DE202014010776U1

DE202014010776U1 - Systeme zum Bereitstellen einer Positionsrückkopplung für die additive Fertigung

Info

Publication number: DE202014010776U1
Application number: DE202014010776.9U
Authority: DE
Original assignee: Lincoln Global Inc
Current assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2016-08-12
Anticipated expiration: 2024-08-29
Also published as: US9815135B2; CN105658367A; WO2015059533A1; JP3208808U; US20150108096A1; CN105658367B

Abstract

Schweißsystem, das eine Schweißstromquelle (72) umfasst, wobei die Schweißstromquelle (72) konfiguriert ist zum: Abtasten (910), in Echtzeit, von Augenblicksparameterpaaren von Schweißausgangsstrom und Drahtzufuhrgeschwindigkeit während eines additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen zum Erzeugen einer momentanen Schweißlage eines 3D-Werkstückteils (22); Bestimmen (920) einer augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD) für jedes Parameterpaar, und auf der Basis mindestens jedes Parameterpaares, der augenblicklichen Parameterpaare, die während der Erzeugung der momentanen Schweißlage abgetastet wurden; Bestimmen (930) einer durchschnittlichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD) auf der Basis jeder augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz, die für die momentane Schweißlage bestimmt wurde; und Generieren (940) eines Korrekturfaktors, der beim Erzeugen einer nächsten Schweißlage des 3D-Werkstückteils (22) verwendet werden soll, auf der Basis mindestens der durchschnittlichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD).

Description

Diese US-Patentanmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 61/894,035, eingereicht am 22. Oktober 2013, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen das Lichtbogenschweißen. Insbesondere betreffen bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Systeme zum Bereitstellen einer Positionsrückkopplung für einen additiven Fertigungsprozess mit robotischem Schweißen.
HINTERGRUND
Während eines additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen werden aufeinanderfolgende Schichten von Metallmaterial aufgebaut, um ein Werkstückteil zu bilden. Eine robotische Schweißeinheit wird verwendet, um das Werkstückteil im Lauf der Zeit Schicht für Schicht gemäß den Befehlen einer Robotersteuereinheit der robotischen Schweißeinheit aufzubauen. Die Robotersteuereinheit kann Software enthalten, die ein 3D-Modell des Werkstückteils liest, das unter Verwendung eines additiven (Schicht für Schicht ausgeführten) Fertigungsprozesses gebildet werden soll. Die Robotersteuereinheit teilt das 3D-Modell programmatisch in mehrere Schichten und plant einen Schweißpfad für jede der individuellen Schichten zum Ausführen des Aufbaus des Teils. Eine erwartete Schweißablagerung wird für jede Schicht bestimmt, was zu einer erwarteten Höhe für jede abgeschiedene Schicht führt. Jedoch kann im Zuge des tatsächlichen schichtweisen Schweißens die tatsächliche resultierende Höhe für jede einzelne Schicht von der erwarteten oder gewünschten Höhe abweichen, was an Faktoren wie zum Beispiel den Oberflächenbedingungen des Werkstückteilsubstrats (zum Beispiel Temperatur oder Position auf dem Substrat) und der Genauigkeit liegt, mit der bestimmte Schweißparameter gesteuert werden können. Die durchschnittliche Kontaktspitze-Werkstück-Distanz kann ein einfacher mathematischer Durchschnitt der augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanzen, die für die momentane Schweißlage bestimmt werden, ein gewichteter Durchschnitt der augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanzen, die für die momentane Schweißlage bestimmt werden, oder ein gleitender Durchschnitt der augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanzen, die für die momentane Schweißlage bestimmt werden, sein.
Weitere Einschränkungen und Nachteile herkömmlicher, traditioneller und vorgeschlagener Lösungsansätze erkennt der Fachmann durch Vergleichen solcher Lösungsansätze mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die im übrigen Teil der vorliegenden Anmeldung mit Bezug auf die Zeichnungen dargelegt sind.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es wird ein System zum Korrigieren eines Höhenfehlers während eines additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen bereitgestellt. Ein Schweißausgangsstrom und/oder eine Drahtzufuhrgeschwindigkeit werden während eines additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen beim Erzeugen einer momentanen Schweißlage abgetastet. Mehrere augenblickliche Kontaktspitze-Werkstück-Distanzen (Contact Tip-to-Work Distances, CTWDs) werden auf der Basis des Schweißausgangsstroms und/oder der Drahtzufuhrgeschwindigkeit bestimmt. Eine durchschnittliche CTWD wird auf der Basis der mehreren augenblicklichen CTWDs bestimmt. Ein Korrekturfaktor wird mindestens auf der Basis der durchschnittlichen CTWD generiert und wird dafür verwendet, Höhenfehler der momentanen Schweißlage zu kompensieren.
In einer Ausführungsform wird ein Schweißsystem bereitgestellt, das eine Schweißstromquelle aufweist. Die Schweißstromquelle ist konfiguriert zum: Abtasten, in Echtzeit, von Augenblicksparameterpaaren von Schweißausgangsstrom und Drahtzufuhrgeschwindigkeit während eines additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen zum Erzeugen einer momentanen Schweißlage eines 3D-Werkstückteils; Bestimmen einer augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz für jedes Parameterpaar, und auf der Basis mindestens jedes Parameterpaares, der augenblicklichen Parameterpaare, die während der Erzeugung der momentanen Schweißlage abgetastet wurden; Bestimmen einer durchschnittlichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz auf der Basis jeder augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz, die für die momentane Schweißlage bestimmt wurde; und Generieren eines Korrekturfaktors, der beim Erzeugen einer nächsten Schweißlage des 3D-Werkstückteils verwendet werden soll, auf der Basis mindestens der durchschnittlichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz.
In einer Ausführungsform wird ein Schweißsystem bereitgestellt, das eine Schweißstromquelle aufweist. Die Schweißstromquelle ist konfiguriert zum: Abtasten, in Echtzeit, von Augenblicksparameterpaaren von Schweißausgangsstrom und Drahtzufuhrgeschwindigkeit während eines additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen zum Erzeugen einer momentanen Schweißlage eines 3D-Werkstückteils; Bestimmen, in Echtzeit, einer augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz für jedes Parameterpaar, und auf der Basis mindestens jedes Parameterpaares, der augenblicklichen Parameterpaare, die während der Erzeugung der momentanen Schweißlage abgetastet wurden; Bestimmen, in Echtzeit, eines gleitenden Durchschnitts der Kontaktspitze-Werkstück-Distanz, während jede augenblickliche Kontaktspitze-Werkstück-Distanz während der Erzeugung der momentanen Schweißlage bestimmt wird; und Justieren, in Echtzeit, einer Schweißdauer und/oder einer Drahtzufuhrgeschwindigkeit während der Erzeugung der momentanen Schweißlage in Reaktion auf den gleitenden Durchschnitt der Kontaktspitze-Werkstück-Distanz.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen. Die Details der veranschaulichten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen besser verstanden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht ein Schaubild einer beispielhaften Ausführungsform einer robotischen Schweißzelleneinheit;
2 veranschaulicht ein schematisches Blockschaubild einer beispielhaften Ausführungsform der Schweißstromquelle der robotischen Schweißzelleneinheit von 1, die mit einer aufzehrbaren Schweißelektrode und einem Werkstückteil wirkverbunden ist;
3 veranschaulicht ein Schaubild einer beispielhaften Ausführungsform eines Abschnitts der Schweißpistole der robotischen Schweißzelleneinheit von 1, die eine Schweißdrahtelektrode bereitstellt, die mit einem Werkstückteil während eines Lichtbogenschweißprozesses mit additiver Fertigung interagiert;
4A und 4B veranschaulichen das Konzept der Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD) mit und ohne Vorliegen eines Lichtbogens;
5 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines zweidimensionalen Kurvendiagramms mit zwei Diagrammen, das die Beziehung zwischen der CTWD und Schweißausgangsstrom (Stromstärke) für zwei verschiedene Schweißdrähte, die vom gleichen Typ sind, aber zwei verschiedene Größen haben, für einen Lichtbogenschweißprozess bei einer bestimmten Drahtzufuhrgeschwindigkeit zeigt, wenn eine bestimmte Art von Schweißgas verwendet wird;
6 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines dreidimensionalen Kurvendiagramms, das die Beziehung zwischen der CTWD, Schweißausgangsstrom (Stromstärke) und Drahtzufuhrgeschwindigkeit, von einem bestimmten Typ und einer bestimmten Größe, für einen Lichtbogenschweißprozess zeigt, wenn ein bestimmter Typ von Schweißgas zugeführt wird;
7 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines Abschnitts der Steuereinheit der Schweißstromquelle von 2, die dafür konfiguriert ist, eine tatsächliche augenblickliche CTWD zu bestimmen;
8 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines Abschnitts der Steuereinheit der Schweißstromquelle von 2, die dafür konfiguriert ist, eine durchschnittliche CTWD im zeitlichen Verlauf anhand der augenblicklichen CTWDs zu bestimmen und einen Korrekturfaktor zu berechnen;
9 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Korrigieren des Höhenfehlers bei der additiven Fertigung auf Schicht-für-Schicht-Basis während eines additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen (Robotic Welding Additive Manufacturing Process, RWAMP); und
10 veranschaulicht ein Beispiel eines additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen, das das Verfahren von 9 verwendet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Das Folgende sind Definitionen beispielhafter Begriffe, die innerhalb der Offenbarung verwendet werden können. Sowohl die Einzahl- als auch die Mehrzahlform aller Begriffe fallen in den Rahmen der jeweiligen Bedeutung:
„Software” oder „Computerprogramm” im Sinne des vorliegenden Textes beinhaltet beispielsweise eine oder mehrere computerlesbare und/oder -ausführbare Anweisungen, die einen Computer oder eine andere elektronische Vorrichtung veranlassen, gewünschte Funktionen oder Aktionen auszuführen und/oder sich in einer gewünschten Weise zu verhalten. Die Anweisungen können in verschiedenen Formen verkörpert sein, wie zum Beispiel Routinen, Algorithmen, Modulen oder Programmen, die separate Anwendungen oder Code von dynamisch verlinkten Bibliotheken enthalten. Software kann ebenfalls in verschiedenen Formen implementiert werden, wie zum Beispiel als ein eigenständiges Programm, ein Funktionsaufruf, ein Servlet, ein Applet, eine Anwendung, Anweisungen, die in einem Speicher gespeichert sind, ein Teil eines Betriebssystems oder irgendeine andere Art von ausführbaren Anweisungen. Dem Durchschnittsfachmann leuchtet ein, dass die Form der Software zum Beispiel von den Anforderungen einer gewünschten Anwendung, der Umgebung, in der sie abläuft, und/oder den Vorstellungen eines Designers oder Programmierers oder dergleichen abhängig ist.
„Computer” oder „Verarbeitungselement” oder „Computervorrichtung” im Sinne des vorliegenden Textes beinhaltet beispielsweise eine beliebige programmierte oder programmierbare elektronische Vorrichtung, die Daten speichern, abrufen und verarbeiten kann. „Nicht-transitorische computerlesbare Medien” beinhalten beispielsweise eine CD-ROM, eine Flash-Wechselspeicherkarte, ein Festplattenlaufwerk, ein Magnetband und eine Floppydisk.
„Schweißwerkzeug” meint im Sinne des vorliegenden Textes beispielsweise eine Schweißpistole, einen Schweißbrenner oder eine sonstige Schweißvorrichtung, die eine aufzehrbare Schweißelektrode aufnimmt, um von einer Schweißstromquelle kommende elektrische Leistung an den aufzehrbaren Schweißdraht anzulegen.
„Schweißausgangsstromkreispfad” meint im Sinne des vorliegenden Textes den elektrischen Pfad von einer ersten Seite des Schweißausgangs einer Schweißstromquelle durch ein erstes Schweißkabel (oder eine erste Seite eines Schweißkabels) zu einer Schweißelektrode, zu einem Werkstück (entweder durch einen Kurzschluss oder einen Lichtbogen zwischen der Schweißelektrode und dem Werkstück), durch ein zweites Schweißkabel (oder eine zweite Seite eines Schweißkabels) und zurück zu einer zweiten Seite des Schweißausgangs der Schweißstromquelle.
„Schweißkabel” meint im Sinne des vorliegenden Textes das elektrische Kabel, das zwischen einer Schweißstromquelle und einer Schweißelektrode und dem Werkstück (zum Beispiel durch eine Schweißdrahtzuführvorrichtung) verbunden sein kann, um elektrischen Strom bereitzustellen, um einen Lichtbogen zwischen der Schweißelektrode und dem Werkstück zu erzeugen.
„Schweißausgang” kann sich im Sinne des vorliegenden Textes auf die elektrischen Ausgangsschaltungen oder den elektrischen Ausgangsport oder die elektrischen Ausgangsanschlüsse einer Schweißstromquelle oder auf die elektrische Leistung, die elektrische Spannung oder den elektrischen Strom beziehen, die bzw. der durch die elektrischen Ausgangsschaltungen oder den elektrischen Ausgangsport einer Schweißstromquelle bereitgestellt wird.
„Computerspeicher” meint im Sinne des vorliegenden Textes eine Speichervorrichtung, die dafür konfiguriert ist, digitale Daten oder Informationen zu speichern, die durch einen Computer oder ein Verarbeitungselement abgerufen werden können.
„Controller” meint im Sinne des vorliegenden Textes die Logikschaltungen und/oder Verarbeitungselemente und zugehörige Software oder ein zugehöriges Programm, die bzw. das an der Steuerung einer Schweißstromquelle oder eines Schweißroboters beteiligt ist.
Die Begriffe „Signal”, „Daten” und „Informationen” können im vorliegenden Text austauschbar verwendet werden und können in digitaler oder analoger Form vorliegen.
Der Begriff „Schweißparameter” wird im vorliegenden Text in einem breiten Sinn verwendet und kann sich auf Eigenschaften eines Abschnitts einer Schweißausgangsstromwellenform (zum Beispiel Amplitude, Impulsbreite oder -dauer, Anstieg, Elektrodenpolarität), einen Schweißprozess (zum Beispiel einen Kurzschlusslichtbogenschweißprozess oder einen Impulsschweißprozesses), eine Drahtzufuhrgeschwindigkeit, eine Modulationsfrequenz oder eine Schweißvorschubgeschwindigkeit beziehen.
Mit Bezug auf 1 enthält eine robotische Schweißzelleneinheit 10 allgemeinen einen Rahmen 12, einen Roboter 14, der innerhalb des Rahmens angeordnet ist, und einen Schweißtisch 16, der ebenfalls innerhalb des Rahmens angeordnet ist. Die robotische Schweißzelleneinheit 10 eignet sich zum Aufbauen eines Werkstückteils 22 auf einem Substrat durch einen additiven Fertigungsprozess, wie er unten noch ausführlicher beschrieben wird.
In der gezeigten Ausführungsform enthält der Rahmen 12 mehrere Seitenwände und Türen, um den Roboter 14 und den Schweißtisch 16 zu umschließen. Auch wenn eine im Wesentlichen rechteckige Konfiguration in einer Grundrissansicht gezeigt ist, können der Rahmen 12 und die Einheit 10 zahlreiche Konfigurationen annehmen.
Eine vorderseitige Zugangstür 26 ist an dem Rahmen 12 montiert, um Zugang zum Inneren des Rahmens zu gewähren. Gleichermaßen ist auch eine hintere Zugangstür 28 an dem Rahmen 12 montiert. Es können Fenster 32 an jeder Tür angeordnet werden (nur an der vorderseitigen Tür 26 gezeigt). Die Fenster können eine getönte Sicherheitsscheibe enthalten, die dem Fachmann bekannt ist.
Eine Steuertafel 40 ist an dem Rahmen 12 neben der vorderseitigen Tür 26 angeordnet. Bediendrehregler und/oder -schalter, die an der Steuertafel 40 angeordnet sind, kommunizieren mit Bedienelementen, die in einem Bedienelementgehäuse 42 untergebracht sind, das ebenfalls an dem Rahmen 12 montiert ist. Die Bedienelemente an der Steuertafel 40 können dafür verwendet werden, Operationen, die in der Einheit 10 ausgeführt werden, in einer ähnlichen Weise zu steuern wie Bedienelemente, der mit bekannten Schweißzelleneinheiten verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Roboter 14 auf einem Sockel montiert, der auf einem (nicht gezeigten) Unterbau montiert ist. Der in der gezeigten Ausführungsform verwendete Roboter 14 kann ein Roboter des Typs ARC Mate^® 100/Be sein, der bei der Firma FANUC Robotics America, Inc. bezogen werden kann. Es können auch andere ähnliche Roboter verwendet werden. Der Roboter 14 in der gezeigten Ausführungsform ist mit Bezug auf den Schweißtisch 16 positioniert und enthält elf Bewegungsachsen. Gewünschtenfalls kann sich der (nicht gezeigte) Sockel mit Bezug auf den (nicht gezeigten) Unterbau ähnlich wie ein Drehturm drehen. Dementsprechend kann irgendeine Art von Antriebsmechanismus, zum Beispiel ein Motor und ein Getriebe (nicht gezeigt) in dem Sockel und/oder dem Unterbau untergebracht sein, um den Roboter 14 zu drehen.
Eine Schweißpistole 60 ist an einem distalen Ende des Roboterarms 14 angebracht. Die Schweißpistole 60 kann jenen ähneln, die dem Fachmann bekannt sind. Ein flexibles Rohr oder ein flexibler Leitungskanal 62 ist an der Schweißpistole 60 angebracht. Ein aufzehrbarer Schweißelektrodendraht 64, der in einem Behälter 66 gespeichert werden kann, wird der Schweißpistole 60 durch den Leitungskanal 62 zugeführt. Eine Drahtzuführvorrichtung 68, die beispielsweise eine Drahtzuführvorrichtung des Typs PF 10 R-II sein kann, die bei der Lincoln Electrical Company zu beziehen ist, ist an dem Rahmen 12 angebracht, um die Zuführung von Schweißdraht 64 zu der Schweißpistole 60 zu ermöglichen.
Auch wenn der Roboter 14 so gezeigt ist, dass er an einer Basis oder einem unteren Abschnitt des Rahmens 12 montiert ist, kann der Roboter 14 gewünschtenfalls auch in einer ähnlichen Weise wie der Roboter montiert werden, wie es in US-Patent Nr. 6,772,932 offenbart ist. Das heißt, der Roboter kann an einer oberen Struktur des Rahmens montiert sein und sich nach unten in die Zelleneinheit 10 hinein erstrecken.
Wir kehren zu der in 1 gezeigten Ausführungsform zurück, wo eine Schweißstromquelle 72 für die Schweißoperation auf einer Plattform 74 montiert ist (und auf ihr ruht), die mit dem Rahmen 12 verbunden ist und ein Teil davon sein kann. Die Schweißstromquelle 72 in der gezeigten Ausführungsform ist eine PW 455 M (ohne STT), die bei der Lincoln Electrical Company zu beziehen ist; jedoch können auch andere geeignete Stromquellen für die Schweißoperation verwendet werden. Eine Robotersteuereinheit 76, die den Roboter 14 steuert, ruht ebenfalls auf der Plattform 74 und ist an dieser montiert. Die Robotersteuereinheit wird in der Regel mit dem Roboter 14 geliefert.
Die robotische Schweißzelleneinheit 10 kann auch eine (nicht gezeigte) Schutzgasversorgung enthalten. Während des Betriebes sind die Drahtzuführvorrichtung 68, die Schweißpistole 60, die Schutzgasversorgung und die Schweißstromquelle 72 wirkverbunden, damit ein elektrischer Lichtbogen zwischen einem Schweißdraht und einem Werkstückteil 22 entstehen kann, um eine Schweißlage zu bilden, wie dem Fachmann allgemein bekannt ist. Gemäß einer Ausführungsform können Schutzgase während eines Gas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-Prozesses verwendet werden, um die Schweißregion vor atmosphärischen Gasen, wie zum Beispiel Sauerstoff oder Stickstoff, zu schützen. Solche atmosphärischen Gase können verschiedene Schweißmetalldefekte verursachen, wie zum Beispiel Verschmelzungsdefekte, Versprödung und Porosität.
Die Art des verwendeten Schutzgases oder die verwendete Kombination von Schutzgasen richtet sich nach dem geschweißten Material und dem Schweißprozess. Die Strömungsrate des zuzuführenden Schutzgases richtet sich nach der Art des Schutzgases, der Vorschubgeschwindigkeit, dem Schweißstrom, der Schweißgeometrie und dem Metalltransfermodus des Schweißprozesses. Zu inerten Schutzgasen gehören Argon und Helium. Es kann jedoch Situationen geben, wo es wünschenswert ist, andere Schutzgase oder Kombinationen von Gasen zu verwenden, wie zum Beispiel Kohlendioxid (CO₂) und Sauerstoff. Gemäß einer Ausführungsform kann ein Schutzgas einem Schweißwerkzeug während eines Lichtbogenschweißprozesses dergestalt zugeführt werden, dass das Schweißwerkzeug das Schutzgas während des Schweißprozesses zu der Schweißregion verteilt werden.
Die Auswahl eines Schweißdrahtes oder einer Schweißelektrode richtet sich nach der Zusammensetzung des additiv geschweißten Werkstückteils, dem Schweißprozess, der Konfiguration der Schweißlage und den Oberflächenbedingungen des Werkstückteilsubstrats. Die Schweißdrahtauswahl kann in hohem Maße die mechanischen Eigenschaften der resultierenden Schweißlagen beeinflussen und kann eine Hauptdeterminante der Schweißlagenqualität sein. Es kann wünschenswert sein, dass die resultierenden Schweißmetalllagen mechanische Eigenschaften besitzen, die denen des Basissubstratmaterials gleichen, ohne Defekte, wie zum Beispiel Diskontinuitäten, Verunreinigungen oder Porosität.
Die Schweißdrahtelektroden des Standes der Technik enthalten oft desoxidierende Metalle, wie zum Beispiel Silizium, Mangan, Titan und Aluminium in relativ kleinen Prozentsätzen, um Sauerstoffporosität verhindern zu helfen. Einige Elektroden können Metalle enthalten, wie zum Beispiel Titan und Zirkon, um Stickstoffporosität zu vermeiden. In Abhängigkeit vom Schweißprozess und von dem Basissubstratmaterial, auf dem geschweißt wird, liegen die Durchmesser der zum Gas-Metall-Lichtbogenschweißen (GMAW) verwendeten Elektroden in der Regel im Bereich von 0,028–0,095 Inch, können aber auch bis zu 0,16 Inch groß sein. Die kleinsten Elektroden, allgemein bis zu 0,045 Inch im Durchmesser, können für einen Kurzschluss-Metalltransferprozess verwendet werden, während Elektroden, die für Sprühtransferprozesse verwendet werden, mindestens 0,035 Inch im Durchmesser betragen können.
2 veranschaulicht ein schematisches Blockschaubild einer beispielhaften Ausführungsform der Schweißstromquelle 72 der robotischen Schweißzelleneinheit 10 von 1, die mit einer aufzehrbaren Schweißelektrode 64 und einem Werkstückteil 22 wirkverbunden ist. Die Schweißstromquelle 72 enthält eine Schaltstromversorgung 105 mit einer Leistungswandlungsschaltung 110 und einer Brückenverknüpfungsschaltung 180, die eine Schweißausgangsleistung zwischen der Schweißelektrode 64 und dem Werkstückteil 22 bereitstellt. Die Leistungswandlungsschaltung 110 kann transformatorbasiert sein und eine Halbbrückenausgangstopologie haben. Zum Beispiel kann die Leistungswandlungsschaltung 110 von einem Invertertyp sein, der zum Beispiel eine Eingangsleistungsseite und eine Ausgangsleistungsseite enthält, die durch die primäre bzw. die sekundäre Seite eines Schweißtransformators abgegrenzt werden. Es sind auch andere Arten von Leistungswandlungsschaltungen möglich, wie zum Beispiel ein Chopper-Typ mit einer Gleichstromausgangstopologie. Die Stromquelle 100 enthält außerdem eine Brückenverknüpfungsschaltung 180, die mit der Leistungswandlungsschaltung 110 wirkverbunden ist und dafür konfiguriert ist, eine Richtung der Polarität des Schweißausgangsstroms umzuschalten (zum Beispiel für Wechselstromschweißen).
Die Stromquelle 72 enthält des Weiteren einen Wellenformgenerator 120 und eine Steuereinheit 130. Der Wellenformgenerator 120 generiert Schweißwellenformen auf Anweisung der Steuereinheit 130. Eine durch den Wellenformgenerator 120 generierte Wellenform moduliert das Ausgangssignal der Leistungswandlungsschaltung 110, um den Schweißausgangsstrom zwischen der Elektrode 64 und dem Werkstückteil 22 zu erzeugen. Die Steuereinheit 130 befiehlt auch das Umschalten der Brückenverknüpfungsschaltung 180 und kann Steuerbefehle an die Leistungswandlungsschaltung 110 ausgeben.
Die Schweißstromquelle 72 enthält des Weiteren eine Spannungsrückkopplungsschaltung 140 und eine Stromrückkopplungsschaltung 150 zum Überwachen der Schweißausgangsspannung und des Schweißausgangsstroms zwischen der Elektrode 64 und dem Werkstückteil 22 und zum Übermitteln der überwachten Spannung und des überwachten Stroms zurück an die Steuereinheit 130. Die Rückkopplungsspannung und der Rückkopplungsstrom können durch die Steuereinheit 130 dafür verwendet werden, Entscheidungen mit Bezug auf die Modifizierung der durch den Wellenformgenerator 120 generierten Schweißwellenform zu treffen und/oder sonstige Entscheidungen zu treffen, die beispielsweise den Betrieb der Stromquelle 72 beeinflussen. Gemäß einer Ausführungsform wird die Steuereinheit 130 verwendet, um die CTWD während eines Schweißprozesses zu bestimmen, und die CTWD zu verwenden, um eine Schweißzeitdauer (Weld Time Duration, WTD) und/oder eine Drahtzufuhrgeschwindigkeit (Wire Feed Speed, WFS) zu justieren, wie später im vorliegenden Text noch in größerer Ausführlichkeit besprochen wird.
Gemäß einer Ausführungsform bilden die Schaltstromversorgung 105, der Wellenformgenerator 120, die Steuereinheit 130, die Spannungsrückkopplungsschaltung 140 und die Stromrückkopplungsschaltung 150 die Schweißstromquelle 72. Die robotische Schweißzelleneinheit 10 enthält außerdem eine Drahtzuführvorrichtung 68, die die aufzehrbare Drahtschweißelektrode 64 in Richtung des Werkstückteils 22 durch die Schweißpistole (das Schweißwerkzeug) 60 hindurch mit einer ausgewählten Drahtzufuhrgeschwindigkeit (WFS) zuführt. Die Drahtzuführvorrichtung 68, die aufzehrbare Schweißelektrode 64 und das Werkstückteil 22 sind nicht Teil der Schweißstromquelle 72, können aber mit der Schweißstromquelle 72 über ein oder mehrere Schweißausgangskabel wirkverbunden sein.
3 veranschaulicht ein Schaubild einer beispielhaften Ausführungsform eines Abschnitts der Schweißpistole 60 der robotischen Schweißzelleneinheit 10 von 1, die eine Schweißdrahtelektrode 64 bereitstellt, die mit einem Werkstückteil 22 während eines Lichtbogenschweißprozesses mit additiver Fertigung interagiert. Die Schweißpistole 60 kann ein isoliertes Leiterrohr 61, einen Elektrodenleitungskanal 63, einen Gasdiffusor 65, eine Kontaktspitze 67 und eine Drahtelektrode 64, die durch die Pistole 60 hindurchgeführt wird, haben. Ein Steuerungsschalter oder Auslöser (nicht gezeigt) startet, wenn er durch den Roboter 14 aktiviert wird, die Drahtzufuhr, die elektrische Leistung und die Schutzgasströmung, wodurch bewirkt wird, dass ein elektrischer Lichtbogen zwischen der Elektrode 64 und dem Werkstückteil 22 entsteht. Die Kontaktspitze 67 ist elektrisch leitfähig und ist mit der Schweißstromquelle 72 durch ein Schweißkabel verbunden und überträgt elektrische Energie zu der Elektrode 64, während die Elektrode 64 in Richtung des Werkstückteils 22 geführt wird. Die Kontaktspitze 67 ist so gesichert und bemessen, dass die Elektrode 64 hindurchgeführt werden kann, während ein elektrischer Kontakt beibehalten wird.
Die Drahtzuführvorrichtung 68 führt die Elektrode 64 zu dem Werkstückteil 22 und treibt die Elektrode 64 durch den Leitungskanal 62 voran und weiter zu der Kontaktspitze 67. Die Drahtelektrode 64 kann mit einer konstanten Zuführrate zugeführt werden, oder die Zuführrate kann auf der Basis der Lichtbogenlänge und der Schweißspannung variiert werden. Einige Drahtzuführvorrichtungen können Zuführraten bis zu 1200 in/min erreichen, jedoch liegen Zuführraten für halbautomatisches GMAW in der Regel im Bereich von 75–400 in/min.
Auf dem Weg zur Kontaktspitze 67 wird die Drahtelektrode 64 durch den Elektrodenleitungskanal 63 geschützt und geführt, der hilft, ein Knicken zu verhindern, und der eine ununterbrochene Zufuhr der Drahtelektrode 64 aufrecht erhält. Der Gasdiffusor 65 leitet das Schutzgas gleichmäßig in die Schweißzone. Ein Gasschlauch von dem einen oder den mehreren Schutzgastanks leitet das Gas zum Gasdiffusor 65.
Die 4A und 4B veranschaulichen das Konzept der Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD) mit und ohne Vorliegen eines Lichtbogens. In 4A ist die CTWD als die Distanz zwischen dem Ende der Kontaktspitze 67 und einer obersten Schicht des Werkstückteils 22 gezeigt, ohne dass ein Lichtbogen zwischen der Elektrode 64 und dem Werkstückteil 22 gebildet wird. In 4B ist die CTWD als die Distanz zwischen dem Ende der Kontaktspitze 67 und der obersten Schicht des Werkstückteil 22 gezeigt, während ein Lichtbogen zwischen der Elektrode 64 und dem Werkstückteil 22 gebildet ist. Auch hier ist das Beibehalten einer gleichbleibenden gewünschten Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD) während eines Schweißprozesses wichtig. Im Allgemeinen nimmt der Schweißstrom in dem Maße ab, wie die CTWD zunimmt. Eine CTWD, die zu lang ist, kann bewirken, dass die Schweißelektrode zu warm wird, und kann auch Schutzgas vergeuden. Darüber hinaus kann die gewünschte CTWD für verschiedene Schweißprozesse verschieden sein.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Werkstückteil 22 im Lauf der Zeit Schicht für Schicht gemäß den Befehlen von der Robotersteuereinheit 76 aufgebaut. Die Robotersteuereinheit 76 enthält Software, die ein 3D-Modell des Werkstückteils 22 liest, das mittels eines additiven (Schicht für Schicht aufbauenden) Fertigungsprozesses hergestellt werden soll. Die Robotersteuereinheit 76 teilt das 3D-Modell programmatisch in mehrere Schichten und plant einen Schweißpfad für jede der individuellen Schichten zum Ausführen des Aufbaus des Teils 22. Eine erwartete Schweißablagerung wird für jede Schicht bestimmt, was zu einer erwarteten Höhe für jede abgeschiedene Schicht (Lage) führt. Jedoch kann im Zuge des tatsächlichen schichtweisen Schweißens die tatsächliche resultierende Höhe für jede einzelne Schicht von der erwarteten oder gewünschten Höhe abweichen, was an Faktoren wie zum Beispiel den Oberflächenbedingungen des Werkstückteilsubstrats und der Genauigkeit liegt, mit der bestimmte Schweißparameter gesteuert werden können. Darum wird gemäß einer Ausführungsform die CTWD für jede Schicht während des Schweißprozesses überwacht und dafür verwendet, Fehler in der Höhenabmessung zu kompensieren, wie unten im vorliegenden Text noch ausführlich beschrieben wird.
5 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines zweidimensionalen Kurvendiagramms 500 mit zwei Diagrammen 510 und 520, das die Beziehung zwischen der CTWD und dem Schweißausgangsstrom (der Stromstärke) für zwei verschiedene Schweißdrähte, die vom gleichen Typ sind und mit der gleichen festen Rate zugeführt werden, aber zwei verschiedene Durchmesser haben, für einen Lichtbogenschweißprozess zeigt, wenn eine bestimmte Art von Schweißgas verwendet wird. Gemäß einer Ausführungsform kann die tatsächliche augenblickliche CTWD während eines Schweißprozesses in Echtzeit durch die Steuereinheit 130 auf der Basis des Schweißausgangsstroms (der Stromstärke), des Schweißelektrodentyps, des Schweißelektrodendurchmessers, der Drahtzufuhrgeschwindigkeit (WFS) und des verwendeten Schutzgases bestimmt werden. Wenn sich die CTWD in Echtzeit während eines Schweißprozesses ändert, so spiegelt der Schweißausgangsstrom (die Stromstärke) diese Änderung in Echtzeit wider, wie durch das entsprechende Diagramm (zum Beispiel 510 oder 520) definiert. Wenn sich die tatsächliche CTWD in Echtzeit während des Schweißprozesses ändert, so bestimmt die Steuereinheit 130, die den Schweißausgangsstromswert, der von der Stromrückkopplungsschaltung 150 zurückgemeldet wird, empfängt und den ausgewählten Drahtelektrodentyp/-durchmesser, das ausgewählte Schutzgasgemisch und die ausgewählte Drahtzufuhrgeschwindigkeit bereits kennt, die tatsächliche CTWD.
Gemäß einer Ausführungsform entspricht Diagramm 510 einer Schweißdrahtelektrode mit einem Durchmesser von 0,045 Inch aus kupferbeschichtetem Weichstahl, die in einem Schweißprozess verwendet wird, der ein Gemisch aus 90% Argonschutzgas und 10% Kohlendioxidschutzgas bereitstellt. Darüber hinaus entspricht Diagramm 520 gemäß einer Ausführungsform einer Schweißdrahtelektrode mit einem Durchmesser von 0,052 Inch vom gleichen kupferbeschichtetem Weichstahl-Typ, die in einem Schweißprozess verwendet wird, der ein gleiches Gemisch aus 90% Argonschutzgas und 10% Kohlendioxidschutzgas bereitstellt. Wie aus 5 zu ersehen ist, bewegt sich die Kurve, die die Beziehung der CTWD zur Stromstärke darstellt, vom Ursprung des Kurvendiagramm 500 nach außen, wenn der Durchmesser des Schweißdrahtes vom gleichen Typ zu einem größeren Durchmesser geändert wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beziehung zwischen der CTWD und der Stromstärke für eine Kombination von Schweißelektrodentyp, Schweißelektrodendurchmesser, Drahtzufuhrgeschwindigkeit und verwendetem Schutzgas experimentell oder durch Analyse auf theoretischer Grundlage bestimmt werden. Sobald eine solche Beziehung bestimmt wurde, kann die Beziehung in der Steuereinheit 130 beispielsweise als eine Nachschlagetabelle (Look-Up Table, LUT) oder als eine mathematische Transferfunktion ausgedrückt oder gespeichert werden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Drahtzufuhrgeschwindigkeit (WFS) während des Schweißprozesses variieren (zum Beispiel auf der Basis der Lichtbogenlänge und der Schweißspannung), und darum kann die LUT oder die mathematische Transferfunktion die Auswirkung einer Änderung der Drahtzufuhrgeschwindigkeit auf die CTWD widerspiegeln. Zum Beispiel veranschaulicht 6 eine beispielhafte Ausführungsform eines dreidimensionalen Kurvendiagramms 600, das die Beziehung zwischen der CTWD, dem Schweißausgangsstrom (der Stromstärke) und der Drahtzufuhrgeschwindigkeit (WFS) für einen Schweißdraht, der von einem bestimmten Typ und einer bestimmten Größe ist, für einen Lichtbogenschweißprozess zeigt, wenn eine bestimmte Art von Schweißgas zugeführt wird. Die Kurve 610 in dem Diagramm 600 bildet eine Oberfläche. Gemäß einer Ausführungsform kann die tatsächliche augenblickliche CTWD während eines Schweißprozesses in Echtzeit durch die Steuereinheit 130 auf der Basis des Schweißausgangsstroms (der Stromstärke), der Drahtzufuhrgeschwindigkeit, des Schweißelektrodentyps, des Schweißelektrodendurchmessers und des verwendeten Schutzgases bestimmt werden.
Wenn sich die tatsächliche CTWD in Echtzeit während eines Schweißprozesses ändert, so widerspiegelt die Paarung aus Schweißausgangsstrom (die Stromstärke) und WFS (Parameterpaar) diese Änderung in Echtzeit, wie durch die Oberflächenkurve 610 des Diagramms 600 definiert. Darüber hinaus bestimmt die Steuereinheit 130, die den von der Stromrückkopplungsschaltung 150 zurückgemeldeten Schweißausgangsstrom(Stromstärke)-Wert und den von der Drahtzuführvorrichtung 68 zurückgemeldeten WFS-Wert empfängt und den ausgewählten Drahtelektrodentyp/-durchmesser und Schutzgasgemisch bereits kennt, die tatsächliche CTWD, wenn sich die tatsächliche CTWD in Echtzeit während des Schweißprozesses ändert. 6 zeigt ein Beispiel eines Stromstärke/WFS-Parameterpaares 611, das einem tatsächlichen CTWD-Wert 612 entspricht, der durch die Oberflächenkurve 610 des Diagramms 600 bestimmt wird. Für andere Kombinationen von Schweißelektrodentyp, Schweißelektrodendurchmesser und verwendetem Schutzgas definieren Kurvendiagramme von anderen Oberflächen die Beziehung von CTWD, WFS und Stromstärke. Gemäß einer alternativen Ausführungsform, die die Schweißausgangsspannung berücksichtigt, die von der Spannungsrückkopplungsschaltung 140 an die Steuereinheit 130 zurückgemeldet wird, kann eine genauere Bestimmung der tatsächlichen augenblicklichen CTWD vorgenommen werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beziehung zwischen CTWD, WFS und Stromstärke für eine Kombination von Schweißelektrodentyp, Schweißelektrodendurchmesser und verwendetem Schutzgas experimentell oder durch Analyse auf theoretischer Grundlage bestimmt werden. Sobald eine solche Beziehung bestimmt wurde, kann die Beziehung in der Steuereinheit 130 beispielsweise als eine Nachschlagetabelle (LUT) oder als eine mathematische Transferfunktion, die in Software ausgedrückt ist, ausgedrückt oder gespeichert werden.
7 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines Abschnitts 700 der Steuereinheit 130 der Schweißstromquelle 72 von 2, die dafür konfiguriert ist, eine tatsächliche augenblickliche CTWD zu bestimmen. Wie in der Ausführungsform von 7 gezeigt, wird eine LUT 710 verwendet, um die Beziehung zwischen den Eingangssignalen 711 (WFS, Drahttyp, Drahtgröße, Stromstärke, Spannung und Schutzgas) und dem Ausgangssignal 712 (tatsächliche CTWD) zu implementieren. Die LUT 710 kann zum Beispiel in Firmware als ein EEPROM implementiert werden. In einigen Ausführungsformen brauchen die Eingangssignale der Schweißausgangsspannung oder des Schutzgases nicht verwendet zu werden. Für jede spezielle Kombination von Eingangssignalen 711 wird in Echtzeit ein Ausgangssignal 712 erzeugt, das eine tatsächliche und augenblickliche CTWD darstellt.
8 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines Abschnitts 800 der Steuereinheit 130 der Schweißstromquelle 72 von 2, die dafür konfiguriert ist, eine durchschnittliche CTWD 812 im zeitlichen Verlauf anhand der CTWDs 712 aus der LUT 710 zu bestimmen und einen Korrekturfaktor zu berechnen. Der Korrekturfaktor kann die Form einer Schweißdauer 822, einer Drahtzufuhrgeschwindigkeit (WFS) 824 oder von beidem annehmen. 8 zeigt außerdem die Robotersteuereinheit 76, die kommunikativ mit dem Abschnitt 800 der Steuereinheit 130 der Schweißstromquelle 72 verbunden ist. Optional oder alternativ kann der Korrekturfaktor die Form einer Vorschubgeschwindigkeit der Schweißpistole annehmen.
Gemäß einer Ausführungsform werden, wenn eine momentane Schweißoperation ausgeführt wird, um eine momentane Schweißlage an einer momentanen Position auf dem Werkstückteil 22 zu bilden, mehrere augenblickliche CTWDs 712 während der momentanen Schweißoperation bestimmt, und eine durchschnittliche CTWD 812 wird aus den mehreren augenblicklichen CTWDs 712 für die momentane Schweißlage durch ein Mittelwertbildungsmodul 810 berechnet. Ein Korrekturfaktor (zum Beispiel eine Schweißdauer 822, eine WFS 824 oder beides) wird für eine nächste Schweißoperation durch ein Korrekturfaktormodul 820 auf der Basis der durchschnittlichen CTWD 812 und des Weiteren auf der Basis der 3D-Modell-/Roboterparameter berechnet, die der nächsten Schweißoperation entsprechen und die durch die Steuereinheit 130 von der Robotersteuereinheit 76 empfangen werden. Der Korrekturfaktor wird durch die Schweißstromquelle 72 verwendet, um die nächste Schweißlage an der nächsten Werkstückteilposition (zum Beispiel an der nächsten Höhenposition, die der nächsten Schweißlage entspricht) während der nächsten Schweißoperation zu erzeugen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die durchschnittliche CTWD ein einfacher mathematischer Durchschnitt der augenblicklichen CTWDs sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die durchschnittliche CTWD ein gewichteter Durchschnitt sein. Zum Beispiel kann den späteren augenblicklichen CTWDs mehr Gewicht gegeben werden (zum Beispiel den letzten vier der zehn). Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die durchschnittliche CTWD ein gleitender Durchschnitt sein, wobei die Gesamtzahl der Abtastungen augenblicklicher CTWDs von Schicht zu Schicht variieren kann. Andere Arten des Bestimmens der durchschnittlichen CTWD, die sich gut für verschiedene Anwendungen zur additiven Fertigung eignen, können ebenfalls möglich sein. Darum wird der Begriff „durchschnittliche CTWD” im vorliegenden Text in einem weitgefassten Sinn verwendet.
Gemäß einer Ausführungsform können die 3D-Modell-/Roboterparameter eine bezeichnete Höhe der nächsten Schweißlage und/oder eine bezeichnete Position der Schweißpistole 60 enthalten. Dank der Kenntnis der 3D-Modell-/Roboterparameter für die nächste Schweißlage und der durchschnittlichen CTWD anhand der momentanen Schweißlage können die Schweißdauer und/oder die WFS für die nächste Schweißoperation erhöht oder verringert werden, um die nächste Schweißlage zu erzeugen. Das Mittelwertbildungsmodul 810 und das Korrekturfaktormodul 820 können gemäß verschiedenen Ausführungsformen als Software und/oder Hardware in der Steuereinheit 130 implementiert werden. Zum Beispiel werden Implementierungen als Software, die in einem Prozessor abläuft, oder als Firmware (zum Beispiel ein programmiertes EEPROM) in Betracht gezogen. Es sind noch weitere implementierte Ausführungsformen möglich (zum Beispiel ein digitaler Signalprozessor).
Wenn zum Beispiel die durchschnittliche CTWD 812 für die momentane Schweißlage auf der Basis der 3D-Modell-/Roboterparameter länger als erwartet ist, so kann dies ein Hinweis darauf sein, dass die resultierende momentane Schweißlage nicht hoch genug ist (zum Beispiel wurde nicht genug Schweißmaterial abgeschieden, um die bezeichnete Höhe für diese Schicht zu erreichen). Darum können die Schweißdauer und/oder die WFS für die nächste Schweißoperation erhöht werden, um mehr Schweißmaterial für die nächste Schweißlage abzuscheiden und so die zu geringe Höhe der momentanen Schweißlage zu kompensieren.
Gleichermaßen kann, wenn die durchschnittliche CTWD für die momentane Schweißlage kürzer als erwartet ist, dies ein Hinweis darauf sein, die die resultierende momentane Schweißlage zu hoch ist (zum Beispiel wurde zu viel Schweißmaterial abgeschieden, wodurch die bezeichnete Höhe für diese Schicht überschritten wurde). Darum können die Schweißdauer und/oder die WFS für die nächste Schweißoperation verringert werden, um weniger Schweißmaterial für die nächste Schweißlage abzuscheiden und so die momentane Schweißlage zu kompensieren. Auf diese Weise können Fehler in einer resultierenden Gesamthöhe des Werkstückteils an einer bestimmten Position, nachdem alle Schweißlagen erzeugt wurden, minimiert werden, indem man dafür sorgt, dass eine nächste Schweißlage eine momentane Schweißlage kompensieren kann. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann eine Vorschubgeschwindigkeit der Schweißpistole für eine nächste Schweißlage justiert (erhöht oder verringert) werden, um zu helfen, eine momentane Schweißlage zu kompensieren.
Die Beziehung zwischen Schweißdauer (und/oder Drahtzufuhrgeschwindigkeit) für eine nächste Schweißlage und durchschnittlicher CTWD kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen experimentell oder durch Analyse auf theoretischer Grundlage bestimmt werden. Im Allgemeinen ist die Bestimmung der CTWD in einer Region genauer, die für eine bestimmte Änderung der CTWD eine größere Stromstärkeänderung erzeugt (siehe zum Beispiel 5).
9 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens 900 zum Korrigieren des Höhenfehlers bei der additiven Fertigung auf Schicht-für-Schicht-Basis während eines additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen (RWAMP). In Schritt 910 werden der Schweißausgangsstrom und/oder die Drahtzufuhrgeschwindigkeit während eines additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen zum Erzeugen einer momentanen Schweißlage abgetastet. In Schritt 920 werden mehrere augenblickliche Kontaktspitze-Werkstück-Distanzen auf der Basis des Schweißausgangsstroms und/oder der Drahtzufuhrgeschwindigkeit sowie eines Schweißdrahttyps, einer Schweißdrahtgröße und optional eines Schweißgastyps, der während des additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen verwendet wird, und/oder einer Schweißausgangsspannung bestimmt. In Schritt 930 wird eine durchschnittliche CTWD auf der Basis der mehreren augenblicklichen CTWDs während des additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen für die momentane Schweißlage bestimmt. In Schritt 940 wird ein Korrekturfaktor, der für die Erzeugung einer nächsten Schweißlage verwendet werden soll, auf der Basis der durchschnittlichen CTWD und eines oder mehrerer Parameter von einer Robotersteuereinheit, die zum Steuern des additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen verwendet wird, bestimmt.
10 veranschaulicht ein Beispiel eines additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen unter Verwendung des Verfahrens 900 von 9. In dem Prozess von 10 ist jede Schicht aus Schweißmaterial mit einer Höhe von 50 mils entlang der z-Richtung an einer bezeichneten Position auf einen Werkstücksubstrat festgelegt, wobei ein mil ein Tausendstel Inch ist. Während des Abscheidens jeder Schicht an der bezeichneten Position werden ungefähr zehn (10) Abtastungen der augenblicklichen CTWD, wie im vorliegenden Text beschrieben, während der Schweißdauer für jede Schicht bestimmt. Darüber hinaus wird die durchschnittliche CTWD der zehn (10) Abtastungen der augenblicklichen CTWD bestimmt. Gemäß einer Ausführungsform kann der Korrekturfaktor für eine Schicht sich ändern oder variieren, wenn sich die bezeichnete Position an dieser Schicht ändert.
In dem Beispiel von 10 wurde festgestellt, dass die durchschnittliche CTWD für Schicht N länger als erwartet ist, so dass die Höhe von Schicht N am Ende 40 mils anstelle der gewünschten 50 mils betrug. Infolge dessen wurde unter Verwendung des im vorliegenden Text beschriebenen Prozesses ein Korrekturfaktor für die nächste Schicht N + 1 auf der Basis mindestens der durchschnittlichen CTWD für Schicht N bestimmt, wobei die Schweißdauer und die Drahtzufuhrgeschwindigkeit jeweils um bestimmte Beträge erhöht wurden, um die Fehlhöhe von Schicht N zu kompensieren. Infolge dessen betrug die Höhe der Schicht N + 1 am Ende 60 mils, was zu einer Gesamthöhe von 100 mils von der Unterseite der Schicht N bis zur Oberseite der Schicht N + 1 führte, wie gewünscht. Der Prozess kann in einer ähnlichen Weise für alle Schichten an der bezeichneten Position fortgeführt werden, was zu einem minimierten, akzeptablen Höhenfehler an dieser bezeichneten Position führt. Auch hier kann gemäß einer Ausführungsform zusätzlich (oder alternativ) zur Schweißdauer und Drahtzufuhrgeschwindigkeit die Vorschubgeschwindigkeit justiert werden, um die momentane Schicht zu kompensieren. Das heißt, es können eines oder mehrere von Schweißdauer, Drahtzufuhrgeschwindigkeit oder Vorschubgeschwindigkeit für eine nächste Schicht justiert werden, um eine momentane Schicht zu kompensieren.
Alternativ kann ein Korrekturfaktor in Echtzeit für eine momentane Schweißlage generiert werden. Zum Beispiel kann ein gleitender Durchschnitt von augenblicklichen CTWDs während eines Schweißprozesses für eine momentane Schicht berechnet werden. Während der gleitende Durchschnitt überwacht wird, können Justierungen an der Schweißdauer und/oder der Drahtzufuhrgeschwindigkeit in Echtzeit für die momentane Schweißlage auf der Basis des gleitenden Durchschnitts der CTWD vorgenommen werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann eine Kombination der zwei Vorgehensweisen (d. h. die Vornahme von Korrekturen in Echtzeit für die momentane Schweißlage und die Vornahme von Korrekturen für eine nächste Schweißlage auf der Basis der momentanen Schweißlage) implementiert werden. Eine solche kombinierte Vorgehensweise kann zu einer Kombination aus Grobkorrektur und Feinkorrektur führen, was hilft, die Höhen der Schichten gleichmäßiger zueinander zu halten. Zum Beispiel kann die Vorgehensweise des Korrigierens in Echtzeit an der momentanen Schicht eine Grobkorrektur erbringen, und die Vorgehensweise des Korrigierens an der nächsten Schicht kann eine Feinkorrektur erbringen.
In einer Ausführungsform wird ein Schweißsystem bereitgestellt, das eine Schweißstromquelle aufweist. Die Schweißstromquelle ist konfiguriert zum: Abtasten, in Echtzeit, von Augenblicksparameterpaaren von Schweißausgangsstrom und Drahtzufuhrgeschwindigkeit während eines additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen zum Erzeugen einer momentanen Schweißlage eines 3D-Werkstückteils; Bestimmen einer augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz für jedes Parameterpaar, und auf der Basis mindestens jedes Parameterpaares, der augenblicklichen Parameterpaare, die während der Erzeugung der momentanen Schweißlage abgetastet wurden; Bestimmen einer durchschnittlichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz auf der Basis jeder augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz, die für die momentane Schweißlage bestimmt wurde; und Generieren eines Korrekturfaktors, der beim Erzeugen einer nächsten Schweißlage des 3D-Werkstückteils verwendet werden soll, auf der Basis mindestens der durchschnittlichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz. Jede augenblickliche Kontaktspitze-Werkstück-Distanz kann in Echtzeit bestimmt werden, und die Schweißstromquelle kann des Weiteren konfiguriert sein zum: Bestimmen, in Echtzeit, eines gleitenden Durchschnitts der Kontaktspitze-Werkstück-Distanz, während jede augenblickliche Kontaktspitze-Werkstück-Distanz während der Erzeugung der momentanen Schweißlage bestimmt wird; und Justieren, in Echtzeit, einer Schweißdauer und/oder einer Drahtzufuhrgeschwindigkeit während der Erzeugung der momentanen Schweißlage in Reaktion auf den gleitenden Durchschnitt der Kontaktspitze-Werkstück-Distanz. Die augenblickliche Kontaktspitze-Werkstück-Distanz kann des Weiteren auf einer oder mehreren von Schweißausgangsspannung, Schweißelektrodentyp, Schweißelektrodendurchmesser und verwendetem Schutzgas basieren. Der Korrekturfaktor kann eines oder mehrere von Schweißdauer, Drahtzufuhrgeschwindigkeit oder Vorschubgeschwindigkeit für die nächste Schweißlage beeinflussen. Der Korrekturfaktor kann des Weiteren auf 3D-Modell-Parametern, die dem 3D-Werkstückteil entsprechen, und/oder Roboterparametern, die durch eine Robotersteuereinheit für eine nächste Schweißoperation für die nächste Schweißlage bereitgestellt werden, basieren. Die 3D-Modell-Parameter und die Roboterparameter können eine bezeichnete Höhe der nächsten Schweißlage und/oder eine bezeichnete Position eines Schweißwerkzeugs für die nächste Schweißlage enthalten. Die durchschnittliche Kontaktspitze-Werkstück-Distanz kann ein einfacher mathematischer Durchschnitt der augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanzen, die für die momentane Schweißlage bestimmt werden, ein gewichteter Durchschnitt der augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanzen, die für die momentane Schweißlage bestimmt werden, oder ein gleitender Durchschnitt der augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanzen, die für die momentane Schweißlage bestimmt werden, sein. Das Schweißsystem kann einen Roboter mit einer Robotersteuereinheit enthalten, die dafür konfiguriert ist, operativ mit der Schweißstromquelle zu kommunizieren. Das Schweißsystem kann ein Schweißwerkzeug enthalten, das mit dem Roboter wirkverbunden ist. Das Schweißsystem kann eine Drahtzuführvorrichtung enthalten, die mit dem Schweißwerkzeug und der Schweißstromquelle wirkverbunden ist.
In einer Ausführungsform wird ein Schweißsystem bereitgestellt, das eine Schweißstromquelle aufweist. Die Schweißstromquelle ist konfiguriert zum: Abtasten, in Echtzeit, von Augenblicksparameterpaaren von Schweißausgangsstrom und Drahtzufuhrgeschwindigkeit während eines additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen zum Erzeugen einer momentanen Schweißlage eines 3D-Werkstückteils; Bestimmen, in Echtzeit, einer augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz für jedes Parameterpaar, und auf der Basis mindestens jedes Parameterpaares, der augenblicklichen Parameterpaare, die während der Erzeugung der momentanen Schweißlage abgetastet wurden; Bestimmen, in Echtzeit, eines gleitenden Durchschnitts der Kontaktspitze-Werkstück-Distanz, während jede augenblickliche Kontaktspitze-Werkstück-Distanz während der Erzeugung der momentanen Schweißlage bestimmt wird; und Justieren, in Echtzeit, einer Schweißdauer und/oder einer Drahtzufuhrgeschwindigkeit während der Erzeugung der momentanen Schweißlage in Reaktion auf den gleitenden Durchschnitt der Kontaktspitze-Werkstück-Distanz. Die Schweißstromquelle kann des Weiteren konfiguriert sein zum: Bestimmen einer durchschnittlichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz auf der Basis jeder augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz, die für die momentane Schweißlage bestimmt wird; und Generieren eines Korrekturfaktors, der beim Erzeugen einer nächsten Schweißlage des 3D-Werkstückteils verwendet werden soll, auf der Basis mindestens der durchschnittlichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz. Die augenblickliche Kontaktspitze-Werkstück-Distanz kann des Weiteren auf einem oder mehreren von Schweißausgangsspannung, Schweißelektrodentyp, Schweißelektrodendurchmesser und verwendetem Schutzgas basieren. Der Korrekturfaktor kann eines oder mehrere von Schweißdauer, Drahtzufuhrgeschwindigkeit oder Vorschubgeschwindigkeit für die nächste Schweißlage beeinflussen. Der Korrekturfaktor kann des Weiteren auf 3D-Modell-Parametern, die dem 3D-Werkstückteil entsprechen, und/oder Roboterparametern, die durch eine Robotersteuereinheit für eine nächste Schweißoperation für die nächste Schweißlage bereitgestellt werden, basieren. Die 3D-Modell-Parameter und die Roboterparameter können eine bezeichnete Höhe der nächsten Schweißlage und/oder eine bezeichnete Position eines Schweißwerkzeugs für die nächste Schweißlage enthalten. Das Schweißsystem kann einen Roboter mit einer Robotersteuereinheit enthalten, die dafür konfiguriert ist, operativ mit der Schweißstromquelle zu kommunizieren. Das Schweißsystem kann des Weiteren ein Schweißwerkzeug enthalten, das mit dem Roboter wirkverbunden ist. Das Schweißsystem kann außerdem eine Drahtzuführvorrichtung enthalten, die mit dem Schweißwerkzeug und der Schweißstromquelle wirkverbunden ist.
Zusammenfassend ausgedrückt, werden ein System und ein Verfahren zum Korrigieren von Höhenfehlern während eines additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen bereitgestellt. Ein Schweißausgangsstrom und/oder eine Drahtzufuhrgeschwindigkeit werden während eines additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen beim Erzeugen einer momentanen Schweißlage abgetastet. Mehrere augenblickliche Kontaktspitze-Werkstück-Distanzen (CTWDs) werden auf der Basis des Schweißausgangsstroms und/oder der Drahtzufuhrgeschwindigkeit bestimmt. Eine durchschnittliche CTWD wird auf der Basis der mehreren augenblicklichen CTWDs bestimmt. Ein Korrekturfaktor wird auf der Basis mindestens der durchschnittlichen CTWD generiert und dafür verwendet, Höhenfehler der momentanen Schweißlage zu kompensieren.
In den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „enthalten” und „aufweisen” als direkte sprachliche Äquivalente des Begriffes „umfassen” verwendet; die Formulierung „bei denen” ist äquivalent zu „wobei”. Darüber hinaus werden in den beigefügten Ansprüchen die Begriffe „erster”, „zweiter”, „dritter”, „oberer”, „unterer”, „unten”, „oben” usw. lediglich als Bezeichner verwendet und dienen nicht dazu, numerische oder positionale Anforderungen an ihre Objekte zu stellen. Des Weiteren sind die Einschränkungen der beigefügten Ansprüche nicht im Mittel-plus-Funktion-Format geschrieben, und es besteht nicht die Absicht, dass sie im Sinne von 35 U.S.C. § 112, sechster Absatz, ausgelegt werden, sofern nicht – und bis – solche Anspruchseinschränkungen ausdrücklich die Phrase „Mittel für” verwenden, gefolgt von einer Darlegung der Funktion ohne weitere Struktur. Im Sinne des vorliegenden Textes ist ein Element oder Schritt, das bzw. der in der Einzahl mit vorangestelltem „ein” oder „eine” genannt wird, nicht so zu verstehen, als sei die Mehrzahl der Elemente oder Schritte ausgeschlossen, sofern nicht ein solcher Ausschluss ausdrücklich angegeben ist. Des Weiteren sind Verweise auf „eine Ausführungsform” der vorliegenden Erfindung nicht so zu verstehen, als würden sie die Existenz weiterer Ausführungsformen, die ebenfalls die zitierten Merkmale enthalten, ausschließen. Darüber hinaus können, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes ausgesagt wird, Ausführungsformen, die ein Element oder mehrere Elemente mit einer bestimmten Eigenschaft „umfassen”, „enthalten” oder „aufweisen”, weitere derartige Elemente ohne jene Eigenschaft enthalten. Darüber hinaus können bestimmte Ausführungsformen so dargestellt werden, dass sie gleiche oder ähnliche Elemente aufweisen; das dient jedoch lediglich Veranschaulichungszwecken, und solche Ausführungsformen brauchen nicht unbedingt die gleichen Elemente zu haben, sofern dies nicht in den Ansprüchen ausgesagt wird.
Im Sinne des vorliegenden Textes bezeichnen die Begriffe „können” und „können sein” die Möglichkeit eines Eintretens innerhalb einer Gruppe von Umständen; den Besitz einer spezifizierten Eigenschaft, eines spezifizierten Merkmals oder einer spezifizierten Funktion; und/oder sie qualifizieren ein anderes Verb durch Ausdrücken einer Fähigkeit und/oder Eignung oder Möglichkeit, die dem qualifizierten Verb eigen ist. Dementsprechend bezeichnet der Gebrauch von „können” und „kann sein”, dass ein modifizierter Begriff für eine angegebene Eigenschaft, Funktion oder Nutzung augenscheinlich zweckmäßig, brauchbar oder geeignet ist, wobei die Möglichkeit berücksichtigt wird, dass der modifizierte Begriff unter einigen Umständen nicht unbedingt zweckmäßig, brauchbar oder geeignet sein muss. Zum Beispiel kann unter einigen Umständen ein Ereignis oder eine Fähigkeit erwartet werden, während das Ereignis oder die Fähigkeit unter anderen Umständen nicht eintritt. Diese Unterscheidung wird durch die Begriffe „können” und „kann sein” erfasst.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zum Offenbaren der Erfindung, einschließlich des besten Modus, und außerdem, um es dem Durchschnittsfachmann zu ermöglichen, die Erfindung zu praktizieren, einschließlich des Herstellens und Verwendens jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und des Ausführens der hier enthaltenen Verfahren. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele enthalten, die dem Durchschnittsfachmann einfallen. Es ist beabsichtigt, dass solche anderen Beispiele in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, wenn sie strukturelle Elemente haben, die sich nicht von der wörtlichen Formulierung der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie vergleichbare strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden von den wörtlichen Formulierungen der Ansprüche enthalten.
Obgleich der beanspruchte Gegenstand der vorliegenden Anmeldung mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, leuchtet dem Fachmann ein, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und dass Äquivalente substituiert werden können, ohne vom Schutzumfang des beanspruchten Gegenstandes abzuweichen. Außerdem können viele Modifizierungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren des beanspruchten Gegenstands anzupassen, ohne seinen Schutzumfang zu verlassen. Daher ist es beabsichtigt, dass der beanspruchte Gegenstand nicht auf die konkret offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass der beanspruchte Gegenstand alle Ausführungsformen beinhaltet, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.
Bezugszeichenliste

10: Schweißzelleneinheit
12: Rahmen
14: Roboter
16: Schweißtisch
22: Werkstückteil
26: vorderseitige Tür
28: hintere Tür
32: Fenster
40: Steuertafel
42: Bedienelementgehäuse
60: Schweißpistole
61: Leiterrohr
62: Rohr oder Leitungskanal
63: Elektrodenleitungskanal
64: Schweißelektrodendraht
65: Gasdiffusor
67: Kontaktspitze
68: Drahtzuführvorrichtung
72: Schweißstromquelle
74: Plattform
76: Robotersteuereinheit
105: Stromversorgung
110: Leistungswandlungsschaltung
120: Wellenformgenerator
130: Steuereinheit
140: Spannungsrückkopplungsschaltung
150: Stromrückkopplungsschaltung
180: Verknüpfungsschaltung
500: zweidimensionales Diagramm
510: Kurvendiagramm
520: Kurvendiagramm
600: dreidimensionales Diagramm
610: Kurvendiagramm
611: Parameterpaar
612: Wert
700: Abschnitt
710: LUT
711: Eingang
712: Ausgang
800: Abschnitt
810: Mittelwertbildungsmodul
812: CTWD
820: Korrekturfaktormodul
822: Schweißdauer
824: WFS
900: Verfahren
910: Schritt
920: Schritt
930: Schritt
940: Schritt
CTWD: Kontaktspitze-Werkstück-Distanzen
GMAW: Gas-Metall-Lichtbogenschweißen
WTD: Schweißzeitdauer
WFS: Drahtzufuhrgeschwindigkeit
LUT: Nachschlagetabelle
RWAMP: Additiver Fertigungsprozess mit robotischem Schweißen

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

US 6772932 [0028]

Claims

Schweißsystem, das eine Schweißstromquelle (72) umfasst, wobei die Schweißstromquelle (72) konfiguriert ist zum: Abtasten (910), in Echtzeit, von Augenblicksparameterpaaren von Schweißausgangsstrom und Drahtzufuhrgeschwindigkeit während eines additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen zum Erzeugen einer momentanen Schweißlage eines 3D-Werkstückteils (22); Bestimmen (920) einer augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD) für jedes Parameterpaar, und auf der Basis mindestens jedes Parameterpaares, der augenblicklichen Parameterpaare, die während der Erzeugung der momentanen Schweißlage abgetastet wurden; Bestimmen (930) einer durchschnittlichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD) auf der Basis jeder augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz, die für die momentane Schweißlage bestimmt wurde; und Generieren (940) eines Korrekturfaktors, der beim Erzeugen einer nächsten Schweißlage des 3D-Werkstückteils (22) verwendet werden soll, auf der Basis mindestens der durchschnittlichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD).
Schweißsystem nach Anspruch 1, wobei jede augenblickliche Kontaktspitze-Werkstück-Distanz in Echtzeit bestimmt wird, und wobei die Schweißstromquelle (72) des Weiteren konfiguriert ist zum: Bestimmen, in Echtzeit, eines gleitenden Durchschnitts der Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD), während jede augenblickliche Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD) während der Erzeugung der momentanen Schweißlage bestimmt wird; und Justieren, in Echtzeit, einer Schweißdauer und/oder einer Drahtzufuhrgeschwindigkeit während der Erzeugung der momentanen Schweißlage in Reaktion auf den gleitenden Durchschnitt der Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD).
Schweißsystem, das eine Schweißstromquelle (72) umfasst, wobei die Schweißstromquelle (72) konfiguriert ist zum: Abtasten (910), in Echtzeit, von Augenblicksparameterpaaren von Schweißausgangsstrom und Drahtzufuhrgeschwindigkeit während eines additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen zum Erzeugen einer momentanen Schweißlage eines 3D-Werkstückteils (22); Bestimmen (920), in Echtzeit, einer augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD) für jedes Parameterpaar, und auf der Basis mindestens jedes Parameterpaares, der augenblicklichen Parameterpaare, die während der Erzeugung der momentanen Schweißlage abgetastet wurden; Bestimmen (930), in Echtzeit, eines gleitenden Durchschnitts der Kontaktspitze-Werkstück-Distanz, während jede augenblickliche Kontaktspitze-Werkstück-Distanz während der Erzeugung der momentanen Schweißlage bestimmt wird; und Justieren, in Echtzeit, einer Schweißdauer und/oder einer Drahtzufuhrgeschwindigkeit während der Erzeugung der momentanen Schweißlage in Reaktion auf den gleitenden Durchschnitt der Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD).
Schweißsystem nach Anspruch 3, wobei die Schweißstromquelle des Weiteren konfiguriert ist zum: Bestimmen einer durchschnittlichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD) auf der Basis jeder augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD), die für die momentane Schweißlage bestimmt wird; und Generieren eines Korrekturfaktors, der beim Erzeugen einer nächsten Schweißlage des 3D-Werkstückteils verwendet werden soll, auf der Basis mindestens der durchschnittlichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD).
Schweißsystem nach Anspruch 4, wobei die augenblickliche Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD) des Weiteren auf einem oder mehreren von Schweißausgangsspannung, Schweißelektrodentyp, Schweißelektrodendurchmesser und verwendetem Schutzgas basiert.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Korrekturfaktor eines oder mehrere von Schweißdauer, Drahtzufuhrgeschwindigkeit oder Vorschubgeschwindigkeit für die nächste Schweißlage beeinflusst.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Korrekturfaktor des Weiteren auf 3D-Modell-Parametern, die dem 3D-Werkstückteil (22) entsprechen, und/oder Roboterparameter, die durch eine Robotersteuereinheit (76) für eine nächste Schweißoperation für die nächste Schweißlage bereitgestellt werden, basiert.
Schweißsystem nach Anspruch 7, wobei die 3D-Modell-Parameter und Roboterparameter eine bezeichnete Höhe der nächsten Schweißlage und/oder eine bezeichnete Position eines Schweißwerkzeugs für die nächste Schweißlage enthalten.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die durchschnittliche Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD) ein einfacher mathematischer Durchschnitt der augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanzen, die für die momentane Schweißlage bestimmt werden, ein gewichteter Durchschnitt der augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanzen, die für die momentane Schweißlage bestimmt werden, oder ein gleitender Durchschnitt der augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanzen, die für die momentane Schweißlage bestimmt werden, ist.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das des Weiteren einen Roboter mit einer Robotersteuereinheit (76) umfasst, die dafür konfiguriert ist, operativ mit der Schweißstromquelle (72) zu kommunizieren.
Schweißsystem nach Anspruch 10, das des Weiteren ein Schweißwerkzeug umfasst, das mit dem Roboter wirkverbunden ist.
Schweißsystem nach Anspruch 11, das des Weiteren eine Drahtzuführvorrichtung umfasst, die mit dem Schweißwerkzeug und der Schweißstromquelle wirkverbunden ist.
System zum Steuern einer Schweißstromquelle (72), das konfiguriert ist zum: Abtasten (910), in Echtzeit, von Augenblicksparameterpaaren von Schweißausgangsstrom und Drahtzufuhrgeschwindigkeit während eines additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen zum Erzeugen einer momentanen Schweißlage eines 3D-Werkstückteils (22); Bestimmen (920) einer augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD) für jedes Parameterpaar, und auf der Basis mindestens jedes Parameterpaares, der augenblicklichen Parameterpaare, die während der Erzeugung der momentanen Schweißlage abgetastet wurden; Bestimmen (930) einer durchschnittlichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD) auf der Basis jeder augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz, die für die momentane Schweißlage bestimmt wurde; und Generieren (940) eines Korrekturfaktors, der beim Erzeugen einer nächsten Schweißlage des 3D-Werkstückteils (22) verwendet werden soll, auf der Basis mindestens der durchschnittlichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD).
System zum Steuern einer Schweißstromquelle (72), die konfiguriert ist zum: Abtasten (910), in Echtzeit, von Augenblicksparameterpaaren von Schweißausgangsstrom und Drahtzufuhrgeschwindigkeit während eines additiven Fertigungsprozesses mit robotischem Schweißen zum Erzeugen einer momentanen Schweißlage eines 3D-Werkstückteils (22); Bestimmen (920), in Echtzeit, einer augenblicklichen Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD) für jedes Parameterpaar, und auf der Basis mindestens jedes Parameterpaares, der augenblicklichen Parameterpaare, die während der Erzeugung der momentanen Schweißlage abgetastet wurden; Bestimmen (930), in Echtzeit, eines gleitenden Durchschnitts der Kontaktspitze-Werkstück-Distanz, während jede augenblickliche Kontaktspitze-Werkstück-Distanz während der Erzeugung der momentanen Schweißlage bestimmt wird; und Justieren, in Echtzeit, einer Schweißdauer und/oder einer Drahtzufuhrgeschwindigkeit während der Erzeugung der momentanen Schweißlage in Reaktion auf den gleitenden Durchschnitt der Kontaktspitze-Werkstück-Distanz (CTWD).