Messen physikalischer Größen (Druck, Temperatur, Weg)

Messdatenerfassung (LabVIEW)

LabVIEW ist ein graphisches Programmiersystem und findet u.a. in der Mess-, Regelungs-  und der Automatisierungstechnik seine Anwendung. Durch den modularen konfigurierbaren Aufbau des Systems können eine Vielzahl an Messarten und Messgrößen erfasst werden. So ist für viele Anwendungsfälle in der Schweiß- und Automatisierungstechnik das passende Messsystem  bei TIME vorhanden.

LabVIEW ist eine grafische Programmiersprache, die Symbole anstelle von Textzeilen verwendet. Dabei enthält es eine große Anzahl von Funktionen, die speziell im Bereich der Messdatenerfassung und Messdatenverarbeitung benötigt werden. Damit kann gezielt auf die Aufgabe bzw. die Messanforderung reagiert werden. Kontakt mit der Umwelt erhält LabVIEW durch die Messhardware.

TIME setzt ein modulares Datenerfassungssystem mit bis zu 16 Kanälen ein. Also bis zu 16 Einzelmessungen einer physikalischen Größe können parallel durchgeführt werden. Zum Beispiel wäre es möglich 16 Mal Druck, 12 Mal Temperatur und 8 Mal einen elektrischen Widerstand parallel zu messen.

Jede zu erfassende physikalische Größe muss zuerst in ein elektrisches Signal umgewandelt werden, entweder in Spannung oder Strom. Zu dieser Umwandlung dienen Messumformer.

  • Module (Auswahl)

    NI 9207 Analogeingangsmodul mit 16 Kanälen (8 Kanäle Spannung, 8 Kanäle Strom)

    • 8 Stromeingänge (±21,5 mA) und 8 Spannungseingänge (±10 V)
    • Hochauflösender Modus mit Rauschunterdrückung von 50/60 Hz
    • Sample-Rate von 500 S/s (Hochgeschwindigkeitsmodus)

    NI 9219 Universelles Analogeingangsmodul mit 24 bit

    • Thermoelement-, RTD-, Widerstands-, Spannungs- und Strommessungen
    • Integrierte Unterstützung für Viertel-, Halb- und Vollbrücken
    • Kaltstellenkompensation für jeden Kanal für präzise Thermoelementmessungen
    • Simultan abgetastete Eingänge mit 100 S/s pro Kanal (50 S/s bei Thermoelementen)

    NI 9213 Thermoelement-Eingangsmodul mit 16 Kanälen

    • Hochgeschwindigkeitsmodus für 75 S/s pro Kanal (Sample-Rate pro Kanal nach Multiplexing)
    • 24-bit-A/D-Wandler für eine Messempfindlichkeit von bis zu 0,02 °C
    • Unterstützt Thermoelementtypen J, K, T, E, N, B, R und S

Schweißdatenüberwachung „SPATZMulti04 Weld Recorder“

„SPATZMulti04 Weld Recorder“ hat Sensoreingänge für die Messung von Schweißstrom, Elektrodenspannung, Kraft und Elektrodeneinsinkweg. Moderne Schweißsteuerungen geben Auskunft über Strom-, Spannungs- und Widerstandswerte bzw. auch über die Verläufe dieser elektrischen Größen. Aber was ist bei älteren (AC) Systemen oder bei der Messung von Schweißkräften? Reicht hier die übliche statische Messung mit Kraftmessdosen aus? Oder braucht der Anwender nicht gerade hier konkrete Aussagen über den Verlauf von Kraftaufbau und Zangenhaltekräften, um das dynamische Verhalten der Schweißzangen richtig beurteilen zu können?

In Zeiten, wo versucht wird die letzten Millisekunden aus Schweißzellen herauszukitzeln, besteht die Gefahr, einmal des Guten zu viel zu tun. Ungewollte Schweißspritzer durch Start der Schweißzeit noch vor Erreichen der notwendigen Vorhaltekräfte sind oft die Folge solcher Anlageneinstellungen nach dem Motto „Versuch und Irrtum“.

  • Messen und einheitlich dokumentieren

    Der „SPATZMulti04 Weld Recorder“ hat Sensoreingänge für die Messung von Schweißstrom, Elektrodenspannung, Kraft und Elektrodeneinsinkweg. Je nach Messaufgabe werden die benötigten Sensoren über farbcodierte Stecker mit dem Gerät verbunden. Nach dem Einschalten und der Auswahl der gewünschten Funktion wird der zu messende Schweißimpuls gestartet. Die Ergebnisse der Messungen werden als Zahlenwerte oder Kurvenverläufe auf dem Flüssig- Kristallbildschirm dargestellt. Im Einzelnen sind das die gemessenen bzw. daraus berechneten Werte für Schweißstrom, Elektrodenspannung, Schweißzeit, Widerstand, Energie, Kraft und Einsinkweg. Da das Datenformat sich unmittelbar in MS-Excel importieren lässt, ist die Auswertung ohne zusätzliche Software möglich. Eine einheitliche Dokumentation und Archivierung der Messergebnisse ist dadurch möglich. Neben voreingestellten Messkonfigurationen kann der Anwender die Parameter für die Messungen (Triggerschwellen, Messbereiche, Meßzeiten usw.) in weiten Bereichen an seine Aufgaben anpassen. So sind beispielweise auch Mehrimpulsschweißungen oder definierte Zeitabschnitte analysierbar, wobei die maximale Aufnahmezeit je Messung 5 s beträgt. Es lassen sich mit dem Gerät sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstromanwendungen überwachen.
  • Optimierung der Vorhaltezeit

    Bei der Kraftmessung kann der eigentliche Schweißstrom nicht gemessen werden, da der Kraftsensor (auf Piezobasis) elektrisch isoliert ist. Während der Schweißzeit wird deshalb die anliegende Spannung mit aufgezeichnet. Insbesondere diese Art der Kraftmessung bringt dem Praktiker erhebliche Vorteile, wie ein Anwendungsbeispiel zeigt. Bei einer Roboterzelle wurden bei einer Schweißzange kurz nach dem Anlauf der Serienfertigung vermehrt unerwünschte Schweißspritzer festgestellt. Vermutet wurde, dass die Vorhaltezeit zu kurz eingestellt war. Dies konnte durch den Einsatz des Messgerätes schnell bestätigt werden. Die Kraft- und Schweißspannungsmessung an der Roboterschweißzange, Bild 2, hatte nämlich den in Bild 3 links wiedergegebenen Verlauf. Die Spannung (U) lag bereits nach ungefähr 200 ms an, während der Aufbau der Kraft (F) erst mehr als 300 ms später abgeschlossen war. Deshalb wurde die Vorhaltezeit an der Schweißsteuerung um eine knappe halbe Sekunde verlängert. Aus der rechten Hälfte von Bild 3 ist erkennbar, dass dadurch der Kraftaufbau an den Elektroden vollständig erfolgt war, ehe der Schweißstrom, hier gemessen durch das Anliegen der Leerlaufspannung, einsetzte.
  • Parameter - Grenzwertüberwachung

    Mit einem optionalen Zusatzgerät, dem SPATZLC-01 Limit Control, wird die Möglichkeit geboten, Grenzwerte für alle mit dem SPATZMulti04 gemessenen bzw. berechneten Schweißparameter zu überwachen. Die Werte für Warn- und Alarmgrenzen werden vom Anwender selbst im SPATZMulti04 eingetragen. Bei Unter- bzw. Überschreitung eines Alarm-Grenzwertes kann am SPATZLC-01 Limit Control ein Fehlersignal abgegriffen und beliebig weiterberarbeitet werden, z.B. mit einer SPS oder einer externer Alarmmeldung. Da die Dokumentation der gemessenen Schweißparameter immer wichtiger wird, können mit Hilfe einer Zusatzsoftware, dem SPATZDataGrabber, alle gemessenen bzw. berechneten Daten auf einem PC permanent abgespeichert werden. Bild 4 zeigt den Aufbau eines Schweißdatenüberwachungsystems mit Hilfe des „SPATZMulti04 weld recorders“ in Verbindung mit einer Grenzwertüberwachung und einer permanenten Datenspeicherung.
  • Optimierung der Taktzeiten

    Der in den SPATZ Kraftsensoren integrierte Spannungssensor ermöglicht exakte Messungen der benötigten Zeiten zum Auf- und Abbau der Schweißkraft. Vor- und Nachhaltezeiten können so für jede einzelne Schweißzange bestimmt und damit die Taktzeiten optimiert werden.

Aufschweißbiegeversuch nach SEP 1390:1996-07

Mit diesem von der Deutschen Bahn AG vorgeschriebenen Versuch wird die Sprödbruchunempfindlichkeit bzw. Schweißeignung von P235T1 oder S355J2G3 untersucht.

  • Ablauf

    In ein 250mm breites, 30-50 mm dickes Probeblech wird eine Längsnut gefräst. Hier hinein wird eine Schweißraupe bestimmter Abmessungen gelegt und nach dem Erkalten bis zum Anriss gebogen. Es dürfen keine Risse größer als 80 mm festzustellen sein. Sind allerdings gar keine Risse nachzuweisen, so ist die Probe ungültig.