dazwischen gehalten
werden. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Bedienung
eines Regelgerätes einer
Widerstandsschweißvorrichtung.
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DER ERFINDUNG
ZUGRUNDE LIEGENDER STAND DER TECHNIK
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Widerstandsschweißvorrichtungen
werden zum Schweißen
verschiedener Bestandteile, insbesondere für die Durchführung von
Punktschweißungen
im Karosseriebau, verwendet. Dabei werden in der Regel zwei oder
mehr miteinander zu verschweißende
Bleche in Kontakt gebracht und die Schweißelektroden mittels der Schweißzange (welche
auch als "Welding
Gun" bezeichnet
werden kann) auf die Oberflächen
dieser Bleche gedrückt.
Aufgrund des Schweißstroms
wird die Kontaktzone zwischen diesen Blechen aufgeschmolzen, wodurch
ein Schweißpunkt
geschaffen wird.
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Der
Verlauf des Schweißstroms
muß in
engen Grenzen gesteuert und/oder geregelt werden, damit der Schweißpunkt die
erforderliche Qualität aufweist
und eine gute Verbindung der zu verschweißenden Bleche ohne die Entstehung
von Spritzern ermöglicht
wird.
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Zur
optimalen Regelung des Schweißstromverlaufes
können
unterschiedliche Verfahren verwendet werden. In einem statischen
Steuerungsverfahren sind Schweißzeit,
Stromstärke
des Schweißstroms
und die Andrückkraft
der Elektroden fest vorgegeben. Komplexere und teurere dynamische
Regelverfahren verwenden Referenzkurven des dynamischen Schweißstromverlaufs
und des dynamischen Elektroden-Spannungsabfall-Verlaufs. Bei diesen
Verfahren werden während
der Schweißung über Meßvorrichtungen
kontinuierlich der dynamische Schweißstrom und die Elektrodenspannung
gemes sen. Bei Abweichungen von der Referenzkurve wird durch das
Steuer- und/oder
Regelgerät
die Schweißstromquelle
verstellt, so daß der
gemessene Strom- und Spannungsverlauf möglichst genau dem vorgegebenen
Referenzverlauf entspricht. Alternativ können andere physikalische Größen zur
Schweißregelung
verwendet werden, z.B. in die Schweißung eingeleitete Ultraschallsignale
oder durch den Schweißvorgang
entstehende Schallsignale, Elektrodenkraft, Elektrodenbewegung,
Thermospannungen, Leistung, Widerstand und Energie.
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Bei
den meisten bekannten Steuer- und/oder Regelverfahren richten sich
die Steuer- bzw. Regelparameter und -daten nur nach den verschiedenen Eigenschaften
der verschiedenen Schweißpunkte, z.B.
Anzahl oder Dicke der Metallbleche. Erst seit kurzem berücksichtigen
einige von der Anmelderin geschaffene hochentwickelte Steuervorrichtungen Steuer-
und/oder Regelparameter (hier auch als Referenzdatensätze bezeichnet),
welche von den für verschiedene
Schweißungen
verwendeten Schweißzangen
abhängen.
In Abhängigkeit
von der Größe der Zange,
der durch die Zange erzeugten Andruckkraft und den unterschiedlichen
Formen der Schweißelektroden
der. Zangen können
diese Steuer- und/oder Regelparameter stark variieren.
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In
einer industriellen Fertigungseinrichtung kann eine große Anzahl
von Schweißzangen
verwendet werden. Häufig
werden 250 Schweißzangen oder
mehr über
Schnellwechselkupplungen an die unterschiedlichen Schweißstromquellen
angeschlossen. Damit die mit einer bestimmten Schweißzange durchgeführte Schweißung optimal
verläuft,
muß bei jedem
Wechsel der Zange in den Programmspeicher des Steuer- und/oder Regelgerätes der
Schweißvorrichtung
der zu dieser Schweißzange
gehörige
Datensatz mit den spezifischen Steuer- und Regelparametern geladen
werden. Die Steuer- und Regelparameter sind dabei in einem zentralen
Datenspeicher abgelegt, der entweder in das Steuer- und/oder Regelgerät integriert
ist oder bei mehreren Schweißstationen
innerhalb einer Fertigungsanlage über ein Datennetzwerk mit den
unterschiedlichen Steuer- und/oder Regelgeräten verbunden ist. Die Personen, welche
die Schweißvorrichtungen
bedienen, müssen jeweils
darauf achten, daß vor
der Schweißung
der der verwendeten Schweißzange
entsprechende Steuer- und Regeldatensatz ordnungsgemäß geladen
wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Handhabung der Datenverwaltung
bei einer Widerstandsschweißvorrichtung
zu vereinfachen und deren Zuverlässigkeit
zu erhöhen.
Dieses Ziel kann erfindungsgemäß dadurch
erreicht werden, daß an
einer Schweißvorrichtung
wie einer Schweißzange (gelegentlich
auch als "Welding
Gun" bezeichnet)
ein lokaler Datenspeicher zur Abspeicherung der für die Schweißzange spezifischen
Datensätze
sowie eine Datenschnittstelle angeordnet ist, welche mit einer Datenschnittstelle
des Steuer- und/oder Regelgeräts verbindbar
ist. Wenn die Schweißzange
mit der Schweißvorrichtung
verbunden wird, können
die nur zu dieser Schweißzange
gehörigen
Datensätze durch
deren Datenschnittstelle an den Programmspeicher des Steuer- und/oder
Regelgerätes übertragen
werden.
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Bei
einer Ausführungsform
umfaßt
die vorliegende Erfindung eine Widerstandsschweißvorrichtung mit einer Schweißstromquelle,
einem Steuer- oder Regelgerät
zum Regeln des Schweißstroms und
mindestens einer auswechselbaren Schweißzange, wobei die genannte
Schweißzange
einen lokalen Datenspeicher zum Speichern von für die genannte Schweißzange spezifischen
Daten und eine erste Datenschnittstelle zum Übertragen der genannten Daten
an das Steuer- oder Regelgerät
aufweist.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
umfaßt die
Erfindung eine selbstprogrammierbare Schweißzange, welche einen lokalen
Datenspeicher zum Speichern von für die Schweißzange spezifischen Daten
und eine erste Datenschnittstelle zur Übertragung der genannten Daten
an ein Steuer oder Regelgerät
aufweist, das den Betrieb der Schweißzange steuert. Die selbstprogrammierbare
Schweißzange kann
somit ein Steuer- und/oder Regelgerät automatisch mit den zur optimalen
Bedienung der Schweißzange
notwendigen Betriebsparametern programmieren.
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Lokale
Datenspeicherung ist in verschiedenen Bereichen der Werkzeug-Steuersysteme bekannt,
z.B. im Bereich der Schneidwerkzeuge (siehe deutsche Patentanmeldung
DE 33 26 615 A1 )
und im Bereich des Formpressens oder Warmpressens (siehe deutsche
Patentanmeldung
DE
36 33 072 A1 ). Diese technischen Bereiche hängen jedoch
in keiner Weise mit dem Bereich der Widerstandsschweiß-Steuervorrichtungen
zusammen. Zudem ist es zur Zeit sehr unüblich, unterschiedliche Steuer- und
Regeldatensätze
für unterschiedliche
Schweißzangen
bei Widerstandsschweiß-Steuervorrichtungen
zu verwenden.
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Die
lokale Abspeicherung der für
die Schweißzangen
spezifischen Steuer- und
Regelparameter und ggf. anderer relevanter Daten bietet erhebliche
Vorteile bei der Handhabung einer Widerstandsschweißvorrichtung
und bei der Verwaltung der zur Steuerung und Regelung des Schweißstroms notwendigen
Daten. Beim Anschließen
der Schweißzange
mit ihren eigenen Bedienungsparametern an die Schweißstromquelle
und bei der Übertragung
der im lokalen Speicher der Schweißzange gespeicherten Datensätze an das
Steuer- und/oder Regelgerät ist
gewährleistet,
daß die
richtigen Datensätze
zur Schweißstromregelung
verwendet werden. Das Steuer- und/oder Regelgerät benötigt keine eigenen Permanent-Datenspeicher
für die
der Schweißzange zugeordneten
Datensätze.
Es ist daher ohne weiteres gegen ein anderes, baugleiches oder bauähnliches
Steuer- und/oder Regelgerät
austauschbar. In Fertigungseinrichtungen, welche verschiedene Schweißstationen
mit jeweils eigenen Steuer- und/oder Regelgeräten und Schweißstrom-
quellen verwenden, können
die Schweißzangen
beliebig ersetzt und ausgetauscht werden, ohne daß eine Vernetzung
der Digitalrechner der unterschiedlichen Steuer- und/oder Regelgeräte miteinander
erfolgen müßte.
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In
dem lokalen Datenspeicher an der Schweißzange können beliebige Datensätze abgelegt
werden. Insbesondere können
die statischen Steuergrößen (z.B.
Schweißzeit,
Schweißstromstärke und
Elektrodenkraft) und die dynamischen Referenzkurven (z.B. Schweißstromverlauf,
Elektroden-Spannungsabfallverlauf
usw.) abgespeichert sein. Zudem kann mehr als ein Datensatz in dem
lokalen Speicher gespeichert werden. Diese Daten können alternativ
oder gemeinsam abgespeichert sein, so daß die Schweißzange an
mehrere unterschiedliche Steuer- und/oder Regelgeräte angeschlossen
werden kann und für
jedes dieser unterschiedlichen Steuer- und/oder Regelgeräte den richtigen
Steuer- und/oder Regeldatensatz zur Verfügung stellen kann.
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Weiterhin
können
schweißzangenspezifische
Kalibrierdaten abgespeichert sein, welche die mechanischen und/oder
elektrischen Eigenschaften der jeweils eingesetzten Schweißzange (z.B.
Kraftkalibrierung) wiedergeben.
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Auch
der sogenannte Stepper, d.h. die Anzahl der mit den an der Schweißzange angebrachten Elektroden
durchgeführten
Schweißungen,
kann zusammen mit der Stepperfunktion (dem Maß der von der Zahl der Schweißungen abhängigen Schweißstromerhöhung) im
lokalen Datenspeicher abgespeichert sein. Der Stepper muß bei einem
Wechsel der Schweißelektroden
auf Null gesetzt werden.
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Die
vorliegende Erfindung bietet einen erheblichen Vorteil bei der Wartung
der Schweißzange. In
regelmäßigen Intervallen
(z.B. nach einer bestimmten Anzahl Betriebsstunden) muß die Schweißzange geprüft werden,
um eine korrekte mechanische Wirkungsweise der Schweißzange zu
gewährleisten
und sicherzustellen, daß elektrisch
leitende Bestandteile in ordnungsgemäßem Zustand sind. Während der
hier beschriebene. Stepper die mit einem Satz Elektroden durchgeführten Schweißungen zählt, kann
der lokale Datenspeicher zusätzlich
die Anzahl Schweißungen
und/oder Betriebszeit der Schweißzange nach der letzten Überprüfung aufzeichnen
und ein Signal (z.B. über
den Steuercomputer) aussenden, wenn eine Wartung der Zange erforderlich
ist.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß ein Schweißzangenhersteller die
für die
Schweißzange
spezifischen Datensätze werkseitig
in den lokalen Dztenspeicher einspielen kann. Damit entfällt die
Notwendigkeit der Durchführung
von Referenzschweißungen
oder weiteren Einstellarbeiten durch den Anwender, und eine neue Schweißzange kann
ohne Zeitverlust in ein bestehendes Schweißsystem integriert werden.
Somit ist die erfindungsgemäße Schweißzange mit
einem lokalen Datenspeicher, der für ihre Bedienung relevante
Daten enthält,
sowohl bei Systemen mit zahlreichen auswechselbaren Schweißzangen
als auch bei Systemen mit einem bestimmten erneuerbaren Schweißzangentyp
vorteilhaft.
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Die
Schließzeit,
d.h. die Zeit für
die Bewegung der Schweißzange
von der offenen zur geschlossenen Position beim Anlegen an zwei
miteinander zu verschweißende
Metallbleche, kann ebenfalls in dem lokalen Datenspeicher gespeichert
werden. Dies ist von erheblicher Bedeutung bei der Programmierung
der Schweißzangen
von Schweißrobotern.
Diese Roboter sollten möglichst
viele Schweißungen
innerhalb eines bestimmten Zeitraums (z.B. eines kurzen Arbeitstaktes)
durchführen,
um die Anzahl der für
eine bestimmte Anzahl von durchzuführenden Schweißungen erforderlichen
Roboter zu reduzieren. In der Regel beginnt das Software-Programm
eines Schweißroboters
den Schweißvorgang nicht
vor Ablauf der vorprogrammierten Schließzeit, um zu gewährleisten,
daß die
Schweißzange
fest geschlossen ist und die Metallbleche zusammendrückt, bevor
die Elektroden aktiviert werden. In der Regel wird die Schließzeit in
das Software-Programm des Schweißroboters als grober Schätzwert eingegeben, welcher
höher liegt
als die tatsächliche
Schließzeit der
Schweißzange.
Wenn der korrekte Wert der Schließzeit dem Hersteller der Schweißzange bekannt
ist und in dem lokalen Datenspeicher gespeichert wird, so kann er
dem Software-Programm des Schweißroboters mitgeteilt werden.
Der Schweißroboter
kann dann eher die genaue Schließzeit als einen Schätzwert zugrunde
legen, wodurch die Länge des
Arbeitstaktes reduziert und die Leistungsfähigkeit des Roboters erhöht wird.
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Der
für die
Datenspeicherung bei der Schweißzange
der vorliegenden Erfindung verwendete lokale Speicher kann jeden
beliebigen geeigneten Speichertyp umfassen. Wenn beispielsweise
unveränderliche
Datensätze
abzuspeichern sind, kann ein ROM (Nur-Lese-Speicher) verwendet werden. Vorzugsweise
wird als lokaler Datenspeicher ein löschbarer Permanentspeicher-Baustein
(EEPROM o.ä.)
verwendet. Es kann aber auch ein stromgepufferter RAM verwendet
werden, der über
eine langlebige Lithiumbatterie gepuffert ist. Datenspeicher (RAM-
oder ROM-Bausteine) werden normalerweise als Chip mit mehreren Kontaktstiften
hergestellt und auf entsprechende Weise betrieben. Im vorliegenden Fall
wird bevorzugt, Datenspeicher zu verwenden, die nur mit zwei Anschlußpolen versehen
sind, über die
der Datenaustausch und ggf. die Energieversorgung erfolgt. Solche
Datenspeicher sind im Markt als "I-Buttons" bekannt und werden
beispielsweise von dem Hersteller Dallas Semiconductor Corp. angeboten.
Grundsätzlich
kann jeder Datenspeicher verwendet werden, der programmierbar ist
und über
einen ausreichend langen Zeitraum die eingegebenen Daten abspeichert.
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Bei
einer Ausführungsform
wird der lokale Datenspeicher über
als Teile einer Steckverbindung, z.B. eines Einsteckteils und eines
entsprechenden Aufnahmeteils, ausgebildete Datenschnittstellen mit dem
Steuer- und/oder Regelgerät
der Schweißvorrichtung
verbunden. Beim Anschließen
der Schweißzange
an die Schweißvorrichtung
müssen
Verbindungen für
die Schweißenergie,
Kühlwasser,
eine Krafterzeugungsleitung und eine Steuerleitung geschaffen werden.
In den meisten Fällen
umfaßt
die Verbindung vorzugsweise auch ein Strommeßgerät (z.B. einen Rogowski-Gürtel), ein
Spannungsmeßgerät, ein Elektrodenweg-
und ein Elektrodenkraftmeßgerät. Es ist
ohne weiteres möglich,
eine weitere Steckverbindung für
die Datenschnittstelle zur Übertragung
der lokal abgespeicherten Steuer- und/oder Regeldaten der Schweißzange zu
schaffen. Alternativ können
die Daten von dem lokalen Speicherbaustein an der Schweißzange an
die Steuer- und/oder Einstellvorrichtung über eine Fern- oder drahtlose Verbindung übertragen
werden. Beispielsweise kann ein Transpondersystem verwendet werden,
bei dem die in dem Datenspeicher abgespeicherten Daten über eine
integrierte Antenne an der Schweißzange an eine Sende-/Empfangseinheit
an dem Steuer- und/oder Regelgerät übertragen
werden. Der Datenaustausch kann auch mit Infrarot-Signalen erfolgen. Grundsätzlich kann
jedes Verfahren für
die Datenübertragung
von einem Datenspeicher an den anderen bei der vorliegenden Erfindung
eingesetzt werden.
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KURZE ZEICHNUNGSBESCHREIBUNG
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Die
Zeichnung ist ein schematisches Schaubild einer Widerstandsschweißvorrichtung
mit einer bevorzugten Ausführungsform
der Schweißzange der
vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
sich aus der Erfindung ergebenden Vorteile werden im folgenden unter
Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung verdeutlicht. Wie in der Zeichnung gezeigt, umfaßt eine
Schweißanlage
der vorliegenden Erfindung ein Steuer- und/oder Regelgerät 1 und
eine Quelle für
den Schweißstrom,
welche sich zusammensetzt aus einem Leistungssteller 2 und
einem Schweißtransformator 3.
An den Schweißtransformator 3 ist
die Schweißzange 4 angeschlossen, und
die Schweißelektroden 5, 6 der
Zange werden gegen die zu verschweißenden Bleche gedrückt. Die Schweißspannung
wird dabei über
die Meßleitung 7, welche
zu dem Steuer- und/oder Regelgerät
führt,
erfaßt.
Der Schweißstrom
wird über
einen Rogowskigürtel 8 gemessen,
der über
eine Meßleitung 9 ebenfalls
mit einem Steuer- und/oder Regelgerät verbunden ist. Weitere Meßleitungen
(Elektrodenkraft und -weg) sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
An der Schweißzange 4 ist
ein EEPROM 10 befestigt, der den lokalen Datenspeicher
für die Steuer-
und/oder Regelparameter, insbesondere die für die Schweißzange 4 spezifischen
Referenzwerte und Referenzkurvenverläufe, bildet. Über eine
Datenleitung 11 ist der EEPROM 10 mit dem Steuer- und/oder
Regelgerät 1 verbunden.
Zu diesem Zweck ist am Ende des Kabels 11 ein Stecker 12 angeordnet,
der in eine Steckbuchse 13 an dem Steuer- und/oder Regelgerät eingesteckt
ist.
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Beim
Betrieb ist die Schweißzange 4 an
der Vorrichtung befestigt, und die Datenschnittstellen der Schweißzange und
des Steuer-/Regelgeräts
sind angeschlossen, um die Übertragung
der in dem lokalen Datenspeicher, welcher an der Zange angeordnet
ist, gespeicherten Daten an den Speicher des Steuer-/Regelgeräts auszuführen. Die
Vorrichtung kann dann bestimmungsgemäß bedient werden.
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Die
dargestellte Schweißanlage
kann mit beliebigen Schweißzangen
betrieben werden, da die sich jeweils in Abhängigkeit von den Schweißzangen ändernden
Parameter von dem EEPROM an der jeweiligen Schweißzange an
das Steuer- und/oder Regelgerät übertragen
werden. Ein Betrieb einer Fertigungsanlage, in der eine Vielzahl
von unterschiedlichen Schweißzangen 4 zum
Anschluß an
die Schweißstromquelle 2, 3 vorgesehen
ist, ist problemlos möglich.
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Fachleute
werden zahlreiche Äquivalente
zu den hier beschriebenen konkreten Ausführungsformen auffinden können.