-
EINFÜHRUNG
-
Das technische Gebiet bezieht sich im Allgemeinen auf einen Schweißprozess und im Besonderen auf Systeme, Methoden und Vorrichtungen zur Überwachung eines Lichtbogenschweißprozesses und zur Vorhersage der Schweißqualität.
-
Kollaborative Prozesse in Automobilwerken mit dem Einsatz von Automatisierung werden immer alltäglicher und die Integration fortschrittlicherer Fertigungsprozesse ist erforderlich, um die Qualität der Produktionsprodukte in einem Werk zu gewährleisten. Um diese Ziele zu erreichen, wird das Roboterschweißen zu einem brauchbaren Automatisierungswerkzeug, das in der Automobilindustrie in der Montage eingesetzt werden kann, aber es gibt noch Probleme wie unvollkommene Schweißnähte in Produktionslinien.
-
Es besteht ein Bedarf an einer besseren Datenanalyse von Schweißprozessen zur Erkennung von Unregelmäßigkeiten in geschweißten Teilen, wie z. B. falsche Schweißstellen, schwache Schweißnähte usw., um die Gesamtqualität und Effizienz der geschweißten Produktionsprodukte zu erhöhen. Bei der Fahrzeugmontage zum Beispiel können Schweißfehler die Fahrzeugproduktion verzögern und die Produktionskosten erhöhen.
-
Es ist wünschenswert, eine fortschrittlichere Analyse während des Schweißprozesses zu ermöglichen, um Ineffizienzen zu überwinden, die bei Schweißprozessen in aktuellen Produktionslinien bestehen, indem ein mehrstufiger Schweißprozess bereitgestellt wird, der aus mehreren Schweißstufen für den Einsatz in einer Produktionslinie besteht und Stufen umfasst, die auf die Positionierung der Teile, die Schweißnahtüberwachung, die Prozessüberwachung und die Inspektion nach dem Schweißen ausgerichtet sind, um die Schweißqualität zu verbessern.
-
Weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem vorstehenden technischen Gebiet und Hintergrund betrachtet werden.
-
BESCHREIBUNG
-
Es werden ein System, ein Verfahren und eine Vorrichtung für einen Schweißprozess zur Sicherstellung der Schweißqualität vorgestellt.
-
In mindestens einer beispielhaften Ausführungsform wird unter ein Schweißsystem bereitgestellt.
-
Das Schweißsystem umfasst mindestens eine erste Stufe einer Abtastvorrichtung zum Abtasten eines Werkstücks, das einen Satz von Schweißteilen enthält, um ein dreidimensionales (3D) Profil eines Schweißziels zu erzeugen, wobei das 3D-Profil passende Unvollkommenheiten erfasst, die durch ein Zusammentreffen des Satzes von Schweißteilen verursacht werden, wenn ein Schweißvorgang zum Verbinden des Satzes von Schweißteilen durchgeführt wird; und eine zweite Stufe einer Überwachungsvorrichtung zum Überwachen des Schweißvorgangs und zum Erzeugen von Daten hochauflösender Messungen des Schweißvorgangs; wobei die erste Stufe ferner die Überwachungsvorrichtung umfasst, um einen Schweißplan auf der Grundlage des 3D-Profils des Schweißziels zu bestimmen und den Schweißplan anzupassen, während der Schweißvorgang im Gange ist, um sich an eine vorhergesagte Verzerrung in einer Form der Schweißung auf der Grundlage des 3D-Profils der Zielschweißung und an eine erfasste Verzerrung während des Schweißvorgangs anzupassen, die aus einer Kombination von Kräften resultiert, die durch eine Schweißung zwischen dem Satz von Schweißteilen und einer auf das Werkstück ausgeübten Klemmkraft verursacht werden; wobei die zweite Stufe ferner eine Vielzahl von Sensoren umfasst, die so konfiguriert sind, dass sie einen Satz von Komponenten erfassen, die mit dem Schweißvorgang verbunden sind, um hochauflösende Messdaten aus der direkten und indirekten Erfassung von Messungen des Satzes von Komponenten, die mit dem Schweißvorgang verbunden sind, im Gegensatz zu niedrigauflösenden Messdaten zu erzeugen, die von einer Schweißsteuerung bereitgestellt werden.
-
In mindestens einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Schweißsystem in der zweiten Stufe die Vielzahl von Sensoren, die die hochauflösenden Messdaten liefern, mindestens einen oder mehrere Sensoren, die direkte Messungen des Schweißvorgangs liefern, nämlich einen hochauflösenden Stromsensor, einen hochauflösenden Spannungsüberwachungssensor und einen hochauflösenden Strömungssensor.
-
In mindestens einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Schweißsystem in der zweiten Stufe die Vielzahl von Sensoren, die die hochauflösenden Messdaten liefern, mindestens einen oder mehrere der Vielzahl von Sensoren, um indirekte Messungen des Schweißvorgangs eines Mikrofons, eines Schwingungsmessers, eines Plasmasensors, eines Ultraviolettsensors, eines Dehnungsmessstreifensensensors, eines Schweißreaktionskraftsensors, eines elektromagnetischen Spektrometers, eines Drahtvorschubsensors und einer Infrarotkamera zu liefern.
-
In mindestens einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Schweißsystem in der ersten Stufe ferner einen Sensor eines Drahtes, um durch einen Berührungsvorgang, der auf mindestens ein Schweißteil des Satzes von Schweißteilen auftrifft, eine Schweißteilposition vor dem Schweißvorgang zu bestimmen, wobei ein Schweißteil die Klemmkraft erfährt, die jedes Schweißteil des Satzes von Schweißteilen zusammenhält, und um durch einen Tastsinn eine Änderung der Form der Schweißteilposition zu messen, um die Verzerrung der Form des Schweißteils zu bestimmen; und wobei die zweite Stufe ferner den Sensor umfasst, der den Draht enthält, wobei der Draht als abschmelzende Elektrode konfiguriert ist, die sich zum Schweißteil vorwärts bewegt, um eine Schweißraupe aufzutragen, um ein Schweißsegment der Schweißung zwischen dem Satz von Schweißteilen zu bilden, und ferner als Drahtvorschubsensor konfiguriert ist, um eine gemessene Schmelzrate der abschmelzenden Elektrode beim Schweißvorgang bereitzustellen.
-
In mindestens einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Schweißsystem das Mikrofon, das so konfiguriert ist, dass es Ultraschallfrequenzen und Frequenzen im hörbaren Bereich von Geräuschen überwacht, die mit dem Schweißvorgang verbunden sind, um festzustellen, ob ein Schweißsegment nachgiebig ist; und den Dehnungsmessstreifen-Sensor, der so konfiguriert ist, dass er einen Satz von Messwerten misst, die das Schweißteil während des Schweißvorgangs aufweist, um eine Verformung des Schweißteils zu bestimmen und festzustellen, ob die Verformung des Schweißteils über ein nachgiebiges Niveau hinausgeht, wobei der Dehnungsmessstreifen-Sensor am Schweißteil angebracht ist.
-
In mindestens einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Schweißsystem den Schweißreaktionskraftsensor, der so konfiguriert ist, dass er die Festigkeit des Schweißsegments im Gegensatz zu der auf das Schweißteil ausgeübten Spannkraft bestimmt.
-
In mindestens einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Schweißsystem eine dritte Stufe des Schweißsystems mit einem Verarbeitungsüberwachungsmodul, das so konfiguriert ist, dass es das durch den Schweißvorgang gebildete Schweißsegment auf der Grundlage einer Schweißüberwachungsregel qualifiziert, die auf ein Berechnungsergebnis unter Verwendung einer Funktion eines gemessenen Schweißteilspaltplans angewendet wird.
-
In mindestens einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Schweißsystem das Überwachungsmodul, das so konfiguriert ist, dass es hoch- und niedrigauflösende Daten von den mehreren Sensoren und der Schweißsteuerung kombiniert, um eine Trajektorie einer im Schweißvorgang eingesetzten Robotervorrichtung zu bestimmen.
-
In mindestens einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Schweißsystem eine vierte Stufe des Schweißsystems, die ein Modul für die Inspektion nach dem Schweißen einschließt, um eine automatisierte Inspektion auf der Grundlage eines angepassten Zeitplans des Schweißsegments und des Satzes von Schweißteilen durchzuführen und durch Zusammenführen der hoch- und niedrigauflösenden Daten für eine Qualitätsanalyse zu bestimmen, ob eine Schweißverbindung stabil und das Schweißsegment konform ist, wobei die Qualitätsanalyse ein regelbasiertes Schema und einen Klassifizierungsalgorithmus verwendet, der eine Eingabe von zusammengeführten hoch- und niedrigauflösenden Daten zur Qualifizierung und Klassifizierung der Schweißverbindung erhält.
-
In mindestens einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zur Überwachung eines Schweißvorgangs bereitgestellt.
-
Das Verfahren umfasst zumindest das Konfigurieren eines Schweißsystems durch eine erste Stufe einer Abtastvorrichtung zum Abtasten eines Werkstücks, das einen Satz von Schweißteilen enthält, um ein dreidimensionales (3D) Profil eines Schweißziels zu erzeugen, wobei das 3D-Profil passende Unvollkommenheiten erfasst, die durch ein Zusammentreffen des Satzes von Schweißteilen verursacht werden, wenn der Schweißvorgang zum Verbinden des Satzes von Schweißteilen durchgeführt wird; und das Konfigurieren des Schweißsystems durch eine zweite Stufe einer Überwachungsvorrichtung zum Überwachen des Schweißvorgangs und zum Erzeugen von Daten hochauflösender Messungen des Schweißvorgangs; Konfigurieren der Überwachungsvorrichtung durch die erste Stufe zum Bestimmen eines Schweißplans auf der Grundlage des 3D-Profils des Schweißziels und zum Einstellen des Schweißplans, während der Schweißvorgang im Gange ist, zum Anpassen an eine vorhergesagte Verzerrung in einer Form der Schweißung auf der Grundlage des 3D-Profils der Zielschweißung und zum Anpassen an eine erfasste Verzerrung während des Schweißvorgangs, die sich aus einer Kombination von Kräften ergibt, die durch eine Schweißung zwischen dem Satz von Schweißteilen und einer auf das Werkstück ausgeübten Klemmkraft verursacht werden; und Konfigurieren einer Vielzahl von Sensoren in der zweiten Stufe zum Erfassen eines Satzes von Komponenten, die mit dem Schweißvorgang verbunden sind, zum Erzeugen von hochauflösenden Messdaten aus der direkten und indirekten Erfassung von Messungen des Satzes von Komponenten, die mit dem Schweißvorgang verbunden sind, im Gegensatz zu niedrigauflösenden Messdaten, die von einer Schweißsteuerung bereitgestellt werden.
-
In mindestens einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren in der zweiten Stufe die Konfiguration der mehreren Sensoren zur Bereitstellung der hochauflösenden Messdaten durch mindestens einen oder mehrere Sensoren, die direkte Messungen des Schweißvorgangs liefern, einschließlich eines hochauflösenden Stromsensors, eines hochauflösenden Spannungsüberwachungssensors und eines hochauflösenden Strömungssensors.
-
In mindestens einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren in der zweiten Stufe die Konfiguration der mehreren Sensoren zur Bereitstellung der hochauflösenden Messdaten durch mindestens einen oder mehrere der mehreren Sensoren, die indirekte Messungen des Schweißvorgangs liefern, einschließlich eines Mikrofons, eines Schwingungsmessers, eines Plasmasensors, eines Ultraviolettsensors, eines Dehnungsmessstreifensensensors, eines Schweißreaktionskraftsensors, eines elektromagnetischen Spektrometers, eines Drahtvorschubsensors und einer Infrarotkamera.
-
In mindestens einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren das Konfigurieren eines Sensors der ersten Stufe, der einen Draht enthält, um durch einen Berührungsvorgang, der auf mindestens ein Schweißteil des Satzes von Schweißteilen auftrifft, eine Schweißteilposition vor dem Schweißvorgang zu bestimmen, wobei ein Schweißteil die Klemmkraft erfährt, die jedes Schweißteil des Satzes von Schweißteilen zusammenhält, und um durch einen Tastsinn eine Änderung der Form der Schweißteilposition zu messen, um die Verzerrung der Form des Schweißteils zu bestimmen; und Konfigurieren der zweiten Stufe, die den Draht enthält, durch den Sensor, wobei der Draht als abschmelzende Elektrode konfiguriert ist, die zum Schweißteil vorrückt, um eine Schweißraupe aufzutragen, um das Schweißsegment der Schweißung zwischen dem Satz von Schweißteilen zu bilden, und ferner als Drahtvorschubsensor konfiguriert ist, um eine gemessene Schmelzrate der abschmelzenden Elektrode beim Schweißvorgang bereitzustellen.
-
In mindestens einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren das Konfigurieren des Mikrofons zum Überwachen von Ultraschallfrequenzen und Frequenzen im hörbaren Bereich von Geräuschen, die mit dem Schweißvorgang verbunden sind, um zu bestimmen, ob das Schweißsegment nachgiebig ist; und das Konfigurieren des Dehnungsmessstreifensensors zum Messen eines Satzes von Messwerten, die das Schweißteil während des Schweißvorgangs aufweist, um eine Verformung des Schweißteils zu bestimmen und um festzustellen, ob die Verformung des Schweißteils jenseits eines nachgiebigen Niveaus liegt, wobei der Dehnungsmessstreifensensor am Schweißteil angebracht ist.
-
In mindestens einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren das Konfigurieren einer dritten Stufe des Schweißsystems mit einem Verarbeitungsüberwachungsmodul, das für die Qualifizierung des durch den Schweißvorgang gebildeten Schweißsegments auf der Grundlage einer Schweißüberwachungsregel konfiguriert ist, die auf ein Berechnungsergebnis unter Verwendung einer Funktion eines gemessenen Schweißteilspaltplans angewendet wird.
-
In mindestens einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren das Konfigurieren des Prozessüberwachungsmoduls zum Kombinieren von hoch- und niedrigauflösenden Daten von der Vielzahl von Sensoren und der Schweißsteuerung zum Bestimmen einer Trajektorie einer in den Schweißvorgang implementierten Robotervorrichtung.
-
In mindestens einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren das Konfigurieren einer vierten Stufe des Schweißsystems, die ein Modul für die Inspektion nach dem Schweißen enthält, um eine automatisierte Inspektion auf der Grundlage eines angepassten Schweißplans des Schweißsegments und des Satzes von Schweißteilen durchzuführen, und durch Zusammenführen der hoch- und niedrigauflösenden Daten für eine Qualitätsanalyse, um zu bestimmen, ob eine Schweißverbindung stabil und das Schweißsegment konform ist, wobei die Qualitätsanalyse ein regelbasiertes Schema und einen Klassifizierungsalgorithmus verwendet, der eine Eingabe von zusammengeführten hoch- und niedrigauflösenden Daten zur Qualifizierung und Klassifizierung der Schweißverbindung erhält.
-
In mindestens einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Schweißgerät vorgesehen.
-
Die Schweißvorrichtung umfasst mindestens eine Schweißeinheit, die konfiguriert ist, um: in einer ersten Stufe einer Abtastvorrichtung ein Werkstück abzutasten, das einen Satz von Schweißteilen enthält, um ein dreidimensionales (3D) Profil eines Schweißziels zu erzeugen, wobei das 3D-Profil passende Unvollkommenheiten erfasst, die durch ein Zusammentreffen des Satzes von Schweißteilen verursacht werden, wenn ein Schweißvorgang zum Verbinden des Satzes von Schweißteilen durchgeführt wird; und in einer zweiten Stufe, die eine Überwachungsvorrichtung enthält, den Schweißvorgang zu überwachen und Daten von hochauflösenden Messungen des Schweißvorgangs zu erzeugen; wobei die erste Stufe ferner die Überwachungsvorrichtung enthält, um einen Schweißplan auf der Grundlage des 3D-Profils des Schweißziels zu bestimmen und den Schweißplan während des Schweißvorgangs anzupassen, um ihn an eine vorhergesagte Verzerrung in einer Form der Schweißung auf der Grundlage des 3D-Profils der Zielschweißung und durch erfasste Verzerrung während des Schweißvorgangs anzupassen, die sich aus einer Kombination von Kräften, die durch eine Schweißung zwischen dem Satz von Schweißteilen verursacht werden, und einer auf das Werkstück ausgeübten Klemmkraft ergibt; wobei die zweite Stufe ferner eine Vielzahl von Sensoren umfasst, die so konfiguriert sind, dass sie einen Satz von Komponenten erfassen, die mit dem Schweißvorgang verbunden sind, um hochauflösende Messdaten aus der direkten und indirekten Erfassung von Messungen des Satzes von Komponenten, die mit dem Schweißvorgang verbunden sind, im Gegensatz zu niedrigauflösenden Messdaten zu erzeugen, die von einer Schweißsteuerung bereitgestellt werden.
-
In mindestens einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Schweißvorrichtung die Schweißeinheit, die ferner so konfiguriert ist, dass sie in der zweiten Stufe durch die Vielzahl von Sensoren die hochauflösenden Daten von Messungen durch mindestens einen oder mehrere aus einem Satz von hochauflösenden Sensoren misst, um direkte Messungen des Schweißvorgangs bereitzustellen, einschließlich eines hochauflösenden Stromsensors, eines hochauflösenden Spannungsmonitors und eines hochauflösenden Strömungssensors; und in der zweiten Stufe Messen der hochauflösenden Daten von Messungen durch mindestens einen oder mehrere der mehreren Sensoren, um indirekte Messungen des Schweißvorgangs bereitzustellen, einschließlich eines Mikrofons, eines Schwingungsmessers, eines Plasmasensors, eines Ultraviolettsensors, eines Dehnungsmessstreifensensensors, eines Schweißreaktionskraftsensors, eines elektromagnetischen Spektrometers, eines Drahtvorschubsensors und einer Infrarotkamera.
-
In mindestens einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Schweißvorrichtung, wobei die Schweißeinheit ferner konfiguriert ist, um: in der ersten Stufe einen Sensor zu konfigurieren, der einen Draht enthält, um durch eine Berührungsaktion des Drahtes, der auf mindestens ein Schweißteil des Satzes von Schweißteilen auftrifft, zu ermöglichen, eine Schweißteilposition des Schweißteils vor dem Schweißvorgang zu bestimmen, wobei ein Schweißteil die Klemmkraft erfährt, die jedes Schweißteil des Satzes von Schweißteilen zusammenhält, und durch einen Tastsinn eine Änderung der Form der Schweißteilposition zu messen, um die Verzerrung der Form des Schweißteils zu bestimmen; und in der zweiten Stufe den Sensor zu konfigurieren, der den Draht als abschmelzende Elektrode enthält, der zum Schweißteil vorrückt, um eine Schweißraupe aufzutragen, um das Schweißsegment der Schweißung zwischen dem Satz von Schweißteilen zu bilden, und der ferner als Drahtvorschubsensor konfiguriert ist, um eine gemessene Schmelzrate der abschmelzenden Elektrode beim Schweißvorgang bereitzustellen.
-
Figurenliste
-
Die beispielhaften Ausführungsformen werden im Folgenden in Verbindung mit den folgenden Figuren beschrieben, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente bezeichnen und wobei:
- 1 zeigt ein beispielhaftes Diagramm eines Schweißsystems zur Überwachung von Schweißvorgängen, zur Verarbeitung von Daten aus der Vielzahl von Sensoren in jeder Phase des Schweißprozesses und zur Bestimmung einer Schweißnahtqualifikation in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen;
- 2 zeigt mehrere Stufen des Schweißprozesses und die verschiedenen Sensorensätze in jeder Stufe, die hoch- und niedrigauflösende Daten über Schweißvorgänge in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen erzeugen;
- 3 zeigt ein beispielhaftes Diagramm des Empfangs von Daten von mehreren Sensoren mit einem breiten Satz von Erfassungsmodalitäten, die im Tandem verwendet werden, um die Schweißqualität des Schweißsystems in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen zu bewerten; und
- 4 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm eines Schweißvorgangs des Schweißsystems 100 in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Die folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die Anwendung und den Gebrauch nicht einschränken. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, durch ausdrückliche oder stillschweigende Theorien gebunden zu sein, die in dem vorangehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt sind.
-
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können hier in Form von funktionalen und/oder logischen Blockkomponenten und verschiedenen Verarbeitungsschritten beschrieben werden. Solche Blockkomponenten können durch eine beliebige Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten realisiert werden, die so konfiguriert sind, dass sie die angegebenen Funktionen ausführen. Beispielsweise kann eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verschiedene integrierte Schaltungskomponenten verwenden, z. B. Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente, Nachschlagetabellen oder Ähnliches, die eine Vielzahl von Funktionen unter der Kontrolle eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuergeräte ausführen können. Darüber hinaus wird der Fachmann verstehen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit einer beliebigen Anzahl von Systemen verwendet werden können und dass die hier beschriebenen Systeme lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind.
-
Die vorliegende Offenbarung beschreibt Systeme, Verfahren und Vorrichtungen, die einen adaptiven Schweißprozess ermöglichen, der ein Überwachungssystem implementiert, das mehr als einen möglichen Satz von Grenzwerten (oder Qualitätsbestimmungsregeln) aufweist, die auf einen Schweißvorgang angewendet werden können, der teilweise auf einem ausgewählten Schweißplan oder einem Satz von Schweißbedingungen basiert.
-
Die vorliegende Offenlegung beschreibt Systeme, Verfahren und Vorrichtungen, die einen adaptiven Schweißplanprozess eines Schweißvorgangs ermöglichen, indem ein Scanvorgang eines Werkstücks implementiert wird, um ein dreidimensionales (3D) Profil eines Schweißziels zu erzeugen (d. h. die Naht, an der die beiden zu schweißenden Stücke oder Schweißteile zusammengesetzt und vereinigt, verbunden, zusammengeführt usw. werden) und auf der Grundlage der Geometrie der Schweißteile das 3D-Schweißprofil der Zielschweißung zu erzeugen, auf dem ein geeigneter Schweißplan basiert. In einer Ausführungsform wird auf der Grundlage des 3D-Schweißprofils ein Überwachungssystem implementiert, um die beim Schweißvorgang zu erwartende Verformung zu überwachen oder vorherzusagen, während die Schweißung in Echtzeit abläuft, und um Anpassungen im Schweißplan vorzunehmen, um den Schweißvorgang zu verhindern oder zu optimieren (d. h. Anomalien in der Schweißung zu minimieren), während das Schweißen im Gange ist, um zu versuchen, jegliche Unvollkommenheiten zu korrigieren, die als wahrscheinlich auftreten.
-
1 zeigt ein beispielhaftes Diagramm eines Schweißsystems 100 zur Überwachung von Schweißvorgängen (für ein MSG- oder eine andere Art von Schweißsystem, einschließlich Lichtbogenlöten, Laserlöten, Hybrid-Laser-Lichtbogenschweißen usw.), zur Verarbeitung von Daten aus der Vielzahl von Sensoren in jeder Stufe des Schweißprozesses und zur Bestimmung einer Schweißqualifikation gemäß einer Ausführungsform. In 1. enthält das Schweißsystem 100 ein Randcomputersystem 5, das mit Schnittstellen konfiguriert ist, um Eingaben von Sensoren in der ersten, zweiten, dritten und vierten Stufe zu empfangen (beschrieben in 2). Das Edge-Computersystem 5 kann lokal auf einem Server 15 oder aus der Ferne in der Cloud gehostet werden. In der dargestellten Ausführungsform kann das Edge-Computersystem 5 mit einem Server 15, einem Signalspeicher, einer Datenbank 10 und einem Display 20 sowie mit einem mobilen Gerät 30 eines Benutzers verbunden sein. Das Edge-Computersystem 5 kann ein selbstkonfiguriertes Prozessorsystem sein, das nicht mit dem Server 15 kommuniziert, und Elemente eines Kommunikationsgateway-Controllers, eines Blockdatenprozessors, der mit einem internen oder externen Speicher verbunden ist, eines internen Speichergeräts, eines Interprozessorbusses und einer optionalen Speicherplatte umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen führt das Edge-Computersystem 5 Aktionen und andere Funktionen im Zusammenhang mit dem Schweißvorgang aus, die weiter unten in Verbindung mit den beschrieben werden. Der Blockdatenprozessor führt die Berechnungs- und Steuerfunktionen aus, die auf Algorithmen zurückzuführen sind, die für das Randcomputersystem 5 programmiert wurden, das verschiedene Arten von Modulen oder mehrere Module, einzelne integrierte Schaltungen wie ein Mikromodul oder eine beliebige geeignete Anzahl von integrierten Schaltkreisen und/oder Leiterplatten umfassen kann, die zusammenarbeiten, um die beschriebenen Operationen, Aufgaben und Funktionen auszuführen, indem sie elektrische Signale manipulieren, die Datenbits an Speicherplätzen im Systemspeicher darstellen, sowie andere Signalverarbeitungen.
-
Während des Betriebs lädt der Blockdatenprozessor ein oder mehrere Programme, Algorithmen und Regeln, die als Befehle und Anwendungen verkörpert sind (d. h. den maschinellen Lernalgorithmus), die im internen Speicher des Edge-Computersystems 5 enthalten sind, und führt sie aus, und steuert so den allgemeinen Betrieb des Steuersystems einer Kommunikationsgateway-Steuerung, um die vielfältigen Funktionen in jeder Phase des Schweißprozesses auszuführen. Bei der Ausführung der hier beschriebenen Prozesse lädt der Blockdatenprozessor mindestens ein Programm und führt es aus.
-
In einer Ausführungsform kann beispielsweise ein Algorithmus für maschinelles Lernen (ML) vom Edge-Computersystem 5 ausgeführt werden, um in einer oder mehreren Phasen der Schweißvorgänge zu überwachen, Positionsbestimmungen vorzunehmen und andere qualitätsorientierte Verarbeitungsschritte durchzuführen. In einer Ausführungsform kann der ML-Algorithmus, wenn er ausgeführt wird, Eingaben von niedrig- und hochauflösenden Daten von mehreren Sensoren erhalten. Der ML-Algorithmus kann so konfiguriert werden, dass er automatisch Qualitätsdaten von einer dreidimensionalen Lasermessung einer fertigen Schweißnaht empfängt, um die Qualität der Schweißnaht automatisch zu bewerten (z. B. eine Schweißnaht, die nicht in der richtigen Position ist, ein übermäßiger Schweißauswurf). Die Implementierung eines solchen fortlaufenden Prozesses und Trainings in Kombination mit den unterschiedlichen Ergebnissen einer Vielzahl von erfassten Modalitäten (z. B. akustische, elektromagnetische Sichtkraft und Emissionen) kann Bewertungen der Gesamtqualität der Schweißnaht liefern. Beispielsweise können die Daten der verschiedenen erfassten Modalitäten durch den MI,-Algorithmus oder andere Anwendungen des Edge-Computersystems 5 mit Schweißqualitätssensoren korreliert werden, um übermäßigen Ausstoß auf der Grundlage einer Signaturanalyse und des Schallamplitudenpegels zu erkennen.
-
In einer Ausführungsform ist das Randcomputersystem 5 mit einem intelligenten (funktionalen) Algorithmus programmiert, um eine Schweißüberwachungsregel auf der Grundlage eines Satzes von Beschränkungen zu implementieren, die für den Schweißvorgang konfiguriert sind und von dem Algorithmus auf der Grundlage eines identifizierten Schweißsegments, der gemessenen Spaltbreite eines Satzes von Schweißteilen und des Schweißplans abgeleitet werden.
-
In einer Ausführungsform ist das Randcomputersystem 5 so programmiert, dass es mit einer Schnittstelle kommuniziert, um Sensordaten von 3D-Kamerascans zu empfangen, und kann funktionale Algorithmen implementieren, um Verformungen und Dehnungen von Schweißteilen in Echtzeit während des Schweißvorgangs zu messen. Die vorgenommenen Messungen können eine Grundlage für die Bestimmung oder Abschätzung von Verformungen und Eigenspannungen bilden, die sich aus Schweißvorgängen und Spannkräften ergeben können.
-
In einer Ausführungsform ist das Edge-Computersystem 5 so programmiert, dass es Datensätze von hoch- und niedrigauflösenden Daten, die während des Schweißvorgangs erfasst werden, verschmilzt oder kombiniert und von der Schweißsteuerung Roboterbahnen bestimmen kann.
-
In einer Ausführungsform ist das Edge-Computersystem 5 so programmiert, dass es Daten von mehreren Sensoren aus der Zeit vor und nach der Inspektion als Eingabe für einen Klassifizierungsalgorithmus kombiniert, der die Qualität mithilfe eines regelbasierten Entscheidungsprozesses oder einer Bayes'schen Schätzung bestimmen kann, um eine Wahrscheinlichkeit für eine konforme oder nicht konforme Schweißnaht zu definieren.
-
In einer Ausführungsform ist das Randcomputersystem 5 so programmiert, dass es Daten von einem Sensor empfängt, der einen Schweißdraht enthält, der in mehreren Modalitäten konfiguriert ist, um die Position der Schweißnaht zu erfassen und die Größe des Spalts zwischen dem Substrat abzuschätzen, und diese Informationen in Verbindung mit einem Klassifizierungsalgorithmus verwendet, um die Schweißung zu qualifizieren, einen Schweißplan vorherzusagen und andere damit verbundene Entscheidungen für den Schweißvorgang zu treffen.
-
In einer Ausführungsform ist das Kantencomputersystem 5 so programmiert, dass es Scanvorgänge ermöglicht, die von einer Scannervorrichtung (Scannervorrichtung 225 in 2) durchgeführt werden, bei der es sich um einen Laserlinienscanner handeln kann, der durch einen vom Kantencomputersystem 5 ausgeführten Algorithmus angewiesen wird, ein dreidimensionales (3D) Profil des Schweißziels zu erzeugen. Das Schweißziel ist die Nahtstelle, an der die beiden zu verschweißenden Stücke oder Schweißteile zusammengefügt werden und die auf der Geometrie der Schweißteile basiert. Während des Fügeprozesses kann es zu Unregelmäßigkeiten kommen, die durch eine ungenaue geometrische Übereinstimmung der beiden Schweißteile verursacht werden und zu einem Abstand oder Spalt zwischen den beiden Schweißteilen führen können. Die ScanVorgänge des Kantencomputersystems mit Hilfe von Softwareanwendungen können ein 3D-Schweißprofil erzeugen, das die Abstände und Unvollkommenheiten der Zielschweißnaht beim Zusammenfügen beider Schweißteile erkennt, und einen anpassungsfähigen Schweißplan implementieren, eine Schweißplanungsanwendung, um die durch das 3D-Schweißprofil ermittelten Unvollkommenheiten zu kompensieren und anzupassen.
-
Das Edge-Computersystem 5 ist mit einem computerlesbaren Speichermedium wie einem Speicher, einem Speichergerät oder einer optionalen Speicherplatte konfiguriert, die sowohl als Speicher als auch als Scratchpad verwendet werden kann. Die Speicherplätze, an denen die Datenbits gehalten werden, sind physische Orte, die bestimmte elektrische, magnetische, optische oder organische Eigenschaften haben, die den Datenbits entsprechen. Bei dem Speicher kann es sich um jede Art von geeignetem computerlesbarem Speichermedium handeln. Zum Beispiel kann der Speicher verschiedene Arten von dynamischem Direktzugriffsspeicher (DRAM) wie SDRAM, die verschiedenen Arten von statischem RAM (SRAM) und die verschiedenen Arten von nichtflüchtigem Speicher (PROM, EPROM und Flash) umfassen. In bestimmten Beispielen befindet sich der Speicher auf demselben Computerchip wie der Blockdatenprozessor und/oder ist mit diesem zusammen untergebracht. In der dargestellten Ausführungsform speichert der Speicher die oben erwähnten Anweisungen und Anwendungen zusammen mit einer oder mehreren konfigurierbaren Variablen in gespeicherten Werten.
-
Bei dem Signalspeicher und der Datenbank 10 handelt es sich um ein computerlesbares Speichermedium in Form eines beliebigen geeigneten Speichergeräts, einschließlich Speichergeräten mit direktem Zugriff wie Festplattenlaufwerke, Flash-Systeme, Diskettenlaufwerke und optische Laufwerke. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Signalspeicher und die Datenbank 10 ein Programmprodukt aus dem Speicher des Edge-Computersystems 5 enthalten, das auch ein Programm aus dem Signalspeicher und der Datenbank 10 oder dem Server 15 empfangen und eine oder mehrere Ausführungsformen eines oder mehrerer Prozesse der vorliegenden Offenbarung ausführen kann.
-
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann das Programmprodukt direkt im Speicher des Servers 15 und/oder auf einer Platte (z. B. einer optionalen Speicherplatte), wie der unten genannten, gespeichert und/oder anderweitig darauf zugegriffen werden.
-
Die Datensätze können in dem computerlesbaren Speichermedium, z. B. dem Speicher, gespeichert werden. Die internen Busse kommunizieren, um Programme, Daten, Status und andere Informationen oder Signale zwischen den verschiedenen Komponenten des Schweißsystems 100 zu übertragen. Bei den Bussen kann es sich um jedes geeignete physische oder logische Mittel zur Verbindung von Computersystemen und Komponenten handeln. Dazu gehören unter anderem direkte, fest verdrahtete Verbindungen, Glasfasertechnik, Infrarot und drahtlose Bustechnologien. Während des Betriebs werden Programme, die im Speicher oder im Signalspeicher und in der Datenbank 10 gespeichert sind, von Blockdatenprozessoren für das Randcomputersystem 5 geladen und ausgeführt.
-
Die Schnittstelle (nicht dargestellt) kann auch eine oder mehrere Netzwerkschnittstellen enthalten, um die Kommunikation mit externen mobilen Geräten und/oder Fertigungssystemen zu ermöglichen, um die Kommunikation mit und die potenzielle Speicherung von Zustandsinformationen zu ermöglichen, die schließlich in Speichergeräten wie dem Signalspeicher und der Datenbank 10 abgelegt werden können.
-
Das Display 20 ist so konfiguriert, dass es eine grafische Benutzeroberfläche für die Analyse jeder Stufe des mehrstufigen Schweißsystems und die von den zahlreichen Sensoren erzeugten Daten mit niedriger und hoher Auflösung in der entsprechenden Stufe anzeigt, damit der Benutzer die Schweißvorgänge in der Anlage in Echtzeit verfolgen kann.
-
2 zeigt mehrere Stufen des Schweißprozesses und die verschiedenen Sensorensätze in jeder Stufe, die hoch- und niedrigauflösende Daten über die Schweißvorgänge in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen erzeugen. In 2 ist in der beispielhaften Darstellung eine erste Stufe 205 zur Positionierung eines Schweißteils und eines Spalts zwischen einem Satz von Schweißteilen zum Aufbringen der Schweißnaht dargestellt. Die erste Stufe 205 umfasst eine Kamera- oder Scannereinrichtung 225 zur Bestimmung der Schweißposition und des Orientierungsspalts zwischen Substraten oder Schweißteilen.
-
In einer Ausführungsform ist die Abtastvorrichtung 225 ein Laserlinienscanner, der so implementiert werden kann, dass er (durch einen vom Kantencomputersystem 5 ausgeführten Algorithmus) ein dreidimensionales (3D) Profil des Schweißziels (d. h. der Naht, an der die beiden zu schweißenden Stücke oder Schweißteile aufeinandertreffen und zusammengefügt werden) auf der Grundlage der Geometrie der Schweißteile erzeugt. In manchen Fällen ist die Übereinstimmung der beiden Teile aufgrund der Geometrie der einzelnen Schweißteile nicht perfekt. Es kann zu geringfügigen Abweichungen kommen, die zu einer nahezu exakten Übereinstimmung, Verbindung oder Begegnung zwischen den beiden Schweißteilen führen. Die resultierende Begegnung kann eine nicht perfekte Begegnung mit Material oder winzigen Abständen oder Lücken zwischen den beiden Schweißteilen darstellen. Durch die Durchführung eines Scanvorgangs durch die Scanner-Vorrichtung 225 und die Erzeugung eines 3D-Schweißprofils, das den zwischen beiden Schweißteilen ermittelten Abstand oder Spalt enthält, kann das Kantencomputersystem 5 über eine Schweißplananwendung auf der Grundlage des 3D-Schweißprofils einen geeigneten Schweißplan bestimmen, der die Unvollkommenheiten durch die Spaltabstände bei der Positionierung und dem Zusammentreffen der beiden Teile des Werkstücks ausgleicht oder anpasst.
-
In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen kann das Kantencomputersystem 5 einen Satz vorbestimmter Schweißpläne auf der Grundlage historischer Daten implementieren, die im Signalspeicher und der Datenbank 10 oder dem Server 15 enthalten sein können. In einer Ausführungsform kann das Kantencomputersystem 5 auf der Grundlage des 3D-Schweißprofils Verformungen oder Verzerrungen überwachen, vorhersagen oder korrelieren, die im Schweißvorgang erwartet werden, während die Schweißung in Echtzeit abläuft, und kann den Schweißplan anpassen, um den Schweißvorgang zu verhindern oder zu optimieren, während das Schweißen im Gange ist, um zu versuchen, alle Unvollkommenheiten zu korrigieren, die als wahrscheinlich auftreten.
-
In einer Ausführungsform reagiert der vom Edge-Computersystem 5 implementierte Algorithmus zur Überwachung des Schweißvorgangs auch auf eine Änderung des Schweißplans. Beispielsweise muss der Überwachungsalgorithmus in Abhängigkeit von Änderungen im Schweißplan möglicherweise auch entsprechend modifiziert werden, um sich an unterschiedliche Daten anzupassen, die über den Schweißvorgang gesammelt und als Ergebnis einer Planänderung empfangen wurden. Zum Beispiel kann es sein, dass der Überwachungsalgorithmus in Abhängigkeit vom Schweißplan geändert werden muss. Das heißt, dass derselbe Algorithmus (oder zumindest dieselben Parameter, selbst wenn der Algorithmus derselbe ist) nicht zur Überwachung des Schweißvorgangs verwendet werden kann, wenn der Schweißplan geändert wird.
-
In einer Ausführungsform können die im vorherigen Schweißplan verwendeten Informationen darüber, welcher Teil der Schweißung nach welchem Plan ausgeführt werden kann, vom Randcomputersystem 5 gespeichert werden, und dann können die Anwendungen des Randcomputersystems 5 den entsprechenden Klassifizierer/Algorithmus anwenden, um zu bestimmen, ob die Schweißung als akzeptable Schweißung eingestuft werden kann. In diesem Zusammenhang werden die Fähigkeiten der Roboterkinematik zur Überwachung der Schweißnaht sowie die Verwendung von Messwerten für Spannung, Strom, Drahtvorschub, Gasfluss usw. ermöglicht. Auch ein adaptiver Überwachungsalgorithmus, der auf dem Zeitplan der Schweißung basiert, wird im Schweißvorgang mit Zeitplanbewusstsein aktiviert, indem die erfassten Daten und Zeitplananpassungen mit einer Nachschweißprüfung kombiniert werden, um die endgültige Schweißqualität in der vierten Stufe 220 während der Nachschweißprüfung zu bewerten.
-
In einer Ausführungsform kann sich der Schweißplan auf verschiedene Aspekte der Schweißung beziehen, darunter die Flugbahn des Roboters, die Geschwindigkeit des Roboters (die über die Flugbahn variieren kann), die relative Ausrichtung des Brenners (auch Brennerwinkel genannt) des Roboters entlang der Flugbahn sowie die verwendete Stromstärke und Spannung. Die verschiedenen Komponentenaspekte des Roboters können sich (potenziell) während der gesamten Flugbahn ändern; die Änderungen, die zusammen mit den Details des Schweißvorgangs auftreten, werden durch Änderungen im Schweißplan erfasst.
-
In einer Ausführungsform bietet die Scanner-Vorrichtung 225 verschiedene 3D-Scan-Funktionen und ist mit einem Linienscanner ausgestattet. In einer Ausführungsform ermöglicht der Linienscanner die Projektion einer Laserlinie von der Scannereinrichtung 225 auf ein Werkstück (d. h. die Schweißteile). Der Abstand jedes Punktes entlang der Linie von der Scanner-Vorrichtung 225 wird gemessen, und einige Messungen enthalten „Höhen“-Informationen entlang der Linie, die ermittelt werden, um die Bewegung des Roboterarms anzuweisen. Wenn beispielsweise eine Linie in X-Richtung bestimmt und gemessen wird, dann ist der Roboterarm so konfiguriert, dass er sich entlang einer Y-Richtung bewegt, und in jedem Bewegungszyklus des Roboterarms wird die Höhe (d. h. die Z-Messung) bestimmt, wobei für jede ermittelte X- und Y-Position eine Z-Position bestimmt wird. Diese Bewegung des Roboterarms ermöglicht eine zeilenweise 3D-Abtastung des Werkstücks durch den Zeilenscanner während des Schweißvorgangs.
-
In einer Ausführungsform wird ein Sensor 230 eingesetzt, um die anfängliche Spannkraft zu messen, und ein taktiler Sensor 235 über eine Schweißdrahtmodulation, um die Position der Verbindung für die Schweißung zu erfassen und die Größe des Spalts zwischen den Schweißteilen (z. B. den Spalt zwischen den Substraten) zu schätzen, und die Verwendung der erfassten Informationen und der Schätzung der Position der Schweißverbindung und der Spaltgröße als Eingabe für einen Klassifizierungsalgorithmus, der von dem Kantencomputersystem 5 ausgeführt wird.
-
Wie in 2 dargestellt, verfügt die zweite Stufe 210 über mehrere Sensoren, die eine Überwachung des Schweißfortschritts in Echtzeit durch direkte und indirekte Abtastung ermöglichen. Die Schweißsteuerung 240 liefert in Echtzeit niedrig aufgelöste Daten des Schweißvorgangs, die Daten des Schweißsteuerungsstroms, der Schweißsteuerungsspannung, des Gasflusses, des Drahtvorschubs und der elektrischen Impedanz umfassen. Zur Überwachung der Schweißung und zur Erzeugung hochauflösender Daten liefert eine Reihe von hochauflösenden Sensoren direkte Messungen des Schweißvorgangs, darunter ein hochauflösender Stromsensor 245, ein hochauflösender Spannungsüberwachungssensor 250 und ein hochauflösender Durchflusssensor 255. Außerdem gibt es mehrere Sensoren für indirekte Messungen des Schweißvorgangs, darunter ein Mikrofon 260, ein Vibrationsmessgerät 265, ein Plasmasensor 270, ein Ultraviolett-Sensor 275, ein Dehnungsmessstreifen-Sensor 280, ein Schweißreaktionskraft-Sensor 285, ein elektromagnetisches Spektrometer 290, der Drahtvorschub-Sensor 295 und eine Infrarotkamera 300.
-
Das Mikrofon 260 ist in der Lage, sowohl die Ultraschallfrequenzen als auch die Frequenzen im hörbaren Bereich der Geräusche des Schweißvorgangs zu überwachen, um den Schweißschall und die Ultraschallemission in Echtzeit zu messen, wobei eine kleine Änderung eines der Parameter eine Änderung der Schweißqualität signalisieren kann. In einer Ausführungsform kann eine Doppelmikrofonanordnung in einem Roboterschweißverfahren mit metallischem Schutzgas (MIG) eingesetzt werden, und die Merkmale des Lichtbogenschalls können analysiert werden, um eine Beziehung zwischen dem Lichtbogenschallsignal und der Schweißbahnabweichung zu erhalten.
-
Der Dehnungsmessstreifen-Sensor 280 liefert Messungen, die das geschweißte Teil während des Schweißvorgangs zeigt, und die Messdaten werden an das Randcomputersystem 5 gesendet, das Schätzungen auf der Grundlage einer algorithmischen Analyse der Verformung des Substrats während des Vorgangs vornimmt. Anhand dieser Schätzung kann festgestellt werden, ob die Verformung nicht so groß ist, dass das Teil als nicht konform gilt. Außerdem wird der Dehnungsmessstreifen-Sensor 280 an dem Substrat angebracht, wenn die Messungen der Dehnung des Substrats während des Schweißvorgangs vorgenommen werden.
-
Der Schweißreaktionskraftsensor 285 liefert Daten, aus denen die Festigkeit des geschweißten Segments durch Algorithmen geschätzt werden kann, die vom Randcomputersystem 5 ausgeführt werden und die mit der Spannkraft abgewogen werden, die zum Positionieren und Halten der Substrate oder Schweißteile während des Schweißvorgangs angewendet wird.
-
Beim Schweißen mit adaptiven Schweißverfahren kann das Schweißsystem 100 mehr als einen möglichen Satz von Grenzwerten (z. B. durch Anwendung verschiedener Qualitätsbestimmungsregeln) für eine Schweißung überwachen, und die implementierten Grenzwerte oder Regeln sind auch vom Schweißplan für die Durchführung der Schweißvorgänge und den Betriebsbedingungen bei der Durchführung der Schweißung abhängig. In einer Ausführungsform ist die Regel oder der Grenzwert für die Schweißüberwachung eine Funktion des identifizierten Schweißsegments, der gemessenen Spaltbreite und des Schweißplans. Die Betriebsbedingungen und der Zeitplan für die Schweißung werden von den Sensoren überwacht, zu denen das Mikrofon 260, der Vibrationsmesser 265, der Plasmasensor 270, der Ultraviolett-Sensor 275, der Dehnungsmessstreifen-Sensor 280, der Schweißreaktionskraft-Sensor 285, das elektromagnetische Spektrometer 290, der Drahtvorschub-Sensor 295 und die Infrarotkamera 300 gehören.
-
In einer Ausführungsform ist die Infrarotkamera 300 eine 3-D-Kamera, die die Verformung und Dehnung der Schweißteile während des Schweißens in Echtzeit misst. Die Messungen können zur Abschätzung von „Verzug“ und „Eigenspannungen“ infolge des Schweißens verwendet werden.
-
In einer Ausführungsform verwendet das Kantencomputersystem 5 einen MI,-Ansatz, der die automatische Qualitätseingabe aus der 3D-Laserscannermessung (d. h. der fertigen Schweißnaht) zur automatischen Bewertung der Schweißqualität (z. B. Schweißnaht nicht in Position, übermäßiger Schweißnahtauswurf) durch einen Laserscannersensor nutzt. Der Laserscanner-Sensor kann am Schweißroboter (d. h. am Roboterarm) in der Nähe des Schweißbrenners angebracht werden. Der Scanbereich, der sich direkt vor der Schweißelektrode befindet, wird mit einer mitgelieferten Kalibrierungsplatte vorkalibriert (d. h. mit den Forschungsmodulen und -werkzeugen 335 von 3).
-
In einer Ausführungsform werden die verschiedenen Modalitäten des Satzes von hochauflösenden Sensoren eines hochauflösenden Stromsensors 245, eines hochauflösenden Spannungsüberwachungssensors 250 und eines hochauflösenden Durchflusssensors 255, die direkte Messungen liefern, und die verschiedenen Modalitäten des Satzes von Sensoren, die indirekte Messungen liefern, des Mikrofons 260, des Schwingungsmessers 265, Der Plasmasensor 270, der Ultraviolett-Sensor 275, der Dehnungsmessstreifen-Sensor 280, der Schweißreaktionskraft-Sensor 285, das elektromagnetische Spektrometer 290, der Drahtvorschub-Sensor 295 und die Infrarotkamera 300 werden für Sätze verschiedener Messmodalitäten (Akustik, Elektromagnetik, Sicht, Kraft und Emissionen) aus verschiedenen Schritten des Schweißprozesses kombiniert. Die Signale können mit der Ausgabe eines Schweißqualitätssensors 315 in der vierten Stufe 220 einer Inspektion nach dem Schweißen korrelieren, um übermäßigen Ausstoß auf der Grundlage einer Signaturanalyse und des Schallamplitudenpegels (d. h. des vom Mikrofon 260 erfassten Schalls) zu erkennen. Die Wellenlänge der endgültigen Bauteilgeometrie wird von der Kamera 320 bei der Prüfung nach dem Schweißen überprüft und mit den Daten des Drahtvorschubsensors 295 in der zweiten Stufe 210 und den Daten der Anfangspositionierung von der Kamera oder dem Scanner 225 in der ersten Stufe 205 verglichen.
-
In einer Ausführungsform erfasst der Plasmasensor 270 den Zustand des beim Schweißvorgang verwendeten Gases (d. h. die Menge des verwendeten Plasmas), während der Infrarotsensor (d. h. die Infrarotkamera 300) auf den Schweißvorgang gerichtet ist und die bei den einzelnen Schritten des Schweißvorgangs abgegebene Wärme erfasst.
-
Die dritte Stufe 215 des Schweißsystems 200 umfasst die Prozessüberwachung 305 und die Überwachung des Roboterarms 310. Die Prozessüberwachung 305 stellt sicher, dass die Schweißsequenzen korrekt sind und dass die richtigen Teile verwendet werden, indem Schweißteilnummern und Nummern, die mit den Schritten des Schweißvorgangs verbunden sind, identifiziert und verfolgt werden. Die Prozessüberwachung 305 umfasst auch die Überwachung des Betriebs des Steuerungssystems und der Betriebsbedingungen anhand der Daten der direkten und indirekten Erfassung der Schweißvorgänge. Die Überwachung des Roboterarms 310 umfasst die Überwachung des Schweißplans, der tatsächlichen Trajektorie des Roboterarms 310 (d. h. die Sicherstellung der ordnungsgemäßen Übereinstimmung mit den Daten der ersten Stufe 205, die Informationen über die Position der Teile und die Spaltpositionen erzeugt), die Verfolgung der tatsächlichen Geschwindigkeit des Roboterarms 310 bei der Durchführung des Schweißvorgangs, die Bestimmung des auf die Schweißteile ausgeübten gemeinsamen Drehmoments und die Bestimmung der tatsächlichen Beschleunigung des Roboterarms 310. Die Überwachung des Roboterarms 310 und die Prozessüberwachung 305 werden von Anwendungen durchgeführt, die MI,-Algorithmen und programmierte Software des Randcomputersystems 5 umfassen, das Eingangssensordaten empfängt.
-
Die vierte Stufe 220 für die Prüfung nach dem Schweißen dient der Bestimmung von Eigenschaften, die mit der ästhetischen Anmutung oder Darstellung zusammenhängen, und der Überprüfung der Integrität der Schweißnaht auf beiden Seiten der Schweißnaht sowie anderer Aspekte der Schweißteile. Dazu gehören beispielsweise Schweißunterbrechungen, die bei der Sichtprüfung erkennbar sind, wie unterdimensionierte Schweißnähte, Hinterschneidungen, Überlappungen, Oberflächenrisse, Oberflächenporosität, Unterfüllung, unvollständige Wurzeldurchdringung, übermäßige Wurzeldurchdringung, Durchbrand und übermäßige Verstärkung. Außerdem können Feststellungen auf der Grundlage von taktil erfassten Daten über Verformungen des geschweißten Teils getroffen werden, und es können über das Kantencomputersystem 5 Einschätzungen über die Qualität der Schweißverbindung ohne Prüfung (d. h. zerstörungsfreie Prüfung) vorgenommen werden, die zu Fehlern in der Schweißverbindung oder den Teilen führen können. Außerdem kann bei der Prüfung nach dem Schweißen festgestellt werden, wie viel Polieren oder Glätten von Sicken und
-
3 zeigt ein beispielhaftes Diagramm eines Netzwerks 380, das mehrere Quellen miteinander verbindet, die mit dem Datenspeicher 325 kommunizieren, und der Datenspeicher 325 empfängt Daten von mehreren Sensoren mit einem breiten Satz von Erfassungsmodalitäten, die zusammen verwendet werden, um die Schweißqualität des Schweißsystems gemäß einer Ausführungsform zu bewerten. In 3 empfängt der Datenspeicher 325 (z. B.) Daten aus mehreren Quellen, die an ein Anlageninformationssystem 330 (d. h. einen entfernten Server für den Anlagenbetrieb) und für die Qualitätsanalyse 370 gesendet werden, die z. B. auf einem Cloud-Server durchgeführt werden kann, der mehrere Schweißvorgänge zusammenfasst und unter Verwendung komplexer ML-Algorithmen Qualitäts-, Planungs-, Prozessüberwachungs- und Nachprüfungsbestimmungen vornimmt. In einer Ausführungsform kann die Qualitätsanalyse 370 Prozesse implementieren, die Daten vor, während und nach der Inspektion von der Vielzahl von Sensoren kombinieren (d. h., Außerdem kann die Qualitätsanalyse 370 die Daten der Schweißdrahtmodulation, die die Position der Schweißnaht erfasst und die Größe des Spalts zwischen den Substraten schätzt, als Eingabe für den Klassifizierungsalgorithmus verwenden, um die Schweißnaht zu klassifizieren und zu qualifizieren, damit die Schweißnaht weiter geprüft werden kann.
-
In einer Ausführungsform empfängt der Datenspeicher 325 Daten und Softwaremodule und - aktualisierungen aus mehreren Quellen, zu denen Forschungsmodule und -werkzeuge 335 (z. B. zur Bestimmung der Roboterkinematik usw.), Schweißmetadaten 340 der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) für die Programmierung von Robotern, hochauflösende Daten 345 zu Stromstärken, Drahtvorschub, Gasdurchfluss usw., niedrigauflösende Daten 350 der Schweißsteuerung zu Strom, Spannung und Drahtvorschub, Spaltdaten 355 vor dem Schweißen aus einem SPS-Netzwerk und Daten zum Raupenprofil 360 nach dem Schweißen aus dem SPS-Netzwerk gehören. Die Integration der Daten von mehreren Sensoren (aus 2) aus einer breiten Palette von Messmodalitäten wird, wie in 3 dargestellt, im Tandem verwendet, um die Stabilität des Schweißprozesses zu bewerten und um Bewertungen in jeder Phase des Schweißprozesses zu nutzen, die durch Sensor- und Prozesseingaben ergänzt werden, um Feststellungen zu Aspekten der Schweißqualität und der Gesamtqualität der Schweißung zu treffen und die Planung und den Ablauf von Schweißvorgängen in einer Anlage zu optimieren.
-
4 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm eines Schweißvorgangs 400 des Schweißsystems 100 in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen. 4 umfasst den Schritt 405 zur Definition einer Schweißnahtkonfiguration, den Schritt 410 zur Aktivierung der Vorschweißprüfung der ersten Stufe (2) für die Positionierung des Schweißteils und die Spaltposition sowie den Schritt 415 zur Definition des Schweißplans.
-
In einer Ausführungsform kann Schritt 410 zur Ermöglichung der Vorschweißprüfung in Stufe eins (2) Scanvorgänge umfassen, die von der Scannereinrichtung 225 durchgeführt werden, bei der es sich um einen Laserlinienscanner handelt, der so implementiert ist, dass er (durch einen vom Kantencomputersystem 5 ausgeführten Algorithmus) ein dreidimensionales (3D) Profil des Schweißziels (d. h., (d.h. die Naht, an der die beiden zu schweißenden Stücke oder Schweißteile zusammengefügt werden und sich vereinigen, verbinden, treffen, usw.), basierend auf der Geometrie der Schweißteile; zum Beispiel kann es eine fast exakte Übereinstimmung, Verbindung oder ein Treffen zwischen beiden Schweißteilen geben, oder es kann eine ungenaue oder nicht perfekte Vereinigung oder ein Treffen geben, was zu einem Abstand oder einer Lücke zwischen beiden Schweißteilen führen kann. Durch die Durchführung des Scanvorgangs und die Erzeugung eines 3D-Schweißprofils, das den ermittelten Abstand oder Spalt zwischen den beiden Schweißteilen enthält, kann das Kantencomputersystem 5 über eine Schweißplananwendung auf der Grundlage des 3D-Schweißprofils einen geeigneten Schweißplan bestimmen.
-
In einer Ausführungsform umfasst die Prüfung vor dem Schweißen in Schritt 410 einen taktilen Sensor, der aus einem Draht besteht, der einen doppelten Zweck erfüllt, indem er durch eine Berührung des Schweißteils die Position des Schweißteils vor dem Schweißvorgang bestimmt und die abschmelzende Elektrode in der Schweißnaht formt. Das Schweißteil wird außerdem in Schritt 410 mit einer Klemmkraft geklemmt, die jedes Schweißteil, das die Schweißnaht bildet, zusammenhält. Der taktile Sensor wird auch verwendet, um durch einen taktilen Sinn eine Veränderung in der Form von mindestens einer Schweißteilposition zu messen, um eine Verzerrung in der Form des Schweißteils zu bestimmen, die aus einer Kombination von Kräften resultiert, die durch die Schweißung zwischen dem Satz von Schweißteilen und der Klemmkraft verursacht werden.
-
In Schritt 420 wird das Roboterschweißen über den Roboterarm eingeleitet, und der Schweißprozess und die Überwachungsdaten werden in den Stufen zwei und drei erzeugt ( ), und in Schritt 425 wird eine automatische Prüfung durchgeführt, um Prüfdaten nach dem Schweißen zu erzeugen.
-
In einer Ausführungsform können in Schritt 420 Überwachungsvorgänge durchgeführt werden, und die automatische Prüfung in Schritt 425 kann auf der Grundlage des dreidimensionalen (3D) Profils des Schweißziels der Geometrie der Schweißteile und des entsprechenden Schweißplans, der implementiert ist, durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann auch ein Satz vorgegebener Schweißpläne auf der Grundlage historischer Daten verwendet werden. In den Schritten 420 und 425 kann die Überwachung und Korrelation von Verformungen, die bei der Schweißung erwartet werden, während die Schweißung in Echtzeit ausgeführt wird, durchgeführt werden, und es können Anpassungen des Schweißplans vorgenommen werden, um die Schweißung zu verhindern oder zu optimieren, während die Schweißung im Gange ist, um zu versuchen, alle Unvollkommenheiten zu korrigieren, die als wahrscheinlich auftreten.
-
In einer Ausführungsform reagiert der vom Edge-Computersystem 5 implementierte Algorithmus zur Überwachung des Schweißvorgangs auch auf eine Änderung des Schweißplans. Beispielsweise muss der Überwachungsalgorithmus in Abhängigkeit von Änderungen im Schweißplan möglicherweise auch entsprechend modifiziert werden, um verschiedene Daten über den Schweißvorgang anzupassen, die als Folge der Planänderung erzeugt und empfangen wurden. Zum Beispiel kann es sein, dass der Überwachungsalgorithmus in Abhängigkeit vom Zeitplan der durchgeführten Schweißung geändert werden muss. Das heißt, dass derselbe Algorithmus (oder zumindest dieselben Parameter, auch wenn der Algorithmus derselbe ist) nicht zur Überwachung des Schweißvorgangs verwendet werden kann, wenn der Zeitplan geändert wird.
-
In einer Ausführungsform werden die Informationen darüber, welcher Teil der Schweißung nach welchem Zeitplan ausgeführt werden kann, vom Randcomputersystem 5 gespeichert, das dann den entsprechenden Klassifizierer/Algorithmus anwenden kann, um festzustellen, ob die Schweißung als akzeptable Schweißung angesehen werden kann. Damit werden die Möglichkeiten der Roboterkinematik für die Schweißnahtüberwachung ebenso genutzt wie die Messungen von Spannung, Strom, Drahtvorschub, Gasfluss usw. Auch ein adaptiver Überwachungsalgorithmus, der auf dem Schweißplan basiert, wird im Schweißvorgang mit Planbewusstsein eingesetzt, indem Daten des angepassten Schweißplans mit einer Inspektion nach dem Schweißen kombiniert werden, um die endgültige Schweißqualität zu bewerten.
-
In einer Ausführungsform wird der Draht des taktilen Sensors der ersten Stufe, der bei der Prüfung vor dem Schweißen in Schritt 410 verwendet wird, auch in Schritt 445 verwendet, um Schweiß- und Prozessüberwachungsdaten der drahtkonfigurierten abschmelzenden Elektrode zu erzeugen, die zum Schweißteil vordringt, um eine Schweißraupe aufzutragen, die das Schweißsegment für die Schweißung zwischen dem Satz von Schweißteilen bildet, und zwar über einen Drahtvorschubsensor, der eine gemessene Schmelzrate der abschmelzenden Elektrode beim Schweißvorgang liefert. In Schritt 445 werden die prozessüberwachten Daten durch mehrere Sätze von Sensoren in der zweiten Stufe erzeugt, die einen Satz von Komponenten erfassen, die mit dem Schweißvorgang verbunden sind, und die hochauflösende Daten von Messungen aus der direkten und indirekten Erfassung von Messungen des Satzes von Komponenten erzeugen, die mit dem Schweißvorgang verbunden sind, im Gegensatz zu niedrigauflösenden Daten von Messungen, die von einer Schweißsteuerung bereitgestellt werden. Ebenfalls in Schritt 445 wird ein Qualifizierungsschritt des durch den Schweißvorgang gebildeten Schweißsegments auf der Grundlage einer Schweißüberwachungsregel durchgeführt, die auf ein Ergebnis der Berechnung unter Verwendung einer Funktion eines gemessenen Schweißteilspaltplans angewendet wird. In Ausführungsformen kann in Schritt 445 ein Schallsensor eines Mikrofons oder Mikrofonarrays zur Überwachung von Ultraschallfrequenzen und Frequenzen im hörbaren Bereich von Geräuschen eingesetzt werden, die mit dem Schweißvorgang verbunden sind, um festzustellen, ob das Schweißsegment konform ist. In Schritt 445 kann ein am Schweißteil angebrachter Dehnungsmessstreifen-Sensor eingesetzt werden, um eine Reihe von Messwerten zu messen, die das Schweißteil während des Schweißvorgangs aufweist, um eine Verformung des Schweißteils zu bestimmen und festzustellen, ob die Verformung des Schweißteils über ein zulässiges Maß hinausgeht.
-
In Schritt 425 wird eine automatische Prüfung durchgeführt, und die Daten werden an Schritt 450 zur Bestimmung der Nachschweißprüfung und an Schritt 430 für eine Datenfusionsqualitätsanalyse gesendet. In einer Ausführungsform kann die Datenfusionsqualitätsanalyse von Schritt 430 (d. h., Qualitätsanalyse 370 von 3) Prozesse implementieren, die Daten vor, während und nach der Inspektion von der Vielzahl von Sensoren in den Schritten 410, 445 und 450 des Schweißprozesses kombinieren, um die hochauflösenden Daten und die niedrigauflösenden Daten zu verarbeiten und zu verschmelzen, um die Schweißnaht unter Verwendung eines Klassifizierungsalgorithmus zu klassifizieren, und um Daten von der Schweißdrahtmodulation zu verwenden, die die Position der Schweißnaht erfasst und die Größe des Spalts zwischen dem Substrat als Eingabe für den Klassifizierungsalgorithmus schätzt, um die Schweißnaht ebenfalls zu klassifizieren und zu qualifizieren.
-
Die Prüfung nach dem Schweißen in Schritt 450 führt eine Prüfung nach dem Schweißen durch eine automatisierte Prüfung des Schweißsegments mit dem angepassten Schweißplan und dem Satz von Schweißteilen durch, indem eine Kamera/Scanner verwendet wird, um die Geometrie des endgültigen geschweißten Teils und die Länge des endgültigen geschweißten Teils zu bewerten. In Schritt 450 kann auch eine Analyse nach der Inspektion durchgeführt werden, indem Daten mit hoher und niedriger Auflösung von den mehreren Sensoren und der Schweißsteuerung kombiniert werden, die zur Bestimmung der Flugbahn eines im Schweißvorgang eingesetzten Roboters für die Inspektion nach dem Schweißvorgang verwendet werden.
-
In einer Ausführungsform können die von der Prüfung vor dem Schweißen (Schritt 410) erzeugten Daten auch mit den Daten aus Schritt 445 der Schweiß- und Prozessüberwachung und mit den Daten aus Schritt 450 der Prüfung nach dem Schweißen zur weiteren Verarbeitung kombiniert und zur Speicherung im Daten- und Signalspeicher in Schritt 475 gesendet werden.
-
In einer Ausführungsform werden in Schritt 430 die Daten aus den verschiedenen Quellen aus den verschiedenen Phasen der Prüfung vor dem Schweißen, dem Schweißen und der Prozessüberwachung sowie der Prüfung nach dem Schweißen mittels einer datenfusionsbasierten Qualitätsanalyse in Schritt 430 über das Edge-Computersystem 5 (oder den Server 15) analysiert, um in Schritt 435 über die Stabilität der im Schweißprozess durchgeführten Schweißung zu entscheiden. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise ein regelbasiertes Schema in den Prozessablauf implementiert, um die Schweißnaht zu genehmigen oder nicht zu genehmigen, oder alternativ ein Bayes'sches Schätzverfahren verwendet, um auf der Grundlage von Schweißdaten (d. h. beispielsweise Daten für den Schweißspalt vor der Schweißung 355 und Daten für das Schweißraupenprofil nach der Schweißung 360) eine Wahrscheinlichkeit zu definieren, dass es sich bei der Schweißnaht um eine konforme oder nicht konforme Schweißung handelt.
-
Wenn in einer Ausführungsform auf der Grundlage von Kriterien für Komponenten und Schwellenwerte für jede einer Reihe von Komponenten, die im Schweißprozess identifiziert wurden, festgestellt wird, dass der Prozess nicht stabil ist, wird in Schritt 440 eine zweite zerstörungsfreie Prüfung (d. h. CT-Scan, selektiver Schnitt/Ätzvorgang usw.) durchgeführt und der Prozess erneut auf Stabilität geprüft. Wenn der Prozess stabil ist, wird in Schritt 455 eine Prozessregelfunktion angewandt, um festzustellen, ob die Schweißnaht konform ist (d. h. das regelbasierte Schema). Wird die Schweißnaht als konform angesehen, wird sie in Schritt 465 genehmigt, andernfalls wird sie in Schritt 460 zurückgewiesen. In Schritt 470 wird der nicht konforme oder zurückgewiesene Teil der Schweißnaht oder des Schweißteils angezeigt, und der nicht konforme Teil wird zur weiteren Prüfung weitergeleitet (d. h. zur manuellen Prüfung).
-
Es sei darauf hingewiesen, dass der Prozess von 4 eine beliebige Anzahl zusätzlicher oder alternativer Aufgaben enthalten kann, dass die in 4 dargestellten Aufgaben nicht in der dargestellten Reihenfolge ausgeführt werden müssen und dass der Prozess von 4 in ein umfassenderes Verfahren oder einen Prozess mit zusätzlicher, hier nicht im Detail beschriebener Funktionalität integriert werden kann. Darüber hinaus können eine oder mehrere der in 4 dargestellten Aufgaben in einer Ausführungsform des in 4 dargestellten Verfahrens weggelassen werden, solange die beabsichtigte Gesamtfunktionalität erhalten bleibt.
-
Die vorstehende ausführliche Beschreibung dient lediglich der Veranschaulichung und soll die Ausführungsformen des Gegenstands oder die Anwendung und Verwendung solcher Ausführungsformen nicht einschränken. Wie hierin verwendet, bedeutet das Wort „beispielhaft“ „als Beispiel, Instanz oder Illustration dienen“. Jede hier als beispielhaft beschriebene Implementierung ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Implementierungen zu verstehen. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, an eine ausdrückliche oder stillschweigende Theorie gebunden zu sein, die in dem vorangehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund oder der detaillierten Beschreibung dargestellt ist.
-
Obwohl in der vorangegangenen detaillierten Beschreibung mindestens eine beispielhafte Ausführungsform vorgestellt wurde, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass es eine Vielzahl von Varianten gibt. Es sollte auch gewürdigt werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder beispielhaften Ausführungsformen sind nur Beispiele und sind nicht beabsichtigt, den Umfang, die Anwendbarkeit oder Konfiguration der Offenbarung in irgendeiner Weise zu begrenzen. Vielmehr soll die vorstehende detaillierte Beschreibung dem Fachmann eine praktische Anleitung für die Umsetzung der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen geben.
-
Es versteht sich, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne dass der Umfang der Offenbarung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren gesetzlichen Äquivalenten dargelegt ist, verlassen wird.
