Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zum Überwachen und/oder Regeln einer Qualität von Schweißpunkten einer Widerstandsschweißzange gemäß Anspruch 1 sowie einem Steuergerät zum Überwachen und/oder Regeln einer Qualität von Schweißpunkten einer Widerstandsschweißzange gemäß Anspruch 10.

Moderne Fertigungsanlagen, beispielsweise für Kraftfahrzeuge, verwenden eine automatisierte Schweißung zum Verbinden von metallischen Komponenten, insbesondere von Blechen. Hierbei wird nicht eine durchgängige Schweißnaht hergestellt, sondern einzelne Schweißpunkte mittels einer Widerstandschweißzange an den zu verschwei- ßenden metallischen Komponenten angebracht. Herkömmliche Fertigungsanlagen ermöglichen jedoch lediglich eine schlechte Überwachung der Qualität der hergestellten Schweißpunkte, da die Schweißzangen lediglich mit einem vordefinierten Schweißstrom beaufschlagt werden. Wenn sich die Kontakte der Schweißzange abnutzen ist der Stromübergang zwischen der Schweißzange nicht mehr optimal, so dass ein zu geringer Stromfluss bzw. eine zu geringe Schweißzeit dazu fuhren, dass die hergestellten Widerstandschweißpunkte nicht erforderliche Festigkeit haben. Dies kann dazu fuhren, dass die mit den minderwertigen Schweißpunkten hergestellten Werkstücke (beispielsweise die Karosserien von Fahrzeugen) nicht die erforderliche Stabilität bei einer Kollision haben, so dass gesetzliche Sicherheitsanforderungen nicht erfüllt werden. Im ungüns- tigsten Fall hat dies eine hohe Schadensersatzforderung für den Hersteller des Fahrzeugs zur Folge. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und ein Steuergerät zum Überwachen und/oder Regeln einer Qualität von Schweißpunkten einer Widerstandsschweißzange zu schaffen, um die Qualität eines hergestellten Widerstandschweißpunktes zu klassifizieren, regeln und zu dokumentieren.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie ein Steuergerät gemäß Anspruch 10 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Überwachen einer Qualität von Schweißpunkten einer Widerstandsschweißzange, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

- Messen und Speichern von Messwerten beim Ausführen von Widerstandspunkt- schweißungen an unterschiedlichen Stellen eines Werkstückes, wobei die Messwerte eine Spannung, einen Strom, einen Widerstand, eine Schweißzeit, eine Energie, eine Kraft auf Schweißkontakte und/oder eine Leistung bei der Herstellung eines

Widerstandsschweißpunktes repräsentieren;

- Vergleichen der Messewerte mit einem Referenzmessungswert, wobei der Referenzmessungswert eine entsprechende Spannung, einen Strom, einen Widerstand, eine Schweißzeit, eine Energie, eine Kraft auf Schweißkontakte und/oder eine Leis- tung bei der Herstellung eines entsprechenden Widerstandsreferenzschweißpunktes repräsentiert; und

- Ausgeben einer Warnungsmeldung, wenn im Schritt des Vergleichens festgestellt wird, dass eine vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Messwerten außerhalb eines vordefinierten Toleranzabstandes vom Referenzwert liegt.

Femer schafft die vorliegende Erfindung ein Steuergerät, das zur Ausführung von Schritten des vorstehend genannten Verfahrens ausgebildet ist.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine Verbesserung der her- zustellenden Qualität einer Widerstandspunktschweißung dadurch erreicht werden kann, dass bei dem Aufbringen der Widerstandspunktschweißungen bestimmte physikalische Größen gemessen werden und mit Referenzgrößen verglichen werden. Liegen die gemessenen Größen außerhalb eines Toleranzbereiches von beispielsweise 70% über oder unter dem Referenzwert, wird eine solche Abweichung registriert und die Abweichung gespeichert. Tritt dann in einer nachfolgenden Widerstandspunktschweißung bzw. dessen Messwert wieder eine derartige Abweichung vom Referenzwert auf, wird diese Abweichung wiederum registriert und abgespeichert. Die hieran anschließende Messung wird wieder auf analoge Weise mit dem Referenzwert verglichen und abgespeichert. Wird nun bei dem Abspeichern festgestellt, dass eine bestimmte Anzahl von (aufeinanderfolgenden) Messwerten vorliegt, die alle außerhalb des Toleranzbereiches um den Referenzwert liegen, wird die Warnmeldung ausgegeben. Hierdurch kann si- chergestellt werden, dass bei einer zu schlechten Qualität der Widerstandsschweißpunkte eine Warnung ausgegeben wird und eine Maßnahme zur Verbesserung der Qualität der Schweißpunkte ergriffen wird, um sicherzustellen, dass die Qualität von weiteren Widerstandspunktschweißungen wieder in dem Toleranzbereich um einen Referenzmessungswert liegen. Auch kann eine Aufzeichnung der Qualität von jedem Wider- standsschweißpunkt einfach erfolgen, so dass auch im Schadensfall eine lückenlose Dokumentation zur Verfügung steht.

Ein derartiger Ansatz zur Überprüfung und/oder Regelung der Qualität einer Widerstandspunktschweißung bietet den Vorteil, dass durch die automatische Erfassung sehr schnell und exakt erkannt werden kann, ob die entsprechenden Widerstandspunkt- schweißung einem vorbestimmten Qualitätskriterium (welches durch den Referenzmessungswert repräsentiert wird) entspricht. Ist dies nicht der Fall, kann durch die ausgegebene Warnungsmeldung eine betreffende Widerstandspunktschweißung manuell nachgearbeitet werden, um das erforderliche Qualitätskriterium zu erreichen. Durch die Fest- legung der vorbestimmten Anzahl von Messwerten (beispielsweise 3 bis 5Messwerte), die außerhalb des vordefinierten Toleranzabstands vom Referenzwert liegen, und die zur Ausgabe der genannten Warnungsmeldung erreicht sein muss, kann sichergestellt werden, dass eine einzeln auftretende Störung nicht als abnutzungsbedingte Veränderungen der Widerstandsschweißzange interpretiert wird. Dies stellt sicher, dass die Ausgabe der Warnungsmeldung lediglich dann erfolgt, wenn tatsächlich ein Verschleiß der Schweißzange oder eine systembedingte Veränderung der Schweißumgebung auftritt, die tendenziell zu schwachen Schweißpunkten führt und deshalb erkannt werden sollte. Ferner bietet der vorgeschlagene Ansatz die prinzipielle Möglichkeit, für jede Widerstandspunktschweißung den erfassten Messwert für jedes Werkstück abzuspeichern und somit eine lückenlose Qualitätskontrolle der Widerstandspunktschweißung zu ermöglichen. Hierdurch wird einem Nutzer des vorgeschlagenen Ansatzes einfach er- möglicht, bei einer Schadenersatzforderung nachzuweisen, dass kein Fehler an einem in seinem Betrieb geschweißten Werkstück vorlag.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren ferner einen Schritt der Beurteilung der Güte einer Widerstandspunktschweißung aufweisen, wobei für die Beurteilung der Güte ein zeitlicher Widerstandsverlauf bei der Widerstandspunktschweißung mit einem zeitlichen Widerstandsverlauf bei einer Wider- standsreferenzpunktschweißung verglichen wird und die Qualität des Widerstandschweißpunktes auf der Basis einer Auswertung erfolgt, ob sich der zeitliche Widerstandsverlauf der Widerstandspunktschweißung außerhalb eines Toleranzbereiches um den zeitlichen Widerstandsverlauf bei der Widerstandsreferenzpunkschweißung befindet oder ob eine Ableitung des zeitlichen Widerstandsverlaufes der Widerstandspunktschweißung zu einem vordefinierten Zeitpunkt außerhalb einer Toleranzzone um eine Ableitung zu dem vordefinierten Zeitpunkt in den zeitlichen Widerstandsverlauf der Widerstandsreferenzpunktschweißung liegt. Dabei kann das Verfahren im Schritt des Ausgebens ferner dann eine Warnungsmeldung ausgeben, wenn im Schritt des Beurtei- lens der Qualität der Widerstandspunktschweißung festgestellt wurde, dass eine vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgend ausgeführten Widerstandschweißpunkten einen zeitlichen Widerstandsverlauf haben, der an zumindest einem Zeitpunkt außerhalb des Toleranzbereiches um den zeitlichen Widerstandsverlauf der Widerstandsreferenz- punktschweißung zu dem entsprechenden Zeitpunkt liegt. Eine derartige Ausführungs- form der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, nicht nur ein einzelner (punktuel- ler) Messwert zur Beurteilung der Qualität einer Widerstandspunktschweißung herangezogen wird, sondern ein (längerer) zeitlicher Verlauf des Widerstands während der Schweißung. Hieran lässt sich unter Verwendung des zeitlichen Widerstandverlaufs einer Schweißung eines Referenzpunktes erkennen, ob die Schweißung des Schweißpunkts des Messwerts ebenfalls den hohen Qualitätsanforderungen entspricht. Auf diese Weise kann die Warnungsmeldung insbesondere dann ausgegeben werden, wenn die Gefahr eines Verschleißes auch durch den zeitlichen Ablauf der Widerstandsschwei- ßung mit der Widerstandsschweißzange deutlich erkennbar wird.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Schritte des Verfahrens für jeden von der Widerstandschweißzange durchgeführten Widerstandsschweißpunkt ausgeführt werden. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass eine durchgängige Qualitätsüberwachung jedes Schweißpunkts möglich ist, der durch die entsprechende Widerstandsschweißzange ausgeführt wird. Dies ermöglicht eine besonders detaillierte Dokumentation der Qualität der Schweißpunkte, die auf einem Werkstück aufgebracht werden.

Günstig ist es auch, wenn das Verfahren ferner einen Schritt des Widerstandspunktschweißens umfasst, wobei beim Schritt des Widerstandspunktschweißens eine Veränderung der Widerstandsschweißzeit, der Widerstandsschweißstromstärke und/oder der Widerstandschweißspannung an der Widerstandsschweißzange gegenüber einer zuvor ausgeführten Widerstandspunktschweißung erfolgt, derart, dass der Messwert für eine im Schritt des Widerstandspunktschweißens ausgeführte Schweißung wieder innerhalb des Toleranzbereiches um den Referenzmessungswert liegt. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass im Schritt der Wider- standspunktschweißung eine Korrektur von möglicherweise fehlerhaften Parametereinstellungen der Widerstandschweißzange möglich ist, so dass die hergestellten Schweißpunkte wieder Messwerte liefern, die innerhalb des Toleranzbereichs um den Referenzwert liegen. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Abnutzung der Widerstandschweißzange kompensiert werden, indem eine Erhöhung des Schweißstroms oder der Schweißzeit erfolgt, so dass sich die Qualität bzw. Festigkeit des hergestellten Schweißpunkts verbessern lässt.

Ferner kann gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für den Schritt des Ausgebens der Warnmeldung bei einem Wechsel des mit Widerstandspunkt- schweißungen zu versehenden Werkstückes eine Rücksetzung eines Zählers zur Zählung von nacheinander auftretenden Messwerten erfolgen, die außerhalb des Toleranzbereiches um den Referenzwert liegen. Eine derartige Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, dass die Fehler bzw. qualitativ schlechten Widerstandspunktschwei- ßungen pro Werkstück erkannt, gezählt und dokumentiert werden können, so dass sich eine Bauteil-bezogene Auswertung der Qualität der Widerstandsschweißpunkte realisieren lässt.

Auch können weiterhin die Messwerte von jeder Widerstandspunktschweißung für jedes Werkstück in einem zentralen Speicher abgelegt werden. Dies erleichtert die Beweisführung bei einer Beanstandung eines fehlerhaften Werkstückes, da in einer solchen Ausführungsform der Erfindung die Qualität jeder Punktschweißung exakt doku- mentiert und vom zentralen Speicher bzw. Rechner angerufen werden kann.

Günstig ist es auch, wenn im Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ferner ein Schritt des Ausführens einer Referenzmessung vorgesehen ist, wobei der entsprechende Referenzwert aufgenommen und für den nachfolgenden Ver- gleich mit den Messwerten abgespeichert wird. Dies bietet den Vorteil, dass eine Erfassung des Referenzwertes für eine Widerstandsschweißzange individuell möglich ist, so dass Eigenheiten der jeweils verwendeten Widerstandsschweißzange berücksichtigt werden können.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das Verfahren ferner einen Schritt des Wechseins der Widerstandsschweißzange umfassen, wobei der Schritt des Ausführens einer Referenzmessung nach dem Schritt des Wechseins der Widerstandszange erfolgt. Dies bietet den Vorteil, dass die Möglichkeit besteht, eine verschlissene Widerstandsschweißzange auszutauschen und die Qualitätsüberwachung auf die neu eingesetzte Widerstandsschweißzange zu kalibrieren.

Wenn zwei zu verschweißende Komponenten mit einem Klebematerial verbunden sind, kann gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung während einer Widerstandspunktschweißung zunächst an die Widerstandsschweißzange ein Strom mit einer gerin- gen Widerstandspunktschweißstromstärke und nachfolgend ein Strom mit einer hohen Widerstandspunktschweißstromstärke angelegt werden. Dies verhindert vorteilhaft, dass der Kleber durch eine zu hohe Temperatur praktisch aus dem Zwischenraum zwischen den beiden zu verscheißenden Komponenten unkontrolliert herausspritzt und durch einen ungleichmäßigen Stromfluss eine fehlerhafte Schweißung verursacht. Vielmehr kann durch das Anlegen einer geringen Stromstärke zunächst eine langsame Erwärmung und damit eine kontrollierte Verdrängung des Klebers erfolgen und die beiden betroffenen Werkstücke nachfolgend durch die Beaufschlagung mit dem hohen Strom zusammengeschweißt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung eines schematischen Aufbaus einer Widerstandsschweißzange für ein zu verschweißendes Werkstück;

Fig. 2 eine beispielhafte Darstellung der Beurteilung einer Qualität eines hergestellten Widerstandsschweißpunktes durch Vergleich von Messwerten mit einem Referenzmesswert;

Fig. 3 eine beispielhafte Darstellung einer Beurteilung eines einer Messwertes unter Verwendung eines zeitlichen Widerstandsverlaufs bei eine Referenzpunkt- schweißung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufes bei der Beaufschlagung der Widerstandsschweißzange mit einem Strom, wenn ein Klebematerial zwischen den zu verschweißenden Werkstücken aufgebracht ist; und

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als

Verfahren.

Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnun- gen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können. Die nachstehend genannten Maße und Dimensionen dienen lediglich Zwecken der Veranschaulichung und sind nicht dahingehend zu versehen, dass die die Erfindung auf diese Maße und Dimensionen einschränken.

Um möglichst viele Schweißungen möglichst schnell durchzuführen, werden in modernen Fertigungsanlagen oftmals Schweißroboter verwendet, die unter Verwendung von Schweißzangen in kurzer Zeit eine Vielzahl von Schweißpunkten an Werkstücken anbringen können. Eine derartige Schweißzange 100 ist in Fig. 1 beispielhaft dargestellt, wobei insbesondere die Schweißkontakte 110 an der Schweißzangenspitze für eine besonders gute Qualität des Schweißpunkts maßgeblich sind. Wird nämlich ein elektrischer Strom an den Kontaktierungsanschlüssen 120a bzw. 120b der Schweißzange 100 eingespeist, fließt dieser elektrische Strom über die Kontaktspitzen 110 der Schweißzange 100 in die zu verbindenden Werkstücke 130a bzw. 130b (die beispielsweise Metallbleche sind), so dass durch den hohen Stromfluss diese Werkstücke lokal schmelzen und sich dabei in Form eines Schweißpunkts 140 verbinden.

Bei abgenutzten oder anderweitig beschädigten Schweißkontakten 110 der der Schweißzange 100 kann jedoch kein Schweißpunkt 140 mit der gewünschten Qualität hergestellt werden, da beispielsweise eine Stromdichte zu gering oder zu hoch ist bzw. eine Kontaktfläche des Kontakt 110 mit den entsprechenden Werkstücken 130a bzw. 130b zu gering ist, so dass der Schweißpunkt nicht die erforderliche Größe oder Gleichmäßigkeit aufweist. Eine schlechte Qualität des Schweißpunkts 140 führt jedoch dazu, dass die beiden Werkstücke 130a und 130b nicht ausreichend fest mit einer verbunden werden. Sind beispielsweise die beiden Werkstücke 130a und 130b Bleche einer herzustellen Fahrzeugkarosserie, können Schweißpunkte mit einer mangelhaften Qualität dazu führen, dass die Fahrzeugkarosserie nicht die für gesetzlich vorgeschriebene Unfalltests vorgeschriebene Steifigkeit aufweist. Würde dennoch eine Fahrzeugkarosserie mit den fehlerhaften Schweißpunkten ausgeliefert und würde ein Fahrzeug mit einer derartigen Karosserie in einem Unfall verwickelt, bei denen Personen zu Schaden kommen, müsste unter Umständen der Hersteller der Fahrzeugkarosserie Schadenersatz leisten.

Aus diesem Grund ist es einerseits erforderlich, dass die an Werkstücken anzubringen- den Schweißpunkte einerseits auf ihre Qualität hin überwacht werden und andererseits diese Qualität möglichst auch dokumentiert wird, um in einem möglichen Schadener- satzprozess einen juristisch ausreichenden Nachweis über die Fehlerlosigkeit bzw. ausreichende Qualität des hergestellten Werkstücks zu haben.

An dieser Stelle greift der hier vorgeschlagene erfϊndungsgemäße Ansatz ein.

Erfindungsgemäß wird zunächst davon ausgegangen, dass in einer Referenzmessung ein Strom, eine Spannung, ein Widerstand, eine Schweißzeit, eine Energie und/oder eine Leistung bei der Herstellung eines Widerstandschweißpunktes mit der Schweißzange aufgenommen wird. Es wird dabei davon ausgegangen, dass die Qualität des Schweißpunkts bei der Referenzmessung optimal ist und als Bewertungsmaßstab für weitere Messungen an durchgeführten Schweißpunkten verwendet werden kann. Beispielsweise kann ein Schweißpunkt für die die Referenzmessung mit einer bestimmten Stromstärke von 10 kA gesetzt werden, so dass er eine gute Qualität aufweist. Diese Stromstärke von 10 kA bildet dann einen Referenzwert 200, wie er beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist. Um diesen Referenzwert 200 kann ein Toleranzbereich 210 gelegt werden, der beispielsweise eine Abweichung von +/- 30 % von diesem Referenzwert 200 einschließt, so dass bei einem Schweißpunkt, der mit einer Stromstärkewert in diesem Toleranzbereich gefertigt wurde auch als Schweißpunkt mit guter Qualität beurteilt werden kann. Unter Verwendung dieses Referenzwerts 200 sowie des Toleranzbereichs 210 werden nun in die Messungen der im Arbeitsablauf an den Werkstücken aufgebrachten Schweißpunkte zu unterschiedlichen Zeitpunkten t beurteilt.

Werden im Arbeitsablauf durch die Schweißzange 100 Schweißpunkte gefertigt, deren Messwerte 220 beispielsweise in der Stromstärke innerhalb des Toleranzbereichs 210 um den Referenzwert 200 liegen, kann somit von einer hinreichend guten Qualität dieser Schweißpunkte 220 ausgegangen werden, so dass keine weitere Kontrolle bzw. Nacharbeit an diesen Schweißpunkten erforderlich ist. Nutzen sich jedoch die Schweißkontakte 110 der Schweißzange 100 ab, kann beispielsweise durch die geringere Kontaktfläche nicht mehr ausreichend Strom in die Werkstücke 130 übertragen werden, so dass die Messwerte 230 für derartige Schweißpunkte in einem Bereich 240 außerhalb des Toleranzbereichs 210 liegen. Ein einzelner Messwert 230 in dem Bereich 240 außerhalb des Toleranzbereichs 210 kann jedoch auch durch eine singuläre Störung beim Setzen des Schweißpunkts auftreten, so dass in diesem Fall keine Prozessauffalligkeit besteht. Liegen jedoch mehrere aufeinanderfolgende Messwerte 230 in dem Bereich 240 außerhalb des Toleranzbereichs 210, ist davon auszugehen, dass ein systembeding- ter Fehler beim Aufbringen der Widerstandpunktschweißung aufgetreten ist, der beispielsweise durch die Abnutzung der Kontakte 110 der Schweißzange 100 verursacht ist. Dies beeinträchtigt die Prozessstabilität des Schweißverfahrens. Jedoch können auch andere dauerhafte Störungen zu dem Auftreten von Messwerten 230 in dem Bereich 240 führen, die die Qualität der entsprechenden Schweißpunkte beeinträchtigt.

Wird eine Folge von aufeinanderfolgenden Messwerten 230 erkannt, die länger als eine vor bestimmte Anzahl (beispielsweise 3 bis 5) ist, wird eine systematische Verschlechterung der Qualität von Schweißpunkten erkannt, die zu einer Ausgabe der Warnungsmeldung 250 fuhrt. Auf diese Weise kann die Qualität von Schweißpunkten einer Wi- derstandsschweißzange 100 einfach überwacht werden, so dass gegebenenfalls rechtzeitig die Schweißkontakte 110 getauscht werden können bzw. die Schweißzange 100 ausgewechselt werden kann. Zugleich können jedoch auch die Messwerte 220 bzw. 230 für jeden Schweißpunkt abgespeichert werden, so dass eine lückenlose automatische Dokumentation der durch die Schweißzange 100 aufgebrachten Schweißpunkte möglich ist. Ferner kann durch die Auswertung einer derartigen Dokumentation auch eine manuelle Nachbearbeitung diejenigen Schweißpunkte erfolgen, deren Messwerte 230 außerhalb des Toleranzbereichs 210 liegen. Hierdurch besteht die Möglichkeit, auch einzelne Schweißpunkte mit schlechter Qualität an den Werkstücken durch die- automatisierte Erfassung der Messwerte einfach lokalisieren zu können.

Eine Beurteilung der Qualität eines Schweißpunktes kann jedoch auch durch Auswertung des zeitlichen Widerstandsverlaufs während der Schweißung des Schweißpunktes erfolgen. Hierzu wird der Widerstandsverlauf bei der Schweißung des Referenzschweißpunkts aufgezeichnet, wie es beispielsweise in Fig. 3 durch die Linie 300 dargestellt ist. Hierbei kann wiederum ein Toleranzbereich 310 um diesen Referenzwiderstandsverlauf 300 berücksichtigt werden, so dass die Qualität eines Schweißpunktes als ausreichend erkannt werden kann, wenn während des Schweißvorgangs für einen zu beurteilenden Schweißpunkt der gemessene zeitliche Widerstandsverlauf 315 beim Herstellen des entsprechenden Schweißpunkts nicht außerhalb dieses Toleranzbereichs 310 liegt. Alternativ kann auch eine Ableitung 320 des Referenzmesswert 300 mit einer Ableitung 325 eines zeitlichen Widerstandsverlaufs 315 des zu beurteilenden Schweiß- punkts verglichen werden, wobei der Schweißpunkt dann als qualitativ ausreichend beurteilt werden kann, wenn die Ableitung eine Steilheit aufweist, die innerhalb eines Steigungsbereiches liegt, der beispielsweise durch die in Fig. 3 dargestellten Steigerungskennlinien 330 und 340 wiedergegeben ist.

Um eine Verbesserung der Qualität der Schweißpunkte zu erreichen, kann auch eine Anpassung von Parametern beim Schweißvorgang erfolgen. Beispielsweise kann eine Stromstärke oder eine Schweißzeit erhöht werden, wenn Messwerte 230 auftreten, die außerhalb des Toleranzbereichs 210 liegen.

Prozessstabilität PSF

Es kann daher ein Prozessstabilitätsfaktor bestimmt werden, der die Prozessstabilität des Punktschweißprozesses derart ausdrückt, inwieweit die durch den Messwert angezeigte Schweißung mit der Referenzschweißung übereinstimmt. Ein Prozessstabilitätswert von 100% bedeutet die volle Übereinstimmung des Prozesses mit dem Prozess der Refe- renzschweißung und signalisiert damit einen unverändert stabilen Schweißprozess. So sagt beispielsweise eine Prozessstabilität von 70% aus, dass sich der Schweißprozess um 30% im Vergleich zur Referenzschweißung geändert hat. An der Schweißeinrich- tung (bzw. Schweißzange) kann sich eine Veränderung ergeben, z. B. durch Verschleiß, die dann durch den Prozessfaktor erkannt werden kann. Oder es lag eine Störgröße vor, welche der U/I-Regler zur Verbesserung der Schweißqualität kompensieren musste. Störgrößen, sofern sie einmalig auftreten, sind durch eine einmalige Abweichung von der 100%-Linie charakterisiert, z. B. bei Spritzern oder bei einer Randschweißung. Kontinuierlich wachsende Abweichungen deuten auf Verschleiß hin, meist von den Elektrodenkappen der Schweißzange.

Der Wert des Prozessstabilitätsfaktors (PSF- Wert) ist dabei eine einheitenlose und von der Schweißregler-Firmware berechnete und normierte Größe. Sie beschreibt die Stabilität eines Schweißprozesses für einen Schweißpunkt.

Hohe Werte (beispielsweise beträgt der Maximalwert 100) stellen dabei sehr stabile und sichere Prozesse dar. In Prozessen mit solchen Werten findet kein oder nur ein sehr ge- ringer Regeleingriff statt. In diesem Falle ist die aktuelle Widerstandkurve nahezu deckungsgleich mit der Referenzwiderstandskurve des jeweils geschweißten Punktes.

Niedrige Werte (beispielsweise beträgt der Minimalwert 0) stellen sehr instabile und unsichere Prozesse dar. In Prozessen mit solchen Werten kann dabei ein hoher Re- gel eingriff (große Schweißzeit- bzw. Stromänderungen) stattfinden. Diese können, auch trotz ungünstiger Randbedingungen, einen guten Schweißpunkt sicher stellen.

Die Berechnung des PSF- Wertes basiert auf einem Algorithmus, der in der Firmware ^• des Reglers hinterlegt ist. Eingangsgrößen für die Berechnung dieses Wertes sind ge- messene und berechnete elektrische Kenngrößen wie Strom, Spannung, Widerstand, Phasenanschnitt, Leistung, Energieeintrag, aber auch charakteristische Größen, die den Verlauf der aktuell gemessenen Widerstandskurve (Minima, Maxima, Steigungen) beschreiben.

Der Vergleich des ablaufenden Prozesses mit der (angelernten) Referenz ergibt ein Maß für den Zustand und die Sicherheit des Schweißprozesses und der Schweißeinrichtung (Trendanalyse).

Müssen Störgrößen durch eine Stromzeitverlängerung kompensiert werden, so drückt sich diese Prozessänderung in einer Verschlechterung des Prozessstabilitätswertes aus.

Gleichzeitig zeigt der Überwachungsparameter Stromzeit einen höheren Wert an. Bei

Handzangen sollte beachtet werden, dass das Schweißen unterschiedlicher Blechkombi- nationen eigentlich auch Störgrößen darstellt im Vergleich zur Referenzschweißung. Das fuhrt auch zu Abweichungen der Prozessstabilität bei entsprechend unterschiedlichem Material.

Im KSR/PHA-Betrieb wird die Prozessstabilität nur angezeigt, wenn eine Referenzkurve geladen wurde.

Prozessqualität UIP

Die Prozessqualität ergibt sich aus der exakten Analyse des Widerstandsverlaufs einer Schweißung, wie sie beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist. Für die Berechnung werden markante Eckpunkte und Trends des Kurvenverlaufs herangezogen. Hierfür wird der Widerstandsverlauf in mehrere Abschnitte untergliedert. Als markante Punkte des Widerstandsverlaufs gilt der Anfangs- und Endwiderstand, sowie das lokale Maximum und Minimum. Zwischen diesen Punkten werden Steigungen und Tendenzen abgeleitet, die eine Aussage über die Schweißqualität zulassen. Die Ergebnisse der UIP-Berechhung der einzelnen Abschnitte werden abhängig davon, um welchen Abschnitt es sich handelt, mit unterschiedlich starker Gewichtung in den UIP einbezogen. Da die Dynamik des Widerstandsverlaufs bei manchen Schweißaufgaben nur schwach ausgeprägt ist, wird zusätzlich ein Vergleich mit den entsprechenden Abschnitten des Referenzverlau- fes hergestellt und in die Berechnung einbezogen. Schwieriger zu interpretieren ist die Qualitätsaussage bei Handzangen, wenn unterschiedliche Materialien und Blechstärken mit einem Programm verarbeitet werden.

Ein Prozessqualitätsfaktor (auch UIP- Wert genannt) kann dabei eine einheitenlose und von der Regler-Firmware berechnete und normierte Größe sein. Sie beschreibt die „theoretisch berechnete" Qualität eines Schweißpunktes, unabhängig davon ob diese Qualität ohne oder mit einem kompensierenden Regeleingriff erreicht wurde.

Hohe UIP- Werte (d.h. insbesondere größer 100) sagen dabei auf Basis der Berechnung Schweißpunkte mit einem ausreichenden und guten Linsendurchmesser vorher, der mindestens dem ursprünglich eingelernten Punktdurchmesser entspricht. Niedrige UIP-Werte (wobei der Minimalwert 0 ist) sagen (auch trotz Regeleingriff) einen ungenügenden Punktdurchmesser oder gar einen nicht angebundenen Schweißpunkt voraus. Die Berechnung des UIP- Wertes basiert auf einem Algorithmus, der in der Firmware des Reglers hinterlegt ist. Eingangsgrößen für die Berechnung dieses Wertes sind gemessene und berechnete elektrische Kenngrößen wie Strom, Spannung, Widerstand, Phasenanschnitt, Leistung, Energieeintrag, aber auch charakteristische Größen, die den Verlauf der aktuell gemessenen Widerstandskurve (Minima, Maxima, Steigungen) und damit auch die Qualität der Schweißung beschreiben.

Im KSR/PHA-Betrieb wird die Prozessqualität nur angezeigt, wenn eine Referenzkurve geladen wurde.

Toleranzen

Zur Ermittlung von Toleranzbändern für die Überwachung wird folgendes Vorgehen vorgeschlagen:

Zunächst werden die Istwerte aus der Referenzschweißung als Referenz für die Überwachung übernommen. Ein Abbild, in welchen Grenzen sich die überwachte Größe bewegt, ergibt sich aus dem angezeigten Verlauf einer überwachten Größe. Die Toleranzen legt man am besten so um den Referenzwert, dass die meisten Schweißungen im „Gutbereich" liegen. So liegen Ausreißer dann außerhalb der Toleranzbänder. Es ist darauf zu achten, dass normale Schwankungen der Fertigung nicht außerhalb der Toleranzgrenzen liegen (z. B. durch geringen Elektrodenverschleiß, Fräsen). In der Anzeige des Verlaufs werden die programmierten Toleranzen als Linien angezeigt und zeigen anschaulich, wie sich die Toleranzbänder auswirken würden.

Nach eventuell weiterer Beobachtung und Optimierung kann die Überwachung für diese Größe aktiviert werden. Zusätzlich ist zu kontrollieren, dass die Überwachung auch für dieses Programm und „Allgemein" eingeschaltet ist. Die Toleranzen programmiert man an einer Bedienoberfläche am besten in der Reihenfolge 1. zulässiges Toleranzband oben,

2. bedingt zulässiges Toleranzband

3. zulässiges Toleranzband unten. Somit ist es möglich, einen Prozessstabilitätsfaktor zu bestimmen, der die Prozessstabilität des Schweißprozesses zeigt und auch Eingriffe eines entsprechenden Reglers ermöglicht bzw. zeigt. In Verbindung mit einer Prozesshistorie, die abgespeichert wurde, lässt sich eine Veränderung der Prozesslage erkennen, wodurch eine Trendanalyse des Prozesses ermöglicht wird. Hierbei wird ein Vergleich aus einer Referenzschweißung und einer aktuellen Schweißung ermittelt.

Zusätzlich kann ein Qualitätsfaktor durch die Ermittlung eines Vergleichs der Wider- Standsverläufe in der aktuellen Schweißung mit der Referenzschweißung bestimmt werden.

Durch die vorgestellte Funktion ist somit eine systematische Fehlererkennung möglich, wodurch ein hoher Qualitäts- und Produktionsstandard sichergestellt wird. Insbesondere kann eine dauerhafte Prozess-Punktschweißqualität in einer Serienproduktion sichergestellt werden, wodurch sich die Produktionsbedingungen deutlich verbessern. Zugleich kann die Zählung der aufgetretenen Messwerte außerhalb eines zulässigen Toleranzbereichs derart eingestellt werden, dass für jedes zu schweißende Werkstück dieser Zähler rückgesetzt wird, so dass eine bauteilbezogene Qualitätswarnmeldung ausgegeben wer- den kann. Alternativ kann auch eine fertigungsprogrammbezogene Warnungsmeldungs- ausgabe erfolgen, um einen langfristigen Verschleiß der Schweißzange zu bestimmen. Durch den vorgeschlagenen Ansatz wird es möglich, eine Überwachungsfunktion für einen kompletten Rohbau der Qualität von Karosserien sicherzustellen.

Q-Stopp-Logik

Mit einer integrierten und parametrierbaren so genannten Q(=Qualität)-Stopp-Logik lassen sich die Bedingungen für das Auftreten von Warnmeldungen sowie Anlagenstopps festlegen. Für jeden der oben beschriebenen Kennwerte (insbesondere PSF, UIP) werden bedingte und absolute Warngrenzen bestimmt und gesetzt, deren Verletzung zu einer Warnmeldung an der Anlage bzw. zu einem Anlagenstopp führt: - Bedingte Warngrenze:

Bei der Anlageninbetriebnahme werden die bedingten Warngrenzen so eingestellt, dass die Verletzung einer solchen noch nicht einen tatsächlich schlechten Schweißpunkt, wohl aber einen schlechter werdenden Prozess bzw. auch die Gefahr einer schlechter werdenden Punktqualität anzeigt. Die Prozessüberwachung kann dabei so eingestellt werden, dass erst eine mehrmalige (frei parametrierbare) Verletzung bedingter Warngrenzen zu einem Anlagenstopp führt.

- Absolute Warngrenze: Die Verletzung einer absoluten Warngrenze weist hingegen auf einen sehr schlechten oder gar offenen Schweißpunkt hin. Ein Anlagenstopp findet hierbei bereits schon bei einer einmaligen Verletzung dieses Grenzwertes statt. Für die Verletzung bedingter und absoluter Warngrenzen existieren Zähler, die beim Auftreten bestimmter Ereignisse auch automatisch wieder auf Null gesetzt werden.

- Bauteilzähler:

Hier werden nur die Grenzwertverletzungen innerhalb eines Bauteils gezählt. Ein automatisches Zurücksetzen des Zählers für ein Folgebauteil ist programmierbar.

- Programmnummernzähler:

Hier werden nur Grenzwertverletzungen für eine bestimmte Punktnummer gezählt. Auch dieser Zähler kann in Abhängigkeit von einer bestimmten Anzahl von „Gut- schweißungen" für dieses Programm wieder automatisch auf „Null" gesetzt werden.

Die Parametrierung bedingter und absoluter Warngrenzen sowie die Festlegung der Q- Stopp- bzw. Anlagen-Stopp-Logik ist frei und kann entsprechend den Vorgaben für die Qualitätsregelkreise der Produktionslinien des Kunden vorgenommen werden.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, nach einem Wechsel der Schweißzange einen erneu- ten Widerstandsabgleich durchzuführen, um einen neuen Referenzwert für die

Schweißpunkte mit der neuen Schweißzange zu erhalten. In diesem Fall müsste vor einer Beurteilung von weiteren Schweißpunkten mit der neuen Schweißzange zunächst eine Referenzschweißung ausgeführt werden und ein entsprechender Messwert erfasst und als Referenzwert abgespeichert wird. Die nachfolgend erfassten Messwerte für Schweißpunkte werden dann mit dem neuen gespeicherten Referenzwert verglichen und eine Beurteilung der Qualität des hergestellten Schweißpunkts unter Berücksichtigung eines Toleranzbereichs um den neuen Referenzwert durchgeführt.

Bei aktuellen Fügeaufgaben werden aus Festigkeitsgründen zunehmend Klebstoffe in den Fügeebenen eingesetzt. Aus diesem Grund kann auch eine Funktion vorgesehen werden, um eine neue Zangensteuerung für Schweißzangen zur Herstellung von Schweißverbindungen mit Klebstoff zwischen den zu verschweißenden Blechen bereitzustellen, da diese Art der Verbindungen im Karosseriebau immer mehr zunehmen. Für die Funktionsweise der nachfolgenden Beschreibung ist es unerheblich, welche Art von Klebstoff, also Dichtkleber oder Verbindungskleber verwendet wird. Rein physikalisch stellt der Klebstoff zwischen den Blechen einen Isolator dar, der keinen Strom fluss zu- lässt. Deshalb ist für die Funktion immer ein Nebenschluss notwendig, über dessen Stromfluss eine Erwärmung erfolgt und der damit für die Verdrängung des Klebstoffs im Schweißpunkt sorgt. Ausnahmen bilden hier leitfähige Klebstoffe, bei denen ein Einsatz dieser Funktion jedoch auch sinnvoll ist.

Klebstoff wirkt somit als Isolator zwischen den Blechen. Der Schweißstrom fließt am Anfang der Schweißung über Nebenschlüsse ab und fehlt der Herstellung des eigentlichen Schweißpunkts. Je nach Klebstoffart, Dicke des Klebstoffauftrags, Viskosität des Klebers kann die Zeit, bis der Kleber durch die Wärmebildung verdrängt wird, das heißt der Schweißstrom durch den eigentlichen Schweißpunkt fließt, sehr unterschiedlich sein. Damit ist keine gleich bleibende Schweißqualität zu gewährleisten. Da beim normalen Schweißablauf mit dem parametrierten Schweißstrom gefahren wird, der in der Regel zwischen 7kA und 12kA beträgt, wird durch die hohe Wärmebildung der Klebstoff sehr schnell verdrängt. Dies geschieht zum Teil explosionsartig. Da die Zange dieser Änderung so schnell gar nicht folgen kann, ist die Prozessreaktion oft sehr heftig, Spritzer und verbrannte Punkte treten auf. Das Ziel der hier vorgestellten Funktion sollte sein, den Klebstoff „sanft" zu verdrängen, und dann, wenn ein definierter Blech-Blech Kontakt vorhanden ist mit dem eigentlichen Schweißablauf zu beginnen. Dabei sollte der Regler sich optimal"auf die Durch- bruchzeit des Klebstoffs adaptieren.

Um die Funktion nutzen zu können, ist folgendes Vorgehen günstig, welches in Fig. 4 näher dargestellt ist. Zunächst sollte die Schweißzange mit einer niedrigen Stromstärke beaufschlagt werden. Günstig ist hier etwa die Verwendung einer Stromstärke von etwa der Hälfte des eigentlichen Schweißstroms also ca. 4 - 5kA. Mit dieser ersten Phase 400 der Schweißung, soll der Bereich um den herzustellenden Schweißpunkt nur erwärmt und der Klebstoff verdrängt werden. Es soll noch kein Verschweißen der beiden Komponenten stattfinden. Die Länge der ersten Phase sollte so bestimmt werden, dass der Klebstoff verdrängt werden kann. Hier sollten 50ms bis 80ms ausreichen. Die Paramet- rierung der zweiten Phase 410 sollte so gestaltet werden, wie dies für die Schweißauf- gäbe ohne Klebstoff notwendig wäre. In ihr soll die eigentliche Schweißung stattfinden. Auf diese Weise kann ferner die Qualität der Schweißpunkte erhöht werden, wenn ein Klebematerial die zu verscheißenden Komponenten vor der Schweißung miteinander verbindet.

Auch kann eine Überwachung der Kraft erfolgen, mit der die Kontakte der Widerstandsschweißzange auf das Werkstück gepresst werden. Hierdurch wird weiterhin ein Rückschluss auf die Abnutzung der Kontakte 110 der Widerstandsschweißzange ermöglicht, da bei abgenutzten Kontaktspitzen sich diese Kontaktspitzen über einen längeren Weg bewegt werden müssen, bis sich der erwünschte Druck der Kontakte auf das Werkstück einstellt. Anders ausgedrückt kann die Bestimmung einer Kraft, mit der die Kontakte auf das Werkstück drücken, einen Hinweis darauf geben, wie gut die Stromverbindung zwischen Kontakten und Werkstück ist und wie gut somit folglich die Qualität der Schweißung sein kann. Eine Dokumentation bzw. eine Speicherung oder Bewertung dieser Kraft entsprechend dem vorstehend genannten Bewertungsverfahren unter Verwendung eines Toleranzbereiches kann dann ebenfalls zu einer Beurteilung der Qualität der herangezogen werden. Der Vollständigkeit halber ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren 500 zum Überwachen und/oder Regeln einer Qualität von Schweißpunkten einer Widerstandsschweißzange umfasst, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, wobei das Verfahren 500 einen ersten Schritt des Messens 510 und Speicherns von Messwerten beim Ausführen von Widerstandspunktschweißungen an unterschiedlichen Stellen eines Werkstückes umfasst, wobei die Messwerte eine Spannung, einen Strom, einen Widerstand, eine Schweißzeit, eine Energie und/oder eine Leistung bei der Herstellung eines Widerstandsschweißpunktes repräsentieren. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt des Vergleichens 520 der Messewerte mit einem Referenzmessungswert, wobei der Referenzmessungswert eine entsprechende Spannung, einen Strom, einen Widerstand, eine Schweißzeit, eine Energie und/oder eine Leistung bei der Herstellung eines entsprechenden Widerstandsschweißpunktes repräsentiert. Schließlich umfasst das Verfahren 500 einen Schritt des Ausgebens 530 einer Warnungsmeldung, wenn im Schritt des Vergleichens 520 festgestellt wird, dass eine vorbestimmte Anzahl von aufeinander- folgenden Messwerten außerhalb eines vordefinierten Toleranzabstandes vom Referenzwert liegt.

Somit ermöglicht die vorstehend vorgestellte Erfindung ein durchgängiges Qualitätssicherungskonzept für das Widerstandpunktschweißen, die durch eine Regelung, eine Überwachung und eine Bewertung von Punktschweißverbindungen möglich wird. Hierbei erfolgt eine Integration des vorgeschlagenen Ansatzes in ein Gesamtkonzept mit integriertem Regel- und Überwachungskonzept mit integrierter Prozessüberwachung und Qualitätsbewertung. Zugleich wird ein Verfahren zum effizienten Produktionsablauf mit gleichzeitiger Absicherung der Punktschweißqualität sichergestellt.

Bei einer geeigneten Programmierung der Warngrenzen sowie der integrierten Q-Stopp- Logik ist eine automatische und 100%ige Prozess- und Qualitätsbewertung aller produzierten Schweißpunkte innerhalb der Produktionslinie möglich. Im Vergleich zur bisherigen manuellen Stichprobenprüfung (beispielsweise durch Ultraschall oder eine zerstö- rende Prüfung) werden systematische Fehler deutlich früher erkannt. Selbst Einzelfehler werden bei geeignet gewählten Warngrenzen angezeigt. Mit der konsequenten Nutzung dieser Prozess- und Qualitätsüberwachung wird die bislang durchgeführte zeitaufwän- dige und manuelle Ultraschallprüfung oder zerstörende Prüfung von Schweißpunkten deutlich reduziert. Der Personalbedarf für manuelle Prüfungen von Produkten einer Produktlinie kann in einem ersten Schritt somit um ca. 50% reduziert werden, durch Optimierungen sind weitere Reduzierungen möglich. Durch diese objektive Art der Ü- berwachung ist es möglich, eine Bewertung von Prozess und Qualität durchzuführen, die menschunabhängig und wiederholgenau ist.

Bezugszeichenliste

100 Widerstandsschweißzange

110 Schweißkontakte der Widerstandsschweißzange 100

120a, 120b Stromzuführungskontakte der Widerstandsschweißzange 100 130a, 130b zu verschweißende Komponenten eines Werkstückes

140 Schweißpunkt

200 Referenzmessungswert

210 Toleranzbereich um den Referenzmessungswert 220 Messwerte im Toleranzbereich 210 um den Referenzmessungswert 200

230 Messwerte außerhalb des Toleranzbereichs 210 um den Referenzmessungswert 200 250 Warnungsmeldung

300 zeitlicher Widerstandsverlauf beim Ausführen einer Referenzschweißung

310 Toleranzbereich um den zeitlichen Widerstandsverlauf beim Ausfuhren der Referenzschweißung 315 zeitlicher Widerstandsverlauf beim Ausführen eines zu messenden

Schweißpunktes 320 Ableitung des zeitlichen Widerstandsverlaufs der Referenzschweißung an einem vorbestimmten Zeitpunkt

325 Ableitung eines zeitlichen Widerstandsverlaufs der zu messenden Punkt- schweißung an dem vorbestimmten Zeitpunkt

330, 340 Ableitungen zur Begrenzung eines Ableitungstoleranzbereichs der Ablei- tung 320 des zeitlichen Widerstandsverlaufs der Referenzschweißung an einem vorbestimmten Zeitpunkt 400 erste Phase der Schweißung mit Klebematerial

24 410 zweite Phase der Schweißung mit Klebematerial

500 Verfahren zum Überwachen und/oder Regeln einer Qualität von

Schweißpunkten einer Widerstandsschweißzange

510 Messen und Speichern von Messwerten beim Ausführen von Wider- standspunktschweißungen

520 Vergleichen der Messewerte 220, 230 mit dem Referenzmessungswert

200 530 Ausgeben einer Warnungsmeldung 250

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