DE2800962A1 - Verfahren und vorrichtung zur qualitaetsueberwachung von schweissungen und zur automatischen beseitigung von bei den schweissungen auftretenden fehlern - Google Patents

Description

• "Verfahren und Vorrichtung zur Qualitätsüberwachung von
• Schweißungen und zur automatischen Beseitigung von bei den Schweißungen auftretenden Fehlern" Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Qualitätsüberwachung von chweißungen und zur automatischen Beseitigung von bei den ochweißungen auftretenden Fehlern durch ermittlung und Auswertung des Stromverlaufes w-aYlend eines elektrischen Widerstandsschweißvorganges und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
• Elektrische Widerstandsschweißverfahren sind allgemein bekannt, z. B. als Stumpfschweißverfahren zur Verbindung von Blechen, itohrleitungen, Schienen oder dergleichen. Auch ist es bekannt, für Mikroschweißvorgänge zur elektrischen Verschaltung von Halbleiterbauelementen, insbesondere von olarzellen, das elektrische Widerstandsschweißverfahren einzusetzen.
• Um eine gleichbleibende ilaftfestigkeit der letztgenannten Schweißverbindungen zu erreichen, ohne das Halbleiterbauelement Solarzelle zu beschädigen, muß die Schweißenergie sehr genau dosiert werden. Da das raum-zeitliche Temperaturprofil durch die Schweißstelle und damit die Bauelementbelastung vom zeitlichen Verlauf der eingebrachten Schweißenergie abhängt, kann eine raumfahrtgerechte Qualität der Schweißung nur erreicht werden, wenn man Gleichspannungs-Schweißimpulse verwendet, deren Parameter (Anstiegszeit, Amplitude, Gesamtdauer, Abfallgeschwindigkeit) auf mindestens -+ 2/o reproduzierbar sind. In Figur la ist für einen derartigen Schweißvorgang die Schweißspannung in Abhängigkeit von der Schweißzeit dargestellt. Es handelt sich hierbei um die an den Schweißelekrtroden anstehende Schweißspannung, die zunächst leicht ansteigt, beim Erreichen ihres Sollwertes konstant bleibt und mit ihrem Verhalten auf den Wert Null zurückfällt.
• Die Qualität der Schweißung hWt jedoch nicht nur von der Genauigkeit der vorgegebenen Spannung, sondern auch von den Übergangs- und Materialwiderständen der Schweißung ab. Insbesondere können Verunreinigungen auf den Schweißelektroden oder Schweißelektrodenabbrand die Schweißung beeinträchtigen.
• Figur 1b zeigt den Stromverlauf, der sich bei einer optimalen Schweißstrecke einstellt. AaÆs Figur 1b erkannt zunächst man einen hohen Anfangsstrom, der dem niedrigen Widerstand der kalten Schweißelektroden und des kalten Schweißgutes entspricht.
• Wenn die Schweißstelle die Gleichgewichtstemperatur erreicht hat, bleibt der Strom konstant und geht bei Wegnahme der Spannung auf Null zurück.
• Figur lc zeigt den Stromverlauf, der sich bei verschmutzten, rauhen Schweißelektroden einstellt. Dem hohen Üb ergangswi derstand entsprechend ist der Anfangsstrom zunächst kleiner und steigt dann langsam sn. Die Abnahme des Übergangswiderstandes kann dadurch erklärt werden, daß sich beim Erwärmen des Schweißgutes die Elektroden tiefer in dieses einsenken.
• Die Eenntnis dieser Zusammenhünge wurde in den bisherigen Schweißanlagen zur Qualitätsüberwachung ausgenützt, indem man den Stromverlauf auf einem Speicheroszilloskop abgebildet und visuell beurteilt hat.
• Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen, durch die subjektive Beurteilung durch eine objektive ersetzt und außerdem eine Bedienungsperson, die bisher zur Beobachtung des Bildschirmes erforderlich war, eingespart wird.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Verfahrensmerkmale des Anspruchs 1 Zelt.
• Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 beschrieben.
• Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 8 gekennzeichnet.
• Erfindungsgemäße Weiterbildungen der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 9 bis 11 beanspruchs.
• Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß durch die integrale Messung Störungen vermieden werden. Die Teilintegration ermöglicht: eine exakte Beurteilung des zeitlichen Verlaufs des Schweißstromes. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Auswertung durch einen Digitalprozessor vorgenommen werden kann, der ohnehin zur Steuerung der Schweißvorrichtung verwendet wird. Ein weiterer Vorteil ist in den wegfall einer graphischer; Darstellung und einer Bedienungsperson für die Auswertung zu sehen.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, und zwar ist in den Figuren 1b und 1c eine Aufteilung in fünf gleichgroße Zeitintervalle vorgenommen worden und es zeigt Figur 2 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Qualitätsüberwachung von Schweißungen und zur automatischen Beseitigung von bei den Schweißungen auftretenden Fehlern.
• Die in den Figuren Ib und lc dargestellten Verläufe der Schweißströme sind entsprechend der Aufteilung der Zeitachse in fünf gleichgroße Zeitintervalle t0 bis t1, t1 bis t2, t2 bis t3, t3 bis t4 und t4 bis t5 in fünf Teilstromintegrale aufgeteilt.
• Diese fünf Teilstromintegrale werden zusammen mit dem Gesamt-Stromintegral zur Qualitätsüberwachung der Schweißungen und zur automatischen Beseitigung von bei den Schweißungen auftretenden Fehlern herangezogen In Fig. 2 sind die Schweißelektroden 1 und 2 über elektrische leitungen 3 bzw. 4 an einen Schweißgenerator 5 angeschlossen, der die an den Schweißelektroden 1 und 2 anstehende Ist-chweißspannung Uist er eugt. Diese Ist-chweißsjaniiung wird direkt an den 2>chwelßelektroden 1 und 2 meßtechnisch erfasst und über elektrische Meßleitungen 6 und 7 an eine nicht näher bezeichnete Regeleinrichtung abgegeben, die im dargestellten Beispiel mit dem Schweißgenerator 5 zu einer Baueinheit zusammengefasst ist.
• Die Soll-chweißspannung USoll wird der Regeleinrichtung über einen Digital-Analog- Wandl er 8 mit Hilfe von elektrischen Leitungen 9, 10 und 11 von einem Digitalprozessor 12 zugeführt, der aus einem vorgegebenen Parametersatz Momentanwerte der Soll-Schweißspannung USoll berechnet und in vorbestimmten Zeitabständen, die veränderbar sind und z. B. 1 ms betragen können, an die Regeleinrichtung liefert. Für das genannte Beispiel setzt sich somit rutin Schweißimpuls von einer Sekunde Gesamtdauer aus 1000 vorgegebenen Spannungswerten zusammen, so daß zur Auswertung der in den Figuren 1b und 1c dargestellten Stromverläufe insgesamt 1000 Meßpunkte zur Verfügung stehen.
• Zwischen je wei Sollwertausgaben des Digitalprozessors 12 wird der Schweißstrom I über einen IIeEXwiderstand 13, der in der elektrischen Leitung 3 zwischen dem ochweißgenerator 5 und der Schweißelektrode 1 angeordnet ist, gemessen und mittels elektrischer Leitungen 14, 15 und IG über einen Analog-Digital-Wandler 17 an den Arbeitsspeicher des Digitalprozessors 12 abgegeben. Es ist auch möglich, den Meßwiderstand 13 in der elektrischen Leitung 4 zwischen dem Schweißgenerator 5 und der Schweißelektrode 2 anzuordnen. Weiterhin ist es möglich, den Digitalprozessor einer Maschinensteuereinrichtung zu verwenden, die in Figur 2 mit 18 bezeichnet ist und über eine elektrische Leitung 19 mit dem Digitalprozessor 12 in Verbindung steht.
• Zur Durchführung des Verfahrens zur Qualitätsüberwachung von Schweißungen und zur automatischen Beseitigung von bei den Schweißungen auftretenden Fehlern llittels der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung wird zunächst der Schweißstrom I während eines ochweißimpulseS mit einer hohen Wiederholrate gemessen, z.B. insgesamt 1000-mal. Die stromwerte werden im Arbeitsspeicher des Dizitalprozessors 12 gespeIchert. Nach Beendigung des Schweiß-Impulses wird das gesamte und die fünf TeilinteOrale gebildet.
• wird zur 3eurteilung der Kurvenform des Schweißstromes benutzt.
• Wenn dieses Verhältnis eirler bestimmten Grenzwert überschreitet, so wird der SchweißprozcS unterbrochen und die Schweißelektroden 1 und 2 einem automatischen Wartungsvorgang unterworfen. Das heißt, diese werden poliert, naß gereinigt und getrocknet. Danach wird die fehlerhafte Schweißung wiederholt.
• Wenn das Gesamtintegral # idt kleiner als ein vorgegebener Grenz-O wert ist, die Kurvenform des Schweißstromes jedoch in Ordnung ist, wird die Schwei ung nur automatisch wiederholt. Wenn hingegen das Gesamtintegral tidt größer als der entsprechende Grenzwert ist oder wenn bei automatischen Wiederholungen ein zweiter Fehler auftritt, wird das Programm unterbrochen, die Meßwerte auf einem Bildschirm angezeigt und ein Alarm ausgelöst.
• Selbstverständlich müssen die Grenzwerte zu jedem Satz Schweißparameter und jeder Elektroden- bzw. Verbinderkonfiguration neu ermittelt werden. Im Ausführungsbeispiel sind daher die Grenzwerte variabel, die zusammen mit den Schweißparametern in den Digitalprozessor 12 eingegeben werden.
• Die Zahl der Teilintegrale und die Anzahl der Meßpunkte kann je nach Aufgabenstellung für andere Anlagen anders gewählt werden.
• Außerdem können zur Beurteilung der Kurvenform des Schweißstromes mehrere Teilintegrale herangezogen werden. Es ist auch denkbar, den Schweißstrom über eine Regelung vorzugeben und die Spannung zu messen.
• Leerseite

Claims (11)

1. P a t e n f; Verfahren zur Qualitätsäberwachung von Schweißungen und zur autematischen Beseitigung von bei den Schweißungen auftretenden Fehlern durcyh Ermittlung und Auswertung des Stromverlaufes während eines elektrischen Widerstandsschweißvorganges, gekenn zeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a. der Schweißstrom (I) wird während eines Schweißimpulses mit einer hohen Wiederholrate gemessen, b. die tgemessenen @tromwerte werden digital gespeichert, c. nach Ablauf des Schweißimpulses wird das Stromintegral über die Gesamtzeit des Schweißimpulses und es werden zwei oder mehrere Teilstromintegrale über zwei oder mehrere gleichgroße Zeitabschnitte berechnet, d. die ochweißelel;troden 1,2) werden einem automatisch ablauwenden Wartungsvorgang unterworfen, wenn das Verhältnis aus zwei oder mehreren Teilstromintegralen einen vorgegebenen Grenzwert über- oder unterschreitet, und e. eine Schweißung wird automatisch wiederholt bzw. unterbrochen, wenn die ochweißelektroder, (1,2) dem Wartungsvorgang unterworfen worden sind oder das Stromintegral bei richtigem Stromverlauf kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist bzw. wenn das Stromintegral Größer als ein vorgegebener Grenzwert ist oder ein erneuter Fehler bei automatischer Wiederholung des Schweißvorganges austritt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß fünf Teilstromintegrale über fünf gleichgroße Zeitabschnitte berechnet werden und daß zur Beurteilung des Stromverlaufes das Verhältnis des vierten zum zweiten Teilstromintegral herangezogen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem automatisch ablaufenden Wartungsvergang die Schweißelektroden (1,2) poliert, naß gereinigt und getrocknet werden.
4. zk. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterbrechung einer Schweißung die ermittelten Stromwerte auf einem Bildschirm angezeigt werden.
5. '. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeicnnet, daß bei Unterbrechung einer Schweißung ein Alarm ausgelöst wird.
6. C. Vorfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwerte für jeden ,aUz ~,ch7Yzeißparameter und für jede Elektroden- oder Verbinderkonfiguration neu ermittelt werden.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstrom über eine Regeleinrichtung vorgegeben wird und d die Schweißspannung mit hoher Wiederholrate meßtechnisch ermittelt wird.
8. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schweißgenerator (5) zur Erzeugung der an den Schweißelektroden (1,2) anstehenden Ist-Schweißspannung (list) dient, die meßtechnisch erfasst und an eine dem Schweißgenerator (5) vorgeschaltete Regeleinrichtung abgegeben wird, daß ein Digitalprozessor (12) vorgesehen ist, der aus einem vorgegebenen Parametersatz Momentanwerte der Soll- Schweißspannung (USoll) errechnet und in vorgegebenen Zeitabständen über einen Digital-Analog-Wandler (8) an die Regeleinrichtung bzw. den Schweißgenerator (5) liefert, und daß in einer Zuleitung (3 bzw. 4) zwischen dem Schweißgenerator (5) und einer Schweißelektrode (1 bzw. 2) ein Meßwiderstand (13) zur Erfassung des Schweißstromes (I) zwischen zwei Sollwertausgaben des Digitalprozessors (12) angeordnet ist, der über einen Analog-Digital-Wandler (17) dem Arbeitsspeicher des Digitalprozessors (12) zugeführt wird.
9. 3. Verrichtung nach Anspruch C, gekennzeichnet durch die Verwendung eines in der Maschinensteuereinrichtung (18) vorhandenen Digitalprozessers.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine direkte Erfassung der Ist-Schweißspannung (UIst) an den Schweißelektroden (1, 2).
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß den Digitalpronessor (12) zusammen mit dem vorgegebenen Parametersat Grenzwerte für das Stromintegral und/oder für das Verhältnj. au c ocer mehreren Teilstromintegralen eingegeben werden.