DD269118A1 - Verfahren zur steuerung der korrekturbewegungen beim lichtbogenschweissen mit pendelndem schweisskopf - Google Patents

Abstract

Die Erfindung dient zur mehrdimensionalen Umsetzung von Korrektursignalen der Schweisskopffuehrung beim Lichtbogenschweissen unter Nutzung von prozessangepasster Sensortechnik in Verbindung mit gependelter Schweisskopfbewegung. Bewirkt werden soll dabei, dass alle Steuerfunktionen bzgl. der Sensoraktivierung als auch der Signalumsetzung in den mechanischen Verstelleinrichtungen mit dem Zeitablauf des Pendelprozesses gekoppelt sind, wobei der Sensor an den Umkehrpunkten kurz aktiviert wird und aus den elektr. Parametern die Abstandssignalbildung und in Verbindung mit bereits vorhandenen Daten Korrekturgroessen fuer die Hoehen- und Seitenverstellung ermittelt und die elektr. und mechan. Baugruppen zur Umsetzung der Sensorausgangssignale in Hoehen- und Seitenverstellungen des Schweisskopfes zugeschaltet werden sowie fuer die Dauer der Haltezeiten an den Umkehrpunkten die Hauptfahrachse in Betrieb gesetzt wird. Die Synchronisierung der Bewegung des Schweisskopfes mit dem Pendelprozess wird dabei lagenunabhaengig durchgefuehrt (z. B. bei V-Naehten), so dass eine optimale Dimensionierung der Dynamik ueber den gesamten Schweissprozess garantiert ist. Ein gleichmaessiger Nahtaufbau wird mittels der durchgefuehrten Massnahmen selbst bei schraeger Nahtlage erzielt.

Description

der Pendelparameter \ ie Pendelbreite, Verharrungszeit an den Umkehr punkten ind Pendelgeschwindigkeit pro Schweißnahtlage berücksichtigen und eine konstsnte Dynamik sowohl be', der Meßsignalaufnahme im Sensor als auch bei der Meßsignalumsetzung Ober die mechanischen Verstelleinrichtungen ermöglicht.

ErfindungsgemSß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß alle Steuerfunktionen sowohl bezüglich der Sensoraktivierung als auch zur Signalumsetzung in den mechanischen Verstelleinrichtungen streng mit dem Zeitablauf des Pendelprozesses gekoppelt sind, wobei während der vorgegebenen Haltephase des Schweißkopfes an den Umkehrpunkten der Pendelbewegung erstens für eine kurze Zeit der Sensor aktiviert wird, der aus den elektrischen Parametern die Abstandssignalbildung und in Verbindung mit boreits vorhandenen Daten Korrekturgrößen für die Höhen- und Seitenverstellung vornimmt, zweitens für eine einstellbare Zeit die elektrischen und mechanischen Baugruppen zur Umsetzung der Sensorausgangssignale in Höhen- und Seitenverstellungen des Schweißkopfes zugeschaltet werden und drittens für die Dauer der Haltezeiten an den Umkehrpunkten die Hauptfahrachse in Betrieb genommen wird, um vorgegebene Geschwindigkeitssollwerte umzusetzen, und wobei während des Passierens der Mittelstelle zwischen den beiden Umkehrpunkten der Pendelbewegung für eine einstellbare, aber vergleichsweise kurze Zeh die Drehachse aktiviert wird, die gleichfalls das Sensorausgangssignal für die Seitenverstellung in eine Drehung des gesamten Schweißkopfsystems einschließlich der Pendeleinrichtung in der horizontalen Ebene umsetzt. Sobald die Pendeloinrichtung einen Umkehrpunkt erreicht hat und eine technologisch notwendige Verharrungsphase einleitet, wird die Aufnahme der Daten zur Besti-nmung des momentanen Abstandes zwischen Schweißbrenner bzw. Stromkontaktdüse und Werkstück bzw. Schmelzbadoberfläche vom Sensor freigegeben. Zur Vermeidung von Meßfehlern, die aus der Auffüllung des Schmelzbades während des Verharrens am Umkehrpunkt resultieren, wird die Meßzeit auf den meßtechnisch notwendigen Minimalwert beschränkt. Sowohl die Schmelzgutanhäufung am Umkehrpunkt als auch rückwirkende Einflüsse vcm anderen Umkehrpunkt stören damit die Signalbildung vergleichsweise wenig. Die meßtechnischen Parameter sind damit unabhängig von den konkreten Pendelparametern und deshalb auch unabhängig vom Schweißen der verschiedenen Legen Gleichfalls werden bei Erreichen eines Umkehrpunktes für eine feste, aber einstellbare und damit lagenunabhängige Zeit die Verstelleinrichtungen zur Bewegung des gesamten Schweißkopfes in Höhe und Seite aktiviert. Sie setzen die vom Sensor ausgegebenen Steuersignal» um und bewirken damit eine Nahtnachführung des Schweißkopfes zur Lage des Spaltes. Die Synchronisierung dieser Bewegungen mit dem Pendelprozeß hnt den Vorteil, daß die Dynamik der Verstellungen unabhängig von den Pendelparametern und damit lagenunabhängig ist, so daß eine optimale Dimensionierung der Dynamik über den gesamten Schweißprozeß wirksam bleibt.

Als drittes wird mit Einleiten einer Haltephase ein fester Geschwindiytaitsvcktor in der Hauptverstelleinrichtung des Schwoißkopfes umgesetzt. Diese Lösung hat den Vorteil, daß der Schweißkopfvorschub unabhängig von der Pendelfrequenz arbeitet und somit ein lagenunabhängiger, gleichmäßiger Nahtaufbau erzielt wird.

Sobald die Pendeleinrichtung die Mittelposition zwischen den zwei Umkehrpunkten überfährt, wird kurzzeitig die Drehachse aktiviert, die den gesamten Schweißkopf mit der Pendeleinrichtung trägt. Als Steuersignal wird der Sensorausgang für die Seitenverstellung genutzt. Diese Korrekturbewegung bewirkt, daß sich unabhängig von der Lage der Naht zur Hauptschweißrichtung das Pendelsystem so ausrichtet, daß die Pendelbewegungen senkrecht zur Nahtrichtung verlaufen. Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß ein gleichmäßiger Nahtaufbau selbst bei schräger Nahtlage erzielt wird, daß keine Korrekturen in der Pendelbreite aufgrund schräger Pendelbewegungen notwendig sind und, daß bezüglich der Bedingungen für die Signalaufnahme durch den Sensor unabhängig von der Nahtlage gleiche Bedingungen existieren.

Ausfuhrungsbekplel

Das Wesen der Erfindung soll anhand eines Beispieles erläutert werden. Dazu gibt Fig. 1 das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung wieder.

Ausgangspunkt ist eine Schweißanlage oder ein Schweißroboter, der eine Verstellung des Schweißkopfes in 4 Richtungen gestattet, beispielsweise in der Hauptschweißrichtung x, den Positionskorrekturrichtungen für Höhe und Seite (y und z) und der Schweißkopfdrehung (A). Hierzu ist zweckmäßigerweise an dieser Schweißanlage eine separate Pendeleinrichtung angebracht, die die Schweißkopfbewegung quer zur Naht realisiert. Diese Pendeleinrichtung ist mit einem Wegmeßsystem 1 ausgestattet. Die Signale des Wegmeßsystems der Pendeleinrichtung 1 werden in einer Pendeiste jerung ausgewertet. Sie enthält Vergleicher zur Positionserkennung 2 und Halteze'tgeber 3. Vom Vergleicher zur Positionserkennung 2 werden Signalgaben bei Erreichen der Umkehrpunkte b₀ ausgelöst, die gemeinsam mit den Signalen der Haltezeitgeber 3 einem Schieberegister 4 zugeführt werden. Des Schieberegister 4 bewirkt eine zyklische Ausgabe der Zustände des Pendelprozesses 5, die in bekannter Weise vom Antrieb der Pendeleinrichtung umgesetzt werden. Wagend der Zustände Pendeln nach rechts Pr und Pendeln nach links Pl wird der Pendelmotor ausgesteuert, und während der Hcltephasen rechts Hr und Haltephasen links Hl werden die Korrekturbewegungen und die Sensorinbetriebnahme ausgelöst. Die Zustandsausgänge 5 der Haltephasen sind an ein ODER-Glied 6 angeschlossen. Dessen Ausgang stauet den Korrekturzeitgeber 8 und den Meßzeitgeber 7. Der Meßzeitgeber 7 begrenzt die MeLwertbildung im Sensor 1C, der außerdem zur Unterscheidung der Umkehrpunkte der Pendelbewegung direkte Verbindungen zu den Ausgängen der Zustände des Pendelprozesses 5 und Meßleitungen zum Schweißprozeß 11 besitzt. Die Meßzeit ist damit unabhängig von der Pendelposition, den Haltezeiten und damit auch lagenunabhängig. Statisch werden vom Sensor 10 die Höhen- und Seitenabweichungen ausgegeben und auf die Leistungsstellglieder 12 goführt. Der Korrekturzeitgeber8, der zeitgleich mit dem Meßzeitgeber 7 zu Beginn einer Haltephase gestartet wird, begrenzt über dta Freigabeeingänge der Leiatungsstellglieder 12 die Umsetzung der Sensorausgangssignale, so daß die Verstelleinrichtungen 13 mit vorgegebener und damit pondelprozeßunabhängiger Dynamik angesteuert werden. Zur Steuerung der Hauptschweißbewegung in x-Richtung wirkt der Ausgang des ODER-Gliedes β direkt auf den Freigabeeingang des entsprechenden Leistungsstellgliedes 12. Die Geschwindigkeitsvorgabe erfolgt über einen einstellbaren Sollwertgeber 14. Durch diese Lösung gelingt ein gleichmäßiger Schweißnahtaufbau unabhängig von den lagenabhängig sich ändernden Pendelparametern. Zur Vermeidung von möglichen Winkelabweichungen zwischen Pendelbewegung und realer Nahtlage und damit verbundenen Pendelbreitenfehlern, die sich

sowohl schweißtechnisch als auch für die Sensorsignalbildung negativ auswirken, wird von der Pendelsteuerung zusätzlich eine Drehbewegung des Schweißkopfes ausgelöst. Hierzu startet der Vergleicher zur Positionserkennung 2 beim Nulldurchgang den Drehzeitgeber 9, dessen Ausgang gemeinsam mit dem Ausgang für das Seitenkorrektursignal des Sensors 10 auf das Leistungsstellglied 12 geführt sind, welche die entsprechende Verstelleinrichtung A13 ansteuert.

Die in diesem Beispiel beschriebene Ausführungsform, die von einem übergeordneten Führungssystem, an dem eine separate Pendeleinrichtung drehbar befestigt ist, ausgeht, läßt sich analog auch auf komfortable Roboterlösungen übertragen. Die Korrekturbewegungen werden unter Berücksichtigung der gleichen Zeitbedingungen umgesetzt und als überlagerte Bewegungsvek*oren steuertechnisch verarbeitet.

Claims (1)

1. Verfahren zur Steuerung der Korrekturbewegungen beim Lichtbogenschweißen mit pendelndem Schweißkopf in mindestens 3 Hauptbewegungsrichti ingen aus von prozeßangepaßten Sensoren geiieferten Spr.sorsignalen, das eine konstante und lagenunabhängige Dynamik bei der Meßsignalaufnahme und -umsetzung gestattet, gekennzeichnet dadurch, daß alle Steuerfunktionen zur Sensoraktivierung und Signalumsetzung in den 'mechanischen Verotelleinrichtungen streng mit dem Zeitablauf des Pendelprozesses gekoppelt sind, wobei während der Haltephasen des Schweißkopfes an den Umkehrpunkten der Pendelbewegung, entsprechend der festen Einstellung eines Meßzeitgebers (7) der Sensor (10) aktiviert wird, entsprechend der festen Einstellung eines Korrekturzeitgebers (8) die Leistungssteliglieder (12) und Verstelleinrichtungen (13) für die Höhen- und Seitenverstellung zugeschaltet werden und entsprechend der Dauer der Haltezeiten an den Umkehrpunkten die Hauptfahrachse in Betrieb genommen wird, um die Steuergröße eines Sollwertgebers (14) umzusetzen, wobei während des Passierens der Mittenstelle zwischen den beiden Umkehrpunkten der Pendelbewegung, entsprechend der festen Einstellung eines Drehzeitgebers (9) eine Drehachse aktiviert wird, die das Sensorausgangssignal für die Seitenverstellung in eine Drehung des Schweißkopfes einschließlich der Pendeleinrichtung in der horizontalen Ebene umsetzt.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mehrdimensionalen Umsetzung von Korrektursignalen zur Schweißkopfführung bein* Lichtbogenschweißen unter Nutzung von prozeßangepaßter Sensortechnik in Verbindung mit gependelter Schweißkopfbewegung.

   Charakteristik des bekannten Standes der Technik

   Es ist bekannt, zum Verschweißen von dickwandigen Bauteilen den Schweißkopf oszillieren zu lassen, wobei mechanische und steuerungstechnische Baugruppen einen Pendelprozeß mit variablen Einstellwert'in bezüglich Pendelamplitude und Haltezeiten realisieren. Hierzu sind einfache Antriebsmechanismen bekannt, die über Schwinganker (DD-PS 87216), Kurbelgetriebe (DD-PS 66906), Kurvenscheiberi (DD-PS 104930) und Nockengetrieben (DE-OS 15! 5234) den Schweißkopf in Dreh· und Translationsbewegungen versetzen. Die hohen Automatisierungsanforderungen bezüglich Koordinierung von Bewegungen und die Synchronisierung mit einem Sensorbetrieb werden von diesen Einrichtungen nicht erfüllt. Auch aufwendige mechanische Einrichtungen, die eine Änderung von Pendelparametern gestatten (DD-PS 12S289, DD-PS 214522, DD-PS 203256), sn.J nicht in der Lage, die Hauptbewegungen des Schweißkopfes zu beeinflussen und eine sichere Sensorfunktion zu gewährleisten.

   Bekannt ist auch (DE-OS 2645788), während des Pendelprozessen Signale vom Schweißprozeß aufzunehmen, um daraus Korrektursignale für die Schweißkopfposilionierung zu bilden Oiese Korrektursignale sind lediglich von Abstandsänderungen an den Umkdhrpunkten der Pendelbewegung abhängig. Eine Anpassung der Dynamik an sich ändernde Pendelparameter ist nicht möglich. Gleichfalls gestattet diese bekannte Sensortochnik keine Berücksichtigung der Störeinflüsse durch schrägen Nahtverlauf zur Pendelrichtung und durch unterscniedliche Verweilzeiten.

   Bekannt ist auch, hochwertige Industrierobotertechnik zur Durchführung von Schweißarbeiten mit pendelndem Schweißkopf einzusetzen. Diese Lösungen sind jedoch durch einen immensen gerätetechnischen Aufwand gekennzeichnet, dio aufgrund ihrer Komplexität aufwendig in Bedienung, Hanahßöung und Pflege sind. Eine Umsetzung von Korrektu: bewegungen des Schweißkopfes bei der Herstellung von mehrlagigen Verbindungsnähten aus den von prozeßangepaßten Sensoren gelieferten Signalen, dia die Veränderungen der Pendelparameter wie Pendelbreite, Verharrungszeit an den Umkehrpunkten und Pendelgeschwindigkeit pro Schweißnahtlage berücksichtigen, überfordert die Leistungsfähigkeit der verfügbaren Robotertechnik.

   Ziel der Erfindung

   Es ist Ziel der Erfindung, die Qualtät von Verbindungsschweißungen, die durch Schweißverfahren mit gependelter Schweißkopfführung erzeugt wurden, durch gleichmäßige Schweißiagenausbildung zu verbessern und gleichzeitig den Automatisierungsgrad zu erhöhen.

   Darlegung des Wesens dar Erfindung

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das es gestattet, selbst bei der Herstellung von mehrlagigen Verbindungsnähten Signale zur Korrektur der Schweißkopfposilion zumindest in den drei Hauptbewegungsrichtungen aus den von prozeßangepaßten Sensoren gelieferten Signalen zu erzeugen, die Veränderungen