DE69807004T2

DE69807004T2 - Schweissvorrichtung

Info

Publication number: DE69807004T2
Application number: DE69807004T
Authority: DE
Inventors: Leon Blank; Warren Herwig; Andre Lanouette
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1998-05-08
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2018-05-09
Also published as: US6563085B2; JPH1147931A; DE69807004D1; US20010040153A1; EP0878263B1; US6248975B1; US6091048A; US20050173390A1; EP0878263A1; US6852949B2; US20040004064A1

Description

Das Metall-Inertgas-Schweißen (MIG-Schweißen) ist eine wohlbekannte Art eines Schweißverfahrens. Es gibt eine Reihe von verschiedenen Arten von Stromversorgungen, die für das MIG-Schweißen verwendet werden. Beispiele für MIG- Stromversorgungen sind die phasengesteuerte, die impulsbreitenmodulierte und die Umrichterstromversorgung. Das MIG-Schweißen wird unter Verwendung einer Vielzahl von Drahtdurchmessern, Drahtmaterial und Gasen ausgeführt. Der Draht und das Gas, die verwendet werden, richten sich nach Dicke und Material der Platte oder des Werkstücks. Drahtdurchmesser, Drahtmaterial, Gas und Plattendicke werden hier als Schweißbedingungen bezeichnet.
Bei den meisten MIG-Schweißmaschinen werden mindestens drei Parameter zum Steuern des Schweißvorgangs verwendet. Diese Parameter sind Drahtzuführgeschwindigkeit und/oder Strom, Spannung und Induktivität. Manche MIG- Schweißmaschinen weisen auch eine Induktivitätssteuerung auf, die sich auf das Ansprechen der Stromquelle oder -versorgung auswirkt. Typischerweise besitzt eine MIG-Schweißmaschine Schalter und/oder Knöpfe auf der Frontplatte, um manche oder sämtliche Betriebsparameter zu wählen. Der Vorgang des Einstellens von einem oder von mehreren dieser Parameter wird hier das Einstellen der Maschine genannt.
Manche Schweißmaschinen nach dem Stand der Technik (wobei der hier verwendete Begriff Schweißmaschine die Stromquelle, das Steuerglied und die Drahtzuführvorrichtung bezeichnet und eine Gasquelle und andere zum Ausführen einer Schweißung verwendete Hilfsausrüstungen umfassen kann) können den Schweißlichtbogen so steuern, daß die Schweißung optimiert wird. Jedoch sind für eine ordnungsgemäße Steuerung optimale Betriebsparameter (Strom und/oder Drahtzuführgeschwindigkeit und Spannung) für die speziellen Schweißbedingungen (Drahtdurchmesser, Drahtmaterial und verwendete Gasmischung sowie die Dicke der Platten und die Art der zu schweißenden Naht) erforderlich. Bei Schweißmaschinen nach dem Stand der Technik muß die Bedienungsperson Einstellparameter (d. h. Spannung, Strom und/oder Drahtzuführgeschwindigkeit) aus Tabellen und Gleichungen berechnen und dabei die obigen Schweißbedingungseingaben als unabhängige Veränderliche verwenden. Als Alternative können die geeigneten Einstellungen an Hand von früheren Erfahrungen oder durch empririsch-praktische Methoden gewählt werden.
Wenn die Bedienungsperson fehlerhafte Daten liefert oder die Einstellparameter nicht richtig berechnet, kann das zu schlechten Schweißungen oder unwirksamer Verwendung der Schweißmaschine oder der Verbrauchsstoffe (Gas und Draht) führen. Mithin hängt die Schweißqualität davon ab, daß die Bedienungsperson die Einstellparameter richtig bestimmt. Es ist nicht ungewöhnlich, daß die Bedienungspersonen die Einstellparameter unrichtig wählen und Schweißungen mit dermaßen schlechter Qualität ausführen, daß ein Kundendienstbesuch erforderlich ist.
In US-A-5553810 wird eine Schweißmaschine offenbart, die mit einem Strichkodescanner zum Lesen des Strichkodes auf der Abdeckung einer Schweißdrahtspule versehen ist. Der Strichkode bezeichnet Art und Größe des Drahts in der Spule.
In EP-A-0463489 wird eine Schweißmaschine offenbart, bei der Hilfseinheiten (beispielsweise Höheneinstellvorrichtungen für den Brenner, eine Drahtzuführvorrichtung, Gasregler, Antriebe und Sensoren) miteinander durch Leitungen verbunden sind, die ein Flächennetz bilden, um die Signalverarbeitung zu vereinfachen.
In EP-A-0584006 wird eine Schweißanlage mit einem Gassensor offenbart, bei der ein Steuerglied die Art des zugeführten Gases erfaßt und bestimmt, ob das Schweißen entsprechend der Art des Gases beginnen kann.
Gemäß der Erfindung umfaßt eine Schweißmaschine eine Schweißstromquelle;
eine mit der Stromquelle verbundene Drahtzuführvorrichtung;
eine Gasquelle;
einen Gassensor oder ein Strichkodelesegerät zum Erkennen des Gases; und
einen mit dem Gassensor oder dem Strichkodelesegerät, der Gasquelle, der Stromquelle und der Drahtzuführvorrichtung verbundenen Einstellkreis,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkstückdickensensor ebenfalls mit dem Einstellkreis verbunden ist, und daß der Einstellkreis die Schweißmaschine entsprechend dem Gassensor oder dem Strichkodelesegerät und dem Werkstückdickensensor automatisch einstellt.
Mithin fühlt eine Schweißmaschine automatisch eine oder mehrere von den Bedingungen ab, die in die Entscheidung zum Einstellen der Drahtzuführgeschwindigkeit und/oder des Stroms und der Spannung eingehen.
Es können auch ein Drahtsensor oder Strichkodelesegerät und/oder ein Werkstückdickensensor vorgesehen werden, wobei der Einstellkreis die Schweißmaschine entsprechend der Reaktion der zusätzlichen Sensoren weiter automatisch einstellt.
Vorzugsweise erkennt der Drahtsensor oder das Strichkodelesegerät den Durchmesser und/oder die Art des Materials des Drahtes. Der Drahtsensor oder das Strichkodelesegerät können auch einen Scanner oder einen Analog-Annäherungsdetektor oder mehrere Annäherungsdetektoren oder einen Verschiebungssensor umfassen.
Der Gassensor oder das Strichkodelesegerät können auch einen zyklisch die Spannung messenden Gas-Mikrosensor oder mehrere Gasanschlüsse umfassen. Der Werkstückdickendetektor kann eine Dehnungsmeßvorrichtung oder einen Verschiebungssensor umfassen.
Im folgenden werden spezielle Ausführungsformen gemäß der Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schweißmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine Zeichnung einer Schweißausrüstung mit einer gesonderten Stromquelle und einer Drahtzuführvorrichtung ist, die die vorliegende Erfindung verkörpern; und
Fig. 3 eine Skizze einer Schweißdrahtspule und eines Drahtabrollständers ist.
Zwar wird die vorliegende Erfindung an Hand einer Schweißmaschine mit einer gesonderten Drahtzuführvorrichtung und einer gesonderten Stromquelle dargestellt, es sollte sich jedoch von Anfang an verstehen, daß die erfindungsgemäße Schweißmaschine mit automatischer Parameterwahl auch mit anderen Arten von Schweißmaschinen einschließlich derjenigen ausgeführt werden kann, bei denen die Drahtzuführvorrichtung und die Stromquelle in ein einziges Gehäuse integriert sind. Auch ist die Erfindung nicht auf die oben erläuterten speziellen Arten von Sensoren beschränkt.
In Fig. 1 umfaßt nunmehr eine Schweißmaschine ein Steuerglied 102, eine Stromquelle 104, eine Drahtzuführvorrichtung 106 und eine Gasquelle 108. Ebenso sind ein Schweißbrenner 110 und ein Werkstück 112 gezeigt. Die die verschiedenen Kästchen in Fig. 1 verbindenden Linien stellen Verbindungen dar, beispielsweise Stromverbindungen, Rückmeldungsverbindungen, Steuerverbindungen und Gasverbindungen.
Die Stromquelle 104 liefert Schweißstrom an die Drahtzuführvorrichtung 106. Ebenso liefert die Gasquelle 108 Gas an die Drahtzuführvorrichtung 106. Ein Schweißstromkabel 111 verbindet die Drahtzuführvorrichtung 106 mit dem Schweißbrenner 110. Der Schweißdraht von der Drahtzuführvorrichtung 106 wird koaxial innerhalb des Schweißstromkabels 11 1 zugeführt. Das Schweißstromkabel 111 umfaßt auch einen Schaltkreis zum Liefern von Gas für den Schweißbrenner 110. Das andere Stromversorgungskabel liefert Schweißstrom direkt zu dem Werkstück 112. Durch dieses Kabel wird der Stromkreis vervollständigt. Die in diesem Abschnitt beschriebenen Elemente sind nach dem Stand der Technik vorzufinden. Die Erfindung ist nicht auf diese Anordnung beschränkt, sondern umfaßt auch andere Schweißmaschinen, beispielsweise eine Schweißmaschine, bei der beide Stromkabel durch die Drahtzuführvorrichtung geführt werden.
Das Steuerglied 102 setzt Steuersignale zum Steuern des Ausgangsstroms und/oder der Ausgangsspannung an die Stromquelle 104 ab. Das Steuerglied 102 setzt auch ein Steuersignal an die Drahtzuführvorrichtung 106 zum Steuern der Geschwindigkeit ab, mit der Draht von der Drahtzuführvorrichtung 106 zu dem Schweißbrenner 110 geführt wird. Das Steuerglied 102 empfängt Rückmeldungssignale, die die Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom sowie die Drahtzuführgeschwindigkeit anzeigen. Die Rückmeldung für den Ausgangsstrom und die Ausgangsspannung kann in herkömmlicher Weise von der Stromquelle 104 und/oder von dem Werkstück 112 erhalten werden. Ein innerhalb des Steuerglieds 102 enthaltener Einstellkreis verwendet diese Rückmeldungssignale zum Liefern der gewünschten Ausgangsparameter. Der Einstellkreis kann digital oder analog und entweder ein Teil das Steuerglieds 102 oder von diesem getrennt sein.
Das Steuerglied 102 empfängt auch ein Signal von dem Drahtsensor 105, das den Drahtdurchmesser und das den Draht umfassende Material anzeigt. Der Drahtsensor 105 kann Seelendrähte und feste Drähte abfühlen. Ein von dem Plattensensor 107 kommendes Plattendickesignal wird an das Steuerglied 102 abgesetzt. Bei anderen Alternativen ist einer oder sind beide von den (weiter unten erläuterten) Drähten und Gassensoren weggelassen.
Der Gassensor 109 setzt ein Signal, das die Art des von der Gasquelle 108 gelieferten Gases anzeigt, an das Steuerglied 102 und den Einstellkreis ab. Die spezielle Konfiguration der Sensoren 105, 107 und 109 wird weiter unten ausführlich beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die hier beschriebenen Sensoren beschränkt.
Der Einstellkreis und das Steuerglied 102 wirken mit den Sensoren 105, 107 und 109 zusammen, damit die Bedienungsperson keine Betriebsparameter mehr auszuwählen braucht. Insbesondere erfaßt der Drahtsensor 105 den Drahtdurchmesser und das Material des Drahts, bevor der Schweißvorgang eingeleitet wird. Diese Information wird an das Steuerglied 102 und den Einstellkreis geliefert. Der Gassensor 109 erfaßt auch die Art des von der Gasquelle 108 gelieferten Gases. Diese Information wird an das Steuerglied 102 und den Einstellkreis geliefert. Schließlich erfaßt der Plattensensor 107 die Dicke des Werkstücks (oder der Platte) 112 und liefert ebenfalls Daten zur Dicke der Platte an das Steuerglied 102.
Diese die Schweißbedingungen anzeigenden Daten werden von dem Steuerglied 102 und dem Einstellkreis zum Bestimmen der richtigen Betriebsparameter verwendet. Der Einstellkreis kann einen Mikroprozessor umfassen, der eine Verweistabelle aufweist, aus der bei Vorhandensein einer Reihe von Schweißbedingungen die richtigen Betriebsparameter gewonnen werden. Bei einer anderen Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß der Einstellkreis eine Schaltungsanordnung (entweder digital oder analog) umfaßt, die Gleichungen ausführt, aus denen die richtigen Betriebsparameter berechnet werden. Das Steuerglied 102 und der Einstellkreis stellen die Maschine automatisch ein und machen es unnötig, daß der Benutzer die Schweißbedingungen bestimmt und dann die richtigen Betriebsparameter wählt. Wird die Erfindung verwendet, kann die Steuertafel mithin einen einzigen Ein- und Ausschalter aufweisen, ohne daß Strom, Spannung oder Drahtzuführung eingestellt zu werden brauchen. Mithin wird es sehr unwahrscheinlich, daß Bedienungsfehler auftreten, da die Bedienungsperson die Maschine nicht einzustellen braucht.
Bei einer alternativen Ausführungsform werden die hier verwendeten Sensoren verwendet, und dann wird der Benutzer zum Einstellen der Maschine veranlaßt, nachdem dem Benutzer angegeben wurde, was diese erfaßt haben. Mit dieser Alternative könnte der Benutzer vorteilhafterweise die Schweißbedingungen ausgleichen, beispielsweise schmutzige Plattenflächen.
In Fig. 2 ist eine Skizze einer Schweißausrüstung 200 gezeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist. Die Schweißausrüstung 200 umfaßt eine Stromquelle 204, eine Drahtzuführvorrichtung 206 und eine Gasquelle 208. Ein Steuerglied (beispielsweise ein Steuerglied 102) und der Einstellkreis sind innerhalb der Drahtzuführvorrichtung 206 angeordnet. Schweißstrom wird in dem Schweißstromkabel 201 von der Stromquelle 204 an die Drahtzuführvorrichtung 206 geliefert. Ein weiteres Schweißstromkabel 203 ist mit einer Platte 212 verbunden. Ein koaxiales Schweißkabel (eine Leitung) 211 verbindet die Drahtzuführvorrichtung 206 mit einem Schweißbrenner 210. Mithin ist der Schweißstromkreis vollständig, wenn ein Lichtbogen zwischen dem Schweißbrenner 210 und der Platte 212 gezogen wird. Eine Gasflasche 208 liefert Gas (beispielsweise Argon, Kohlendioxid, Helium usw.) durch einen Gasschlauch 214 an die Drahtzuführvorrichtung 206. Die Rückmeldung (der Spannung der Platte relativ zu dem Schweißkabel 211) erfolgt in dem Rückmeldungsdraht 215 von der Platte 212 an die Drahtzuführvorrichtung 206. Mit Hilfe des Drahts 215 kann die Plattendicke kann (in der weiter unten beschriebenen Weise) bestimmt werden. Zum Absetzen von Steuersignalen von der Drahtzuführvorrichtung 206 an die Stromquelle 204 wird ein Paar Steuerleitungen 216 und 217 verwendet. Von der Stromquelle 204 kann in jedem der Drähte 216 und 217 ein Stromrückmeldungssignal an die Drahtzuführvorrichtung 206 abgesetzt werden.
Die Schweißdrahtzuführvorrichtung 206 umfaßt einen Wickelkern 220, auf dem eine Spule Schweißdraht befestigt ist, wenn die Schweißmaschine verwendet wird. Der Schweißdraht wird von der Spule durch das Kabel (die Leitung) 211 zu dem Schweißbrenner 210 geführt, wo er in dem Schweißvorgang verwendet wird. An dem Wickelkern 220 ist ein Strichkodelesefenster 222 gezeigt. Das Strichkodelesefenster 222 wird bei einer Ausführungsform zum Bestimmen des Drahtdurchmessers und des Drahtmaterials verwendet. Die Drahtspule umfaßt auf ihrer Innenseite einen Strichkode, der ausschließlich das Drahtmaterial und den Drahtdurchmesser erkennt.
In der Drahtzuführvorrichtung 206 (oder bei Bedarf außerhalb derselben) ist ein zyklisch die Spannung messender Gassensor angeordnet. Der zyklisch die Spannung messende Gassensor wird zum Bestimmen der Gasart verwendet.
Die Schweißausrüstung 200 umfaßt einen einzigen Ein- und Ausschalter 225 auf der Frontplatte der Stromquelle 204 (er kann sich auch an der Drahtzuführvorrichtung 206 befinden). Wenn dieser Schalter eingeschaltet ist, bestimmt das innerhalb der Drahtzuführvorrichtung 206 befindliche Steuerglied die Schweißbedingungen (Drahtmaterial, Drahtgröße oder -durchmesser, Gasart und Plattendicke). Wenn die Betriebsparameter in der weiter oben beschriebenen Art bestimmt sind, wird die Maschine automatisch eingestellt. Eine Alternative sieht vor, daß die eingestellten Parameter erhalten bleiben, bis die Spule gewechselt wird (was von einem Schalter abgefühlt wird), oder daß die eingestellten Parameter nur beim Zuschalten oder vor dem Zuschalten bestimmt (und gespeichert) werden.
Bei einer anderen Ausführungsform wird ein einziger Knopf (zusätzlich zu dem Ein- und Ausschalter) auf der Frontplatte der Stromquelle 204 (oder der Drahtzuführvorrichtung 206) verwendet. Der Knopf wird zum Einstellen der Plattendicke benutzt. Das Steuerglied verwendet diese Informationen, und nicht die über den Rückmeldungsdraht 215 abgefühlten Informationen, um die geeigneten Betriebsparameter zu berechnen. Als Alternative kann mit dem einzelnen Knopf die "Wärme" (eigentlich die Spannung) eingestellt oder justiert werden, die von der Plattendicke abhängt oder eine Funktion derselben ist.
Es sollte sich verstehen, daß weder die speziellen Anordnungen der oben beschriebenen Schweißmaschinen noch die speziellen Sensoren, die weiter unten beschrieben werden, die Erfindung einschränken. Vielmehr werden bei der Erfindung Sensoren (oder eine andere Weise) zur Bestimmung von einer oder von mehreren Betriebsparametern verwendet, so daß eine oder mehrere Betriebsparameter automatisch bestimmt und eingestellt werden können. Zu diesem Zweck werden im folgenden mehrere Sensoren beschrieben.
Bei der bevorzugten Ausführungsform wird ein Strichkode, beispielsweise ein UPC (universeller Produktkode), auf der in die Maschine zu führenden Drahtspule verwendet. Zum Lesen des Kodes und als Hilfe beim Einstellen der Maschine wird ein Scanner, verwendet, beispielsweise ein Laserscanner, ein LED-Scanner oder ein anderes Strichkodelesegerät. In Fig. 3 veranschaulichen eine Drahtspule und ein Drahtständer eine Ausführungsform, bei der ein Strichkodelesegerät verwendet wird. Auf einer Drahtzuführvorrichtung 206 ist ein Halter oder Ständer 301 angebracht. An dem Ständer 301 wird ein Wickelkern 220 gehalten. An dem Wickelkern 220 befindet sich ein Fenster 222, durch das hindurch ein Strichkodelesegerät abtastet. Auf dem Wickelkern 220 ist eine Schweißdrahtspule 305 angebracht. An einer Innenseite 307 der Spule 305 ist ein Strichkode angebracht. Wenn die Drahtspule 305 auf den (sich mit der Spule drehenden) Wickelkern 220 aufgesetzt wird, wird der Strichkode mit dem Fenster 222 ausgerichtet, so daß das Steuerglied die Art des Drahts und den Durchmesser des Drahts bestimmen kann.
Als Alternative kann das Steuerglied die Drahtart und den Drahtdurchmesser bestimmen, wenn die Spule in Drehung versetzt wird, um während des Einstellens den Draht zu dem Lichtbogen zu führen, wobei der Draht ruckartig durch die Leitung 211 geführt wird. Eine weitere Alternative besteht darin, den Strichkode an der Seite der Drahtspule 305 und das Strichkodelesegerät an dem Halter 301 vorzusehen. Wiederum sollte in der Spule 305 ein Schlitz vorgesehen werden, durch den hindurch der Strichkode zu lesen ist. Eine weitere Ausführungsform umfaßt einen Strichkodelesestift, der mit dem Steuerglied verbunden ist. Der Lesestift wird zum Lesen des Strichkodes verwendet. Diese Alternative ist besonders geeignet, wenn Ablaufpackungen verwendet werden (wo der Draht aus der Mitte der Spule abgezogen wird). Eine weitere Alternative besteht darin, eine Reihe oder Gruppe von Vertiefungen, Höckern oder anderen mechanischen Markierungen oder Unebenheiten auf der Drahtspule oder den Antriebswalzen vorzusehen, die von mechanischen Fingern, Schaltern oder optischen Schaltern gelesen werden können. Im allgemeinen "lesen" diese Sensoren einen Anzeiger für Drahtmaterial und -durchmesser, der an dem Draht vorgesehen ist. Bei einer anderen Ausführungsform wird eine an der Drahtspule vorgesehene Lasche oder Karte verwendet, die in einen Leser eingeschoben werden kann. Es sollte erkannt werden, daß es viele Variationen dieser Art eines Sensors gibt.
Wenn andere Arten von Sensoren verwendet werden, können ein Drahtmaterialsensor und ein Drahtdurchmessersensor getrennt vorgesehen werden. Ein im Handel erhältlicher Materialsensor ist ein Analog-Annäherungsdetektor (ein solcher Detektor ist gegenwärtig von Gordon Industries erhältlich). Als Alternative kann ein Analog-Annäherungsdetektor unter Verwendung eines Analog-Oszillators konstruiert werden. In den Oszillatorkreis kann eine Referenzspule geschaltet werden, um die Freischwingfrequenz des Oszillators (d. h. die Frequenz ohne vorhandenen Draht) zu bestimmen. Das kann dazu dienen, äußere Umwelteinflüsse (Temperatur, Feuchtigkeit, äußere magnetische Materialien usw.) auf den Betrieb des Kreises zu beseitigen.
Bei einer Konstruktion wird eine Spule verwendet, bei der der Schweißdraht den Kern einer Magnetspule bildet. Es sollte darauf geachtet werden, den Schweißdraht und die Spule nicht abzuscheuern. Bei anderen Geometrien, beispielsweise einem "C"-Kern, bei dem der Draht zur Vervollständigung des Magnetkreises vor den Schenkeln des "C" vorbeiläuft, kann das Abscheuerproblem vermieden werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform zum Erfassen von Drahtmaterial werden mehrere Näherungsschalter verwendet. Jeder Näherungsschalter wird so abgestimmt, daß er ein spezielles Material erfaßt. Deshalb könnten drei Schalter (eingestellt auf unlegierten Stahl, Aluminium und rostfreien Stahl) die drei interessierenden Materialarten erfassen. Für anderes Material (oder Seelendraht) könnten zusätzliche Schalter vorgesehen werden.
Ein weiterer Materialsensor ist ein Hall-Effekt-Sensor, der auf der gegenüberliegenden Seite des von einer schwingenden Magnetfeldquelle abgefühlten Drahtes angebracht wird. Der Draht wirkt wie in dem Analogoszillator auf das Magnetfeld ein. Der Hall-Effekt-Sensor mißt das Magnetfeld, und die Materialart wird auf der Basis des gemessenen Felds bestimmt. Ebenso kann ein Hall-Effekt- Sensor verwendet werden, um für die oben für einen Analog-Annäherungssensor beschriebene Umweltunempfindlichkeit zu sorgen.
Ein Schaltkreis (z. B. ein elektrischer oder magnetischer), dessen Funktion durch das Vorhandensein von Schweißdrähten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen derart beeinflußt wird, daß sich Schlüsselparameter für die Schaltkreisfunktion (Spannung, Strom, Frequenz, Ladung usw.) in einer Weise verändern, durch die die unterschiedlichen Drahtzusammensetzungen bestimmt werden können, könnte auch zum Bestimmen von Drahtmaterial verwendet werden. Als Alternative könnten eine Strahlungsquelle (eine magnetische, elektrische oder Wärmequelle) und ein Sensor verwendet werden, um zu bestimmen, wie sich der Schweißdraht auf das Strahlungsfeld auswirkt, und um dadurch Drahtmaterial und/oder -durchmesser zu bestimmen.
Bei einer anderen Ausführungsform des Drahtdurchmessersensors soll ein Verschiebungssensor verwendet werden, der einen Lichtstrahl in einem Grade unterbricht, der sich nach dem Drahtdurchmesser richtet. Nahe an einer Drahteinlaßführung werden ein Lichtstrahl und ein Sensor vorgesehen. Ebenso ist nahe an der Drahteinlaßführung ein Nockenstößel vorgesehen. Der Nockenstößel verschiebt eine nichtreflektierende Sonde in den Weg des Lichtstrahls und verkleinert dadurch den Lichtfluß des Strahls. Die Verkleinerung des Lichtflusses ist proportional dem Durchmesser des Drahtes. Zu geeignete Lichtdetektoren gehören Photozellen, Photowiderstände, Phototransistoren, Lichtstärke-Spannungs-Wandler, Lichtstärke- Strom-Wandler, Lichtstärke-Frequenz-Wandler oder andere lichtempfindliche elektronische Geräte.
Als Alternative kann der Draht selbst zum Unterbrechen des Lichtstrahls verwendet werden. Es sollte jedoch darauf geachtet werden, die Ansammlung von Schmutz und Feuchtigkeit an Lichtemitter und Sensor zu vermeiden. Zu weiteren Sensoren zum Messen der Bewegung des Nockenstößels gehören eine an dem Nockenstößel befestigte Dehnungsmeßvorrichtung, ein Linearpotentiometer oder ein piezoelektrischer Sensor. Bei jedem dieser Sensoren wird der Draht zum mechanischen Verschieben eines Gegenstands und zum Messen der Verschiebung verwendet.
Bei einer weiteren Vorrichtung zum Messen des Drahtdurchmessers wird ein frequenzveränderlicher Analog-Oszillator verwendet, um den Draht bei verschiedenen Frequenzen abzufühlen. Die Eindringtiefe des Signals ist gleich dem Durchmesser des Drahtes bei einer Frequenz. Wenn diese Frequenz erreicht ist, ändert sich die Einwirkung des Drahtes auf den Oszillator mit weiteren Frequenzänderungen nicht. Diese Frequenz wird durch Abtasten oder durch Verändern von Frequenzen bestimmt, und aus dieser Frequenz wird der Durchmesser des Drahtes bestimmt.
Ein weiterer Durchmessersensor ist ein kapazitiver Sensor, der im Handel (z. B. von Gordon Industries) erhältlich ist. Im allgemeinen genügt ein Durchmessersensor, um die vorliegende Erfindung auszuführen, obwohl die oben beschriebene Art bei gegebener Stromtechnologie praktisch sein kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Gassensors umfaßt verschiedene Gasanschlüsse für verschiedene Schweißgase an der Drahtzuführvorrichtung. Die Verbindungsstücke würden eine unterschiedliche Größe oder Form aufweisen, so daß sie nicht untereinander ausgetauscht werden könnten. Die Gasschläuche weisen dann zusammenpassende Verbindungsstücke auf. Beispielsweise hätten Schläuche für Argon, CO&sub2; und Mischgas jeweils ein spezielles Verbindungsstück, das sich an ähnliche zusammenpassende Verbindungsstücke an der Stromquelle 206 oder der Drahtzuführvorrichtung 204 anschließen ließe. Ein Drucksensor (beispielsweise ein Aufnehmer) oder ein Strömungsdetektor in jeder Gasleitung im Innern der Schweißmaschine stellt fest, welches Gas zum Schweißen verwendet wird. Diese Ausführungsform kann dazu verwendet werden, den Mangel an einem verwendeten Gas zu erfassen. Bei einer Variation dieser Ausführungsform werden Gasabsperrventile verwendet, damit in nicht verwendeten Leitungen kein Gasstrom fließt. Wenn eine Gasleitung angeschlossen ist, wird durch den Druck in der verwendeten Leitung ein Ventil in den anderen Leitungen zum Schließen gebracht. Dann wird ein Endschalter verwendet, um zu erfassen, welche Ventile geschlossen sind, und damit das verwendete Gas bestimmt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform beruht auf einem zyklisch die Spannung messenden Gas-Mikrosensor. Ein solcher Sensor ist beschrieben in "An Intelligent Gas Microsensor with Neural Network Technology", SENSORS, Oktober 1996. Dieser Sensor arbeitet mit zyklischer Spannungsmessung und einem neuronalen Rechennetz zum Bestimmen der Gasart. An ein zwischen zwei Elektroden angeordnetes Elektrolytmaterial wird eine zyklische Spannung angelegt. Das zu bestimmende Gas wirkt mit der Oberfläche des Elektrolyten zusammen, und der durch das Gerät fließende Strom wird bei für jedes Gas charakteristischen Spannungen verändert. Die Gasart wird durch eine Kurve des Stroms als Funktion der Spannung angezeigt.
Ein weiterer Gassensor, der zum Ausführen der Erfindung verwendet wird, beruht auf Unterschieden in den innewohnenden Gaseigenschaften von Argon, CO&sub2;, O&sub2; und Helium. Zu den innewohnenden Eigenschaften gehören die Wärmekapazität oder die spezifische Wärme bei konstantem Druck Cp, die Wärmekapazität bei konstantem Volumen Cv, das Verhältnis der Wärmekapazitäten CWCV, die Wärmeleitfähigkeit k und die Dichte p. Die Eigenschaften werden unter Verwendung eines isolierten Gehäuses aus Kunststoff gemessen, das ein Heizelement (einen Widerstand von 2 W) und einen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTCR oder Thermistor) enthält. Der Kasten wird (durch eine verschließbare Öffnung hindurch) mit dem verwendeten Gas gefüllt, und an den Widerstand wird Strom angelegt. Wenn sich das Gas erwärmt, wird die Temperatur des Gases mit dem NTCR gemessen. Jedes Gas erwärmt sich mit einer speziellen Geschwindigkeit, die von Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit und Dichte des Gases abhängt. Der Wert von K/CvP in (m³ K/KJ) beträgt 0,3032 für Helium, 0,0345 für Argon, 0,0301 für Sauerstoff, 0,0298 für Luft und 0,0130 für Kohlendioxid. K/CvP wird für das verwendete Gas gemessen und mit den bekannten Werten verglichen, und es erfolgt eine Feststellung dazu, welches Gas vorhanden ist.
Ein weiterer Gassensor, der verwendet werden kann, mißt die Wärmeleitfähigkeit eines Gases. Er besteht aus einem dünnen isolierten Rohr mit einem an dem einen Ende angeordneten Heizelement (Widerstand), einem an dem anderen angeordneten Kühlkörper und zwei NTCRs, die in einem Abstand dazwischen positioniert sind. Das Gas wird in das Rohr eingelassen, und das Heizelement wird aktiviert. Durch die Wärme entwickelt sich ein Temperaturgradient in dem in Messung befindlichen Gas. Gase mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit weisen einen geringeren Temperaturgradienten auf. Mithin kann das Gas, das vorhanden ist, durch Vergleichen des gemessenen Gradienten mit bekannten Gradienten bestimmt werden. Das Rohr sollte isoliert sein, um Wärmeverluste zu vermeiden, und die bekannten Gradienten können durch Messen des Gradienten bei verschiedenen Arten von Schweißgas empirisch bestimmt werden.
Bei anderen Sensoren können LEDs verwendet werden, die auf Frequenzen abgestimmt sind, die von den typischerweise zum Schweißen verwendeten Gasen in unterschiedlichem Maße aufgenommen werden. Beispielsweise ist CO&sub2; für Infrarotwellenlängen durchlässig. Mithin werden die verwendeten Frequenzen (oder Wellenlängen) so gewählt, daß jedes Gas erkannt werden kann. Die Art des Gases läßt sich aus den jeweiligen Absorptionsspektren bestimmen. Zu im Handel erhältlichen Sensoren, die die Art des Gases bestimmen, gehören verarmende oder nichtverarmende Sensoren. Ein weiterer im Handel erhältlicher Sensor ist ein (bei Verschmutzungsbekämpfungssystemen verwendeter) Sauerstoffsensor für Kraftfahrzeuge.
Die hier verwendeten Gassensoren körnten während eines "Vorströmungs"- oder Spülzeitraums aktiv sein, in dem das Gas strömt, bevor der Schweißvorgang eingeleitet wird.
Ebenso körnte ein Strichkodelesegerät zum Bestimmen der Gasart verwendet werden. Der Scanner könnte an dem Wagen angebracht werden, der die Gasflasche trägt, oder es kann ein Lesestift vorgesehen werden. Wenn der Drahtsensor ebenfalls ein Strichkodelesegerät ist, kann ein einziger Lesestift vorgesehen werden. Darm kann jeder Strichkode gelesen werden, und das Steuerglied kann feststellen, welche Schweißbedingung abgefühlt wird, und auch, wie ihr Zustand ist. Als Alternative kann ein mechanischer Sensor wie die in bezug auf den Drahtsensor beschriebenen verwendet werden, beispielsweise die mit einem Höcker oder einer Karte oder einer Lasche.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des Plattendickensensors wird die Erdungsklemme 227 mit einer Dehnungsmeßvorrichtung oder einem Potentiometer an dem Werkstück plaziert, um festzustellen, wie weit die Klemme geöffnet ist, und dadurch die Dicke zu messen. Mithin kann die Dicke lediglich durch Anklemmen der Erdungsklemme gemessen werden, so daß jede Seite der Platte berührt wird. Bei einer bestimmten Dicke ist die maximale Ausgangsleistung der Maschine erreicht. Weiter zunehmende Dicken lassen sich durch Änderung der Einstellparameter nicht ausgleichen. Demgemäß sollte die Größe der Klemme zum Messen der Dicke ausreichen. Wenn das Maximum erreicht ist, kann der Benutzer durch eine Anzeige, ein Licht oder Alarm gewarnt werden. Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein frequenzveränderlicher Analog-Oszillator verwendet. Die Dicke des Werkstücks wird aus der Frequenz bestimmt, bei der die Eindringtiefe gleich einem vorbestimmten Anteil der Werkstückdicke ist. Die Eindringtiefe wird über einen Bereich von Frequenzen (oder mehrere diskrete Frequenzen) bestimmt. Die Frequenz und die entsprechende Eindringtiefe werden von dem Steuerglied mit vorher empirisch bestimmten Werten verglichen.
Aus der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform sollte ersichtlich werden, daß zum Ausführen der erfindungsgemäßen Schweißmaschine, die eine automatische Einstellung aufweist, eine große Vielzahl von Sensoren verwendet werden kann.

Claims

1. Schweißvorrichtung (105) mit einer Schweißstromquelle (104);

einer mit der Stromquelle (104) verbundenen Drahtzuführvorrichtung (106)

einer Gasquelle (108)

einem Gassensor oder Strichkodelesegerät (108) zum Erkennen des Gases; und

einem mit dem Gassensor oder dem Strichkodelesegerät (109), der Gasquelle, der Stromquelle und der Drahtzuführvorrichtung (106) verbundenen Einstellkreis (102),

dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkstückdickensensor (107) ebenfalls mit dem Einstellkreis (102) verbunden ist, und daß der Einstellkreis (102) die Schweißvorrichtung entsprechend dem Gassensor oder dem Strichkodelesegerät (109) und dem Werkstückdickensensor (107) automatisch einstellt.

2. Schweißvorrichtung (105) nach Anspruch 1, wobei ein Drahtsensor oder Strichkodelesegerät (108) zum Erkennen des Durchmessers und/oder der Art des Materials des Drahtes ebenfalls mit dem Einstellkreis (102) verbunden ist, der ferner die Schweißvorrichtung entsprechend dem Drahtsensor automatisch einstellt.

3. Schweißvorrichtung (105) nach Anspruch 2, wobei der Drahtsensor oder das Strichkodelesegerät einen Scanner oder einen Analog-Annäherungsdetektor oder mehrere Annäherungsdetektoren oder einen Verschiebungssensor umfaßt.

4. Schweißvorrichtung (105) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gassensor oder das Strichkodelesegerät (109) einen zyklisch die Spannung messenden Gas-Mikrosensor oder einen Scanner oder mehrere Gasanschlüsse umfaßt.

5. Schweißvorrichtung (105) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Werkstückdickensensor (107) eine Dehnungsmeßvorrichtung umfaßt.

6. Schweißvorrichtung (105) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schweißstromquelle (104) einen Schweißstrom bereitstellt;

wobei die Drahtzuführvorrichtung (106) so angeschlossen ist, daß sie Schweißstrom aus der Schweißstromquelle (104) aufnimmt,

wobei die Drahtzuführvorrichtung (106) Draht und Schweißstrom zu einem Schweißkabel (111) liefert;

wobei ein Drahtdurchmessersensor angeordnet ist, um den Durchmesser des Drahtes abzufühlen und ein den Drahtdurchmesser anzeigendes Durchmesser-Signal abzusetzen; und

wobei ein Drahtmaterialsensor angeordnet ist, um das den Draht umfassende Material abzufühlen und ein das Drahtmaterial anzeigendes Material- Signal abzusetzen.

7. Schweißvorrichtung (105) nach Anspruch 6, wobei der Gassensor oder das Strichkodelesegerät (109) ein die Gasart anzeigendes Signal absetzt, und wobei der Einstellkreis (102) ferner einen Eingang für die Gasart umfaßt, und wobei die Ausgänge für die Drahtzuführgeschwindigkeit, den Strom und die Spannung ferner auf den Eingang für die Gasart ansprechen, und wobei der Eingang für die Gasart mit dem Sensor für die Gasart oder dem Strichkodelesegerät (109) verbunden ist.

8. Schweißvorrichtung (105) nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei der Werkstückdickensensor (107) ein die Dicke des Werkstücks anzeigendes Dicken- Signal absetzt, und wobei der Einstellkreis (102) ferner einen Eingang für die Dicke umfaßt, und wobei die Ausgänge für die Drahtzuführgeschwindigkeit, den Strom und die Spannung ferner auf den Eingang für die Dicke ansprechen, und wobei der Eingang für die Dicke mit dem Werkstückdickensensor verbunden ist.