Método y aparato para determinar variables eléctricas de un circuito de soldadura.

Método para determinar las variables eléctricas (R3, L3) de un circuito de soldadura (32) que se conecta a un dispositivo de suministro de energía eléctrica (24) que está destinado a proporcionar una corriente de soldadura (IS) o una corriente piloto menor (Ip,

), teniendo el dispositivo de suministro de energía (24) un circuito de entrada (40) para proporcionar la corriente piloto (Ig), cuyo circuito de entrada (40) está puenteado con el fin de proporcionar la corriente de soldadura (IS), que tiene las etapas siguientes:

a) determinar una resistencia eléctrica (R3) del circuito de soldadura (32) cuando el circuito de entrada (40) no esta puenteado, y

b) determinar una inductancia (L3) del circuito de soldadura (32) cuando el circuito de entrada (40) está puenteado.

Método y aparato para determinar variables eléctricas de un circuito de soldadura El presente invento se refiere a un método para determinar las variables eléctricas de un circuito de soldadura que se conecta a un dispositivo de suministro de energía eléctrica. El presente invento se refiere también a un método para controlar un proceso de soldadura, y a un aparato de soldadura tal como una instalación de soldadura de espárragos.

Una instalación de soldadura de espárragos para soldar espárragos sobre piezas de trabajo utilizando un arco que se crea en el curso de la soldadura por arco dibujado tiene un dispositivo de suministro de energía que se conecta a una cabeza de soldadura, que sujeta el espárrago, vía por lo menos de una línea de conexión que forma parte de un circuito de soldadura, y además tiene un dispositivo de control.

En instalaciones de soldadura de espárragos modernas el voltaje del arco se mide con el fin de permitir controlar mejor el proceso y los resultados de soldadura que han de verificarse.

Con el fin de medir el voltaje del arco se conoce disponer líneas de medición paralelas a las líneas de conexión desde el dispositivo de suministro de energía a la cabeza de soldadura. Esto permite medir directamente el voltaje del arco entre el porta espárragos y las conexiones a tierra sobre la pieza de trabajo. Este método es muy preciso pero es susceptible de fallos mecánicos y puede necesitar tiempos de interrupción para rectificar el fallo.

La medición del voltaje del arco directamente en los terminales de salida del dispositivo de suministro de energía es altamente susceptible de errores. Esto se debe a que la línea de conexión a la cabeza de soldadura incluye una resistencia eléctrica (resistencia no reactiva) y una inductancia. Cuando se llevan a cabo mediciones en los terminales de salida del dispositivo de suministro de energía, se mide también la caída de voltaje través de la resistencia y la inductancia. Esto puede causar errores de medición de mas del 50%.

Se conoce también la medición de la resistencia del circuito de soldadura por medio de un circuito eléctrico adicional. En este caso la caída de voltaje a través de la resistencia del circuito de soldadura se sustrae del voltaje medido en los terminales de salida del dispositivo de suministro de energía, resultando así en un voltaje de arco calculado cuya inexactitud está causada principalmente por la ignorancia de la caída de voltaje a través de la inductancia del circuito de soldadura.

El documento EP 1 183 125 B1 describe un método para determinar el voltaje del proceso de soldadura, en donde el voltaje del proceso de soldadura se determina entre una pieza de trabajo y un quemador de soldadura para soldadura de arco continuo con un electrodo consumible. El voltaje del proceso de soldadura se calcula en tiempo real teniendo en cuenta las variables de distorsión que comprenden la inductancia y resistencia de una instalación de soldadura, utilizando una ecuación de malla, determinándose la inductancia y la resistencia con los métodos de medición estáticos. El cálculo estático de las variables de perturbación puede llevarse a cabo en este caso cuando se crea un cortocircuito entre el electrodo y la pieza de trabajo.

La DE 10 2005 053 438 A1 describe un método para verificar la calidad durante la soldadura de espárragos sobre componentes eléctricamente conductores. En ese caso, después del tiempo de soldadura, se mantiene la fuerza de presión que presiona el espárrago sobre el componente, pasando una corriente de prueba, después de un tiempo de espera seguido del tiempo de soldadura, durante un tiempo de prueba específico a través de un transformador de soldadura, en particular un impulso de corriente de prueba constante. Se determina la corriente de prueba que fluye a través del espárrago como resultado del impulso de la corriente de prueba y se compara el valor de la corriente de prueba con valores comparativos previamente determinados con el fin de comprobar la calidad de la soldadura que se produce.

La US 6 359 258 B1 describe un método para determinar la resistencia e inductancia eléctrica de un circuito de soldadura. Otro ejemplo de este método se conoce por la WO 2007/132362 A2.

Frente al objetivo anterior un objeto del presente invento es especificar un método mejor y un aparato mejor para determinar las variables eléctricas de un circuito de soldadura, que sea particularmente apropiado para instalaciones de soldadura de espárragos.

El objeto anterior se obtiene con un método para determinar variables eléctricas de un circuito de soldadura de conformidad con la reivindicación 1.

Instalaciones de soldadura de espárragos, que operan utilizando el método de soldadura de arco dibujado incluyen la capacidad de, ante todo, pasar una corriente relativamente pequeña de, por ejemplo, 20 amperios, a través del circuito de soldadura, por medio de lo cual puede impartirse el arco. La corriente de soldadura actual (hasta 2000 amperios) se fija solo después que esto se ha realizado. Las instalaciones de soldadura de espárragos modernas hacen posible producir corriente de predilección o piloto para la producción del arco de corriente piloto así como la corriente de soldadura para el proceso de soldadura actual con la ayuda de una fuente de energía simple. Debido a que la corriente piloto es muy pequeña en comparación con la corriente de soldadura, la corriente piloto debe establecerse por medio de una gran inductancia, que es parte de un circuito de entrada. El circuito de entrada se puentea por medio de un interruptor al inicio de la corriente de soldadura, con el fin de no limitar el ratio de elevación de la corriente de soldadura. La inductancia del circuito de entrada puede ser unas 10.000 veces mayor que la inductancia del circuito de soldadura.

Debido a que la primera variable eléctrica del circuito de soldadura se determina en la etapa a) , entonces la inductancia del circuito de soldadura puede ignorarse por este motivo. Así pues puede calcularse la primera variable eléctrica ignorando la inductancia del circuito de soldadura. A título de ejemplo esto puede llevarse a cabo utilizando ecuaciones de malla que son de por sí conocidas. En la etapa b) se determina la segunda variable eléctrica, cuando se puentea el circuito de entrada, o sea la inductancia del circuito de entrada tampoco se incluye en la medición.

Debido a que las variables eléctricas del circuito de soldadura pueden determinarse de este modo, puede calcularse fácilmente y con precisión el voltaje del arco sin ninguna complejidad de implementos adicionales. No es precisa ninguna línea de medición para la cabeza de soldadura.

De conformidad con el invento el método de determinación antes descrito puede utilizarse también en un método para controlar un proceso de soldadura. Además el método de determinación puede utilizarse en un aparato de soldadura que tenga un dispositivo de suministro de energía y un dispositivo de control que estén diseñados para llevar a cabo el método de determinación.

El objeto anterior se obtiene adicionalmente con un aparato de soldadura de la reivindicación 13, que tiene un dispositivo de control diseñado para llevar a cabo el método de determinación de conformidad con el invento.

En una modalidad preferida del método de controlar un proceso de soldadura, un modelo matemático del circuito de soldadura forma un observador de control y con por lo menos un parámetro de soldadura fijado como una función de una variable de estado contenida en el observador.

De conformidad con el invento la primera variable eléctrica es la resistencia eléctrica del circuito de soldadura.

Esto se debe a que la inductancia del circuito de soldadura es muy inferior a la inductancia del circuito piloto, y por consiguiente puede ignorarse en la determinación de la resistencia eléctrica.

De conformidad con el invento, adicionalmente, la segunda variable eléctrica es la inductancia del circuito de soldadura.

Cuando se puentea el circuito de entrada la inductancia del circuito de entrada es inefectivo, como resultado de lo cual puede determinarse la inductancia del circuito de soldadura.

En conjunto es también preferible llevar a cabo la etapa a) y/o la etapa b) en el curso de un proceso de soldadura.

Esto permite determinar las variables eléctricas del circuito de soldadura "online", o sea en tiempo real relativo al proceso... [Seguir leyendo]

1. Método para determinar las variables eléctricas (R3, L3) de un circuito de soldadura (32) que se conecta a un dispositivo de suministro de energía eléctrica (24) que está destinado a proporcionar una corriente de soldadura (IS)

o una corriente piloto menor (Ip, ) , teniendo el dispositivo de suministro de energía (24) un circuito de entrada (40) para proporcionar la corriente piloto (Ig) , cuyo circuito de entrada (40) está puenteado con el fin de proporcionar la corriente de soldadura (IS) , que tiene las etapas siguientes:

a) determinar una resistencia eléctrica (R3) del circuito de soldadura (32) cuando el circuito de entrada (40) no esta puenteado, y b) determinar una inductancia (L3) del circuito de soldadura

(32) cuando el circuito de entrada (40) está puenteado.

2. Método, de conformidad con la reivindicación 1, presentando el circuito de entrada una inductancia (L2) que es mucho mayor que la inductancia del circuito de soldadura (L3) .

3. Método de conformidad con una de las reivindicaciones 1 o 2, llevándose a cabo la etapa a) y/o b) en el curso de un proceso de soldadura (42) .

4. Método, de conformidad con la reivindicación 3, llevándose a cabo la etapa a) cuando se cortocircuita un voltaje de soldadura (UL) y se establece la corriente piloto (Ip) .

5. Método de conformidad con la reivindicación 3 o 4, llevándose a cabo la etapa b) cuando se cortocircuita un voltaje de soldadura (UL) y antes de aumentar la corriente de la corriente piloto (Ip) a la corriente de soldadura (IS) .

6. Método, de conformidad con la reivindicación 5, puenteándose el circuito de entrada (40) para un periodo de tiempo de determinación (TL) con el fin de llevar a cabo la etapa b) .

7. Método, de conformidad con la reivindicación 3 o 4, llevándose a cabo la etapa b) mientras decrece la corriente de soldadura (IS) después que la corriente de soldadura (IS) se ha establecido y después que una vez mas se cortocircuita, de nuevo, un voltaje de soldadura (UL) .

8. Método, de conformidad con una de las reivindicaciones 1 o 2, llevándose a cabo la etapa a) y/o la etapa b) antes

o después de un proceso de soldadura (42) .

9. Método, de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 8, siendo utilizado el resultado de la etapa a) , para determinar la primera variable eléctrica (R3) , en la etapa b) para determinar la segunda variable eléctrica (L3) .

10. Método par controlar un proceso de soldadura utilizando variables eléctricas (R3, L3) de un circuito de soldadura

(32) que incluye la determinación de dichas variables eléctricas (R3) , (L3) utilizando un método de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 9.

11. Método para controlar un proceso de soldadura (42) de conformidad con la reivindicación 10, con un modelo matemático del circuito de soldadura que forma un observador de control (44) y fijándose por lo menos un parámetro de soldadura como una función de una variable de estado contenida en el observador (44) .

12. Método, de conformidad con la reivindicación 11, conteniendo también el observador un modelo matemático de dispositivos eléctrónicos de energía (26) que se utilizan para conducir el circuito de soldadura (32) .

13. Aparato para soldar, que tiene un dispositivo de suministro de energía eléctrica (24) que está diseñado para proporcionar una corriente de soldadura (IS) o una corriente piloto inferior (Ip) , teniendo el dispositivo de suministro de energía (24) un circuito de entrada para proporcionar la corriente piloto (Ip) , cuyo circuito de entrada se puentea con el fin de proporcionar la corriente de soldadura (IS) , y teniendo un dispositivo de control (30) , que está diseñado para llevar a cabo el método de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 12.

14. Aparato de conformidad con la reivindicación 13, siendo el aparato de soldadura una instalación de soldadura de espárragos (10) para la soldadura de espárragos (12) sobre piezas de trabajo (14) utilizando un arco (38) que se forma en el curso de soldadura de arco dibujado, conectándose el dispositivo de suministro de energía 24 a una cabeza de soldadura (20) , que soporta el espárrago (12) , vía por lo menos una línea de conexión (34) que forma parte de un circuito de soldadura (32) .