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Diese Anmeldung ist eine Teilweiterbehandlungsanmeldung der anhängigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 11/755,821, eingereicht am 31. Mai 2007, und beansprucht deren Priorität, und nimmt diese in vollem Umfang durch Bezugnahme in sich auf.
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine automatische Drahtzufuhrjustiervorrichtung nach Anspruch 1. Die im vorliegenden Text beschriebene Erfindung betrifft allgemein Vorrichtungen und Systeme zur automatischen Zufuhrjustierung während Schweißvorgängen.
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Technischer Hintergrund
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Im Stand der Technik gibt es verschiedene Arten von Schweißprozessen, einschließlich Prozessen, die eine kontinuierliche Drahtzufuhr als eine Schweißelektrode nutzen.
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Eine schaubildhafte Darstellung eines solchen zum Stand der Technik gehörenden Schweißprozesses mit kontinuierlicher Drahtzufuhr ist in 1 veranschaulicht, die ein Schweißsystem 1 veranschaulicht, das einen Steuerkreis 10, eine Stromquelle 20, einen Motor 12 und eine Spule 30 enthält. Auf die Spule 30 ist ein Draht 35 aufgewickelt. Der Motor 12 treibt gegenüberliegende Rollen 14 an, um Draht 35 von der Spule 30 zu ziehen und ihn zu der Pistole 22 zu führen. Der Bediener verwendet die Pistole 22, um eine Schweißnaht auf dem Werkstück 40 zu bilden. Während die Schweißnaht auf dem Werkstück 40 gebildet wird, wird Draht 35 in der Pistole 22 aufgezehrt und wird ersetzt, indem weiterer Draht 35 durch die Aktion des Motors 12 und der Rollen 14 mit einer konstanten Rate zu der Pistole 22 geführt wird.
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Es gibt verschiedenen Arten von Drähten 35 für verschiedene Schweißanwendungen. Die Auswahl einer bestimmten Art von Draht ist von verschiedenen Faktoren abhängig, einschließlich beispielsweise der Art des geschweißten Materials, dem Schweißdesign, den Materialoberflächenbedingungen, Qualitätsüberlegungen und Prozessabweichungserwägungen. Aufgrund dieser Überlegungen haben die verschiedenen Arten von Drähten Durchmesser und Zusammensetzungen, die über einen weiten Bereich variieren.
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Wie oben angesprochen, wird in dem in 1 veranschaulichten System, dass Draht 35 während eines Schweißvorgangs mit einer konstanten Rate zu der Pistole 22 geführt. Diese Rate wird durch den Bediener über einen Drehregler am Steuerkreis 10 eingestellt, bevor der Schweißvorgang beginnt. Für verschiedene Schweißanwendungen sind verschiedene Raten geeignet. Zum Beispiel kann ein dickeres zu schweißendes Material eine schnellere Zuführung erfordern, während ein dünneres Material eine langsamere Geschwindigkeit erfordern kann, um Durchbrand zu vermeiden.
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Um die gewünschte Zufuhrrate bereitzustellen, kann auch ein Betrag einer mechanischen Spannung zwischen den Rollen 14 durch den Bediener justiert werden, bevor der Schweißvorgang beginnt. Der Begriff „mechanische Spannung” hat in diesem Kontext eine weit gefasste Bedeutung und bedeutet sowohl „Zugkraft”, die auf jede Rolle 14 in Richtung der anderen wirkt (beispielsweise durch ein Federelement, das die zwei Rollen 14 verbindet), als auch „Druckkraft”, die die Rollen 14 zueinander drängt (beispielsweise durch Federelemente auf gegenüberliegenden Seiten der zwei Rollen 14). Diese mechanische Spannung zwischen den Rollen 14 bewirkt das Abziehen von Draht 35 von der Spule 30 und eine Zuführung des Drahtes 35 in Richtung der Pistole 22. Die Justierung ist erfolgt in der Regel durch ein kleines Rändelrad oder einen sonstigen Justiermechanismus.
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Die mechanische Spannung zwischen den Rollen 14 wird auf der Basis des Durchmessers und der Zusammensetzung des Drahtes 35 eingestellt und bleibt während des Schweißvorgangs konstant. Wenn jedoch die mechanische Spannung zwischen den Rollen 14 zu hoch eingestellt wird, so verformen die Rollen 14 den Draht 35, während er durch sie hindurch läuft. Ein solcher verformter Draht 35 kann in der Pistole 22 hängen bleiben. Wenn andererseits der Druck zwischen den Rollen 14 zu niedrig eingestellt wird, so wird der Draht 35 zu der Pistole 22 mit einer unregelmäßigen Rate zugeführt, was zu einem unregelmäßigen Schweißlichtbogen und einer schlechten Schweißqualität führt.
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Des Weiteren gibt es selbst dann, wenn die mechanische Spannung an einem ersten Abschnitt des Drahtes 35 ordnungsgemäß eingestellt wird, eine inhärente Veränderlichkeit beim Durchmesser des Drahtes 35 aufgrund von Faktoren wie Schwankungen beim Fertigungsprozess und/oder einer Beschädigung während des Versandes oder der Lagerung. Oder anders ausgedrückt: Der Draht 35 hat möglicherweise keinen konstanten Durchmesser entlang seiner Länge. Das heißt, wenn der Draht 35 durch die Rollen 14 zu der Pistole 22 geführt wird, so entspricht die vor dem Schweißvorgang (anhand eines Anfangsdurchmessers des Drahtes 35) eingestellte mechanische Spannung möglicherweise nicht mehr den augenblicklichen Erfordernissen, und der Draht 35 könnte sich zu verformen beginnen, oder könnte unregelmäßig zugeführt werden, wie oben beschrieben. Darüber hinaus könnten – neben anderen Ursachen – Änderungen bei der Position der Pistole 22, zusammen mit dem Zustand des Futterrohres in der Pistole 22, dazu führen, dass die mechanische Spannung anfangs korrekt eingestellt ist, aber nicht mehr ausreicht, wenn sich zum Beispiel Schleifen in der Pistole 22 bilden.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die oben dargelegten Probleme verlangen eine Verbesserung der Systeme des Standes der Technik. Dieses Problem wird durch eine automatische Drahtzufuhrjustiervorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine automatische Zufuhrspannungs-Justiervorrichtung bereitgestellt, die die Probleme des Standes der Technik überwindet.
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Gemäß einem Prozess zum Steuern der mechanischen Spannung an einem Schweißdraht zwischen Drahtzufuhrrollen, sind folgende Schritte umfasst: Zuführen eines Drahtes durch mindestens ein Paar Rollen, wobei mindestens eine Rolle des Rollenpaares eine Antriebsrolle ist, wobei zwischen dem mindestens einen Paar Rollen eine mechanische Spannung vorhanden ist; Messen einer beobachteten Geschwindigkeit des Drahtes, nachdem er aus dem Rollenpaar ausgetreten ist; Vergleichen einer Abtriebsgeschwindigkeit des Drahtes, wobei die Abtriebsgeschwindigkeit auf der Basis einer Motordrehzahl und eines Rollendurchmessers mindestens einer der Rollen berechnet wird, mit der beobachteten Geschwindigkeit des Drahtes, die durch einen Drahtgeschwindigkeitssensor gemessen wird, während der Draht den Drahtgeschwindigkeitssensor passiert; und mindestens periodisches Messen der mechanischen Spannung zwischen dem mindestens einen Paar Rollen unter Verwendung eines Druckmessmittels (beispielsweise eines Drucksignalgebers oder einer anderen geeigneten Vorrichtung); und Übermitteln der Abtriebsgeschwindigkeit, der beobachteten Geschwindigkeit und der mechanischen Spannung an eine Wissensdatenbank, die spezielle Drahtparameter enthält, um zu bestimmen, ob eine Nichtübereinstimmung zwischen der Abtriebsgeschwindigkeit und der beobachteten Geschwindigkeit der mechanischen Spannung zwischen dem mindestens einen Paar Rollen oder anderen Faktoren zugeschrieben werden kann; und automatisches Justieren der mechanischen Spannung zwischen dem Paar Rollen, wenn der Schritt des Übermittelns an die Wissensdatenbank bestimmt, dass die mechanische Spannung erhöht oder verringert werden muss.
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Das oben beschriebene Verfahren enthält des Weiteren das Berechnen der Abtriebsgeschwindigkeit des Drahtes unter Berücksichtigung der Drehzahl und des Durchmessers von mindestens einer Rolle des Rollenpaares und das Erhöhen der mechanischen Spannung zwischen dem Paar Rollen, wenn die Abtriebsgeschwindigkeit des Drahtes größer ist als die Zufuhrgeschwindigkeit des Drahtes und die mechanische Spannung zwischen dem mindestens einen Paar Rollen geringer ist als die größte mechanische Spannung, die laut Wissensdatenbank zulässig ist.
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Das Verfahren des Weiteren das Eingeben von Drahtdaten über eine Benutzerschnittstelle und ihre Übermittlung an die Wissensdatenbank enthalten, wobei die Drahtdaten einen Drahtdurchmesser umfassen; und Bestimmen einer anfänglichen mechanischen Spannung zwischen dem mindestens einen Paar Rollen und einer größten mechanischen Spannung zwischen dem mindestens einen Paar Rollen und einer größten mechanischen Spannung zwischen dem mindestens einen Paar Rollen auf der Basis der Drahtdaten.
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Gemäß der Erfindung wird eine automatische Drahtzufuhrjustiervorrichtung beschrieben, die Folgendes enthält: einen Zufuhrmechanismus, der mindestens ein Paar Rollen umfasst, zwischen denen ein Draht vorangeschoben wird; eine Spannungssteuereinheit, die eine mechanische Spannung zwischen dem mindestens einen Paar Rollen justiert; ein Druckmessmittel (beispielsweise ein Drucksignalgeber) zwischen dem mindestens einen Paar Rollen; eine Wissensdatenbank mit Schweißdrahtparameter-Charakteristika, die größte und kleinste parametrische Werte für einen definierten Satz Charakteristika enthält; einen Steuerkreis, der auf der Basis eines Vergleichs einer ersten Geschwindigkeit des Drahtes und einer zweiten Geschwindigkeit des Drahtes und eines Spannungswertes von dem Drucksignalgeber entscheidet, ob die Spannungssteuereinheit angewiesen werden soll, die mechanische Spannung zwischen dem Paar Rollen zu justieren, wobei die erste Geschwindigkeit anhand der Motordrehzahl und des Rollendurchmessers mindestens einer der Rollen berechnet wird, die zweite Geschwindigkeit des Drahtes direkt durch einen Drahtgeschwindigkeitssensor gemessen wird, während der Draht den Drahtgeschwindigkeitssensor passiert, der Steuerkreis automatisch mit der Spannungssteuereinheit kommuniziert, wenn die erste und die zweite Geschwindigkeit nicht im Wesentlichen äquivalent sind, und der mechanische Spannungswert für den betreffenden Schweißdraht nicht überschritten wurde.
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Bei der oben beschriebenen automatischen Drahtzufuhrjustiervorrichtung wird die Abtriebsgeschwindigkeit des Drahtes unter Berücksichtigung der Drehzahl und des Durchmessers von mindestens einer Rolle des mindestens einen Rollenpaares berechnet, und der Steuerkreis erhöht die mechanische Spannung zwischen dem Paar Rollen, wenn die Abtriebsgeschwindigkeit des Drahtes größer ist als die Zufuhrgeschwindigkeit des Drahtes.
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Die oben beschriebene automatische Drahtzufuhrjustiervorrichtung enthält des Weiteren: eine Benutzerschnittstelle zum Entgegennehmen von Drahtdaten, wobei die Drahtdaten einen Drahtdurchmesser umfassen; und der Steuerkreis bestimmt eine anfängliche mechanische Spannung zwischen dem Paar Rollen und einer größten mechanischen Spannung zwischen dem Paar Rollen auf der Basis der Drahtdaten.
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Ein Prozess zum Steuern der mechanischen Spannung an einem Schweißdraht zwischen Drahtzufuhrrollen kann Folgendes enthalten: ein Mittel zum Zuführen eines Schweißdrahtes von einer Schweißdrahtquelle mit einer Schweißpistole, wobei das Mittel mindestens ein Paar Rollen umfasst, wobei mindestens eine Rolle des Rollenpaares eine Antriebsrolle ist, wobei zwischen dem mindestens einen Paar Rollen eine mechanische Spannung vorhanden ist; ein Mittel zum Messen einer beobachteten Geschwindigkeit des Drahtes, nachdem er aus dem Rollenpaar ausgetreten ist; ein Mittel zum Vergleichen einer Abtriebsgeschwindigkeit des Drahtes, wobei die Abtriebsgeschwindigkeit auf der Basis einer Motordrehzahl und eines Rollendurchmessers mindestens einer der Rollen berechnet wird, mit der beobachteten Geschwindigkeit des Drahtes, die durch einen Drahtgeschwindigkeitssensor gemessen wird, während der Draht den Drahtgeschwindigkeitssensor passiert; und ein Mittel zum mindestens periodischen Messen der mechanischen Spannung zwischen dem mindestens einen Paar Rollen; Übermitteln der Abtriebsgeschwindigkeit, der beobachteten Geschwindigkeit und der mechanischen Spannung an eine Wissensdatenbank, die spezielle Drahtparameter enthält, um zu bestimmen, ob eine Nichtübereinstimmung zwischen der Abtriebsgeschwindigkeit und der beobachteten Geschwindigkeit der mechanischen Spannung zwischen dem mindestens einen Paar Rollen oder anderen Faktoren zugeschrieben werden kann; ein Mittel zum Eingeben spezieller Schweißdrahtinformationen in ein Schweißsystem, das einen Eingangsaspekt und einen Wissensdatenbankaspekt umfasst; und automatisches Justieren der mechanischen Spannung zwischen dem Paar Rollen, wenn der Schritt des Übermittelns an die Wissensdatenbank bestimmt, dass die mechanische Spannung erhöht oder verringert werden muss.
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Das oben beschriebene Verfahren enthält des Weiteren das Berechnen der Abtriebsgeschwindigkeit des Drahtes unter Berücksichtigung der Drehzahl und des Durchmessers von mindestens einer Rolle des Rollenpaares und das Erhöhen der mechanischen Spannung zwischen dem Paar Rollen, wenn die Abtriebsgeschwindigkeit des Drahtes größer ist als die Zufuhrgeschwindigkeit des Drahtes und die mechanische Spannung zwischen dem mindestens einen Paar Rollen geringer ist als die größte mechanische Spannung, die laut Wissensdatenbank zulässig ist.
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Das oben beschriebene Verfahren enthält des Weiteren des Schritt des Eingebens von Drahtdaten über eine Benutzerschnittstelle und ihre Übermittlung an die Wissensdatenbank, wobei die Drahtdaten einen Drahtdurchmesser umfassen; und des Bestimmens einer anfänglichen mechanischen Spannung zwischen dem mindestens einen Paar Rollen und einer größten mechanischen Spannung zwischen dem mindestens einen Paar Rollen und einer größten mechanischen Spannung zwischen dem mindestens einen Paar Rollen auf der Basis der Drahtdaten.
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Gemäß der Erfindung wird ferner eine automatische Drahtzufuhrjustiervorrichtung beschrieben, die Folgendes enthält: einen Zufuhrmechanismus, der mindestens ein Paar Rollen umfasst, zwischen denen ein Draht vorangeschoben wird; eine Spannungssteuereinheit, die eine mechanische Spannung zwischen dem mindestens einen Paar Rollen justiert; ein Druckdetektionsmittel zwischen dem mindestens einen Paar Rollen; eine Wissensdatenbank mit Schweißdrahtparameter-Charakteristika, die größte und kleinste parametrische Werte für einen definierten Satz Charakteristika enthält; ein Mittel zum Eingeben spezieller Schweißdrahtinformationen durch einen Bediener zum Bilden einer Schnittstelle zu der Wissensdatenbank; und einen Steuerkreis, der auf der Basis eines Vergleichs einer ersten Geschwindigkeit des Drahtes und einer zweiten Geschwindigkeit des Drahtes und eines Spannungswertes von dem Drucksignalgeber entscheidet, ob die Spannungssteuereinheit angewiesen werden soll, die mechanische Spannung zwischen dem Paar Rollen zu justieren, wobei die erste Geschwindigkeit anhand der Motordrehzahl und des Rollendurchmessers mindestens einer der Rollen berechnet wird, die zweite Geschwindigkeit des Drahtes direkt durch einen Drahtgeschwindigkeitssensor gemessen wird, während der Draht den Drahtgeschwindigkeitssensor passiert, der Steuerkreis automatisch mit der Spannungssteuereinheit kommuniziert, wenn die erste und die zweite Geschwindigkeit nicht im Wesentlichen äquivalent sind, und der mechanische Spannungswert für den betreffenden Schweißdraht nicht überschritten wurde.
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Die Abtriebsgeschwindigkeit des Drahtes wird unter Berücksichtigung der Drehzahl und des Durchmessers von mindestens einer Rolle des mindestens einen Rollenpaares berechnet, und der Steuerkreis erhöht die mechanische Spannung zwischen dem Paar Rollen, wenn die Abtriebsgeschwindigkeit des Drahtes größer ist als die Zufuhrgeschwindigkeit des Drahtes.
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Die automatische Drahtzufuhrjustiervorrichtung enthält des Weiteren eine Benutzerschnittstelle zum Entgegennehmen von Drahtdaten, wobei die Drahtdaten einen Drahtdurchmesser umfassen; und der Steuerkreis eine anfängliche mechanische Spannung zwischen dem Paar Rollen und einer größten mechanischen Spannung zwischen dem Paar Rollen auf der Basis der Drahtdaten bestimmt.
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Die oben genannten Aspekte wie auch andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann beim Studium der vorliegenden Erfindung deutlich, wenn sie im Licht der Zeichnungen, der detaillierten Beschreibung und der beiliegenden Ansprüche betrachtet wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung kann in bestimmten Teilen und Anordnungen von Teilen eine physische Form annehmen, wovon eine bevorzugte Ausführungsform ausführlich in der Spezifikation beschrieben und in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht wird, die einen Teil der vorliegenden Offenbarung bilden und in denen Folgendes dargestellt ist:
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1 veranschaulicht eine schaubildhafte Darstellung eines Schweißsystems gemäß dem Stand der Technik; und
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2 veranschaulicht eine schaubildhafte Darstellung eines Schweißsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Der beste Modus zum Ausführen der Erfindung wird nun für die Zwecke der Veranschaulichung des besten Modus beschrieben, der dem Anmelder zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Patentanmeldung bekannt ist. Die Beispiele und Figuren sind nur veranschaulichend und sollen die Erfindung, die allein am Schutzumfang und Wesen der Ansprüche zu ermessen ist, nicht einschränken.
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Die Erfindung betrifft eine automatische Zufuhr-Justiervorrichtung, die dafür verwendet wird, eine optimierte Drahtzufuhr und ein optimiertes Schweißen zu ermöglichen.
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Genauer gesagt, wie in 2 gezeigt, enthält das Schweißsystem 101 einen Steuerkreis 110, eine Stromquelle 120, einen Motor 112, eine Spannungssteuerung 115, einen Drahtgeschwindigkeitssensor 116, eine Benutzer/Daten-Schnittstelle 118 und eine Spule 130. Auf die Spule 130 ist ein Draht 135 gewickelt. Der Motor 112 treibt die gegenüberliegenden Rollen 114 an, um Draht 135 von der Spule 130 abzuziehen und ihn zu der Pistole 122 zu leiten. Der Bediener verwendet die Pistole 122, um eine Schweißnaht auf dem Werkstück 140 zu bilden. Während die Schweißnaht auf dem Werkstück 140 gebildet wird, wird Draht 135 aufgezehrt und wird durch den Motor 112 ersetzt.
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Die Benutzer/Daten-Schnittstelle 118 erlaubt die Eingabe von Daten bezüglich des Drahtes 135 in das Schweißsystem 101. Diese Drahtdaten können beliebige konkrete Informationen bezüglich des Drahtes 135 enthalten, wie zum Beispiel seinen Durchmesser, seine Länge, seine Konfiguration, Herstellerartikelnummer, interne Artikelnummer oder sonstige physikalische, chemische oder Leistungseigenschaften, die von Nutzen sein können.
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Die Benutzer/Daten-Schnittstelle 118 kann beispielsweise jegliche digitale, analoge oder manuelle Vorrichtung enthalten, mit der ein Bediener Drahtdaten eingeben kann (beispielsweise eine grafische Benutzerschnittstelle, ein textbasiertes Eingabesystem, Drehregler, Schieberegler usw.) oder jegliche Vorrichtung, die Drahtdaten von dem Draht 135 oder seiner Verpackung liest (beispielsweise ein RFID-Lesegerät, ein magnetisches oder optisches Laufwerk, Strichcode-Lesegerät usw.). Des Weiteren werden Daten bezüglich des Drahtes 135 innerhalb des Schweißsystems 101 zur späteren Verwendung gespeichert (oder im Voraus vor der Verwendung gespeichert) und einfach durch den Bediener über die Benutzer/Daten-Schnittstelle 118 abgerufen. Zu den Daten innerhalb des Schweißsystems 101 bezüglich des Schweißdrahtes 135 gehören mindestens die größten und kleinsten Werte der mechanischen Spannung für die Antriebs- oder Mitläuferrollen für die Drahtzufuhrvorrichtung, die für eine Master-Datenbank von Schweißdrähten spezifisch ist, Zusammensetzungseigenschaften, die sich auf die empfohlenen Werte für die mechanische Spannung auswirken, Drahtdurchmesser, Länge, Konfiguration, Herstellerartikelnummer, interne Artikelnummer oder sonstige physikalische, chemische oder Leistungseigenschaften, die von Nutzen sein können, usw., d. h. die „Wissensdatenbank”.
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Das Schweißsystem 101 verwendet dann die Drahtdaten für den Draht 135, um die mechanische Spannung zwischen den Rollen 114 (über die Spannungssteuerung 115, beispielsweise einen Drucksignalgeber) zunächst zu justieren und kontinuierlich zu steuern. Genauer gesagt, justiert die Spannungssteuerung 115 zuerst die mechanische Spannung zwischen den Rollen 114 auf eine Einstellung, die gleich einer anfänglichen mechanischen Spannung ist, die gleich einem Mindestbetrag der mechanischen Spannung zwischen den Rollen 114 ist, die notwendig ist, um den Draht 135 ohne Durchrutschen zu der Pistole 122 zu führen. Diese anfängliche mechanische Mindestspannung wird gemäß den Drahtdaten (beispielsweise einem Durchmesser) des Drahtes 135 bestimmt. Die Drahtdaten können in das Schweißsystem 101, wie oben besprochen, eingegeben werden. Obgleich ein Drucksignalgeber in dieser Erfindung verwendet werden kann, ist die Technologie nicht darauf beschränkt, und zu möglichen Druckmessmitteln gehören beispielsweise: Kraftsummiervorrichtungen; mechanische Druckmessgeräte; elektromechanische Drucksensoren; Dehnungsmesssignalgeber; gebondete und nicht-gebondete Dehnungsmesser; gesputterte Dehnungsmesser; Halbleiter-Dehnungsmesser; gebondete diskrete Silizium-Dehnungsmesser; diffundierte Membransensoren; geformte Membransensoren; kapazitätsveränderliche Signalgeber; und piezoelektrische Signalgeber, piezoresistive Sensoren, Kraftmessdosen usw.
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Als Nächstes bewirkt die Spannungssteuerung (Drucksignalgeber) während des Schweißvorgangs, während Draht 135 kontinuierlich durch die Rollen 114 zugeführt wird, eine kontinuierliche Anpassung der mechanischen Spannung zwischen den Rollen 114, um einen Mindestbetrag der mechanischen Spannung zwischen den Rollen 114 aufrecht zu erhalten, der notwendig ist, um den Draht 135 ohne Durchrutschen zu der Pistole 122 zuzuführen, während kontinuierlich die Wissensdatenbank abgefragt wird, um zu bestimmen, dass ein eventuelles Durchrutschen auf Probleme mit der mechanischen Spannung zurückzuführen ist und nicht beispielsweise auf Probleme mit der Schweißdrahtzusammensetzung oder dem Schweißdrahtdurchmesser zurückzuführen ist. Diese mechanische Mindestbetriebsspannung wird durch Rückkopplungsdaten bestimmt, die dem Steuerkreis 110 vom Motor 112 und vom Drahtgeschwindigkeitssensor 116 zugeführt werden, wie unten beschrieben.
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Die Verwendung dieser mechanischen Mindestspannungen vermeidet eine unregelmäßige Zufuhr des Drahtes 135 aufgrund einer mechanischen Spannung, die zu niedrig eingestellt ist, und eine mögliche Verformung des Drahtes 135 aufgrund einer mechanischen Spannung, die zu hoch eingestellt ist. Da des Weiteren die mechanischen Spannungsjustierungen automatisch durch die Spannungssteuerung 115 vorgenommen werden, wird die Möglichkeit, dass Bedienerfehler die Zufuhr des Drahtes 135 beeinflussen, in hohem Maße reduziert.
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Wie oben angesprochen, wird die mechanische Mindestbetriebsspannung durch Rückkopplungsdaten bestimmt, die in der Wissensdatenbank enthalten sind. Genauer gesagt, wenn das Schweißsystem 101 Draht 135 über den Motor 112 und die gegenüberliegenden Rollen 114 zuführt, erhält der Steuerkreis 110 eine erste Drahtgeschwindigkeit des Drahtes 135 durch Messen der Drehzahl des Motors 112 und Berücksichtigen der Durchmesser der Rollen 114. Darüber hinaus erhält der Steuerkreis 110 eine zweite Drahtgeschwindigkeit von dem Drahtgeschwindigkeitssensor 116, der die Geschwindigkeit des Drahtes 135 direkt misst, wenn er ihn passiert. Der Steuerkreis 110 vergleicht dann die ersten und zweiten Drahtgeschwindigkeiten. Wenn die Drahtgeschwindigkeiten gleich sind, so kommt es zu keinem Durchrutschen des Drahtes 135 an den gegenüberliegenden Rollen 114, und es ist keine mechanische Spannungsjustierung notwendig. Darum instruiert der Steuerkreis 110 nicht die Spannungssteuerung 115, die mechanische Spannung der Rollen 114 zu modifizieren.
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Wenn jedoch die anhand der Motordrehzahl berechnete erste Drahtgeschwindigkeit höher ist als die durch den Drahtsensor 118 gelesene zweite Drahtgeschwindigkeit, so rutscht der Draht 135 an den gegenüberliegenden Rollen 114 durch. Darum instruiert der Steuerkreis 110 die Spannungssteuerung 115 – auf der Basis einer Abfrage einer Wissensdatenbank für Schweißdrähte, die mindestens bei Detektion einer Nichtübereinstimmung zwischen einer eingestellten Drahtzufuhrrate und einer beobachteten Drahtzufuhrrate, wie oben angemerkt, initiiert wird, und mindestens eines Drucksignalgebermesswertes –, die mechanische Spannung zwischen den gegenüberliegenden Rollen 114 zu erhöhen, bis die erste und die zweite Drahtgeschwindigkeit einander gleich werden (d. h. bis der Draht 135 nicht mehr durchrutscht), wobei die Wissensdatenbank parametrische Maxima und Minima für einen definierten Bereich von Schweißdrahteigenschaften enthält.
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Der Steuerkreis 110 setzt das Erhöhen der mechanischen Spannung zwischen den gegenüberliegenden Rollen 114 fort, bis sie einen Maximalwert erreicht. Der Maximalwert kann anhand vieler Faktoren eingestellt werden, einschließlich eines Punktes, an dem der Draht 135 sich aufgrund der mechanischen Spannung zu verformen beginnt. Dieser Maximalwert wird gemäß den Drahtdaten (beispielsweise Durchmesser, Art, Größe usw.) des Drahtes 135 in der Wissensdatenbank bestimmt.
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Wie in einem Aspekt der Erfindung beschrieben, erfolgt das Erhöhen oder Verringern der mechanischen Spannung (bis zu einem größten und/oder einem kleinsten Wert) zwischen den gegenüberliegenden Rollen 114 anhand einer Drahtgeschwindigkeitsvergleichsberechnung zwischen der eingegebenen Drahtzufuhrgeschwindigkeit und der beobachteten Drahtzufuhrgeschwindigkeit. Nun mag das für einen ersten Näherungswert ausreichend sein, doch bei einigen Schweißdrähten, insbesondere leicht verformbaren Schweißdrähten, kann dies immer noch zu einer Erhöhung der mechanischen Spannung zwischen den gegenüberliegenden Rollen auf einen Wert führen, der zu hoch ist, um eine Drahtverformung zu verhindern. Das Integrieren eines Drucksignalgebers in das oben beschriebene dynamische System stellt in Kombination mit dem Drahtgeschwindigkeitsvergleich eine Verbesserung gegenüber dem Basisberechnungsvergleich dar. Wenn die berechnete Drahtgeschwindigkeit schneller als die gemessene Drahtgeschwindigkeit ist, so ist es nicht möglich zu bestimmen, ob ein Durchrutschen allein dem Umstand zuzuschreiben ist, dass die mechanische Spannung zu niedrig ist. Durch Kombinieren von Druckmesswerten in Kombination mit dem Drahtgeschwindigkeitsvergleich und in weiterer Kombination mit einer Wissensdatenbank für Schweißdrähte, die sich in dem Schweißsystem 101 befindet, ist das System in der Lage, Drahtgröße und -typ im Verbund mit größten und kleinsten Druckwerten zu berücksichtigen, um zu bestimmen, ob ein Erhöhen des Drucks das Problem des Durchrutschens löst oder ob das Durchrutschen anderen Faktoren zuzuschreiben ist, die in keinem Zusammenhang mit der mechanischen Spannung stehen, um dem Bediener diese Informationen durch die Benutzer/Daten-Schnittstelle 118 in Form einer Informationsmeldung oder eines sonstigen geeigneten Mechanismus zu übermitteln, beispielsweise als ein Warnalarm, um den Bediener zu alarmieren, dass die Rollenspannung möglicherweise nicht die Lösung der Diskrepanz zwischen berechneter Drahtgeschwindigkeit und beobachteter oder gemessener Drahtgeschwindigkeit ist.
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In einer Implementierung der Erfindung wird die manuelle Mitläuferrollen-Druckarmsteuerung beseitigt, und die Spannungssteuerung 115 erfolgt mittels einer Kombination aus einem Servomotor und einer Drucksignalgeberkombination, die durch den Steuerkreis 110 angesteuert wird, auf der Basis von Informationen, die der Bediener zuvor über die Benutzerschnittstelle 118 eingegeben hat. Wenn das System in diesem Modus verwendet wird, so ist der Mitläuferarm ein motorgetriebener Druckarm, der in den Steuerkreis eingebunden ist, wodurch der Mitläuferarmdruck rasch erhöht oder verringert werden kann. Der Bediener hat nur eine begrenzte Fähigkeit, die empfohlenen größten und/oder kleinsten mechanischen Spannungen zu überschreiten, da die Wissensdatenbank innerhalb des Schweißsystems 101 diese Werte steuert. In einer weiteren Implementierung der Erfindung hat der Mitläuferrollen-Druckarm immer noch eine manuelle Steuerung, aber die letztendliche Steuerung der mechanischen Spannung erfolgt durch den Vergleich der Drucksignalgeber-Rollenwerte für die mechanische Spannung in Kombination mit den in der Wissensdatenbank vorhandenen größten oder kleinsten Werten für die mechanische Spannung, die für einen Schweißdraht innerhalb des Schweißsteuerkreises 110 spezifisch sind, ungeachtet jeglicher manuell eingestellter Werte, wodurch verhindert wird, dass ein Bediener so denkt, wie viele Bediener denken, nämlich dass, wenn etwas mechanische Spannung gut ist, mehr mechanische Spannung noch besser ist, wodurch das Problem oft verschlimmert wird, insbesondere im Fall von Aluminium- und Kerndrähten, deren Kompressionseigenschaften sich von denen der traditionelleren Massivdrähte deutlich unterscheiden.
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Die Abtastrate zum Bestimmen der ersten und der zweiten Drahtgeschwindigkeit ist nicht beschränkt, sollte aber so eingestellt werden, dass der Schweißvorgang optimiert wird.
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Der Drahtgeschwindigkeitssensor kann jeder beliebige Sensor sein, der in der Lage ist, die erforderlichen Drahtgeschwindigkeitsdaten zu liefern, einschließlich beispielsweise elektronische oder mechanische Sensoren, die den Draht 135 berühren oder nicht berühren. Obgleich der Drahtgeschwindigkeitssensor in 2 nach den Rollen 114 positioniert ist, kann der Geschwindigkeitssensor, da der Draht kontinuierlich ist, an jedem beliebigen Punkt entlang der Länge des Drahtes 135 angeordnet sein.
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In dieser beispielhaften Ausführungsform sind gegenüberliegende Rollen 114 veranschaulicht. Jedoch sind keine gegenüberliegenden Rollen erforderlich, und die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die Erfindung gleichermaßen auf ein System angewendet werden, das mehr oder weniger als zwei Rollen aufweist, oder auf Systeme, die andere Antriebskonzepte für den Draht 135 verwenden, die irgend eine Art von Druck auf den Draht ausüben. Dieser Druck kann in ähnlicher Weise wie die mechanische Spannung justiert werden, die in der beispielhaften Ausführungsform beschrieben ist.
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Des Weiteren gibt es keine Beschränkung hinsichtlich der Anzahl der Rollen 114, die durch den Motor 112 angetrieben werden. Zum Beispiel kann eine Rolle der Rollen 114 angetrieben werden, und eine Rolle kann eine antriebslose Mitläuferrolle sein.
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Der Begriff „mechanische Spannung” wird im Kontext dieser Erfindung in einem weitgefassten Sinne verwendet. Er meint entweder eine „Zugspannungs”-Kraft, die auf jede Rolle in Richtung auf die andere wirkt, oder eine „Druck”-Kraft, die die Rollen in Richtung aufeinander drängt. Diese mechanische Spannung kann durch Federelemente, elastische Elemente, Hebel, Elektromotoren oder sonstige derartige Vorrichtungen erzeugt werden. Der Betrag an mechanischer Spannung ist justierbar, indem man den Druck oder die mechanische Spannung justiert, die durch diese Vorrichtungen ausgeübt wird, was wiederum die mechanische Spannung zwischen den gegenüberliegenden Rollen justiert. Der Betrag an Druck oder mechanischer Spannung, der durch die Vorrichtungen ausgeübt wird, kann durch die Spannungssteuerung 115 oder eine solche andere Komponente über elektrische oder mechanische Mittel gesteuert werden.
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Wie oben angesprochen, verwendet die beispielhafte Ausführungsform Drahtdaten zum Einstellen einer anfänglichen mechanischen Spannung, die gleich einem Mindestbetrag an mechanischer Spannung zwischen den Rollen 114 ist. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und die anfängliche mechanische Spannung kann auf einen Punkt zwischen der kleinsten und der größten mechanischen Spannung eingestellt werden. Danach kann die Spannungssteuerung die mechanische Spannung reduzieren, bis die Rückkopplungsdaten anzeigen, dass der Draht durchrutscht; an diesem Punkt kann die mechanische Spannung gemäß dem oben beschriebenen Prozess erneut erhöht werden.
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Obgleich 2 ein einzelnes Schweißsystem 101 veranschaulicht, das eine Spule 130, einen Motor 112, gegenüberliegende Rollen 114, eine Spannungssteuereinheit 116 und einen Drahtgeschwindigkeitssensor 118 enthält, kann jedes dieser Elemente unabhängig bereitgestellt werden oder kann in jeder beliebigen Kombination miteinander gruppiert werden. Zum Beispiel kann die Rolle 114 – je nach dem Stil und der Art der Maschine eines Herstellers – abnehmbar an einer Schweißmaschine angebracht sein, kann nahe der Maschine angeordnet sein, oder kann in die Maschine eingebaut sein. Des Weiteren kann die Erfindung in existierende Schweißsysteme durch Hinzufügen der notwendigen Komponenten nachgerüstet werden.
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Das im vorliegenden Text beschriebene Schweißsystem kann auf jedes Schweißsystem angewendet werden, das eine Drahtzufuhr verwendet.
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Der beste Modus zum Ausführen der Erfindung ist für die Zwecke der Veranschaulichung des besten Modus beschrieben worden, der dem Anmelder zu diesem Zeitpunkt bekannt ist. Die Beispiele sind nur veranschaulichend und sollen die Erfindung, die am Schutzumfang und Wesen der Ansprüche zu ermessen ist, nicht einschränken. Die Erfindung wurde anhand bevorzugter und alternativer Ausführungsformen beschrieben. Anderen Personen fallen beim Lesen und Verstehen der Spezifikation natürlich Modifizierungen und Änderungen ein. Es ist beabsichtigt, alle derartigen Modifizierungen und Änderungen mit aufzunehmen, sofern sie in den Schutzumfang der angehängten Ansprüche oder ihrer Äquivalente fallen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schweißsystem
- 10
- Steuerkreis
- 12
- Motor
- 14
- Rolle
- 20
- Stromquelle
- 22
- Pistole
- 30
- Spule
- 35
- Draht
- 40
- Werkstück
- 101
- Schweißsystem
- 110
- Steuerkreis
- 112
- Motor
- 114
- Rolle
- 115
- Spannungssteuerung
- 116
- Drahtgeschwindigkeitssensor
- 118
- Schnittstelle/Sensor
- 120
- Motor
- 122
- Pistole
- 130
- Spule
- 135
- Draht
- 140
- Werkstück
