Die Schweißprozess-Versteher

Arbeitsweise des Automatikmodus VISION

Die Virtuelle Maschine (VM) der ELMA-Tech GmbH ist ein Basis- Steuersystem, das vieltausendfach bewährt in allen ELMATECH-Produkten zur Anwendung kommt: Lichtbogen-Maschinen, Plasma- Generatoren, Punktschweißmaschinen.

Kernstück dieser Technologie ist ein mit hoher Zyklusfrequenz unterbrechungsfrei arbeitendes Mikroprozessorsystem, welches eine physikalisch orientierte Hochsprache benutzt und den Schweißprozess steuert.

Sie koordiniert die über die Datenbank bereitgestellten Parameter, führt alle erforderlichen Ein- und Ausgaben durch und fällt in den sog. Executes die prozessrelevanten Entscheidungen für den Schweißvorgang. Im Bereich des Widerstandspunktschweißens mit Schweißzangen steuert die VM im Betriebsmodus VISION vollautomatisch den Fügevorgang.

In der Praxis läuft dieser Prozess folgendermaßen ab:

  1. Mit Auslösen des Starts fährt die Zange zu. Die VM befindet sich im Segment VORHALTEN. In diesem Segment wird der sog. DISTANZWERT zwischen den Elektroden-Kappenoberflächen erfasst.

    Im Schweißmodus wird der gemessene Distanzwert in Bezug zu einem zuvor in einem Kalibrierzyklus (Check) ermittelten Null-Referenzwert gesetzt und so für jeden Schweißpunkt die Materialdicke auf 0,1 mm genau ermittelt. Unterschiedliche Armgeometrien der Zange werden durch Faktoren der Zangen-Datenbank automatisch in der Berechnung durch die VM berücksichtigt.

    Das Messsystem mit einer Lebenserwartung > 25 Millionen Zyklen arbeitet temperaturunabhängig und liefert damit genaueste Messungen von Punkt zu Punkt. Die Messung selbst nimmt weniger als 0,1s in Anspruch und ist Bestandteil des Kraftaufbaus im Segment VORHALTEN.

  2. Der so gemessene Distanzwert ergibt nach Einbezug der Armgeometrie auf ein Zehntel Millimeter genau den Kappenabstand und damit die Gesamt-Blechdicke, dabei sind die von der Elektrodenkraft abhängige Armdurchbiegung genau so wie nachgearbeitete Kappen bereits durch die VM berücksichtigt.

  3. Der Parameter Gesamtblechdicke ist Eingangsparameter für die in der Datenbank hinterlegten SYNERGIETABELLEN. Hier werden alle erforderlichen Schweißparameter für den bevorstehenden Prozess und alle zu durchlaufenden Segmente vom sog. MASTER in wenigen Millisekunden zusammengestellt und der VM zum Exekutieren zugeführt.

  4. Der erste Strom durch die zu verschweißenden Bleche wird von einem auf den Kappenoberflächen wirkenden virtuellen Generator erzeugt, der abweichend zur bislang üblichen Konstantstromtechnik (KSR) mit einer davon völlig verschiedenen Kennlinie betrieben wird. Entscheidend ist, dass der Generator durch die virtuelle Technik verlustfrei an die Oberflächen der Elektrodenkappen und damit an die äußeren Blechoberflächen angekoppelt ist.

  5. Unter der synthetisch bereitgestellten Generator-Charakteristik offenbaren die zu verschweißenden Bleche in weniger als zwei Zehntel Sekunden ihren Charakter. Das Vorhandensein auch nur eines Bleches aus hochfestem Stahl prägt den gesamten weiteren Prozess. Diese Information entnimmt die VM dem Verlauf der zwischen den Elektrodenkappen gemessenen Prozess-Impedanz.

  6. Im Falle einer Teilisolation, bedingt durch Lackreste oder Kleber, schaltet die VM automatisch eine erfolgsorientierte Vorwärmphase ein, um die Teilisolation zu durchbrechen.

  7. Mit Erreichen der direkten elektrischen Blechkontaktierung im Bereich der Elektroden, abgeleitet aus dem Impedanzverlauf, werden die für hochfesten Stahl oder Normalstahl automatisch ausgewählten Schweißparameter im Schweißsegment exekutiert.

  8. Die Energiesteuerung der VM überwacht die zwischen den Elektrodenkappen umgesetzte Prozessenergie, die nach einem kalorimetrischen Modell abhängig von der Gesamt-Blechdicke auf einen entsprechenden Zielwert gesteuert wird.

  9. Im Falle eines Nebenschlusses wird die ab Auftreten des Nebenschlusses fehlgeleitete Energie kalkuliert und eine neue Zielenergie berechnet. Parallel kalkuliert die VM die neue Zielzeit, diejenige Zeit, in der der Prozess erfolgreich abgeschlossen sein muss.

  10. Abhängig vom Blechcharakter, der mit der synthetisierten Kennlinie des Virtuellen Generators festgestellt wurde, wird der Prozess mit der zughörigen Nachwärmphase (normal oder hochfest) zu Ende geführt.

  11. Das parallel in der VM laufende QS-System prüft, ob die der Datenbank entnommene Zielenergie im zulässigen Zeittoleranzfester im Prozess umgesetzt wurde und stellt dies über die QS-Ampel dar (siehe Bild unten).

  12. Mit dem automatischen Öffnen der Zange nach Ablauf der Nachhaltezeit ist der vollautomatische Fügeprozeß beendet. Ohne sonst übliche Voreinstellungen kann unmittelbar die nächste Fügestelle bearbeitet werden, die völlig anders geartet sein kann.

Bedienfeld einer MIDIspot VISION mit QS-Ampeln