DE2800962C3

DE2800962C3 - Method for controlling an electrical resistance welding device

Info

Publication number: DE2800962C3
Application number: DE19782800962
Authority: DE
Inventors: Gernot Dr. 2000 Wedel Wandel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1978-01-11
Filing date: 1978-01-11
Publication date: 1986-02-13
Also published as: DE2800962A1; DE2800962B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer.elektrischen Widerstands-Schweißvor-The invention relates to a method for controlling an electrical resistance welding device

richtung, bei dem zur Überwachung des Schweißvorgangs das Stromintegral über die gesamte Zeit eines Schweißimpulses ermittelt und mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen wird und der nächste Schweißvorgang, wenn das Stromintegral kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist, erst nach einer automatisch erfolgenden Änderung der für den Schweißvorgang maßgebenden Verhältnisse durchgeführt oder, wenn das Stromintegral größer als ein vorgegebener Grenzwert ist, automatisch unterbunden wird.direction in which to monitor the welding process the current integral over the entire time of a Welding pulse is determined and compared with specified limit values and the next welding process, if the current integral is less than a specified limit value, only automatically after one the relevant conditions for the welding process are changed, or if the current integral is greater than a specified limit value, it is automatically prevented.

Elektrische Widerstandsschweißverfahren sind allgemein bekannt, z. B. als Stumpfschweißverfahren zur Verbindung von Blechen, Rohrleitungen, Schienen od. dgl. Auch ist es bekannt, für Mikroschweißvorgänge zur elektrischen Verschaltung von Halbleiterbauelementen, insbesondere von Solarzellen, das elektrische Widerstandsschweißverfahren einzusetzen.Electrical resistance welding processes are well known, e.g. B. as a butt welding process for Connection of metal sheets, pipes, rails or the like. It is also known for micro-welding processes for the electrical connection of semiconductor components, especially of solar cells to use the electrical resistance welding process.

Um eine gleichbleibende Haftfestigkeit der letztgenannten Schweißverbindungen zu erreichen, ohne das Halbleiterbauelement Solarzelle zu beschädigen, muß die Schweißenergie sehr genau dosiert werden. Da das raum-zeitliche Temperaturprofil durch die Schweißstelle und damit die Bauelementbelastung vom zeitlichen Verlauf der eingebrachten Schweißenergie abhängt, kann eine raumfahrtgerechte Qualität der Schweißung^ nur erreicht werden, wenn man Gleichspannungs-Schweißimpulse verwendet, deren Parameter (Anstiegzeit, Amplitude, Gesamtdauer, Abfallgeschwindigkeit) auf mindestens ±2% reproduzierbar sind. In Fig. la ist für einen derartigen Schweißvorgang die Schweißspannung in Abhängigkeit von der Schweißzeit dargestellt. Es handelt sich hierbei um die an den Schweißelektroden anstehende Schweißspannung, die zunächst leicht ansteigt, beim Erreichen ihres Sollwertes konstantIn order to achieve a constant adhesive strength of the last-mentioned welded connections without the To damage the solar cell semiconductor component, the welding energy must be metered very precisely. Since that Space-time temperature profile through the welding point and thus the component load from the time Depending on the course of the welding energy introduced, a space-appropriate quality of the weld ^ can only be achieved if direct voltage welding pulses are used whose parameters (rise time, Amplitude, total duration, rate of fall) are reproducible to at least ± 2%. In Fig. La is for such a welding process, the welding voltage is shown as a function of the welding time. This is the welding voltage applied to the welding electrodes, which is initially light increases, constant when reaching its setpoint

28 OO 96228 OO 962

bleibt und mit ihrem Verhalten auf den Wert Null zurückfälltremains and its behavior falls back to the value zero

Die Qualität der Schweißung hängt jedoch nicht nur von der Genauigkeit der vorgegebenen Spannung, sondern auch von den Obergangs- und Materialwiderständen der Schweißung ab. Insbesondere können Verunreinigungen auf den Schweißelektroden oder Schweißelektrodenabbrand die Schweißung beeinträchtigen. Fig. Ib zeigt den Strom verlauf, der sich bei einer optimalen Schweißstrecke einstellt Aus Fig.Ib erkennt man zunächst einen hohen Anfangsstrom, der dem niedrigen Widerstand der kalten Schweißelektroden und des kalten Schweißgutes entspricht Wenn die Schweißstelle die Gleichgewichtstemperatur erreicht hat, bleibt der Strom konstant und geht bei Wegnahme der Spannung auf Null zurück.The quality of the weld doesn't just depend, however on the accuracy of the specified voltage, but also on the transition and material resistances of the weld. In particular, can Impurities on the welding electrodes or welding electrode burn-off affect the weld. Fig. Ib shows the current course, which is in a sets optimal welding path From Fig corresponds to the low resistance of the cold welding electrodes and the cold weld metal Welding point has reached equilibrium temperature, the current remains constant and goes off when it is removed the voltage back to zero.

Fig. Ic zeigt den Stromverlauf, der sich bei verschmutzten, rauhen Schweißelektroden einstellt Dem hohen Übergangswiderstand entsprechend ist der Anfangsstrom zunächst kleiner und steigt dann langsam an. Die Abnahme des Übergangswiderstandes kann dadurch erklärt werden, daß sich beim Erwärmen des Schweißgutes die Elektroden tiefer in dieses einsenken.Fig. Ic shows the current curve, which is at dirty, rough welding electrodes. Corresponds to the high contact resistance The initial current is initially smaller and then slowly increases. The decrease in contact resistance can can be explained by the fact that when the weld metal is heated, the electrodes sink deeper into it.

Aus der DE-OS 23 27 656 ist eine elektronische Vorrichtung zur zerstörungsfreien Kontrolle der Schweißung mit elektrischen Punktschweißmaschinen bekannt, die einen Gleichrichter umfaßt In dem Gleichrichter wird ein Signal gleichgerichtet, welches dem bei jedem Schweißstromimpuls durch die Elektiuden fließenden Strom analog ist Das gleichgerichtete Signal wird in einer Integrierschaltung integriert Weiterhin ist eine Vergleichsschaltung vorgesehen, in welcher die Höhe des integrierten Signals mit dem Sollwert eines Minimalsignals und eines Maximalsignals verglichen wird und die jedesmal, wenn das integrierte Signal höher ist als der Sollwert des Maximalsignals oder niedriger als der Sollwert des Minimalsignals, ein Signal liefert das einen Überschuß bzw. einen Mangel anzeigt. Bei dieser bekannten Vorrichtung, bei der das Stromintegral über die Gesamtzeit des Schweißimpulses gebildet wird, erfolgt eine Kontrolle der Schweißung und gegebenenfalls eine Regelung des Schweißstroms oder eine Unterbindung des nächsten Schweißvorgangs.From DE-OS 23 27 656 an electronic device for the non-destructive control of the weld with electrical spot welding machines is known, which comprises a rectifier. In the rectifier, a signal is rectified, which is analogous to the current flowing through the electrodes with each welding current pulse. The rectified signal is integrated in an integrating circuit. Furthermore, a comparison circuit is provided in which the level of the integrated signal is also the nominal value of a minimum signal and a maximum signal is compared and each time the integrated signal is higher than the setpoint of the maximum signal or lower than the setpoint of the Minimum signal, a signal that indicates an excess or a deficiency. With this well-known Device in which the current integral is formed over the total time of the welding pulse a control of the weld and, if necessary, a regulation of the welding current or a suppression of the next welding process.

Aus der DE-OS 20 10 878 ist ein Punktschweiß verfahren bekannt gemäß dem der Gradient des Widerstandsverlaufes ermittelt und als Steuer- oder Regelgröße verwendet wird.From DE-OS 20 10 878 a spot welding method is known according to which the gradient of the resistance curve is determined and used as a control or regulating variable.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das insbesondere für Mikroschweißvorgänge zur elektrischen Verschaltung von Halbleiterbauelementen, insbesondere von Solarzellen, verwendbar ist und das exaktere Ergebnisse liefert als das Verfahren nach der DE-OS 23 27 656.The invention is therefore based on the object of providing a method according to the preamble of claim 1 create, which can be used in particular for micro-welding processes for the electrical connection of semiconductor components, in particular solar cells and that gives more exact results than the method according to DE-OS 23 27 656.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die folgenden Verfahrensschritte gelöst:The object is achieved according to the invention by the following process steps:

a) Der Schweißstrom (I) wird während des Schweißimpulses mit einer hohen Wiederholrate gemessen.a) The welding current (I) is measured with a high repetition rate during the welding pulse.

b) Die gemessenen Stromwerte werden digital gespeichert.b) The measured current values are stored digitally.

c) Mittels eines Digitalrechners werden das Gesamtstromintegral und zwei oder mehrere Teilstromintegrale über zwei- oder mehrere gleichgroße Zeitabschnitte errechnet und die Teilstromintegrale ins Verhältnis zueinander gesetzt.c) Using a digital computer, the total flow integral and two or more partial flow integrals are calculated over two or more equally large Calculated time periods and set the partial flow integrals in relation to one another.

d) Abhängig von den ermittelten Werten werdend) Depending on the values determined

entweder die Schweißelektroden einem automatisch ablaufenden Wartungsvorgang unterworfen oder es wird der Schweißvorging wiederholt bzw. es wird der nächste Schweißvorgang automatisch S unterbunden.either the welding electrodes are subjected to an automatically running maintenance process or the welding process is repeated or the next welding process is automatically S prevented.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß durch die integrale Messung Störungen vermieden werden. Die Teilintegration ermöglicht eine exakte Beurteilung des to zeitlichen Verlaufs des Schweißstroms. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Auswertung durch einen Digitalprozessor vorgenommen werden kann, der ohnehin zur Steuerung der Schweißvorrichtung verwendet wird. Ein weiterer Vorteil ist in dem Wegfall einer graphischen is Darstellung und einer Bedienungsperson für die Auswertung zu sehen.One advantage of the invention is that the integral measurement avoids interference. the Partial integration enables an exact assessment of the course of the welding current over time. Furthermore it is It is advantageous that the evaluation can be carried out by a digital processor that is used anyway Control of the welding device is used. A Another advantage is the elimination of a graphic representation and an operator for the See evaluation.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 beschrieben.Refinements of the invention are described in subclaims 2 to 10.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, und zwar ist in denIn the drawing, an embodiment according to the invention is shown, namely in the

Fig. Ib und Ic eine Aufteilung in fünf gleichgroße Zeitintervalle vorgenommen worden, und es zeigtFig. Ib and Ic a division into five equal sizes Time intervals have been made and it shows

Fig.2 eine Vorrichtung einer Steuerung einer elektrischen Widerstands-Schweißvorrichtung. Die in den Fig. Ib und Ic dargestellten Verläufe der Schweißströme, sind entsprechend der Aufteilung der Zeitachse in fünf gleichgroße Zeitintervalle to bis fi, fi bis f₂, «2 bis ty, ti bis U und U bis fs in fünf Teilstromintegrale aufgeteilt Diese fünf Teilstromintegrale werden zusammen mit dem Gesamt-Stromintegral zur Qualitätsüber wachung der Schweißungen und zur Steuerung einer elektrischen Widerstands-Schweißvorrichtung herangezogen.2 shows a device for controlling an electrical resistance welding device. The curves of the welding currents shown in FIGS. Ib and Ic are divided into five partial current integrals according to the division of the time axis into five equal time intervals to to fi, fi to f ₂ , «2 to ty, ti to U and U to fs Partial current integrals are used together with the total current integral to monitor the quality of the welds and to control an electrical resistance welding device.

In F i g. 2 sind die Schweißelektroden 1 und 2 über elektrische Leitungen 3 bzw. 4 an einen Schweißgenerator 5 angeschlossen, der die an den Schweißelektroden ! und 2 anstehende ist-Schweißspannung Uh, erzeugt. Diese Ist-Schweißspannung wird direkt an den Schweißelektroden 1 und 2 meßtechnisch erfaßt und über elektrische Meßleitungen 6 und 7 an eine nicht näher bezeichnete Regeleinrichtung abgegeben, die im dargestellten Beispiel mit dem Schweißgenerator 5 zu einer Baueinheit zusammengefaßt ist.In Fig. 2, the welding electrodes 1 and 2 are connected via electrical lines 3 and 4, respectively, to a welding generator 5, which produces the welding electrodes! and 2 pending actual welding voltage Uh is generated. This actual welding voltage is measured directly at the welding electrodes 1 and 2 and transmitted via electrical measuring lines 6 and 7 to a control device (not shown) which, in the example shown, is combined with the welding generator 5 to form a unit.

Die Soll-Schweißspannung Usoii wird der Regeleinrichtung über einen Digital-Analog-Wandler 8 mit Hilfe von elektrischen Leitungen 9, 10 und 11 von einem Digitalprozessor 12 zugeführt, der aus einem vorgegebenen Parametersatz Momentanwerte der Soll-Schweißspannung Usoii berechnet und in vorbestimmten Zeitabständen, die veränderbar sind und z. B. 1 ms betragen können, an die Regleinrichtung liefert. Für das genannte Beispiel setzt sich somit ein Schweißimpuls von einer Sekunde Gesamtdauer aus 1000 vorgegebenen Spannungswerten zusammen, so daß zur Auswertung der in den Fig. Ib und Ic dargestellten Stromverläufe insgesamt 1000 Meßpunkte zur Verfügung stehen.The target welding voltage Usoii is fed to the control device via a digital-to-analog converter 8 with the aid of electrical lines 9, 10 and 11 from a digital processor 12, which calculates instantaneous values of the target welding voltage Usoii from a predetermined set of parameters and, at predetermined time intervals, the are changeable and z. B. 1 ms, supplies to the control device. For the example mentioned, a welding pulse with a total duration of one second is thus composed of 1000 predetermined voltage values, so that a total of 1000 measuring points are available for evaluating the current curves shown in FIGS. 1b and 1c.

Zwischen je zwei Sollwertausgaben des Digitalprozessors 12 wird der Schweißstrom / über einen Meßwiderstand 13, der in der elektrischen Leitung 3 zwischen dem Schweißgeneratoi· 5 und der Schweißelektiide 1 angeordnet ist, gemessen und mittels elektrischer Leitungen 14, 15 und 16 über einen Analog-Digital-Wandler 17 an den Arbeitsspeicher des Digitalprozessors 12 abgegeben. Es ist auch möglich, den Meßwiderstand 13 in der elektrischen Leitung 4 zwischen dem Schweißgenerator 5 und der Schweißelektrode 2 anzuordnen. Weiterhin ist es möglich, denThe welding current / via a Measuring resistor 13, which is arranged in the electrical line 3 between the welding generator · 5 and the welding electrode 1, measured and by means of electrical lines 14, 15 and 16 via an analog-to-digital converter 17 to the main memory of the Digital processor 12 released. It is also possible to place the measuring resistor 13 in the electrical line 4 to be arranged between the welding generator 5 and the welding electrode 2. It is also possible to use the

Digitalprozessor einer Maschinensteuereinrichtung zu verwenden, die in F i g. 2 mit 18 bezeichnet ist und über eine elektrische Leitung 19 mit dem Digitalprozessor 12 in Verbindung steht.To use digital processor of a machine control device, which is shown in FIG. 2 is denoted by 18 and above an electrical line 19 is connected to the digital processor 12 in connection.

Zur Durchführung des Verfahrens zur Steuerung der elektrischen Widerstands-Schweißvorrichtung wird zunächst der Schweißstrom / während eines Schweißimpulses mit einer hohen Wiederholrate gemessen, z. B. insgesamt lOOOmaL Die Stromwerte werden im Arbeitsspeicher des Digitalprozessors 12 gespeichert Nach Beendigung des Schweißimpulses wird das To carry out the method for controlling the electrical resistance welding device, the welding current is first measured / measured at a high repetition rate during a welding pulse, e.g. B. a total of 10000 times The current values are stored in the working memory of the digital processor 12

τ
gesamte Stromintegral / idf τ
entire current integral / idf

Meßpunkte kann je nach Aufgabenstellung für andere Anlagen anders gewählt werden. Außerdem können zur Beurteilung der Kurvenform des Schweißstroms mehrere Teilintegrale herangezogen werden. Es ist auch denkbar, den Schweißstrom über eine Regelung vorzugeben und die Spannung zu messen.Measuring points can be selected differently for other systems depending on the task at hand. You can also use the Assessment of the curve shape of the welding current several partial integrals can be used. It is also It is conceivable to specify the welding current via a control system and to measure the voltage.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

und die fünf Teilintegraleand the five partial integrals

Ί r.Ί r.

Ί r. b Ί r. b UU ss

J id/, iidr, jidt. //dt, Jidt J id /, iidr, jidt. // dt, Jidt

gebildet.educated.

Das Verhältnis des vierten Teilintegrals zum zweitenThe ratio of the fourth partial integral to the second

Jidt : Jidt Jidt : Jidt

w:^rd zur Beurteilung der Kurvenform des Schweißstroms benutzt Wenn dieses Verhältnis einen bestimmten Grenzwert überschreitet, so wird der Schweißprozeß unterbrochen und die Schweißelektroden 1 und 2 einem automatischen Wartungsvorgang unterworfen. Das heißt, diese werden poliert, naß gereinigt und getrocknet. Danach wird die fehlerhafte Schweißung wiederholt
Wenn das Gesamtintegralw: ^r d used to assess the curve shape of the welding current. If this ratio exceeds a certain limit value, the welding process is interrupted and the welding electrodes 1 and 2 are subjected to an automatic maintenance process. That means, these are polished, wet cleaned and dried. The faulty weld is then repeated
If the total integral

idtidt

kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist, die Kurvenform des Schweißstromes jedoch in Ordnung ist wird die Schweißung nur automatisch wiederholt Wenn hingegen das Gesamtintegralis smaller than a specified limit value, but the curve shape of the welding current is OK the welding is only repeated automatically if, on the other hand, the total integral

JidrYidr

großer als der entsprechende Grenzwen ist oder wenn bei automatischen Wiederholungen ein zweiter Fehler auftritt, wird das Programm unterbrochen, die Meßwerte auf einem Bildschirm angezeigt und ein Alarm ausgelöstgreater than the corresponding limit value or if a second error occurs during automatic repetitions occurs, the program is interrupted, the measured values are displayed on a screen and an alarm is triggered triggered

Selbstverständlich müssen die Grenzwerte zu jedem Satz Schweißparameter und jeder Elektroden- bzw. Verbindungskonfiguration neu ermittelt werden. Im Ausführungsbeispiel sind daher die Grenzwerte variabel, die zusammen mit den Schweißparametern in den Digitalprozessor 12 eingegeben werden.Of course, the limit values for each set of welding parameters and each electrode or Connection configuration must be redetermined. In the exemplary embodiment, the limit values are therefore variable, which are entered into the digital processor 12 together with the welding parameters.

Die Zahl der Teilintegrale und die Anzahl derThe number of partial integrals and the number of

Claims

Patent claims:

1. A method for controlling an electrical resistance welding device in which the current integral is determined for the entire time of a welding pulse and compared with predetermined limit values for monitoring the welding process and the next welding process, if the current integral is less than a predetermined limit value, only after an automatically occurring change in the conditions decisive for the welding process is carried out or, if the current integral is greater than a specified limit value, is automatically prevented, characterized by the following process steps:

a) the welding current (I) is measured with a high repetition rate during the welding pulse;

b) the measured current values are stored digitally;

c) by means of a digital computer, the total current integral and two or more Partial flow integrals are calculated over two or more equal periods of time and the Partial flow integrals set in relation to one another;

d) Depending on the values determined, either the welding electrodes are automatically activated subject to the ongoing maintenance process or the welding process is repeated or the next welding process is carried out automatically prevented.

2. The method according to claim 1, characterized in that the welding process is automatic is repeated if the total current integral is less than a predetermined limit value and that The ratio of the partial flow integrals is within specified limits.

3. The method according to claim 2, characterized in that the next welding process is prevented if the limit values are again not adhered to during the automatic repetition will.

4. The method according to claim 1, characterized in that the next welding process is prevented when the total current integral is greater than the corresponding limit value.

5. The method according to claim 1, characterized in that the welding electrodes one automatically are subject to ongoing maintenance if the ratio of two or several partial flow integral exceeds or falls below a specified limit value.

6. The method according to claim 5, characterized in that in an automatically running Maintenance procedure the welding electrodes (1, 2) are polished, wet cleaned and dried.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that five Partial flow integration over five equal time segments are calculated and that the ratio of the fourth to the assessment of the current curve second partial flow integral is used.

8. Device for performing the method according to one of the preceding claims, wherein a welding generator to generate the

Actual welding voltage is used, which is measured by measurement technology and is sent to a control device connected upstream of the welding generator, characterized in that a digital processor (12) is provided which calculates the target welding voltage (Usoo) from a given set of parameters and calculates the target welding voltage (Usoo) at given time intervals Digital- to-analog converter (8) supplies the control device or the welding generator (5), and that in the supply line (3 or 4) between the welding generator (5) and a welding electrode (1 or 2) a measuring resistor (13 ) for detecting the welding current (I) is arranged between two setpoint outputs of the digital processor (12), and that the supply of the welding current (I) to the main memory of the digital processor (12) via an analog-to-digital converter (17)

9. The device according to claim 8, characterized by the use of one in the machine control device _ (18) existing digital processor.

10. Apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that an input of limit values for da "current integral and / or for the ratio of two or more partial flow integrals together is provided with the specified set of parameters to the digital processor (12).