MONITORING DEVICE FOR ELECTRICAL WELDING PROCESSES, ESPECIALLY ELECTRIC RESISTANCE SPOT WELDING

Abstract: 1. An apparatus for monitoring electric resistance welding operations, particularly electric resistance spot welding operations, by a detection of the changes of parameters, namely, current and/or voltage, in dependence on time, comprising detectors (11 to 14) for detecting the instantaneous values of the parameters and a microprocessor (15) which from the instantaneous values of the parameters, which instantaneous values have been converted by at least one A/D converter, derives the changes of said parameters in dependence on time and in dependence on the degree of agreement of said change with a desired value generates control signals for indicating and/or control means (29-34), characterized in that the microprocessor (15) is connected to a memory (27), which is adapted to store a multiplicity of individual data, each of which corresponds to an instantaneous voltage or current value and/or to an instantaneous resistance value derived from said two values during a desired progress of a welding operation, and during a welding operation the microprocessor (15) samples at a predetermined cycle frequency a multiplicity of instantaneous actual values via the A/D converter (21) from peak value-detectors (11 to 14) for the parameters, which detectors are resettable by the microprocessor, the microprocessor associates the actual value data with the stored data which corresponds to a desired progress of the welding operation and compares said actual and stored data in a comparator stage and in dependence on the degree of agreement generates the control signals for the indicating and/or control means (29 to 34).

Description: Einrichtung zur überwachung elektrischer Schweissvor- gänge, insbesondere elektrischer Widerstands-Punkt- 3 chweissungen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung elektrischer Schweissvorgänge, insbesondere elektrischer Widerstand-Punktschweissungen, durch Erfassung der zeitlichen Änderung von Kenngrössen, insbesondere von Strom und/oder Spannung bzw. des aus Strom und Spannung ermittelten Momentanwiderstandswertes, mit Detektoren zur Erfassung von Momentanwerten der Kenngrössen und einem Mikroprozessor, der aus den über wenigstens einen A/D-Wandler umgewandelten Momentanwerten der Kenngrössen deren zeitliche Änderung erfasst sowie in Abhängigkeit vom Übereinstimmungsgrad dieser Änderung mit einem Sollwert Steuersignale für eine Anzeigebzw. Steuereinrichtung erzeugt. Es wurde festgestellt, dass die Güte von elektrischen Schweissungen und insbesondere Punktschweissungen nicht nur durch unmittelbare Überprüfung der jeweiligen Schweissstelle während und nach dem Schweissvorgang festgestellt werden kann, wobei für eine zerstörungsfreie Prüfung vorwiegend Abtastungen der Schweissstelle mit Ultraschall oder Temperaturmessungen während des Schweissvorganges mit Hilfe entsprechender Sensoren vorgenommen werden, sondern dass man auch durch Beobachtung der zeitlichen Änderung anderer Kenngrössen eindeutige Rückschlüsse auf die Güte der Schweissung und darüber ziehen kann, ob beim Punktschweissvorgang die erzeugte Schweisslinse die vorgesehene Grösse erreicht hat. Wesentliche Kenngrössen, aus denen Rückschlüsse gezogen werden können, sind der Spannungs- Strom- und der Widerstandsverlauf. Beim Punktschweissen tritt am Beginn einer ordnungsgemässen Schweisslinsenbildung ein auf einen vorhergehenden Maximalwert innerhalb einer bestimmten Zeitspanne folgender charakteristischer Spannungs ab- fall auf, wobei bei einer ordnungsgemässen Schweissung die Spannung bis zum Ende des Schweissvorganges weiter absinkt. Der tatsächliche Spannungsverlauf ist in der Praxis von einer Vielzahl weiterer Faktoren abhängig. Beispiele für solche Faktoren sind das jeweils verschweisste Material, die Dicke, Oberflächenbeschaffenheit, allfällige Korrosion und allfällige Beschichtung des Materials und auch von der Schweissmaschine selbst bestimmte oder beeinflusste Faktoren, wie die Grösse der jeweils verwendeten Schweisselektroden beim Punktschweissen, deren Verschleisszustand, der Anpressdruck und wieder die tatsächliche Betriebsspannung bzw. der Betriebsstrom mit dem der Schweissvorgang durchgeführt wird. Die Maschinenkenngrössen sind mit Ausnahme des Verschleisszustandes der Schweisselektroden für eine bestimmte Maschine feststellbar. Die anderen Kenngrössen bleiben bei aufeinanderfolgenden Schweissvorgängen in vielen Fällen nur dann gleich oder ähnlich, wenn die aufeinanderfolgenden Schweissungen unter praktisch gleichen Bedingungen vorgenommen werden Dabei kann es aber zu Änderungen im Strom- bzw. Spannungsverlauf kommen, wenn zwei Werkstücke durch mehrere Punktschweissungen miteinander verbunden werden, da dann über die schon vorhandenen Punktschweissstellen Nebenschlüsse auftreten. Es sind analog arbeitende Überwachungseinrichtungen bekannt, die die zeitliche Änderung der Kenngrössen oder den Verlauf der jeweiligen Kenngrössen in Absolutwerten erfassen oder eine Integration der jeweiligen Kenngrössenwerte in vorgegebenen Zeitabschnitten vornehmen. Es wird mit solchen Geräten nur möglich, die Kenngrössen für einen bestimmten Schweissvorgang aufzunehmen und allenfalls bei folgenden, unter annähernd gleichen Bedingungen vorgenommenen Schweissvorgängen nachzuforschen oder nachzusehen,ob die Kenngrössen in bestimmten Toleranzen dem Wunschverlauf folgen oder nicht. Es kann nicht objektiv festgestellt werden, ob es sich bei dem einmal festgehaltenen Verlauf um den tatsächlich günstigsten Verlauf der Kenngrössen gehandelt hat. Dementsprechend sind auch nur einfache, analog arbeitende Überwachungseinrichtungen bekannt, die bei Serienschweissungen unter annähernd gleichen Bedingungen anzeigen, ob der jeweilige Schweissvorgang als "gut" oder "schlecht" gewertet wird. Bekannte Einrichtungen der eingangs genannten Art arbeiten zwar mit einer Umwandlung der jeweils erfassten Momentanwerte in Digitalwerte und mit einem Mikroprozessor der aus den ihm zur Verfügung gestellten Daten in seinem Arbeitsprogramm die Ermittlungen durchführt, doch sind diese bekannten Einrichtungen jeweils auf ganz bestimmte Maschinen abgestellt und ermöglichen in der Praxis zwar eine schnellere Feststellung, ob ein Schweissvorgang als gut oder schlecht zu bewerten ist, sind in ihrer Anwendung aber grundsätzlich auf einfache Schweissvorgänge und auf die Anwendung bei bestimmten Maschinen unter bestimmten Parametern beschränkt. Eine bekannte Einrichtung der eingangs genannten Art besitzt als Vollweg-Gleichrichter ausgebildete Detektoren für Strom und Spannung bei einer Wechselstrom-Schweissmaschine. Der Mikroprozessor berechnet aus den anstehenden Mittelwerten den jeweiligen Widerstandswert. Ferner ist das Programm so gewählt, dass ein Schweissvorgang nur dann als gut gewertet werden kann, wenn nach dem Detektieren des höchsten Widerstandswertes innerhalb einer bestimmten Zeitspanne ein Absinken des Widerstandswertes auftritt. Ist dies der Fall, dann wird dieser Widerstandswert aus den anstehenden Strom-Spannungswerten ermittelt und der Mikroporzessor berechnet dann, ob das Absinken des Widerstandswertes einem bestimmten Prozentsatz bzw. Bruchteil des Maximalwertes entspricht. Liegt das Absinken innerhalb des bestimmten Toleranzbereiches, wird der Schweissvorgang endgültig als flgutfl gewertet. Die Berechnung nach Bruchteilen bzw. Prozenten des Maximalwertes hat den Vorteil, dass dadurch eine Unabhängigkeit von den auftretenden Absolutwerten erzielt wird. Trotzdem ist die erzielte Aussage äusserst ungenau. Strom und Spannung werden meist vom Primärkreis des Schweisstransformators der Schweissmaschine abgeleitet, so dass die Maschinenverluste in die Erfassung eingehen. Ferner wird, wie erwähnt, nur einfach ermittelt ob der Widerstandswert in einer gewählten Zeit in einen bestimmten Toleranzbereich absinkt oder nicht, d. h. der tatsächliche Verlauf des Widerstandswertes wird nicht erfasst. Der Toleranzbereich muss bei möglichen Nebenschlussströmen gross gewählt werden. Es ist grundsätzlich notwendig, die Einrichtung beim Einsatz an einer bestimmten Schweissmaschine auf diese Maschine und sogar entsprechend den jeweils durchzuführenden Schweissvorgängen (beispielsweise Einzelschweissung oder Serien-Punktschweissungen am gleichen Werkstück) einzustellen. Eine genaue Erfassung eines Sollverlaufes der Parameter bzw. des tatsächlichen Verlaufes des Parameters ist ebensowenig möglich, wie die Berücksichtigung einer Vielzahl weiterer den Schweissvorgang beeinflussender Faktoren Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung der eingangs genannten Art, die eine exakte Erfassung der zeitlichen Änderung der Kenngrössen und auch eine genaue Festlegung von einem Sollverlauf eines Schweissvorganges zugeordneten Daten ermöglicht, dabei die Berücksichtigung verschiedener Randbedingungen, insbesondere der Materialart, der Materialstärke, einer allfälligen Beschich tung des Materials, der Grundkenngrössen der jeweiligen Schweissmaschine und sogar des Verschleissgrades von Schweisselektroden zulässt, eine Verknüpfung bzw. Auswertung der erhaltenen Daten nach verschiedenen Programmen ermöglicht und in einer Weiterbildung als Bestandteil der Steuerein einrichtung einer Schweissmaschine eingesetzt werden kann. Die gestellte Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art prinzipiell dadurch gelöst, dass der Mikroprozessor mit einem Speicher verbunden ist, in dem ein aus einer Vielzahl von Einzeldaten bestehender Sollverlauf der Einzeldaten eines Schweissvorganges speicherbar ist, und dass der Mikroprozessor bei einem Schweissvorgang in einem vorgegebenen Arbeitstakt über den A/D-Wandler aus rückstellbaren Spitzenwertdetektoren für die Kenngrössen eine Vielzahl von Momentanwerten ab fragt und das so entstehende Datenprofil in einer Vergleicherstufe mit dem gespeicherten, dem Sollverlauf des Schweissvorganges entsprechenden Datenprofil vergleicht und entsprechend dem Übereinstimmungsgrad Ausgangssignale erzeugt, wobei vorzugsweise der Mikroprozessor zusätzlich zu dem jeweils einen Eingang für einen Spannungs- oder Stromwert oder einen aus diesen beiden Werten gebildeten Momentanwiderstandswert, wenigstens einen zustätzlichen Eingang zur Erfassung und Berücksichtigung eines weiteren Parameters des Schweissvorganges, insbesondere eines weiteren Spannungs- Strom- oder Widerstandswertes, aufweist und, ebenfalls vorzugsweise, Wähleinrichtungen zur Einstellung der Überwachungseinrichtung auf verschiedene Schweissmaschinen bzw. verschiedene Verarbeitungsprogramme der erfassten Daten vorgesehen sind. Eine Grunderkenntnis der Erfindung besteht darin, dass die bisherige Erfassung von Mittelwerten und die nachfolgende Berechnung des prozentuellen Widerstands- bzw. Strom/ Spannungsabfalles in einer bestimmten Zeit nicht hinreichend genau ist, um eine für alle Schweissvorgänge bzw. die meisten vorkommenden Schweissvorgänge eindeutige Aussage darüber zu erbringen, ob die Schweissung tatsächlich gut oder schlecht erfolgt ist. Es kann bei der Punktschweissung nicht einmal die Grösse der Schweisslinsenbildung beim "guten" Schweissvorgang hinreichend genau festgestellt werden. Dem gegenüber wird bei der erfindungsgemässen Einrichtung ein ganzes Datenprofil erfasst und mit einem gespeicherten Datenprofil verglichen. Es sind dabei auch verschiedene zusätzliche Anwendungen möglich. Nach einer dieser Anwendungen können die Daten des Datenprofils ausgedruckt oder zur graphischen Darstellung des jeweiligen Kenngrössenverlaufes auf einem Bildschirm oder mittels eines Streifenschreibers verwendet werden. Dies ist bei der Neueinstellung einer Schweissmaschine auf einen bestimmten Schweissvorgang vorteilhaft. Man kann nachträglich die hergestellte Schweissung überprüfen und allenfalls Änderungen der Grundparameter vornehmen und dann die Schweissung so oft wiederholen, bis eine einwandfreie Schweissstelle erhalten wird, bei der gleichzeitig die Grundparameter festgehalten wurden. Der ermittelte Sollverlauf des Datenprofiles kann dann bei der jeweiligen Schweissmaschine oder auch bei Schweissmaschinen gleichen Typs zur Überwachung der Schweissvorgänge eingesetzt werden. Wenn die Erfassung der einen Halbwelle von Strom und Spannung über die Spitzenwertdetektoren nicht ausreicht, um bei verschiedenen Schweissaufgaben eindeutige bzw. vollständige Charakteristika zu erhalten, wird der zusätzliche Eingang zur Erfassung und Berücksichtigung eines weiteren Parameters des Schweissvorganges vorgesehen, deren Datenprofil ebenfalls erfasst und in der Vergleichseinrichtung ausgewertet wird Bei der Überwachung eines Schweissvorganges im Serienbetrieb kann auch mit der erfindungsgemässen Einrichtung über das Ausgangssignal des Mikroprozessors eine Anzeige gut oder "schlecht" gesteuert werden. Man kann aber auch einen Vergleich nach dem Korrelationsprinzip vornehmen und den Grad der Übereinstimmung des Ist-Verlaufes mit dem Sollverlauf ziffernmässig ausdrücken. Diese Möglichkeit ist besonders für den Serienbetrieb interessant, da hier aus einer fortlaufend abnehmenden, immer aber noch als "gut" zu wertenden Korrelation darauf geschlossen werden kann, dass in absehbarer Zeit eine Störung auftreten bzw eine Nachstellung an der Maschine notwendig werden wird. Bei der Auswertung können in einer weiteren Ausbaustufe Parameter, die die Kenngrössen verändern, mit berücksichtigt werden. Solche Parameter sind verschieden starke Oberflächenkorrosionen, Nebenschlüsse durch vorhergehende Punktschweissungen am gleichen Werkstück usw. Auch bei der erfindungsgemässen Einrichtung ist es möglich,nur die Änderung der Kenngrössen und nicht ihre absoluten Werte zu detektieren. Bei Serienschweissungen kann man an einem Probewerkstück mit mehreren Schweissstellen einen günstigen Verlauf der Kenngrössen für jede einzelne Schweissstelle ermitteln und speichern und dann beim Serienbetrieb der Schweissmaschine für die jeweilige Schweissstelle die zugeordneten Vergleichs daten abrufen. Für in Serienfertigung stehende Schweissmaschinen kann man die Sollverläufe der zeitlichen Änderung der Kennwerte in Festwertspeichern festhalten. Dabei werden bei einer einfachen Ausführung Schalter vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Einstellung der Maschine auf ein bestimmtes Werkstück bzw. eine bestimmte Materialart und -stärke das zugeordnete Sollwertprofil im Speicher auswählen. Bei Wechselstromschweissungen kann man das Auslesen der Spitzenwertdetektoren über den Mikroprozessors von der Frequenz der Betriebsstromes ableiten. Reicht diese Frequenz für die Erfassung eines bestimmten kritischen Bereiches im Verlauf der Kenngrössen nicht aus, oder wird mit Gleichstrom gearbeitet, was beispielsweise bei sehr dünnen Blechen der Fall sein kann, dann kann der Takteingang des Mikroprozessors von einer bei Wechselstromschweissungen von der Frequenz des Betriebsstromes gesteuerten Triggerstufe auf einen Taktgeber umschaltbar sein. Nach einer Weiterbildung ist der das dem Sollverlauf des Schweissvorganges entsprechende Datenprofil aufnehmende Speicher als über den Mikroprozessor programmierbarer Speicher ausgebildet, so dass es möglich ist, einen als besonders günstig erkannten Schweissverlauf auszuwählen und sein Datenprofil als Sollwertprofil für folgende gleiche Schweissvorgänge zu speichern. Es wurde schon erwähnt, dass bei vielen Schweissvor gängen der bei Beginn der Schweisslinsenbildung auftretende Knick oder Abfall in der Spannungskennlinie ein besonderes Kriterium für die tatsächliche Bildung der Schweisslinse darstellt, wobei der absolute oder maximale Spannungswert, bei dem dieser Knick auftritt,durch andere Faktoren bedingt bei aufeinanderfolgenden Schweissungen verschieden sein kann. Um nun mit einfachen Mitteln feststellen zu können, ob der erwähnte Knick aufgetreten ist oder nicht, kann im Mikroprozessor zusätzlich zu dem Speicher für das Datenprofil ein Speicher für Maximalwerte vorgesehen sein, wobei die Vergleicherstufe des Mikroprozessors den jeweils anstehenden Momentanwert mit dem Inhalt des zugeordneten Maximalwertspeichers vergleicht und bei detektierten Änderungen der Kenngrössen ein Steuersignal erzeugt. Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind für Wechselstromschweissungen neben Spitzenwertdetektoren für die positiven Halbwellen zusätzliche Spitzenwertdetektoren für die negativen Halbwellen der Schweissspannung bzw. des Schweissstromes vorgesehen und mit den zusätzlichen Eingängen des Mikroprozessors verbunden. Aus charakteristischen Unterschieden der positiven und negativen Halbwelle bzw. der Maximalwerte dieser Wellen kann man beispielsweise ein Halbleiter verhalten des verschweissten Materials zu Beginn der Schweissung feststellen und danach die weiteren Schweissparameter wählen. Der Vergleich der positiven und negativen Halbwellen untereinander bzw. die Überprüfung wird unter Berucksichtigung der durch die Strom- bzw. Spannungsrichtungs änderungen auftretenden Ausgleichsvorgänge vorgenommen. Es wurde festgestellt, dass durch die erwähnte Massnahme die Schweissung beschichteter Bleche vereinfacht wird. Plötzlich auftretende Unterschiede zwischen positiver und negativer Halbwelle können bei Serienschweissungen eine Anzeige für Materialverwechslungen sein. Man kann in vielen Fällen auch aus dem Verhältnis von positiver und negativer Halbwelle auf das Vorhandensein bestimmter Materialien schliessen, diese Materialien also identifizieren. Die Grösse einer Schweisslinse bei der Punktschweissung hängt von der auftretenden Temperatur und diese wieder von aufgewendeten elektrischen Arbeit (I2 x R x t) ab. Man kann diese Arbeit in grober Annäherung mit der nach Beginn der Schweisslinsenbildung zugeführten Strommenge und die letztere ebenfalls in grober Annäherung mit der Anzahl der nach dem Auftreten des Spannungsknickes noch zugeführten Anzahl von Wechselstromperioden definieren. Bei dieser Art der Auswertung startet man mit einem beim Spannungsknick ausgelösten Steuersignal eine Zähleinrichtung, die die Schweissstromperioden bis zur Beendigung der Schweissung zählt und deren Inhalt dann ein grobes Mass für die Grösse der Schweisslinse ist, wobei angezeigt werden kann, ob die Schweisslinse als gut ¯ oder "schlecht" gewertet wird. Die beschriebene Art der Auswertung ist ungenau und nur für untereinander gleichartige Schweissungen auf der gleichen Maschine sinnvoll. Es wird nämlich weder der tatsächliche Widerstandsverlauf noch die Kurvenform des Schweissstromes berücksichtigt. Um hier Abhilfe zu schaffen, kann der Mikroprozessor für Wechselstromschweissungen einen zusätzlichen Eingang für den effektiven Schweissstrom und/oder der effektiven Schweissspannung entsprechende Daten aufweisen. Nach einer Variante ist dabei der zusätzliche Dateneingang mit einem an einen Schweissstromfühler angeschlossenen Effektivwertbildner verbunden, wogegen nach einer anderen Variante der zusätzliche Dateneingang bei Schweissmaschinen mit Phasenanschnittsteuerung des Schweissstromes an einem Detektor für den Phasenanschnittwinkel liegt. Im letzteren Fall wird der effektive Schweissstrom durch Berechnung im Mikroprozessor erfasst. In beiden Fällen kann die für die Bildung der Schweisslinse aufgewendete elektrische Arbeit nach der obigen Formel genau ermittelt werden. Bei einem gespeicherten Sollverlauf des Schweissstromes oder im letzteren Fall bei einer Speicherung der elektrischen Schweissarbeit für einen bestimmten Schweissvorgang kann man sehr genau feststellen, ob eine Schweissung gut oder schlecht ist. Ferner kann man auch bei machen Maschinen vorhandene Vor- und Nachwärmzeiten, in denen eine Widerstandserwärmung des Materials mit verringertem Strom durchgeführt wird, berücksichtigen und überprüfen, ob auch hier Sollverläufe eingehalten bzw. die gewünschten aus der Stromarbeit definierten Wärmemengen zugeführt werden. Beim Verschweissen dickerer Bleche durch mehrere Punktschweissstellen kann es bei auf die erste Schweissung folgenden Schweissungen zu beträchtlichen Nebenschlussströmen kommen. Bei dünneren Blechen werden solche Nebenschlussströme durch die entgegengesetzten Stromrichtungen des Nebens chlussstromes in den beiden aufeinanderliegenden dünnen Blechen und die dadurch bedingte Stromverdrängung zur Aussenoberfläche des jeweiligen Bleches stark unterdrückt. Auch diese Tatsache lässt sich durch Überprüfung der Schweissvorgänge mit einer erfindungsgemässen Einrichtung feststellen. Bei anderen Schweissvorgängen, beispielsweise beim Zuschweissen von Kettengliedern in Kettenschweissmaschinen, treten dagegen wieder sehr hohe Nebenschluss ströme durch das Kettenglied selbst auf. Zur Berücksichtigung solcher Nebenschlussströme kann der zusätzliche Eingang des Mikroprozessors mit einem Fühler für bei. Schweissvorgang auftretende Nebenschlussströme verbunden sein Bei einer Kettenschweissmaschine kann als Fühler für den Nebenschlussstrom ein neben dem Kettenglied, insbe sondere in dessen Krümmungsbereich angebrachter Fühler für das von dem durch das Glied fliessenden Nebenschlussstrom erzeugte magnetische Feld vorgesehen sein. Bei der beschriebenen Anordnung bleibt der Fühler weitgehend von dem durch den Schweissstrom selbst erzeugten Feld unbeeinflusst. Durch Differenzbildung von Gesamtstrom und Nebenschluss streu erhält man bei den beschriebenen Maschinen eine ein heutige Aussage über den tatsächlichen Schweissstrom bzw. dessen Effektivwert. Vorzugsweise werden zur Erfassung der Schweiss bzw. Nebenschlussströme Hallsonden vorgesehen. Diese können von den die Ströme führenden Teilen galvanisch getrennt angebracht werden. Insbesondere kann man solche Sonden aussen an Kabeln od. dgl. insbesondere im Sekundärstromkreis eines Schweisstransformators anbringen, so dass die Maschinenverluste nicht in die Messung eingehen. Die Sonden können auch leicht nachträglich an bestehenden Schweissmaschinen bzw. den von diesen wegführenden Leitungen angebracht werden. Wenn es auf hohe Genauigkeit ankommt, kann man auch Fühler für den induktiven Spannungsanteil vorsehen und diesen bei der Erfassung der Schweissspannung berücksichtigen. Zusätzlich zu der schon beschriebenen Erfassung eines Datenprofiles beim Schweissvorgang und der Überwachung des Schweissvorganges durch Vergleich der Daten profile eines Soll- und Ist-Verlaufes kann man nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch den Schweissvorgang selbst beeinflussen. Zu diesem Zweck ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die erfindungsgemässe Einrichtung mit einer Steuereinrichtung für die zugeordnete Schweissmaschine verbunden oder in diese integriert, so dass wenigstens ein Teil der Ausgangssignale des Mikroprozessors der Steuereinrichtung als Steuersignal zuführbar ist. Nach einer Möglichkeit wird die zur Schweisslinsenbildung aufgewendete elektrische Arbeit durch Zählung der Periodenanzahl oder durch Bestimmung von Effektivstrom, Widerstand und Zeit festgelegt und die Maschine nach Ablauf dieser Zeit abgeschaltet. Auch Vor-und Nachwärmzeiten können über die erfindungsgemässe Einrichtung gesteuert werden. Es ist aber auch möglich, aufgrund festgestellter Änderungen gegenüber dem vorgegebenen Soliverlauf der Betriebsparameter die Spannungs-bzw. Stromregelung der Schweissmaschine selbst anzusteuern. Ein Teil der mit der erfindungsgemässen Einrichtung erfassten Daten kann auch einer zentralen Steuerbzw. Überwachungseinheit in einem Betrieb zugeführt werden. Mit der erfindungsgemässen Einrichtung lassen sich auch charakteristische Änderungen der Kenngrössen feststellen, die durch Verschleisserscheinungen (Abbrand) der Schweisselektroden bedingt sind. In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigt Fig 1 eine Überwachungseinrichtung an einer Punktschweiss maschine im Blockschaltschema, Fig. 2 eine Variante zu Fig. l und Fig. 3 eine Ausführungsform für eine Kettenschweissmaschine. Für eine Punktschweissmaschine 1 ist eine elektrische Versorgungseinrichtung mit einem Schweisstransformator 2 mit Phasenregelung vorgesehen. An der vom Schweisstransformator 2 zur Schweissmaschine l führenden Leitung 3 liegt ein Stromdetektor 4, beispielsweise ein Haibleiter-Hailsensor, der einfach auf ein die Versorgungsleitung 3 bildendes Kabel aufgesetzt werden kann; ferner ist ein Spannungsabgriff 5 vorgesehen. Man könnte auch einen normalen Stromwandler verwenden, müsste aber dann die dort auftretende Phasenverschiebung kompensieren oder berücksichtigen. Bei der dargestellten Einrichtung sind somit ein Stromüberwachungszweig und ein Spannungsüberwachungszweig vorgesehen. Der Spannungsüberwachungszweig führt über einen Spannungsbegrenzer 6, der ein Durchschlagen von Überspannungen, wie sie beispielsweise beim Öffnen der Schweisselektroden 7 auftreten, auf das Gerät verhindert. Im Stromüberwachungszweig liegt ein Verstärker 8. In beiden Zweigen folgen dann Filter 9, lD, die die. Aufgabe haben das anliegende Signal zu glätten und in eine leicht auswertbare Form zu bringen. Nach einer Möglichkeit liegt am Ausgang der Filter 9, 10 nur mehr die Grundwelle des Signales (Strombzw. Spannungsverlauf des Schweissstromes) an. In den beiden Signalzweigen folgen dann Spitzenwertdetektoren 11, 12 bzw. 13, 14, für jeweils die positive und negative Halbwelle des Signales. Ein Mikroprozessor 15 erhält über eine Leitung 16 ein Taktsignal, das entweder über einen Komperator 17 von der Frequenz des Betriebsstromes bzw. der Betriebsspannung oder von einem eigenen Taktgeber 18 abgeleitet wird, was bei Gleichstrom schweissungen notwendig ist und bei Wechselstromschweissungen zur Erhöhung der Tastfrequenz vorgesehen werden kann. Beim Ausführungsbeispiel ist ein Umschalter 19 vorhanden, mit dem zwischen Komperator 17 und Taktgeber 18 umgeschaltet werden kann. An den Spitzenwertdetektoren 11 bis 14 tritt innerhalb jeder Halbwelle ein Maximalwert auf, der festgehalten und auf die Eingänge eines Analogumschalters 20 gelegt wird, der diese Werte nacheinander in einem bestimmten Schaltprogramm einem Analog-Digitalwandler 21 zuführt, von wo sie an einen Eingang des Mikroprozessors 15 gelangen. Der Mikroprozessor bestimmt dabei,wann und wie die Signale vom A/D-Wandler eingelesen werden. Ferner stellt der Mikroprozessor 15 über Leitungen 22, 23 nach jeder Abfrage die Spitzenwertdetektoren 11 bis 14 zurück, so dass sie für die Aufnahme des Spitzenwert es der nächsten zugeordneten Halbwelle bereit sind. Man könnte auch jeden Spitzenwertdetekor über einen eigenen A/D-Wandler mit dem Mikroprozessor 15 verbinden und den Analogumschalter 20 weglassen. Die vorliegende Ausführung hat den Vorteil, dass mit einem einzigen reltaiv teuren A/D-Wandler das Auslangen gefunden wird. An einem weiteren Eingang des Mikroprozessors liegt der Ausgang eines Periodenzählers 24, der die Periodenanzahl bei jedem Schweissvorgang zählt und durch die Beendigung des Schweissvorganges auf Null zurückgesetzt wird. Eingabeschalter 25 ermöglichen die Eingabe von Betriebsparametern, wie Materialart, Materialdicke, Material beschichtet oder nicht usw. in den Mikroprozessor. Ferner ist eine Einstelleinrichtung 26 zur Bestimmung des Betriebsmodus des Mikroprozessors vorgesehen, mit der nach einer Möglichkeit die Betriebsarten "einstellen" und "schweissen" vorgewählt werden können. Der Mikroprozessor 15 besitzt ferner noch Anschlüsse für einen Datenspeicher 27 und einen Programmspeicher 28. Bei Einstellung des Modus "einstellen" werden die Spitzenwerte der Kenngrössen in den einzelnen Halbperioden für Strom und Spannung getrennt als Datenprofile im Mikroprozessor erfasst und dort gespeichert. Während oder nach dem Schweissvorgang können diese Daten auf einen Drucker 29 ausgelesen oder auf einer graphischen Anzeige 30 in Form von Kurven dargestellt werden. Nach einer weiteren, zusätzlich einstellbaren Betriebsart, ist im Mikroprozessor ein Maximalwertspeicher für Strom und Spannung vorhanden und der Mikroprozessor vergleicht die jeweils von den Detektoren 11 bis 14 abgefragten Werte mit dem gespeicherten Spitzenwert, so dass ein Spannungsabfall detektiert wird. Die Anzahl der von diesem Spannungsabfall an auftretenden Perioden des Schweissstromes wird gezählt. Entspricht diese Anzahl einem vorbestimmten Wert,leuchtet eine Anzeigelampe "gut" 31 auf, wird der Wert nicht erreicht leuchtet eine Anzeigelampe 11schlecht11 32 auf. Aus dem charakteristischen Verlauf des Stromes bzw. der Schweissspannung können auch Hinweise für notwendige Grössenänderungen abgeleitet und auf Anzeigelampen 33, 34 ¯Schweissstrom zu gross" bzw. ¯Schweissstrom zu klein" ersichtlich gemacht werden. Wurde bei dem erwähnten Modus einstellen ein günstiger Verlauf des Kenngrössenprofiles ermittelt, dann kann dieser Verlauf als Sollverlauf in den Speicher 27 übertragen werden, wozu eine entsprechende Eingabeeinstellung vorgenommen wird. Man kann im Speicher 27 aber auch auf entsprechenden fremden Einrichtungen vorprogrammierte Speicherwerte als Sollverlauf für eine Schweissung festhalten. Bei einem nun folgenden Schweissvorgang kann über ein vom Programmspeicher 28 bestimmtes Programm festgelegt werden, dass die jeweils einlangenden Daten von den Spitzenwertdetektoren mit den im Speicher 27 gespeicherten Daten verglichen werden. Wird ein Mindestgrad an Übereinstimmung ab dem Beginn des Schweissspannungsabfalls festgestellt, kann die Schweissung als "gut" gewertet werden. Man kann hier auch Sicherheiten einbauen und beispielsweise festlegen, dass nur die seit dem letzten Spannungsanstieg auftretende Periodenanzahl für die Wertung "gut" oder "schlecht" herangezogen wird, damit eine kurz begonnene und dann unterbrochene Punktschweissung an der gleichen Stelle für die Wertung nicht herangezogen wird. Bei starken Abweichungen des Ist-Verlaufes vom Sollverlauf kann über einen Schalter 35 eine Alarmanlage betätigt werden. Es ist aber auch möglich, nicht nur die erwähnten Daten des Datenprofiles, sondern auch weitere Daten im Datenspeicher 27 zu speichern und eine zur Steuereinrichtung der Schweissmaschine 1 führende Leitung 36 vorzusehen. Über diese Leitung kann die Maschinensteuerung beeinflusst bzw. sogar eine Regelung vorgenommen werden. Der Ausgang 37 des Mikroprozessors 15 kann über Schnittstelleneinrichtungen auch mit weiteren Anzeigeund Steuereinrichtungen bzw. mit einer Zentralrechner- bzw. Datenerfassungseinheit eines Betriebes verbunden werden. Bei der Ausführung nach Fig. 1 werden über den Mikroprozessor die Werte der positiven und negativen Halbwellen von Strom und Spannung über die Spitzenwertdetektoren 11 bis 14 erfasst. Es ist dabei auch möglich, insbesondere auch unter Berücksichtigung der Ausgleichsvorgänge bei der Strom- bzw. Spannungsrichtungsänderung Vergleiche zwischen den jeweils anstehenden positiven und negativen Halbwellen vorzunehmen, um so ein allfälliges Halbleiterverhalter der verschweissten Bleche anzuzeigen oder zu detektieren. Im Zusammenhang mit Fig. 1 ist zu erwähnen, dass einige der für die Überwachung heranzuziehen den Parameter noch genauer oder zusätzlich erfasst werden können. Insbesondere kann man bei einer Phasenanschnittsteuerung des Schweisstransformators den Phasenanschnittwinkel über einen eigenen Detektor erfassen und entsprechende Daten über den Analogumschalter 20 und den A/D-Wandler 21 dem Mikroporzessor 15 eingeben. Für eine genaue Erfassung oder für bestimmte Arbeitsprogramme der Einrichtung kann sich die Notwendigkeit ergeben, den Ohm'schein Spannungsabfall an der Schweissstelle zu detektieren. Hier besteht eine Möglichkeit darin, zusätzlich zu einem normalen Spannungsabgriff für die den Schweisselektroden zugeführte Spannung einen Fühler für den induktiven Anteil dieser Spannung vorzusehen. Der normale Spannungsabgriff erfasst die Summe aus Ohm'scher und induktiver Spannung, der beispielsweise als an der Zuleitung angeordnete Induktionsspule ausgebildete Fühler den induktiven Spannungsanteil. Entsprechende Werte können direkt dem Mikroprozessor zugeführt werden oder man führt den Spannungsbegrenzer 6 bzw. eine diesem vorgeschaltete Stufe als Differenzbildner aus, dem die Spannungen vom Spannungsabgriff und vom Induktionsspannungsfühler zugeleitet werden und der daher an den Verstärker 9 ein dem Ohm'schen Spannungsanteil entsprechendes Signal weitergibt. Wie noch zu beschreiben sein wird, kann man auch die effektiven Spannungs- und Stromwerte und Nebenschlussströme erfassen und bei der Signalverarbeitung berücksichtigen. Fig. 2 zeigt eine Variante, bei der bei sonst prinzipiell mit Fig. 1 gleichbleibendem Aufbau zur Erfassung des Effektivwertes des Schweissstromes eine zweite Hallsonde 37 vorgesehen ist, die über einen Effektivwertbildner 38 an einer zu einem weiteren Eingang des Analogumschalters 20 führenden Leitung 39 liegt. Gegebenenfalls kann das dem Effektivwert des Stromes entsprechende Signal auf der Leitung 39 auch unmittelbar an einen Eingang des Mikroprozessors 15 gelegt werden. Gegebenenfalls kann auch ein weiterer Mittelwertbildner zur Erfassung der effektiven Spannung vorgesehen werden. Der Mikroprozessor 15 wird so programmiert, dass er aus dem Effektivwert des Stromes, dem aus Strom und Spannung berechneten Widerstand und der durch die Periodenanzahl ausgedrückten Zeit (vorzugsweise wird hier der Taktgeber 18 eingesetzt) die Schweissarbeit berechnet. Aus dieser Berechnung kann wieder ein Signal für die Anzeige "gut" oder "schlecht" oder auch ein Steuersignal abgeleitet werden, das den Schweissvorgang unterbricht, sobald der Sollwert der Schweissarbeit erreicht ist. Wie durch die Leitung 40 strichliert angezeigt wurde, kann der Effektivwertbildner 38 gegebenenfalls auch an die Sonde 4 anschliessen. Nach Fig. 3 ist die erfindungsgemässe Überwachungseinrichtung an eine Kettenschweissmaschine la angeschlossen, die mit ihren Schweissbacken 41 die Schenkelenden eines vorgebogenen Kettengliedes 42 in einer Sollstellung gegeneinander drückt. Dabei fliesst neben dem Schweissstrom über den Stossspalt ein beträchtlicher Nebenschlussstrom durch das Kettenglied. Dieser Nebenschlussstrom wird mit einer neben dem einen Scheitel des Kettengliedes angebrachten Hallsonde 43 - die wegen der speziellen Anordnung im Scheitelbereich vom Feld des tatsächlichen Schweissstromes weitgehend unbeeinflusst bleibt - erfasst und über einen Verstärker 44 und einen Filter 45 dem an Stelle des Spitzenwertdetektors 14 vorgesehenen Spitzenwertdetektor 14a zugeführt. Der Mikroprozessor 15 ist so programmiert, dass er die Differenz der an den Detektoren 13 und 14a anstehenden Momentanwerte bildetr also nur den tatsächlichen Schweissstrom berücksichtigt.

Claims: Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Überwachung elektrischer Schweissvorgänge, insbesondere elektrischer Widerstands-Punktschweissungen, durch Erfassung der zeitlichen Änderung von Kenngrössen, insbesondere von Strom und/oder Spannung, mit Detektoren zur Erfassung von Momentanwerten der Kenngrössen und einem Mikroprozessor, der aus den über wenigstens einen A/D-Wandler umgewandelten Momentanwerten der Kenngrössen deren zeitliche Änderung erfasst und in Abhängigkeit vom Übereinstimmungsgrad dieser Änderung mit einem Sollwert Steuersignale für eine Anzeige- bzw. Steuereinrichtung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (15) mit einem Speicher (27) verbunden ist, in dem ein aus einer Vielzahl von Einzeldaten bestehender Sollverlauf eines Schweissvorganges speicherbar ist, und dass der Mikroprozessor (15) bei einem Schweissvorgang in einem vorgegebenen Arbeitstakt über den A/D-Wandler (21) aus rückstellbaren Spitzenwertdetektoren (11 - 14) für die Kenngrössen eine Vielzahl von Momentanwerten ab fragt und das so entstehende Datenprofil in einer Vergleicherstufe mit dem gespeicherten, einem Sollverlauf des Schweissvorganges entsprechenden Datenprofil vergleicht und aus dem Übereinstimmungsgrad abgeleitete Ausgangssignale erzeugt, wobei vorzugsweise der Mikroprozessor zusätzlich zu dem jeweils einen Eingang für einen Spannungs- oder Stromwert oder einen aus diesen beiden Werten gebildeten Momentanwiderstandswert wenigstens einen zusätzlichen Eingang zur Erfassung und Berücksichtigung eines weiteren Parameters des Schweissvorganges, insbesondere eines weiteren Spannungs-,Strom- oder Widerstandswertes aufweist und ebenfalls vorzugsweise Wähleinrichtungen (25, 26, 35) zur Einstellung der Überwachungseinrichtung auf verschiedene Schweissmaschinen bzw. verschiedene Verarbeitungsprogramme der erfassten Daten vorgesehen sind. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Takteingang des Mikroprozessors von einer bei Wechselstrom¯ schweissungen von der Frequenz des Betriebsstromes gesteuerten Triggerstufe (17) auf einen Taktgeber (18) umschaltbar ist. 3. Einrichtung nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der das dem Sollverlauf des Schweissvorganges entsprechende Datenprofil aufnehmende Speicher (27) als über den Mikroprozessor (15) programmierbarer Speicher ausgebildet ist. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Mikroprozessor (15) zusätzlich zu dem Speicher (27) für das Datenprofil ein Speicher für Maximalwerte vorgesehen ist und die Vergleicherstufe des Mikroprozessors den jeweiligen Momentanwert mit dem Inhalt des zugeordneten Maximalwertspeichers vergleicht und bei detektierten Änderungen der Kenngrössen ein Steuersignal erzeugt. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für Wechselstromschweissungen neben Spitzenwertdetektoren (11, 13) für die positiven Halbwellen zusätzliche Spitzenwertdetektoren (12, 14) für die negativen Halbwellen der Schweissspannung bzw. des Schweissstromes vorgesehen und mit den zusätzlichen Eingangen des Mikroprozessors (15) verbunden sind. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (15) für Wechselstromschweissungen einen zusätzlichen Eingang für dem effektiven Schweissstrom bzw. der effektiven Schweissspannung entsprechende Daten aufweist. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Dateneingang mit einem an einen Schweissstrombzw. -spannungsfühler (37) angeschlossenen Effektivwertbildner (38) verbunden ist. 8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Dateneingang bei Schweissmaschinen mit Phasenanschnittsteuerung des Schweissstromes an einem Detektor für den Phasenanschnittwinkel liegt. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Eingang des Mikroprozessors (15) mit einem Fühler (43) für beim Schweissvorgang auftretende Nebenschlussströme verbunden ist. 10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Kettenschweissmaschine (la) als Fühler für den Neben schlussstrom ein neben dem Kettenglied (42), insbesondere in dessen Krümmungsbereich angebrachter Fühler (43) für das von dem durch das Glied fliessenden Nebenschlussstrom erzeugte Feld vorgesehen ist. 11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Schweiss- bzw. Nebenschlussströme Hailsonden (4, 37, 43) vorgesehen sind. 12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Schweissspannung zusätzlich zu einem Spannungsabgriff ein Fühler für den induktiven Spannungsanteil der an den Schweisselektroden (7) anliegenden Spannung vorgesehen ist. 13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet dass, der Fühler und der Spannungsabgriff (5) über einen Differenzbildner (6) an den Eingang der Einrichtung angeschlossen sind. 14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, das sie mit einer Steuereinrichtung für die zugeordnete Schweissmaschine verbunden ist, so dass wenigstens ein Teil der Ausgangssignale des Mikroprozessors (15) der Steuereinrichtung als Steuersignal zuführbar ist.

Inventors: SWATEK, HARALD, DIPL.-ING.
Applicants: SKF STEYR GESELLSCHAFT M.B.H.
Application year: 1985
Main classification: B23K11
IPC codes: B23K11