EP3493942A1 - VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM LASERSCHWEIßEN MIT EINEM ZUSATZWERKSTOFF IN FORM EINES SCHWEIßDRAHTES SOWIE STEUERUNGSPROGRAMM ZUR DURCHFÜHRUNG DES VERFAHRENS - Google Patents

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM LASERSCHWEIßEN MIT EINEM ZUSATZWERKSTOFF IN FORM EINES SCHWEIßDRAHTES SOWIE STEUERUNGSPROGRAMM ZUR DURCHFÜHRUNG DES VERFAHRENS

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Publication number
EP3493942A1
EP3493942A1 EP17749695.7A EP17749695A EP3493942A1 EP 3493942 A1 EP3493942 A1 EP 3493942A1 EP 17749695 A EP17749695 A EP 17749695A EP 3493942 A1 EP3493942 A1 EP 3493942A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
welding
wire
drive
feed
welding wire
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17749695.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Andreasch
Moritz Berger
Patrick Weber
Martin Johannes Geiger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Original Assignee
Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG filed Critical Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Publication of EP3493942A1 publication Critical patent/EP3493942A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/211—Bonding by welding with interposition of special material to facilitate connection of the parts
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    • B23K26/0876—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
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    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B23K9/124—Circuits or methods for feeding welding wire

Definitions

  • the invention relates to a device for laser welding with a filler material in the form of a welding wire,
  • a laser beam generated by a beam source can be directed as a laser welding beam onto a weld
  • the invention further relates to a weldable by a device of the type mentioned welding method and a control program for performing the method.
  • Laser welding has become established as an alternative to conventional welding processes such as gas and arc welding. Depending on which type of weld is to be welded and how large the gap between the components to be joined together, is used in laser welding without or with additional material.
  • a generic apparatus for laser welding is offered by the company TRUMPF (address: Johann-Maus-Strckee 2, 71254 Ditzingen, Germany) under the name "TruLaser Robot 5020.”
  • TRUMPF an address: Johann-Maus-Strckee 2, 71254 Ditzingen, Germany
  • a welding wire is unwound from a supply roll by means of a wire feed drive and fed to the weld in a feed direction.
  • the welding wire is first delivered by the wire feed drive before the beginning of a welding operation with the leading end in the feed direction end of the wire in a welding standby position. Starting from the welding readiness position of the leading wire end of the welding wire is then adjusted during the welding process according to the progress of the weld and the associated consumption of the provided in the form of the welding wire filler material of the wire feed drive in the feed direction.
  • the leading wire end of the welding wire must be arranged at the beginning of a welding operation in the welding standby position, defined relative to the welding point on the workpiece (s) concerned.
  • the welding ready position of the leading wire end is determined with reference to a wire nozzle of the welding device, from which the welding wire emerges to the weld point and which the welding wire during its advancing movement together with a flexible guide tube leads, which in turn is arranged on the side of the supply roll to the side of the welding nozzle.
  • the welding wire Due to movement resistances, which are opposed to the feed motion of the welding wire on the guide tube and / or on the wire nozzle in particular due to friction, it may happen that the welding wire is compressed in the interior of the wire guide and thereby placed in tension in the wire longitudinal direction. If this voltage builds up uncontrolled after completion of a welding process and before the beginning of a further welding operation, the welding wire carries out an undefined movement relative to the wire guide in the feed direction and the wire end of the welding wire leading in the feed direction reaches a position deviating from the desired welding standby position with respect to the wire nozzle and thus also with respect to the weld at the or in the context of the subsequent welding process to be welded components.
  • Such a malpositioning of the wire end leading in the feed direction may impair the result of the subsequent welding operation.
  • the object of the present invention is to increase the reliability of the previously known laser welding device and the previously known laser welding process. According to the invention this object is achieved by the apparatus for laser welding according to claim 1, by the welding robot according to claim 5, by the method for laser welding according to claim 6 and by the control program according to claim 11.
  • the welding wire for placing the leading end in the feed direction in the welding standby position is offset by means of a positioning drive of a positioning device in an oscillating in the wire longitudinal direction movement. Due to the oscillating movement of the welding wire any stresses of the welding wire, which, for example, in the course of a previous welding process or have built up due to a repositioning after completion of the previous welding process, controlled dismantled before the leading end in the feed wire end of the welding wire relative to the wire guide or against a weld in the wire longitudinal direction is arranged in a position from which carried out the subsequent welding process with optimum results can be. An undefined position of the advancing wire end of the welding wire at the beginning of a welding operation is avoided in this way.
  • the numerical control program according to the invention comprises control commands, on the basis of which the assemblies of the device according to the invention used for carrying out the method according to the invention are appropriately controlled by means of a numerical control device.
  • the second drive unit of such a drive device also assumes the delivery of the wire end leading in the feed direction into the ready-to-weld position, a relatively large distance of the drive unit from the weld is possible due to the relaxed state of the welding wire during the positioning of the leading wire end. A disturbing contour generated by the drive unit otherwise in the vicinity of the weld is thereby avoided.
  • the variants of the invention are characterized according to claims 3 and 8.
  • the welding wire Under oscillating motion in the wire longitudinal direction, the welding wire is moved in the feeding direction to a position in which it protrudes beyond the welding standby position of the leading wire end. Subsequently, the welding wire is cut to length by means of a separating device such that the leading end of the wire in the feed direction of the welding wire is arranged uniquely in the welding standby position.
  • the welding wire can first be moved over a relatively long path length exclusively in the feed direction and then oscillated in the feed direction and in the opposite direction by a smaller amount.
  • the processing optics of the welding head is used in a further preferred embodiment of the invention as a separating device for generating a arranged in a defined welding readiness position wire end of the welding wire, by means of which also follows the positioning of the leading wire end of the welding wire welding operation.
  • the beam source which during welding The generated by the welding head as a laser welding beam to the weld laser beam generated, also serves to generate the laser separation beam, by means of which the projecting beyond the welding readiness position welding wire is cut to length.
  • the beam source can be operated either in a welding mode or in a separating mode.
  • the welding head In the case of the variant of the inventive method according to claim 10 projecting beyond the welding readiness position welding wire and the separation device, optionally the welding head, moved to cut the welding wire in a separate separation position in which special precautions for the separation process to be performed can be taken.
  • Fig. 1 a welding robot comprising a device for laser welding with an additional material in the form of a welding wire,
  • Fig. 2 shows the welding robot according to FIG. 1 with its axes of motion
  • FIG. 3 shows the welding wire on the welding robot according to FIGS. 1 and 2 inside a wire guide indicated in FIG.
  • a welding robot 1 has a manipulator 2 and a welding device 3.
  • the manipulator 2 comprises a base 4, a carousel 5, a rocker 6, an arm 7 and a hand 8.
  • the carousel 5 is in common with the other assemblies of the manipulator 2 about a vertical axis in the direction of a double arrow I. rotatably mounted.
  • the carousel 5 in turn supports the rocker 6 pivotable about a horizontal axis (double arrow II). Also pivotable about a horizontal axis of the arm 7 is relative to the Swingarm 6 (double arrow III).
  • a swing-side part 7/1 of the arm 7 superimposed in the direction of a double arrow IV rotatable hand-side part 7/2 of the arm 7.
  • the hand 8 At the remote from the rocker 6 end of the hand-side part 7/2 of the arm 7, the hand 8 in the direction of Double arrow V swiveling and rotatably mounted in the direction of a double arrow VI.
  • the manipulator 2 therefore has 6 axes of movement.
  • the welding head 9 and the welding unit near the drive unit 10 are mounted on the hand 8 of the manipulator 2.
  • the welding head 9 and the welding unit near the drive unit 10 are assemblies of the welding device 3.
  • the welding device 3 is a device for laser welding with a filler material in the form of a welding wire 11th
  • a laser beam is generated, which is supplied to the welding head 9 via a laser light cable 13.
  • a beam source 12 a conventional solid state laser is provided in the illustrated example case.
  • the beam source 12 may optionally be operated in a welding mode or in a separating mode.
  • a processing optics of conventional design is housed, by means of which a laser beam generated by the beam source 12 is emitted depending on the operating mode of the beam source 12 as a laser welding beam or as a laser separation beam.
  • a supply of the welding wire 11 is wound on a supply roll 14 inside a housing. From the supply roll 14, the welding wire 11 is continuously unwound during a welding operation by means of a supply-side drive unit 15 and the welding station close drive unit 10 and moves in a direction extending in the wire longitudinal direction and in Figure 1 by an arrow 16 illustrated feed direction. During its movement in the feed direction 16, the welding wire 11 is guided by means of a wire guide 17, which in turn comprises a flexible guide tube in the form of a so-called "soul" 18 and a wire nozzle 19 mounted on a housing of the drive unit 10 close to the weld.
  • the welding unit-near drive unit form
  • the beam source 12 is turned off and the wire feed drive 20 is stopped.
  • the lead in the advance direction 16 and created by the laser welding beam at the conclusion of the previous welding operation end of the wire nozzle 19 in the feed direction 16 projecting welding wire 11 relative to the wire nozzle 19 in a defined welding standby position, with which a subsequent welding process started and a optimal welding result could be achieved.
  • Uncontrolled relaxation of the welding wire 11 located in the state of tension according to partial illustration (1) of FIG. 3 would mean that the leading wire end of the welding wire 11, which was initially arranged in the welding ready position, performs an undefined movement in the feed direction 16 relative to the wire nozzle 19. As a result, the leading wire end of the welding wire 11 would reach a position at which a subsequent processing of the welding wire 11 by means of the laser welding beam would not produce an optimum welding result.
  • Undrawn welding wire 15 may even be advantageous. Due to the straightening of the welding wire 11, the end of the welding wire 11 leading in the advancing direction 16 moves in the direction of advance 16 in the direction of feed 16 near the machining-side end of the wire nozzle 19
  • the beam source 12 is switched to the separation mode and accordingly generates a laser beam, which due to its beam power from the
  • Welding head 9 is directed as a laser cutting beam on the welding wire 11 and the welding wire 11 near the wire nozzle 19 such that the cut wire end of the (relaxed) welding wire 11 is disposed in the welding standby position.
  • the directed by the welding head 9 on the welding wire 11 laser cutting beam is indicated by dashed lines in the dashed framed part representation of Figure 1.
  • the welding head 9 and the welding unit-near drive unit 10 with the wire nozzle 19 and the welding wire 11 arranged inside the wire guide 17 can be moved by means of the manipulator 2 into a separating position provided away from the workpiece 22 , In this case, however, it must be ensured that the movements to be carried out after cutting the welding wire 11 to arrange the welding head 9 in a new machining position on the workpiece 22 do not cause the welding wire 11 in the interior of the wire guide 17 to come under tension again As a result, in the feed direction 16 leading wire end of the welding wire 11 leaves the welding standby position.

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Abstract

Eine Vorrichtung (3) zum Laserschweißen mit einem Zusatzwerkstoff in Form eines Schweißdrahtes (11) weist einen Schweißkopf (9), eine Drahtführung (17) für den Schweißdraht (11) sowie einen Drahtvorschubantrieb (20) auf. Mittels des Drahtvorschubantriebs (20) ist der Schweißdraht (11) während eines Schweißvorgangs relativ zu der Drahtführung (17) mit einer Vorschubbewegung in einer in Drahtlängsrichtung verlaufenden Vorschubrichtung (16) bewegbar. Bei der Vorschubbewegung ist der Schweißdraht (11) mittels der Drahtführung (17) in der Vorschubrichtung (16) geführt. Außerdem ist eine Positioniervorrichtung für den Schweißdraht (11) vorgesehen mit einem Positionierantrieb (24), mittels dessen ein in der Vorschubrichtung (16) voreilendes Drahtende des Schweißdrahtes (11) unter oszillierender, relativ zu der Drahtführung (17) in der Drahtlängsrichtung ausgeführter Bewegung des Schweißdrahtes (11) in einer Schweißbereitschaftsposition anordenbar ist. Ein Verfahren zum Laserschweißen mit einem Zusatzwerkstoff in Form eines Schweißdrahtes (11) wird mit Hilfe der vorstehenden Vorrichtung (3) durchgeführt. Zur entsprechenden Steuerung der Vorrichtung (3) dient ein Steuerungsprogramm. Die Vorrichtung (3) zum Laserschweißen kann als Teil eines Schweißroboters (1) vorgesehen sein.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Laserschweißen mit einem Zusatzwerkstoff in Form eines Schweißdrahtes sowie Steuerungsprogramm zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Laserschweißen mit einem Zusatzwerkstoff in Form eines Schweißdrahtes,
• mit einem Schweißkopf, mittels dessen ein von einer Strahlquelle erzeugter Laserstrahl als Laserschweißstrahl auf eine Schweißstelle richtbar ist,
• mit einer Drahtführung für den Schweißdraht,
• mit einem Drahtvorschubantrieb, mittels dessen der Schweißdraht während eines Schweißvorgangs relativ zu der Drahtführung mit einer Vorschubbewegung in einer in Drahtlängsrichtung verlaufenden Vorschubrichtung bewegbar ist, wobei der Schweißdraht bei der Vorschubbewegung mittels der Drahtführung in der Vorschubrichtung geführt ist sowie
• mit einer Positioniervorrichtung für den Schweißdraht, mittels derer ein in der Vorschubrichtung voreilendes Drahtende des Schweißdrahtes an der Vorrichtung zum Laserschweißen in einer Schweißbereitschaftsposition anordenbar ist, wobei das in der Schweißbereitschaftsposition angeordnete voreilende Drahtende zu Beginn eines Schweißvorgangs in einer Sollposition gegenüber der Schweißstelle anordenbar ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein mittels einer Vorrichtung der genannten Art durchführbares Schweißverfahren sowie ein Steuerungsprogramm zur Durchführung des Verfahrens.
Das Laserschweißen hat sich als Alternative zu herkömmlichen Schweißverfahren wie Gas- und Lichtbogenschweißen etabliert. Je nachdem, welche Nahtart geschweißt werden soll und wie groß der Spalt zwischen den miteinander zu verbindenden Bauteilen ist, wird beim Laserschweißen ohne oder mit Zusatzwerkstoff gearbeitet.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Laserschweißen wird von der Firma TRUMPF (Adresse: Johann-Maus-Straße 2, 71254 Ditzingen, Deutschland) unter der Bezeichnung„TruLaser Robot 5020" angeboten. Mittels der bekannten Vorrichtung wird ein gattungsgemäßes Schweißverfahren durchgeführt.
An der Schweißvorrichtung des Standes der Technik wird ein Schweißdraht mittels eines Drahtvorschubantriebs von einer Vorratsrolle abgewickelt und der Schweißstelle in einer Vorschubrichtung zugeführt. Dabei wird der Schweißdraht vor Beginn eines Schweißvorgangs von dem Drahtvorschubantrieb zunächst mit dem in der Vorschubrichtung voreilenden Drahtende in eine Schweißbereitschaftsposition zugestellt. Ausgehend von der Schweißbereitschaftsposition des voreilenden Drahtendes wird der Schweißdraht dann während des Schweißprozesses entsprechend dem Fortschritt der Schweißnaht und dem damit verbundenen Verbrauch des in Form des Schweißdrahts bereitgestellten Zusatzwerkstoffes von dem Drahtvorschubantrieb in der Vorschubrichtung nachgesetzt. Damit ein optimales Schweißergebnis erzielt werden kann, muss das voreilende Drahtende des Schweißdrahtes zu Beginn eines Schweißvorgangs in der Schweißbereitschaftsposition definiert gegenüber der Schweißstelle an dem oder den betreffenden Werkstücken angeordnet sein. Zu diesem Zweck wird die Schweißbereitschaftsposition des voreilenden Drahtendes bezogen auf eine Drahtdüse der Schweißvorrichtung festgelegt, aus welcher der Schweißdraht zu der Schweißstelle hin austritt und welche den Schweißdraht bei seiner Vorschubbewegung gemeinsam mit einem flexiblen Führungsschlauch führt, der seinerseits an der zu der Vorratsrolle hin gelegenen Seite der Schweißdüse angeordnet ist.
Aufgrund von Bewegungswiderständen, welche der Vorschubbewegung des Schweißdrahtes an dem Führungsschlauch und/oder an der Drahtdüse insbesondere reibungsbedingt entgegengesetzt werden, kann es dazu kommen, dass der Schweißdraht im Inneren der Drahtführung gestaucht und dadurch in der Drahtlängsrichtung unter Spannung gesetzt wird . Baut sich diese Spannung nach Beendigung eines Schweißprozesses und vor Beginn eines weiteren Schweißvorgangs unkontrolliert ab, so führt der Schweißdraht in der Vorschubrichtung eine Undefinierte Bewegung relativ zu der Drahtführung aus und das in der Vorschubrichtung voreilende Drahtende des Schweißdrahtes gelangt in eine von der gewünschten Schweißbereitschaftsposition abweichende Position gegenüber der Drahtdüse und somit auch gegenüber der Schweißstelle an dem oder den im Rahmen des anschließenden Schweißprozesses zu schweißenden Bauteilen.
Durch eine derartige Fehlpositionierung des in der Vorschubrichtung voreilenden Drahtendes kann das Ergebnis des anschließenden Schweißvorgangs beeinträchtigt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Funktionssicherheit der vorbekannten Laserschweißvorrichtung und des vorbekannten Laserschweißverfahrens zu erhöhen. Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung zum Laserschweißen gemäß Patentanspruch 1, durch den Schweißroboter gemäß Patentanspruch 5, durch das Verfahren zum Laserschweißen gemäß Patentanspruch 6 und durch das Steuerungsprogramm gemäß Patentanspruch 11.
Im Falle der Erfindung wird der Schweißdraht zum Anordnen des in der Vorschubrichtung voreilenden Drahtendes in der Schweißbereitschaftsposition mittels eines Positionierantriebes einer Positioniervorrichtung in eine in der Drahtlängsrichtung oszillierende Bewegung versetzt. Aufgrund der oszillierenden Bewegung des Schweißdrahtes werden etwaige Spannungen des Schweißdrahtes, die sich beispielsweise im Laufe eines vorausgegangenen Schweißvorganges oder aufgrund einer Umpositionierung nach Beendigung des vorausgegangenen Schweißvorganges aufgebaut haben, kontrolliert abgebaut, ehe das in der Vorschubrichtung voreilende Drahtende des Schweißdrahtes gegenüber der Drahtführung bzw. gegenüber einer Schweißstelle in der Drahtlängsrichtung in einer Position angeordnet wird, von der ausgehend der anschließende Schweißvorgang mit optimalem Ergebnis durchgeführt werden kann. Eine Undefinierte Position des in der Vorschubrichtung voreilenden Drahtendes des Schweißdrahtes zu Beginn einer Schweißoperation wird auf diese Art und Weise vermieden.
Von besonderem Vorteil ist das erfindungsgemäße Konzept für mehrachsige Schweißroboter, an denen die Drahtführung bei der Durchführung von Schweißprozessen und/oder beim Umpositionieren des Schweißkopfs in unterschiedlichen, unter Umständen häufig wechselnden Richtungen bewegt wird und an denen daher eine erhöhte Gefahr besteht, dass sich an dem Schweißdraht im Inneren der Drahtführung Spannungen aufbauen, deren unkontrollierter Abbau eine den nachfolgenden Schweißprozess beeinträchtigende Fehlpositionierung des in der Vorschubrichtung voreilenden Drahtendes des Schweißdrahtes zur Folge hätte.
Das erfindungsgemäße numerische Steuerungsprogramm umfasst Steuerbefehle, aufgrund derer die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzten Baugruppen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mittels einer numerischen Steuerungsvorrichtung zweckentsprechend gesteuert werden.
Besondere Ausführungsarten der Erfindung nach den unabhängigen Patentansprüchen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 4 und 7 bis 10.
Ausweislich der Patentansprüche 2 und 7 übernimmt in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ein und dieselbe Antriebsvorrichtung sowohl die Vorschubbewegung des Schweißdrahtes während der Durchführung eines Schweißprozesses als auch die oszillierende Drahtbewegung zur Anordnung des in der Vorschubrichtung voreilenden Drahtendes des Schweißdrahtes in der Schweißbereit- Schaftsposition. Die Vorschubbewegung des Schweißdrahtes während eines Schweißvorgangs wird häufig von einem Antrieb erzeugt, der zusätzlich zu einer ersten Antriebseinheit nahe eines Schweißdrahtvorrats eine zweite Antriebseinheit umfasst, die gegenüber der ersten Antriebseinheit zu der Schweißstelle hin versetzt ist. Übernimmt die zweite Antriebseinheit einer derartigen Antriebsvorrichtung auch die Zustellung des in der Vorschubrichtung voreilenden Drahtendes in die Schweißbereitschaftsposition, so ist aufgrund des entspannten Zustands des Schweißdrahtes bei der Positionierung des voreilenden Drahtendes ein verhältnismäßig großer Abstand der Antriebseinheit von der Schweißstelle möglich. Eine von der Antriebseinheit andernfalls in der Nähe der Schweißstelle erzeugte Störkontur wird dadurch vermieden.
Durch in besonderem Maße definierte Verhältnisse an der Schweißstelle zeichnen sich die Varianten der Erfindung gemäß den Patentansprüchen 3 und 8 aus. Unter oszillierender Bewegung in der Drahtlängsrichtung wird der Schweißdraht in der Vorschubrichtung in eine Position bewegt, in welcher er über die Schweißbereitschaftsposition des voreilenden Drahtendes hinausragt. Anschließend wird der Schweißdraht mittels einer Trennvorrichtung derart abgelängt, dass das in der Vorschubrichtung voreilende Drahtende des Schweißdrahtes eindeutig in der Schweißbereitschaftsposition angeordnet ist.
Zur Bewegung des Schweißdrahts über die Schweißbereitschaftsposition des voreilenden Drahtendes hinaus kann der Schweißdraht in besonderer Ausgestaltung der Erfindung zunächst über eine verhältnismäßig große Weglänge ausschließlich in der Vorschubrichtung und anschließend um einen kleineren Betrag oszillierend in der Vorschubrichtung und in der Gegenrichtung bewegt werden.
Gemäß den Patentansprüchen 4 und 9 wird in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung als Trennvorrichtung zur Erzeugung eines in einer definierten Schweißbereitschaftsposition angeordneten Drahtendes des Schweißdrahtes die Bearbeitungsoptik des Schweißkopfs genutzt, mittels derer auch die sich an die Positionierung des voreilenden Drahtendes des Schweißdrahtes anschließende Schweißoperation durchgeführt wird . Die Strahlquelle, welche beim Schweißen den von dem Schweißkopf als Laserschweißstrahl auf die Schweißstelle gerichteten Laserstrahl erzeugt, dient auch zur Erzeugung des Lasertrennstrahls, mittels dessen der über die Schweißbereitschaftsposition hinausragende Schweißdraht abgelängt wird. Zu diesem Zweck kann die Strahlquelle wahlweise in einem Schweißmodus oder in einem Trennmodus betrieben werden.
Im Falle der Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Patentanspruch 10 werden der über die Schweißbereitschaftsposition hinausragende Schweißdraht und die Trennvorrichtung, gegebenenfalls der Schweißkopf, zum Ablängen des Schweißdrahtes in eine gesonderte Trennposition bewegt, in welcher besondere Vorkehrungen für den durchzuführenden Trennprozess getroffen sein können.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand beispielhafter schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen
Fig . 1 einen Schweißroboter umfassend eine Vorrichtung zum Laserschweißen mit einem Zusatzwerkstoff in Form eines Schweißdrahtes,
Fig . 2 den Schweißroboter gemäß Figur 1 mit seinen Bewegungsachsen und
Fig . 3 den Schweißdraht an dem Schweißroboter gemäß den Figuren 1 und 2 im Inneren einer in Figur 1 angedeuteten Drahtführung.
Gemäß den Figuren 1 und 2 weist ein Schweißroboter 1 einen Manipulator 2 sowie eine Schweißvorrichtung 3 auf.
Der Manipulator 2 umfasst eine Basis 4, ein Karussell 5, eine Schwinge 6, einen Arm 7 sowie eine Hand 8. An der stationären Basis 4 ist das Karussell 5 gemeinschaftlich mit den übrigen Baugruppen des Manipulators 2 um eine vertikale Achse in Richtung eines Doppelpfeils I drehbeweglich gelagert. Das Karussell 5 lagert seinerseits die Schwinge 6 um eine horizontale Achse schwenkbar (Doppelpfeil II). Ebenfalls um eine horizontale Achse schwenkbar ist der Arm 7 relativ zu der Schwinge 6 (Doppelpfeil III). Ein schwingenseitiger Teil 7/1 des Arms 7 lagert einen in Richtung eines Doppelpfeils IV drehbeweglichen handseitigen Teil 7/2 des Arms 7. An dem von der Schwinge 6 abliegenden Ende des handseitigen Teils 7/2 des Arms 7 ist die Hand 8 in Richtung eines Doppelpfeils V schwenkbar und in Richtung eines Doppelpfeils VI drehbeweglich gelagert. Der Manipulator 2 verfügt demnach über 6 Bewegungsachsen.
An der Hand 8 des Manipulators 2 sind ein Schweißkopf 9 sowie eine schweißstellennahe Antriebseinheit 10 angebracht. Der Schweißkopf 9 und die schweißstellennahe Antriebseinheit 10 sind Baugruppen der Schweißvorrichtung 3. Bei der Schweißvorrichtung 3 handelt es sich um eine Vorrichtung zum Laserschweißen mit einem Zusatzwerkstoff in Form eines Schweißdrahtes 11.
Von einer Strahlquelle 12 der Schweißvorrichtung 3 wird ein Laserstrahl erzeugt, der über ein Laserlichtkabel 13 dem Schweißkopf 9 zugeführt wird. Als Strahlquelle 12 ist in dem dargestellten Beispielsfall ein herkömmlicher Festkörperlaser vorgesehen. Die Strahlquelle 12 kann wahlweise in einem Schweißmodus oder in einem Trennmodus betrieben werden. Im Inneren des Schweißkopfs 9 ist eine Bearbeitungsoptik herkömmlicher Bauart untergebracht, mittels derer ein von der Strahlquelle 12 erzeugter Laserstrahl je nach Betriebsmodus der Strahlquelle 12 als Laserschweißstrahl oder als Lasertrennstrahl emittiert wird .
Ein Vorrat des Schweißdrahtes 11 ist im Inneren eines Gehäuses auf eine Vorratsrolle 14 aufgewickelt. Von der Vorratsrolle 14 wird der Schweißdraht 11 während eines Schweißvorgangs mittels einer vorratsseitigen Antriebseinheit 15 und der schweißstellennahen Antriebseinheit 10 kontinuierlich abgewickelt und in einer in Drahtlängsrichtung verlaufenden und in Figur 1 durch einen Pfeil 16 veranschaulichten Vorschubrichtung bewegt. Bei seiner Bewegung in der Vorschubrichtung 16 wird der Schweißdraht 11 mittels einer Drahtführung 17 geführt, die ihrerseits einen flexiblen Führungsschlauch in Form einer sogenannten„Seele" 18 sowie eine an einem Gehäuse der schweißstellennahen Antriebseinheit 10 montierte Drahtdüse 19 umfasst. Während einer Schweißoperation bilden die schweißstellennahe Antriebseinheit
10 und die vorratsseitige Antriebseinheit 15 gemeinsam einen Drahtvorschubantrieb 20, mittels dessen der Schweißdraht 11 zum Erstellen einer Schweißnaht 21 an einem Werkstück 22 entsprechend dem Schweißnahtfortschritt und dem damit verbundenen Verbrauch des als Zusatzwerkstoff zugeführten Schweißdrahtes
11 gegenüber einer Schweißstelle an dem Werkstück 22 in der Vorschubrichtung 16 nachgesetzt wird. Durch den von dem Schweißkopf 9 auf die Schweißstelle gerichteten Laserschweißstrahl wird der Schweißdraht 11 an einer Stelle aufgeschmolzen, deren Lage gegenüber der Drahtdüse 19 der Drahtführung 17 definiert und derart gewählt ist, dass mittels des in Richtung auf den Schweißdraht 11 emittierten Laserschweißstrahls ein optimales Schweißergebnis erzielt wird.
Ist die Schweißnaht 21 fertiggestellt, so wird die Strahlquelle 12 abgeschaltet und der Drahtvorschubantrieb 20 wird stillgesetzt. Unmittelbar damit befindet sich das in der Vorschubrichtung 16 voreilende und durch den Laserschweißstrahl bei Abschluss der vorausgegangenen Schweißoperation erstellte Ende des aus der Drahtdüse 19 in der Vorschubrichtung 16 vorstehenden Schweißdrahtes 11 gegenüber der Drahtdüse 19 in einer definierten Schweißbereitschaftsposition, mit welcher ein nachfolgender Schweißvorgang gestartet und ein optimales Schweißergebnis erzielt werden könnte.
Es besteht allerdings die Möglichkeit, dass im Laufe der vorausgegangenen Schweißoperation der Schweißdraht 11 im Inneren der Drahtführung 17 etwa aufgrund von prozessbedingten Bewegungen der Drahtführung 17 in seiner Längsrichtung unter Spannung geraten ist. Ein entsprechender Effekt kann auftreten, wenn beispielsweise an einer anderen Stelle des Werkstücks 22 eine weitere Schweißnaht erstellt werden soll und der Schweißkopf 9 deshalb gemeinsam mit der schweißstellennahen Antriebseinheit 10, der an dieser angebrachten Drahtdüse 19 und dem im Inneren der Drahtdüse 19 geführten Schweißdraht 11 an dem Werkstück 22 neu zu positionieren ist. Auch aufgrund der zu diesem Zweck mittels des Manipulators 2 ausgeführten Bewegungen unter anderem der Drahtführung 17 kann der Schweißdraht 11 im Inneren der Drahtführung 17 in Drahtlängsrichtung unter Spannung geraten, wie dies in Teildarstellung (1) von Figur 3 veranschaulicht ist.
Ein unkontrolliertes Entspannen des sich in dem Spannungszustand gemäß Teildarstellung (1) von Figur 3 befindlichen Schweißdrahtes 11 hätte zur Folge, dass das anfangs noch in der Schweißbereitschaftsposition angeordnete voreilende Drahtende des Schweißdrahtes 11 relativ zu der Drahtdüse 19 eine Undefinierte Bewegung in der Vorschubrichtung 16 ausführt. Dadurch würde das voreilende Drahtende des Schweißdrahtes 11 in eine Position gelangen, bei welcher eine anschließende Verarbeitung des Schweißdrahtes 11 mittels des Laserschweißstrahls kein optimales Schweißergebnis erbrächte.
Um eine derartige Fehlpositionierung des in der Vorschubrichtung 16 voreilenden Drahtendes des Schweißdrahtes 11 zu vermeiden, wird nach Beendigung einer Schweißoperation und vor Beginn eines anschließenden Schweißvorgangs zunächst eine Entspannung des Schweißdrahtes 11 herbeigeführt. Dies geschieht dadurch, dass mittels der schweißstellennahen Antriebseinheit 10 und der vor- ratsseitigen Antriebseinheit 15 der Schweißdraht 11 in Richtung eines in der Teildarstellung (1) von Figur 3 gezeigten Doppelpfeils 23 oszillierend in der Drahtlängsrichtung bewegt wird. Mittels der insoweit als Positionierantrieb 24 fungierenden Antriebseinheiten 10, 15 wird der Schweißdraht 11 aus dem Spannungszustand gemäß Teildarstellung (1) von Figur 3 in den in Teildarstellung (2) von Figur 3 veranschaulichten Spannungszustand überführt. In Teildarstellung (2) von Figur 3 ist der Schweißdraht 11 gegenüber den Verhältnissen gemäß Teildarstellung (1) in Drahtlängsrichtung entspannt und dadurch begradigt.
Eine Entspannung und Begradigung des Schweißdrahtes 11 ist auf jeden Fall in dem Bereich zwischen der schweißstellennahen Antriebseinheit 10 und der Drahtdüse 19 wünschenswert. In dem Bereich zwischen der schweißstellennahen Antriebseinheit 10 und der vorratsseitigen Antriebseinheit 15 kann ein
ungestraffter Schweißdraht 15 unter Umständen sogar von Vorteil sein. Aufgrund der Begradigung des Schweißdrahtes 11 bewegt sich das in der Vorschubrichtung 16 voreilende Ende des Schweißdrahtes 11 nahe dem bearbei- tungsseitigen Ende der Drahtdüse 19 in der Vorschubrichtung 16 über die
Schweißbereitschaftsposition hinaus, in welcher das genannte Drahtende zu Beginn des nächsten Schweißvorgangs angeordnet sein muss. Diejenige Teillänge, mit welcher der Schweißdraht 11 über die Schweißbereitschaftsposition des in der Vorschubrichtung 16 voreilenden Drahtendes hinausragt, wird durch trennende Bearbeitung des Schweißdrahtes 11 entfernt. Dieser Verfahrensschritt ist in Figur 1 mit gestrichelter Umrahmung veranschaulicht.
Die Strahlquelle 12 wird in den Trennmodus geschaltet und generiert dementsprechend einen Laserstrahl, der aufgrund seiner Strahlleistung von dem
Schweißkopf 9 als Lasertrennstrahl auf den Schweißdraht 11 gerichtet wird und den Schweißdraht 11 nahe der Drahtdüse 19 derart ablängt, dass das durch Ablängen erzeugte Drahtende des (entspannten) Schweißdrahtes 11 in der Schweißbereitschaftsposition angeordnet ist. Der von dem Schweißkopf 9 auf den Schweißdraht 11 gerichtete Lasertrennstrahl ist in der gestrichelt umrahmten Teildarstellung von Figur 1 gestrichelt angedeutet.
Zum Ablängen des in der Vorschubrichtung 16 über die Schweißbereitschaftsposition hinausragenden Schweißdrahtes 11 können der Schweißkopf 9 sowie die schweißstellennahe Antriebseinheit 10 mit der Drahtdüse 19 und dem im Inneren der Drahtführung 17 angeordneten Schweißdraht 11 mittels des Manipulators 2 in eine abseits des Werkstücks 22 vorgesehene Trennposition bewegt werden. In diesem Fall muss allerdings sichergestellt sein, dass die nach dem Ablängen des Schweißdrahtes 11 auszuführenden Bewegungen zur Anordnung des Schweißkopfes 9 in einer neuen Bearbeitungsposition an dem Werkstück 22 nicht dazu führen, dass der Schweißdraht 11 im Inneren der Drahtführung 17 erneut unter Spannung gerät und das in der Vorschubrichtung 16 voreilende Drahtende des Schweißdrahtes 11 infolgedessen die Schweißbereitschaftsposition verlässt.
Zur Realisierung der vorstehenden Abläufe werden die Baugruppen des Schweißroboters 1 mittels einer in Figur 1 andeutungsweise dargestellten numerischen Steuerung 25 des Schweißroboters 1 gesteuert. Dabei läuft auf der numerischen Steuerung 25 ein Steuerungsprogramm mit entsprechenden Steuerbefehlen ab.

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zum Laserschweißen mit einem Zusatzwerkstoff in Form eines Schweißdrahtes (11),
• mit einem Schweißkopf (9), mittels dessen ein von einer Strahlquelle
(12) erzeugter Laserstrahl als Laserschweißstrahl auf eine Schweißstelle richtbar ist,
• mit einer Drahtführung (17) für den Schweißdraht (11),
• mit einem Drahtvorschubantrieb (20), mittels dessen der Schweißdraht (11) während eines Schweißvorgangs relativ zu der Drahtführung (17) mit einer Vorschubbewegung in einer in Drahtlängsrichtung verlaufenden Vorschubrichtung (16) bewegbar ist, wobei der Schweißdraht (11) bei der Vorschubbewegung mittels der Drahtführung (17) in der Vorschubrichtung (16) geführt ist sowie
• mit einer Positioniervorrichtung für den Schweißdraht (11), mittels derer ein in der Vorschubrichtung (16) voreilendes Drahtende des Schweißdrahtes (11) an der Vorrichtung zum Laserschweißen in einer Schweißbereitschaftsposition anordenbar ist, wobei das in der Schweißbereitschaftsposition angeordnete voreilende Drahtende zu Beginn eines Schweißvorgangs in einer Sollposition gegenüber der Schweißstelle anordenbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Positioniervorrichtung für den Schweißdraht (11) einen
Positionierantrieb (24) aufweist, mittels dessen das voreilende Drahtende des Schweißdrahtes (11) unter oszillierender, relativ zu der Drahtführung (17) in der Drahtlängsrichtung ausgeführter Bewegung des Schweißdrahtes (11) in der Schweißbereitschaftsposition anordenbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionierantrieb (24) und der Drahtvorschubantrieb (20) gemeinschaftlich von einem Drahtantrieb gebildet sind, der in seiner Antriebsrichtung umsteuerbar ist und mittels dessen der Schweißdraht (11) je nach Antriebsrichtung des Drahtantriebes in der Vorschubrichtung (16) oder in der Gegenrichtung und dadurch relativ zu der Drahtführung (17) oszillierend in der Drahtlängsrichtung bewegbar ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißdraht (11) mittels des Positionierantriebes (24) unter oszillierender Bewegung in der Drahtlängsrichtung in eine Position bewegbar ist, in welcher der Schweißdraht (11) in der Vorschubrichtung (16) über die Schweißbereitschaftsposition hinausragt und dass die
Positioniervorrichtung für den Schweißdraht (11) eine Trennvorrichtung aufweist, mittels derer der in der Vorschubrichtung (16) über die Schweißbereitschaftsposition hinausragende Schweißdraht (11) derart ablängbar ist, dass das durch Ablängen erzeugte Drahtende als voreilendes Drahtende in der Schweißbereitschaftsposition angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlquelle (12) wahlweise in einem Schweißmodus oder in einem Trennmodus betreibbar ist und dass die Trennvorrichtung den Schweißkopf (9) umfasst, mittels dessen bei im Trennmodus betriebener Strahlquelle (12) der in der Vorschubrichtung über die Schweißbereitschaftsposition hinausragende Schweißdraht (11) derart ablängbar ist, dass das durch Ablängen erzeugte Drahtende in der Schweißbereitschaftsposition angeordnet ist.
5. Schweißroboter mit einer Vorrichtung zum Laserschweißen nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
6. Verfahren zum Laserschweißen mit einem Zusatzwerkstoff in Form eines Schweißdrahtes (11), wobei
• von einer Strahlquelle (12) ein Laserstrahl erzeugt und mittels eines
Schweißkopfs (9) als Laserschweißstrahl auf eine Schweißstelle gerichtet wird,
• der Schweißdraht (11) mittels eines Drahtvorschubantriebs (20) während eines Schweißvorgangs relativ zu einer Drahtführung (17) mit einer Vorschubbewegung in einer in Drahtlängsrichtung verlaufenden Vorschubrichtung (16) bewegt wird, wobei der Schweißdraht (11) bei der Vor- Schubbewegung mittels der Drahtführung (17) in der Vorschubrichtung geführt wird und
• ein in der Vorschubrichtung (16) voreilendes Drahtende des Schweißdrahtes (11) mittels einer Positioniervorrichtung für den Schweißdraht (11) an der Vorrichtung zum Laserschweißen in einer Schweißbereitschaftsposition angeordnet wird, in welcher das in der Vorschubrichtung voreilende Drahtende zu Beginn eines Schweißprozesses in einer Sollposition gegenüber der Schweißstelle anordenbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das voreilende Drahtende des Schweißdrahtes (11) mittels eines
Positionierantriebs (24) der Positioniervorrichtung für den Schweißdraht (11) unter oszillierender, relativ zu der Drahtführung (17) in der Drahtlängsrichtung ausgeführter Bewegung des Schweißdrahtes (11) in der Schweißbereitschaftsposition angeordnet wird .
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißdraht (11) mittels eines in seiner Antriebsrichtung umsteuerbaren Drahtantriebs je nach Antriebsrichtung des Drahtantriebes in der Vorschubrichtung
(16) oder in der Gegenrichtung und dadurch relativ zu der Drahtführung
(17) oszillierend in der Drahtlängsrichtung bewegt wird .
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißdraht (11) mittels des Positionierantriebes (24) unter oszillierender Bewegung in der Drahtlängsrichtung bewegt wird, bis der Schweißdraht
(11) in der Vorschubrichtung (16) über die Schweißbereitschaftsposition hinausragt und dass der in der Vorschubrichtung (16) über die Schweißbereitschaftsposition hinausragende Schweißdraht (11) mittels einer Trennvorrichtung der Positioniervorrichtung derart abgelängt wird, dass das durch Ablängen erzeugte Drahtende als voreilendes Drahtende in der Schweißbereitschaftsposition angeordnet ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlquelle
(12) wahlweise in einem Schweißmodus oder in einem Trennmodus betrieben wird und dass der in der Vorschubrichtung (16) über die Schweißbereit- Schaftsposition hinausragende Schweißdraht (11) bei im Trennmodus betriebener Strahlquelle (12) mittels des Schweißkopfs (9) derart abgelängt wird, dass das durch Ablängen erzeugte Drahtende in der Schweißbereitschaftsposition angeordnet ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißdraht (11) und die Trennvorrichtung, gegebenenfalls der Schweißkopf (9), zum Ablängen des in der Vorschubrichtung (16) über die Schweißbereitschaftsposition hinausragenden Schweißdrahtes (11) in eine von der Schweißstelle abliegende Trennposition bewegt werden.
11. Steuerungsprogramm zum Betreiben der Vorrichtung zum Laserschweißen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Steuerbefehle, welche bewirken, dass das Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10 durchgeführt wird, wenn das Steuerungsprogramm auf einer numerischen Steuerung (25) der Vorrichtung zum Laserschweißen abläuft.
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