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1. Feld der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verfolgende Überwachungseinrichtung
zur Bestimmung des Zustandes, einer durch eine Lichtbogenführungssteuerung
geführte
Schweißnaht,
um eine Schweißbrennerspurführung bezüglich des Pendelzentrums
zu korrigieren, zur Führung
einer Schweißnaht
entlang einer Fugenmitte auf Grundlage einer Schweißstromwellenform,
wenn der Schweißbrenner
in Richtung der Fugenbreite pendelt, und sie bezieht sich auch auf
eine Spurführungssteuerung
bei Einsatz der Überwachungstechnik.
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2. Detaillierte Beschreibung
des Stands der Technik
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Im
modernen Lichtbogenschweißsystemen wird
die Ausgangssteuerung der Schweißenergieversorgung durch einen
invertierenden Thyristor derart gesteuert, dass die Umschaltfrequenz
zwischen 300 Hz bis 15–60
kHz beträgt
wird, wobei dieses im Allgemeinen 50 bis 200 mal schneller ist,
als es bei der vorhergehenden Gerätegeneration der Fall war.
Zudem kann eine Wellenformsteuerung des Schweißstroms und der Schweißspannung
durchgeführt
werden. Somit können
die Lichtbogenanfangseigenschaften und die Stabilität des Schweißvorgangs während eines
Hochgeschwindigkeitsschweißens verbessert
werden, wohingegen die Ausschussproduktanzahl reduziert werden kann,
so dass die Schweißqualitätskontinuität während des
Lichtbogenschweißens
verbessert wird.
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Mittlerweile
wird im Allgemeinen eine Lichtbogensteuerung als Verfahren zur Steuerung
des Schweißbrenners
zur Spurführung
einer Schweißnaht
verwendet, wobei die Lichtbogensteuerung auf der Anpassung der Schweißstromes
in Verbindung mit der Änderung
der Drahtlänge
bei der Pendelbewegung des Schweißbrenners in Fugenbreitenrichtung
basiert, die Positionskorrektur (Versatz des Pendelzentrum zur horizontalen
und vertikalen Richtung) wird in Fugenbereitenrichtung durch den
Schweißbrenner
vollzogen (hierin des weiteren bezeichnet als »die Pendelrichtung«) und in
Bezug auf die Fugenvertikalrichtung (hierin des weiteren bezeichnet
als »die
Richtung der Schweißnahtachse«).
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Das
Lichtbogenphänomen
zeichnet sich durch eine große
Instabilität
aus und findet mit einer sehr hohen Geschwindigkeit statt, so dass
deswegen die Zuverlässigkeit
der vorliegenden Lichtbogensteuerung sehr eingeschränkt ist.
Zusätzlich
wurde bisher noch kein Verfahren gefunden, welches es erlaubt die
Schweißqualität zu bestimmen
und somit können unzureichend
geschweißte
Produkte aufgrund der geringen Zuverlässigkeit der bisherigen Lichtbogensteuerung
jederzeit in den Verkauf gelangen; weil jedoch die Lichtbogentechnik
für sehr
hochwertige Schweißanwendungen
bei hoher Geschwindigkeit für
dünne Stahlplatten
einen hohen Qualitätsstandard
erfordert, sind aktive Steuerungssystem deshalb oftmals komplex
und kostenintensiv, weil zur Lichtbogensteuerung bislang ein Laserabstandsensor
an dem Schweißbrenner
unumgänglich
erscheint.
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Deshalb
werden verschiedene Methoden zur Verbesserung der Lichtbogensteuerung
erwogen, die einfach und leicht umzusetzen sind, jedoch haben sich
diese im praktischen Einsatz bisher nicht zufriedenstellend bewährt.
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Ein
gattungsgemäßes Verfahren
ist beispielsweise in der
japanischen
Patentanmeldung Nr. Sho 253-11502 offenbart; es werden
die zusammenhängenden
Wertegrößen der
Schweißstromwerte
in dem vorgegebenen Intervallen in beiden Bewegungsabfolgen eines
(pendelnden) Webevorgangs miteinander verglichen, wobei dieses vorwiegend
zur Korrektur der Abweichung in Fugenbreitenrichtung geschieht.
Der Schweißbrenner
wird dabei zunächst auf
eine Mittelposition in Querrichtung, basierend auf dem Vergleichsignal
geeicht, womit eine verbesserte Spurführung der Schweißnaht erreicht
wird.
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Gemäß diesem
Verfahren muss jedoch der Wert des Schweißstroms bei beiden Wendepunkten des
Webevorgangs summiert und, um die Positionsdetektionsgenauigkeit
zu erhöhen,
mehrfach gemittelt werden; der Ausgangswert des Positionsabweichungskorrektursignals
wird korrespondierend zu der Anzahl der Mittelungsschritte um einige
Zeitperioden verzögert,
wodurch jedoch andererseits die Spurführungsgenauigkeit des Schweißbrenners
gemindert wird. Wenn die Schweißgeschwindigkeit
zum Bearbeiten der Schweißnaht
verringert wird, wird jedoch kostbare Zeit verschwendet. Dadurch
erhöht
sich zwar die Spurführungssteuerungsgenauigkeit,
jedoch verringert sich die Produktionseffizienz. Um zusätzlich zu
vermeiden, dass das Positionsabweichungskorrektursignal verzögert wird,
ohne jedoch die Verzögerung
der Schweißgeschwindigkeit
zu erhöhen,
muss die Webefrequenz erhöht
werden. Jedoch führt
sowohl die Erhöhung
als auch die Verringerung der Webefrequenz dazu, dass beim Integrieren
und beim Mitteln des Schweißstromes
zunehmend störende
Informationen eingebracht werden, wodurch keine Verbesserung des
Nutzinformationsverhältnisses
erlangt wird. Wenn andererseits die Anzahl der Mittlungsschritte
erhöht
wird, ergibt sich ein gegenteiliger Effekt, bei dem Einflüsse von
Störsignalen
auf das Korrektursignal gegebenenfalls zwar verringert werden, aber
sich der Ausgangswert der Gesamtabweichung des Positionsabweichungskorrektursignals
durch die Notwendigkeit der Erhöhung der
Anzahl von Mittelungsschritten verschlechtert, wodurch gegebenenfalls
die Verbesserung der Positionsabweichungsssteuerungsgenauigkeit
verhindert wird.
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Das
Verfahren, welches durch die
japanische
Patentveröffentlichung
Nr. Hei 2-4396 vorgeschlagen wird, richtet sich auf die
Verbesserung der Positionsabweichung einer Schweißnaht in
einem Pendelschweißprozess.
Kennzeichnend ist darin, dass zur Erkennung, ob sich der Schweißprozess
in einer Kurzschlussperiode oder einer Lichtbogenperiode befindet,
ein Komparator verwendet wird, basierend auf folgendem: dem Schweißspannungssignal, der
Lichtbogenperiode, einem Auswahlschaltkreis, der Ableitung des Schweißstromsignals
aus dem Ablauf der Lichtbogenperiode durch ein Identifizierungssignal,
die Lichtbogendauer des Komparators, einem Integrator zur Integrierung
des Ausgangssignals der Auswahlschaltung für einen Webezyklus oder für einen
halben Webezyklus, einem Zähler
zur Abmessung der Lichtbogenperiode, einer Mittelwertberechnungsschaltung,
um ein gemitteltes Wertesignal an eine Halteschaltung auszugeben
und eine Schweißstromvorgabewertesatz
zum Vergleich und zur Bestimmung einer Positionsabweichung in der
vertikalen Richtung beispielsweise in den Vertikalrichtung der Schweißbrennerachse.
Ferner wird eine Positionsabweichung der horizontalen Richtung beispielsweise
in der Richtung senkrecht zu der Richtung der Schweißbrennerachse,
basierend auf der Polarität des
Ausgangssignals der Halteschaltung durch einen Korrekturmotor steuernde
Stellungsabweichungskorrektursteuerung erzielt.
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Wenn
jedoch gemäß dem Verfahren
der Schweißstromwert
während
des Schweißens,
oder die Distanz zwischen der Schweißbrennerspitze und dem Metall
vor dem Starten des Schweißvorgangs geändert wird,
wird sich die Vorgang des Fugenschweißens nicht mehr sicher durchführen lassen. Gemäß dem Verfahren
offenbart in der
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. Sho 57-2428 wird der Schweißstrom an beiden Wendepunkten
des Webevorgangs ermittelt und mit dem Referenzwert verglichen,
um ein Signal für
die Positionsabweichungskorrektur des Schweißbrenners zu erzielen. Jedoch enthält der ermittelte
Schweißstrom
neben der Positionsinformation viele störende Informationen und die Positionsermittlungsgenauigkeit
kann dadurch gering sein, wie beispielsweise in einem Zustand bei
einem geringen Schweißstrom,
einem Kurzschlußstromübergangszustand
und einem Schweißperlenübergangszustand.
Deshalb ist dieses Verfahren nur sehr begrenzte in Lichtbogenstromübergangszuständen verwendbar.
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Gemäß des durch
die Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 7-4666 vorgeschlagenen Verfahrens, wird
die Bogenlänge
als eine feste Größe unabhängig von
der Position der Pendelung angenommen; das Verhältnis der integrierten Schweißstromwerte
in der ersten Hälfte
und in der zweiten Hälfte
der Gebiete, als auch in der rechten und der linken Hälfte der Oszillationsbreite
in einen Pendelzyklus (erster und zweiter Vergleichsignale) werden
eingestellt. Der Mittelpunkt der Pendelung des Schweißbrenners
wird dann in die Richtung mit der geringsten Differenz zwischen
der Richtungsvorgabe und dem Vergleichssignal verringert.
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Durch
dieses Verfahren werden jedoch auch äußerst labile Schweißstromwellenformen
in Kurzschlussperioden in die Schweißstromintegralwerte einbezogen.
Deshalb hat sich bestätigt,
dass auch dann wenn der Schweißbrenner
tatsächlich
im gewöhnlichen
Betrieb keine Positionsabweichung aufweist, das Sputtering trotzdem
stabil bleibt, und dass erste und zweite Vergleichsignale willkürliche Abweichungen
aufweisen. Der Schweißbrenner
weist eine von der Schweißnaht
entgegenläufige
Richtungsabweichung auf, wenn der Schweißbrenner in die Richtung gesteuert
wird, in der die Differenz zwischen den ersten und zweiten Vergleichsignalen
gering ist. Ferner ist das Verfahren nur unter den Bedingungen anwendbar,
dass die Lichtbogenschweißdrahtlänge ungefähr festgelegt
ist, während
die Schweißdrahtschweißgeschwindigkeit
in manchen Fällen
nicht der zeitabhängigen Änderung
des Schweißstromes
folgt, sondern sich aufgrund des Einflusses auf die Induktionswirkung
der Schweißstromversorgungseinheit ändert. Somit
kann der Schweißbrenner
nur ungenau gesteuert werden, weil sich eine Änderung aufgrund der Variation
der Lichtbogenlänge
ergeben kann.
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Das
US Patent 5,130,514 (Kugal
et al.) lehrt das Verfolgen und Überwachen
einer Schweißnaht eines
Pendelschweißbrenners,
welcher einen Lichtbogen und einen Schweißdraht aufweist. Der gleitende
Mittelwert wird für
vorbestimmte kurze Zeitintervalle ermittelt, um hochfrequente Störsignalanteile
zu entfernen, und um ein Tiefpass gefiltertes Signal zur Bestimmung
der Schweißbrennerbewegung
vorzusehen.
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Die
Japanische Patentanmeldung
JP 60056483 'Welding Copying Control
Device' (Yaskawa
Electric Mfg Co Ltd) offenbart eine Schweißsteuerung, welche das Pendeln
und die doppelten Frequenzkomponenten aus dem unregelmäßig pulsierenden
Schweißstrom
herausfiltert und die Schweißbrennerpositionsabweichung
von der Schweißnaht korrigiert.
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Das
Dokument 'Sensor
Fusion Using Neural Network in the Welding' (Kenji Ohshima et al.) offenbart auf
Neurotechnik basierte Lichtbogensensoren, welche gleichzeitig in
der Lage sind, die Schweißbrennerabweichung,
denen Position und Höhe
aufzunehmen, und einen Algorithmus vorzusehen, um die Schweißnaht zu
verfolgen. Das Verfahren weist Abweichungen beim CO2 Kurzschlußschweißen zur Durchführung von
unbemanntem Schweißen
auf.
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Das
Dokument 'Controlling
of Torch Attitude and Seam Tracking Using Neuro Arc Sensor' (Kenji Ohshima et
al.) offenbart ein an die obigen Offenbarungen angelehntes Verfahren,
worin Neurotechnik basierte Lichtbogensensoreingänge Strom und Spannung einer
Pendelperiode beeinflussen.
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Das
US Patent US 4,587,398 (Sarugaku
et al.) offenbart ein Steuerungssystem mit Korrektursignalen, welches
die Abweichung zwischen detektierter und referenzierter Messung
ausgleicht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine verfolgende Überwachungseinrichtung und
eine verfolgende Steuereinrichtung für eine Schweißnaht vorzusehen,
welche durch einen Kurzschlussbetrieb oder durch einen eigenen Sputterbetrieb
gering beeinflusst wird, welche einen Störfaktor für einen Schweißstromwert
darstellen, und welche der Anpassung an eine ansteigende Schweißgeschwindigkeit
in Verbindung mit einer schnelleren Oszillationsfrequenz dienen.
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Um
den oben genannten Gegenstand zu erlangen, weist die folgende Überwachungseinrichtung für eine Schweißnaht gemäß der vorliegenden
Erfindung folgendes auf:
- (A) Schweißstromdetektierungsmittel
zum Detektieren einer Schweißstromwellenform,
die erhalten wird, wenn ein Schweißbrenner in einer Fugenbreitenrichtung
pendelt, wobei eine Kurzschlussperiode und eine Lichtbogenperiode
für das
Fugenschweißen
beim Lichtbogenschutzgasschweißen
mit abschmelzbarer Elektrode wiederholt auftreten;
- (B) Kurzschlussstromwellenform Entfernungsmittel zum Entfernen
einer Kurzschlussstromwellenform aus der von dem Schweißstromdetektierungsmittel
detektierten Schweißstromwellenform,
wobei die Kurzschlussstromwellenform eine Schweißstromwellenform in einer Kurzschlussperiode
ist;
- (C) Interpoliermittel zum linearen Interpolieren eines fehlenden
Teils in der Schweißstromwellenform,
welcher aus der Kurzschlussstromwellenform entfernt worden ist;
- (D) Abtastmittel zum Abtasten der linear interpolierten Schweißstromwellenform
in mehreren Intervallen entsprechend der Pendelfrequenz des Schweißbrenners;
- (E) Ersetzungsmittel zum Ersetzen der abgetasteten Schweißstromwellenformen
durch eine angenäherte
gerade Linie mittels eines Verfahrens der kleinsten Fehlerquadrate
oder eines im Wesentlichen dazu äquivalenten
Verfahren vorgesehen wird; und
- (F) Auslenkungsanzeigemittel in einer Pendelrichtung zum Anzeigen
der Positionsauslenkungsrichtung und Positionsauslenkungsentfernung des
Schweißbrenners
in der Pendelrichtung relativ zu einer als Referenz angenommenen
Fugenmitte, wobei die Positionsauslenkungsrichtung und die Positionsauslenkungsentfernung
einer Neigungsrichtung und einem Neigungswinkel der angenäherten geraden
Linie entsprechen, das Abtastmittel umfasst Faltungs- und Überlagerungsmittel
zum Abtasten einer linear interpolierten Schweißstromwellenform an mehreren
Intervallen, entsprechend einem Pendelzyklus eines Schweißbrenners,
und Faltung und Überlagerung der
abgetasteten Schweißstromwellenform
an einer Position entsprechend dem halben Pendelzyklus, wobei die überlagerten
Schweißstromwellenformen
von den Ersetzungsmitteln durch eine angenäherte gerade Linie ersetzt
werden, eine Höhenmaß, an einem
festgelegten Punkt korrespondierend zu der Zentrumsposition der
angenäherten
geraden Linie, oder anders ausgedrückt ein Höhenmaß zu einem Punkt korrespondierend zu
einer Position, welche einem Viertel (90°) bis drei Vierteln (270°) des Durchlauf
eines Schweißzyklus
des Schweißbrenners
entspricht, und einem voreingestellten Schweißstromwert können verglichen
werden, um den Unterschied der Positionsauslenkungsrichtung und
der Positionsauslenkungsrichtungsentfernung des Schweißbrenners
in der Richtung der Schweißbrennerachse aufzuzeigen.
Dabei sei angemerkt, dass in seltenen Fällen die Fugenmitte im Wesentlichen
unbekannt ist, wie beispielsweise im Falle des Verschweißens von
Platten unterschiedlicher Materialstärke, so kann in diesem Falle
die Position des festgelegten (Fugenmitte) Punkts auch außerhalb des
Bereichs von einem Viertel und bis drei Vierteln des Pendelzyklus
liegen.
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Wenn
die Schweißstromwellenform
durch Ersetzungsmittel durch eine angenäherte gerade Linie ersetzt
wird, kann die Schweißstromwellenform auch
unter Einsatz einer Mittelung beispielsweise gemäß dem Verfahren des gleitenden
Mittelwerts geglättet
werden. Folglich können
unbeabsichtigte Wellenformen in der Schweißstromwellenform, welche durch
Sputtern oder ähnliches
erzeugt werden, entfernt werden und Störinformationen können, abgesehen
von den Positionsinformationen des Schweißbrenners, soweit wie möglich entfernt
werden. Gleichzeitig können
durch Vorgabe des Wellenformabtastzyklus mit einer vergleichsweise
langen Interpolationszeit durch eine angenäherte gerade Linie in der Praxis
eine hinreichende Spursteuerungsgenauigkeit eingehalten werden,
so dass die Operationsgeschwindigkeit dadurch erhöht wird.
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Genauer
gesagt, umfasst das Kurzschlussstromwellenformentfernungsmittel Schwellenwerteinstellungsmittel
zum Einstellen einer Referenzschweißspannung, zur Bestimmung eine Lichtbogenperiode
und eine Kurzschlussperiode in der Schweißspannungswellenform aufgrund
eines Schwellenwerts. Allerdings bleibt auch in Bezug auf die Kurzschlussperiode
ein großer
Unsicherheitsfaktor bezüglich
des Anteils unmittelbar vor dem Beginn einer Kurzschlussperiode
und des Anteils unmittelbar nach dem Beginn der Lichtbogenperiode
und dieses sogar in einem Schweißspannungsgebiet, welches oberhalb
des Schwellenwertes oder des Referenzschweißspannungswerts liegt. Deshalb
wird es bevorzugt, dass ein Wellenformteilstück einer Kurzschlussperiode
rückwirkend
und vorauswirkend zu dem ersten und dem zweiten Operationsmittel
entfernt wird, und ein Anteil der Schweißstromwellenform unmittelbar
vor dem Beginn der Kurzschlussperiode und unmittelbar nach dem Beginn
der Lichtbogenperiode ausgelöscht
wird. Daraus ergibt sich, dass der Einfluss der Kurzschlussperiode
als überwiegender
Störfaktor
im Wesentlichen restlos in Bezug auf die Überwachung der Spurverfolgung
des Schweißbrenners
vermieden wird.
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Ferner
umfasst die verfolgende Steuereinrichtung für eine Schweißnaht folgendes:
- (A) Schweißstromdetektierungsmittel
zum Detektieren einer Schweißstromwellenform,
die sich dann ergibt, wenn ein Schweißbrenner in einer Fugenbreitenrichtung
pendelt,
- (B) Kurzschlussstromwellenformentfernungsmittel zum Entfernen
einer Kurzschlussstromwellenform aus der von dem Schweißstromdetektierungsmittel
detektierten Schweißstromwellenform,
wobei die Kurzschlussstromwellenform einer Schweißstromwellenform
in einer Kurzschlussperiode ist;
- (C) Interpoliermittel zum linearen Interpolieren eines fehlenden
Teils in der Schweißstromwellenform,
der aus der Kurzschlussstromwellenform entfernt worden ist;
- (D) Abtastmittel zum Abtasten der linear interpolierten Schweißstromwellenform
in mehreren Intervallen entsprechend der Pendelfrequenz des Schweißbrenners;
- (E) Ersetzungsmittel zum Ersetzen der abgetasteten Schweißstromwellenform
durch eine angenäherte
Gerade ermittelt durch ein Verfahren der kleinsten Fehlerquadrate
oder eines im Wesentlichen dazu äquivalenten
Verfahren;
- (F) Pendelrichtungshorizontalauslenkungsoperationsmittel zum
Durchführen
einer Operation zum Erhalten der Horizontalauslenkungsrichtung und Horizontalauslenkungsentfernung
des Schweißbrenners
in der Pendelrichtung relativ zu der Fugenmitte als Referenz, wobei
die Positionsauslenkungsrichtung und Positionsauslenkungsentfernung
der Neigungsrichtung und dem Neigungswinkel (Inklination) der angenäherten geraden
Linie entsprechen; und
- (G) Schweißbrennerachsenauslenkungsrichtungsoperationsmittel
zum Vergleichen einer Höhe
eines festen Punkts auf der angenäherten geraden Linie entsprechend
einem Viertel und drei Vierteln der Pendelfrequenz des Schweißbrenners
mit einem eingestellten Schweißstromwert,
wodurch eine Operation durchgeführt
wird, um die Positionsausrichtung und Positionsauslenkungsentfernung
des Schweißbrenners
in der Richtung der Schweißbrennerachse
zu erhalten, und
- (H) wobei auf der Basis der Operationsergebnisse des Pendelrichtungspositionsauslenkungsoperationsmittels
und des Schweißbrennerachsenauslenkungsrichtungoperationsmittels
die Pendelmitte des Schweißbrenners
und die Brennerhöhe
gesteuert werden, sich in eine Richtung zu bewegen, um die Pendelrichtungspositionsalauslenkung
und die Richtung der Schweißbrennerachsenauslenkung
auszugleichen. Angelehnt an die oben beschriebene spurverfolgende Überwachungsvorrichtung
können
die gleitenden Mittelwertbildungs- und Faltungs- und Überlagerungsmittel
ebenfalls auf die verfolgende Steuereinrichtung angewendet werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
ein Blockdiagramm einer verfolgenden Steuereinheit der Schweißnaht gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt
ein Diagramm der Wellenform der Schweißspannung/-Strom eines Schweißbrenners;
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3A zeigt
in einem Schweißspannungs/-stromwellenformdiagramm
das lineare Interpolieren der Schweißstromwellenform darstellend;
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3B zeigt
eine Grafik, welche linear interpolierten Schweißstromwellenform und einem
gleitenden-Mittelwert-Diagramm davon darstellt;
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3C zeigt
eine Grafik, welche die gleitenden Mittelwertgrafik für einen
Zyklus der Pendelung, einer überlagerten
halb Zyklenposition darstellt;
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4 zeigt
eine schnelle Bildschirmanzeige einer Spurverfolgungsdarstellungvorrichtung
ohne das Vorliegen von einer Spurabweichungsposition;
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5 zeigt
eine modellhafte Bildschirmdarstellung einer verfolgenden Bildschirmvorrichtung
mit einer nach unten gerichteten Positionsabweichung in Richtung
der Schweißbrennerachse;
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6 zeigt
eine modellhafte Bildschirmdarstellung einer Spurverfolgungsvorrichtung
mit einer nach oben gerichtete Positionsabweichung in Richtung der
Schweißbrennerachse;
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7 zeigt
eine modellhafte Bildschirmdarstellung einer Spurverfolgungsvorrichtung
in dem angenommenen Fall einer kleinen, nach links gerichteten Positionsabweichung
in Pendelrichtung;
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8 zeigt
eine modellhafte Bildschirmdarstellung einer Spurverfolgungsvorrichtung
in dem angenommenen Fall einer kleinen, nach rechts gerichteten
Positionsabweichung in Pendelrichtung; und
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9 zeigt
eine modellhafte Bildschirmdarstellung einer Spurverfolgungsvorrichtung
in dem angenommenen Fall einer starken, nach rechts gerichteten
Positionsabweichung in Pendelrichtung.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird in den beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt
ein schematisches Blockdiagramm einer verfolgenden Steuervorrichtung
einschließlich
einer Spurüberwachungssteuerungsvorrichtung
der Schweißnaht
gemäß einer
Ausführungsform
der hier vorliegenden Erfindung; die Vorrichtung arbeitet als eine einfache
Spurbestimmungsvorrichtung, wenn kein Feedback (Rückführung) von
dem Pendelrichtungspositionsauslenkungsoperationsmittel 17 und
dem Schweißbrennerachsenauslenkungsrichtungsoperationsmittel 19 einer
Schweißroboterschweißbrennerpositionssteuerungsvorrichtung 20 vorliegt,
die Vorrichtung dient als eine einfache Spurbestimmungsvorrichtung.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 11 eine
Lichtbogenschutzgasschweißvorrichtung
mit abschmelzbarer Elektrode (hiernach vereinfacht mit dem Begriff »Lichtbogen
Schweißvorrichtung« bezeichnet)
einschließlich
eines Schweißroboters 1a, mit 2 eine
Schweißenergieversorgungsvorrichtung, mit 3 ein
Grundmetallstück
mit einem kerbenförmigen
Schweißteilstück und mit 4 einen
als Schweißelektrode
dienenden Schweißdraht.
Auf der Zuführungsseite
ist der Schweißdraht 4 auf
einer Spule aufgewickelt und die Kontaktspitze des Schweißdraht wird
mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit von der Zuführungsspule
durch eine Speiserolle 6 dem Grundmetallteil 3 zugeführt, wenn
dieses in Kontakt mit der Kontaktspitze 5a des Schweißbrenners 5 tritt.
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Das
Bezugszeichen 10 bezeichnet Schweißstromdetektierungsmittel und
das Bezugszeichen 11 bezeichnet Schweißspannungsdetektierungsmittel. Die
Detektierungsmittel 10 und 11 detektieren den Schweißstrom und
die Schweißspannung,
welche von der Schweißenergieversorgungsvorrichtung 2 jeweils
dem Grundmetall 3 und dem Schweißdraht 4 zugeführt wird.
In 1 sind ebenfalls, die Kurzschlussstromwellenformsentfernungsmittel 12, das
Interpolationsmittel 13, Abtastmittel 14, einem angenäherte-Gerade-Linien-Ersetzungsmittel 15,
die Pendelrichtungspositionsabweichungdarstellungsmittel 16,
die Pendelrichtungspositionsabweichungsoperationsmittel 17,
die Positionsabweichungsmittel der Schweißbrennerachsenanzeigemittel 18,
die Positionsabweichungsrichtung der Schweißbrennerachsenoperationsmittel 19,
eine Schweißroboterschweißbrennerpositionssteuerungsvorrichtung 20 und
ein Pendelrichtungsdetektierungsmittel 22 zu sehen. Jeder
dieser Blöcke
wird im Weiteren beschrieben.
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Die
Schweißenergieversorgungsvorrichtung 2 zeichnet
sich durch die Bauart als Hochgeschwindigkeitssteuervorrichtung
aus, deren Ausgangssignal von einem Inverter gesteuert wird, und
welche in der Lage ist die Wellenform des Schweißstromes und der Schweißspannung
zu steuern. Das Schweißstromdetektierungsmittel 10 ist
zudem zwecks Detektierens des Schweißstromes, mit dem Grundmetall 3 verbunden,
und das Schweißspannungsdetektierungsmittel 11 ist
zwecks Detektierens der Schweißspannung
mit dem Schweißdraht 4 und
dem Grundmetall 3 verbunden. 2 zeigt
ein Beispiel einer Schweißspannungs-
und Stromwellenform, welche durch diese Detektierungsmittel aufgenommen
wurden.
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Die
Kurzschlussstromwellenformentfernungsmittel
12 entfernt
die Wellenformen S1 und S2 in Kurzschlussperioden aus der Schweißstromwellenform,
wie in
2 dargestellt ist. Genauer gesagt, wird eine Referenzspannung
differenziert zwischen der Kurzschlussperiode und der Lichtbogenperiode der
Schweißspannungswellenform
durch Schwellenwerteinstellmittel als Schwellenwert vorgegeben. Dann
wird die Schweißstromwellenform,
welche zu dem unterhalb des Schwellenwerts liegenden Spannungsteilstück korrespondiert,
als Kurzschlussperiode im Wesentlichen kompensiert. Ein solches
Verfahren für
die Kompensation der Schweißstromwellenform
in der Kurzschlussperiode wurde teilweise im Stand der Technik zum
Beispiel durch die
japanische Patentveröffentlichung
Nummer Hei 2-4396 in Verbindung mit dem Einsatz eines Komparators
vorgeschlagen. Es sei jedoch angemerkt, dass eine solche Weise der
Differenzierung zwischen dem Einsetzen des Schwellenwertes als Randbedingungen
weiterhin mit großen
Unsicherheiten einhergeht, wohingegen dieses bei Verwendung der
Schweißbrenner-Positionsinformation,
welche Aufschluss über
die Position des Schweißbrenners
unmittelbar vor Beginn der Kurzschlussperiode ermöglicht,
und auch über
das Teilstück,
welches unmittelbar nach dem Beginn der Lichtbogenperiode welcher
aufgrund alleine der Kurzschlussperiode eintritt, nicht auftritt.
Deshalb werden gemäß der vorliegenden
Erfindung zusätzlich
zu der Kurzschlussstromwellenform, welche aus dem Schwellwert, wie
es in
2 gezeigt ist, differenziert wird, die Wellenformanteile
korrespondierend zu der in Verlängerungsteilstück vor und
nach der laufenden Wellenform für
vorgeschriebene Zeitperioden T1 und T2, ebenfalls wie ein Kurzschlussstromwellenformteilstück entfernt.
Genauer gesagt werden erste Operationsmittel
27 zum Durchführen des
Betriebes zur Erlangung einer Position in der Schweißstromwellenform
korrespondierend zu einem Punkt der vorgeschriebenen Zeitperiode
T1 vor dem Erreichen des Punktes B1 vorgemerkt, an welchem der Schwellwert
in der Schweißstromwellenform
an dem Startpunkt C1 zum Entfernen der Kurzschlussstromwellenform
(vgl. auch
1) erreicht wird. Es werden
ebenso zweite Operationsmittel
28 vorgesehen, zur Durchführung der
Operation zur Erlangung einer Position in der Schweißstromwellenform
korrespondierend zu einem Punkt sowohl in der vorgeschriebenen Zeitperiode
T2 als auch nach dem Verlassen des Punktes B2, welcher vor dem Schwellenwert
der Schweißspannungswellenform
erreicht wird, und worin mit C2 der Endpunkt zum Entfernen der Kurzschlussstromwellenform
bestimmt wird (vgl.
1). Genauer gesagt, werden diese
ersten und zweiten Operationsmittel
27 und
28 als
Zeitschritte in dem Betriebsprogramm ausgedrückt. Basierend auf dem Betriebsresultat
der ersten und zweiten Operationsmittel
27 und
28 wird
die Schweißstromwellenform
zwischen dem Startpunkt C1 und dem Endpunkt C2 zum Entfernen der
Kurzschlusswellenform durch Wellenformextraktionsmittel herausgenommen.
Die Wellenformunterdrückungsmittel
werden als Wellenformspeicherschritte in dem Betriebsprogramm ausgedrückt.
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Die
vorausgehende Zeitperiode T1 und die nachfolgende Zeitperiode T2
sind zum Beispiel auf 1 ms und 5 ms festgelegt. Jedoch unterscheiden
sich die optimalen Werte für
die Zeitperioden abhängig
an den Schweißkonditionen
und der Höhe
des Schwellenwertes, die Werte werden im Hinblick auf spezifische
Bedingungen festgelegt. Die Schweißstromwellenform ist unmittelbar
nach Beginn des Lichtbogen im Allgemeinen weniger stabil als unmittelbar
vor Beginn des Kurzschluss, und deswegen ist die nachfolgende Zeitperiode
T2 im Allgemeinen länger
gewählt als
die vorausgehende Zeitperiode T1.
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Das
Interpolationsmittel 13 interpoliert den linearen, fehlenden
Teil einer Wellenform, generiert durch die oben beschriebene Entfernung
der Kurzschlussstromwellenform. Der Startpunkt C1 und Endpunkt C2
zum Entfernen der Kurzschlussstromwellenform in 2 sind
verbunden durch eine gerade Linie (vergleiche mit der geradlinigen
Verlängerung einer
Linie entlang der unteren Seite der Wellenform X in 3a).
Die lineare Interpolaktion wird zur Verbesserung der Betriebsgenauigkeit
im Betrieb durchgeführt,
um eine Pendelpositionsrichtungsabweichung oder die Richtung der
Schweißbrennerachsenpositionsdistanz
in den nachfolgenden Schritten zu erzielen.
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Der
Schweißstrom
in der Kurzschlussperiode wird nach dem Stand der Technik gänzlich unterschätzt; es
wird das Schweißstromsignal
während der
Lichtbogenperiode durch ein der Auswahlschaltung, offenbart durch
die
japanische Patentveröffentlichung
Nummer Hei 2-4396 , durch eine lineare rauschfreie Schweißstromwellenform
ersetzt wird. Daraus resultiert, dass das praktische Verhalten des Lichtbogenschweißenbetrieb
Pendelrichtungspositionsabweichung oder der Richtung der Schweißbrennerachsenpositionsabweichung
so gut wie möglich berücksichtigt
wird. Die gleitende Mittelwertmethode und die Annäherung durch
eine gerade Linie werden einzig durch diese lineare Interpretation
möglich.
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Die
Abtastmittel 14 tasten die linear interpolierte Schweißstromwellenform
an einer Vielzahl von im Wesentlichen gleichen Intervallen korrespondierend
zu der Pendelfrequenz des Schweißbrenners ab. Zum Beispiel
wird die Wellenform X 3b in einem Pendelzyklus in
Intervallen abgetastet. Die hierin benutzte Bezeichnung »im Wesentlichen
gleich« suggeriert
streng genommen, dass die Zeitintervalle zwischen denen der Pendelendpunkt
in nicht notwendigerweise festgelegt sind. Genauer gesagt, wird das
Abtastmittel 14 durch einen oszillierenden Synchronisierungspulsausgang
gesteuert, welcher einen Pendelendpunkt in einem Schweißrobotersystem
repräsentiert.
Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
wird die Wellenform X in 3b in
die Wellenform Y in 3b durch Einsetzung der gleitenden Mittelwertmethode
als gleitende Mittelwerte festgelegt und dann die Wellenform Y zu
jedem Pendelzyklus aufgeteilt. Dabei beachte man, dass nach dem
die Wellenform X für
jeden Zyklus der Pendelung aufgeteilt wurde, der Teilbereich nicht
mehr dem gleitenden Mittelwert unterliegen darf, um eine abgeteilte
Wellenform zu erhalten. Das Abtastungsintervall wird konventionell
als ein Zyklus der Pendelung in Verbindung mit Faltungs- und Überlagerungsmittel
eingesetzt, welche später
beschrieben werden, wobei die Wellenform für einen halben Pendelzyklus
ohne den Einsatz von Faltungs- oder Überlagerungsmittel einzusetzen
abgetastet werden.
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Der
Abtastzeitpunkt wird durch ein Abtasttriggersignal von dem Pendelrichtungsdetektierungsmittel 22 erfasst.
Das oszillierende Synchronisierungspulssignal kann grundlegend als
Abtasttriggersignal eingesetzt werden. Jedoch wird die Zeitverzögerung weitgehend
detektiert und die Abtastrate der Schweißstromwellenform durch die
Abtastmittel vorzugsweise Bezug nehmend auf das oszillierende Synchronisierungspulsignal
durch eine Zeitverzögerung
verzögert,
wenn die Verzögerung
zwischen den oszillierenden Synchronisierungspulsignal und der tatsächlichen
Schweißbrennerendpunktgröße relativ groß ist. Angemerkt
sei, dass der tatsächliche Schweißbrennerpendelendpunkt
durch eine Laserentfernungssensor, welcher beispielsweise an dem Schweißbrenner
befestigt wird, gemessen wird und die Zeitverzögerung durch simultane Bemessung
der Pendelsynchronisierungspulsignal und den Vergleich mit dem Endpunkt
durch den Laser an dem Entfernungssensorausgang gemessen wird. Weil
die Zeitverzögerung
bei jedem Schweißroboter
fast unmerklich abweicht, wird bei jedem Schweißroboter die Zeitverzögerung während des
Betriebes detektiert.
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Mittels
Faltungs- und Überlagerungsmitteln wird
die Wellenform über
einen Pendelzyklus, welche durch die Anwendung der gleitenden Mittelwert-Methode
geglättet
wird, bezüglich
der Halb-Zyklenposition (180°) überlagert.
Durch Faltung und Überlagerung
wird die Wellenform für
einen Pendelzyklus bezüglich
der Halb-Zyklenposition
integriert und werden die Wellenformen miteinander überlagert,
um einen Zyklus der Pendelung darzustellen, um damit eine Beurteilung
der Charakteristik der Schweißstromwellenform
für einen
Pendelzyklus durch Neigungsrichtung (Inklination), Höhe einer
geraden Linie in dem folgenden Schritt der Ersetzung durch eine
angenäherte
Gerade Linie zu ermöglichen.
Es sei angemerkt, dass die Schweißstromwellenform für jede halb-zyklischen
Pendelung ermittelt wird, so dass eine Faltung und Überlagerung
nicht notwendig ist. Deshalb werden der ausgehende Pfad (zur Rechten verlaufend)
und der rückkehrende
Pfad (zur Linken verlaufend) einer eine Z-Kurve gleich, wie es in 3c dargestellt
ist, jeweils unabhängig
voneinander durch eine angenäherte
gerade Linie in dem nachfolgenden Schritt ersetzt.
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Die
angenäherte-geradlinige-Ersetzungsmittel 15 ersetzen
die abgetastete Schweißstromwellenform
durch eine angenäherte
gerade Linie mittels der geringsten Fehlerquadratsmethode oder einer
im Wesentlichen dazu äquivalenten
Methode. Daraus ergibt sich Information bezogen auf die Pendelrichtungspositionsabweichung
und die Richtung der Schweißbrennerachsen
Positionsabweichung die Distanz, welche dadurch in Echtzeit berechnet
werden kann.
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Genauer
gesagt wird gemäß der konventionellen
Verfahren der Mittelung integrierte Werte der Schweißstromwellenform
eine relativ lange Abtastperiode zu Mittelung notwendig. Deshalb
können
Information bezogen auf das Verhalten des Lichtbogen Schweißens nur
schwerlich in Echtzeit extrahiert werden. Ferner werden zwei Arten
der Informationen in dem integrierten Wertmittelungsverfahren verwendet,
wobei in der Mischung die Pendelrichtungspositionsabweichungsinformation
und die Richtung der Schweißbrennerachsenpositionsabweichungsinformation
im Vordergrund stehen. Deshalb ist es unmöglich beide Positionsabweichungen
oder Steuerkorrekturen der Positionsabweichungen basierend auf beiden
Positionsabweichungsinformationen darzustellen, während diese
beiden strikt getrennt sind.
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Im
Gegensatz dazu, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung die Schweißstromwellenform
für einen
Zyklus der Oszillation ausgedrückt
durch Inklination, die Höhe
der angenäherten
geraden Linie, die Pendelrichtungspositionsabweichungsinformation kann
aus dem Inklinationswinkel und der Richtung der angenäherten geraden
Linie ermittelt werden. Alternativ kann die Richtung der Schweißbrennerpositionsabweichung
aus der Höhe
der angenäherten
geraden Linie abgeleitet werden. Es sei angemerkt, dass die angenäherte gerade
Linie aus der Schweißstromwellenform
abgeleitet wird, welche durch die gleitende Mittelwertberechnungsmethode
gemäß dieser
Ausführungsform
geglättet
wird, während
die Überwachungsgenauigkeit
und Steuerungsgenauigkeit sich verringert, wenn die angenäherte gerade
Linie direkt aus der ursprünglichen
Stromwellenform ohne die Anwendung der gleitende Mittelwertberechnung
extrahiert wird.
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Die
Pendelrichtungspositionsabweichungsanzeigemittel 16 und
Schweißbrennerpositionsanzeigemittel 18 können typischerweise
mittels Kathodenstrahl- oder Flüssigkristallbildschirmen
ausgestaltet sein, wie jeweils auf der linken Seite von 4 bis 9 dargestellt
sind. Allerdings sind auch Anzeigemittel zur Anzeige von analogen
oder digitalen Indikatoren der Positionsabweichungsmitteldistanz
oder der Richtung der Schweißbrennerachsenpositionsabweichungsdistanz
oder ihre Änderung
bezüglich der
Zeit einsetzbar. Die Bilder werden basierend auf den Betriebsergebnissen
der Pendelrichtungspositionsabweichungsmittelanzeigemittel 17 oder
der Schweißbrennerachsepositionsabweichungsoperationsmittel 19 generiert.
Die Betriebsabläufe
beider Operationsmittel 17 und 19 wird nachfolgend
durch die beigefügten
Figuren in jeweils rechten Teil von 4 bis 9 dargestellt.
Es sei angemerkt, dass die Wellenform in dem jeweils rechten Teil
jeder Figur durch Falten und Überlagern
der Schweißstromwellenform
für einen
Zyklus der Pendelung mit einem Taktzyklusendpunkt und einer vertikalen
Linie, welche im ersten Viertel des dritten Viertels des Zyklus
der Pendelung entspricht, gegeben ist. Die fett gezeichnete horizontale
Linie L in 4 bis 6 und die
fett gezeichnete angewinkelte Linie L in 7 bis 9 sind
beide angenäherte
gerade Linien L, welche von der Wellenform in diesen Figuren durch
die kleinste Fehlerquadrat-Methode
bestimmt wurden. Es sei angemerkt, dass jedoch die Wellenformen
selbst zur Vereinfachung im Hinblick auf die Erhöhung/Verringerung des Schweißstromwellenform
eher abhängig
von der Höhe
zwischen dem Schweißbrenner 5 und
dem Grundmetall 3 als weniger aufgrund der realen Wellenform,
wie in 3C dargestellt ist, gewählt wurde.
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Zuerst
repräsentiert
die Wellenform in 4 einen normalen Schweißablauf
in dem die Pendelrichtungspositionsabweichung und die Schweißbrennerachsepositionsabweichung
Null betragen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Inklination der angenäherten geraden
Linie L (Level) während
die mittlere Höhe der
angenäherten
geraden Linie L in Übereinstimmung
mit der Referenzhöhe
(gesetzte Schweißstromwert)
liegt. 5 zeigt den Zustand in welcher die Richtung der
Schweißbrennerachsepositionsabweichung
geringfügig
von dem korrekten Schweißzustand
nach 4 nach unten abweicht. Zu diesem Zeitpunkt erhöht sich
der Schweißstrom
umgekehrt proportional abnehmen mit Bezug auf die Höhe zwischen
dem Schweißbrenner 5 und
dem Grundmetall 3, so dass die angenäherte gerade Linie L sich weiterhin
mit der Inklination null nach oben verschiebt. Deshalb kann zu Höhe H (Betriebsschweißstromwert)
angenäherte
gerade Linie L von der Referenzlinie K an der Position korrespondierend
einem Viertel bis drei Vierteln der Pendelfrequenz eingesetzt werden,
und die Richtung der Schweißbrennerachsenpositionsabweichung δV
= –αH (α: Proportionalkonstante
basierend auf experimentellen Daten)ausgedrückt werden.
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6 stellt
den Zustand dar, indem die Richtung der Schweißbrennerachsepositionsabweichung geringfügig von
dem normalen Schweißzustand
in 4 nach oben abweicht. Zu diesem Zeitpunkt verringert
sich der Schweißstromes
in umgekehrt proportionaler Eigenschaft in Bezug zu dem Anstieg
der Höhe
zwischen dem Schweißbrenner 5 und
dem Grundmetall 3; weshalb die angenommene gerade Linie
L sich nach unten mit einer Inklination von null verschiebt. Ähnlich verhält es sich
mit der Höhe
(–H) der
angenäherten
geraden Linie L von der Referenzhöhe K, korrespondierend zu einem
Viertel bis drei Vierteln des Zyklus der Pendelung, welche als Repräsentant
für die
Richtung der Schweißbrennerachsepositionsabweichung
der δV = –αH verwendet
werden kann.
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7 zeigt
den Zustand einer geringfügig nach
links von dem Fugenzentrum abweichenden Pendelrichtungspositionsabweichung.
Zu diesem Zeitpunkt verringert sich die Höhenabweichung zwischen dem
Schweißbrenner 5 und
dem Grundmetall 3 linksseitig des Pendelzentrums, die Wellenform
Z wird dadurch aufgrund des linksseitig erhöhten Stromwerts unsymmetrisch,
weshalb die angenommene gerade Linie L eine Inklination zur oberen
linken Richtung aufweist. 8 zeigt
den Zustand in dem die Pendelrichtungspositionsabweichung vom Fugenzentrum
geringfügig
rechtsseitig abweicht. Zu diesem Zeitpunkt verringert sich rechtsseitig
des Pendelzentrums die Höhe
zwischen dem Schweißbrenner 5 und
dem Grundmetall 3, wodurch die Wellenform Z unsymmetrisch
wird, mit einem zur rechten Seite hin zunehmenden Strom und wobei
die angenäherte
gerade Linien eine Inklination zur rechten Seite hin aufweist. 9 zeigt
den Zustand, bei dem es einer Pendelrichtung-Positionsabweichung
gibt, welche rechtsseitig stark von dem Pendelzentrum abweicht.
Zu diesem Zeitpunkt weist die Höhe
zwischen dem Schweißbrenner 5 und
dem Grundmetall 3 eine große Abweichung bezogen auf das
Pendelzentrum mit rechtsseitiger Abweichung auf, die Wellenform
selbst wird unsymmetrisch mit einem rechtsseitig vergrößerten Stromfluss
ausgelenkt und die angenäherte
gerade Linie weist eine starke Inklinationsrichtung zu der oberen
rechtseitigen Richtung auf. Deshalb werden die Richtung und die
Größe der Pendelrichtung-Positionsabweichung
in Bezug auf bewertet und die Pendelrichtung-Positionsabweichung kann durch die Formel δh = βR (worin β einer Proportionalitätskonstante
basierend auf experimentell ermittelten Daten und R der Inklinationsneigungswinkel
ist), dargestellt werden. Wenn die Inklination in Richtung auf die
untere rechte Seite ein »minus«, negatives
Vorzeichen aufweist und die Inklination in Richtung auf die obere
rechte Seite ein »plus«, positives
Vorzeichen aufweist und die Proportionalitätskonstante β positiv
ist, repräsentiert
das »minus« eine linksseitige
Positionsabweichung und das »plus« eine rechtseitige
Positionsabweichung. Der Betrieb des Pendelrichtungspositionsabweichungsbetriebsmittels 17 und
der Betrieb der Führung
der Schweißbrennerachsenpositionsabweichungsoperationsmittel 19 dienen
zur Erlangung der Pendelrichtungspositionsabweichungsgröße δh und die
Führung
der Schweißbrennerachsenpositionsabweichung δv basierend
auf dem Inklinationswinkel der angenäherten geraden Linie, und die
Höhe dieser
Linie korrespondierend zu einem Viertel bis drei Vierteln des Zyklus,
wie oben beschrieben wurde.
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Das
Pendelrichtungsdetektierungsmittel 22 verwendet im Wesentlichen
ein vorliegendes Synchronisationspulssignal zur Steuerung der Pendelrichtung
durch die Schweißroboterschweißbrennerpositionssteuerungsvorrichtung 20.
Jedoch besteht in der Praxis eine charakteristische, geringfügige Antwortverzögerung zwischen
dem Synchronisationsimpuls, wie er oben beschrieben wurde, und dem Wirken
des Schweißroboters.
Mit der Absicht die Antwortverzögerungscharakteristik
der Abtastzeitgabe durch Abtastmittel 14 zu berücksichtigen,
wird ein Abstandssensor provisorisch an der Spitze des Schweißbrenners 5 aufgebracht,
um die tatsächliche Zeitverzögerung nach
dem Auftreten des Synchronpulssignals der Pendelrichtungsanweisung
bis zur Detektion des tatsächlich
gemessenen Eintreffens des Abstandsensor an dem Pendelendpunkt aufzunehmen.
Dann wird eine separate Pulssignalverzögerung für diese Zeitverzögerung von
dem Synchronimpulssignal für
die Pendelrichtungsinstruktion als ein Abtasttriggersignal für die Abtastmittel 14 erzeugt.
Das Abtasttriggersignal sieht eine Abtastzeitsteuerung zum Abtasten
des Schweißstromwellenformsignals
korrespondierend zu dem Pendelfrequenzabtastmittel 14,
wie es oben beschrieben wurde, vor. Der Abtastvorgang beginnt bei
der Detektion des n-ten Synchronimpulses (ON), also bei Einsetzen
des Synchronimpulssignals der mit dem Pendelrichtungsdetektierungsmittel 22 als
Referenz, der Abtastvorgang endet vor dem nächsten Zyklus, wenn das n +
1-te Synchronimpulssignal (ON) detektiert wird, und der Abtastvorgang
für den
nächsten
Zyklus beginnt mit diesem Zeitpunkt. Es sei angemerkt, dass beim
Eintreten des ON Zustandes des Synchronimpulssignals der Schweißbrenner 5 einen
Pendeldurchgang von dem ersten Endpunkt zu dem zweiten Endpunkt
durchführt.
Wenn das Synchronimpulssignal im OFF Zustand ist, startet der Schweißbrenner 5 einen
Pendeldurchgang in die entgegengesetzte Richtung, beispielsweise
von dem zweiten Endpunkt zu dem ersten Endpunkt.
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Die
Arbeitsweise der verfolgenden Steuervorrichtung wird nun beschrieben.
Als erstes werden die grundlegenden Umstände, wie die Pendelfrequenz,
die Pendelbreite, die Höhenposition
des Schweißbrenners
des Schweißroboters
in die Schweißroboter-Steuerungsvorrichtung 20 des
Roboters 1a eingegeben. Der Schweißroboter 1a beginnt
den Schweißvorgang
in Abhängigkeit
von dem Empfang des Startsignals und führt einen Lichtbogenschweißvorgang
durch, wobei der Schweißbrenner 5 eine
Vielzahl von in einer Lernphase vorgegebenen Punkten entlang der
Fugenschweißnaht
des Grundmetalls 3 abfährt.
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Die
Schweißroboterschweißbrennerpositionssteuerungsvorrichtung 20 steuert
die Position des Schweißroboters 1a derart,
dass das Pendelzentrum des Schweißbrenners 5 der Schweißnaht folgt.
Genauer kann gesagt werden, solange der Schweißstrom zur korrekten Verfolgung
der Schweißnaht
geeignet ist, wird die horizontale angenäherte gerade Linie in geeigneter
Höhe verlaufen,
wie in 4 dargestellt ist. Wenn jedoch der Schweißbrenner 5 sich zum
Beispiel in Richtung der Schweißbrennerachse verlagert,
wird die Position der angenäherten
geraden Linie korrespondierend zu einem Viertel bis drei Vierteln
des Zyklus der Pendelpositionsabweichung nach oben oder nach unten
abweichen, wie es in 5 und 6 gezeigt
ist. Zur Eliminierung der Positionsabweichung und zum Rückführung der
angenäherten
geraden Linie auf die Ursprungshöhe,
wird ein Signal von der Richtung der Schweißbrennerachsenpositionsabweichungsoperationsmittel 19 als
eine Eingangssignal der Schweißroboter-Steuerungsvorrichtung 20 eingegeben.
Genauer ausgedrückt
bezüglich
des Schweißbrenners
des Schweißroboters
in die Schweißroboter-Steuerungsvorrichtung 20 kann
folgendes gesagt werden, wenn der laufende Messwert bezüglich der angenäherten geraden
Linie an einer Position korrespondierend bezüglich des ersten Viertels bis
zum dritten Viertel des Zyklus der Pendelung (die Höhe der angenäherten geraden
Linie L in der Zentralposition in 4 bis 9)
höher ist
als der lineare Strom, wird der Schweißbrenner derart gesteuert, dass
dieser angehoben wird, so dass die Differenz dazwischen (Soll- und
Ist-Wert) reduziert wird. Im entgegengesetzten Fall, indem der Schweißstromwert
niedriger ist als der ursprünglich
für den Schweißstrom eingestellte
Wert, wird der Schweißbrenner
abgesenkt.
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Wenn
das Pendelzentrum der Schweißnaht in
horizontaler Richtung abweicht, wie in 7 bis 9 gezeigt
ist, als die angenäherte
gerade Linie in der oberen linken oder der oberen rechten Richtung eine
Inklination auf. Um die Neigungsrichtung auszugleichen und die angenäherte gerade
Linie wieder auf den ursprünglichen,
horizontalen Zustand zurückzuführen, wird
ein Signal von dem Pendelrichtungspositionsabweichungsbetriebsmittel 17 der
Schweißroboter-Steuerungsvorrichtung 20 zugeleitet.
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In
der tatsächlichen
Steuerung wird die Schweißbrennerachsensteuerung
und die Pendelrichtungssteuerung kombiniert. Somit wird der Schweißbrenner 5 in
vertikale und horizontale Richtungen durch den Schweißroboter 1a bewegt,
das Pendelzentrum des Schweißdrahts 4 wird
zur Spurverfolgung der Schweißnaht
gesteuert, und es wird der Schweißstrom zum Einhalten eines
vorgeschriebenen Wertes reguliert. Somit wird auf Basis der Positionsabweichungsdistanzdaten
ermittelt durch die Pendelrichtungspositionsabweichungsbetriebsmittel 17 und
der Richtung der Schweißbrennerachsenpositionsabweichungsoperationsmittel 19 ein
Korrekturbefehl zur Schweißroboter-Steuerungsvorrichtung 20 ausgegeben,
um Positionsabweichungen auszugleichen. Als Folge wird die Position
des Schweißbrenners 5 (Position
des Pendelzentrums der Schweißbrenner
der Schweißbrennerhöhe) korrigiert.
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Sei
angemerkt, dass eine Korrekturanweisung an die Schweißroboterschweißbrennerpositionssteuerungsvorrichtung 20 Grundlage
für das Steuerungssignal
der Pendelrichtungspositionsabweichungsbetriebsmittel 17 und
die Richtung der Schweißbrennerachsbebpositionsabweichungsoperationsmittel 19 sind.
Die Ausgangswerte und die korrigierten Steuerungssignale der Betriebsmittel 17 und 19 werden
festgehalten und aufsummiert. Ihre relative Beziehung bildet die
Grundlage für
den Lernvorgang künstlicher
Intelligenz, so dass ein optimaler Korrekturbefehl unverzüglich zu
anderen Anwendungen weitergegeben wird.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wurde beschrieben, jedoch sind andere
Ausführungsformen
Gegenstand weiterer Modifikationen einer weiteren als dieser Ausführungsform.
Zum Beispiel kann das Verfahren der gleitenden Mittelwerte, welches
in dieser Ausführungsform
eingesetzt wird, um eine geglättete
Wellenform des Schweißstromes zu
erzielen, verwendet werden, aber auch andere Verfahren als das Verfahren
der gleitenden Mittelwerte oder ein Verfahren, welches im Wesentlichen
dem Verfahren der gleitenden Mittelwerte zur Glättung der Wellenform entspricht,
können
eingesetzt werden. Zusätzlich
kann die angenäherte
gerade Linie gemäß dem Verfahren
des kleinsten quadratischen Fehlers, wie es in dieser Ausführungsform
verkörpert
wurde verwendet werden, aber auch eine auf ähnliche Weise angenäherte gerade
Linie kann gemäß dem Verfahren,
welches im Wesentlichen identisch zu dem Verfahren des kleinsten
quadratischen Fehlers ist, angewendet werden. Die verfolgende Überwachung des
Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ohne die Führung
des Schweißbrennerposition-Auslenkungsanzeigemittel
ausgeführt
sein, im Gegensatz zur Ausführungsform
in dem sowohl das Pendelrichtungposition-Auslenkungsanzeigemittel als
auch die Führung
der Schweißbrennerachsenposition-Auslenkungsanzeigemittel
vorgesehen sind.
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Bei
Verwendung der verfolgenden Überwachungsvorrichtung
und der Spurführungssteuerungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Richtung der Pendelrichtungspositionsabweichung
und die Richtung der Schweißbrennerachsenpositionsabweichung
in Echtzeit für
jeden Zyklus der Schweißbrennerpendelung
aufgrund des Inklinationswinkel (Neigungsrichtung) der Höhe der angenäherten geraden
Linie ermittelt werden. Deshalb wird im Vergleich zu der herkömmlichen Überwachungsvorrichtung
oder der Spursteuerung durch das Verfahren der Mitteilung der integrierten
Werte der Schweißstromwellenform
nur eine sehr kleine Zeitverzögerung
in der Lichtbogenaufnahmesteuerung hervorgerufen. Somit verbessert
sich die Spurüberwachungssteuerung
der Schweißbrennerspursteuerungsgenauigkeit
im Verhältnis
zur Pendelfrequenz. Deshalb weist die verfolgende Überwachungsvorrichtung
einen in Echtzeit sehr genau nachvollziehbaren Grad der Spurführungspositionsabweichung auf,
so dass mit Sicherheit Produkte mit unvollkommen der Schweißqualität aufgrund
der Spurpositionsabweichung den Produktabsatz nicht schmälern. Außerdem kann
die Spurpositionsabweichung unverzüglich durch die Spursteuerungsvorrichtung
korrigiert werden, und die Herstellung von Produkten mit unvollkommener
Schweißqualität kann von
vornherein abgewendet werden.
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Zusätzlich ist
der Schweißstrom
in der Lichtbogenperiode konstant und die Pendelposition kann jederzeit
erkannt werden. Erste und zweite Betriebsmittel können aus
dem Schweißstrom
einschließlich des
Teilstücks,
welches unmittelbar dem Beginn der Kurzschlussperiode vorgelagert
ist und aus dem Teilstück,
welches unmittelbar dem Beginn der Lichtbogenperiode vorgelagert
ist, Störungsinformationen erkennen.
Ferner kann der Schweißstrom
in unsicheren Schweißsituationen,
wie beim Auftreten von Lichtbogenuneinheitlichkeiten weggenommen
werden, so dass Störungsinformationen
mit Ausnahme der Schweißbrenner-Positionsinformationen,
welche in dem Schweißstrom
enthalten sind, durch die Schweißstromerkennung so weit wie
möglich
ausgeräumt
werden kann. Somit kann ohne Abhängigkeit von
den Schweißbedingungen
die Lichtbogen-Positionsabweichung
von der Schweißnaht
mit hoher Genauigkeit erkannt werden. Die Schweißqualität kann dadurch verbessert werden,
und Arbeitszeit zum Nachbessern von Schweißarbeiten kann reduziert werden.
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Überdies
wird der Zielwinkel des Schweißbrenners
durch die Lichtbogenaufnahmesteuerung erkannt, dadurch wird eine
hohe Genauigkeit der Spursteuerung für die Schweißnaht ermöglicht und die
Arbeitszeit, welche für
den Betrieb für
das Anlernen des Schweißroboters
benötigt
wird, kann dementsprechend verringert werden. Einige Variationen der
Genauigkeit von Werkstücken
oder Variationen und Verbindungen mit dem zu verschweißenden Werkstück, werden
nicht durch die Steuerung des Schweißbrenners beeinflusst. Deshalb
kann eine Verbesserung durch Absenkung der Werkstückpräzisionshandhabungsstandards
erzielt werden, und die zusammenzusetzenden Werkstücke können, um Kosten
zu sparen, vereinfacht werden.
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Weil
zusätzlich
die Positionsabweichung direkt aus im Schweißvorgang durch eine Lichtbogenaufnahmesteuerung
erkannt werden, werden bekannte Fugenspurführungsvorrichtungen überflüssig. Zahlreiche
Sensoren, welche ein Hindernis beim Schweißvorgang darstellen, brauchen
daher dem Schweißbrenner
nicht beigefügt
werden, so dass die Flexibilität
der Arbeitsposition verfeinert wird und eine hohe Rentabilität auch in
ungünstigen
Umgebungen in Verbindung mit umherspritzendem Material, Rauch, Lichtbogenhitze
oder dergleichen erzielt werden kann. Als Ergebnis kann die Positionierungsgenauigkeit
erhöht
werden und somit wird die Qualitätsverschlechterung
bezüglich
der Dauerhaftigkeit vermieden.