DD254155A1 - Verfahren zum fuehren eines schweisskopfes - Google Patents

Abstract

Um an automatischen Schweissanlagen, insbesondere an Lichtbogenschweissrobotern, Fuegeteile mit speziellen bzw. aussergewoehnlichen Geometrien schweissen zu koennen, werden bei der Programmierung des Schweissnahtverlaufs nach bereits bekanntem Muster Schweissnaehte eines oder mehrerer Fuegeteile in charakteristische Schweissnahtabschnitte unterteilt. Waehrend der Programmierung des Schweissnahtverlaufs wird die Kehle mit Hilfe eines Programmierstiftes 1 am Schweissbrenner 6 in jedem einzelnen Schweissnahtabschnitt angefahren. Eine abstandsaequivalente analoge Spannung wird mittels bekannter technischer Einrichtungen 3 digitalisiert und mit den Bahnkoordinaten des Schweissnahtabschnitts in einer Robotersteuerung 4 abgespeichert. Die digitalisierte Spannung wird zum Sollwert auf der Sensorkennlinie des jeweiligen Schweissnahtabschnittes. Fig. 2

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Führen eines Schweißkopfes an automatischen Schweißaniagen, insbesondere an Lichtbogenschweißrobotern, um Fügeteile mit speziellen bzw. außergewöhnlichen Geometrien schweißen zu können.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, beim automatischen Schweißen, speziell von Kehlnähten, mit Schweißrobotern Nahtverfolgungssensoren einzusetzen. Die Lösungen beschäftigen sich vorwiegend mit der Führung von MIG-, MAG- und WIG-Brennern. Aus der Literatur sind Vorschläge für visuelle, induktive, taktile, kapazitive, akustische und fluidische Sensoren bekannt.

Diese Sensoren bewirken im Zusammenwirken mit der Robotersteuerung, daß der Schweißbrenner einen konstanten Abstand einhält. Mit diesen Sensoren läßt sich sowohl der reale Verlauf der vorbereiteten Naht verfolgen als auch eine konstante Lichtbogen- bzw. Drahtlänge gewährleisten.

Weiterhin ist es bekannt, den Lichtbogen selbst als Sensor zu benutzen (DE-OS 3010422). Dabei wird der Bewegung in Schweißrichtung eine Pendelbewegung, quer zur Schweißrichtung überlagert und an den jeweiligen Umkehrpunkten Strom oder Spannung gemessen und mit einem Sollwert verglichen. Weicht der Istwert vom Sollwert ab, wird die Bahn des Brenners entsprechend korrigiert.

Ein ähnlicher Weg wird in DE-OS 2533448 besch ritten. Nur wird hier nicht der Brenner in eine Pendelbewegung versetzt sondern der Lichtbogen in wählbaren Zeitabständen kurzzeitig jeweils nach der einen oder anderen Fugenseite durch äußere Kraft ausgelenkt. Die Strom- und Spannungswerte von zwei aufeinanderfolgenden Ausschwenkungen werden in einer elektrischen Schaltungsanordnung miteinander verglichen. Größe und Vorzeichen der Strom- und Spannungsdifferenz bewirken dann die Seitenverstellung des Brenners.

Der Vorteil solcher Sensoren, die ihre Meßwerte direkt aus den elektrischen Werten des Lichtbogens gewinnen, besteht darin, daß keine zusätzlichen Geräte am Schweißkopf montiert sind, die die Handhabbarkeit des Brenners und die Zugänglichkeit am Bauteil behindern.

Der Nachteil von Lichtbogensensoren besteht darin, daß sie nur bei stark idealisierten Bedingungen wirksam werden. So sind bei Keh I nähten zur Erziel u ng verwertbarer Signale große Mi ndestnahtdicken erforderlich, da zur Funktion eine Mindestpen del breite benötigt wird. Der Nachteil taktiler Sensoren, die den elektrischen Kontakt nutzen, stellen hohe Anforderungen an die Oberfläche der abzutastenden-Fügeteile. Eine Einschätzung der Funktionsfähigkeit von induktiven und kapazitiven Sensoren besteht vor allem darin, daß eine relativ große Fläche sensiert wird. Dadurch wird die Führung des Schweißkopfes an Kanten sowie am Anfang und Ende von Stegblechen stark beeinträchtigt. Außerdem wird speziell an stark gekrümmten Bauteilen die konkave oder konvexe Krümmung nicht erkannt. Dies führt dazu, daß die Flankenabweichung bei Kehlnähten außerhalb der zulässigen Werte liegt bzw. eine Verbindung der beiden Fügeteile völlig verhindert wird. Selbst gute Linearität der Sensorkennlinie und hohe thermische Stabilität des Sensors führen nicht dazu, daß der reale Nahtverlauf exakt verfolgt werden kann.

Weiterhin ist bekannt, z.B. zum sensor c, !führten Mehrlagenschweißen mehrere Sensoren nebeneinander anzuordnen, die dann wahlweise aktiviert werden. Bei stark gewölbten Bauteilen müßten bei dieser Variante jedoch eine Vielzahl von Sensoren bzw. Sensormeßfühler angebracht werden, da die Abtastung jedoch möglichst in der Nähe des Lichtbogens erfolgen muß, scheidet eine solche Variante aus Gründen der geometrischen Anordnung aus.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat zum Ziel, außer den Programmieraufwand zu reduzieren, die Stabilität der Schweißparameter und damit die Funktionsfähigkeitvon Überwachungseinrichtungen zu erhöhen sowie die Funktionsfähigkeit von Nahtverfolgungssensoren zu gewährleisten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, insbesondere beim Schweißen mit Lichtbogenschweißrobotern, Sensoren so anzuordnen und in den automatischen Schweißablauf so einzubringen, daß eine exakte Führung des Schweißbrenners entlang des vorhandenen realen Schweißnahtverlaufs gewährleistet wird.

Erfindungsgemäß werden bei der Programmierung des Schweißnahtverlaufs nach bereits bekanntem Muster Schweißnähte eines oder mehrerer Fügeteile in charakteristische Schweißnahtabschnitte unterteilt. Während der Programmierung des Schweißnahtverlaufs wird die Kehle mit Hilfe eines Programmierstiftes am Schweißbrenner in jedem einzelnen Schweißnahtabschnitt angefahren. Eine abstandsäquivalente analoge Spannung wird mittels bekannter technischer Einrichtungen digitalisiert und mit den Bahnkoordinaten des Schweißnahtabschnittes in einer Robotersteuerung abgespeichert. Die digitalisierte Spannung wird zum Sollwert auf der Sensorkennlinie für den jeweiligen Schweißnahtabschnitt.

Ausführungsbeispiele

Die Figur 1 zeigt einen Schweißbrenner 6 mit induktiven Sensoren 2 zur Schweißnahtverfolgung zum Schweißen von Kehlnähten, um schaufeiförmige Fügeteile 5 mit einem Bodenblech für die Herstellung von Lüfterrädern fügen zu können. Die · Form der schaufeiförmigen Fügeteiie 5 ergibt sich ausströmungstechnischen Berechnungen. Die Krümmung des Lüfterrades ist in allen Punkten unterschiedlich. Zur Gewährleistung der Funktionsfähigkeit eines Lüfterrades ist das Fügeteil 5 sowohl an der konkaven als auch an der konvexen Seite zu schweißen. Wird der Sensor 2 so eingestellt, daß die Kehlnaht bei einem ebenen Fügeteil 5 mittig in der Kehle liegt, liegt die Naht an dem stark gekrümmten konkaven Abschnitt zu tief. Beim Schweißen brennt der Lichtbogen auf dem Bodenblech. Im Extremfall entsteht in diesem Bereich des schaufeiförmigen Fügeteils 5 keine Bindung zwischen beiden Fügeteilen. Ursache hierfür ist, daß das Sensor 2 auf einem mittleren Abstand 7 reagiert. Je stärker die Krümmung der konkaven oder konvexen Fläche ist, desto stärker entfernt sich der Schweißbrenner 6 vom realen Nahtverlauf. Deshalb wird nach der erfindungsgemäßen Lösung ein solches Fügeteil 5 mit unterschiedlichen Krümmungen in mehrere verschiedene Schweißnahtabschnitte geteilt, denen durch Anfahren und Übernahme ein unterschiedlicher Wert der Führungsgröße zugeordnet wird.

Nach Figur 2 ist der Schweißbrenner 6 eines Lichtbogenschweißroboters mit zwei induktiven Sensoren 2 zur Schweißnahtverfolgung dargestellt. Der Öffnungswinkel der Kehlnaht ist in der Darstellung größer als 90°. Solch eine Anordnung kommt zur Anwendung, wenn schräge Rohrstutzen aufgeschweißt oder eingeschweißt werden sollen. Der Schweißnahtverlauf wird wiederum in charakteristische Schweißnahtabschnitte unterteilt. Der Schweißbrenner 6 wird mittels Programmierstift 1 in die Kehle des Schweißnahtabschnitts gestellt und der Istwert der Sensorkennlinie als Sensorsollwert mit Hilfe einer geeigneten elektrischen Schaltung 3 digitalisiert und dem Bahnfeld des Schweißnahtabschnittes zugeordnet sowie in der Robotersteuerung 4 gespeichert. Nach Abschluß der Programmierungder Schweißnaht wird mittels eines Rechenprogrammes die Unstetigkeit zwischen den Sollwerten der einzelnen Schweißnahtabschnitte weitestgehend ausgeglichen. Die neuen ermittelten Werte werden automatisch den neuen Bahnbefehlen zugeordnet.

Claims (2)

1. Verfahren zum Führen eines Schweißkopfes eines Lichtbogenschweißroboters, insbesondere mit induktiven und kapazitiven Sensoren, mittels einer Unterteilung einer Schweißnaht in für eine Schweißnahtsensierung charakteristische Schweißnahtabschnitte, gekennzeichnet dadurch, daß bei einer Programmierung zum Verlauf der Schweißnaht eine Kehle mit Hilfe eines an sich bekannten Programmierstiftes (1) jeder dieser Schweißnahtabschnitte angefahren, die abstandsäquivalente Größe des Sensors (2) mittels einer geeigneten elektrischen Schaltung (3) digitalisiert und als Sensorsollwert mit den Bahnkoordinaten des Schweißnahtabschnittes in einer Robotersteuerung (4) abgespeichert wird.

2. Verfahren zum Führen eines Schweißkopfes eines Lichtbogenschweißroboters nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß durch geeignete verfahrenstechnische Mittel die Übergänge zwischen den Sollwerten der Schweißnahtabschnitte derart angeglichen werden, daß sich ein stetiger Übergang der Schweißnaht zwischen den einzelnen Schweißnahtabschnitten einstellt.