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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Lichtbogensensor-Einstelleinrichtung und ein Lichtbogensensor-Einstellverfahren.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Beim Nutenschweißen, Kehlnahtschweißen usw. gibt es Fälle, in denen eine Kopiersteuerung eines Schweißbrenners auf einer Schweißlinie während eines als „Pendeln“ bekannten Vorgangs ausgeführt wird, wobei der Schweißbrenner durch Verwenden eines Roboters oder dergleichen veranlasst wird, bezogen auf die Schweißlinie in einer Links-Rechts-Richtung zu oszillieren. Lichtbogensensoren sind als Mittel bekannt, um die Position des Schweißbrenners relativ zu einem zu schweißenden Objekt durch Nutzen von Änderungen des Schweißphänomens zu korrigieren, die beim Pendeln auftreten (z.B. eine Schweißstrom-Wellenform).
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Als ein Beispiel einer bekannten Technik in der verwandten Technik offenbart die
JP 2009 -
183976 A „ein beim Schweißen angewendetes Schweißsteuerverfahren, wobei ein Abstand zwischen einem Schweißdraht und einem zu schweißenden Objekt beim Pendeln variiert, wenn geschweißt wird, während ein Schweißbrenner veranlasst wird zu pendeln, das ein Erkennen von Änderungen eines Schweißstroms durch Abtasten des Schweißstroms synchron mit einer Pendelperiode und Ausführen einer Kopiersteuerung des Schweißbrenners entlang einer Schweißlinie beinhaltet, wobei ein Spitzenwert des Schweißstroms aus einer Änderung des Schweißstroms erkannt wird und die zeitliche Steuerung des Abtastens des Schweißstroms derart festgelegt ist, dass sie mit der zeitlichen Steuerung übereinstimmt oder sich dieser annähert, bei der der Schweißstrom-Spitzenwert erkannt wird“.
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In der
JP S61-074778 A wird beschrieben, dass „wenn ein Zentrum der Oszillation eines Schweißbrenners T sich von einer gewünschten Position relativ zu einer Schweißnut verschoben hat, ein geeigneter Verstärkungskoeffizient, der geeignet für Schweißbedingungen ist, verwendet wird, um einen Steuerbetrag zu berechnen, der auf das Zentrum der Oszillation angewendet wird, und diese Verschiebung zu korrigieren, und auf diese Weise kann die Schweißnut angemessen von dem Schweißbrenner kopiert werden, und ein vorteilhaftes Lichtbogenschweißen kann durchgeführt werden.“
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Darüber hinaus wird in der
JP H09-070663 A offenbart: „eine Lichtbogensensor-Einstellvorrichtung in einem Lichtbogensensorsystem, das eine Kopiersteuerung einer Schweißlinie durchführt, wobei die Vorrichtung versehen ist mit: Sensorsignal-Messmitteln zum Messen eines Ausgangssignals eines Lichtbogensensors an dem Lichtbogensensor und einer vorgegebenen Zielposition; Sensoreigenschaften-Speichermitteln zum Speichern eines Ausgangssignals der Sensorsignal-Messmittel als Lichtbogensensor-Eigenschaften; Parameterfestlegungsmitteln zum Festlegen von Parametern des Lichtbogensensors und Kopiersteuerungsbahn-Schätzmitteln zum Schätzen einer Kopiersteuerungsbahn eines Schweißbrenners auf der Grundlage der Lichtbogensensor-Eigenschaften und der Lichtbogensensor-Parameter.“
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In der verwandten Technik haben es, beim Durchführen von Einstellaufgaben wie beispielsweise Festlegen der zeitlichen Steuerung eines Abtastens eines Lichtbogensensor-Stroms, Festlegen eines Verstärkungskoeffizienten usw. unvorhersehbare Faktoren wie beispielsweise ein Abmessungsfehler in dem Schweißgegenstand und Biegen des Schweißdrahts erschwert, hochgenaue Einstellergebnisse zu berechnen.
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DE 600 30 348 T2 offenbart ein Lichtbogenschweißgerät zum Ablagern von Metallschmelze von einem vorgeschobenen Schweißdraht in eine Schweißpfütze in einer offenen Wurzel zwischen zwei nebeneinander angeordneten Platten, wobei sich die Wurzel in einem Schweißpfad erstreckt und durch konvergierende Wände gebildet wird, die in allgemein parallelen Wänden enden, die voneinander beabstandet sind, um einen Spalt zu definieren wobei die Vorrichtung einen Kontakthalter mit einem Drahtausgang umfasst, wobei ein Schaltnetzteil den Schweißstrom zum Draht leitet, wenn der Draht vom Ausgang zur offenen Wurzel verläuft, wobei der vorrückende Draht einen Elektrodenabstand zwischen dem Kontakthalter und der Schweißung definiert eine Pfütze, eine Schaltung zum Erfassen der Länge des herausstehenden Gegenstandes und Steuermittel zum Einstellen des Schweißstroms als Funktion der erfassten Länge des herausstehenden Gegenstandes.
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AT 510 886 A1 offenbart ein Verfahren zum Trainieren eines Schweißroboters, bei dem eine Position mittels eines manuell implementierten Positionierungsprozesses ermittelt und gespeichert wird. In einem ersten Schritt wird ein beweglich montierter Schweißdraht aus einem Schweißkopf auf eine Länge bewegt. Der Schweißkopf wird dann an einem Werkstück in eine Position gebracht. Nach dem Positionieren wird in der Schweißvorrichtung ein Drahtberührungssensorprozess gestartet, bei dem eine Prüfspannung zwischen dem Schweißdraht und dem Werkstück angelegt und anschließend der manuelle Positioniervorgang mit dem Schweißkopf fortgesetzt wird. Der Schweißdraht wird eingezogen, um den Stromfluss zu unterbrechen, wenn ein Stromfluss zwischen dem Schweißdraht und dem Werkstück oder ein Abfall der Prüfspannung erfasst wird. Darüber hinaus wird eine Schweißanlage und/oder eine Steuerung für diese spezifiziert, die das Verfahren durchführt.
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US 2009/0 107 969 A1 offenbart ein Lichtbogenschweißrobotersteuersystem, welches beinhaltet: Speichervorrichtungen, Steuervorrichtungen, eine Schweißzustandsänderungspositionsberechnungsvorrichtung, eine Webbetriebssteuervorrichtung, die jedes Mal, wenn ein Schweißbrenner fertig ist, um einen Webzyklus eines vorbestimmten Bewegungsmusters auszuführen, ein Schweißzustandsberechnungsgerät zum Berechnen von Schweißzustandsänderungen und eine Schweißzustandsänderungsvorrichtung, die Schweißzustandsänderungen eines Lichtbogenschweißroboters basierend auf geänderten Schweißbedingungen durchführt, jedes Mal, wenn ein Signal zur Beendigung eines Webzyklus eingegeben wird. Mit dieser Konfiguration ermöglicht sie eine kontinuierliche Änderung der Schweißbedingungen und ein hochgenaues Kopierlichtbogenschweißen auch dann, wenn der Lichtbogenschweißroboter einen Webvorgang durchführt.
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US 2013/0 299 475 A1 offenbart ein Lichtbogenschweißsteuerungssystem und -verfahren, das in der Lage ist, gleichzeitig eine Webbreitenregelung und eine Brennerhöhenregelung durchzuführen. Einflussverhältnisse (Delta und Deltaz) von Einflüssen einer Brennerhöhenabweichung (DeltaPh) und einer Nutwandabstandsabweichung (DeltaPd) in Bezug auf eine Stellgröße (Deltaw) einer Webbreite und eine Stellgröße (Deltaz) einer Brennerhöhe werden entsprechend einem Nutwinkel (Theta) eines Werkstücks eingestellt. Eine Recheneinheit berechnet die Stellgrößen (Deltaz und Deltaw) von Stellgliedern bezüglich der Brennerhöhe und der Webbreite so, dass die Einflussverhältnisse (Delta und Deltaz) groß werden, wenn der Nutwinkel (Theta) groß wird.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Lichtbogensensor-Einstelleinrichtung in einem Schweißsystem, das einen Schweißbrenner, eine Schweißenergiequelle, die derart ausgestaltet ist, dass sie dem Schweißbrenner Energie zuführt, eine Oszillationseinrichtung, die derart ausgestaltet ist, dass sie den Schweißbrenner veranlasst zu oszillieren, und einen Lichtbogensensor aufweist, der derart ausgestaltet ist, dass er einen Schweißstrom oder eine Schweißspannung erfasst, der/die erzeugt wird, wenn eine Kopiersteuerung durchgeführt wird, während dem Schweißbrenner Energie von der Schweißenergiequelle zugeführt wird und der Schweißbrenner veranlasst wird, in einer Links-Rechts-Richtung zu oszillieren, wobei die Lichtbogensensor-Einstelleinrichtung ferner derart ausgestaltet ist, dass sie einen Kalibrierungsvorgang eines Erfassens des Schweißstroms oder der Schweißspannung durchführt, während dem Schweißbrenner Energie von der Schweißenergiequelle zugeführt wird und der Schweißbrenner veranlasst wird, in einer Aufwärts-Abwärts-Richtung zu oszillieren, und ferner derart ausgestaltet ist, dass sie einen Einstellwert auf der Grundlage des Schweißstroms oder der Schweißspannung berechnet, der/die durch den Kalibrierungsvorgang erlangt wird, und einen Korrekturbetrag zum Korrigieren einer Position des Schweißbrenners bei der Kopiersteuerung auf der Grundlage des Einstellwerts berechnet.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Lichtbogensensor-Einstellverfahren, das in einem Schweißsystem angewendet wird, das eine Kopiersteuerung eines Schweißbrenners durchführt, wobei das Verfahren ein Durchführen eines Kalibrierungsvorgangs eines Erfassens eines Schweißstroms oder einer Schweißspannung, während Energie dem Schweißbrenner zugeführt wird und der Schweißbrenner veranlasst wird, in einer Aufwärts-Abwärts-Richtung zu oszillieren, und ein Berechnen eines Einstellwerts auf der Grundlage des durch den Kalibrierungsvorgang erlangten Schweißstroms oder der durch den Kalibrierungsvorgang erlangten Schweißspannung und ein Berechnen eines Korrekturbetrags zum Korrigieren einer Position des Schweißbrenners bei der Kopiersteuerung auf der Grundlage des Einstellwerts beinhaltet.
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Figurenliste
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Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leichter ersichtlich durch die folgende Beschreibung der Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, wobei:
- 1 eine Darstellung ist, die eine schematische Ausgestaltung eines Schweißsystems, das eine Lichtbogensensor-Einstelleinrichtung aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
- 2 eine schematische Darstellung ist, die Pendeln in einer Links-Rechts-Richtung veranschaulicht;
- 3 ein Graph ist, die ein Beispiel einer Änderung eines Schweißstroms während eines Pendelns in der Links-Rechts-Richtung veranschaulicht;
- 4 eine Darstellung ist, die ein Beispiel eines Zustands veranschaulicht, in dem eine Kalibrierung in dem in 1 veranschaulichten Schweißsystem durchgeführt wird; und
- 5 eine Darstellung ist, die einen Graphen, der ein Beispiel einer Positionsänderung eines Schweißbrenners beim Pendeln in einer Aufwärts-Abwärts-Richtung und einen Graphen veranschaulicht, der ein Beispiel einer Änderung eines Schweißstroms zu denselben Zeiten zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1 ist eine Darstellung, die ein Beispiel der Ausgestaltung eines Schweißsystems 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Zu dem Schweißsystem 10 zählen ein Lichtbogen-Schweißroboter 12 (hierin nachfolgend einfach als ein „Roboter“ bezeichnet), eine Lichtbogen-Schweißenergiequelle 14, eine Robotersteuerung 16 und ein Lichtbogensensor 18, der derart ausgestaltet ist, dass er eine Schweißlinie auf einem zu schweißenden Objekt (einem Werkstück) 20 unter Verwendung von Eigenschaften eines Scheißlichtbogens erkennt. Das Schweißsystem 10 ist als ein Lichtbogen-Schweißrobotersystem (ein Lichtbogensensor-Schweißsystem) ausgestaltet, das Lichtbogenschweißen an dem Werkstück 20 durchführt, während es eine Kopiersteuerung der Schweißlinie durchführt.
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Der Roboter 12 ist zum Beispiel ein sechsachsiger Gelenkroboter, der ein bewegbares Teil 22 wie beispielsweise einen Roboterarm, einen Schweißbrenner 24, der an dem bewegbaren Teil 22 (bei dem veranschaulichten Beispiel ein Ende des Arms) angebracht ist, und eine Drahtzuführeinrichtung 28 aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass sie Schweißdraht 26 dem Schweißbrenner 24 zuführt. Der Roboter 12 ist derart ausgestaltet, dass er imstande ist, den Schweißbrenner 24 relativ zu dem Werkstück 20 zu bewegen. Außerdem ist der Roboter 12 derart ausgestaltet, dass er den Schweißbrenner 24 veranlasst, in der Links-Rechts-Richtung zu oszillieren (Pendeln), um einen Schweißstromwert oder einen Schweißspannungswert zur Lichtbogensensor-Korrektur zu erfassen und zu messen, wenn er Lichtbogenschweißen ausführt, und veranlasst den Schweißbrenner 24, in der Aufwärts-Abwärtsrichtung zu oszillieren (Hin- und Herbewegung), um einen Schweißstromwert oder einen Schweißspannungswert zur Kalibrierung zu erfassen und zu messen, wenn er eine Kalibrierung für den Lichtbogensensor 18 durchführt, die später beschrieben wird.
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Die Lichtbogen-Schweißenergiequelle 14 ist derart ausgestaltet, dass sie dem Schweißbrenner 24 Energie zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Lichtbogenschweißens und der vorstehend beschriebenen Kalibrierung zuführt. Die Lichtbogen-Schweißenergiequelle 14 kann den Schweißstrom oder die Schweißspannung während eines Lichtbogenschweißens oder einer Kalibrierung messen, aber das Messen des Schweißstroms oder der Schweißspannung kann auch mithilfe einer von der Lichtbogen-Schweißenergiequelle 14 getrennten Messeinrichtung durchgeführt werden. Messdaten, die den Schweißstrom oder die Schweißspannung betreffen, wie beispielsweise der gemessene Schweißstromwert, werden an den Lichtbogensensor 18 gesendet.
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Die Robotersteuerung 16 ist derart ausgestaltet, dass sie die Bewegung des Roboters 12 steuert und bei der vorliegenden Ausführungsform einen Lichtbogenschweißen betreffenden Befehl an die Lichtbogen-Schweißenergiequelle 14 sendet und zu derselben Zeit die Bewegung (Kopiervorgang) und insbesondere das Pendeln des Schweißbrenners 24 mithilfe des Roboters 12 steuert. Es sollte beachtet werden, dass bei der vorliegenden Ausführungsform der Roboter 12 und die Robotersteuerung 16 als eine Oszillationseinrichtung fungieren können, die den Schweißbrenner 24 veranlasst zu oszillieren, und die Robotersteuerung 16 auch als eine Einstelleinrichtung für den Lichtbogensensor 18 fungieren kann. Die Lichtbogensensor-Einstellfunktion kann jedoch an eine andere Einrichtung wie beispielsweise einen persönlichen Computer gegeben werden.
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Der Lichtbogensensor 18 ist derart ausgestaltet, dass er eine Synchronisierung zwischen dem Schweißstrom oder der Schweißspannung und der Oszillationsbewegung des Schweißbrenners 24 einstellt, wenn er Schweißen durchführt, bei dem der Schweißbrenner 24 veranlasst wird, in der Links-Rechts-Richtung zu pendeln (zu oszillieren), während dem Schweißbrenner 24 von der Schweißenergiequelle 14 Energie zugeführt wird. Auf der Grundlage des an der Lichtbogen-Schweißenergiequelle 14 gemessenen Schweißstroms oder der dort gemessenen Schweißspannung und eines von der Robotersteuerung 16 ausgegebenen Pendelbefehls (z.B. eine Wellenform, die Positionen des Schweißbrenners 24 ausdrückt, wie in dem in 5 veranschaulichten Graphen 40), berechnet der Lichtbogensensor 18 einen Bewegungskorrekturbetrag (oder einen Referenz-Änderungsbetrag), um den Roboter 12 (den Schweißbrenner 24) zu veranlassen, eine Schweißlinie auf dem Werkstück 20 zu kopieren, und wendet den berechneten Bewegungskorrekturbetrag bei der Kopiersteuerung an. Die Kalibrierung, die später beschrieben wird, dient zum Berechnen eines Einstellwerts während der Kopiersteuerung durch den Lichtbogensensor 18 auf der Grundlage eines Schweißstroms oder einer Schweißspannung, der/die durch Kalibrierungsvorgänge erfasst wird, die später beschrieben werden. Bei dem veranschaulichten Beispiel ist der Lichtbogensensor 18 in die Robotersteuerung 16 in der Form eines Prozessors usw. einbezogen. Jedoch kann der Lichtbogensensor 18 auch als eine von der Robotersteuerung 16 getrennte Einrichtung ausgestaltet sein, als Hardware, wie beispielsweise ein persönlicher Computer.
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2 ist eine Darstellung, die schematisch eine Beziehung zwischen der Pendelbewegung und dem Schweißstrom beim Kopierschweißen veranschaulicht. Wenn zum Beispiel das zu schweißende Werkstück 20 in einem Querschnitt eine V-Form aufweist, das heißt, wenn Nutenschweißen ausgeführt wird, wird der Roboterarm 22 veranlasst, in der von dem Pfeil 30 angezeigten Links-Rechts-Richtung zu pendeln, während dem Schweißbrenner 24 von der Schweißenergiequelle 14 Energie zugeführt wird, und der Schweißbrenner 24 oszilliert als Folge hiervon relativ zu der Verbindungsstelle (der Nut) in dem Werkstück 20 in der Links-Rechts-Richtung. Eine Schweißstromdifferenz wird aufgrund von Änderungen einer Länge L erzeugt, in welcher der Schweißdraht 26 aus dem Schweißbrenner 24 vorsteht (genauer ausgedrückt ein Abstand von der Spitze des Schweißbrenners 24 (einer Schweißspitze) zu der Spitze des Schweißdrahts 26) zu dieser Zeit, und eine Wellenform des Schweißstroms wird so wie in dem Graphen 32 in 3 gezeigt. Insbesondere ist der Schweißstromwert in der Mitte der Nut minimal und weist an dem linken und rechten Ende Spitzen auf (ist maximal).
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4 ist eine Darstellung, die ein Beispiel einer Kalibrierung durch Verwenden des in 1 veranschaulichten Systems veranschaulicht, die an einem Werkstück 34 ausgeführt wird, das vor einem tatsächlichen Lichtbogenschweißen eine ebene Oberfläche aufweist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Roboterarm 22 veranlasst, in der Aufwärts-Abwärts-Richtung zu pendeln, während dem Schweißbrenner 24 von der Schweißenergiequelle 14 Energie zugeführt wird, und der Schweißbrenner 24 oszilliert zu dem plattenförmigen Werkstück 34 hin und von diesem weg und, um es genauer auszudrücken, als ein Ergebnis in einer Richtung senkrecht zu einer Hauptoberfläche (Ebene) 36 des Werkstücks 34. Anders ausgedrückt, pendelt, obwohl bei normalem Pendeln der Schweißbrenner in der Links-Rechts-Richtung oszilliert (z.B. der Horizontalrichtung), bei dem Pendeln bei der Kalibrierung gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Schweißbrenner in der Aufwärts-Abwärts-Richtung (z.B. der Vertikalrichtung).
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5 ist eine Darstellung, die schematisch eine Beziehung zwischen der Pendelbewegung in der Aufwärts-Abwärts-Richtung und dem Schweißstrom veranschaulicht. Wie vorstehend beschrieben, wird der Roboterarm 22 veranlasst, in der Aufwärts-Abwärts-Richtung zu pendeln, während dem Schweißbrenner 24 von der Schweißenergiequelle 14 Energie zugeführt wird, und der Schweißbrenner 24 oszilliert als ein Ergebnis senkrecht zu der Hauptoberfläche 36 des Werkstücks 34. Eine Schweißstromdifferenz wird aufgrund einer Änderung der Länge L erzeugt, in der der Schweißdraht 26 aus der Spitze des Schweißbrenners 24 zu dieser Zeit vorsteht, und die Wellenform des Schweißstroms wird so wie in dem Graphen 38 gezeigt. Insbesondere ist der Schweißstromwert minimal, wenn der Schweißbrenner 24 (dessen Spitze) am weitesten von dem Werkstück 34 entfernt ist (ein oberster Punkt in der Aufwärts-Abwärts-Bewegung), und weist eine Spitze auf (ist maximal), wenn der Schweißbrenner 24 (dessen Spitze) dem Werkstück 34 am nächsten ist (ein unterster Punkt in der Aufwärts-Abwärts-Bewegung). Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Kalibrierungsvorgänge, die den Schweißstrom oder die Schweißspannung erfassen, während dem Schweißbrenner 24 Energie von der Schweißenergiequelle 14 zugeführt wird, und der Schweißbrenner 24 veranlasst wird, in der Aufwärts-Abwärts-Richtung zu oszillieren, auf diese Weise mithilfe der Lichtbogensensor-Einstelleinrichtung durchgeführt.
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Ein Verschiebungsbetrag bei dem Pendeln in der Aufwärts-Abwärts-Richtung wird von der Robotersteuerung 16 während der Kalibrierungsvorgänge gesteuert, und daher kann ein Aufwärts-Abwärts-Verschiebungsbetrag des Schweißbrenners 24 genau berechnet werden, wie durch den Graphen 40 gezeigt. Allgemein ausgedrückt ist beim Schweißen die Lichtbogenlänge (der Abstand von der Drahtspitze zu dem Werkstück) im Wesentlichen konstant, und daher ist der Verschiebungsbetrag des Schweißbrenners im Wesentlichen gleich dem Verschiebungsbetrag der Länge, um die der Schweißdraht vorsteht. Ein Verschiebungsbetrag (ein Änderungsbetrag der Länge, in der der Draht vorsteht) pro Einheitsmenge Schweißstrom (z.B. pro 1 A (Ampere)), kann auf einfache Weise aus dem angegebenen Verschiebungsbetrag und einem Betrag der Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der durch die Kalibrierungsvorgänge erfassten Schweißstrom-Wellenform berechnet werden.
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Andererseits ist es beim Pendeln in der Links-Rechts-Richtung erforderlich, den Winkel der Nut zu berücksichtigen, und die Tendenz des Schweißdrahts, sich zu biegen, kann zur Folge haben, dass die Stromwellenform in der Links-Rechts-Richtung asymmetrisch ist. Daher kann es schwierig sein, den Verschiebungsbetrag pro Einheitsmenge Schweißstrom (z.B. pro 1 A Strom) herauszufinden. Daher wurde beim Pendeln in der Links-Rechts-Richtung ein Umwandlungswert (Verstärkung), der beim Herausfinden des Bewegungskorrekturbetrags des Schweißbrenners aus der Stromdifferenz verwendet wird, üblicherweise als eine dimensionslose Größe behandelt. Allerdings kann bei der vorliegenden Ausführungsform die Verstärkung als ein „Bewegungskorrekturbetrag pro Einheitsmenge (z.B. pro 1 A)“ behandelt werden und ist daher ein Wert den ein Bediener leicht intuitiv verstehen kann. Anders ausgedrückt, wird bei der vorliegenden Ausführungsform der Verschiebungsbetrag pro 1 A Schweißstrom als ein Einstellwert (Einstellparameter) genommen, und auf der Grundlage dieses Einstellwerts (Kalibrierungsergebnis) kann ein Korrekturbetrag zum Korrigieren der Position des Schweißbrenners 24 während einer Kopiersteuerung berechnet werden, die den Schweißbrenner 24 veranlasst, in der Links-Rechts-Richtung zu oszillieren.
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Wenn zum Beispiel die Verstärkung durch G dargestellt wird, ein Aufwärts-Abwärts-Änderungsbereich des Schweißbrenners während einer Kalibrierung durch L diff dargestellt wird, und ein Änderungsbereich des Schweißstroms durch A diff dargestellt wird, kann die Verstärkung G durch die folgende Gleichung (1) berechnet werden. Obwohl zum Beispiel (mm/A) als die Einheit der Verstärkung verwendet werden kann, kann jede Einheit verwendet werden, so lange die Einheit „den Bewegungskorrekturbetrag (Länge) pro 1 A“ darstellt. Anstelle des „Bewegungskorrekturbetrags pro 1 A“ kann eine andere Einheit, die für einen Bediener leichter intuitiv zu verstehen ist als eine dimensionslose Größe verwendet werden.
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Obwohl ein Verwenden des wie vorstehend beschrieben gefundenen Bewegungskorrekturbetrags eine genauere Korrektur als in der verwandten Technik ermöglicht, kann ein Parameter, der einen Multiplikationsfaktor für den Korrekturbetrag angibt, in Fällen verwendet werden, in denen die Empfindlichkeit erhöht werden soll. Alternativ kann der durch die Kalibrierung berechnete Korrekturbetrag pro 1 A innerhalb eines festgelegten Bereichs variiert werden.
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Beim Kopierschweißen unter Verwendung eines Lichtbogensensors ist es ideal, wenn der tatsächliche Schweißstrom/die tatsächliche Schweißspannung auf einem Spitzenwert ist, wenn sich der Schweißbrenner an einem Ende der Pendelbewegung befindet, aber in der Realität kann eine Verzögerung bei einer Diensttrajektorie (servo trajectory) relativ zu einer befohlenen Trajektorie (instructed trajectory) und/oder eine durch Schweißphänomene usw. bewirkte Verzögerung hervorgerufen werden. In der verwandten Technik wurden Vorschläge gemacht, einen Spitzenwert aus Änderungen des Schweißstroms beim Pendelschweißen einer Nut zu erkennen und zu bewirken, dass die befohlene Trajektorie mit der zeitlichen Steuerung der Abtastung des Schweißstroms übereinstimmt. Allerdings wurde in der verwandten Technik das Pendeln an der Nutform eines tatsächlichen Werkstücks durchgeführt, und es gab daher ein Risiko von Faktoren wie beispielsweise Abmessungsfehlern in dem Werkstück und Biegen des Schweißdrahts, was das Schätzen und die Korrektur von Verzögerungszeiten ungenau macht.
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Daher berechnet/schätzt bei der vorliegenden Ausführungsform auf der Grundlage des Schweißstroms (Wellenform), wenn der Schweißbrenner 24 nach oben und unten oszilliert, und des von der Robotersteuerung 16 ausgegebenen Pendelbefehls die Lichtbogensensor-Einstelleinrichtung eine Verzögerungszeit Δt (der Einstellwert), bis der Schweißstrom als Reaktion auf den von der Robotersteuerung 16 dem Roboter 12 gegebenen Befehl, in jeder Zeitspanne des Pendelns erfasst wird, wie durch Vergleichen der Stromwellenform (Graph 38) mit der Verschiebung des Schweißbrenners (Graph 40) in 5 ersichtlich wird. Die Lichtbogensensor-Einstelleinrichtung berechnet anschließend den Korrekturbetrag zum Korrigieren dieser Verzögerungszeit auf der Grundlage der Verzögerungszeit Δt. Durch Anwenden des berechneten Korrekturbetrags bei der Kopiersteuerung kann das Pendeln des Roboters mit der Schweißstrom-Wellenform synchronisiert werden. Im Vergleich zu der Stromwellenform, die beim Pendeln in der Links-Rechts-Richtung erfasst wurde, ist die durch das Pendeln in der Aufwärts-Abwärts-Richtung erfasste Stromwellenform eine stabile Wellenform, auf die sich der Abmessungsfehler in dem Werkstück oder das Biegen des Drahts nur wenig auswirkt, was eine genaue Schätzung während der Synchronisation ermöglicht.
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Bei dem in 4 veranschaulichten Beispiel wird während einer Kalibrierung unter Verwendung des plattenförmigen Werkstücks 34 ein Pendeln in der Aufwärts-Abwärts-Richtung durchgeführt, und auf diese Weise kann der Verschiebungsbetrag des Schweißbrenners 24 relativ zu dem Werkstück 34 genau berechnet werden. Durch Verwenden der durch die Kalibrierung berechneten Verzögerungszeit und/oder der Verstärkung, kann eine angemessene Korrektur während des Links-Rechts-Pendelns bei dem tatsächlichen Schweißen durchgeführt werden, und auf diese Weise ist eine hochgenaue Kopiersteuerung möglich. Außerdem ist es bei der Kalibrierung nicht erforderlich, ein tatsächlich beim Schweißen (z.B. einer Nutform) genutztes Werkstück zu verwenden, und daher kann eine hochgenaue Kalibrierung in einer einfachen Umgebung durch Verwenden einer flachen Platte durchgeführt werden. Obwohl das bei der Kalibrierung verwendete Werkstück nicht auf eine flache Plattenform beschränkt ist, wird eine Form bevorzugt, bei der der Abstand zwischen dem Werkstück und dem Schweißbrenner auf einfache Weise und genau herausgefunden werden kann. Überdies ist das bei der Kalibrierung verwendete Werkstück bevorzugt aus demselben Material wie das tatsächlich zu schweißende Werkstück hergestellt. Außerdem können während der Kalibrierung eine sogar noch genauere Verzögerungszeit und Verstärkung berechnet werden, indem dieselben Vorgänge mehrere Male an Werkstücken durchgeführt werden, die dieselbe Form aufweisen, und ein Mittelwert davon herausgefunden wird.
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In der vorliegenden Offenbarung bezieht sich die „Aufwärts-Abwärts-Richtung“ in Bezug auf die Oszillation (Pendeln) des Schweißbrenners auf eine Richtung, die, wie durch den Pfeil 42 in 4 oder 5 gezeigt, senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Schweißbrenners 24 entlang der Schweißlinie und parallel zu einer Ebene ist, die durch die Bewegungsrichtung und die Richtung definiert ist, in welcher der Schweißdraht 26 aus dem Schweißbrenner 24 hervorsteht, und in den meisten Fällen die Vertikalrichtung ist. Anders ausgedrückt stimmt ein Änderungsbetrag eines minimalen Abstands zwischen dem Schweißbrenner (dessen Spitze) und der Schweißlinie, während der Schweißbrenner in der „Aufwärts-Abwärts-Richtung“ oszilliert, mit dem Verschiebungsbetrag des Schweißbrenners überein. Bei einer Nutform wie der in 2 veranschaulichten entspricht die Schweißlinie einer Rinnenlinie 44. Wenn jedoch wie bei der Kalibrierung ein plattenförmiges Werkstück verwendet wird, kann jede gewünschte Linie (bevorzugt eine gerade Linie) auf dem Werkstück als die Schweißlinie festgelegt werden.
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Die „Links-Rechts-Richtung“ in Bezug auf die Oszillation (Pendeln) des Schweißbrenners bezieht sich auf eine Richtung, die, wie durch den Pfeil 30 in 1 oder 2 gezeigt, senkrecht zu der Bewegungsrichtung (die Richtung senkrecht zu der Zeichnung) des Schweißbrenners 24 entlang der Schweißlinie 44 und senkrecht zu einer Ebene ist, die durch die Bewegungsrichtung und die Richtung definiert ist, in welcher der Schweißdraht 26 aus dem Schweißbrenner 24 hervorsteht (die Vertikalrichtung in 2), und in den meisten Fällen die Horizontalrichtung ist. Daher sind bei der vorliegenden Offenbarung die Links-Rechts-Richtung und die Aufwärts-Abwärts-Richtung senkrecht zueinander.
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Die vorstehende Ausführungsform beschrieb ein Beispiel, bei dem während der von der Lichtbogensensor-Einstelleinrichtung ausgeführten Kalibrierungsvorgänge der Schweißstrom erfasst oder gemessen wird, während dem Schweißbrenner von der Schweißenergiequelle Energie zugeführt wird und der Schweißbrenner in der Aufwärts-Abwärts-Richtung in Oszillation versetzt wird. Jedoch kann die Schweißspannung (Lichtbogenspannung) anstelle des Schweißstroms erfasst oder gemessen werden, und in diesem Fall können die Servoverzögerung und -verstärkung auf dieselbe Weise geschätzt werden (der Einstellwert kann berechnet werden), als wenn der Schweißstrom verwendet wird. Die Schätzung der Verzögerungszeit und der Verstärkung können getrennt durchgeführt werden, können aber auch gleichzeitig in einem einzigen Kalibrierungsvorgang durchgeführt werden.
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Außerdem ist, obwohl bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein Roboter wie beispielsweise der vertikale Gelenkroboter 12 als ein konstituierendes Element der Oszillationseinrichtung zum Bewegen des Schweißbrenners 24 beim Pendeln verwendet wird, die Ausgestaltung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann auch eine Einrichtung verwendet werden, die Mittel zum Greifen des Schweißbrenners 24 und mehrere (z.B. drei) Linearbewegungsmechanismen aufweist, von denen jeder imstande ist, die Mittel entlang mehreren zueinander orthogonalen Achsen (z.B. drei Achsen, nämlich X, Y und Z-Achse) zu bewegen.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird, anstatt die Verzögerungszeit einzustellen und die Verstärkung während eines Pendeins an einer Nutform usw. einzustellen, die ein tatsächliches Objekt zum Lichtbogenschweißen ist, Schweißen an einer flachen Platte durchgeführt, die horizontal platziert ist, während der Schweißbrenner veranlasst wird zu oszillieren, um zyklisch eine Bewegung zu wiederholen, bei der der Schweißbrenner sich der flachen Platte graduell nähert und graduell von der flachen Platte entfernt (d.h. beim Pendeln in der Aufwärts-Abwärts-Richtung). Die Verzögerungszeit und die Verstärkung können auf der Grundlage einer Amplitude (Änderungsbereich) des Pendelns und von Änderungen des Schweißstroms (oder der Lichtbogenspannung) zu dieser Zeit geschätzt werden. Beim Schätzen der Verstärkung wird ein Korrekturbetrag pro Einheit der Stromdifferenz (z.B. 1 A) bei einer Längeneinheit (z.B. mm) gefunden, und auf diese Weise kann ein Benutzer Einstellungen intuitiv vornehmen. Außerdem hat beim Aufwärts-Abwärts-Pendeln die Tendenz des Drahts, sich zu biegen, nur eine geringe Auswirkung auf Änderungen der Stromwellenform, und ein Abmessungsfehler (Varianten) des Werkstücks, einer flachen Platte, ist im Vergleich zu einem Werkstück mit einer Nutform usw. gering, und daher kann ein hochgenauer Einstellwert berechnet werden.
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Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung kann beim Schweißen unter Verwendung eines Lichtbogensensors die Position eines Schweißbrenners genau korrigiert werden, und die Genauigkeit einer Kopiersteuerung kann erheblich verbessert werden, und der Lichtbogensensor kann in einer einfachen Schweißumgebung kalibriert werden.
