DE3828473C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1 sowie Komponenten eines Schweißautomaten zur Durchführung eines solchen Verfahrens gemäß den Gattungsbegriffen der Ansprüche 7, 11, 16, 18 und 19.

Ein derartiges Schweißverfahren ist aus der DE-OS 33 22 051 bekannt. Hiernach ist die jeweils abzubrennende Elektrode in einem einen Bestandteil eines programmgesteuerten Schweißroboters bildenden Schweißkopf längsbeweglich gehalten, um entsprechend ihrem Abbrand gegenüber dem Schweißkopf vorgeschoben zu werden. Zu diesem Zweck weist der Schweißkopf eine in Richtung der Elektrodenachse zwangsgesteuert bewegliche Einspannvorrichtung auf. Ebenso ist ein beheizbares Magazin für einen Elektrodenvorrat in dem Schweißkopf selbst vorgesehen, aus dem heraus die jeweils benötigte Elektrode der Einspannvorrichtung unmittelbar zugeführt wird, während die jeweilige Restelektrode nach unten herausfallen soll. Damit soll eine so kurze Elektrodenwechselzeit erreicht werden, daß die jeweils nachfolgende Elektrode durch Eintauchen in das noch flüssige und damit leitfähige Schlackenbad aus der vorausgegangenen Schweißung gezündet werden kann. Indessen ist die Aufnahmefähigkeit des in dem Schweißkopf vorgesehenen Magazins im Hinblick auf die Tragfähigkeit des Roboters und einem flüssigen Bewegungsablauf des Schweißkopfes recht begrenzt. Auch ist nicht ersichtlich, wie etwa eine automatische Zündung nach einer Betriebsunterbrechung erfolgen soll.

Die DE-OS 21 30 007 zeigt zwar einen Schweißkopf, der aus einem separaten Magazin mit Stabelektroden speisbar ist. In diesem Fall werden die Elektroden von oben in den Schweißkopf hinein abgeworfen, wo sie nach Auftreffen auf dem Werkstück von einer Einspannvorrichtung festgehalten werden. Eine solche Anordnung erfordert jedoch eine eigene aufwendige Positioniereinrichtung für das Magazin während der Schweißkopf nichtsdestoweniger eine über dem Werkstück befindliche Position mit senkrechter Elektrodenachse einnehmen muß.

Die DE-OS 36 19 761 lehrt, beim automatischen Abbrennen ummantelter Stabelektrode die Lichtbogenlänge in Abhängigkeit von der hierzu abgetasteten Lichtbogenspannung automatisch zu regeln, und darüber hinaus, in weiterer Simulation des Handschweißens, auch Pendelnähte automatisch herzustellen. Von der Art der Zuführung neuer Elektroden wie auch deren Zündung ist hierbei nicht die Rede.

Schließlich gibt die DE-OS 34 03 055 eine Vorrichtung zum automtischen Einschweißen von Rohrenden in Rohrböden an, die es vermittels einer Anordnung von mehreren Photoelementen erlaubt, die Bahn eines Schweißkopfes berührungslos auf optoelektronische Weise gegenüber dem jeweiligen Rohrende zu zentrieren, während die DE-OS 34 05 909 eine Möglichkeit beschreibt, einen Schweißroboter mittels einer Videokamera mit nachgeschaltetem Bildauswertprozessor entlang im Raum befindlicher Kanten zu führen.

In manchen Fällen, wie etwa beim Einschweißen einer großen Zahl von (derzeit bis zu etwa 25 000) Rohren in Rohrböden, ist eine Vielzahl gleichartiger Lichtbogen-Nahtschweißungen herzustellen. Hiervon und von dem vorausstehend erörterten Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, welches es erlaubt, eine sehr große Zahl gleichartiger Lichtbogen-Nahtschweißungen mit möglichst gleichbleibender Qualität rationell ohne menschlichen Eingriff und damit auch gesundheitsschonend herzustellen.

Diese Aufgabe ist verfahrensmäßig durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Ansprüche 7, 11, 16, 18 und 19 geben verschiedene vorteilhafte Komponenten eines Lichtbogen- Schweißautomaten für die Durchführung des betreffenden Verfahrens und die jeweiligen Unteransprüche jeweils vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten an.

Mit dem beanspruchten Verfahren läßt sich eine große Zahl wie etwa ein Tagespensum, gleichartiger Schweißungen ohne menschliches Eingreifen rationell und mit gleichbleibender hoher Qualität ausführen. Bei der Implementierung des betreffenden Verfahrens ermöglichen die Merkmale der Ansprüche 7 bis 10 eine genaue Positionierung des Schweißkopfes unabhängig von unvermeidlichen Aberrationen gegenüber den programmäßig vorgegebenen Sollpositionen wie auch Ungenauigkeiten des Werkstücks, die Merkmale der Ansprüche 11 bis 15 die Bevorratung einer großen Zahl Elektroden, ohne hinsichtlich der Position der jeweiligen Schweißnaht einschränkenden Bedingungen zu unterliegen oder eigene komplizierte Steuermechanismen zu erfordern, die Merkmale der Ansprüche 16 und 17 eine positionsgenaue, jederzeit zuverlässig arbeitende Zündung, wie sie für einen programmgesteuerten Schweißablauf unerläßlich ist, und die Merkmale der Ansprüche 18 bis 20 eine besonders zweckmäßige Ausbildung des Schweißkopfes.

Es ist zwar aus der DE-PS 8 85 292 bereits bekannt, zur schnellen und sicheren Zündung bei einer Lichtbogenschweißung der Elektrode eine Relativbewegung gegenüber dem Werkstück in Gestalt einer erzwungenen Schwingung zu vermitteln, und aus der DE-OS 25 10 404, die Stromstärke in Verbindung mit der Ausgangsspannung der Schweißstromquelle bis zum Aufsetzen der Elektrode zu reduzieren. Indessen läßt sich mit keiner dieser Maßnahmen für sich eine jederzeit gleichermaßen zuverlässige Zündung selbst bei verzunderten und verschlackten Schweißstellen erreichen. Vor allem vermag es die Vermittlung einer Relativbewegung zwischen Werkstück und Elektrode allein nicht, ein Ankleben der Elektrode zu vermeiden.

Eine zusätzliche Lagerung einer längsbeweglich in einem Schweißkopf gehaltenen Stabelektrode in der Nähe ihres Abbrennendes ist der US-PS 18 40 601 entnehmbar. Dabei handelt es sich allerdings um eine Kohleelektrode, die am Austritt aus dem Schweißkopf durch ein Kontaktstück hindurchgeführt ist. Von der Vermittlung einer Pendelbewegung während des auch hier wieder durch Aufsetzen der Elektrode erfolgenden Zündvorganges ist dabei nicht die Rede.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Schweißautomaten mit den beanspruchten Komponenten in Verbindung mit einem bevorzugten Anwendungsfall anhand der Zeichnungen genauer beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 eine etwas schematisierte Gesamtansicht des betreffenden Schweißautomaten in Form eines programmgesteuerten Schweißroboters,

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab und wiederum etwas schemati­ siert, den betreffenden programmgesteuert positionier­ baren Schweißkopf bei geöffnetem Gehäuse in Verbindung mit einem Werkstück in Gestalt eines mit Rohren bestück­ ten Rohrbodens,

Fig. 3 den Schweißkopf in Position vor einer einen Bestandteil einer Elektrodenwechselvorrichtung bildenden Elektroden­ ausziehstation,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine einen weiteren Bestandteil der Elektrodenwechselvorrichtung bildende Elektrodenein­ führstation,

Fig. 5 ein Blockdiagramm der wesentlichsten schaltungstechni­ schen Komponenten des betreffenden Schweißroboters und

Fig. 6 ein Funktionsablaufdiagramm des gleichen Schweißrobo­ ters.

Nach Fig. 1 ist die Konsole 2 eines Schweißroboters 4 unter­ seitig an einem Wagen 6 angebracht, der entlang dem Querholm 8 eines auf Schienen 10 verfahrbaren Portalgestells 12 beweg­ lich ist. Der Querholm 8 wiederum ist gegenüber den beiden Säulen 14 und 16 des Portalgestells 12 auf geläufige, nicht näher gezeigte Weise auf- und abbeweglich. Dies erlaubt es, die Konsole 2 in drei zueinander senkrechten Koordinaten weiträumig zu positionieren.

Der Schweißroboter 4 weist einen gegenüber der Konsole 2 um eine vertikale Achse drehbaren Schulterteil 18, einen um eine horizontale Achse schwenkbar daran angelenkten Oberarm­ teil 20, einen an das freie Ende des Oberarmteils 20 wiederum um eine horizontale Achse schwenkbar angelenkten Unterarm­ teil 22 mit einem um dessen Längsachse drehbaren Außenteil 23, einen um eine querverlaufende Achse schwenkbar an den Außen­ teil 23 angelenkten Handwurzelteil 24 und einen daran wiederum angebrachten, um die Längsachse des Handwurzelteils 24 dreh­ baren Handteil 26 auf, der einen Schweißkopf 28 trägt. Derar­ tige Schweißroboter mit sechs Freiheitsgraden oder "Achsen" sind für Schutzgasschweißungen prinzipiell bekannt. Sie ver­ fügen über eine numerische Programmsteuerung, mittels derer sich der jeweilige Schweißkopf in jeder Hinsicht räumlich positionieren läßt, wobei ihm ganz bestimmte Bahnen vorge­ schrieben werden können. Dabei ist es auch bekannt, diesen Bahnen vorgebbare Pendelbewegungen zu überlagern, die entweder in dem Hauptprogramm oder aber - so nach der DE-OS 34 23 850 - in einem Unterprogramm festgelegt werden.

Der hier in Betracht stehende Schweißkopf 28 ist von einer Art, die geeignet ist, ummantelte Stabelektroden abzubrennen. Er weist dazu innerhalb eines Gehäuses 30 eine von einem Schrittmotor 32 über einen Zahnriemen 34 drehend antreibbare Gewindespindel 36 auf, auf der ein des weiteren auf zwei zu der Gewindespindelachse parallellaufenden Führungsschienen 38 verfahrbarer Mutterblock 40 gelagert ist. Der Mutterblock 40 trägt eine mittels eines kleinen Pneumatikzylinders 42 öffen- und schließbare Klemmvorrichtung 44 für das blanke Einspannende einer Schweißelektrode 46. Die selbst im wesent­ lichen aus Kupfer bestehende Klemmvorrichtung 44 ist gegen­ über dem Mutterblock 40 elektrisch isoliert und über ein hinreichend starkes isoliertes flexibles Kupferkabel 48 mit dem Pluspol der Schweißstromquelle 50 (Fig. 5) verbunden.

Eine Bodenplatte 52 des Gehäuses 30 ist von einem mäanderarti­ gen Kühlwasserkanal 54 durchzogen, der über Schläuche 56 und 58 mit einem Kühlaggregat 60 (Fig. 5) in Verbindung steht. Auf diese Weise ist das Innere des Gehäuses 30 davor ge­ schützt, von Seiten der Schweißteile her eine unzuträglich hohe Temperatur anzunehmen. In eine Öffnung 62 der Bodenplatte 52 unterhalb der Klemmvorrichtung 44 ist auswechselbar eine Keramikbüchse 64 eingesetzt, deren Innendurchmesser dem Außen­ durchmesser der jeweils verwendeten Schweißelektrode 46 ent­ spricht derart, daß die Schweißelektrode in dieser Büchse eine zusätzliche Führung findet.

Neben dem im wesentlichen aus den Teilen 32-40 bestehenden Spindeltrieb ist in dem Gehäuse 30 eine Videokamera 66 angeord­ net derart, daß ihre optische Achse 68 zu der Achse der Gewin­ despindel 36 und damit auch der Elektrodenachse 70 parallel verläuft und das Objektiv 72 der Kamera gegen den Boden 74 des Gehäuses 30 gerichtet ist. Dieser Boden weist an entsprechen­ der Stelle außerhalb der Bodenplatte 52 eine Öffnung auf, die durch eine von einem kleinen Pneumatikzylinder 76 gesteuerte Klappe 78 verschließbar ist, um einerseits der Kamera 66 den Blick nach außen freizugeben, andererseits das Innere des Gehäuses 30 und vor allem das Objektiv 72 der Kamera vor Schweißspritzern und -schwaden sowie Staub und sonstigen Verunreinigungen zu schützen. Die Kamera 66 steht über ein entsprechendes Kabel 80 mit einem Bildauswertprozessor 82 (Fig. 5) in Verbindung.

Auf einem plattenförmigen Ansatz 84 (Fig. 1) der Konsole 2 des Schweißroboters 4 befindet sich eine in ihrer Gesamtheit mit 86 bezeichnete Elektrodenwechselvorrichtung, die, voneinander getrennt, eine Elektrodenausziehstation 88 und eine Elektroden­ einführstation 90 aufweist. Beide Stationen können mittels der numerischen Robotersteuerung 92 (Fig. 5) von dem Schweiß­ kopf 28 angefahren werden.

Nach Fig. 3 besteht die Elektrodenausziehstation 88 im wesent­ lichen aus einem Greifer 94, der von einem kleinen Pneumatik­ zylinder 96 geöffnet und geschlossen werden kann. Wird die Elektrodenausziehstation 88 von dem Schweißkopf 28 mit einer verbrauchten Elektrode 46 angefahren, so wird diese letztere von dem Greifer 94 erfaßt und sogleich anschließend von der Klemmvorrichtung 44 freigegeben. Sodann entfernt sich der Schweißkopf 28 von dem Greifer 94 in der Achsrichtung der Elektrode 46, worauf diese von dem Greifer abgeworfen wird. Anschließend fährt der Schweißkopf 28 die Elektrodeneinführ­ station 90 an.

Gemäß Fig. 4 weist die Elektrodeneinführstation 90 einen liegenden trommelförmigen Behälter 98 auf, der in seinem unteren Bereich von einer Wandung 100 umgeben und um seine Mittelachse drehbar ist. Durch eine mittels einer Klappe 102 verschließbare oberseitige Öffnung kann der Behälter 98 mit einem Tagesvorrat von z. B. 500 Schweißelektroden 46 gefüllt werden. Entlang einer normalerweise untenliegenden Mantellinie befindet sich in dem Behälter 98 ein Schlitz 104, groß genug, um gerade eine Elektrode in sich aufzunehmen. Ein kleiner Pneumatikzylinder 106 vermag den Behälter 98 um begrenzte Winkel hin- und herzudrehen, was zur Folge hat, daß mit Be­ stimmtheit eine der in dem Behälter gespeicherten Elektroden 46 in den Schlitz 104 findet. Mit der Kolbenstange eines weiteren kleinen Pneumatikzylinders, 108, ist über ein Joch 110 ein Ausschiebestößel 112 verbunden, der von der Stirnseite her (von hinten in der Darstellung der Fig. 4) in den Schlitz 104 einzutreten und eine darin befindliche Elektrode 46 teil­ weise auszuschieben vermag.

Die teilweise ausgeschobene Elektrode 46 wird von der Klemm­ vorrichtung 44 des bereitstehenden Schweißkopfes 28 aufgenommen und geklemmt und beim Wegfahren des Schweiß­ kopfes gänzlich aus dem Schlitz 104 herausgezogen. Während anschließend der Schweißkopf 28 seine nächste Arbeitsposition anfährt, wird die so aufgenommene Elektrode 46 vermittels des Spindeltriebes 32-40 bis in eine Ausgangsstellung in den Schweißkopf einge­ zogen, bei welcher nur noch ihr Abbrennende geringfügig aus der Keramikbüchse 64 hervorsteht. All diese Vorgänge voll­ ziehen sich, wie gesagt, automatisch, nämlich vermittels der entsprechend modifizierten Robotersteuerung 92.

Um das Innere des Behälters 98 auf einer Temperatur über 100°C zu halten, weist die Wandung 100 eine elektrische Hei­ zung 114 auf. Sodann empfiehlt es sich, die Elektroden 46 vor dem Einbringen in den Behälter 98 auf eine Temperatur von über 350°C zu erhitzen. Auf diese Weise kann in der Elektrodenum­ hüllung vorhandenes Wasser einschließlich Kristallwasser ausgetrieben und das Eindiffundieren neuen Wassers verhindert werden, womit sich die Schweißnahtqualität verbessern läßt.

Gemäß Fig. 2 findet der soweit beschriebene Schweißautomat zum Einschweißen der zahlreichen Rohre 116 eines Rohrbodens 118 Verwendung. Dabei sind die einzelnen Rohrpositionen, beispielsweise in Form der jeweiligen Rohrmittelachse C, durch das Programm vorgegeben. Da nun aber selbst unter Ver­ wendung noch so präzise arbeitender Bohrwerke für die Her­ stellung des Rohrbodens die einzelnen Rohrachsen C gewisse Abweichungen von ihrer vorgesehenen Lage haben werden, unter denen die Präzision der jeweiligen Schweißnähte leiden würde, erfolgt über die Videokamera 66 eine Feinpositionierung. Dazu wird mit Hilfe des gespeicherten Programms zunächst lediglich die Kamera 66 positioniert. Diese nimmt nun bei geöffneter Klappe 78 ein Bild auf, das sodann durch den Bild­ auswertprozessor 82 in einer Weise ausgewertet wird, daß es eine Information für die betreffende Aberration der optischen Achse 68 der Kamera von der jeweiligen Rohrachse C liefert. Mit Hilfe dieser Information wird sodann die durch den Schweiß­ kopf 28 angefahrene Position korrigiert, wobei gleichzeitig die Versetzung der Elektrodenachse 70 gegenüber der optischen Achse 68 mitberücksichtigt wird. Schließlich wird noch, wieder­ um vermittels der numerischen Robotersteuerung 92, in dem gleichen oder einem anschließenden Schritt die Elektrodenachse 70 auf den vorbestimmten Ausgangspunkt der jeweiligen Schweiß­ naht verbracht.

Dort angekommen wird von einer mit der Robotersteuerung 92 wie mit der Schweißstromquelle 50 verbundenen Lichtbogen­ zündsteuerung 120 (Fig. 5) unter Begrenzung des an die Schweiß­ elektrode 46 zu liefernden Stromes auf einen eingebbaren, unter der zu erwartenden Schweißstromstärke liegenden, empi­ risch wählbaren Wert die Robotersteuerung 92 veranlaßt, die Schweißelektrode 46 unter Vollführung einer Pendelbewegung auf das Werkstück (Rohrboden 118) aufzusetzen und gleich anschlie­ ßend unter Freigabe des Schweißstromes um einen der gleich­ falls vorwählbaren Lichtbogenlänge entsprechenden Betrag von dem Werkstück zurückzuziehen. Hierdurch wird eine punktgenaue, augenblickliche Zündung des Lichtbogens mit hoher Zuverlässig­ keit erreicht. Ist diese erfolgt, so findet fortan vermittels der abgetasteten Lichtbogenspannung über die Robotersteuerung 92 und den Spindeltrieb 32-40 eine automatische Regelung der Lichtbogenlänge statt, im Verlauf derer die Schweißelektrode 46 nach Maßgabe ihres Abbrandes von dem Spindeltrieb durch die Keramikbüchse 62 hindurch vorgeschoben wird.

Unterdessen erfolgt die programmierte Bahnbewegung des Schweiß­ kopfes 28 mit programmgemäß überlagerter Pendelbewegung, um die gewünschte Schweißnaht herzustellen. Da die Lichtbogen­ länge beständig automatisch geregelt wird, kann die Schweiß­ naht jeder Unebenheit des Werkstücks folgen und können sich Schweißnähte auch überdecken. Auf diese Weise können unter Abfahren der gleichen Bahn oder gewünschtenfalls auch vonein­ ander abweichender Bahnen ebenso mehrlagige Schweißungen hergestellt werden. Dabei hat sich gezeigt, daß die vorste­ hend beschriebene Zündmethode auch dann zum Erfolg führt, wenn eine vorausgehend hergestellte Schweißnaht noch von Schlacke bedeckt ist, wie sie beim Schweißen mittels ummantelter Stab­ elektroden regelmäßig entsteht. Diese Schlacke hat u. a. den Vorteil, daß die Schweißnaht vor einem zu raschen Abkühlen geschützt wird, das zu einer Versprödung führen könnte.

In Fig. 5 sind die vorausgehend z. T. bereits erwähnten und weitere wesentliche Komponenten des so weit beschriebenen Schweißautomaten samt ihren Wirkverbindungen schematisch dargestellt. Wie daraus ersichtlich, stehen mit der entspre­ chend modifizierten Robotersteuerung 92 ebenso die Antriebe des Portalgestells 12 mitsamt seinem Wagen 6 in Verbindung wie diejenigen des Roboters 4 selbst. Des weiteren ist an die Robotersteuerung 92 in dem Roboterfachmann geläufiger Weise ein Programmierhandgerät 122, ein Drucker 124 sowie, als Programmspeicher, ein Magnetbandspeicher 126 angeschlossen. Sodann steht mit der Robotersteuerung 92 über Steuerleitungen 128 und 130 eine Schweißsteuerung 132 in Verbindung, in der die vorausgehend bereits erwähnte Lichtbogenzündsteuerung 120 mit einer Schweißprogrammsteuerung 134 vereinigt ist. Diese Schweißsteuerung 132 wirkt über eine Steuerleitung 136 auf die Schweißstromquelle 50 ein, um den von dort erhältlichen Schweißstrom nach Größe und Zeitpunkt zu bestimmen. Von der Schweißstromquelle 50 führt das bereits erwähnte Kupferkabel 48 zu dem Schweißkopf 28, genauer gesagt dessen Klemmvorrich­ tung 44, während ein ebensolches Kabel, 138, von der Schweiß­ stromquelle 50 zu dem in Fig. 5 nicht gezeigten Werkstück führt, beispielsweise in Gestalt des vorerwähnten Rohrbodens 118.

Weitere Steuerleitungen 140, 142, 144, 146 und 148, führen von der Robotersteuerung 92 zu dem Schrittmotor 32, der Klemm­ vorrichtung 44 und der Videokamera 66 mit Klappe 78 am Schweiß­ kopf 28 sowie zu der Elektrodenausziehstation 88 und der Elek­ trodeneinführstation 90. Die beiden Schläuche 56 und 58 von Seiten des Schweißkopfes 28 sind, wie gesagt, an den Ein- bzw. Austritt des eine Umwälzpumpe aufweisenden Kühlaggregats 60 angeschlossen, durch welches das erhitzte Kühlwasser aus dem Schweißkopf zur Wiederverwendung rückgekühlt wird. Sodann steht die Videokamera 66 des Schweißkopfes 28 über das Kabel 80 mit dem Bildauswertprozessor 82 in Verbindung, von dem wiederum eine Steuerleitung, 150, zu der Robotersteuerung 92 führt. Schließlich ist an den Bildauswertprozessor 82 noch ein Monitor 152 für die sichtbare Darstellung des von der Kamera 66 aufgenommenen Bildes sowie ein Bedienungsfeld 154 ange­ schlossen.

Wie in Fig. 6 veranschaulicht, findet der Arbeitsablauf des so weit beschriebenen Schweißautomaten unter der Annahme, daß es sich um das Einschweißen von Rohren in einen Rohrboden han­ delt, im wesentlichen folgendermaßen statt:

Zunächst werden die Koordinaten eines ersten Rohres mittels des Programmierhandgeräts 122 eingegeben. Danach, auf ein Startsignal hin, fährt der Schweißkopf 28 gesteuert von der Robotersteuerung 92 nacheinander die Elektrodenausziehstation 88 und die Elektrodeneinführstation 90 an, um eine (ggf. noch vorhandene) Restelektrode abzugeben und eine neue Elektrode 46 aufzunehmen. Sodann fährt er die programmierte Position des ersten Rohres an, worauf die Videokamera 66 dessen tatsächli­ che Position erfaßt und über den Bildauswertprozessor 82 an die Robotersteuerung 92 meldet. Diese letztere nimmt daraufhin eine Feinpositionierung vor, wobei die Elektrode 46 gleichzei­ tig an den Anfangspunkt der beabsichtigten Schweißnaht geführt wird. Ist sie dort angekommen, so wird, aufgrund eines Signals der Robotersteuerung 92 vermittels der Lichtbogenzündsteuerung 120 in der angegebenen Weise der Lichtbogen gezündet. Während der darauffolgenden Schweißung führt die Elektrode mitsamt dem Schweißkopf 28 vermittels der Robotersteuerung 92 in Verbin­ dung mit der Schweißprogrammsteuerung 134 eine programmierte Schweißbahnbewegung mit überlagerter Pendelbewegung aus. Unterdessen oder sogleich anschließend errechnet ein der Robotersteuerung 92 eigener Rechner mit Hilfe gleichfalls über das Programmierhandgerät 122 vorgegebener Leitdaten die Koordi­ naten für die Position des als nächstes einzuschweißenden Roh­ res. Ist dies geschehen bzw. die Schweißung des vorausgehenden Rohres abgeschlossen, so kehrt die Robotersteuerung 92 zum Zyklusanfang ("Restelektrode ablegen") zurück, worauf ein neuer Zyklus beginnt.

Eine Variation kann sich ergeben, wenn zur Zuendeführung eines Schweißvorganges, etwa unter Herstellung einer zweiten Schweiß­ lage, eine neue Elektrode erforderlich ist. In diesem Fall wird der Schweißkopf 28 zwischendurch nacheinander die Elektro­ denauszieh- und die Elektrodeneinführstation 88 bzw. 90 anfah­ ren, um sich darauf gleich anschließend, ohne Vermittlung durch die Videokamera 66, in seine Ausgangsposition für die Fortführung der Schweißarbeit zu begeben.

Wie geschildert, braucht bei einer Vielzahl von in regelmäßi­ gen Abständen auftretenden Schweißstellen nicht die Position einer jeden einzelnen hiervon über das Programmierhandgerät 122 eingegeben zu werden. Vielmehr tritt in diesem Fall der in die Robotersteuerung 92 integrierte Rechner in Funktion, um zumindest interpolationsweise weitere Positionen festzulegen, die dann mittels des Magnetbandspeichers 126 als Bestandteil des Programms gespeichert werden.

Claims (20)

1. Verfahren zum automatisierten aufeinanderfolgenden Herstellen einer Vielzahl gleichartiger Lichtbogen-Nahtschweißungen, wie beispielsweise zum Einschweißen von Rohrenden in Rohrböden, unter Verwendung von in einem programmgesteuert verfahrbaren Schweißkopf (28) gehaltenen ummantelten Stabelektroden (46), die nach Verbrauch automatisch ausgewechselt werden, gekennzeichnet durch folgende automatisch ablaufende Verfahrensschritte:

• - Anfahren einer separaten Elektrodenwechselvorrichtung (86) durch den Schweißkopf (28) und dortige Auswechselung einer eventuell noch vorhandenen Restelektrode gegen eine neue Elektrode (46),
• - Anfahren einer programmierten ersten Schweißposition,
• - Ermitteln der betreffenden tatsächlichen Schweißposition,
• - Feinpositionieren des Schweißkopfes (28) aufgrund der ermittelten tatsächlichen Schweißposition,
• - Zünden der Elektrode (46),
• - Durchführen eines programmierten Schweißvorganges unter programmgesteuerter Bewegung des Schweißkopfes (28),
• - Errechnen der Koordinaten der nächsten Schweißposition anhand von eingegebenen Leitdaten und
• - Wiederholen des vorausstehend angegebenen Arbeitszyklus, wobei an die Stelle der programmierten ersten Schweißposition die jeweils errechnete neue Schweißposition tritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Elektrodenwechselvorrichtung (86) von dem Schweißkopf (28) nacheinander eine Elektrodenausziehstation (88) und eine Elektrodeneinführstation (90) angefahren werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch das Anfahren der Elektrodenwechselvorrichtung (86) bzw. der Elektrodenausziehstation (88) und der Elektrodeneinführstation (90) programmgesteuert erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Elektrodenwechselvorrichtung (86) aufgenommene neue Elektrode (46) während des darauffolgenden Anfahrens der jeweiligen Schweißposition bis zum Erreichen einer vorgesehenen Ausgangsposition in bezug auf den Schweißkopf (28) in diesen eingezogen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zünden der Elektrode (46) durch Aufsetzen auf das Werkstück unter Strombegrenzung auf einen unter der gewählten Schweißstromstärke liegenden Wert und unter Vollführung einer Pendelbewegung der Elektrode quer zur Elektrodenachse (70) erfolgt und die Elektrode gleich anschließend an das Aufsetzen unter Freigabe des Schweißstromes abgehoben wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenlänge während des Schweißablaufes vermittels der abgetasteten Lichtbogenspannung automatisch geregelt wird.

7. Feinpositioniereinrichtung an einem mit ummantelten Stabelektroden arbeitenden Lichtbogen-Schweißautomaten zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, der einen in bezug auf das Werkstück programmgesteuert verfahrbaren Schweißkopf (28) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinpositioniereinrichtung einen in dem Schweißkopf (28) angeordneten Positionssensor aufweist, der nach Grobpositionierung des Schweißkopfes ein der von ihm ermittelten tasächlichen Position entsprechendes Signal liefert, aufgrund dessen der Schweißkopf sodann feinpositioniert wird.

8. Feinpositioniereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionssensor aus einer Videokamera (66) besteht, der ein Bildauswertprozessor (82) nachgeschaltet ist.

9. Feinpositioniereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse (68) der Videokamera (66) versetzt zu der Elektrodenachse (70) angeordnet ist und die Programmsteuerung (92) zunächst die Kamera positioniert und dann eine Versetzung des Schweißkopfes (28) entsprechend der Achsabweichung zwischen Kamera und Elektrode (46), korrigiert nach dem Ausgangssignal des Bildauswertprozessors (82), bewirkt.

10. Feinpositioniereinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (72) der Kamera (66) während des Schweißvorganges automatisch abgedeckt ist.

11. Elektrodenwechselvorrichtung an einem mit ummantelten Stabelektroden arbeitenden Lichtbogen-Schweißautomaten zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, der einen programmgesteuert verfahrbaren Schweißkopf (28) aufweist, in dem die jeweilige Elektrode (46) längs der Elektrodenachse (70) zwangsgesteuert beweglich gehalten und nachVerbrauch automatisch durch eine neue Elektrode ersetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenwechselvorrichtung (86) von dem Schweißkopf getrennt angeordnet und programmgesteuert anfahrbar ist.

12. Elektrodenwechselvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie voneinander getrennte, von dem Schweißkopf (28) nacheinander angefahrene Elektrodenauszieh- und Elektrodeneinführstationen (88, 90) aufweist.

13. Elektrodenwechselvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenausziehstation (88) einen sich um die Restelektrode automatisch schließenden Greifer (94) aufweist.

14. Elektrodenwechselvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodeneinführstation (90) einen einen Elektrodenvorrat liegend aufnehmenden, trommelförmigen, drehbaren - vorzugsweise um einen begrenzten Winkel hin- und herdrehbaren - Behälter (98) aufweist, und daß in dessen Mantel und/oder einer umgebenden Wandung (100) ein eine einzelne Elektrode (46) aufnehmender Schlitz (104) ausgebildet ist, in den stinrseitig ein diese Elektrode ausschiebender Stößel (112) einzutragen vermag.

15. Elektrodenwechselvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (98) beheizbar ist.

16. Lichtbogenzündsteuerung an einem mit ummantelten Stabelektroden arbeitenden Lichtbogen-Schweißautomaten zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, der einen in bezug auf das Werkstück programmgesteuert verfahrbaren Schweißkopf (28) aufweist, in dem die jeweilige Elektrode (46) längs der Elektrodenachse (70) zwangsgesteuert beweglich gehalten und nach Verbrauch automatisch durch eine neue Elektrode ersetzbar ist, wobei die betreffende Elektrode von der Lichtbogenzündsteuerung (120) zur Zündung auf das Werkstück aufgesetzt und sodann um einen vorbestimmten Betrag abgehoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenzündsteuerung (120) dazu ausgebildet ist, die Elektrode (46) unter Stromstärkebegrenzung auf einen unter der gewählten Schweißstromstärke liegenden Wert und unter Vollführung einer Pendelbewegung auf das Werkstück aufzusetzen und sodann unter Freigabe des Schweißstromes abzuheben.

17. Lichtbogenzündsteuerung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenzündsteuerung (120) der Elektrode (46) die betreffende Pendelbewegung in Form einer programmgesteuerten Bewegung des Schweißkopfes (28) vermittelt.

18. Schweißkopf an einem mit ummantelten Stabelektroden arbeitenden Lichtbogen-Schweißautomaten zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die jeweilige Elektrode (46) längs der Elektrodenachse (70) zwangsgesteuert beweglich gehalten und nach Verbrauch durch eine neue Elektrode ersetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißkopf (28) für die Elektrodenbewegung längs der Elektrodenachse (70) einen numerisch gesteueren Schrittmotor (32) aufweist.

19. Schweißkopf an einem mit ummantelten Stabelektroden arbeitenden Lichtbogen-Schweißautomaten zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die jeweilige Elektrode (46) längs der Elektrodenachse (70) zwangsgesteuert beweglich gehalten und nach Verbrauch durch eine neue Elektrode ersetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (46) in dem Schweißkopf (28) in der Nähe ihres Abbrennendes, vorzugsweise innerhalb einer Keramikbüchse (64), zusätzlich gelagert ist.

20. Schweißkopf nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß er im Bereich der zusätzlichen Lagerstelle gekühlt, vorzugsweise wassergekühlt, ist.