-
Die Erfindung betrifft ein Schweißsystem.
-
In der automatisierten Lichtbogenschweißtechnik ist häufig eine Verfolgung des Längsverlaufs einer Schweißfuge mittels Sensoren zur Fugenverfolgung zweckmäßig. Eine gleichzeitige Erfassung sowohl des Längsverlaufs einer Schweißfuge sowie eine präzise Vermessung fugenspezifischer Merkmale, wie beispielsweise Fugenbreite oder Fugentiefe, ist jedoch in der Praxis schwierig.
-
In der automatisierten Lichtbogenschweißtechnik mit nicht linearen Fugenlängsverläufen werden daher entlang einer Schweißfuge Stützpunkte definiert, in welchen eine erforderliche Orientierung des Schweißkopfs festgelegt wird. Diese Orientierungen des Schweißkopfs werden in einem Datenspeicher hinterlegt. Auf Basis dieser in dem Datenspeicher hinterlegten Orientierungen interpoliert eine Steuerung eine Bewegungsbahn des Schweißkopfs zwischen den Stützpunkten, so dass der Schweißkopf entlang des Schweißfugenlängsverlaufs geeignet orientiert geführt wird. Um eine mehrdimensionale Führung des Schweißkopfs zu ermöglichen, muss zudem ein sich beim Schweißen ausbildender Lichtbogen zeitlich und räumlich definiert entlang der Schweißfuge geführt werden. Dabei müssen an zumindest zwei unterschiedlichen Stellen an der Schweißfuge Messwerte zum Fugenprofil erfasst und verarbeitet werden. Beispielsweise kann neben einer Führung des Schweißkopfs mit einer konstanten Position in Richtungen parallel zur Ebene des Längsverlaufs einer Schweißfuge auch eine konstante Höhe über dem zu schweißenden Werkstück eingestellt werden. Bei kreisbogenförmigen oder beliebig gekrümmten Verläufen einer Schweißfuge ist eine solche Führung des Schweißkopfs jedoch lediglich eingeschränkt möglich.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Schweißsystem anzugeben, mit welchem eine verbesserte Führung des Schweißkopfs entlang einer beliebig verlaufenden Schweißfuge möglich ist.
-
Diese Aufgabe wird mit einem Schweißsystem mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben.
-
Das erfindungsgemäße Schweißsystem weist einen Schweißkopf sowie eine Fugenverfolgungseinrichtung auf. Erfindungsgemäß umfasst die Fugenverfolgungseinrichtung mindestens einen ersten Sensor, welcher zur Erfassung eines Längsverlaufs einer Schweißfuge ausgebildet ist. Zudem umfasst die Fugenverfolgungseinrichtung erfindungsgemäß einen zweiten Sensor, welcher zur Erfassung eines Profils der Schweißfuge, insbesondere schräg, vorzugsweise senkrecht, zum Längsverlauf der Schweißfuge, ausgebildet und am Schweißkopf beweglich angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Schweißsystem umfasst zudem eine erste Positioniereinheit, welche abhängig von dem mittels des ersten Sensors erfassten Längsverlauf der Schweißfuge die Position und/oder Orientierung des zweiten Sensors relativ zum Schweißkopf stellt. Besonders bevorzugt ist das erfindungsgemäße Schweißsystem durch eine Vorschubrichtung relativ zum Schweißkopf ausgezeichnet, in welche der Schweißkopf entlang der Schweißfuge während des Schweißens, also im Betrieb, bewegbar ist (beispielsweise umfasst das Schweißsystem ein Engspaltschwert, welches als Flachteil ausgebildet ist und welches sich mit seinen flächigen Erstreckungen zum einen vom übrigen Engspaltkopf fortstreckt und zum anderen in Vorschubrichtung des Engspaltschwerts erstreckt). Geeigneterweise ist/sind der erste und/oder der zweite Sensor in Vorschubrichtung dann vom Schweißkopf aus beurteilt angeordnet und es ist der erste Sensor zur Erfassung des Längsverlaufs einer Schweißfuge in Vorschubrichtung relativ zum Schweißkopf ausgebildet und angeordnet.
-
Unter einem Längsverlauf der Schweißfuge im Sinne dieser Erfindung ist zweckmäßig der Verlauf der Schweißfuge parallel zur Werkstückebene oder entlang der an der Schweißfuge zu vereinigenden Oberflächen des oder der zu schweißenden Werkstücke zu verstehen. Der Längsverlauf einer Schweißfuge ist also derjenige Verlauf, entlang welcher ein Schweißkopf während des Schweißens der Schweißfuge geführt wird.
-
Bevorzugt ist auch der erste Sensor, weiter bevorzugt die Fugenverfolgungseinrichtung in ihrer Gesamtheit, an dem Schweißkopf angeordnet.
-
Mittels des erfindungsgemäßen Schweißsystems ist der zweite Sensor zur Erfassung des Profils der Schweißfuge geeignet in Position und/oder Orientierung relativ zum Schweißkopf einstellbar. Eine Erfassung des Profils der Schweißfuge kann somit infolge der geeigneten Position und/oder Orientierung des zweiten Sensors besonders zuverlässig und insbesondere vorlaufend erfolgen. Erfindungsgemäß ist also eine adaptive Kurvenführung des zweiten Sensors möglich. Geeigneterweise wird dabei der zweite Sensor derart gestellt, dass eine Erfassung des Profils der Schweißfuge stets senkrecht zu einer Tangente an den Längsverlauf der Schweißfuge erfolgt. Die Schweißqualität ist erfindungsgemäß deutlich erhöht.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schweißsystems weist das Schweißsystem eine zweite Positioniereinheit auf, welche abhängig von dem erfassten Längsverlauf der Schweißfuge die Position und/oder die Orientierung des Schweißkopfs, insbesondere zumindest einer zweckmäßig vorhandenen Schweißelektrode, stellt. In dieser Weiterbildung der Erfindung wird auch der Schweißkopf selbst mittels einer adaptiven Kurvenführung geeignet gestellt. Zweckmäßigerweise sind erste und zweite Positioniereinheit zur Positionierung anhand des Längsverlaufs und/oder Profils der Schweißfuge in Vorschubrichtung zum Schweißkopf ausgebildet.
-
Besonders bevorzugt sind bei dem erfindungsgemäßen Schweißsystem erste und/oder zweite Positioniereinheit ausgebildet, zusätzlich zum erfassten Längsverlauf eine Geschwindigkeit des Schweißkopfs entlang der Schweißfuge heranzuziehen und abhängig von der Geschwindigkeit die Position und/oder Orientierung des Schweißkopfs und/oder des ersten und/oder des zweiten Sensors der Fugenverfolgungseinrichtung zu stellen. Auf diese Weise kann erfindungsgemäß der Längsverlauf der Schweißfuge gewissermaßen vorauseilend herangezogen werden, um dann, wenn erster und/oder zweiter Sensor und/oder der Schweißkopf den Bereich, an welchem der Längsverlauf der Schweißfuge erfasst ist, erreicht/erreichen, geeignet zu stellen. Der räumliche Versatz von erstem und/oder zweiten Sensor und/oder Schweißkopf zueinander wird in dieser Weiterbildung der Erfindung folglich geeignet berücksichtigt.
-
Zweckmäßig ist bei dem erfindungsgemäßen Schweißsystem der erste Sensor mit einer Kamera gebildet. Der Längsverlauf der Schweißfuge lässt sich mit einer Kamera besonders einfach erfassen. Insbesondere ist/sind der erste Sensor und/oder die erste und/oder zweite Positionseinrichtung zur automatisierten Bildverarbeitung ausgebildet, welche aus dem mittels der Kamera erfassten Längsverlauf der Schweißfuge geeignete Daten zur Stellung der Position und/oder Orientierung der zweiten Positioniereinheit und/oder des Schweißkopfs selbst extrahiert.
-
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schweißsystems ist der zweite Sensor mit einem Lasersensor gebildet. Lasersensoren, insbesondere Lasertriangulationssysteme, sind besonders geeignet, um Abstandsinformationen oder das gesamte Profil an einer Stelle der Schweißfuge in einer Ebene senkrecht zur Längserstreckung der Schweißfuge zu bestimmen.
-
Infolge der geeigneten Stellung des zweiten Sensors ist es im Gegensatz zum Stand der Technik nicht allein möglich, das Profil entlang einer durch die vorherige Bewegung des Schweißkopfs bedingten Messebene zu erfassen, sondern erfindungsgemäß ist eine solche Messebene des Lasersensors vorteilhaft an den Längsverlauf der Schweißfuge angepasst. Idealerweise ist die erste Positioniereinheit derart ausgebildet, dass die Position und/oder die Orientierung des zweiten Sensors derart eingestellt wird, dass eine Erfassung des Profils der Schweißfuge senkrecht zu einer Bahntangente an die Schweißfuge erfolgt.
-
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die erste Positioniereinheit nicht allein ausgebildet, die Position und/oder die Orientierung des zweiten Sensors relativ zum Schweißkopf zu stellen, sondern sie ist ferner ausgebildet, die Position und/oder Orientierung des ersten Sensors relativ zum Schweißkopf zu stellen. Idealerweise sind erster und zweiter Sensor miteinander bewegungsgekoppelt angeordnet. In dieser Weiterbildung der Erfindung werden dabei erster und zweiter Sensor gemeinsam gestellt und sind zweckmäßig einstückig und/oder einteilig handhabbar ausgebildet.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist/sind erster und zweiter Sensor drehbar oder schwenkbar an dem Schweißkopf angebunden. Die Orientierung von erstem und/oder zweitem Sensor relativ zum Schweißkopf lässt sich somit besonders einfach stellen.
-
Idealerweise ist das erfindungsgemäße Schweißsystem ein Engspalt-Schweißsystem. Zweckmäßigerweise umfasst dabei der Schweißkopf ein Engspaltschwert.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
-
Die einzige Zeichnungsfigur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Engspaltschweißsystem schematisch in einer Prinzipskizze in einer Draufsicht.
-
Das in 1 dargestellte Engspaltschweißsystem umfasst einen Engspaltschweißkopf mit einem Engspaltschwert 5 sowie eine Fugenverfolgungseinrichtung 10.
-
Die Fugenverfolgungseinrichtung 10 umfasst einen ersten Sensor 15, im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Kamera, sowie einen zweiten Sensor 20, im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Lasertriangulationssensor. Erster 15 und zweiter Sensor 20 sind an dem Engspaltschweißkopf drehbeweglich angeordnet.
-
Das Engspaltschwert 5 ist als Flachteil ausgebildet, welche sich zum einen entlang einer Längsrichtung (senkrecht zur Zeichenebene) in die Schweißfuge 30 hinein und zum anderen lokal längs entlang der Fugenflanken der Schweißfuge 30 erstrecken. Das Engspaltschwert 5 ist folglich durch eine Vorschubrichtung ausgezeichnet. Der erste Sensor ist vom Engspaltschwert 5 in Vorschubrichtung beabstandet angeordnet und erfasst somit bei der Führung des Engspaltkopfs an der Schweißfuge 30 entlang und dem Engspaltschwert 5 vorauseilend den Längsverlauf der Schweißfuge 30. Der zweite Sensor ist an einer in Vorschubrichtung weisenden Schmalseite des Engspaltschwerts 5 angeordnet und erfasst vorauseilend das Profil der Schweißfuge 30.
-
Ferner umfasst das in 1 dargestellte Schweißsystem eine erste Positioniereinheit (nicht eigens dargestellt), welche mit dem ersten Sensor 15 signalverbunden ist und mit einer Stelleinrichtung zur Stellung des zweiten Sensors 20 relativ zum Schweißkopf signalverbunden ist. Zudem umfasst das in 1 dargestellte Engspaltschweißsystem eine zweite Positioniereinheit (nicht eigens in der Zeichnung dargestellt), welche mit dem ersten Sensor 15 signalverbunden ist und welche zur Stellung der Position und/oder Orientierung des Schweißkopfs signalverbunden ist.
-
Nachfolgend wird die Funktion des erfindungsgemäßen Engspaltschweißsystems erläutert:
Mittels des ersten Sensors 15 wird ein Kamerabild der Schweißfuge 30 aufgenommen. Das Kamerabild des ersten Sensors 15 wird der ersten Positioniereinheit übertragen. Die erste Positioniereinheit umfasst ein Bilderkennungsmodul, welches aus dem Kamerabild für den Längsverlauf charakteristische Daten extrahiert. Aus diesen Daten ermittelt die erste Positioniereinheit eine Stellung des zweiten Sensors 20 derart, dass dieser zur Erfassung eines Profils senkrecht zu einer Tangente an den Längsverlauf der Schweißfuge 30 orientiert ist.
-
Ferner wird das Kamerabild des ersten Sensors 15 auch einer zweiten Positioniereinheit übermittelt, welche aus dem Kamerabild für den Längsverlauf charakteristische Daten zur Stellung des Engspaltschweißkopfs extrahiert. Aus diesen Daten ermittelt die zweite Positioniereinheit eine geeignete Stellung des Schweißkopfs an der Schweißfuge 30. Die zweite Positioniereinheit stellt mittels einer mechanischen Stelleinrichtung die Orientierung sowie die Position des Schweißkopfes und somit die Position des Engspaltschwerts 5 geeignet ein.
-
Sowohl die erste Positioniereinheit als auch die zweite Positioniereinheit ziehen die Vorschubgeschwindigkeit des Schweißkopfs entlang der Schweißfuge 30 heran. Auf diese Weise wird berücksichtigt, dass der Schweißkopf diejenigen Orte an der Schweißfuge 30, an welchen vom ersten 15 und zweiten Sensor 20 der Längsverlauf und das Profil erfasst werden, erst nacheilend erreicht. Der räumliche Versatz derjenigen Orte, an welchen erster und zweiter Sensor den Längsverlauf und das Profil erfassen, zu demjenigen Ort, an welchem sich aktuell das Engspaltschwert 5 befindet, wird somit geeignet berücksichtigt.
