DE102018131162A1

DE102018131162A1 - Verfahren zur Aufbringung einer Schweißraupe auf einem Untergrund, Computerprogramm und Schweißeinrichtung

Info

Publication number: DE102018131162A1
Application number: DE102018131162.1A
Authority: DE
Inventors: Hans Jürgen Maier; Thomas Hassel
Original assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Current assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2020-06-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Schweißraupe auf einem Untergrund mittels einer Schweißanlage, die wenigstens einen Schweißkopf aufweist, durch den ein Schweißdraht gefördert wird, wobei beim Bewegen des Schweißkopfs gegenüber dem Untergrund auf dem Untergrund eine Schweißraupe erzeugt wird, wobei beim Bewegen des Schweißkopfs gegenüber dem Untergrund mittels wenigstens eines Sensors automatisch ein Höhenunterschied auf dem Un-tergrund detektiert wird, der sich in der Größenordnung einer mittels der Schweißanlage bereits erzeugten Schweißraupe vom Untergrund abhebt, und bei Detektierung dieses Höhenunterschieds ein zumindest das Vorhandensein des Höhenunterschieds kennzeichnendes Zustandssignal und/oder ein Höhensignal, das den Höhenunterschied quantifiziert, erzeugt wird. Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogramm zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie eine Schweißeinrichtung mit wenigstens einem Schweißkopf und einer Drahtvor-schubeinrichtung, durch die ein Schweißdraht automatisch durch den Schweißkopf förderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Schweißraupe auf einem Untergrund mittels einer Schweißanlage, die wenigstens einen Schweißkopf aufweist, durch den ein Schweißdraht gefördert wird, wobei beim Bewegen des Schweißkopfs gegenüber dem Untergrund auf dem Untergrund eine Schweißraupe erzeugt wird. Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogramm zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie eine Schweißeinrichtung mit wenigstens einem Schweißkopf und einer Drahtvorschubeinrichtung, durch die ein Schweißdraht automatisch durch den Schweißkopf förderbar ist.
Allgemein gesagt betrifft die Erfindung das Gebiet des Auftragschweißens. Beim Auftragschweißen wird eine Schweißraupe auf einem Untergrund aufgebracht, z. B. um ein Blechbauteil mechanisch zu verstärken. Das Auftragschweißen eignet sich auch für additive Fertigungsprozesse, z. B. für das sogenannte Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) oder lichtbogenbasierte Produktionsverfahren im Allgemeinen.
Bei bekannten Verfahren und Einrichtungen zum Aufbringen einer Schweißraupe auf einem Untergrund gibt es keine Maßnahmen zum Vermeiden sich überkreuzender Schweißraupen, insbesondere zur Vermeidung des doppelten Materialauftrags am Kreuzungspunkt. Im Bereich additiver Fertigungsverfahren ist in der Regel eine komplexe Datenbank und ein entsprechend aufwendiger Datenaufbau erforderlich, um anhand von Daten aus der Datenbank den Schweißkopf korrekt zu positionieren, wenn beim Aufbringen der Schweißraupe der Übergang zu einer bereits vorhandenen Schweißraupe erreicht wird. Es handelt sich dabei um reine Steuerprozeduren, mit dem Nachteil, dass ein automatisches Verstellen des Schweißkopfs von Genauigkeitstoleranzen negativ beeinflusst werden kann und dementsprechend die gewünschte Maßgenauigkeit beim automatischen Aufbringen einer Schweißraupe nicht immer befriedigend erreicht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise die gewünschte Maßgenauigkeit beim automatischen Aufbringen einer Schweißraupe auf einem Untergrund zu erreichen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass beim Bewegen des Schweißkopfs gegenüber dem Untergrund mittels wenigstens eines Sensors automatisch ein Höhenunterschied auf dem Untergrund detektiert wird, der sich in der Größenordnung einer mittels der Schweißanlage bereits erzeugten Schweißraupe vom Untergrund abhebt, und bei Detektierung dieses Höhenunterschieds ein zumindest das Vorhandensein des Höhenunterschieds kennzeichnendes Zustandssignal und/oder ein Höhensignal, das den Höhenunterschied quantifiziert, erzeugt wird. Der wenigstens eine Sensor kann ein Sensor beliebiger Art sein, wobei der Begriff „Sensor“ im weitesten Sinne zu verstehen ist. Wird zur Realisierung der Erfindung, wie nachfolgend noch ausführlich erläutert, beispielsweise ein Strom oder eine Spannung zur Detektierung des Höhenunterschieds auf dem Untergrund erfasst, so ist die hierfür verwendete Erfassungsschaltung oder zumindest ein Teil davon als Sensor im Sinne der vorliegenden Anmeldung anzusehen. Der Sensor kann beispielsweise ein Amperemeter oder ein Voltmeter sein, oder bei der Stromsensierung ein in Reihe zu einer elektrischen Leitung geschalteter Shunt.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass das Erreichen einer bereits vorhandenen Schweißraupe und/oder deren Höhe automatisch sensorisch erfasst werden kann. Auf diese Weise kann durch automatische Prozesse die gewünschte Maßgenauigkeit beim Aufbringen einer Schweißraupe auf einem Untergrund erreicht werden, sowohl bei additiven Fertigungsprozessen als auch beim Auftragschweißen zur Herstellung von Verstärkungen. Beispielsweise kann durch die Erfindung automatisch erfasst werden, wenn der Schweißkopf eine bereits vorhandene Schweißraupe auf dem Untergrund kreuzt oder wenn der Schweißkopf das Ende einer bereits vorhandenen Schweißraupe erreicht.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für automatisch ausgeführte Verfahren zum Aufbringen einer Schweißraupe, z. B. mittels einer rechnergesteuerten Schweißeinrichtung.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere derart ausgestaltet sein, dass es nicht unerwünschter Weise auf minimale Höhendifferenzen auf dem Untergrund reagiert, sondern erst dann das Zustandssignal und/oder das Höhensignal erzeugt, wenn eine entsprechende Triggerschwelle überschritten ist. Die Triggerschwelle wird vorteilhaft so gewählt, dass kleinere Höhendifferenzen ausgeblendet werden. Beispielsweise kann nach einem Probe-Schweißgang die typische mittlere Höhe einer Schweißraupe auf dem Untergrund ermittelt werden und hiervon ausgehend die Triggerschwelle bestimmt werden, z. B. als ein Wert von wenigstens 50 % der mittleren Höhe der Schweißraupe. Diese Triggerschwelle kann dann gespeichert werden und bei automatischer Ausführung des Verfahrens für die Detektion des Höhenunterschieds genutzt werden.
Als Sensor für die Erfassung des Höhenunterschieds kommen unterschiedlichste Arten von Sensoren in Frage. In einer Ausführungsform ist der Sensor ein optischer Sensor, z. B. eine Kamera, mit dem das Gebiet unterhalb des Schweißkopfs erfasst wird, sodass auf optischem Weg der Höhenunterschied auf dem Untergrund detektiert werden kann. In einer weiteren Ausführungsform ist der Sensor ein Abstandsmesssensor, der den Abstand des Schweißkopfs gegenüber dem Untergrund misst. Der Abstandssensor kann je nach Ausführungsform nach unterschiedlichen physikalischen Prinzipien realisiert werden, z. B. als Lasersensor, Ultraschallsensor, Radarsensor oder sonstiger Sensor, der elektromagnetische und/oder akustische Wellen abstrahlt und/oder empfängt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schweißanlage eine Lichtbogenschweißanlage ist und der Höhenunterschied anhand wenigstens einer gemessenen elektrischen Kenngröße, insbesondere Strom und/oder Spannung, des Lichtbogens der Lichtbogenschweißanlage detektiert und/oder quantifiziert wird. Dies hat den Vorteil, dass bereits aufgrund prozessbedingter Größen, d. h. in diesem Fall von Parametern des Lichtbogens, der Höhenunterschied automatisch ermittelt werden kann. Es wurde herausgefunden, dass der bei diesem Prozess verwendete Lichtbogen bereits die notwendigen Informationen bereitstellen kann, um das Zustandssignal und/oder das Höhensignal zu erzeugen und dementsprechend eine Regelung durchzuführen, um einen in seinen Dimensionen weiterhin konstanten Lichtbogen zu generieren. Dementsprechend ist keine aufwendige Sensorik für die Bestimmung des Höheunterschieds erforderlich. Stattdessen kann eine elektrische Kenngröße, insbesondere Strom und/oder Spannung des Lichtbogens, genutzt werden. Solche Größen lassen sich relativ einfach erfassen, beispielsweise über einen Stromsensor, z.B. im Form eines Amperemeters, und/oder einen Spannungssensor, z.B. in Form eines Voltmeters.
Beim Lichtbogenschweißen wird der Schweißdraht im Bereich des Lichtbogens verflüssigt. Beim Lichtbogenschweißen wird beispielsweise mit konstantem Strom gearbeitet. Es besteht dann ein Zusammenhang zwischen der Lichtbogenlänge und der Schweißspannung. Es wurde herausgefunden, dass dieser Zusammenhang zwischen der Lichtbogenlänge und der Schweißspannung genutzt werden kann, um den Höhenunterschied zu detektieren und/oder zu quantifizieren. Verringert sich die Lichtbogenlänge, dann verringert sich die Lichtbogenspannung proportional dazu, sodass durch eine einfache Spannungsmessung der Abstand des Schweißkopfs vom Untergrund sensorisch erfasst werden kann.
Die Erfindung eignet sich dabei für alle Arten des Lichtbogenschweißens, insbesondere MSG (Metallschutzgas), zu denen z. B. MIG (Metallinertgas) und MAG (Metallaktivgas) gehören. Die Erfindung eignet sich auch für WPS (Wolfram-Plasmaschweißen), zu denen das Plasmaschweißen und WIG (Wolfram-Inertgasschweißen) gehören.
Das Zustandssignal und/oder das Höhensignal kann für unterschiedliche Zwecke genutzt werden, beispielsweise zur Lageerkennung des Schweißkopfs, für Dokumentationszwecke oder sonstige Anwendungen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass abhängig vom Zustandssignal und/oder dem Höhensignal automatisch der weitere Ablauf der mittels der Schweißanlage durchgeführten Aufbringung der Schweißraupe zumindest hinsichtlich eines Betriebsparameters verändert wird. Dies hat den Vorteil, dass durch das Zustandssignal und/oder das Höhensignal aktiv in den weiteren Ablauf der Aufbringung der Schweißraupe eingegriffen wird, sodass beispielsweise ein Regelkreis bereitgestellt werden kann. Die verwendete Schweißeinrichtung kann dann automatisch abhängig vom Zustandssignal und/oder dem Höhensignal hinsichtlich des genannten Betriebsparameters geregelt werden. So kann z. B. beim Auftragschweißen von Verstärkungen die Erzeugung der Schweißraupe kurzzeitig unterbrochen werden, wenn aufgrund des Zustandssignals und/oder des Höhensignals festgestellt wird, dass eine bereits vorhandene Schweißraupe gekreuzt wird. Auf diese Weise kann der doppelte Materialauftrag am Kreuzungspunkt der Schweißraupen vermieden werden.
Eine Regelung unterscheidet sich von einer Steuerung dadurch, dass eine Regelung eine Rückführung oder Rückkopplung gemessener Werte aufweist, mit der die erzeugten Ausgabewerte der Regelung wiederum im Sinne eines geschlossenen Regelkreises beeinflusst werden. Bei einer Steuerung erfolgt ein reines Steuern einer Größe ohne eine solche Rückkopplung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass abhängig vom Zustandssignal und/oder dem Höhensignal automatisch der Abstand des Schweißkopfs vom Untergrund verändert wird. So kann insbesondere abhängig vom Zustandssignal und/oder dem Höhensignal der Abstand des Schweißkopfs vom Untergrund vergrößert werden. Dies ist besonders vorteilhaft für additive Fertigungsprozesse, da beim Erreichen einer bereits vorhandenen Schweißraupe der Schweißkopf automatisch wieder korrekt positioniert werden kann, um die nächste Schweißraupe, d. h. die nächste Materiallage des additiven Fertigungsprozesses, in der richtigen Höhe und mit den richtigen Parametern fortzuführen.
Durch die automatische Höhenjustierung des Schweißkopfs kann wieder der gewünschte (richtige) Abstand zum Untergrund hergestellt werden. Dementsprechend kann das weitere durch Aufbringen der Schweißraupe wieder mit einem gewünschten konstanten Energieeintrag erfolgen. Insbesondere beim Lichtbogenschweißen können dessen Parameter wie Energieeintrag, Breite, Länge, Dicke, Auffächerung, Temperatur im Wesentlichen konstant gehalten werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass abhängig vom Zustandssignal und/oder dem Höhensignal automatisch der Abstand des Schweißkopfs vom Untergrund um den mittels des Höhensignals quantifizierten Höhenunterschied vergrößert wird. Dies erlaubt eine präzise Positionierung des Schweißkopfs beim Auftragen der nächsten Materiallage, d .h der nächsten Schweißraupe in einem additiven Fertigungsprozess. Die Erfindung erlaubt es somit, die Höhen-Positionierung des Schweißkopfs automatisch zu regeln (Regelkreis).
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in einem additiven Fertigungsprozess durch die Aufbringung der Schweißraupe ein metallisches Bauteil zumindest teilweise hergestellt wird. Durch den additiven Fertigungsprozess kann das metallische Bauteil auch vollständig hergestellt werden. Alternativ kann bereits ein Grundkörper vorhanden sein, auf dem durch den additiven Fertigungsprozess weiteres Material durch die Schweißraupe oder mehrere Schweißraupen aufgebracht wird, um letztendlich das metallische Bauteil zu erzeugen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen dass das Zustandssignal und/oder das Höhensignal über eine Schnittstelle an ein weiteres Gerät übertragen wird und/oder auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt wird. Auf diese Weise können über die Schnittstelle auch andere Geräte gesteuert oder geregelt werden. Eine visuelle Darstellung auf eine Anzeigeeinrichtung erlaubt es, den gesamten Fertigungsprozess zusätzlich zu überwachen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens der zuvor erläuterten Art, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner ausgeführt wird. Der Rechner kann z. B. der Rechner einer Erfassungseinrichtung und/oder einer Steuer- oder Regeleinrichtung einer Schweißeinrichtung sein. Auch hierdurch lassen sich die zuvor erläuterten Vorteile realisieren.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Schweißeinrichtung mit wenigstens einem Schweißkopf und einer Drahtvorschubeinrichtung, durch die ein Schweißdraht automatisch durch den Schweißkopf förderbar ist, wobei die Schweißeinrichtung eine Erfassungseinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, beim Bewegen des Schweißkopfs gegenüber dem Untergrund mittels wenigstens eines Sensors automatisch einen Höhenunterschied auf dem Untergrund zu detektieren, der sich in der Größenordnung einer mittels der Schweißanlage bereits erzeugten Schweißraupe vom Untergrund abhebt, und bei Detektierung dieses Höhenunterschieds ein zumindest das Vorhandensein des Höhenunterschieds kennzeichnendes Zustandssignal und/oder ein Höhensignal, das den Höhenunterschied quantifiziert, zu erzeugen. Auch hierdurch lassen sich die zuvor erläuterten Vorteile realisieren. Dabei kann die Erfassungseinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens der zuvor erläuterten Art eingerichtet sein, z. B. dadurch, dass ein Rechner der Erfassungseinrichtung ein Computerprogramm ausführt, mit dem ein solches Verfahren durchgeführt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schweißeinrichtung einen Verstellmechanismus aufweist, durch den der Abstand zwischen dem Schweißkopf und einem mit einer Schweißraupe zu versehenen Untergrund automatisch verstellbar ist, wobei eine Steuer- oder Regeleinrichtung der Schweißeinrichtung dazu eingerichtet ist, abhängig vom Zustandssignal und/oder dem Höhensignal automatisch den weiteren Ablauf der mittels der Schweißanlage durchgeführten Aufbringung der Schweißraupe zumindest hinsichtlich eines Betriebsparameters zu verändern. Die Erfassungseinrichtung und die Steuer- oder Regeleinrichtung können als separate Geräte oder als ein gemeinsames Gerät ausgebildet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schweißeinrichtung einen Verstellmechanismus aufweist, durch den der Abstand zwischen dem Schweißkopf und einem mit einer Schweißraupe zu versehenen Untergrund automatisch verstellbar ist, wobei eine Steuer- oder Regeleinrichtung der Schweißeinrichtung dazu eingerichtet ist, abhängig vom Zustandssignal und/oder dem Höhensignal automatisch den Abstand des Schweißkopfs vom Untergrund um den mittels des Höhensignals quantifizierten Höhenunterschied zu vergrößern. Dies erlaubt eine präzise Positionierung des Schweißkopfs beim Auftragen der nächsten Materiallage, d .h der nächsten Schweißraupe in einem additiven Fertigungsprozess. Die Erfindung erlaubt es somit die Höhen-Positionierung des Schweißkopfs automatisch zu regeln (Regelkreis).
Soweit von der Verstellung oder Bewegung des Schweißkopfs gegenüber dem Untergrund die Rede ist, ist damit eine Relativverstellung oder Relativbewegung zwischen dem Schweißkopf und dem Untergrund gemeint. Hierzu kann wahlweise der Schweißkopf verstellt oder bewegt werden, oder der Untergrund kann verstellt oder bewegt werden, oder beide Elemente, d.h. der Schweißkopf und der Untergrund, können verstellt oder bewegt werden.
Die zuvor erläuterten Komponenten Sensor, Erfassungseinrichtung, Steuer- oder Regeleinrichtung und/oder Verstellmechanismus können auch in Form eines Nachrüstsatzes bereitgestellt werden. Durch den Nachrüstsatz ist eine konventionelle Schweißeinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens der zuvor erläuterten Art aufrüstbar.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter dem unbestimmten Begriff „ein“ kein Zahlwort zu verstehen. Wenn also z.B. von einem Bauteil die Rede ist, so ist dies im Sinne von „mindestens einem Bauteil“ zu interpretieren. Soweit Winkelangaben in Grad gemacht werden, beziehen sich diese auf ein Kreismaß von 360 Grad (360°). Soweit ein Rechner erwähnt ist, kann dieser dazu eingerichtet sein, ein Computerprogramm, z.B. im Sinne von Software, auszuführen. Der Rechner kann als handelsüblicher Computer ausgebildet sein, z.B. als PC, Laptop, Notebook, Tablet oder Smartphone, oder als Mikroprozessor, Mikrocontroller oder FPGA, oder als Kombination aus solchen Elementen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen

1 eine Schweißeinrichtung in schematischer Darstellung und
2 den Verfahrensablauf beim Aufbringen einer Schweißraupe auf einem Untergrund.

Die 1 zeigt das Aufbringen einer Schweißraupe 1 auf einem Untergrund 2, z. B auf einem metallischen Basiskörper. Die 1 zeigt eine Lichtbogenschweißeinrichtung, mit der ein automatisches Aufbringen der Schweißraupe 1 auf dem Untergrund 2 durchgeführt wird. Die Lichtbogenschweißeinrichtung weist einen Schweißkopf 3, einen Schweißdraht 4, eine Drahtvorschubeinrichtung 6, eine elektrische Energieversorgungseinrichtung 7, einen Sensor 10, eine Erfassungseinrichtung 11, eine Steuer- oder Regeleinrichtung 12 und einen Verstellmechanismus 13 auf. Der Schweißdraht 4 wird durch den Schweißkopf 3 gefördert und an seinem freien Ende über einen Lichtbogen 5 verflüssigt. Der Schweißdraht 4 befindet sich auf einer Vorratsrolle, die über die Drahtvorschubeinrichtung 6 bewegbar ist und hierdurch den Schweißdraht 4 durch den Schweißkopf 3 nachfördert.
Wie erwähnt, können der Sensor 10, die Erfassungseinrichtung 11, die Steuer- oder Regeleinrichtung 12 und der Verstellmechanismus 13 Teile der Schweißeinrichtung sein. Die erwähnten Komponenten Sensor 10, Erfassungseinrichtung 11, Steuer- oder Regeleinrichtung 12 und Verstellmechanismus 13 können ganz oder teilweise auch von der Schweißeinrichtung separate Komponenten sein, die z.B. in Form eines Nachrüstsatzes bereits gestellt werden können, um eine vorhandene Schweißeinrichtung um die erfindungsgemäße Funktionalität zu erweitern.
Zur Erzeugung des Lichtbogens 5 ist der Schweißdraht 4 über eine elektrische Leitung 8 mit der Energieversorgungseinrichtung 7 verbunden. Die Energieversorgungseinrichtung 7 ist außerdem über eine elektrische Leitung 9 mit dem Untergrund 2 verbunden.
Über den Sensor 10 wird wenigstens eine elektrische Kenngröße des Lichtbogens 5 gemessen, beispielsweise der durch die elektrische Leitung 9 fließende Strom. Wird die Schweißanlage mit konstantem Strom der Energieversorgungseinrichtung 7 betrieben, so kann statt der Strommessung durch den Sensor 10 eine Spannungsmessung erfolgen. In diesem Fall kann die über den Lichtbogen 5 abfallende Spannung gemessen werden, z .B. indem der Sensor 10 einerseits mit dem Untergrund 2 und andererseits mit einem elektrischen Messkontakt im Schweißkopf 3 verbunden wird.
Somit wird über den Sensor 10 zumindest eine solche elektrische Kenngröße des Lichtbogens 5 ermittelt, die aufgrund eines bekannten Zusammenhangs einen Rückschluss auf die Lichtbogenlänge erlaubt.
Die von dem Sensor 10 erfasste elektrische Kenngröße wird in der Erfassungseinrichtung 11 weiter verarbeitet und ausgewertet. Die Erfassungseinrichtung 11 prüft, ob die elektrische Kenngröße eine deutliche Veränderung der Länge des Lichtbogens 5 indiziert, insbesondere eine deutliche Verringerung der Länge des Lichtbogens. In diesem Fall ist davon auszugehen, dass der Schweißkopf 3 beim Bewegen gegenüber dem Untergrund 2 auf eine bereits erzeugte Schweißraupe trifft. In diesem Fall erzeugt die Erfassungseinrichtung 11 ein das Vorhandensein des Höhenunterschieds kennzeichnendes Zustandssignal und/oder ein Höhensignal, dass den Höhenunterschied quantifiziert, beispielsweise in Millimetern.
Das Zustandssignal und/oder das Höhensignal kann über eine Schnittstelle der Erfassungseinrichtung 11 an ein weiteres Gerät abgegeben werden, beispielsweise an die Steuer- oder Regeleinrichtung 12. Die Steuer- oder Regeleinrichtung 12 kann daraufhin den Verstellmechanismus 13 derart ansteuern, dass der Abstand des Schweißkopfs 3 vom Untergrund 2 derart vergrößert wird, dass der Höhenunterschied durch die bereits erzeugte Schweißraupe kompensiert wird, d. h. über den Verstellmechanismus 13 wird der Schweißkopf 3 etwas weiter vom Untergrund 2 beabstandet.
Die Schweißeinrichtung weist weitere automatische Verstellmechanismen auf, durch die der Schweißkopf 3 gegenüber dem Untergrund 2 bewegt werden kann, beispielsweise in X- und Y-Richtung. Dies kann dadurch realisiert sein, dass der Schweißkopf 3 und/oder der Untergrund 2 bewegt wird. Entscheidend ist, dass eine Relativbewegung zwischen dem Schweißkopf 3 und dem Untergrund 2 automatisch durchgeführt werden kann.
Die 2 zeigt das Nachjustieren des Schweißkopfs 3 bei Erreichen einer bereits erzeugten Schweißraupe in zusätzlicher Detaildarstellung. Der Schweißkopf 3 ist dabei in 3 Schritten A, B und C dargestellt. In diesem Fall wird ein additiver Fertigungsprozess gezeigt. In diesem Fertigungsprozess sind auf dem Untergrund 2 bereits mehrere Lagen von bereits erzeugten Schweißraupen 14 vorhanden. Auf der obersten Schweißraupe 14 wird die durch die Schweißeinrichtung aufgebrachte aktuelle Schweißraupe 1 erzeugt. Wie man in dem Schritt A erkennt, hat bei korrekter Einstellung aller Parameter der Lichtbogen 5 eine Lichtbogenlänge L1.
Erreicht der Schweißkopf 3 nun im Schritt B eine bereits erzeugte Schweißraupe 14, führt dies zwangsläufig dazu, dass sich die Lichtbogenlänge auf ein Maß L2 verringert. Diese verringerte Lichtbogenlänge wird durch die Erfassungseinrichtung 11 über den Sensor 10 erfasst. Die Erfassungseinrichtung 11 erzeugt das Zustandssignal und/oder das Höhensignal und gibt dieses an die Steuer- oder Regeleinrichtung 12 ab, die die Verstellung des Schweißkopfs 3 durchführt.
Im Schritt C ist die Verstellung des Schweißkopfs 3 erfolgt, d. h. der Schweißkopf 3 ist um das Maß H vom Untergrund 2 fortbewegt worden. Das Maß H entspricht dabei der mittleren Höhe einer Schweißraupe 1, 14. Wie man erkennt stellt sich nun auch wieder die korrekte Lichtbogenlänge L1 ein.
Bezugszeichenliste

1.: Schweißraupe
2.: Untergrund
3.: Schweißkopf
4.: Schweißdraht
5.: Lichtbogen
6.: Drahtvorschubeinrichtung
7.: Energieversorgungseinrichtung
8.: elektrische Leitung
9.: elektrische Leitung
10.: Sensor
11.: Erfassungseinrichtung
12.: Steuer- oder Regeleinrichtung
13.: Verstellmechanismus
14.: bereits erzeugte Schweißraupe

Claims

Verfahren zum Aufbringen einer Schweißraupe (1) auf einem Untergrund (2) mittels einer Schweißanlage, die wenigstens einen Schweißkopf (3) aufweist, durch den ein Schweißdraht (4) gefördert wird, wobei beim Bewegen des Schweißkopfs (3) gegenüber dem Untergrund (2) auf dem Untergrund (2) eine Schweißraupe (1) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bewegen des Schweißkopfs (3) gegenüber dem Untergrund (2) mittels wenigstens eines Sensors (10) automatisch ein Höhenunterschied auf dem Untergrund (2) detektiert wird, der sich in der Größenordnung einer mittels der Schweißanlage bereits erzeugten Schweißraupe (14) vom Untergrund (2) abhebt, und bei Detektierung dieses Höhenunterschieds ein zumindest das Vorhandensein des Höhenunterschieds kennzeichnendes Zustandssignal und/oder ein Höhensignal, das den Höhenunterschied quantifiziert, erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißanlage eine Lichtbogenschweißanlage ist und der Höhenunterschied anhand wenigstens einer gemessenen elektrischen Kenngröße, insbesondere Strom und/oder Spannung, des Lichtbogens (5) der Lichtbogenschweißanlage detektiert und/oder quantifiziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom Zustandssignal und/oder dem Höhensignal automatisch der weitere Ablauf der mittels der Schweißanlage durchgeführten Aufbringung der Schweißraupe (1) zumindest hinsichtlich eines Betriebsparameters verändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom Zustandssignal und/oder dem Höhensignal automatisch der Abstand des Schweißkopfs (3) vom Untergrund (2) verändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom Zustandssignal und/oder dem Höhensignal automatisch der Abstand des Schweißkopfs (3) vom Untergrund (2) um den mittels des Höhensignals quantifizierten Höhenunterschied vergrößert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem additiven Fertigungsprozess durch die Aufbringung der Schweißraupe (1) ein metallisches Bauteil zumindest teilweise hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zustandssignal und/oder das Höhensignal über eine Schnittstelle an ein weiteres Gerät übertragen wird und/oder auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt wird.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner ausgeführt wird.
Schweißeinrichtung mit wenigstens einem Schweißkopf (3) und einer Drahtvorschubeinrichtung (6), durch die ein Schweißdraht (4) automatisch durch den Schweißkopf (3) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißeinrichtung eine Erfassungseinrichtung (11) aufweist, die dazu eingerichtet ist, beim Bewegen des Schweißkopfs (3) gegenüber dem Untergrund (2) mittels wenigstens eines Sensors (10) automatisch einen Höhenunterschied auf dem Untergrund (2) zu detektieren, der sich in der Größenordnung einer mittels der Schweißanlage bereits erzeugten Schweißraupe (14) vom Untergrund (2) abhebt, und bei Detektierung dieses Höhenunterschieds ein zumindest das Vorhandensein des Höhenunterschieds kennzeichnendes Zustandssignal und/oder ein Höhensignal, das den Höhenunterschied quantifiziert, zu erzeugen.
Schweißeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (11) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist.
Schweißeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißeinrichtung einen Verstellmechanismus (13) aufweist, durch den der Abstand zwischen dem Schweißkopf (3) und einem mit einer Schweißraupe (1) zu versehenen Untergrund (2) automatisch verstellbar ist, wobei eine Steuer- oder Regeleinrichtung (12) der Schweißeinrichtung dazu eingerichtet ist, abhängig vom Zustandssignal und/oder dem Höhensignal automatisch den weiteren Ablauf der mittels der Schweißanlage durchgeführten Aufbringung der Schweißraupe (1) zumindest hinsichtlich eines Betriebsparameters zu verändern.
Schweißeinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißeinrichtung einen Verstellmechanismus (13) aufweist, durch den der Abstand zwischen dem Schweißkopf (3) und einem mit einer Schweißraupe (1) zu versehenen Untergrund (2) automatisch verstellbar ist, wobei eine Steuer- oder Regeleinrichtung (12) der Schweißeinrichtung dazu eingerichtet ist, abhängig vom Zustandssignal und/oder dem Höhensignal automatisch den Abstand des Schweißkopfs (3) vom Untergrund (2) um den mittels des Höhensignals quantifizierten Höhenunterschied zu vergrößern.
Nachrüstsatz zur Erweiterung einer Schweißeinrichtung, wobei die Schweißeinrichtung wenigstens einen Schweißkopf (3) und eine Drahtvorschubeinrichtung (6) aufweist, durch die ein Schweißdraht (4) automatisch durch den Schweißkopf (3) förderbar ist, wobei durch den Nachrüstsatz die Schweißeinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufrüstbar ist, wobei der Nachrüstsatz eine, mehrere oder alle der folgenden Komponenten a), b), c), d) aufweist: a) einen Sensor (10) zur Detektion eines Höhenunterschieds auf dem Untergrund (2), b) eine Erfassungseinrichtung (11) die dazu eingerichtet ist, beim Bewegen des Schweißkopfs (3) gegenüber dem Untergrund (2) mittels wenigstens eines Sensors (10) automatisch einen Höhenunterschied auf dem Untergrund (2) zu detektieren, der sich in der Größenordnung einer mittels der Schweißanlage bereits erzeugten Schweißraupe (14) vom Untergrund (2) abhebt, und bei der Detektierung dieses Höhenunterschiedes ein zumindest das Vorhandensein des Höhenunterschieds kennzeichnendes Zustandssignal und/oder ein Höhensignal, dass den Höheunterschied quantifiziert, zu erzeugen, c) eine Steuer- oder Regeleinrichtung (12), die dazu eingerichtet ist, abhängig vom Zustandssignal und/oder dem Höhensignal automatisch den weiteren Ablauf der mittels der Schweißanlage durchgeführten Aufbringung der Schweißraupe (1) zumindest hinsichtlich eines Betriebsparameters zu verändern, d) einen Verstellmechanismus (13), durch den der Abstand zwischen dem Schweißkopf (3) und einem mit einer Schweißraupe (1) zu versehenden Untergrund (2) automatisch verstellbar ist.