DE4317557C1 - Vorrichtung zur Schweißstromregelung beim Punktschweißen mit einem nach dem Effektivwertverfahren arbeitenden Meßgeber zur schnellen Erfassung des Istwertes des Widerstandes zwischen den Elektroden - Google Patents
Vorrichtung zur Schweißstromregelung beim Punktschweißen mit einem nach dem Effektivwertverfahren arbeitenden Meßgeber zur schnellen Erfassung des Istwertes des Widerstandes zwischen den ElektrodenInfo
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Description
Vorrichtung zur Schweißstromregelung beim Punktschweißen
mit einem nach dem Effektivwertverfahren arbeitenden Meßge
ber zur schnellen Erfassung des Istwertes des Widerstandes
zwischen den Elektroden.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Schweiß
stromregelung beim Elektro-Punktschweißen, welche eine ins
besondere der Schnelligkeit der Regelung zugute kommende
Verbesserung bei der Meßsignalvorverarbeitung bewirkt.
Eine dem Oberbegriff von Anspruch 1 entsprechende Vorrichtung
ist bekannt aus dem Aufsatz "Fortschritte in der Prozeß
datenerfassung und Prozeßdatenverarbeitung beim Widerstands
preßschweißen" von B. Lehmkuhl, H. Preß, M. Römer und G.
Weber in der Zeitschrift "Schweißen und Schneiden" 42
(1990) Heft 1, Seiten 26-29. Dort wird ein Hochgeschwin
digkeitsdatenerfassungssystem bzw. ein Meßcomputer beschrie
ben, mit denen der Verlauf des Widerstandes beim Preß
schweißen u. a. aus dem Quotienten der Effektivwerte von
Schweißspannung und Schweißstrom gebildet werden kann.
Beim Elektro-Punktschweißen besteht das Problem, den Ver
lauf des Schweißvorganges durch eine schnelle und geeignete
Einflußnahme auf den Schweißstrom so zu regeln, daß insbe
sondere die Schweißlinsengröße und die Schweißqualität ge
wünschte Zustände annehmen. Dies hat seine Ursache darin,
daß die wesentlichen physikalischen Parameter während des
Schweißvorganges, insbesondere der Temperaturverlauf und
der aktuelle Linsendurchmesser, nicht direkt meßbar sind. Es
ist somit notwendig, der Schweißstromregelung Ersatzgrößen
als Meßwerte zuzuführen.
Es ist bekannt, als Grundlage für eine wesentliche derar
tige Ersatzgröße den zwischen den Elektroden während des
Schweißvorganges auftretenden Zeitverlauf des elektrischen
Widerstandes heranzuziehen. Repräsentative Werte des Wider
standes werden aus den meßbaren Zeitverläufen des Schweiß
stromes und der Schweißspannung rekonstruiert. Anstelle des
elektrischen Widerstandes kann auch die hiervon abgeleitete
Größe der relativen Änderung des Zeitverlaufes des elektri
schen Widerstandes als Grundlage für eine Ersatzgröße her
angezogen werden. Als Grundlage für eine weitere Ersatz
größe können ferner der Meßwert der mechanischen Elektro
denbeschleunigung bzw. deren relative Änderung oder hiervon
abgeleitete repräsentative Werte dienen.
Das Problem besteht nun darin, den für die Güte der
Schweißstromregelung ausschlaggebenden Verlauf des elektri
schen Widerstandes bzw. von dessen relativer Änderung in
einer für Regelung geeigneten Weise zu rekonstruieren und
gegebenenfalls aufzubereiten. Hierzu wird in der Veröffent
lichung von B.W. Schumacher: "Widerstands-Punktschweißen ad
aptiv regeln", in "Werkstatt und Betrieb" 123 (1990) 3,
Seiten 209 bis 215 insbesondere auf der dortigen Seite 211
darauf hingewiesen, daß es schon seit längerem bekannt ist,
repräsentative Werte des Widerstandes bzw. der Wider
standsänderung während des Schweißvorganges mit Hilfe des
sogenannten "Scheitelwertverfahrens" zu bestimmen.
Dieses bekannte Verfahren zur Vorverarbeitung der für die
Schweißstromregelung wichtigen Ersatzgröße des elektrischen
Widerstandes zwischen den Elektroden beruht auf folgendem
Prinzip: Es sollten die Werte der Schweißspannung und des
Schweißstromes möglichst in dem Moment erfaßt werden, in
dem sich der Schweißstrom nicht ändert, d. h. im Stromma
ximum. Die Berechnung des Widerstands sollte somit unter
Zuhilfenahme der Scheitelwerte von der aktuellen Strom
halbwelle und der dazugehörigen Spannung erfolgen.
In Fig. 1 ist eine bekannte, das Prinzip des "Scheitelwert
verfahrens" einsetzende Vorrichtung zur Schweißstromrege
lung blockschaltbildmäßig dargestellt. Der eigentliche Reg
ler SW für den Schweißstrom befindet sich am rechten Ende
der Vorrichtung. Er gibt Stellsignale W ab, welche den Pha
senanschnittswinkel für die nächste Halbwelle des Schweiß
stromes bestimmen. Eine mögliche Ausführung eines derarti
gen Reglers SW ist in der DE 39 36 329 C2 beschrieben. Dem
Regler SW wird zumindest ein mit dem Verlauf des Widerstan
des zwischen den Schweißelektroden in Zusammenhang stehen
der Meßwert Rswf als Eingangsgröße zugeführt. Dieser Meß
wert wird in einem ersten Filter F1 unter Zuhilfenahme der
Zeitverläufe des Schweißstromes I und der Schweißspannung U
rekonstruiert.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist noch ein zwei
tes Filter F2 vorhanden, welches aus dem meßtechnisch er
faßten Zeitverlauf der Beschleunigung A der Elektroden wäh
rend des Schweißvorganges den Wert der dazugehörigen Be
schleunigungsänderung EB ableitet. Dieser Wert kann dem
Regler SW bei Bedarf als eine zweite Eingangsgröße zuge
führt werden, was zur Verbesserung der Regelgüte beiträgt.
In der Fig. 1 ist zudem eine mögliche Ausführung des ersten
Filters F1 der bekannten Vorrichtung dargestellt. Dabei
wird der Zeitverlauf des Schweißstromes I in einem ersten
Abtaster AB11 und der Zeitverlauf der Schweißspannung U in
einem zweiten Abtaster AB21 mit einer höherfrequenten Ab
tastfrequenz fa abgetastet. Bevorzugt ist jedem der Abtas
ter ein Tiefpaßfilter AF bevorzugt in Form eines Anti-Alia
sing-Filters vorgeschaltet. Die Abtastwerte Iab für den
Schweißstrom am Ausgang des ersten Abtasters AB11 werden
zudem einem dritten Abtaster AB12 zur Unterabtastung zuge
führt. Ebenso werden die Abtastwerte für die Schweißspan
nung Uab am Ausgang des zweiten Abtasters AB21 einem vier
ten Abtaster AB22 zur Unterabtastung zugeführt.
Die Unterabtaster AB12, AB22 blenden pro Stromhalbwelle je
weils einen charakteristischen Wert für den Schweißstrom
und die Schweißspannung aus der Menge der Abtastwerte
Iab, Uab aus. Hierzu ist eine Vorrichtung SE zur Scheitel
werterkennung vorgesehen, welche die zweite Frequenz fu für
den dritten und vierten Abtaster zur niederfrequenten Un
terabtastung der Abtastwertgruppen Iab, Uab bereitstellt.
Die Vorrichtung SE zur Scheitelwerterkennung detektiert da
bei pro Halbwelle des Schweißstromes den relativ größten
der in der Abfolge der Abtastwerte Iab auftretenden Wert.
In diesem Moment wird sowohl der Abtaster AB12 als auch
der Abtaster AB22 betätigt. Aus den derart ausgeblendeten
charakteristischen Werten für den Schweißstrom und die
Schweißspannung wird schließlich ein für die momentane
Stromhalbwelle gültiger Wert des elektrischen Widerstandes
Rabs zwischen den Schweißelektroden abgeleitet. Im Beispiel
der Fig. 1 sind hierzu ein erstes Rechenelement RE1 und ein
zweites Rechenelement RE2 vorgesehen, welche bevorzugt die
Funktion eines Kehrwertbildners und eines Multiplizierers
haben. Der somit entstehende Wert des absoluten, elektri
schen Widerstandes Rabs kann bei Bedarf durch ein gegebe
nenfalls zusätzlich vorhandenes drittes Rechenelement RE3
in einen Wert für die relative Widerstandsänderung Rswf um
gesetzt werden.
Der wesentliche Nachteil dieses "Scheitelwertverfahrens"
besteht darin, daß der Scheitelwert der Stromhalbwelle
nicht absolut exakt bestimmt werden kann. Aufgrund der Not
wendigkeit der Abtastung der Meßwerte von I und U zu dis
kreten, äquidistanten Zeitpunkten mit einer endlichen Fre
quenz fa wird der exakte Scheitelwert nahezu immer ver
fehlt. Es kann nur der relativ größte Wert aus der Gruppe
der Abtastwerte Iab ausgesucht werden. Ferner kann diese
Suche aber zeitverzögert erst dann begonnen werden, wenn
der Zeitverlauf des Stromes I wieder abnehmend ist. Hier
durch bedingt und zusätzlich bedingt durch eine mögliche
Phasenverschiebung von Strom I und Spannung U tritt zum ei
nen ein nicht zu vernachlässigender Fehler bei der Ermitt
lung des im Stromscheitelwert tatsächlich auftretenden Wer
tes der Schweißspannung auf. Ferner steht das aufgefundene
Scheitelwertpaar erst relativ spät gegen Ende der dazugehö
rigen Stromhalbwelle zur Verfügung. Um einerseits die
Scheitelwerte absolut exakt bestimmen zu können, müßte die
Frequenz fa für die Abtastung der Zeitverläufe von Strom I
und Spannung U beliebig hoch gewählt werden. Dabei würden
jedoch pro Stromhalbwelle so große Datenmengen anfallen,
daß zu deren Bearbeitung eine aufwendige Spezialhardware
notwendig wäre, z. B. ein digitaler Signalprozessor. Auf
jeden Fall würde sich die Zugänglichkeit des aktuellen
Scheitelwertpaares weiter verzögern. Ein weiterer Nachteil
wird darin gesehen, daß auf Grund der Scheitelwertbezogen
heit des auszusuchenden Abtastwertpaares pro Stromhalbwelle
nur ein einziger Widerstandswert ermittelt werden kann,
welcher für die gesamte aktuelle Stromhalbwelle als cha
rakteristisch angesehen werden muß.
In Fig. 2 ist ein beispielhafter Verlauf einer Halbwelle des
Schweißstromes I und der dazugehörigen Schweißspannung U
dargestellt unter der idealisierenden Annahme, daß eine
Phasenverschiebung von exakt 90 Grad zwischen beiden Größen
vorliegt. Die durch die höherfrequente Abtastung über die
ersten und zweiten Abtaster AB11, AB21 entstehenden Gruppen
von Abtastwerten Iab, Uab sind in den Verläufen der Fig. 2
durch senkrechte Striche dargestellt. Man erkennt, daß der
durch das bekannte "Scheitelwertverfahren" ermittelbare re
lativ maximale Abtastwert Iab, max des Schweißstromes I
zeitlich nach dem absoluten Maximalwert Imax liegt und
kleiner als dieser ist. Dementsprechend liegt auch der zu
Iab, max gehörige, ermittelbare Abtastwert Uab, nl der
Schweißspannung U nach dem eigentlichen, zum absoluten
Strommaximalwert Imax gehörigen Wert Unl. Aufgrund der fal
schen Abtastwerte Iab, max und Unl ergibt sich auch ein fal
scher Wert für den Widerstand zwischen den Elektroden.
Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Schweißstromregelung
anzugeben, mit der die oben erläuterten Beschränkungen des
bekannten "Scheitelwertverfahrens" überwunden werden kön
nen, ohne daß ein vergrößerter Aufwand für die Ermittlung
der Ersatzgröße des Wertes des Widerstandes zwischen den
Elektroden notwendig ist. Insbesondere soll die bislang bei
Schweißstromregelungen eingesetzte insbesondere rechner
technische Hardware auch weiterhin einsetzbar sein.
Dabei zeigen die nachfolgend kurz angeführten Fig. 1 und
2 das weiter oben bereits erläuterte, bekannte "Scheitel
wertverfahren". Das erfindungsgemäße "Effektivwertverfah
ren" wird an Hand der nachfolgend ebenfalls kurz angeführ
ten Fig. 3 bis des weiteren 5 näher erläutert. So zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer nach dem bekannten
"Scheitelwertverfahren" aufgebauten Vorrichtung zur
Schweißstromregelung,
Fig. 2 die Abtastung und Auswertung der Verläufe von
Strom und Spannung bei einer Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer bevorzugten, digitalen
Ausführung einer gemäß der Erfindung aufgebauten Vorrich
tung zur Schweißstromregelung, bei der diskrete Effekti
vwertfilter eingesetzt sind,
Fig. 4 ein Blockschaltbild für eine bevorzugte Ausfüh
rungsform eines diskreten Effektivwertfilters, und
Fig. 5 eine vergleichende Gegenüberstellung der mit
Hilfe einer bekannten Vorrichtung nach Fig. 1 und einer Vor
richtung zur Schweißstromregelung gemäß der vorliegenden
Erfindung z. B. nach Fig. 3 erzielbaren Verläufe des Istwer
tes der relativen Widerstandsänderung zwischen den Elek
troden während des Schweißvorganges.
Die Schweißstromvorrichtung gemäß der Erfindung weist ein
Filter zur Bildung des Wertes des elektrischen Widerstandes
zwischen den Schweißelektroden während des Schweißvorganges
auf, welches zumindest zwei Effektivwertfilter enthält. Dem
ersten Effektivwertfilter wird der meßtechnisch erfaßte
Zeitverlauf des Schweißstromes, und dem zweiten Effektiv
wertfilter der Zeitverlauf der Schweißspannung zugeführt.
Aus den Ausgangssignalen der Effektivwertfilter wird durch
Quotientenbildung bevorzugt der absolute Wert des elektri
schen Widerstandes abgeleitet. Der Regeleinrichtung zur Be
einflussung des Schweißstromes wird dieser Wert zugeführt,
welche hieraus ein Stellsignal für den Schweißstrom derart
ableitet, daß auf dem Schweißgut Schweißpunkte zumindest
mit gewünschter Größe entstehen. Zudem soll das Stellsignal
möglichst auch das Auftreten von Vorgängen vermeiden, wel
che die Qualität der Schweißung beeinträchtigen, z. B.
Schweißspritzer.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß ab
hängig vom jeweiligen Einsatzfall die Ausführung des Effek
tivwertfilters sowohl in analoger als auch in digitaler
Technik, und damit auch die nachfolgende Weiterverarbeitung
des Wertes des elektrischen Widerstandes auf dem Wege der
analogen oder digitalen Signalverarbeitung erfolgen kann.
Dabei erscheint auch bei einer digitalen Ausführung der Ef
fektivwertfilter ein quasikontinuierlicher Wert für den Wi
derstand, während bei einer Vorrichtung nach dem Scheitel
wertverfahren jeweils nur ein einziger, repräsentativer Wi
derstandswert pro Stromhalbwelle erzeugt werden kann.
Bei der Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw.
zumindest des zur Signalvorverarbeitung dienenden Filters
für die Bildung des Wertes des Widerstandes mittels einer
analogen Schaltung kann die Berechnung eines Effektivwertes
νwff für den Schweißstrom bzw. die Schweißspannung bevor
zugt nach folgender Beziehung erfolgen:
mit ν(t) Zeitverläufe der Meßsignale des Schweiß
stromes bzw. der Schweißspannung,
f1 = Grundfrequenz des Schweißstromes/der Schweißspannung,
n = Anzahl der Perioden des Schweißstromes bzw. der Schweißspannung, über die die Inte gration der Meßsignale erfolgt, und
f1 = Grundfrequenz des Schweißstromes/der Schweißspannung,
n = Anzahl der Perioden des Schweißstromes bzw. der Schweißspannung, über die die Inte gration der Meßsignale erfolgt, und
Die Integration sollte dabei über mindestens eine ganze Pe
riode des jeweiligen Signales erfolgen. Ferner muß die In
tegration nicht zum Zeitpunkt t=0 oder zum Nulldurchgang
des jeweiligen Signales, sondern kann zu jedem beliebigen
Zeitpunkt t0 beginnen.
Es ist auch eine Ausführung der Erfindung möglich, bei der
nur die Signalvorverarbeitung in analoger Technik ausge
führt ist, d. h. das die Effektivwertfilter für die Schweiß
strom- und Schweißspannungs-Meßwerte enthaltende Filter,
während die Signalweiterverarbeitung und insbesondere die
Bildung des Stellsignales für den Schweißstrom in der Re
geleinrichtung mittels eines Abtastsystemes in digitaler
Technik erfolgt. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß eine
in der Regel niederfrequente Abtastung nur hinter den Ef
fektivwertfiltern erfolgen muß. Das im Anschluß daran digi
tal zu verarbeitende Datenaufkommen reduziert sich auf ei
nen charakteristischen Wert des Widerstandes pro Stromhalb
welle.
Bei einer vollständig digitalen Ausführung der erfindungs
gemäßen Vorrichtung mittels eines diskreten Abtastsystemes
bzw. bei einer digitalen Ausführung zumindest des Filters
mittels diskreter Effektivwertfilter kann die Berechnung
eines Effektivwertes νeff für den Schweißstrom bzw. die
Schweißspannung bevorzugt nach folgender Beziehung erfol
gen:
mit ν(k) Abtastwerte der Meßsignale des Schweißstromes
bzw. der Schweißspannung,
k = aktueller Abtastpunkt
f1 = Grundfrequenz des Schweißstromes/der Schweißspannung,
fa = Abtastfrequenz
n = Anzahl der Perioden des Schweißstromes bzw. der Schweißspannung, über welche die Sum mation der Meßsignale erfolgt, und
k = aktueller Abtastpunkt
f1 = Grundfrequenz des Schweißstromes/der Schweißspannung,
fa = Abtastfrequenz
n = Anzahl der Perioden des Schweißstromes bzw. der Schweißspannung, über welche die Sum mation der Meßsignale erfolgt, und
Bei einer derartigen Ausführung der Erfindung sind im Fil
ter vorhanden ein erster Abtaster, welcher den Zeitverlauf
des Schweißstromes höherfrequent abtastet, und ein zweiter
Abtaster, welcher den Zeitverlauf der Schweißspannung hö
herfrequent abtastet. Die hierdurch entstehenden Abtast
werte werden jeweils einem in diskreter Technik ausgeführ
ten ersten und zweiten Effektivwertfilter zugeführt. Aus
den in den diskreten Effektivwertfiltern gebildeten Effek
tivwerten für den Schweißstrom und die Schweißspannung kann
der Meßwert für den Widerstand zwischen den Schweißelektro
den abgeleitet werden.
In Fig. 3 ist eine mögliche, bevorzugte Ausführung der er
findungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Dabei ist das Fil
ter F1 beispielhaft in digitaler Technik ausgeführt. So ta
stet ein erster Abtaster AB11 den Zeitverlauf des Schweiß
stromes I und ein zweiter Abtaster AB21 den Zeitverlauf der
Schweißspannung U höherfrequent ab. Die Abtastfrequenz fa
liegt üblicherweise im Kiloherz-Bereich. Vorteilhaft ist
jedem der Abtaster zusätzlich ein Tiefpaßfilter AF vorge
schaltet, um die durch das Abtasttheorem vorgegebenen Rand
bedingungen in jedem Fall zu erfüllen. Die Tiefpaßfilter AF
können als Anti-Aliasing-Filter beispielhaft in Form von
Butterworth-Filtern ausgeführt sein.
Die von den Abtastern AB11, AB21 gebildeten Gruppen von Abta
stwerten Iab, Uab werden jeweils einem in diskreter Technik
ausgeführten Effektivwertfilter EWF1, EWF2 zugeführt. An
deren Ausgängen treten die Effektivwerte von Schweißstrom
und Schweißspannung in quasikontinuierlicher Form auf. Aus
diesen kann durch nachgeschaltete Rechenelemente der von
der Regeleinrichtung als Eingangswert benötigte Widerstand
zwischen den Schweißelektroden abgeleitet werden. Im Bei
spiel der Fig. 3 sind hierzu ein erstes Rechenelement RE1
als Quotientenbildner und ein zweites Rechenelement RE2 als
Multiplizierer vorgesehen. Es entsteht der Widerstand bei
spielhaft als absoluter Wert Rabs.
Bei einer weiteren Ausführung wird hieraus vorteilhaft zu
sätzlich der Wert der relativen Widerstandsänderung abge
leitet und der Regeleinrichtung als Eingangsgröße zuge
führt. Im Beispiel der Fig. 3 ist hierzu bereits ein drit
tes Rechenelement RE3 vorhanden, welches aus dem Absolut
wert Rabs den Wert der relativen Änderung des Widerstandes
Rswf zwischen den Schweißelektroden ableitet.
Beträgt in einem konkreten Ausführungsbeispiel die Grund
frequenz f1 der Zeitverläufe ν(t) von Schweißstrom und
Schweißspannung z. B. 50Hz und die Abtastfrequenz fa z. B.
4kHz, so ergibt sich
In diesem Fall sollten zur Berechnung der Effektivwerte je
weils mehr als n.80 Abtastwerte in den diskreten Effektiv
wertfiltern z. B. gemäß der Beziehung von obiger Gleichung
3 aufsummiert werden. Der sich durch die Gleichung 5 erge
bende Wert entspricht dann der Ordnung der diskreten Effek
tivwertfilter. Die Filterung der Meßgrößen mit einem Ef
fektivwertfilter z. B. der Ordnung 80 führt auch dazu, daß
ein "Effektivwiderstand" bestimmt wird. Die Konstante kd in
der obigen Gleichung 3 wird bei der Quotientenbildung der
Effektivwerte von Schweißspannung und Schweißstrom, d. h.
bei der eigentlichen Widerstandsberechnung, gekürzt.
In der Fig. 4 ist eine bevorzugte Ausführung für ein dis
kretes Effektivwertfilter EWF dargestellt. Dem Filter wird
pro Abtastpunkt ein Abtastwert aus der Gruppe Iab bzw. Uab
als Eingangsgröße zugeführt. Dieser Abtastwert wird zu
nächst über einen ersten Multiplizierer M1 quadriert. Es
schließt sich eine Kette von Abtastwertspeichern AW1 . . .
AWn an, wobei die Anzahl n der Speicher der Ordnung des
Filters entspricht. Pro Abtastzeitpunkt werden der Inhalt
eines jeden Abtastwertspeichers an den benachbarten, nächst
höheren Abtastwertspeicher weitergegeben und der aktuelle
Abtastwert in den freigewordenen ersten Abtastwertspeicher
AW1 in quadrierter Form aufgenommen. Ein Summierer faßt die
Inhalte aller Abtastwertspeicher zusammen. Der so entstan
dene Wert wird nach Normierung mit einem Faktor 1/n+1
über einen zweiten Multiplizierer M2 und abschließender Ra
dizierung über W als Ausgangswert A ausgegeben. Dieser
stellt den quasikontinuierlichen Effektivwert der Eingangs
größe dar.
Bei einer weiteren, in der Fig. 3 ebenfalls bereits darge
stellten, bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt auch
die Weiterverarbeitung der Ausgangssignale der in digitaler
Technik ausgeführten Effektivwertfilter EWF1, EWF2 auf digi
tale Weise. In diesem Fall sind im Filter F1 bevorzugt zu
sätzlich ein dritter und ein vierter Abtaster AB12, AB22
vorgesehen, welche die Ausgangssignale der Effektivwert
filter EWF1, EWF2 niederfrequent unterabtasten. Die entste
henden Unterabtastwerte werden wiederum den Mitteln RE1, RE2
und gegebenenfalls RE3 zugeführt, welche hieraus den Wert
des elektrischen Widerstandes Rabs bzw. Rewf ableiten. Bei
dieser Ausführung ist die Regeleinrichtung SW als ein Abta
stregelsystem in digitaler Technik ausgeführt.
Die Unterabtastung der Ausgangssignale der Effektivwert
filter EWF1, EWF2 hat ferner den Vorteil, daß die Menge der
im Anschluß daran zu verarbeitenden Daten weiter reduziert
wird, da es zur Bestimmung des Phasenanschnittswinkels W
für die nächste Stromhalbwelle in vielen Fällen ausreichend
ist, nur einen charakteristischen Widerstandswert pro
Stromhalbwelle zu verwenden. Die Unterabtastung ist
problemlos möglich, da die Effektivwertfilter EWF1, EWF2
ausgeprägte Tiefpaßeigenschaften besitzen, so daß die durch
das Abtasttheorem vorgegebenen Randbedingungen eingehalten
werden können.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführung der Erfin
dung erfolgt die Unterabtastung bevorzugt in den Nulldurch
gängen einer die gesamte Vorrichtung zur Punktschweißung
speisenden Primärspannung. Diese Abtastzeitpunkte können
vorteilhaft durch eine separate Schaltung hardwaremäßig er
zeugt werden. Ferner sind diese Abtastzeitpunkte deswegen
vorteilhaft, da zu diesem Zeitpunkt die gesamten, zur vor
angegangenen Stromhalbwelle gehörigen Daten durch die dis
kreten Effektivwertfilter und im Inneren einer als Abtast
regelsystem ausgeführten Regeleinrichtung SW mit Sicherheit
vollständig programmtechnisch ausgewertet und verarbeitet
worden sind.
Bei dem in der Fig. 3 dagestellten Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist hierzu eine separate Nulldurchgangserkennung
NE vorhanden. Diese wertet den Verlauf einer primären Ver
sorgungsspannung Uv aus, insbesondere der Schweißspannung
auf der Transformatorprimärseite, und signalisiert das Auf
treten von deren Nulldurchgängen in Form einer niederfre
quenten und zur Ansteuerung der dritten und vierten Abta
ster AB12, Ab22 dienenden zweiten Abtastfrequenz fu.
Im Gegensatz zur bekannten, auf dem "Scheitelwertverfahren"
basierenden Vorrichtungen erfolgt bei der erfindungsgemä
ßen, auf dem "Effektivwertverfahren" basierenden Vorrich
tung die Bestimmung des Widerstandes zwischen den Elektro
den unter Zuhilfenahme eines Leistungsäquivalentes, nämlich
des Effektivwertes. Dies hat insbesondere den Vorteil, daß
die in den Zeitverläufen der Meßgrößen Schweißstrom und
Schweißspannung beim Schweißvorgang auftretenden induktiven
Störanteile eliminiert werden, und nicht mehr auf dem Wege
einer Phasenverschiebung zwischen den beiden Größen zu ei
nem Meßfehler bei der Bestimmung des Widerstandes führen.
Da auf eine Phasenverschiebung zwischen den Meßwerten von U
und I und auf einen daraus entstehenden Abtastfehler bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht mehr Rücksicht ge
nommen werden muß, kann bei der digitalen Ausführung des
Filters F1 mit den diskreten Effektivwertfiltern EWF1, EWF2
gemäß der Darstellung von Fig. 3 die Abtastfrequenz fa der
Abtaster AB11 und AB21 im Vergleich zur bekannten, auf dem
"Scheitelwertverfahren" beruhenden Vorrichtung gemäß Fig. 1
reduziert werden. Daraus resultiert der entscheidende Vor
teil, daß sich die Menge der im Inneren der diskreten Ef
fektivwertfilter EWF1, EWF2 zu speichernden und zu verar
beitenden Meßdaten reduziert und somit die Ordnung der
Filter kleiner gewählt werden kann. Bei einer Ausführung
der Vorrichtung in Form eines digitalen, rechnergeführten
Abtastregelsystemes kann somit erheblich Rechenzeit einge
spart werden.
Bei einem konkret ausgeführten Beispiel hat es sich ge
zeigt, daß es bei der erfindungsgemäßen Schaltung von Fig. 3
ohne weiteres möglich ist, die Abtastfrequenz fa von dem
in der bekannten Schaltung gemäß Fig. 1 mindestens notwen
digen Wert von 4kHz um den Faktor 4 auf fa=1kHz zu redu
zieren, ohne daß diese Maßnahme zu einem nennenswerten Feh
ler bei der Berechnung des elektrischen Widerstandes führt.
Entsprechend reduzieren sich die anfallenden und in den
nachfolgenden Einrichtungen, insbesondere den diskreten Ef
fektivwertfiltern, zu verarbeitenden Datenmengen ebenfalls
um den Faktor 4. So müßte bei der nach dem "Scheitelwert
verfahren" aufgebauten Vorrichtung von Fig. 1 die Abtast
frequenz fa theoretisch erhöht werden, um den Fehler im Wi
derstandswert zu verringern. Dies muß aber meistens unter
bleiben, da die zu Verfügung stehende Rechenleistung der
Regeleinrichtung dies nicht zuläßt. Demgegenüber kann bei
der erfindungsgemäßen, nach dem "Effektivwertverfahren"
aufgebauten Vorrichtung die Abtastfrequenz fa ohne Einbuße
an Genauigkeit bei der Widerstandswertermittlung erheblich
reduziert werden.
Durch entsprechende Auslegung der Tiefpaßfilter AF in den
Abtastern AB11, AB21 des Filters F1 kann auf einfache Weise
sichergestellt werden, daß bei der Verringerung der Abtast
frequenz fa das Abtasttheorem nicht verletzt wird. Dies
wird vorteilhaft erreicht, wenn als Anti-Aliasing-Filter
Butterworth-Filter z. B. mit der Ordnung 2 eingesetzt wer
den.
In Fig. 5 sind die am Ausgang der bekannten Vorrichtung
von Fig. 1 und der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Fig. 3
auftretenden Verläufe der relativen Widerstandsänderung R
/% vergleichend gegenübergestellt. Dabei wurde beispielhaft
die höherfrequente Abtastfrequenz fa für den ersten und
zweiten Abtaster AB11, AB21 im Filter F1 auf den reduzierten
Wert von 1 kHz eingestellt.
In Fig. 5 sind die mit der nach dem "Scheitelwertverfahren"
aufgebauten Vorrichtung von Fig. 1 erfaßten und im jeweili
gen Strommaximum auftretenden Werte für den relativen Wi
derstand Rswf mit kleinen Kreisen markiert. Man erkennt,
daß sich ein stark schwankender Verlauf von Rswf ergibt.
Diese starken Schwankungen müßten entweder von der Regel
einrichtung SW verarbeitet werden können, oder es müßte zur
Glättung z. B. eine zusätzliche, die Bearbeitungsgeschwin
digkeit weiter beeinträchtigende Mittelwertbildung vorge
sehen werden.
Demgegenüber sind in Fig. 5 die mit der nach dem "Effektiv
wertverfahren" aufgebauten, erfinderischen Vorrichtung von
Fig. 3 erfaßten und im jeweiligen Nulldurchgang der Primär
spannung auftretenden Werte für den relativen Widerstand
Rewf mit kleinen Kreuzen markiert. Man erkennt, daß sich
selbst bei der reduzierten Abtastfrequenz fa von 1kHz ein
sehr ruhiger Verlauf von Rswf ergibt. Dieser kann ohne wei
tere Hilfsmaßnahmen von der Regeleinrichtung SW direkt ver
arbeitet werden. Die von der Regeleinrichtung erreichbare
Regelgüte nimmt somit erheblich zu, was sich wiederum in
einer genaueren Einhaltung der gewünschten Schweißparame
ter, insbesondere der Schweißlinsengröße, bemerkbar macht.
Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Einsatzes von
Effektivwertfiltern zur Bestimmung des Widerstandes liegt
darin, daß bei diskreter Ausführung der Effektivwertfilter
neben einer Erhöhung der Genauigkeit in der Erfassung des
Widerstandswertes trotzdem eine Reduktion der Abtastfre
quenz fa möglich ist. Hierdurch wird die während der Sig
nalvorverarbeitung im Filter F1 benötigte Bearbeitungszeit
vermindert. Damit besteht die Möglichkeit, die frei wer
denden Rechnerressourcen für andere Operationen einzusetzen.
Ferner wird auch der für die Meßwertsätze benötigte
Speicherplatz reduziert und somit Platz für andere Optionen
geschaffen.
Claims (5)
1. Vorrichtung zur Schweißstromregelung beim Punktschweißen,
mit
- a) einem Filter (F1), in dem der Zeitverlauf des Schweiß stromes (I) einem ersten Effektivwertfilter (EWF1) und der Zeitverlauf der Schweißspannung (U) einem zweiten Effektivwertfilter (EWF2) zugeführt werden, und Mittel (RE1, RE2) vorgesehen sind, welche aus den Ausgangssig nalen der Effektivwertfilter (EWF1, EWF2) durch Quotientenbildung den Wert des elektrischen Widerstandes (Rabs) des Schweißgutes ableiten, und
- b) einer Regeleinrichtung (SW), welche zumindest unter Zuhilfenahme des vom Filter (F1) abgeleiteten Wertes des Widerstandes (Rabs) ein Stellsignal (W) für den Schweiß strom (I) bildet,
dadurch gekennzeichnet, daß
- c) im Filter (F1) der erste und zweite Effektivwertfilter (EWF1, EWF2) in diskreter Technik ausgeführt sind, und diesen von einem ersten bzw. zweiten Abtaster (AB11) durch Abtastung der Zeitverläufe von Schweißstrom (I) bzw. Schweißspannung (U) mit erniedrigter Abtastfrequenz (fa) gebildete Abtastwerte (Iab, Uab) zugeführt werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei im Filter (F1)
zusätzlich ein dritter und ein vierter Abtaster (AB12, AB22)
vorgesehen sind, welche die Ausgangssignale der Effektivwert
filter (EWF1, EWF2) niederfrequent unterabtasten, die ent
stehenden Unterabtastwerte den Mitteln (RE1, RE2) zugeführt
werden, welche den Wert des elektrischen Widerstand (Rabs)
des Schweißgutes ableiten, und wobei die Regeleinrichtung (SW)
in Form eines digitalen Abtastregelsystemes in diskreter
Technik ausgeführt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, mit einer Vorrichtung (NE)
zur Erkennung der Nulldurchgänge bei einer die Vorrichtung
zur Schweißstromregelung versorgenden Primärspannung (Uv),
deren Ausgangsfrequenz (fu) zur Steuerung der dritten und
vierten Abtaster (AB12, AB22) für die niederfrequente Un
terabtastung der Ausgangssignale der Effektivwertfilter (EWF1, EWF2)
dient.
4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit
Mitteln (RE3), welche aus dem Wert des elektrischen Wider
standes (Rabs) des Schweißgutes einen dazugehörigen Wert der
relativen Widerstandsänderung (Rswf) ableiten und diesen der
Regeleinrichtung (SW) als Eingangsgröße zuführen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934317557 DE4317557C1 (de) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | Vorrichtung zur Schweißstromregelung beim Punktschweißen mit einem nach dem Effektivwertverfahren arbeitenden Meßgeber zur schnellen Erfassung des Istwertes des Widerstandes zwischen den Elektroden |
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DE19934317557 DE4317557C1 (de) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | Vorrichtung zur Schweißstromregelung beim Punktschweißen mit einem nach dem Effektivwertverfahren arbeitenden Meßgeber zur schnellen Erfassung des Istwertes des Widerstandes zwischen den Elektroden |
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DE4317557C1 true DE4317557C1 (de) | 1994-09-29 |
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DE19934317557 Expired - Fee Related DE4317557C1 (de) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | Vorrichtung zur Schweißstromregelung beim Punktschweißen mit einem nach dem Effektivwertverfahren arbeitenden Meßgeber zur schnellen Erfassung des Istwertes des Widerstandes zwischen den Elektroden |
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-
1993
- 1993-05-26 DE DE19934317557 patent/DE4317557C1/de not_active Expired - Fee Related
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