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

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 ν_wff 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

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 ν_eff 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

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.