DE102020002142A1

DE102020002142A1 - Verfahren zur Herstellung und Bearbeitung eines aus Stahlprofilen zusammengesetzten Rahmens

Info

Publication number: DE102020002142A1
Application number: DE102020002142.5A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Hagemann; Robert Hagemann; Norman Hagemann
Original assignee: H & S Planungs und Entw Mbh; H & S Planungs und Entwicklungsgesellschaft Mbh
Current assignee: Hagemann Norman Dipl Ing Fh De; Hagemann Robert Dipl Ing Fh De
Priority date: 2019-04-04
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2020-10-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und Bearbeitung eines aus Stahlprofilen zusammengesetzten Rahmens mittels Schweiß- und Schleifroboter. Insbesondere dient das Verfahren zur Herstellung von viereckigen Rahmen und der dafür erforderlichen Bearbeitung von Stahlhohlprofilen durch Schweißen und Schleifen.Ausgehend vom Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung und Bearbeitung von aus Stahlprofilen zusammengefügten Rahmen, das einen geringeren zeitlichen und werkzeugtechnischen Aufwand erfordert und dabei die Sicherheit des technologischen Verfahrensablaufs erhöht.Gelöst wird diese Aufgabe, indem die zu verbindenden zugeschnittenen Rahmenteile mittels Justierecken und Schraubzwingen auf den Schweißtisch gespannt werden, die Koordinatenverläufe der auf der Vorder- und Rückseite des Rahmens herzustellenden Schweißnähte durch Übertragung der die Anfangs- und Eckpunkte kennzeichnenden Daten und die Bezeichnung der Stückliste aus der die Konstruktionsunterlagen speichernden Software auf den Server der Robotersteuerung geladen werden, durch Erfassung eines auf der Stückliste der Konstruktionssoftware aufgebrachten Codes mittels einer mit dem Schweißroboter verbundenen Kamera die Bezeichnung der Stückliste erfasst und von der Robotersteuerung mit der im Server gespeicherten Bezeichnung auf Identität verglichen wird und bei Feststellung der Identität der Bezeichnungen die Software zur Steuerung der Schweiß- und Schleifvorgänge gestartet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und Bearbeitung eines aus Stahlprofilen zusammengesetzten Rahmens mittels Schweiß- und Schleifroboter. Insbesondere dient das Verfahren zur Herstellung von viereckigen Rahmen und der dafür erforderlichen Bearbeitung von Stahlhohlprofilen durch Schweißen und Schleifen.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren sind für das Bearbeiten von großen und/oder komplizierten Werkstücken vorgesehen. So werden nach der EP 2 711 120 A1 ein Verfahren und zur Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtungen beschrieben die zum automatischen Bearbeiten, insbesondere Schweißen sehr großer Werkstücke geeignet sind. Dazu werden die Werkstücke durch einen Roboter gescannt und ein dreidimensionales Datenbild erzeugt. Für die Bearbeitung kommen Schweiß- und Schleifroboter zur Anwendung. Die zu bearbeitenden Werkstücke setzen sich dabei aus mehreren Lagen zusammen, die den hohen technischen Aufwand rechtfertigen. Für die Herstellung und Bearbeitung von einfachen Werkstücken wie beispielsweise aus Stahlprofilen zusammengesetzte Rahmen sind diese Verfahren zeitlich und technisch zu aufwendig.
Weiterhin bekannt ist nach der DE 20 2012 012 973 U1 ein System zum adaptiven Füllschweißen unter Verwendung einer Bildaufnahme, bei denen mittels einer Kamera entlang des Weges einer zu fertigenden Schweißnaht die jeweiligen Abstände zwischen den zu verbindenden Rändern erfasst wird. Dazu werden von der Kamera nacheinander Bilder von der herzustellenden Breite der Schweißnaht erfasst. Ausgehend von den jeweils folgenden erfassten Bildern werden mittels dazu eingesetzter Vorrichtungen Parameter für ein Schweißbrenner bestimmt. Der an einem Schweißroboter eingebrachte Schweißbrenner wird veranlasst, die Schweißnaht gemäß den bestimmten Parametern zu schweißen. Nachteilig an diesem System ist jedoch die ausschließliche Nutzung für die Herstellung von Schweißnähten und eine dafür vorgesehene kameratechnische Erfassung der unterschiedlichen Abstände der zu verbindenden Materialien entlang des Schweißweges.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung und Bearbeitung von aus Stahlprofilen zusammengefügten Rahmen, das einen geringeren zeitlichen und werkzeugtechnischen Aufwand erfordert und dabei die Sicherheit des technologischen Verfahrensablaufs erhöht.
Gelöst wird diese Aufgabe mit dem geschaffenen Verfahren entsprechend den beschreibenden Merkmalen nach Patentanspruch 1 Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens werden durch die Merkmale der Patentansprüche 2 bis 6 beschrieben.
Nachfolgend soll das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

1: ausgewählte Bearbeitungsstellungen des Schleifroboters entlang der Schleifnaht und
2: die schematische Darstellung der während des Schleifvorganges auftretenden Drehmomente und Kraftverläufe.

Verfahrensablauf
Im Ergebnis der fertig gestellten Planung der Schweißkonstruktion liegt vor Beginn des Verfahrensablaufes ein elektronischer Datensatz der Konstruktion auf der Grundlage eines Konstruktionsprogrammes vor.
Als erster Verfahrensschritt werden die zugeschnittenen und schweißtechnisch vorbereiteten Konstruktionsbauteile der Schweißkonstruktion auf den Grundplatten mit Spannecken und klappbaren Anschlägen ausgerichtet. Dazu werden die Teile mittels Schraubzwingen auf den Schweißtisch gespannt.
Über eine Schnittstelle wird der elektronische Datensatz der Konstruktion an die Robotersteuerung übergeben. Dieser Datensatz enthält z.B. Beispiel geometrische Daten, wie Profilquerschnitte, Konturen, Start- und Endpunkte der Schweißnähte, Abmessungen für alle 3 Koordinatenachsen und Ebenen der Konstruktion als auch elektronische Daten wie Stücklistennamen und Positionsnummem.
Auf der dazu parallel ausgedruckten Stückliste der Konstruktion ist ein Barcode oder QR-Code aufgebracht. Dieser wird als erste Sicherheitsschranke im Abgleich des Programmes mit der eingelegten Konstruktion genutzt. Der jeweilige Code wird von einem Kamerasystem ausgelesen. Die Robotersteuerung vergleicht dann die Namen beider Stücklisten. Liegt eine Übereinstimmung vor, startet dann das Hauptprogramm.
Im folgenden Verfahrensschritt fährt der Schweißroboter zum Drahtschneider und Gasdüsenreiniger. Dabei befindet sich der Schweißtisch in einer ihm vorgegebenen horizontalen oder horizontal verdrehten anwendungsabhängigen Lage, um die obere Ebene und die senkrechten Konturender Stahlkonstruktion zu schweißen.
Die Berechnung der Schweißnahtpositionen und das Schweißen der Schweißnähte in der oberen Ebene erfolgt durch die dazu eigens entwickelten Programme in der Robotersteuerung. Dazu werden die Daten aus dem an sie übertragenen elektronischen Datensatz genutzt. Die Robotersteuerung berechnet die theoretischen Start- und Endpunkte(Vektor) sowie die Ebenen der einzelnen Schweißnähte unter Einbeziehung des Datensatzes.
Nachfolgend fährt der Schweißroboter mit dem Kamerasystem an den theoretischen Start- und Endpunkt der in einer Reihenfolge festgelegten Schweißnähte. Hier ermittelt der Schweißroboter anhand des „Vision-Prozesses“ den physikalischen Vektor aus dem Start- und Endpunkt der jeweiligen Schweißnaht. Im Einzelnen nimmt dazu das Kamerasystem mittels des „Vision-Prozesses“ den Start- und Endpunkt der Schweißnaht auf und speichert diese Punkte als physische Koordinaten ab.
Anschließend schweißt der Schweißroboter die Schweißnaht anhand des ermittelten physischen Vektors sowie die senkrechte Kontur der Stahlkonstruktion.
Danach wird dieser Vorgang für alle Schweißverbindungen in der oberen Ebene der Konstruktion wiederholt.
In einem folgenden Verfahrensschritt greift der Schleifroboter auf die abgespeicherten physischen Koordinaten zurück und berechnet die erforderlichen Schleifbahnen. In funktioneller Verbindung des Kraftmesssensors mit der Schleifeinheit des Schleifroboters wird die physikalische Höhe des Profils ertastet. Die Steuerung des Schleifroboters berechnet dann auf der Grundlage der Parameter die Schleifzyklen um die Anforderungen an die Oberfläche der Stahlkonstruktion zu erfüllen.
Nach Beendigung aller Schweiß- und Schleifprozesse in der oberen Ebene, dreht sich der Schweißtisch in eine ihm erneut vorgegebenen Ebene. in dieser neuen Ebene werden die Schweiß- und Schleifprozesse wie vorstehend beschrieben wiederholt.
Nach dem Verfahrensende wird der Schweißtisch wieder in die ursprüngliche Lage gedreht. Die Stahlkonstruktion kann weiterbearbeitet und anschließend entnommen werden.
Mit der Darstellung der 1 werden ausgewählte Bearbeitungsstellungen des Schleifroboters entlang der Schleifnaht schematisch wiedergegeben. Dabei werden einzelne Bearbeitungsstellungen gezeigt, bei denen der Schleifroboter 1 über den Kraftmesssensor 4 mit der Schleifvorrichtung 2 verbunden ist. Während der Fortbewegung des Schleifroboters 1 entlang der Schleifnaht 3 wird vom Kraftmesssensor 4 der jeweils aktuell vorhandene Anpressdruck der Schleifvorrichtung 2 erfasst. Dieser Wert wird vom Schleifroboter 1 mit vorher abgespeicherten Sollwerten verglichen und die Steuerung des Schleifvorganges entsprechend angepasst.
Die schematische Darstellung der 2 zeigt die beim automatisierten Schleifvorgang auftretenden Kraft- und Drehmomentverläufe. Bei diesem Anwendungsfall steuert das interne Programm der Robotersteuerung den Schleifroboter mit vier Contouring Programmen. Zwei Programme dienen zum Messen der Profilhöhe bei einer Tischdrehung von 0° auf 180°. Mit den anderen zwei Programmen erhält der Roboter Informationen über den Anpressdruck, den Drehmomenten (M_x, M_y, M_z) und den Kräften (F_x, F_y, F_z). Als Sensor dient dafür der zwischen dem Schleifroboter 1 und der Schleifvorrichtung 2 angeordnete Kräftemesssensor 4. Der Kraftmesssensor 4 misst die auftretenden Kräfte und Momente, die beim Messen der Profilhöhe und beim Schleifen erreicht werden, wertet diese aus, um mit weiteren Prozessen zu beginnen oder diese zu beenden.
Der Schleifprozess wird analog dem Schweißprozess auf der Vorder- und Rückseite der der Stahlkonstruktion durchgeführt.
Bezugszeichenliste

1: Schleifroboter
2: Schleifvorrichtung
3: Schleifnaht
4: Kraftmesssensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2711120 A1 [0002]
DE 202012012973 U1 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung und Bearbeitung eines aus Stahlprofilen zusammengesetzten Rahmens mittels Schweiß- und Schleifroboter, dadurch gekennzeichnet, dass a) die zu verbindenden zugeschnittenen Rahmenteile mittels Justierecken und Schraubzwingen auf den Schweißtisch gespannt werden, b) die Koordinatenverläufe der auf der Vorder- und Rückseite des Rahmens herzustellenden Schweißnähte durch Übertragung der die Anfangs- und Eckpunkte kennzeichnenden Daten und die Bezeichnung der Stückliste aus der die Konstruktionsunterlagen speichernden Software auf den Server der Robotersteuerung geladen werden, c) durch Erfassung eines auf der Stückliste der Konstruktionssoftware aufgebrachten Codes mittels einer mit dem Schweißroboter verbundenen Kamera die Bezeichnung der Stückliste erfasst und von der Robotersteuerung mit der im Server gespeicherten Bezeichnung auf Identität verglichen wird und d) bei Feststellung der Identität der Bezeichnungen die Software zur Steuerung der Schweiß- und Schleifvorgänge gestartet wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die softwaregestützte Steuerung der Schweiß- und Schleifroboter zwecks Durchführung der Schweiß- und Schleifvorgänge derart erfolgt, indem a) für die Herstellung der ersten Schweißnaht die im Server gespeicherten Daten des Anfangs- und Endpunktes der Schweißnaht sowie die Profilhöhe zur Steuerung der Bewegung des Schweißroboters an den Anfangs- und Endpunkt der herzustellenden Schweißnaht genutzt werden, b) das Kamerasystem des Schweißroboters als erstes den Anfangspunkt erfasst, die Koordinaten des Anfangspunktes gespeichert werden, anschließend mit dem Kamerasystem der Endpunkt der Schweißnaht erfasst und gespeichert wird und danach die Robotersteuerung die Schweißnaht und die Höhe des Profils berechnet wird, c) der Schweißroboter am Endpunkt der Schweißnaht den Rahmen punktet und dann der Schweißvorgang vom Anfangs- zum Endpunkt durchgeführt wird. d) der Schweißroboter nach Beendigung des Schweißvorganges zur zweiten Ecke gesteuert bewegt wird, die Berechnung der zweiten Schweißnaht in gleicher Weise durchgeführt und der Schweißvorgang wie bei der ersten Ecke vorgenommen wird. e) nachdem der Schweißroboter den Anfangspunkt der zweiten Schweißnaht erreicht hat, errechnet der Schleifroboter unter Einbeziehung des abgespeicherten Anfangs- und Endpunktes der ersten Schweißbahn die Schleifbahn der ersten Schweißnaht und es wird mittels eines am Schleifroboter angebrachten Kraftmesssensors die physikalische Höhe des Profils gemessen sowie aus den Messwerten ermittelt, wie oft der Schleifroboter über die Schweißnaht schleifen muss, um die physikalische Höhe des Profils zu erreichen, um das Schweißgut flächenbündig zum Rahmen abzuschleifen, f) während der Zeit des Schleifens wird die zweite Ecke des Rahmens geschweißt und danach der Schleifroboter zur dritten Ecke des Rahmens gefahren, g) anschließend werden in der gleichen Abfolge die Schweiß- und Schleifvorgänge an der dritten und vierten Ecke durchgeführt, h) nach der Beendigung der Schweiß- und Schleifvorgänge auf der einen Seite des Rahmen wird der Schweißtisch um 180° gedreht, i) alle vorbenannten Verfahrensschritte werden danach auf der anderen Rahmenseite in gleicher Abfolge durchgeführt und j) nach der Durchführung aller Schweiß- und Schleifvorgänge wird der Schweißtisch wieder in die Ausgangsstellung gedreht, der Rahmen entnommen und weiterverarbeitenden Abläufen zugeführt.
Verfahren nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißroboter zwecks Herstellung der Schweißverbindungen auf der vertikalen Kontur des Rahmens zum Drahtschneider und Gasdüsenreiniger gesteuert wird.
Verfahren nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftmesssensor (4) während des Schleifvorganges entlang der Schleifnaht (3) den Anpressdruck erfasst und dem Schleifroboter (1) zuleitet, der den jeweilig erfassten Wert mit den errechneten Werten vergleicht und entsprechende korrigierende Steuerungen des Schleifvorganges auslöst.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der Start- und Endpunkte für die auf der Vorder- und Rückseite des Rahmens aufzubringenden Schweißnähte vom Konstruktionsprogramm aus automatisch auf den Server gespeichert werden.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Konstruktionsprogramm entnommenen Stücklisten jeweils mit einem Code versehen werden, die bei Nutzung vom Kamerasystem erfasst, decodiert und die Daten an die Robotersteuerung gesendet werden, danach ein Vergleich der decodierten Daten mit den Daten des Servers vorgenommen und bei Übereinstimmung das Hauptprogramm automatisch gestartet wird.