-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Schweißbrenners, sowie eine Schweißvorrichtung.
-
Stand der Technik
-
Schweißverfahren, wie beispielsweise Schmelzschweißverfahren oder Pressschweißverfahren, werden heutzutage oft vollständig automatisiert durchgeführt. Dabei werden die zu verbindenden Bauteile derart angeordnet, dass die Stellen, an denen die Bauteile verbunden werden sollen, über- bzw. nebeneinander liegen. Ein Schweißbrenner wird von einer Schweißvorrichtung entlang dreier linear unabhängiger Raumachsen (beispielsweise x-, y- und z-Achse) im dreidimensionalen Raum bewegt, wobei ferner Rotationen um die Raumachsen (x-, y- und z-Achse) möglich sind. Die zu verbindenden Bauteile werden durch den Schweißbrenner an den Fügestellen aufgeschmolzen und somit miteinander verbunden.
-
Ein Benutzer kann dabei direkt oder indirekt, beispielsweise über eine Bildübertragung, den Schweißvorgang beobachten. Wird beispielsweise der Schweißvorgang nicht korrekt ausgeführt, d.h. der Schweißbrenner schmilzt beispielsweise die zu verbindenden Bauteile nicht an der gewünschten Stelle, z.B. nicht an der Fügestelle, kann der Benutzer über mindestens einen Steuerknopf (z.B. Steuerung der Rotation um eine der x-, y- oder z-Achse) und einen Joystick (z.B. Steuerung der Bewegung ientlang der x-, y- oder z-Achse) in den Schweißvorgang eingreifen und den Schweißvorgang korrigieren.
-
Jedoch ist die Steuerung des Schweißbrenners über Steuerknöpfe und Joystick im dreidimensionalen Raum nicht intuitiv und stellt den Benutzer beispielsweise vor Schwierigkeiten. Die Steuerung des Schweißbrenners ist beispielsweise nicht präzise genug, so dass Schweißnähte z.B. zu dick oder zu dünn oder an der falschen Stelle ausgebildet werden.
-
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine intuitive Steuerung des Schweißbrenners im dreidimensionalen Raum bereitzustellen, die präzise, also insbesondere maß- sowie winkelgenau, und einfach zu handhaben ist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Steuerung eines Schweißbrenners mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Schweißvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines Schweißbrenners umfasst das Steuern mittels eines von dem Schweißbrenner räumlich entfernten Bedienelements. Die Steuerung des Schweißbrenners erfolgt dabei in Abhängigkeit einer Betätigung des Bedienelements durch einen Benutzer, derart, dass translatorische Bewegungen des Bedienelements entlang dreier linear unabhängiger Raumachsen und/oder rotatorische Bewegungen des Bedienelements um wenigstens eine der Raumachsen (x-, y- und z-Achse) erfasst und in entsprechende translatorische bzw. rotatorische Bewegungen des Schweißbrenners umgesetzt werden.
-
Je nach Anwendungsbereich kann der Schweißbrenner beispielsweise ein Schweißbrenner sein, der einen Schweißdraht sowie die zu verbindenden Bauteile mittels Flamme schmilzt, um die Bauteile zu verbinden. Dazu weist der Schweißbrenner beispielsweise eine Brennerdüse auf, aus der eine Flamme austritt. Die Flamme wird beispielsweise mittels eines Gemisches aus Acetylen (Ethin, C2H2) und Sauerstoff (O2) oder dergleichen erzeugt. Alternativ können auch Schweißbrenner verwendet werden, die die zu verbindenden Bauteile beispielsweise mittels Lichtbogens schmelzen. Hierzu weist der Schweißbrenner anstelle der Brennerdüse eine Drahtelektrode, beispielsweise in Form einer Stabelektrode, auf, die den Lichtbogen erzeugt.
-
Das Bedienelement ist räumlich vom Schweißbrenner entfernt. Der Schweißbrenner kann beispielsweise in einem Raum, z.B. in einer Fabrik oder Werkhalle, angeordnet sein, während das Bedienelement in einem angrenzenden und/oder einem weiter entfernt liegenden Raum, beispielsweise in einer Steuerzentrale, angeordnet ist. Das Bedienelement weist entweder die gleiche Größe wie der Schweißbrenner auf, oder ist größer oder kleiner als der Schweißbrenner.
-
Der Benutzer kann den Schweißvorgang beispielsweise aus der Steuerzentrale während des automatisierten Schweißvorgangs beobachten. Dazu wird beispielsweise der Schweißvorgang durch eine Kamera in der Fabrik oder der Werkhalle aufgezeichnet und auf einen Bildschirm, der in der Steuerzentrale angeordnet ist, übertragen, so dass der Benutzer den Schweißvorgang überwachen kann. Die Kamera kann insbesondere an dem Schweißbrenner angebracht sein. Es ist auch denkbar, dass die Steuerzentrale derart an der Fabrik oder Werkhalle angeordnet ist, dass die Steuerzentrale beispielsweise nur durch ein Glasfenster oder eine Plexiglasscheibe getrennt ist, so dass der Benutzer zudem durch direkten Sichtkontakt den Schweißvorgang beobachten und überwachen kann.
-
Unter einer translatorischen Bewegung des Bedienelements entlang dreier linear unabhängiger Raumachsen wird insbesondere die Bewegung entlang einer x-, y- oder z-Achse bzw. in einem durch diese Achsen aufgespannten Raum verstanden. Unter einer rotatorischen Bewegung des Bedienelements um wenigstens eine der Raumachsen wird die Rotation um die x-, die y- oder die z-Achse verstanden.
-
Wird das Bedienelement von dem Benutzer manuell beispielsweise entlang der x-Achse betätigt bzw. bewegt, hat dies zur Folge, dass sich auch der Schweißbrenner entlang der x-Achse bewegt. Gleiches gilt für Bewegungen in die y- sowie in die z-Achse. Ferner kann zumindest die Rotation um eine der x-, y- und z-Achse des Bedienelements in eine Rotation des Schweißbrenners um die gleiche Achse umgesetzt werden.
-
Unter manueller Betätigung bzw. Bewegung wird verstanden, dass der Benutzer das Bedienelement in den Händen hält und bewegt, als würde er einen Schweißbrenner zur Durchführung eines Schweißvorganges in den Händen halten und bewegen. Der Benutzer führt somit einen gewissermaßen virtuellen Schweißvorgang aus, der entsprechend von dem Schweißbrenner durchgeführt wird.
-
Im Stand der Technik wird der Schweißbrenner beispielsweise mittels Joystick entlang der x-, y- und z-Achsen translatorisch und mittels mindestens einem Steuerknopf rotatorisch zumindest um eine der x-, y- und z-Achsen bewegt. Somit sind im Stand der Technik zumindest der Joystick und mindestens ein Steuerknopf notwendig, um den Schweißbrenner zu steuern. Im Vergleich dazu, kann in der vorliegenden Erfindung der Schweißbrenner einzig durch das Bedienelement gesteuert werden. Da die Betätigung des Bedienelements der Betätigung eines Schweißbrenners entspricht, ist die Betätigung intuitiver und leichter zu handhaben, als die Betätigung mittels Joystick und/oder Steuerknöpfen.
-
Auch wenn hier insbesondere auf einen automatisierten Schweißvorgang Bezug genommen wird, muss der Schweißvorgang nicht automatisiert durchgeführt werden. Es ist auch möglich, den Schweißbrenner über das Bedienelement zu betätigen und hierbei einen Schweißvorgang vollständig manuell auszuführen.
-
Vorteilhafterweise werden rotatorische Bewegungen des Bedienelements um zwei oder drei Raumachsen erfasst und in rotatorische Bewegungen des Schweißbrenners umgesetzt. Die Bewegungen des Bedienelements können somit vollständig auf den Schweißbrenner übertragen und von diesem umgesetzt werden. Dies ermöglicht nicht nur eine präzise translatorische Bewegung des Schweißbrenners in alle drei Raumachsen, sondern auch eine präzise rotatorische Bewegung um diese Raumachsen. Somit kann der Schweißbrenner mittels des Bedienelements intuitiv und einfach gesteuert werden, wodurch eine einfache Korrektur des Schweißvorgangs durch den Benutzer ermöglicht wird.
-
Vorteilhafterweise werden die Bewegungen des Bedienelements durch mindestens einen Detektor erfasst. Als Detektor wird beispielsweise ein Sensor oder eine Kamera verwendet. Der Sensor kann beispielsweise an der Außenseite des Bedienelements angebracht oder im Inneren des Bedienelements verbaut sein. Als Sensoren können beispielsweise Bewegungssensoren wie Neigungssensoren, Drehimpulssensoren oder Beschleunigungssensoren verwendet werden, die die jeweilige Bewegung oder Drehung des Bedienelements erfassen. Ferner können von dem Bedienelement räumlich entfernte Detektoren, wie optische Sensoren und/oder eine Kamera verwendet werden, die die Bewegungen des Bedienelements optisch erfassen.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass beispielsweise auch eine Kombination von Bewegungssensoren und optischen Sensoren verwendet werden kann, um die Bewegung des Bedienelements exakt zu erfassen.
-
Vorteilhafterweise werden die Bewegungen des Bedienelements in einem bestimmten Umsetzungsverhältnis in Bewegungen des Schweißbrenners umgesetzt. Das Umsetzungsverhältnis wird dabei insbesondere in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Größe des Bedienelements zu der Größe des Schweißbrenners gewählt.
-
Weist z.B. das Bedienelement die gleiche Größe wie der Schweißbrenner auf, wird insbesondere ein Umsetzungsverhältnis von 1:1 gewählt. Das heißt, wird das Bedienelement beispielsweise um eine bestimmte Länge, z.B. 10 cm, entlang der x-Achse bewegt, wird der Schweißbrenner ebenfalls um die bestimmte Länge, also 10 cm, entlang der x-Achse bewegt. In analoger Weise führt eine rotatorische Bewegung des Bedienelements beispielsweise um 10° um die x-Achse dazu, dass der Schweißbrenner ebenfalls um 10° um die x-Achse gedreht bzw. geneigt wird.
-
Ist beispielsweise der Schweißbrenner doppelt so groß wie das Bedienelement, ist es vorteilhaft, ein Umsetzungsverhältnis von 1:2 zu wählen. Wird das Bedienelement hier beispielsweise um 10 cm entlang der x-Achse bewegt, wird der Schweißbrenner um 20 cm entlang der x-Achse bewegt.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass je nach Anwendung auch ein anderes Umsetzungsverhältnis gewählt werden kann. Es ist denkbar, auch in einem Fall, in dem das Bedienelement und der Schweißbrenner die gleiche Größe aufweisen, beispielsweise ein Umsetzungsverhältnis von 1:2, 1:4 oder 1:8 zu wählen.
-
Vorteilhafterweise wird als Bedienelement ein Bedienelement in Form eines Schweißbrenners verwendet, man spricht hier auch von einem sog. Schweißbrenner-Dummy. Das Bedienelement weist hierbei einen Griffabschnitt und einen in der Form einer Brennerdüse gestalteten Formabschnitt auf. Das Bedienelement bildet somit die Form eines Schweißbrenners nach, so dass der Benutzer das Gefühl hat, er würde einen echten Schweißbrenner in der Hand halten. Der Griffabschnitt dient dazu, von dem Benutzer gegriffen zu werden, wobei der Formabschnitt dem Benutzer bei der Orientierung hilft, so dass der Benutzer weiß, wie er das Bedienelement halten oder bewegen muss, um den Schweißvorgang zu korrigieren und durchzuführen.
-
Der Benutzer, der beispielsweise ein geübter Schweißer ist, beobachtet beispielsweise auf einem Bildschirm den automatisierten Schweißvorgang in Ego- bzw. Ich-Perspektive. Dazu ist beispielsweise eine Kamera, insbesondere eine hitzebeständige Kamera, an oder in der Nähe der Brennerdüse oder der Stabelektrode des Schweißbrenners angebracht. Erkennt der Benutzer, dass eine Korrektur des Schweißvorgangs notwendig ist, kann der Benutzer das Bedienelement dazu verwenden, den Schweißvorgang zu korrigieren. Dazu hält der Benutzer das Bedienelement beispielsweise derart in der Hand, dass der Formabschnitt in Richtung des Bildschirms, insbesondere auf eine Stelle, z.B. auf die Fügestelle, zeigt. Während der Benutzer den Bildschirm betrachtet, kann er das Bedienelement beispielsweise entlang der Fügestelle bewegen und dabei beobachten, wie sich der Schweißbrenner in analoger Weise bewegt und die Fügestelle fügt. Eine derartige Korrektur des Schweißvorgangs ist somit intuitiv und leicht durchführbar.
-
Wie oben erwähnt ist es jedoch auch möglich, den Schweißvorgang vollständig manuell mittels des Bedienelements durchzuführen, wobei die Bewegungen des Bedienelements auf den Schweißbrenner übertragen werden. In einem solchen Fall wird bevorzugt, dass an dem Bedienelement, beispielsweise am Griffabschnitt, mindestens ein Schalter oder Knopf angeordnet ist. Der Schalter dient beispielsweise dazu, den Schweißbrenner an- und auszuschalten. Auch kann ein Druckknopf vorgesehen sein, der die Höhe der Stromstärke insbesondere beim Lichtbogenschweißen steuert, wobei die Stromstärke in Abhängigkeit von dem auf den Druckknopf ausgeübten Druck gesteuert werden kann, z.B. je höher der Druck, desto höher auch die Stromstärke. Alternativ ist auch möglich, die Stromstärke mittels eines Drehknopfes zu ändern.
-
Vorteilhafterweise ist der Formabschnitt in Bezug auf den Griffabschnitt geneigt ausgebildet. Dies bildet die Form eines Schweißbrenners möglichst real nach, so dass dem Benutzer ferner das Gefühl vermittelt wird, er würde einen „echten“ Schweißbrenner betätigen.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass zwischen dem Griffabschnitt und dem Formabschnitt ferner ein weiterer Abschnitt, z.B. ein Übergangsabschnitt oder Halsabschnitt, vorgesehen sein kann, wobei dieser gerade ausgebildet oder gekrümmt sein kann.
-
Vorteilhafterweise wird der Schweißbrenner elektrisch, elektronisch, mechanisch, mechatronisch oder pneumatisch bewegt. Die Art der Bewegung des Schweißbrenners kann je nach Anwendung von einem Fachmann in geeigneter Weise gewählt werden.
-
Vorteilhafterweise wird mit dem Schweißbrenner ein Schweißprozess unter Schutzgas durchgeführt. Als Schutzgas wird insbesondere ein inertes Gas oder ein aktives Gas verwendet. Beim MIG-Schweißen (Metallschweißen mit inerten Gasen) werden insbesondere inerte Gase, wie Edelgase, z.B. Helium, Neon, Argon, sowie Mischungen davon, sowie Stickstoff oder Schwefelhexafluorid verwendet. Das MIG-Schweißen ist insbesondere für das Schweißen von Materialien wie Aluminium, Kupfer, Magnesium oder Titan geeignet.
-
Beim MAG-Schweißen (Metallschweißen mit aktiven Gasen) werden insbesondere aktive, d.h. reaktionsfreudige Gase, wie beispielsweise Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff verwendet, wobei das MAG-Schweißen insbesondere bei unlegierten oder niedriglegierten Werkstoffen zur Anwendung kommt.
-
Die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung weist einen Schweißbrenner und ein von dem Schweißbrenner räumlich entferntes Bedienelement auf. Die Schweißvorrichtung weist eine Steuervorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, den Schweißbrenner in Abhängigkeit von einer Betätigung des Bedienelements durch einen Benutzer zu steuern. Es ist ein Detektor vorgesehen, der die translatorischen Bewegungen des Bedienelements entlang dreier linear unabhängiger Raumachsen und/oder die rotatorischen Bewegungen des Bedienelements um wenigstens eine der Raumachsen erfasst, wobei die Bewegungen des Bedienelements in translatorische und/oder rotatorische Bewegungen des Schweißbrenners umsetzbar sind.
-
Der Detektor detektiert die Bewegungen des Bedienelements und sendet diese in Form von Bewegungsinformationen an die Steuervorrichtung. Der Detektor kann beispielsweise mittels Kabeln oder kabellos mit der Steuervorrichtung verbunden sein. Die Steuervorrichtung verarbeitet beispielsweise diese Bewegungsinformationen derart, dass die Steuervorrichtung den Schweißbrenner in analoger Weise bewegt. Dazu kann die Steuervorrichtung Mittel, beispielsweise einen Antriebsmechanismus aufweisen, der mit drei Achsen, d.h. x-, y- und z-Achse, verbunden ist, die direkt mit dem Schweißbrenner verbunden sind und die translatorischen Bewegungen entlang der x-, y- und z-Achse direkt auf den Schweißbrenner übertragen. Ferner ist zumindest die Rotation des Schweißbrenners um wenigstens eine der Raumachsen möglich.
-
Ferner weist die Schweißvorrichtung Mittel auf, die es erlauben, die Steuervorrichtung derart zu programmieren, dass ein automatisierter Schweißvorgang mit dem Schweißbrenner durchgeführt werden kann. Dies kann beispielsweise ein mit der Steuervorrichtung verbundener Computer sein, auf dem ein Computerprogramm ausgeführt wird.
-
Vorteilhafterweise sind rotatorische Bewegungen des Bedienelements um zwei oder drei der Raumachsen erfassbar, wobei diese in rotatorische Bewegungen des Schweißbrenners umsetzbar sind. Hierbei erlaubt der Antriebsmechanismus die Rotation des Schweißbrenners um zwei oder drei Raumachsen. Der Schweißbrenner ist dadurch beweglicher und präziser steuerbar.
-
Vorteilhafterweise ist der Detektor ein Sensor oder eine Kamera. Hier können, wie beim Verfahren oben erläutert, dieselben Sensoren und Kameras verwendet werden.
-
Auch wird vorteilhafterweise dasselbe Bedienelement, wie dies oben beim Verfahren erläutert wurde, in der Schweißvorrichtung verwendet.
-
Vorteilhafterweise ist der Schweißbrenner durch die Steuervorrichtung elektrisch, elektronisch, mechanisch, mechatronisch oder pneumatisch bewegbar. Dabei werden insbesondere die Achsen, die mit dem Schweißbrenner verbunden sind, auf die jeweilige Art und Weise durch den Antriebsmechanismus bewegt, wobei dies gleichzeitig den Schweißbrenner bewegt. Je nach Anwendung kann die Art der Bewegung des Schweißbrenners von einem Fachmann in geeigneter Weise gewählt werden. Die Antriebsvorrichtung kann dazu beispielsweise Pneumatikzylinder aufweisen, die die drei Achsen mittels Druckluft bewegen.
-
Vorteilhafterweise ist die Schweißvorrichtung zum Teil in einer ersten Kammer und in einer zweiten Kammer angeordnet. In der ersten Kammer ist beispielsweise der Schweißbrenner angeordnet, wobei in der ersten Kammer der Schweißvorgang durchgeführt wird. Die zweite Kammer ist beispielsweise eine Steuerzentrale, in der das Bedienelement angeordnet ist. Der Benutzer kann den Schweißvorgang von der Steuerzentrale aus beobachten und überwachen und mittels des Bedienelements in den Schweißvorgang eingreifen.
-
Vorteilhafterweise ist die erste Kammer von der zweiten Kammer, beispielsweise durch ein Glasfenster oder eine Plexiglasscheibe, getrennt. Dies ermöglicht insbesondere, dass der Benutzer den Schweißvorgang direkt beobachten kann. Er ist hierbei nicht auf eine Übertragung des Schweißvorgangs, beispielsweise mittels einer Kamera in die Steuerzentrale, angewiesen.
-
Jedoch kann eine zusätzliche Übertragung eines aufgenommenen Bildes von einer Kamera, insbesondere einer Kamera, die an oder in der Nähe der Brennerdüse angebracht ist, die Überwachung erleichtern, da hier die Kamera die Schweißnaht aufnimmt, während die Sicht durch das Glasfenster oder die Plexiglasscheibe versperrt sein kann. Auch kann die Anzeige des Kamerabildes bei der Betätigung des Bedienelements sowie bei der Korrektur des Schweißvorgangs, wie oben beschrieben, erleichtern.
-
Vorteilhafterweise weist die Schweißvorrichtung eine Schutzgaseinleitung auf, die dazu eingerichtet ist, Schutzgas in die erste Kammer einzuleiten. Auch hier wird als Schutzgas insbesondere ein inertes Gas oder ein aktives Gas verwendet. Das Schutzgas wird in die erste Kammer eingeleitet und dient dort dazu, die Elektrode oder die Schmelze von der Umgebungsluft abzuschirmen und so vor ungewollten chemischen Reaktionen zu schützen. Bevorzugt wird die Schutzgaseinleitung in den Schweißbrenner integriert ausgebildet, so dass beim Schweißen das Schutzgas direkt vom Schweißbrenner selbst dort eingeleitet wird, wo das Schutzgas benötigt wird.
-
Je nach Wahl des Schutzgases ermöglicht die Schweißvorrichtung somit, wie oben beschrieben, dass ein MIG- oder MAG-Schweißverfahren durchgeführt werden kann.
-
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt rein schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bedienelements einer Schweißvorrichtung in einer Seitenansicht.
- 2 zeigt schematisch die bevorzugte Ausführungsform des Bedienelements gemäß 1 in einer Draufsicht.
- 3 zeigt schematisch die bevorzugte Ausführungsform des Bedienelements gemäß 1 in einer Vorderansicht.
- 4 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung.
-
Identische Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder baugleiche Elemente und werden nicht jedes Mal gesondert erläutert.
-
In 1 ist schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bedienelements in einer Seitenansicht gezeigt und insgesamt mit 1 bezeichnet. Das Bedienelement 1 weist einen Griffabschnitt 10 und einen in der Form einer Brennerdüse gestalteten Formabschnitt 20 auf. Das Bedienelement 1 weist somit insgesamt die Form eines typischen Schweißbrenners auf. Ferner weist das Bedienelement 1 einen Halsabschnitt oder Übergangsabschnitt 30 auf, der zwischen dem Griffabschnitt 10 und dem Formabschnitt 20 angeordnet ist. Der Übergangsabschnitt 30 ist hier bezüglich einer Längserstreckungsrichtung des Griffabschnitts 10 gebogen und/oder gewinkelt ausgebildet.
-
Der Griffabschnitt 10 dient dazu, von einem Benutzer 40 (siehe 4) gegriffen zu werden, so dass der Benutzer 40 das Bedienelement 1 im Raum, beispielsweise translatorisch und/oder rotatorisch bewegen kann. Das Bedienelement 1 kann translatorisch entlang dreier unabhängiger Raumachsen, x-, y- und z-Achsen, bewegt werden. Die x-Achse verläuft hier in der Zeichenebene von links nach rechts und die z-Achse verläuft hier in der Zeichenebene von oben nach unten. Die y-Achse steht senkrecht zur x-Achse sowie zur z-Achse bzw. senkrecht zur Zeichenebene.
-
Eine translatorische Bewegung entlang der x-Achse entspricht hier somit einer Bewegung des Bedienelements 1 in Links-Rechts-Richtung in der Zeichenebene, eine Bewegung entlang der z-Achse entspricht einer Auf-Ab-Bewegung des Bedienelements 1 in der Zeichenebene und eine Bewegung entlang der y-Achse entspricht einer Bewegung des Bedienelements 1 in die Zeichenebene hinein oder us dieser heraus. Ferner ist es möglich, das Bedienelement 1 um die x-, die y- und die z-Achse rotatorisch zu bewegen bzw. zu drehen.
-
Die Bewegung des Bedienelements 1 wird entsprechend in eine Bewegung eines Schweißbrenners 100 (siehe 4) umgesetzt. Der Benutzer 40 kann somit mittels des Bedienelements 1 einen manuellen Schweißvorgang ausführen. Das Bedienelement 1 weist dazu ferner einen Knopf 35 auf, der dazu dient, den Schweißbrenner 100 ein- und auszuschalten.
-
In 2 ist schematisch die bevorzugte Ausführungsform des Bedienelements 1 in einer Draufsicht gezeigt. Wie in 2 zu erkennen ist, weist der Formabschnitt 20 hier z.B. einen kreisförmigen bzw. zylinderförmigen Körper auf. Der Formabschnitt 20 kann ferner einen hohlzylinderförmigen Körper aufweisen bzw. hohl ausgebildet sein, so dass das Gewicht gegenüber einem massiv ausgebildeten zylinderförmigen Körper reduziert ist. Dies führt dazu, dass der Benutzer 40 weniger Kraft aufwenden muss, um das Bedienelement 1 zu bewegen.
-
In 3 ist schematisch die bevorzugte Ausführungsform des Bedienelements 1 in einer Vorderansicht gezeigt. Auch der Griffabschnitt 10 kann beispielsweise einen kreisförmigen bzw. zylinderförmigen Körper aufweisen, der massiv oder aber als Hohlzylinder ausgebildet sein kann. Die Alternative als Hohlzylinder reduziert hier weiter das Gewicht des Bedienelements 1, so dass der Benutzer 40 das Bedienelement 1 leicht bewegen kann.
-
In 4 ist schematisch eine bevorzugte Ausführungsform einer Schweißvorrichtung gezeigt und insgesamt mit 1000 bezeichnet. Die Schweißvorrichtung ist dabei zum Teil in einer ersten Kammer 1100 und in einer zweiten Kammer 1200 angeordnet, wobei die erste Kammer 1100 und die zweite Kammer 1200 voneinander durch eine Glasscheibe 1300 getrennt sind. Es wird darauf hingewiesen, dass die erste Kammer 1100 und die zweite Kammer 1200 auch räumlich voneinander entfernt sein können.
-
In der zweiten Kammer 1200, die beispielsweise eine Steuerzentrale umfasst, ist das Bedienelement 1 gemäß den 1 bis 3 angeordnet. Das Bedienelement 1 wird hier von einem Benutzer 40 betätigt bzw. bewegt. Wie in den 1 bis 3 beschrieben, kann das Bedienelement 1 translatorisch entlang der drei voneinander unabhängigen Raumachsen und rotatorisch um mindestens eine der Achsen gedreht werden.
-
Zudem ist in der zweiten Kammer 1200 ein Detektor 50, hier in Form eines optischen Sensors, wie beispielsweise eine Kamera, vorgesehen, welcher die Bewegungen des Bedienelements 1 erfasst. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf einen optischen Sensor beschränkt und es können andere Sensoren, wie beispielsweise Bewegungssensoren vorgesehen sein, die beispielsweise an oder in dem Bedienelement 1 oder auch außerhalb von diesem in der Kammer 1200 verbaut sind.
-
In der ersten Kammer 1100 ist der Schweißbrenner 100 angeordnet. Der Schweißbrenner 100 weist, wie auch das Bedienelement 1, einen Griffabschnitt 110, eine Brennerdüse 120 sowie einen Übergangsabschnitt 130 auf. Der Griffabschnitt 110 des Schweißbrenners 100 ist entlang von drei Achsen 210, 220, 230 verschiebbar, wobei die Bewegung entlang der drei Achsen 210, 220, 230 mit einem Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) realisiert ist.
-
In der ersten Kammer 1100 ist zudem eine Steuervorrichtung 200 vorgesehen. Die Steuervorrichtung 200 ist mit einem Antriebsmechanismus des Schweißbrenners 100 verbunden. Die Steuervorrichtung 200 kann den Schweißbrenner 100 über den Antriebsmechanismus derart steuern, dass der Schweißbrenner 100 einen automatisierten Schweißvorgang durchführt.
-
Dabei wird eine translatorische Bewegung entlang der x-Achse über die Achse 210, eine translatorische Bewegung entlang der y-Achse über die Achse 220 und eine translatorische Bewegung entlang der z-Achse über die Achse 230 auf den Schweißbrenner 100 übertragen. Zudem kann der Antriebsmechanismus den Schweißbrenner 100 um jede der drei Achsen drehen. Hier wird die Bewegung des Schweißbrenners 100 rein mechanisch über die drei Achsen realisiert. Es ist jedoch möglich, dies auch auf anderen Wegen, beispielsweise elektrisch, elektronisch, mechatronisch oder pneumatisch. Für eine pneumatische Steuerung kann der Antriebsmechanismus beispielsweise Pneumatikzylinder aufweisen, die die Achsen mittels Druckluft bewegen.
-
Über eine Kamera 300 wird der automatisierte Schweißvorgang in der ersten Kammer 1100 aufgezeichnet und auf einen Bildschirm 60, der in der zweiten Kammer 1200 vorgesehen ist, übertragen. Der Benutzer 40 kann auf diesem Bildschirm 60 den Schweißvorgang beobachten und überwachen. Ferner kann der Benutzer 40 den Schweißvorgang direkt durch die Glasscheibe 1300 beobachten und überwachen.
-
Bemerkt der Benutzer 40, dass beispielsweise der Schweißbrenner 100 nicht korrekt entlang der Fügestelle zweier nicht näher beschriebener Metallplatten 400 verläuft und beispielsweise eine von der Fügestelle abweichende Schweißnaht ausbilden würde, kann der Benutzer 40 den Schweißvorgang über das Bedienelement 1 korrigieren und somit aktiv eingreifen.
-
Die Betätigung des Bedienelements 1 ist dabei für den Benutzer 40 intuitiv und leicht durchführbar, da der Benutzer 40, der ein geübter Schweißer ist, beispielsweise den Bildschirm 60 betrachten und das Bedienelement 1 bewegen kann, als würde er mit dem Bedienelement 1 direkt auf dem Bildschirm 60 die zwei Metallplatten 400 miteinander verschweißen.
-
Die Steuervorrichtung ist dazu mit dem Detektor 50 über ein Kabel 70 verbunden. Erfasst der Detektor 50 eine Bewegung des Bedienelements 1, sendet der Detektor 50 eine Bewegungsinformation an die Steuervorrichtung 200, wobei die Steuervorrichtung den Schweißbrenner 100 mittels des Antriebsmechanismus über die drei Achsen 210, 220, 230 in analoger Weise steuert.
-
Da in dieser Ausführungsform das Bedienelement 1 und der Schweißbrenner 100 die gleiche Größe aufweisen, wird hier insbesondere ein Umsetzungsverhältnis von 1:1 verwendet. Wird das Bedienelement 1 beispielsweise durch den Benutzer um 10 cm entlang der x-Achse nach oben bewegt, wird der Schweißbrenner 100 mittels der Achse 210 ebenfalls um 10 cm nach oben bewegt, so dass es beispielsweise möglich ist, den Schweißbrenner 100 korrekt entlang einer Fügestelle der Metallplatten 400 zu bewegen. In einer alternativen Ausführung kann die Größe des Schweißbrenners 100 und des Bedienelements 1 unterschiedlich ausgebildet sein. Ein Fachmann ist hierbei in der Lage, das Umsetzungsverhältnis den jeweiligen Größen von Schweißbrenner 100 und Bedienelement 1 auszuwählen. Mögliche Umsetzungsverhältnisse sind 1:2, 1:4, 1:8 oder andere geeignete Verhältnisse. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Umsetzungsverhältnisse beschränkt.
-
Während im Stand der Technik die Betätigung des Schweißbrenners durch einen Joystick und/oder mindestens einen Steuerknopf durchgeführt wird, wobei der Schweißbrenner zwar translatorisch entlang der drei Raumachsen, aber nicht rotatorisch um jede der drei Raumachsen drehbar ist, ist in der vorliegenden Erfindung die Betätigung des Schweißbrenners 100 mittels des Bedienelements 1 intuitiv, leicht durchführbar und unkompliziert. Ferner ist der Schweißbrenner 100 beweglicher und somit kann der Schweißvorgang vor allem bei einem Verschweißen von dreidimensional ausgebildeten Bauteilen besser und präziser korrigiert werden.
-
Hier wird insbesondere auf einen automatisierten Schweißvorgang Bezug genommen. In der zweiten Kammer 1200 ist ferner ein Computer (nicht gezeigt) angeordnet, auf dem ein Programm ausgeführt wird, das die Steuervorrichtung 200 veranlasst, den Schweißbrenner 100 derart zu bewegen, dass der automatisierte Schweißvorgang durchgeführt wird. Der Benutzer 40 greift somit lediglich korrigierend in den Schweißvorgang ein. Es ist aber auch möglich, den Schweißbrenner 100 über das Bedienelement 1 manuell zu betätigen und somit einen Schweißvorgang vollständig manuell auszuführen, ohne dass ein automatisierter Schweißvorgang vorher programmiert wurde.
-
Die Schweißvorrichtung 1000 weist ferner eine Schutzgaseinleitung (nicht gezeigt) auf, die dazu eingerichtet ist, Schutzgas in die erste Kammer 1100 einzuleiten. Als Schutzgas wird hier ein inertes Gas, z.B. Helium, verwendet. Das Schutzgas wird in die erste Kammer 1100 eingeleitet und dient dort dazu, die Elektrode oder die Schmelze an den Metallplatten 400 von der Umgebungsluft abzuschirmen und so vor ungewollten chemischen Reaktionen zu schützen. Bevorzugt wird die Schutzgaseinleitung in den Schweißbrenner 100 integriert ausgebildet, so dass beim Schweißen das Schutzgas direkt vom Schweißbrenner 100 selbst dort eingeleitet wird, wo das Schutzgas benötigt wird.
-
Die Schweißvorrichtung 1000 ermöglicht hier somit ein MIG-Schweißen. Es kann jedoch auch ein aktives Gas wie beispielsweise Kohlenstoffdioxid verwendet werden, so dass mit der Schweißvorrichtung 1000 auch ein MAG-Schweißen möglich ist.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass die Kamera 300, auch an der Brennerdüse 120 des Schweißbrenners 100 angeordnet sein kann, so dass beispielsweise die Schweißnaht an der Fügestelle deutlicher aufgezeichnet und auf den Bildschirm 60 übertragen werden kann. In diesem Fall ist es von Vorteil, dass die Kamera 300 eine hitzebeständige Kamera ist.
-
Ferner kann der Detektor 50 mindestens ein Bewegungssensor sein, der beispielsweise an oder in dem Bedienelement 1 verbaut ist. In einer solchen Alternative könnte die Bewegungsinformation beispielsweise mittels einer Funkverbindung von dem Bewegungssensor an die Steuervorrichtung 200 gesendet werden.
-
Auch wenn hier der Schweißbrenner einen Griffabschnitt 110, eine Brennerdüse 120 und einen Übergangsabschnitt 130 aufweist, können ferner andere Arten von Schweißbrennern verwendet werden. Auch kann die Bewegung der Steuervorrichtung 200 entlang der Achsen 210, 220, 230 mittels des Antriebsmechanismus anders realisiert werden.
