DE29822666U1 - Automatic arc welding machine with universal seam tracking for shipbuilding and steel construction - Google Patents
Automatic arc welding machine with universal seam tracking for shipbuilding and steel constructionInfo
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Description
Das Schweißen der Sektions- oder Modulstöße im Schiffbau erfolgt überwiegend manuell unter Montagebedingungen. Da die zu fügenden Teile nicht in Bearbeitungsmaschinen einspannbar sind, müssen die Schiffbauer mit dem Verfahren (Schweißgerät) zum Bauteil gehen. Als Verfahren kommen MIG/MAG und &Egr;-Hand zum Einsatz. Jede zu schweißende Fuge muß in ihrer ganzen Länge zugänglich sein, so daß an senkrechten und schrägen Stößen Stellagen aufgebaut werden müssen, deren Ebenen dem Schweißer sicheren Halt geben. Aufgrund von Positions- und Haltungswechseln fuhrt die Fortbewegung entlang der Fuge immer zu einer unterbrochenen Naht. Beim Einsatz von Stabelektroden kommt es durch den Elektrodenwechsel zu vielen zusätzlichen Ansatzstellen. Die physisch sehr anstrengende und monotone Tätigkeit des Schweißens führt also zu Nahtfehlern, die zeit- und kostenaufwendig eliminiert werden müssen.The welding of section or module joints in shipbuilding is mainly done manually under assembly conditions. Since the parts to be joined cannot be clamped in processing machines, the shipbuilders have to go to the component with the process (welding device). The processes used are MIG/MAG and ε-hand. Every joint to be welded must be accessible along its entire length, so that racks must be set up on vertical and diagonal joints, the levels of which give the welder a secure hold. Due to changes in position and posture, moving along the joint always leads to an interrupted seam. When using stick electrodes, many additional starting points arise due to the electrode change. The physically very strenuous and monotonous activity of welding therefore leads to seam defects that have to be eliminated at great expense and in a time-consuming manner.
In den letzten Jahren nutzt man für Montageschweißungen in der Vor- und Endmontage aufgrund der Länge der Einzelnähte zunehmend Schweißtraktoren mit den Verfahren UP und MIG/MAG. Diese Traktoren führen die Schweißpistole entlang einer Schiene über die Schweißfuge. Für die Bedienung dieser Geräte sind ein oder zwei Schweißer erforderlich, welche die Montage und exakte Ausrichtung der Schienen am Stoß übernehmen und den Prozeß ständig beobachten müssen, um die Abweichungen zwischen Schiene und Fuge mit Hilfe mechanischer Verstelleinrichtungen manuell auszugleichen. Durch körperliche Ermüdung, ständigen Positionswechsel und notwendige Hilfsarbeiten zur Nahtvor- und nachbereitung erreicht ein sehr guter Handschweißer während einer Schicht 25...35 %In recent years, welding tractors with the UP and MIG/MAG processes have been increasingly used for assembly welding in pre- and final assembly due to the length of the individual seams. These tractors guide the welding gun along a rail over the weld joint. One or two welders are required to operate these devices, who must take on the assembly and exact alignment of the rails at the joint and constantly monitor the process in order to manually compensate for the deviations between the rail and the joint using mechanical adjustment devices. Due to physical fatigue, constant position changes and necessary auxiliary work for seam preparation and follow-up, a very good manual welder achieves 25...35% during a shift.
Lichtbogenbrenndauer. Als nachteilig beim Einsatz derzeit erhältlicher mechanischer schienengefuhrter Systeme wirkt sich die aufwendige, exakte Schienenverlegung parallel zur Fuge aus. Desweiteren besteht die Notwendigkeit der ständigen Präsenz des Bedieners während des Schweiß Vorganges. Der Schweißer stellt die Naht praktisch weiter von Hand her, nur unter Nutzung eines teuren Zusatzgerätes. Die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes begründet sich nur durch eine verbesserte Nahtqualität. Mit einem mechanisierten Traktorsystem erreicht man eine Lichtbogenbrenndauer von über 50 %.Arc burning time. A disadvantage of using currently available mechanical rail-guided systems is the complex, precise laying of the rails parallel to the joint. Furthermore, the operator must be present at all times during the welding process. The welder practically continues to produce the seam by hand, only using an expensive additional device. The economic efficiency of the use is only based on improved seam quality. With a mechanized tractor system, an arc burning time of over 50% can be achieved.
Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Schweißautomaten zu schaffen, der nach Positionierung und Einstellung am Nahtanfang selbständig die Schweißfuge verfolgt und qualitätsgerecht verschweißt. Veränderungen der Nahtlage in Bezug auf die Traktorschiene sollten automatisch erfaßt, abgespeichert und der Schweißbrenner entsprechend nachgeführt werden, so daß der Schweißprozeß weitgehend überwachungsfrei abläuft und der Aufwand bei der Schienenmontage minimiert wird. Die Sensorsysteme müssen entsprechend den rauhen Umgebungsbedingungen beim Schweißen robust sein. Der Automat sollte sich an jede Schweißmaschine mit flach fallender Strom-Spannungs-Kennlinie adaptieren lassen. Bei seinem Einsatz soll die Einschaltdauer (Lichtbogenbrenndauer) gegenüber den mechanischen Systemen erhöht werden. Desweiteren sollte der Bediener während des Schweißprozesses für weitere Aufgaben bis hin zur Mehrmaschinenbedienung freigestellt werden.The invention specified in claim 1 is based on the problem of creating an automatic welding machine that, after positioning and setting at the beginning of the seam, automatically follows the weld joint and welds it to the required quality. Changes in the position of the seam in relation to the tractor rail should be automatically recorded, saved and the welding torch adjusted accordingly so that the welding process runs largely without monitoring and the effort involved in installing the rails is minimized. The sensor systems must be robust in accordance with the harsh environmental conditions during welding. The automatic machine should be able to be adapted to any welding machine with a flat current-voltage characteristic curve. When used, the duty cycle (arc burning time) should be increased compared to mechanical systems. Furthermore, the operator should be freed up to carry out other tasks during the welding process, including operating multiple machines.
Kernstück der Automatisierungslösung ist ein Lichtbogensensor. Durch diesen werden Informationen über die Fuge an die Steuerung geliefert. Zur eindimensionalen Abstandsmessung verwendet der Lichtbogensensor die elektrischen Prozeßparameter, die durch eine gewollte Beeinflussung der Lichtbogenlänge verändert werden. Wird der Lichtbogen quer zur einer Fuge mit V-Naht-Querschnitt gependelt, so ändert sich an den schrägen Fugenflanken die Lichtbogenlänge und damit der Schweißstrom. Bei schneller Auslenkung erhält man kurzzeitig einen starken Stromanstieg. Damit läßt sich der Zusammenhang zwischen der Fugengeometrie und der Pendelbewegung herstellen. Der Schweißautomat besitzt als Hardware einen Mikrocontroller. Verbunden mit einem intelligenten Steuerungs- und Sensorkonzept ist dieser direkt auf dem Fahrzeug untergebracht und ersetzt so den bei anderen Sensorsystemen üblichen externen Rechner.The core of the automation solution is an arc sensor. This provides information about the joint to the control system. For one-dimensional distance measurement, the arc sensor uses the electrical process parameters, which are changed by intentionally influencing the arc length. If the arc is swung across a joint with a V-seam cross-section, the arc length and thus the welding current changes on the slanted joint flanks. With rapid deflection, a strong current rise is obtained for a short time. This makes it possible to establish the connection between the joint geometry and the swinging movement. The welding machine has a microcontroller as hardware. Combined with an intelligent control and sensor concept, this is housed directly on the vehicle and thus replaces the external computer that is common in other sensor systems.
Die Steuerung speichert den genauen Ort der ersten geschweißten Lage der Naht, d. h., die Wegpunkte des Fahrweges sind Speicherwerte, denen jeweils konkrete Daten der Fuge zugeordnet sind. Für die Brennerführung bei der Schweißung der folgenden Lagen kann also die konkrete Nahtlage, auch die Bahndaten unterbrochener Nähte, abgerufen werden und es entfällt somit eine neuerliche Sensierung. Ein Glättungsalgorithmus für die Bahndaten * begradigt die nachfolgenden Schweißungen und erzeugt sehr glatte Decklagen. ; ■The control saves the exact location of the first welded layer of the seam, i.e. the waypoints of the travel path are stored values to which specific data of the joint are assigned. For torch guidance when welding the following layers, the specific seam position, including the path data of interrupted seams, can be called up, thus eliminating the need for further sensing. A smoothing algorithm for the path data * straightens the subsequent welds and produces very smooth cover layers. ; ■
Die Schweißmaschine ist vom Typ her frei wählbar und wird über die standardisierte « Schnittstelle des Fernstellers angesteuert. Auf veränderliche Spaltbreiten reagiert der Bediener mit der Anpassung von Pendelbreite und Schweißgeschwindigkeit. Erfolgt im *··* Rahmen der Genaufertigung die Fugenvorbereitung mit maschinellen Mitteln, so ist diese . .**. über große Längen sehr konstant. Ein korrigierender Eingriff ist dann nur in größeren , ,' Abständen notwendig. Beim Schweißen von Zwischen- und Decklage kann der Prozeß so stabil eingestellt werden, daß eine Beobachtung seitens des Bedieners nicht erforderlich ist. Somit ist der gelegentliche Eingriff des Bedieners nur in der Wurzellage erforderlich. Der Schweißautomat ist flexibel einsetzbar und kann sowohl in geschlossenen Hallen als auch im Freien Nähte der Positionen PA (Wannenlage), PC (quer), PE (über Kopf) und PF (senkrecht) schweißen. Das zeitaufwendige, exakte Verlegen der Führungsschienen entfallt, da über die Zusatzachsen ein automatischer Abstandsausgleich zur Naht erfolgt.The welding machine type can be freely selected and is controlled via the standardized « interface of the remote control. The operator reacts to changing gap widths by adjusting the pendulum width and welding speed. If the joint preparation is carried out using mechanical means as part of precision production, this is very constant over long lengths. Corrective intervention is then only necessary at longer intervals. When welding intermediate and cover layers, the process can be set so stably that the operator does not need to observe it. This means that occasional intervention by the operator is only required in the root layer. The welding machine can be used flexibly and can weld seams in the PA (trough layer), PC (crosswise), PE (overhead) and PF (vertical) positions both in closed halls and outdoors. The time-consuming, precise laying of the guide rails is no longer necessary, as the additional axes automatically compensate for the distance to the seam.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in den Schutzansprüchen 2 und 3 angegeben.An advantageous embodiment of the invention is specified in claims 2 and 3.
Durch die kompakte Bauweise ist eine einfache Handhabung des Gerätes möglich.The compact design makes the device easy to handle.
Sämtliche Einstellungen am Schweißautomaten und an der Schweißmaschine werden mittels eines übersichtlichen Bedientableaus vorgenommen, die Gerätesteuerung ist sowohl vor Ort als auch aus der Entfernung möglich. Mehrere Datensätze der Schweiß- und Pendelparameter können programmiert und vorgegeben werden.All settings on the welding machine and the welding station are made using a clearly laid out control panel. The device can be controlled both locally and remotely. Several data sets of the welding and oscillation parameters can be programmed and specified.
Durch ein Parallelogrammgestänge wird die Neigung um den Lichtbogenfüßpunkt realisiert.The inclination around the arc base point is realized by a parallelogram linkage.
Der Brenner kann in Fahrtrichtung (Schweißvorschub) des Gerätes positiv und negativ geneigt werden. Quer zur Fahrtrichtung ist die Neigung des Brenners auf das Gerät zu und vom Gerät weg einstellbar.The torch can be tilted positively and negatively in the direction of travel (welding feed) of the device. The inclination of the torch towards and away from the device can be adjusted across the direction of travel.
Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Figuren 1 bis 3 erläutert. Es zeigen:An embodiment is explained using Figures 1 to 3. They show:
Fig. 1 den Automaten in der FrontalansichtFig. 1 the machine in the front view
Fig. 2 den Automaten in der SeitenansichtFig. 2 the machine in side view
Fig. 3 die Lineareinheiten und den Kippmechanismus für die BrennerverstellungFig. 3 the linear units and the tilting mechanism for the burner adjustment
In den Figuren wird ein Kompaktgerät mit integrierter sensorgeführter Steuerung dargestellt, ;· · · ·« das auf verschiedene Führungsschienensysteme 1 aufsattelbar ist und mittels eines *... übersichtlichen Bedientableaus 2 bedient wird. Integriert ist ein Vorschubtraktor 3 zur ";* Führung des Schweißbrenners 4 entlang der Schweißfuge 5. Das Gehäuse mit der Steuerung *··* 6 ist auf der Montageplatte des Wagens aufgebaut. Die Abweichungen zwischen Schiene . .··,The figures show a compact device with integrated sensor-guided control, ;· · · ·« that can be mounted on various guide rail systems 1 and is operated using a *... clear control panel 2. A feed tractor 3 is integrated for ";* guiding the welding torch 4 along the welding joint 5. The housing with the control *··* 6 is mounted on the mounting plate of the carriage. The deviations between the rail . .··,
··♦■· und Fuge werden durch einen 2-achsigen, elektrisch angetriebenen Kreuzsupport aus . .··, Lineareinheiten 7 ausgeglichen, der am vorderen Ende des Wagens montiert ist. Er besteht aus zwei kreuzweise angeordneten Linearmodulen. Die Schlittenführungen sind vollständig gekapselt. Die Abstandsachse kann in der Höhe verschoben werden, die Querachse ist mittig an der Abstandsachse befestigt. Die Achsen werden von den angeflanschten Gleichstrom-Servomotoren 8 über Planeten- und Zahnriemengetriebe angetrieben. Durch die Anordnung der Achsen bleiben die bewegten Massen klein. Der Schlitten der Querachse trägt den Ausleger 9 mit dem Kippmechanismus 10 für den Brenner. Am Achsenträger befindet sich eine Schnellspann-Zugentlastung 11 mit dem Stromsensor (HALL-Wandler) 12. Sämtliche Parametereinstellungen werden am Bedientableau 2 vorgenommen, welches durch ein Kabel mit der Steuerung verbunden ist. Die Steuerkabel zur Schweißstromquelle 14, zum Vorschubtraktor 3 und zu den Gleichstrom-Servomotoren 8 gehen von der Steuerung aus. An der Querachse ist ein taktiler Höhensensor 13 montiert, durch den auch der Ausgleich der durch den Lichtbogensensor nicht erfassbaren Höhenänderungen (Blechwölbungen) möglich ist und ein Anstoßen des Brenners an Deckstöße verhindert wird. ··♦■· and joint are compensated by a 2-axis, electrically driven cross support made of . .··, linear units 7, which is mounted at the front end of the carriage. It consists of two linear modules arranged crosswise. The slide guides are completely encapsulated. The distance axis can be adjusted in height, the cross axis is attached centrally to the distance axis. The axes are driven by the flanged DC servo motors 8 via planetary and toothed belt gears. The arrangement of the axes keeps the moving masses small. The slide of the cross axis carries the boom 9 with the tilting mechanism 10 for the burner. On the axis support there is a quick-release strain relief 11 with the current sensor (HALL converter) 12. All parameter settings are made on the control panel 2, which is connected to the control system by a cable. The control cables to the welding power source 14, to the feed tractor 3 and to the DC servo motors 8 originate from the control system. A tactile height sensor 13 is mounted on the transverse axis, which also makes it possible to compensate for height changes (sheet metal curvatures) that cannot be detected by the arc sensor and prevents the torch from hitting deck joints.
Durch einen auf das Schlauchpaket aufgeschobenen externen Stromsensor (HALL-Wandler) 12 erfolgt, galvanisch getrennt, der Abgriff des momentanen Schweißstromes.The instantaneous welding current is tapped, galvanically isolated, by an external current sensor (HALL converter) 12 pushed onto the hose package.
1 Führungsschienensystem1 guide rail system
2 Bedientableau2 Control panel
3 Vorschubtraktor3 Feed tractor
4 Schweißbrenner4 welding torches
5 Schweißfuge5 Weld joint
6 Gehäuse mit Steuerung6 Housing with control
7 Lineareinheiten7 linear units
8 Gleichstrom-Servomotoren8 DC servo motors
9 Ausleger9 booms
10 Kippmechanismus10 Tilting mechanism
11 Schnellspann-Zugentlastung11 Quick-release strain relief
12 Stromsensor (HALL-Wandler)12 Current sensor (HALL converter)
13 Taktiler Höhensensor13 Tactile height sensor
14 Steuerleitung zur Schweißstromquelle14 Control cable to the welding power source
i IiI
Claims (3)
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Citations (1)
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DE2730350A1 (en) | 1976-07-06 | 1978-02-16 | Crc Crose Int Inc | METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING THE POSITION OF A PROBE, IN PARTICULAR A WELDING DEVICE |
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1998
- 1998-12-19 DE DE29822666U patent/DE29822666U1/en not_active Expired - Lifetime
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