ES2208557T3 - Dispositivo y procedimiento de control de soldadura por puntos. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de soldadura por puntos, con una pinza portaelectrodos (Z), cuyos electrodos de soldadura (E1, E2) están interconectados con un generador de corriente de soldadura regulable (IS), y que puede abrirse y cerrarse, según unos valores de consigna (psoll) (pvalor deseado), mediante un accionamiento por motor eléctrico (M) que lleva asociado un detector de posición cuya señales son recibidas por un dispositivo de mando (MP), y cuando la pinza portaelectrodos (Z) está en el estado de cerrado mantiene los objetos que hay que soldar (B1, B2) comprimidos entre los electrodos de soldadura (E1, E2) por una corriente del motor predefinida (MAI), siendo activado intermitentemente el generador de corriente de soldadura (IS) por medio del dispositivo de mando (MP) y siendo el detector de posición un generador de señal rotativo resolver (RES) y comprendiendo el dispositivo de mando (MP) los dispositivos de control (consts, max) a los cuales se conducen las señales del resolver continuamente y, desde el momento que estos dispositivos de control (const), después de una orden de cierre de la pinza portaelectrodos (Z) detectan una situación de casi parada a nivel de las señales del resolver, un primer estado adecuado se memoriza en tanto que estado de cierre de la pinza portaelectrodos (Z), y el generador de corriente de soldadura (IS) es activado, detectándose a continuación una evolución en función del tiempo de una distancia de los electrodos de soldadura (CTS) sobre la base de las señales del resolver (RES), y según la evolución en función del tiempo la corriente del motor (MAI) y/o la corriente de soldadura del generador de corriente de soldadura (IS) se modifica de forma predefinida de manera que la evolución en función del tiempo, de la distancia de los electrodos de soldadura (CTS) sea próxima a una evolución prememorizada de una operación de soldadura óptima.

Description

Dispositivo y procedimiento de control de soldadura por puntos.

La invención se refiere a un dispositivo de control de soldadura por puntos con una pinza portaelectrodos cuyos electrodos de soldadura están conectados con un generador de corriente de soldadura regulable y la cual debe accionarse para abrir o cerrar mediante un accionamiento por motor eléctrico sobre el cual está situado un sensor de posición con las señales del cual se ha de accionar la pinza portaelectrodos para abrir y cerrar conforme a las consignas preestablecidas, y en el que en estado cerrado de la pinza portaelectrodos los objetos que se han de soldar situados entre los electrodos de soldadura se mantienen comprimidos por una corriente del motor preestablecida, en el que el generador de corriente de soldadura es activado intermitentemente por el dispositivo de control y en el que el sensor de posición es un generador de señal rotativo, resolver, y el dispositivo de control incluye dispositivos de vigilancia a los que se aportan continuamente las señales del generador de señales receptivo, y en el que tan pronto como este dispositivo de vigilancia después de una orden de cierre de la pinza portaelectrodos en las señales del generador de señales rotativo reconoce un estado de casi parado, se memoriza un primer estado correspondiente al de estado cerrado de la pinza portaelectrodos y se activa el generador de corriente de soldadura y luego se determina una evolución en función del tiempo de una distancia entre electrodos de soldadura a partir de las señales del resolver en función del cual se modifican la corriente del motor y/o la corriente de soldadura del generador de corriente de soldadura según una pauta preestablecida, de tal manera que la evolución de la distancia entre electrodos de soldadura se aproxima a la evolución correspondiente a una soldadura óptima memorizada previamente.

Un dispositivo de soldadura de tales características se dió a conocer mediante el documento

\hbox{DE
199 17 896 A.}

En éste, mediante la determinación de la posición de los electrodos y su variación relativa se determina el grado de desgaste de los electrodos y en función de ello se realiza una adaptación de los parámetros de soldadura relativos a la fuerza de apriete de los electrodos, al tiempo de soldadura y al valor de la corriente de soldadura. La medición de la posición relativa de los electrodos se ve afectada en cuanto a su decisión muy desfavorablemente por los elementos de transmisión que hay entre los electrodos y el motor con los medios de medición, es decir, un cambiador de velocidad con engranajes de alta relación de multiplicación, ya que el autofrenado por huelgo inútil en el sentido del retroceso y la inercia de masas influyen en la entrega de la señal tanto en cuanto a magnitud como a tiempo.

Además, a partir del documento EP 0 278 185 B1 se conoce un dispositivo en el que, al principio del ciclo de soldadura, un motor eléctrico lleva las piezas portaelectrodos al estado de cerrado. Si, a continuación, un sensor de posición constata un estado de cerrado, se mantiene una fuerza de cierre preestablecida a los electrodos de soldadura mediante una regulación del accionamiento del motor y entonces se aporta una corriente de soldadura a los electrodos. Si se detecta un aumento de la fuerza debido al ensanchamiento del punto de soldadura como consecuencia de la fusión, entonces se desconecta la corriente de soldadura y se mantiene una fuerza de retención aumentada durante un tiempo prestablecido, después de transcurrido el cual tiene lugar la apertura de las pinzas portaelectrodos. Este sistema de control exige medios de medición de la fuerza y del recorrido. Una vigilancia completa del proceso de soldadura no se realiza, de manera que no se puede excluir la posibilidad de que salten gotitas de metal líquido y con ello la formación de rechupes en el punto de la realización de la soldadura, especialmente cuando se sueldan chapas de acero con alto grado de aleación.

Un dispositivo similar y un procedimiento para su funcionamiento se conocen a partir del documento

\hbox{US
3.553.420.}

Este presenta un dispositivo de presión de apriete de los electrodos con un accionador hidráulico, cuyo líquido hidráulico tras un aumento de presión en éste, que se origina debido a la fuerza de reacción en el apriete de los electrodos y consecuentemente en la compresión de los objetos que hay que soldar en la zona de soldadura, se mantiene con una válvula de retención en el accionador, con lo cual la corriente de soldadura se aplica a los electrodos y la presión del líquido se vigila con un sensor de presión, y cuando la presión aumenta por encima de un valor preestablecido como consecuencia de la expansión térmica del punto de soldadura y a continuación debido a la fluidificación del material empieza a descender de nuevo, la corriente de soldadura se reduce o se desconecta enseguida totalmente, después de lo cual una vez transcurrido un tiempo de retención prestablecido se abre la válvula de retención y se realiza un nuevo posicionamiento del objeto o de los electrodos.

Se conocen además a partir del documento

\hbox{DE 32 41 897 C2}

unos dispositivos de soldadura en los que el apriete de los electrodos de soldadura se efectúa por medio de un muelle cuyo recorrido elástico del muelle se mide con un sensor, por ejemplo un calibre extensométrico y por consiguiente se mide la variación de la posición de los electrodos debida a la expansión térmica y la subsiguiente fusión y se utiliza para la desconexión de la corriente de soldadura y para el control de la apertura. Esto significa un considerable gasto en técnica de medición y una mayor complicación del dispositivo de presión de apriete debido al muelle.

El objetivo de la invención consiste en simplificar el dispositivo descrito anteriormente para una soldadura controlada y regulada y mejorar el resultado de la soldadura.

Este objetivo se alcanza gracias a que en el estado de cerrado la corriente del motor se regule de tal modo que una distancia entre los electrodos de soldadura la cual se determina de forma continua por una suma de las señales del generador de señales rotativo, se mantenga prácticamente constante o conforme a una evolución en función del tiempo preestablecida.

En las reivindicaciones subordinadas se indican configuraciones ventajosas.

El nuevo dispositivo parte de una pinza portaelectrodos moderna y de funcionamiento rápido accionada eléctricamente controlada por un dispositivo de regulación de fuerza o de recorrido. Para el control del proceso de soldadura no se necesitan medios de medición adicionales, como en los dispositivos anteriormente conocidos, sino que se utilizan los medios y señales del dispositivo eléctrico de regulación de fuerza y de recorrido del accionamiento del motor y por consiguiente de la pinza portaelectrodos. El circuito de regulación eléctrico para el movimiento del motor eléctrico y para la presión de los electrodos presenta una señal de valor deseado, con la que se determina la corriente que en última instancia partiendo del motor mediante los elementos de acoplamientos mecánicos realiza el accionamiento de la pinza y la presión de apriete de los electrodos. Una alta precisión de la medición de la posición de los electrodos se consigue porque gracias a la permanente regulación de la corriente del motor se evitan las influencias del reductor de engranajes.

Si el espesor del objeto a soldar cambia debido al calentamiento originado con la corriente de soldadura, entonces con un suministro de corriente constante al motor, una variación del recorrido detectada por el generador de señales de recorrido señaliza al codificador de funcionamiento incremental que sirve para la regulación o control de la corriente de soldadura.

Si alternativamente al control del motor luego se alcanza una determinada presión de apriete según una determinada corriente, preestableciéndose un mantenimiento constante del generador de señales rotativo, entonces aumenta consecuentemente la corriente del motor regulada en función de la creciente expansión térmica para compensar la variación del espesor del objeto, y cuya evolución de la corriente de accionamiento en función del tiempo se analiza según criterios que sirven para la regulación o control de la corriente de soldadura.

También una combinación de la evolución de la señal de recorrido y de la evolución de la corriente del motor puede emplearse ventajosamente para la regulación o para el control de la corriente de soldadura, y un orden secuencial en el tiempo de las dos alternativas puede utilizarse ventajosamente si la magnitud de referencia de regulación varía, por ejemplo utilizándose al principio la regulación del mantenimiento del valor constante del recorrido, observándose y evaluándose la variación de corriente y según un valor límite preestablecido se pasa a una regulación por valor constante de corriente, en la que se observa y se evalúa la variación de la señal de recorrido. Los parámetros que sean de elegir en cada caso para una óptima soldadura dependen de los materiales que hay que soldar, de las propiedades de sus superficies y de las capas de recubrimiento de las mismas, del estado de los electrodos y de las geometrías de los objetos y de los electrodos.

El programa de control de la soldadura que realiza la evaluación del valor de medida de recorrido o de ángulo y/o de corriente es el mismo si existe una correlación adecuada de los diferentes tipos de valor de medida. La correlación resulta del incremento del recorrido que da un incremento de corriente debido a las señales del generador de señales rotativo que se originan.

Al conectar la corriente de soldadura existe una corriente de salida del regulador predefinida y una distancia inicial entre los electrodos de soldadura. A medida que aumenta la temperatura en la zona de la soldadura aumenta la corriente del motor y/o aumenta la distancia entre los electrodos, con lo cual el generador de señales rotativo entrega señales de recorrido incrementales, que, referidas a un valor de distancia diferencial se acumulan a la distancia inicial. Una correlación entre la diferencia de corriente y la diferencia de recorrido se obtiene mediante la variación de corriente que resulta en una variación de distancia en un incremento. Así correlacionadas se pueden sumar las dos variaciones y este valor de suma se compara con un valor umbral y su rebasamiento se constata y/o en la evolución del valor de suma se determina si hay aproximación a un valor máximo y se alcanza o se rebasa este valor máximo.

En este instante citado se preestablecen los puntos de consigna del regulador, es decir el valor deseado de distancia y/o el valor deseado de corriente del accionamiento, el valor de la corriente de soldadura así como un arranque de un tiempo de retención y/o un nuevo valor umbral para el valor de suma citado, de modo que al final de dicho tiempo de retención o cuando se está por debajo de dicho valor umbral se desconecta completamente la corriente de soldadura y luego se activa el movimiento de apertura de la pinza portaelectrodos.

Si se utiliza el instante de la aproximación al valor máximo del valor de suma o el punto de alcanzarse o de rebasarse dicho valor máximo a partir de los valores de medida, entonces se examina en cuanto a una magnitud crítica el proceso de soldadura que tiene lugar en el punto de soldadura y se convierte en un criterio de desconexión de la corriente de soldadura. La desconexión parcial y/o total y la finalización del tiempo de retención que sirve para la inmovilización del tiempo de soldadura se realiza preferentemente mediante un control de la temporización. Para una óptima formación de la estructura al enfriarse el punto de soldadura puede emplearse ventajosamente una fuerza de la pinza portaelectrodos aumentada o decreciente de forma definida preestableciendo un correspondiente valor de consigna de la corriente del motor.

Si la secuencia de desconexión se controla en función de un valor umbral, se puede determinar de todos modos temporalmente el rebasamiento del valor máximo, su magnitud y el ulterior decaímiento de la variación térmica del punto de soldadura y por ejemplo representarlo de forma tabulada o gráficamente, y se pueden realizar ventajosamente vigilancias del valor límite de tal manera que se realice siempre una buena vigilancia de la soldadura y se detecten variaciones inadmisibles de las condiciones que se produzcan por ejemplo debidas a diferencias de material o variaciones en las superficies de las chapas o de los electrodos así como en el sistema de accionamiento y se pueden compensar por nuevos valores de consigna o se comuniquen a un operador o a un sistema de ámbito superior así como que se archiven a efectos de constituir una ayuda para el mantenimiento y para el control de calidad.

A continuación se da una lista de los pasos de la secuencia del proceso:

A- Posicionar la pinza portaelectrodos acercándola a la pieza que hay que soldar, luego

B- Realizar el control del movimiento de cierre de las pinzas portaelectrodos hasta que la señal de valor angular o de valor de recorrido y la corriente del accionamiento de la pinza portaelectrodos se mantengan constantes durante un tiempo, luego

C- Conectar la corriente de soldadura y vigilar si se alcanza el valor máximo de señal de recorrido y/o de corriente del accionamiento de la pinza portaelectrodos. Una vez se halla alcanzado:

D- Desconectar la corriente de soldadura; controlar la corriente del accionamiento de la pinza portaelectrodos con valores de consigna de tiempo, recorrido y fuerza; vigilar la evolución del tiempo de retención. Una vez transcurrido dicho tiempo:

E- Controlar el accionamiento de la pinza portaelectrodos para movimiento de apertura de la misma hasta que se alcance la distancia preestablecida.

- Continuar como en A -

Las determinaciones del valor máximo de la variación térmica del punto en que se efectúa la soldadura detectando si la corriente presenta un valor constante y/o si está parado el accionamiento de la pinza portaelectrodos se realizan adoptando medidas de filtrado apropiadas y/o con determinados anchos de banda de respuesta de la evaluación de la señal, ya que hay que contar con que se produzcan faltas de constancia en la evolución de la fuerza, del recorrido y de la corriente, que se originan entre otras cosas debido a la entrega de señales incrementales-decrementales en el indicador de recorrido así como por trastornos externos o por oscilaciones en la regulación de pequeña amplitud.

Para el accionamiento del movimiento de cierre de la pinza portaelectrodos son especialmente apropiadas los accionamientos de usillo roscado a bolas rodantes de frenado automático que poseen una relación fuerza-peso relativamente alta. El motor es un motor de corriente continúa o un motor trifásico sin escobillas. En su eje está colocado un generador de señales rotativo, denominado codificador, es decir, un generador de señales incrementales que entrega impulsos dependientes del sentido direccional; normalmente se suministran 1.024 hasta 32.768 pasos incrementales por cada vuelta del motor. Con un paso de rosca apropiado se puede señalizar una variación de recorrido de 1 mm, lo cual representa una magnitud menor que la expansión de un punto de realización de la soldadura de chapas delgadas.

Una regulación para obtener una posición de cierre de la pinza portaelectrodos constante, es decir, un "enclavamiento" regulado de la pinza, tiene lugar en pocos microsegundos, tan pronto se haya constatado la presencia de un impulso de recorrido. Puesto que la evolución de la señal en el accionamiento del movimiento de cierre en cada operación de soldadura, si no se producen perturbaciones, en los mismos puntos de realización de soldadura de piezas a soldar iguales es muy parecida entre sí, se realiza ventajosamente una memorización de una óptima evolución de la corriente en el tiempo y en un ulterior proceso de soldadura se utiliza como evolución de la corriente de referencia, lo que limita la actividad del regulador a la compensación de pequeñas diferencias respecto a la evolución de referencia y por consiguiente aumenta la calidad de la regulación. El regulador tiene por consiguiente no sólo una característica PID normal según consigna, sino que tiene capacidad de aprendizaje.

El procesamiento de la señal del codificador con la generación de señal de regulación dependiente de ella tiene lugar preferentemente en un microprocesador el cual a partir de la señal del codificador sumada genera la señal de recorrido y mediante un filtrado adecuado de las señales de recorrido diferenciales, es decir de las señales del codificador y una vigilancia permanente del valor límite determinan una casi parada del accionamiento o un incremento preestablecido o una caída preestablecida de la señal de recorrido mediante la observación de la velocidad de seguimiento de las señales de codificador, es decir, de las señales diferenciales con una vigilancia del valor límite en cuanto a aproximación a un máximo y a alcanzarse y/o rebasarse dicho máximo.

Los parámetros de filtrado y los valores límite que hay que preestablecer, las pendientes del incremento o del decremento se pueden programar preestableciendo un valor deseado como por ejemplo introducción por teclado, y, en caso necesario se pueden variar, de tal manera que el dispositivo se puede adaptar fácilmente a las diferentes geometrías y diseños de la pinza portaelectrodos y a los procesos de desgaste así como a las variaciones de componentes o materiales, especialmente de los electrodos y de los objetos que hay que soldar.

La corriente de soldadura se puede suministrar desde un transformador conectado a la red con un control por corte de onda. Como se sabe, el flujo de circulación de corriente se extingue en las fases individuales al pasar por cero. Por tanto, para un control del aporte de energía se preestablecen el ángulo de fase y el número de semiondas. Cuando la desconexión debido al paso por el máximo de la expansión del punto de realización de la soldadura tiene lugar, una fase que ya está cebada sigue suministrando corriente hasta el final. Por consiguiente es conveniente desconectar lo suficientemente pronto de modo que la fase restante no conduzca a una salida de material de soldadura.

Una medición de la velocidad de incremento de la expansión del punto de realización de la soldadura ofrece la posibilidad de llevar a cabo tempranamente una realización de la corriente máxima si el incremento de corriente rebasa un valor normal preestablecido. Por el contrario, la evaluación de la pendiente del incremento de corriente con una velocidad que está por debajo de la norma se utiliza para un aumento de la corriente máxima. La corriente máxima se determina eligiendo el ángulo del corte de onda. Por supuesto también se pueden emplear suministros de corriente de frecuencia media en los cuales se consigue de por sí una desconexión muy exacta.

Para conseguir una regulación muy rápida es ventajoso medir las distancias en el tiempo de las señales del codificador del mismo sentido, resultando inmediatamente la velocidad de variación del recorrido por inversión de los valores de distancia.

También se pueden representar las señales de corriente por un convertidor analógico-digital que efectúa seguimiento de la señal mediante cuyas señales de recuento un comparador suministra normalmente a un contador digital, y cuya distancia en el tiempo es correspondientemente una medida invertida para el incremento o, en caso de señales de sentido de recuento invertido, para la disminución de la corriente.

La soldadura por puntos por resistencia se emplea especialmente en la fabricación de automóviles para unión de chapas de un espesor que va desde los 0,5 hasta los 3,5 mm. Los electrodos de soldadura comprimen estas chapas en la zona que hay que soldar, de manera que se maniobran consecutivamente tres zonas de transición de corriente, de las cuales dos son las superficies de contacto de los electrodos enfriados con la chapa limítrofe y una se compone de chapa a chapa. Para una buena soldadura la resistencia entre chapa y chapa debe ser lo mayor posible en comparación con las resistencias en las superficies de superposición de los electrodos para que los electrodos no se fundan conjuntamente y haya un aleado parcial con la superficie, especialmente de una capa de protección galvánica de las chapas y, por otra parte entre las chapas se forme una zona de fusión en forma lenticular.

La zona de fusión debe mezclar ampliamente las chapas pero no romper superficialmente junto a los electrodos o lateralmente entre las chapas, para que no salten gotitas de material y haya una unión plena prácticamente continua tras el enfriamiento del punto de realización de la soldadura.

El evitar chispas y gotitas de material fundido tiene también la gran ventaja de que no se originarán suciedades en los objetos a soldar y en los aparatos de soldadura y que se ahorrará tiempos de trabajo en limpieza, mantenimiento y reparaciones así como también se puede prescindir de colocar dispositivos de protección contra salpicaduras de gotas de material fundido en las instalaciones.

Especialmente las chapas de acero fuertemente aleado modernas tienden a desprender gotitas de metal fundido ya que su material se licúa de manera muy brusca.

Además de los requisitos orientados a la calidad de las soldaduras surge la necesidad de una vigilancia sin lagunas y de generar documentación de todos los puntos de soldadura en lo que respecta a su calidad.

Además, es importante mantener el tiempo del ciclo de soldadura lo más corto que sea posible sin que ello suponga merma en la calidad.

La existencia de todas las condiciones necesarias para obtener una soldadura de alta calidad se derivan en un ulterior desarrollo de la invención a partir del comportamiento de deformación térmica del correspondiente punto de realización de la soldadura y las desviaciones respeto a dichas condiciones que se constaten servirán para la optimización de las condiciones predefinidas teniendo en cuenta periodos de soldadura más cortos. De esta manera se utilizan varias soldaduras de prueba con un tipo y espesor de chapa dados y una determinada configuración de los electrodos para fijar la magnitud de la circulación de corriente, la duración de la misma, y su evolución en el tiempo completa de tal manera que con un tiempo cíclico lo más corto posible aun no se originan proyecciones de gotitas de material fundido.

Se ha puesto de manifiesto que las chapas normales de un espesor de 0,5 mm hasta 3,5 mm presentan un comportamiento de expansión característico unitario en los puntos de realización de la soldadura y que puede mostrar el proceso de fusión y un incipiente perforación en el proceso. El proceso de fusión produce una creciente dilatación en el punto de la realización de la soldadura que es tanto mayor cuanto más gruesas son las chapas. Si el punto de soldadura fluido llega hasta cerca de la superficie de la chapa, está se verá deformada ligeramente por la acción de la presión de retención que ejerce la pinza portaelectrodos rebasando la expansión su grado máximo. Aprovechando este efecto se desconecta la aportación de corriente según el tipo de chapas al cesar la variación de la expansión un poco antes del máximo o directamente cuando éste se produce o también con un poco de retardo y se introduce un mantenimiento de la presión de apriete de los electrodos durante un determinado tiempo de retención en el cual se efectúa la recristalización del punto de soldadura. El alcance del punto máximo garantiza la expansión en profundidad del punto de soldadura exigida y por consiguiente de la zona de unión y de su incorporación a la estructura.

En las soldaduras consecutivas la intensidad de la corriente de soldadura se aumenta escalonadamente, de tal manera que el tiempo resultante hasta que aparece el máximo correspondiente más corto. La intensidad de corriente más alta y el tiempo de soldadura más corto se traspasan cuando, en la proximidad del máximo o poco después, tiene lugar una ruptura brusca del punto de realización de la soldadura, lo cual se manifiesta por la salida del material líquido. Si por tanto en el futuro la corriente de soldadura se preestablece aproximadamente un 20% por debajo del valor crítico en el que se produjo la perforación, se obtienen las condiciones óptimas para el correspondiente tipo y espesor de chapa.

La observación estandarizada de la aparición del máximo de expansión y, dado el caso, de una perforación permiten conseguir la soldadura óptima y una valoración fiable de la calidad de la soldadura. Las desviaciones respecto al proceso de evolución de la expansión y una marcada variación de la duración del tiempo de aplicación de corriente son indicativos de la presencia de influencias desfavorables en la disposición. Estás pueden ser variaciones en las chapas, especialmente en sus superficies o en sus capas de recubrimiento, o en las superficies de contacto de los electrodos de soldadura. Éstas deberían configurarse de forma convexa con un achatamiento de pocos milímetros de diámetro, de tal manera que la corriente de soldadura fluya concentrada en una zona estrecha definida del centro del punto de soldadura.

Los achatamientos de las puntas de los electrodos debido a la elevada fuerza ejercida por la pinza portaelectrodos penetran un poquito en la superficie de la chapa y la enfrían, incluida la capa de protección galvánica, hasta que allí ya no tiene lugar ninguna fusión, con lo cual se mantiene la capa de protección y tampoco se sueltan gotitas de material de la superficie que pudieran originar suciedad.

La alta presión de los electrodos comprime las chapas, si son de una espesor entre 0,5 y 1,5 mm, en un área tan pequeña que hay una alta densidad de corriente y con ello un punto de soldadura cada vez más grande.

En caso de espesores de chapa mayores se observa frecuentemente una falta de magnitud tan grande que la presión de apriete habitual no proporciona un contacto de pequeña superficie central. Esto puede conducir a una considerable prolongación del tiempo de soldadura y el máximo de expansión observado tiene lugar más tarde de lo esperado. Esta información se utiliza ventajosamente anteponiendo al proceso de soldadura propiamente dicho un proceso de calentamiento y alisamiento en el que se emplea una intensidad de corriente considerablemente más baja, por ejemplo la mitad de la que se necesita en la soldadura óptima y con tiempos de aplicación de corriente considerablemente más cortos en comparación con el tiempo de soldadura. Así se originan impulsos de calentamiento en las chapas que conducen a una distensión de las chapas y de esta manera se compone en la zona de los electrodos. Este movimiento de asiento se controla también mediante la observación de las señales en el generador de señales angulares en el accionamiento de la pinza portaelectrodos. Cuando prácticamente ya no se produce ningún movimiento de asiento como consecuencia de un impulso de corriente de caldeo, se empezará con la soldadura con toda la intensidad de corriente previamente definida.

Se ha puesto de manifiesto que es conveniente que a las chapas de acero altamente aleadas que se emplean mayoritariamente que tienden a la perforación del punto de soldadura fluido, en lugar de impulsos de corriente de soldadura de forma rectangular se les aplique un incremento de corriente controlado, es decir, un impulso de corriente de soldadura de forma trapezoidal con un correspondiente incremento escalonado. También la pendiente más favorable del incremento de corriente de soldadura se puede determinar efectuando varias soldaduras de prueba en los cuales la aparición de la ruptura rápida inadmisible del punto de realización de la soldadura se utiliza como criterio para una reducción del paso a paso del incremento de corriente hasta que se excluya con toda seguridad la posibilidad de perforaciones.

Si en el curso de la operación se observan tiempos de asiento demasiado largos o perforaciones inesperadas, ello se subsana mediante una ulterior variación de los citados parámetros. Además, las perturbaciones se documentan y se indican para que se pueda llevar a cabo una investigación de las causas así como su eliminación.

Es conocido la elección de la fuerza de apriete de los electrodos apropiada para los espesores de la chapa y de la formación de electrodos. Si se producen fallos en el sistema de accionamiento de manera que la fuerza de apriete en los electrodos que viene predefinida por la corriente del motor no está totalmente activa, esto repercute también marcadamente en la señal de medida de angular, ya que el asiento tiene lugar de forma retardada y la deformación por aplicación de presión después de rebasarse el máximo de la expansión del punto de realización de la soldadura se reduce. Esto último tiene lugar también en conjunción con un mayor consumo de energía de soldadura con un creciente achatamiento de los electrodos.

Las configuraciones ventajosas se representan esquemáticamente en las Figs. 1 a 3.

La figura 1 representa un esquema funcional del dispositivo;

La figura 2 representa un ejemplo de la evolución de la señal en función del tiempo;

La figura 3 representa una zona de soldadura por resistencia ampliada en sección.

La figura 1 ilustra una pinza portaelectrodos (Z) con los dos electrodos de soldadura (E1, E2) entre los cuales se mantiene apretado el objeto a soldar, las dos chapas (B1, B2). La presión de apriete la produce el accionamiento lineal (LM), el cual preferentemente está compuesto por un tornillo sin fin con bolas circulantes con un motor de accionamiento (M) al cual se le aplican una corriente de control del motor (MAI) y cuyos movimientos rotativos son señalizados por un generador de señales rotativo codificador (RES) mediante impulsos de avance y retroceso proporcionales al recorrido angular o mediante trenes de impulsos desfasados, de los cuales son derivables los impulsos de dirección.

Los electrodos de soldadura (E1, E2) están interconectados con un generador de corriente de soldadura (IS), que es regulable en el sentido de marcha paro, pero también puede estar controlado en escalones de corriente, en el caso de que condiciones especiales en el objeto que hay que soldar así lo exijan.

El control del motor (M) y del generador de corriente de soldadura (IS) tiene lugar mediante un dispositivo de control que esencialmente se compone de un microprocesador (MP). A éste se le introducen los parámetros de ajuste y los valores límite (Lim) mediante un teclado (TA) o un medio de introducción de datos similar y suministra datos de proceso, indicaciones de estado e indicaciones de alarma, etc. en una pantalla (D) de forma conocida en formato numérico o gráfico, por ejemplo como curva de recorrido o de corriente. Mediante una línea de transmisión de datos (DL) el procesador (MP) está interconectado preferentemente con un procesador central, si esta estación de soldadura forma parte de una cadena de producción.

Las señales del generador de señales rotativo (RES) se suman a un contador de posición (CTP) cuyo dato de indicación de posición al cierre y apertura como posición real (pist) se envía a un regulador (REG*), al que como posición deseada (psoll) se le suministra una consigna externa, siempre que otros criterios de control no tengan prioridad.

Las señales del generador de señales rotativo (RES) se verifican además diferencialmente, por ejemplo mediante medición de la distancia de impulsos del mismo sentido, para comprobar si hay un estado de casi parado (const) y si se ha rebasado un valor máximo (max) que resulta de una inversión del sentido de los impulsos del generador de señales rotativo. Estas verificaciones (const, max) van con un filtrado, premediación o similares para que se utilicen sólo los estados realmente relevantes para el ulterior control. Los parámetros de ajuste (Lim) se preestablecen externamente para ello.

Si en una circulación de corriente del motor (M) para el movimiento del cierre se identifica el estado de constante (const), este estado se almacena en una memoria de estado (FF), que se simboliza como Flip-Flop, que conecta el generador de corriente de soldadura (IS). Al mismo tiempo se repone un contador de impulsos de recorrido (CTS), que hace el recuento de las señales del generador rotativo (RES), de tal manera que el contenido del contador (s(t)) señaliza continuamente la variación de distancia de los electrodos (E1, E2) tras la conexión de la corriente de soldadura (IS) que por ejemplo también se puede representar en el visualizador (D). Tan pronto como se reconoce el estado del paso por el máximo (max) o según la consigna de una aproximación o de un abandono del mismo, se extingue el marcador de estado de constante (FF), con lo cual se desconecta el generador de corriente de soldadura (IS) y un órgano temporizador (CTT) se pone a un tiempo de retención prefijado (set), con cuyo final (end) se activa el control de apertura del accionamiento de la pinza portaelectrodos. El temporizador (CTT) puede ser un contador preajustable, que efectúa el recuento con las señales de un reloj (CL).

En una realización preferida la corriente del motor (MAI) se controla en función de la diferencia de indicación de posición (psoll, pist) (posición deseada, posición real) y, después de que se haya comunicado el estado de constante (const), se preestablece una corriente predeterminada. Se origina por consiguiente una determinada fuerza entre los electrodos y su distancia sigue al estado de expansión y posterior contracción del objeto, por consiguiente en este modo de funcionamiento se utilizan ventajosamente los nuevos medios de evaluación de las señales del generador de señales rotativo (RES) y la utilización de sus señales en una pinza portaelectrodos controlada eléctricamente. No son necesarios adicionalmente otros medios de medición además del codificador siempre existente para el control del recorrido. Las señales eléctricas obtenidas, tras la correspondiente evaluación, se utilizan también para la conexión y desconexión o para el control de la corriente de soldadura.

En otra forma de realización se prevé además un dispositivo de medición de la corriente del motor (IM) que también se utiliza en accionamientos de regulador convencionales de tipo similar, si la corriente del motor no sólo es controlada sino que es regulada en regulador de ámbito inferior.

La señal de medida de corriente (IM) se envía al procesador (MP), se transforma en un convertidor analógico - digital (A/D) y se filtra en un filtro (FI). Con este equipamiento, cuando hay una fuerza de accionamiento adecuadamente grande en el tiempo de soldadura y en el tiempo de retención posterior, como criterio de regulación puede servir el contenido del contador de recorrido (CTS), poniéndose a cero el valor de recorrido deseado. Esto conduce a que con una fuerza de expansión creciente de los puntos de realización de la soldadura, el regulador suministra una corriente del motor creciente que se opone a ésta. Puesto que el recorrido de los electrodos debido a la compresión aumentada de los electrodos se aproxima a cero, la identificación de un valor máximo del recorrido apenas es posible, y en lugar de ello se determina el valor máximo de corriente. Para ello la señal de la evolución de la corriente transformada y filtrada (l(t)) se envía al detector de valor máximo (max). En la representación están sumadas las evoluciones en función del tiempo de las señales de corriente y de recorrido (l(t), s(t)) según normalización adecuada (NO), por ejemplo de la señal de recorrido (SNO) y así se envían al detector del valor máximo (max) y al detector de valor constante (const). Ambas curvas de evolución de la señal se tienen en cuenta pues igualmente y el resultado no sólo depende de la curva de evolución de la corriente.

Esto posibilita una mejora de la característica de regulación con un comportamiento conocido de los puntos de realización de la soldadura y con una curva de evolución de la corriente deseada para ello. Ésta se alimenta al regulador de corriente de accionamiento como una componente del valor deseado que constituye una componente del recorrido a cero. Una adecuada curva de corriente de consigna (l(t)h) se deriva ventajosamente de la memorización de curvas de evolución de corriente históricas (l(t)), es decir, en anteriores procesos de soldadura, en un almacenamiento de memoria (MEM). Si este proceso de memorización y posterior preestablecimiento de consigna de la curva de evolución de corriente se repite a menudo se efectúa una regulación muy rápida con desviaciones cada vez menores respecto a la consigna pretendida que es la de simular una pinza portaelectrodos "fija".

La configuración de los componentes funcionales individuales representables mediante símbolos de hardware se realiza preferentemente mediante un programa de control con componentes de programa secundario. De esta manera los parámetros pueden modificarse fácilmente y las repercusiones de tales modificaciones en el proceso de control y en la reacción de la mecánica de la pinza portaelectrodos y del objeto a soldar se comprueban vigilando las magnitudes de medida o las magnitudes derivadas y entregándolas. Los procesos de recuento se pueden realizar de forma conocida con un control de interrupción, al que se envían por ejemplo las señales del generador de señales rotativo (RES) o las señales incrementales/decrementales procedentes del convertidor analógico/digital.

La figura 2 representa las curvas de evolución en función del tiempo de las magnitudes activas y de reacción de una soldadura por resistencia en la que se tienen en cuenta los casos especiales de que las chapas gruesas antes de la soldadura se destensen y se aplanen y en los que debido a una aleación critica del material y/o una capa de recubrimiento sensible se realiza un incremento lento de la corriente de soldadura.

La corriente de la pinza portaelectrodos ISS se aplica anticipadamente en tres impulsos de calentamiento IH1- IH3 distanciados en el tiempo, y luego se alimenta el impulso de corriente de soldadura IS de aproximadamente el doble de grande durante un tiempo más largo.

Durante todo el período de soldadura que esencialmente se compone de un tiempo de cierre de la pinza portaelectrodos tZ, del tiempo de calentamiento y de aplanamiento tA compuesto por varias fases, del tiempo de soldadura propiamente dicho tS y del tiempo de retención tH, la fuerza de la pinza portaelectrodos P se mantiene esencialmente constante mediante la corriente del motor preestablecida.

La reacción de la distancia de electrodos S que se ve influida por la fuerza de la pinza portaelectrodos P y las corrientes ISS en el punto de realización de la soldadura, la ilustra la curva representada en tercer lugar.

En el tiempo de cierre tZ se comprimen las chapas entre los electrodos, hasta que la distancia entre electrodos S permanece constante o el generador de señal de desplazamiento angular se detiene y la fuerza del motor se convierte totalmente en la fuerza de apriete P.

En el tiempo de caldeo hasta temperatura de régimen tA se aplican secuencialmente tres impulsos de corriente de caldeo tH1 - 1H3 de magnitud mediana. Mediante el caldeo las chapas se van destensado, con lo cual se produce una adaptación de los electrodos con las chapas en los correspondientes escalones, tal como se aprecia en la evolución escalonada de la distancia entre electrodos S. Ya los dos primeros impulsos de corriente de caldeo IH1, IH2 sería suficientes para un asentamiento completo; el tercer impulso de caldeo de reserva no aporta ningún asentamiento adicional.

En el tiempo de soldadura tS aumenta la corriente de soldadura con una inclinación N hasta su correspondiente valor máximo prefijado IM. El aumento de corriente que tiene lugar poco a poco sirve para que los electrodos se asienten poco a poco en una capa de recubrimiento superficial, por ejemplo de zinc, con punto de fusión bajo y para impedir una ruptura del material fundido del punto de soldadura, especialmente en el caso de un material de chapa altamente aleado. Durante la circulación de corriente de soldadura aumenta el tamaño de punto de realización de la soldadura debido a la dilación térmica de las chapas y debido al material fundido en el interior de las mismas, lo cual hace que aumente cada vez más la distancia entre electrodos S hasta que el aumento de distancia es cada vez más lento y se alcanza un máximo Smax.

En el ejemplo, ya cuando está disminuyendo la velocidad de expansión antes de alcanzarse su máximo, se desconecta la corriente de soldadura IS y mediante la fuerza de apriete mantenida P durante el tiempo de retención preestablecido tH vuelve a asentarse y la distancia entre electrodos S se estabiliza a un nivel final SE, que está algo por debajo del nivel de partida.

En línea a trazos se representa un descenso brusco de la distancia que tiene lugar siempre cuando hay fusión y desprendimiento de gotas de material fundido. Debido a la pérdida de material se hunde el electrodo profunda y rápidamente en el punto de realización de la soldadura como consecuencia de la fuerza de apriete mantenida. Si se produce una tal caída brusca de la distancia entre electrodos S, los parámetros de soldadura de la siguiente operación de soldadura se modifican preventivamente, por ejemplo la inclinación N del aumento de corriente se reduce y/o la corriente de soldadura máxima IM se reduce.

Al finalizar el tiempo de retención tH se abre la pinza portaelectrodos y se lleva a otro punto de realización de la soldadura.

Además, la figura 2 representa en línea a trazos una curva de evolución en función del tiempo de la expansión S1 de acero altamente resistente en comparación con la variación de la hendidura S del acero normal y corriente siendo las otras condiciones normales. El acero altamente resistente se expande bastante más rápidamente, y la desconexión de la corriente de soldadura tiene lugar por tanto bastante antes. Aprovechando este efecto se determina la variación en el tiempo de la anchura de la hendidura, que se representa en forma de ángulo W, W1, al comienzo de la expansión medida del punto de realización de la soldadura y a partir de ello se fija cuándo debe tener lugar la desconexión de la corriente en realización con el máximo de dilatación que tiene lugar o con qué pendiente se preestablece en el futuro el incremento de corriente.

Este procedimiento exime de que en la determinación automática de los parámetros óptimos se tenga que llegar a una ruptura del material fundido.

Cuanto mayor es la pendiente del incremento de la anchura de la hendidura S, S1 tanto más pronto tiene lugar la desconexión de la corriente con referencia al máximo de la anchura de la hendidura S, S1.

En otra forma de realización se mide ventajosamente la velocidad de la expansión de las piezas de soldadura que se representa mediante el ángulo de incremento W, W1 en la figura, y se utiliza como criterio de control para la elección de la velocidad de aumento de corriente y especialmente para la intensidad de corriente máxima IM de forma inmediata. Si el ángulo de incremento W1 es mayor que un ángulo normalizado WN como en el ejemplo, entonces la corriente máxima IM se reduce e inversamente si la expansión del punto de realización de la soldadura es demasiado lento entonces el incremento de corriente N y/o la corriente máxima IM aumenta. Por consiguiente tiene lugar una regulación inmediata de la circulación de corriente. Mediante ésta se compensan no sólo las diferencias en el tipo de material sino también otras variaciones en el objeto que hay que soldar o del dispositivo de soldadura, p.ej. variaciones como un achatamiento creciente en los electrodos de soldadura, y eso tiene lugar aumentando la corriente máxima y el tiempo de soldadura prolongándose no de forma indeseada. Este tipo de regulación de la corriente de soldadura presenta una calidad inventiva propia, y puede realizarse no sólo mediante las señales del generador de señales de recorrido angular del motor descritas sino también con señales de medida de un dinamómetro conocido en la pinza portaelectrodos o de otro extensímetro o distanciómetro.

La figura 3 ilustra una sección axial aumentada de un punto de realización de la soldadura al final del tiempo de cierre de los electrodos E1, E2. Se representan una chapas B1, B2 relativamente gruesas, cuya área de contacto KB todavía no se ha cerrado, ya que las chapas B1, B2 están ligeramente abombadas, como se ha representado exageradamente.

Las puntas de los electrodos E1, E2 están redondeadas de forma aproximadamente esférica y en las áreas de contacto relativamente pequeñas K1, K2 con las chapas B1, B2 están achatadas. Las zonas de contacto achatadas K1, K2 están ligeramente hundidas en los recubrimientos superficiales OB1, OB2, de manera que allí se origina una resistencia de paso relativamente reducida y prácticamente no hay fusión del material ni desprendimiento de gotas de metal ni se produce una aleación de los electrodos lo cual conduciría a su reblandecimiento y a su pronta deformación, lo cual luego traería como consecuencia un empeoramiento de las condiciones de paso de la corriente y de compresión de las piezas lo cual originaría que debiera realizarse un subsiguiente tratamiento de la superficie de los electrodos.

Claims (9)

1. Dispositivo de soldadura por puntos, con una pinza portaelectrodos (Z), cuyos electrodos de soldadura (E1, E2) están interconectados con un generador de corriente de soldadura regulable (IS), y que puede abrirse y cerrarse, según unos valores de consigna (psoll) (pvalor deseado), mediante un accionamiento por motor eléctrico (M) que lleva asociado un detector de posición cuya señales son recibidas por un dispositivo de mando (MP), y cuando la pinza portaelectrodos (Z) está en el estado de cerrado mantiene los objetos que hay que soldar (B1, B2) comprimidos entre los electrodos de soldadura (E1, E2) por una corriente del motor predefinida (MAI), siendo activado intermitentemente el generador de corriente de soldadura (IS) por medio del dispositivo de mando (MP) y siendo el detector de posición un generador de señal rotativo resolver (RES) y comprendiendo el dispositivo de mando (MP) los dispositivos de control (consts, max) a los cuales se conducen las señales del resolver continuamente y, desde el momento que estos dispositivos de control (const), después de una orden de cierre de la pinza portaelectrodos (Z) detectan una situación de casi parada a nivel de las señales del resolver, un primer estado adecuado se memoriza en tanto que estado de cierre de la pinza portaelectrodos (Z), y el generador de corriente de soldadura (IS) es activado, detectándose a continuación una evolución en función del tiempo de una distancia de los electrodos de soldadura (CTS) sobre la base de las señales del resolver (RES), y según la evolución en función del tiempo la corriente del motor (MAI) y/o la corriente de soldadura del generador de corriente de soldadura (IS) se modifica de forma predefinida de manera que la evolución en función del tiempo, de la distancia de los electrodos de soldadura (CTS) sea próxima a una evolución prememorizada de una operación de soldadura óptima

caracterizado porque en el estado de cerrado, la corriente del motor (MAI) puede regularse de manera que una distancia de los electrodos de soldadura (CTS), determinada de forma continua por la suma de las señales del resolver (RES), se mantenga casi constante o conforme a una evolución en función del tiempo predefinida.

2. Dispositivo de soldadura por puntos según la reivindicación 1, caracterizado porque una señal de medida de corriente del motor (l(t)) es conducida continuamente al dispositivo de control (const) donde es sometida a una conversión analógica-digital y es filtrada y conducida al dispositivo de control (const, max) conjuntamente con el valor de la distancia de los electrodos de soldadura (CTS) respectivo, sumado de forma normalizada.

3. Dispositivo de soldadura por puntos según la reivindicación 2, caracterizado porque la evolución de las señales de medida de corriente del motor (l(t)) actualizadas es almacenada cada vez en una memoria (MEM) y está disponible cuando se efectúan operaciones de soldadura ulteriores como una componente del valor de consigna de corriente del motor (l(t)h) a la cual se añade la distancia estándar de los electrodos de soldadura (SNO) como otra componente del valor de consigna, y porque el valor de corriente de consigna así formado proporciona la corriente del motor (MAI) mediante un regulador de corriente del motor.

4. Dispositivo de soldadura por puntos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el generador de corriente de soldadura (IS) es excitado de manera que la corriente de soldadura entregada (IS) crece, con un retardo de tiempo hasta una corriente máxima predeterminada (IM).

5. Dispositivo de soldadura por puntos según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las señales del resolver (RES) y/o la señal de medida de corriente del motor (l(t)) son controladas para vigilar si existe un cambio brusco, poco antes o poco después del final del aporte de corriente de soldadura, y cuando aparecen se emite un mensaje de error y se predetermina un mayor retardo del incremento de la corriente de soldadura y/o una reducción escalonada de la corriente máxima (IM) para un ciclo de soldadura siguiente.

6. Dispositivo de soldadura por puntos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cuando se realiza una serie de adaptación de parámetros de soldadura, la corriente máxima (IM) es aumentada escalonadamente, para cada operación de soldadura hasta que poco antes o poco después del final del aporte de la corriente de soldadura, un cambio brusco de las señales del resolver (RES) o de la señal de medida de corriente del motor (l(t)) indica un fallo, como consecuencia de lo cual para las siguientes operaciones de soldadura se predetermina el valor de la corriente máxima (IM) a un valor más bajo.

7. Dispositivo de soldadura por puntos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque después del cierre de la pinza portaelectrodos (Z), el generador de corriente de soldadura (IS) entrega por lo menos un impulso de corriente de caldeo (tH1, tH3) el cual es sustancialmente más corto y/o más débil que el impulso de corriente de soldadura (ISS), controlándose la existencia de una reducción de la distancia entre electrodos de soldadura (S) a través de la observación de las señales del generador rotativo resolver (RES) y/o la señal de medida de corriente del motor (l(t)) y, cuando la distancia entre los electrodos de soldadura (S) disminuye en menos de una magnitud predeterminada, el generador de corriente de soldadura (IS) entrega la corriente de soldadura (ISS) pero ya no entrega ningún otro impulso de corriente de caldeo (tH2, tH3).

8. Dispositivo de soldadura por puntos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque durante el tiempo de soldadura (tS) se mide indirecta o directamente una velocidad de modificación (W, W1) de la distancia entre electrodos de soldadura (S, S1) y, dependiendo si la velocidad de modificación rebasa o está por debajo de una velocidad de modificación predeterminada (WN), la corriente de soldadura (ISS) se desconecta antes o después del momento en el que es máxima la distancia (Smax) entre los electrodos de soldadura (S, S1) y/o es así predeterminada para la siguiente operación de soldadura.

9. Dispositivo de soldadura por puntos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque durante la duración del tiempo de soldadura (tS) se mide directa o indirectamente una velocidad de modificación (W, W1) de la distancia entre electrodos de soldadura (S, S1) y, en función de si se rebasa o si se está por debajo de una velocidad de modificación (WN) preestablecida, se predetermina para el generador de corriente de soldadura (IS) una pendiente (N) del aumento de corriente y/o una corriente máxima (IM) reducida o aumentada, actuando en el sentido de contrarrestar la distancia existente en más o en menos.