DD254155A1

DD254155A1 - METHOD FOR OPERATING A WELDING HEAD

Info

Publication number: DD254155A1
Application number: DD29707786A
Authority: DD
Inventors: Manfred Paasch; Hans-Juergen Posselt; Bernd Weidemann
Original assignee: Zi F Schweisstechnik Der Ddr H
Priority date: 1986-12-04
Filing date: 1986-12-04
Publication date: 1988-02-17

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. 2In order to be able to weld parts of wood with special or unusual geometries to automatic welding systems, in particular to arc welding robots, welding seams of one or more parts of the pile are subdivided into characteristic welded seam sections in the course of programming the weld seam pattern according to already known patterns. During the programming of the weld seam course, the throat is approached by means of a programming pin 1 on the welding torch 6 in each individual weld seam section. A distance-equivalent analog voltage is digitized by means of known technical devices 3 and stored with the path coordinates of the weld seam section in a robot controller 4. The digitized voltage becomes the setpoint on the sensor characteristic curve of the respective weld seam section. Fig. 2

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

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.The invention relates to a method for guiding a welding head to automatic welding machines, in particular to arc welding robots, in order to weld joining parts with special or unusual geometries.

Characteristic of the known state of the art

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.It is known to use seam tracking sensors in automatic welding, especially fillet welds, with welding robots. The solutions mainly deal with the management of MIG, MAG and TIG torches. Suggestions for visual, inductive, tactile, capacitive, acoustic and fluidic sensors are known from the literature.

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.These sensors, in cooperation with the robot control, cause the welding torch to maintain a constant distance. These sensors can be used both to track the actual course of the prepared seam and to ensure a constant arc or wire length.

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.Furthermore, it is known to use the arc itself as a sensor (DE-OS 3010422). The movement in the welding direction is superimposed on a pendulum movement, transversely to the welding direction, and the current or voltage is measured at the respective reversal points and compared with a desired value. If the actual value deviates from the setpoint, the path of the burner is corrected accordingly.

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.A similar way is rides in DE-OS 2533448. Only here is not put the burner in a pendulum motion but the arc at selectable intervals for a short time each deflected by one or the other joint side by external force. The current and voltage values of two successive Ausschwenkungen be compared in an electrical circuit arrangement. Size and sign of the current and voltage difference then cause the lateral adjustment of the burner.

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.The advantage of such sensors, which derive their measurement values directly from the electrical values of the arc, is that no additional devices are mounted on the welding head, which impede the handling of the burner and the accessibility of the component.

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.The disadvantage of arc sensors is that they only become effective in highly idealized conditions. For example, sewing seams are required to achieve useful signals because a minimum pitch is required to function. The disadvantage of tactile sensors that use the electrical contact, make high demands on the surface of the scanned-Fügeteile. An assessment of the functionality of inductive and capacitive sensors is mainly that a relatively large area is sensed. As a result, the leadership of the welding head on edges and at the beginning and end of web plates is severely impaired. In addition, especially on strongly curved components, the concave or convex curvature is not recognized. This leads to the fact that the flank deviation in fillet welds is outside the permissible values or a connection of the two joining parts is completely prevented. Even good linearity of the sensor characteristic and high thermal stability of the sensor do not lead to the fact that the real seam course can be followed exactly.

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.Furthermore, it is known, e.g. to sensor c,! multi-layer welding led to arrange several sensors next to each other, which are then optionally activated. In the case of strongly arched components, however, a multiplicity of sensors or sensor sensors would have to be provided in this variant, since the scanning must, however, take place as close as possible to the arc, such a variant is excluded for reasons of geometrical arrangement.

Object of the invention

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.The invention aims to reduce the programming effort, to increase the stability of the welding parameters and thus the functionality of monitoring devices and to ensure the functionality of seam tracking sensors.

Explanation of the essence of the invention

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.The object of the invention is, in particular when welding with arc welding robots, to arrange sensors and to introduce them into the automatic welding process in such a way that precise guidance of the welding torch along the existing real weld seam course is ensured.

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.According to the invention, welding seams of one or more joining parts are subdivided into characteristic weld seam sections in the course of programming the weld seam profile according to an already known pattern. During the programming of the weld seam course, the throat is approached by means of a programming pin on the welding torch in each individual weld seam section. A distance-equivalent analog voltage is digitized by means of known technical devices and stored with the path coordinates of the weld section in a robot controller. The digitized voltage becomes the setpoint on the sensor characteristic curve for the respective weld section.

embodiments

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.FIG. 1 shows a welding torch 6 with inductive sensors 2 for welding seam tracking for welding fillet welds in order to be able to add bucket-shaped joining parts 5 to a bottom plate for the production of fan wheels. The form of the schaufeiförmige joining part 5 results outflow technical calculations. The curvature of the fan wheel is different in all respects. To ensure the functionality of a fan wheel, the joining part 5 is to be welded both on the concave and on the convex side. If the sensor 2 is adjusted so that the fillet weld lies centrally in the throat in the case of a flat joining part 5, the seam lies too deep at the strongly curved concave section. When welding, the arc burns on the bottom plate. In extreme cases, no bond is formed between the two parts to be joined in this area of the shuttle-shaped joining part 5. The reason for this is that the sensor 2 reacts at an average distance 7. The stronger the curvature of the concave or convex surface, the more the welding torch 6 moves away from the real seam. Therefore, according to the solution according to the invention, such a joining part 5 with different curvatures is divided into a plurality of different weld seam sections, to which a different value of the reference variable is assigned by approaching and picking up.

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.According to FIG. 2, the welding torch 6 of an arc welding robot with two inductive sensors 2 for welding seam tracking is shown. The opening angle of the fillet weld is greater than 90 ° in the illustration. Such an arrangement is used when oblique pipe socket to be welded or welded. The weld seam course is again subdivided into characteristic weld seam sections. The welding torch 6 is set by means of programming pin 1 in the throat of the weld section and the actual value of the sensor characteristic digitized as a sensor setpoint using a suitable electrical circuit 3 and assigned to the web field of the weld section and stored in the robot controller 4. After completion of the programming of the weld, the discontinuity between the nominal values of the individual weld seam sections is largely compensated by means of a computer program. The new calculated values are automatically assigned to the new path commands.

Claims

1. A method for guiding a welding head of an arc welding robot, in particular with inductive and capacitive sensors, by means of a subdivision of a weld seam characteristic of a weld seam sections, characterized in that when programming the course of the weld a throat using a known programming pen ( 1) approached each of these weld sections, the distance-equivalent size of the sensor (2) by means of a suitable electrical circuit (3) digitized and stored as a sensor setpoint with the path coordinates of the weld section in a robot controller (4).

2. A method for guiding a welding head of an arc welding robot according to claim 1, characterized in that the transitions between the desired values of the weld seam sections are adjusted by suitable procedural means such that sets a steady transition of the weld between the individual weld sections.