ES2833130T3 - Robot de soldadura y procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de soldadura por láser - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de soldadura por láser (9) previsto para dotar a una pieza de trabajo (20) de un cordón de soldadura (21), que comprende los siguientes pasos del procedimiento: - desplazamiento automático de un dispositivo (7) para generar un rayo láser (11), destinado a soldar, del dispositivo de soldadura por láser (9) por medio de un dispositivo mecánico (2), controlado por un dispositivo de control (10), a una primera posición (P2) asignada al inicio del cordón de soldadura (21) que se va a generar, para iniciar la soldadura del cordón de soldadura (21), - durante la soldadura del cordón de soldadura (21), desplazamiento automático del dispositivo (7) de generación de un rayo láser (11), destinado a soldar, mediante el dispositivo mecánico (2) desde la primera posición (P2) a una segunda posición (P6) asignada al final del cordón de soldadura (21) a generar, a una velocidad v constante y real, que el dispositivo (7) de generación de un rayo láser (11) destinado a soldar tiene cuando se alcanza la primera posición (P2), - sobre la base de la velocidad real constante v y de una longitud de un primer tramo prefijado (S2), que comienza en la primera posición (P2), cálculo de un primer período de tiempo t1 dentro del cual el dispositivo (7) para generar un rayo láser (11) destinado a soldar se desplaza a lo largo del primer tramo (S2), y - comenzando en la primera posición (P2), aumento en rampa controlado por el tiempo de una potencia de soldadura P a ser generada por el dispositivo (7) para generar un rayo láser (11) destinado a soldar, de modo que al final del primer período de tiempo t1 tenga una potencia de soldadura nominal prefijada o que puede prefijarse PSoll para soldar el cordón de soldadura (21).
Description
DESCRIPCIÓN
Robot de soldadura y procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de soldadura por láser
La invención se refiere a un robot de soldadura y a un procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de soldadura por láser.
El documento DE 10344526 A1 revela un robot de soldadura con un robot industrial y un dispositivo de soldadura por láser. Un cabezal de soldadura por láser del dispositivo de soldadura por láser se desplaza por medio de un brazo robótico del robot industrial. El cabezal de soldadura por láser genera un rayo láser que está destinado a proporcionar una costura de soldadura en una pieza de trabajo.
El documento JP 2011 206821 A describe un dispositivo con una unidad mecánica que determina los estados de proceso de un procedimiento de soldadura por láser en el momento del inicio del procedimiento de soldadura por láser. Tras el inicio, la potencia del rayo láser se eleva a través de salidas de conmutación hasta una potencia máxima constante y la potencia del rayo láser se reduce al acercarse a un punto final del cordón de soldadura. El control de la potencia del rayo láser se realiza sobre la base de cuatro puntos definidos en la trayectoria de la soldadura.
El documento WO 2004/004958 A2 describe un procedimiento para la soldadura por láser sin errores en la zona de inicio y parada en el que, para guiar el rayo láser en la zona de inicio y parada, se controla de forma óptima la energía de trayectoria del rayo láser en esta zona mediante una combinación de medidas. Para ello, la potencia del rayo láser en el área de inicio del cordón de soldadura se incrementa linealmente desde el punto de inicio a lo largo de una longitud hasta la potencia total del rayo.
El documento WO 2007/036797 A1 describe un procedimiento para la soldadura por láser, que comprende los pasos de empezar a aumentar la potencia de salida del láser del oscilador láser durante un período de tiempo prescrito antes de que la posición de la irradiación láser alcance un punto de inicio de la soldadura para lograr la potencia requerida en el momento en que la posición de la irradiación alcance el punto de inicio de la soldadura, y empezar a alinear el punto focal con respecto a la superficie de la soldadura en el punto de inicio de la soldadura inmediatamente antes de que la posición de la irradiación láser alcance el punto de inicio de la soldadura.
El objetivo de la invención es presentar un procedimiento mejorado de funcionamiento de un dispositivo de soldadura por láser.
El objetivo de la invención se logra con un procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de soldadura por láser previsto para dotar a una pieza de trabajo de un cordón de soldadura, que comprende los siguientes pasos del procedimiento:
• desplazar automáticamente un dispositivo para generar un rayo láser del dispositivo de soldadura por láser destinado a soldar, mediante un dispositivo mecánico controlado por un dispositivo de control, a una primera posición asignada al inicio del cordón de soldadura que se va a generar, para empezar a soldar el cordón de soldadura
• desplazar automáticamente, durante la soldadura del cordón de soldadura, el dispositivo de generación de un rayo láser destinado a soldar mediante el dispositivo mecánico de la primera posición a una segunda posición asignada al final del cordón de soldadura que se va a generar, a una velocidad constante y real v, que el dispositivo de generación de un rayo láser destinado a soldar presenta cuando se alcanza la primera posición,
• sobre la base de la velocidad real constante v y de una longitud de un primer tramo prefijado a partir de la primera posición, calcular un primer período de tiempo ti dentro del cual el dispositivo para generar un rayo láser destinado a soldar se desplaza a lo largo del primer tramo, y
• a partir de la primera posición, aumentar en rampa controlada por tiempo una potencia de soldadura que será generada por el dispositivo para generar un rayo láser destinado a soldar, de modo que al final del primer período de tiempo ti tenga una potencia de soldadura nominal prefijada o que puede prefijarse Pnom para soldar el cordón de soldadura.
De acuerdo con el procedimiento según la invención, el dispositivo para generar un rayo láser del dispositivo de soldadura por láser destinado a soldar se desplaza automáticamente a la primera posición. La primera posición se asigna al comienzo del cordón de soldadura que se va a producir, es decir, en la primera posición el dispositivo de generación de un rayo láser destinado a soldar comenzará a proporcionar a la pieza de trabajo el cordón de soldadura. El dispositivo para generar un rayo láser destinado a soldar es, por ejemplo, un cabezal de soldadura por láser.
Además, el dispositivo para generar un rayo láser destinado a soldar se desplaza automáticamente por medio del dispositivo mecánico, controlado por su dispositivo de control. El dispositivo mecánico está realizado preferentemente como un brazo robótico de un robot industrial. En este caso, el dispositivo de control está realizado como un dispositivo de control de robot para controlar el brazo del robot.
Otro aspecto de la invención se refiere, pues, a un robot de soldadura para llevar a cabo el procedimiento según la reivindicación 11, en donde el robot de soldadura comprende un robot industrial que comprende un brazo robótico y un dispositivo de control del robot para accionar el brazo robótico, y un dispositivo de soldadura por láser que comprende un dispositivo para generar un rayo láser para la soldadura y un dispositivo de control de la soldadura para accionar el dispositivo para generar un rayo láser para la soldadura. El robot de soldadura puede estar dispuesto de tal manera que el aparato de control del robot también controle el aparato para generar un rayo láser para la soldadura. El dispositivo de soldadura por láser comprende preferentemente su propio dispositivo de control de soldadura por láser que se comunica con el dispositivo de control del robot y controla el dispositivo para generar un rayo láser destinado a soldar, en particular regula su potencia de soldadura.
Los robots industriales en general son máquinas de manipulación que están equipadas con herramientas apropiadas para la manipulación automática de objetos y se pueden programar con respecto a varios ejes de movimiento, en particular con respecto a la orientación, la posición y la secuencia de trabajo. Los robots industriales generalmente incluyen el brazo del robot y el dispositivo de control del mismo. Al brazo del robot se le puede fijar un efector final. En el caso del robot de soldadura de la invención, este efector final está realizado como el dispositivo para generar un rayo láser destinado a soldar. El brazo del robot representa esencialmente la parte móvil del robot industrial y tiene varias palancas conectadas por articulaciones que son controladas, por ejemplo mediante accionamientos eléctricos, por el dispositivo de control del robot para el movimiento del brazo del robot, de modo que, por ejemplo, el punto central de la herramienta o el dispositivo para generar un rayo láser del robot de soldadura destinado a soldar se desplaza en una trayectoria prefijada.
De acuerdo con el procedimiento según la invención, durante la soldadura del cordón de soldadura, el dispositivo para generar un rayo láser destinado a soldar se desplaza por medio del dispositivo mecánico desde la primera posición a una segunda posición que está asignada al final del cordón de soldadura que se va a generar. Además, el dispositivo para generar un rayo láser destinado a soldar se desplaza a la velocidad real v que tiene el dispositivo para generar un rayo láser destinado a soldar cuando se alcanza la primera posición, es decir, se desplaza a velocidad constante durante la soldadura.
Para mejorar el resultado de la soldadura, ésta no se inicia con toda la potencia de soldadura, sino que se incrementa en rampa a lo largo del primer tramo. Dado que el dispositivo para generar un haz de láser destinado a soldar no siempre alcanza la primera posición a la misma velocidad para diferentes piezas de trabajo, el primer período de tiempo ti se calcula de acuerdo con la invención sobre la base de la velocidad real v y la longitud del primer tramo prefijado, dentro del cual el dispositivo para generar un haz de láser destinado a soldar se desplaza a lo largo del primer tramo. Esto se hace, por ejemplo, de acuerdo con la siguiente ecuación:
tj = S2/v
en donde S2 es la longitud del primer tramo, que es sustancialmente más corto que el tramo entre la primera y la segunda posición.
Puesto que ya se conoce el primer período de tiempo, la potencia de soldadura que debe generar el dispositivo para generar un rayo láser destinado a soldar puede aumentarse de forma controlada en rampa, a partir de la primera posición, de modo que al final del primer período de tiempo tenga la potencia de soldadura nominal prefijada o que puede prefijarse Psoii para soldar el cordón de soldadura.
Conforme a una variante del procedimiento según la invención, el primer período de tiempo se calcula por medio del dispositivo de control. Entonces, en el momento en que el dispositivo para generar un rayo láser destinado a soldar alcanza la primera posición, la información sobre el primer período de tiempo puede transferirse a un dispositivo de control de la soldadura del dispositivo de soldadura por láser para que éste pueda controlar el dispositivo para generar un rayo láser destinado a soldar de manera controlada en el tiempo en función del primer período de tiempo. Así pues, el dispositivo de soldadura controla el aparato para generar un rayo láser destinado a soldar de tal manera que durante el primer período de tiempo calculado por el dispositivo de control, el rayo láser aumenta de manera similar a una rampa. La potencia nominal de soldadura Psoii, prefijada o determinable, también puede ser transferida al dispositivo de control de la soldadura por el dispositivo de control. Sin embargo, la potencia nominal de soldadura Psoii, prefijada o que puede prefijarse, ya puede almacenarse de manera permanente en la unidad de control de la soldadura.
El primer período de tiempo puede ser calculado, por ejemplo, cuando el dispositivo para generar un rayo láser destinado a soldar alcanza la primera posición. Esta variante es adecuada si el cálculo del primer período de tiempo se realiza a una velocidad insignificante.
El cálculo del primer período de tiempo también puede hacerse antes de que el dispositivo para generar un rayo láser destinado a soldar alcance la primera posición.
Después de una forma de realización adicional del procedimiento según la invención, el paso del aumento en forma de rampa controlada por el tiempo de la potencia de soldadura P que debe generar el dispositivo para generar un rayo
láser destinado a soldar puede llevarse a cabo aumentando de forma escalonada los valores nominales para la potencia de soldadura P durante el primer período de tiempo ti. Esto se lleva a cabo preferentemente de la siguiente manera:
determinando, desde el primer período de tiempo y un tiempo de ciclo Tzyki del dispositivo de control, un número n de pasos individuales con los que los valores nominales de la potencia de soldadura P aumentan dentro del primer período de tiempo t i del aumento escalonado de la potencia de soldadura, en particular de acuerdo con la siguiente ecuación:
n = t i / T ,zykl
Esto se hace por medio del dispositivo de control, si es necesario por medio del dispositivo de control del robot.
A continuación, en particular por medio del dispositivo de control, se calcula una potencia diferencial Pstep de acuerdo a la siguiente ecuación
•step ( P s o l l P m i n ) / f t
en donde Pmin es la potencia de soldadura en la primera posición. Pmin es preferentemente cero. De este modo es posible controlar en pasos discretos el dispositivo de control de la soldadura por medio del dispositivo de control de tal manera que el dispositivo de control reciba valores nominales crecientes para la potencia de soldadura, de modo que los valores nominales para la potencia de soldadura se incrementen por la potencia diferencial Pstep de manera escalonada dentro del primer período de tiempo.
Con el fin de mejorar el resultado de la soldadura, se llevan a cabo los siguientes pasos de proceso adicionales de acuerdo con una variante más del procedimiento según la invención:
• sobre la base de la velocidad real v y de una longitud de un segundo tramo prefijado que comienza antes y termina en la segunda posición, calcular un segundo período de tiempo t2 dentro del cual el dispositivo para generar un rayo láser destinado a soldar se desplaza a lo largo del segundo tramo, y
• cuando el dispositivo de generación de un rayo láser destinado a soldar alcanza una tercera posición que está asignada al inicio del segundo tramo, se produce una disminución en rampa controlada por el tiempo de la potencia de soldadura que debe generar el dispositivo de generación de un rayo láser destinado a soldar, de modo que al final del segundo período de tiempo t2 tiene una potencia de soldadura Pmin2, que es sustancialmente inferior a la potencia de soldadura nominal Psoll.
Así, de acuerdo con esta variante, la potencia de soldadura no sólo se incrementa de manera en rampa a lo largo de un tramo prefijado al principio del cordón de soldadura, sino que al final también se reduce en rampa.
El segundo período de tiempo puede ser calculado por medio del dispositivo de control y la información sobre el segundo período de tiempo puede ser transferida al dispositivo de control de la soldadura cuando el dispositivo para generar un rayo láser para soldar alcance la tercera posición, de manera que el dispositivo de control de la soldadura pueda controlar el dispositivo para generar un rayo láser para soldar basándose en el segundo período de tiempo de manera controlada en el tiempo.
El segundo periodo de tiempo puede ser calculado cuando el dispositivo para generar un rayo láser destinado a soldar alcanza la tercera posición. Sin embargo, el segundo período de tiempo también puede ser calculado antes de eso.
Según una forma de realización del procedimiento de acuerdo con la invención, el paso de la reducción en rampa controlada por el tiempo de la potencia de soldadura que debe ser generada por el dispositivo para generar un rayo láser destinado a soldar puede llevarse a cabo mediante la reducción de forma escalonada de los valores nominales para la potencia de soldadura durante el segundo período de tiempo. Esto se hace en particular de acuerdo con los siguientes pasos de proceso:
• determinación, a partir del segundo período de tiempo y de un tiempo de ciclo Tzyki del dispositivo de control, de un número m de pasos individuales con los que los valores nominales de la potencia de soldadura P deben reducirse dentro del segundo período de tiempo de la reducción escalonada de la potencia de soldadura, en particular de acuerdo con la siguiente ecuación:
m = t2/Tzykl
• cálculo de una potencia diferencial adicional Pstep,2 de acuerdo con la siguiente ecuación
•step, 2 (Psc - Pm ?) /m
en donde Pmin,2 es la potencia de soldadura en la segunda posición, y
reducción de manera escalonada de los valores nominales para la potencia de soldadura por la potencia diferencial adicional Pstep,2.
En los dibujos esquemáticos adjuntos se muestran ejemplos de realización de la invención. Se muestra:
Fig. 1 un robot de soldadura con un robot industrial y un dispositivo de soldadura por láser
Fig. 2 una vista en planta de una pieza de trabajo que debe ser provista de una costura de soldadura y el curso de la potencia de soldadura que debe ser aplicada por el dispositivo de soldadura,
Fig. 3 un diagrama de flujo para ilustrar el funcionamiento del robot de soldadura, y
Fig. 4 otro diagrama de flujo.
La Fig. 1 muestra un robot de soldadura como ejemplo de una disposición de un dispositivo de soldadura por láser. El robot de soldadura se compone de un robot industrial 1 con una cinemática para movimientos en, por ejemplo, seis grados de libertad. El robot industrial 1 tiene, de manera generalmente conocida, un brazo robótico 2 con articulaciones, palancas, en particular seis ejes A1 a A6 y una mano robótica 4, al final de la cual está dispuesto un dispositivo de fijación realizado como una brida 5.
En el caso del presente ejemplo de realización, el robot de soldadura 1 comprende un dispositivo de soldadura por láser 9, que tiene una cabeza de soldadura por láser 7 generalmente conocida. El cabezal de soldadura por láser 7 está fijado a la brida 5 del brazo del robot 2 y comprende una óptica de enfoque 8, de la que se emite un rayo láser 11, mediante el cual se puede dotar a la pieza de trabajo 20 de un cordón de soldadura 21. En la Fig. 2 se muestra una vista superior de la pieza 20 con la costura de soldadura 21. La pieza 20 comprende, por ejemplo, dos piezas parciales que deben soldarse entre sí mediante la soldadura 21.
Sin embargo, además, la palanca se desplaza con respecto a sus ejes A1 a A6 mediante un accionamiento, cada uno de los cuales, por ejemplo, tiene un motor eléctrico 3 y un engranaje, como es generalmente conocido por el experto. El robot industrial 1 también tiene un dispositivo de control del robot 10, que en el caso del presente ejemplo de realización está realizado como un ordenador de control y está conectado a los accionamientos del robot industrial 1 de una manera no mostrada y los controla mediante un programa informático que se ejecuta en el dispositivo de control del robot 10, de modo que el brazo del robot 2 mueve el cabezal de soldadura por láser 7 en una trayectoria nominal. Los accionamientos del robot industrial 1 son en particular accionamientos eléctricos o accionamientos eléctricos controlados. El brazo del robot 2 es generalmente un dispositivo mecánico para mover el cabezal de soldadura por láser 7, que es controlado por el dispositivo de control del robot 10.
El dispositivo de control del robot 10 también puede estar configurado para controlar el dispositivo de soldadura por láser 9, en particular de manera que controle y, si es necesario, regule también la potencia del rayo láser 11 generado por el dispositivo de soldadura por láser 9 y destinado a soldar.
Sin embargo, en el caso del presente ejemplo de realización, el dispositivo de soldadura 9 comprende su propio dispositivo de control de soldadura 12, que se comunica con el dispositivo de control del robot 10. En particular, el dispositivo de control de soldadura 12 está configurado para controlar el cabezal de soldadura por láser 7 de tal manera que genera una potencia de soldadura prefijada P para soldar el cordón de soldadura 21. El curso de esta potencia de soldadura P a lo largo de la costura de soldadura 21 depende de la ubicación y se muestra en la Fig. 2. Si es necesario, la unidad de control del láser 12 regula la potencia de soldadura.
La Fig. 3 muestra un diagrama de flujo que ilustra el funcionamiento del robot de soldadura.
En primer lugar, el brazo del robot 2, controlado por su dispositivo de control del robot 10, desplaza la cabeza de soldadura por láser 7 a una primera posición P2 relativa a la pieza de trabajo 21, que está asignada al inicio de la soldadura 21 a producir, paso B1 del diagrama de flujo mostrado en la Fig. 3.
A continuación, el robot industrial 1 desplaza el cabezal de soldadura por láser 7 por medio de su brazo robótico 2 y controlado por el dispositivo de control del robot 10 en la dirección de una flecha 22 a velocidad constante v hasta una segunda posición P6 relativa a la pieza 21, que se asigna al final de la soldadura 21 que se va a realizar, paso B2 del diagrama de flujo que se muestra en la Fig. 3. La velocidad v es igual a la velocidad real a la que la plantilla de soldar 9 alcanza la primera posición P2. Durante este movimiento la pieza 20 está provista de la soldadura 21.
Hasta que el cabezal de soldadura por láser 7 alcanza la primera posición P2 asignada al comienzo del cordón de soldadura 21 que se va a producir, el cabezal de soldadura por láser 7 se apaga o se pone en funcionamiento, controlado por el dispositivo de control de soldadura 12, con una potencia de soldadura P muy baja, preferiblemente cercana a cero vatios o sin ninguna potencia de soldadura.
Cuando el cabezal de soldadura por láser 7 alcanza la primera posición P2 asignada al inicio de la soldadura 21 que se va a producir, la potencia de soldadura P del cabezal de soldadura por láser 7, controlada por el dispositivo de control de la soldadura 12, se eleva hasta alcanzar una potencia Pnom prefijada en una posición P3 relativa a la
soldadura 21, paso B3 del diagrama de flujo que se muestra en la Fig. 3. La potencia de soldadura P, por ejemplo, aumenta continuamente. La posición P3 relativa a la soldadura 21 está prefijada, de modo que el cabezal de soldadura por láser 7 recorre una primera distancia prefijada S2 entre esta posición P3 y la primera posición P2 asignada al inicio de la soldadura 21 que se va a producir.
En el caso del presente ejemplo de realización, el dispositivo de control de la soldadura 12 del dispositivo de soldadura 9 está realizado de tal manera que aumenta en rampa sobre la base de un primer período de tiempo t i dentro del cual el brazo del robot 2 desplaza el cabezal de soldadura por láser 7 desde la primera posición P2, asignada al inicio del cordón de soldadura 21 que debe producirse, hasta la posición P3 en la que el cabezal de soldadura por láser 7 debe alcanzar la potencia de soldadura prefijada Pnom. Para ello, el dispositivo de control de soldadura 12 requiere información sobre el primer período de tiempo t i y el momento en que comienza. Además, el dispositivo de control de soldadura 9 requiere información sobre la potencia de soldadura prefijada Pnom. La potencia de soldadura prefijada Pnom se puede prefijar, por ejemplo, de manera permanente, en particular almacenada de manera permanente en el dispositivo de control de la soldadura 9, o, por ejemplo, también la puede transmitir al dispositivo de control de la soldadura 9 el dispositivo de control del robot 10, en particular cuando el cabezal de soldadura por láser 7 alcanza la posición P2 asignada en primer lugar al inicio del cordón de soldadura 21 que se va a producir.
Dado que el controlador del robot 10 conoce la longitud del primer tramo S2 y la velocidad v con la que el cabezal de soldadura por láser 7 se desplaza realmente a lo largo de la soldadura 21 a soldar, el controlador del robot 10 es capaz de calcular el primer periodo de tiempo t i dentro del cual el brazo del robot 2 mueve el cabezal de soldadura por láser 7 desde la primera posición P2 a la posición P3 de acuerdo con la siguiente fórmula
tj =
S2/v
Cuando el cabezal de soldadura por láser 7 alcanza la primera posición P2, el controlador del robot 10 envía información sobre el primer periodo de tiempo t i al controlador de soldadura 12.
Si en el caso del presente ejemplo de realización, el cabezal de soldadura por láser 7 alcanza una posición P5 con respecto a la pieza 20 durante la soldadura de la soldadura 21, que se encuentra antes de la segunda posición P6, que está asignada al final de la soldadura 21 que se va a producir, entonces la potencia de soldadura P del cabezal de soldadura por láser 7, controlado por el dispositivo de control de la soldadura 12, se reduce en rampa, en particular de manera continua, hasta que genera una potencia de soldadura muy baja P, preferentemente cercana a cero vatios, o ninguna potencia de soldadura en absoluto, en la segunda posición P6 asignada al final de la soldadura 21 que se va a producir, paso B4 del procedimiento descrito en la Fig. 3 en el diagrama de flujo. El procedimiento de soldadura se completa y la pieza 20 queda provista de la costura de soldadura 21.
En el caso del presente ejemplo de realización, el dispositivo de control de la soldadura 12 del dispositivo de soldadura 9 está realizado de tal manera que se reduce en rampa debido a un segundo período de tiempo t2 dentro del cual el brazo del robot 2 desplaza el cabezal de soldadura por láser 7 de la posición P5 a la segunda posición P6 asignada al final de la soldadura 21. Para ello, el dispositivo de control de soldadura 12 requiere información sobre el segundo período de tiempo t2 y el momento en que comienza.
Dado que el controlador del robot 10 conoce la longitud del segundo tramo S5 entre las posiciones P5 y P6 y la velocidad v a la que el cabezal de soldadura por láser 7 se desplaza realmente a lo largo de la soldadura 21 a soldar, el controlador del robot 10 es capaz de calcular el segundo periodo de tiempo t2, dentro del cual el brazo del robot 2 mueve el cabezal de soldadura por láser 7 desde la posición P5 a la segunda posición P6 asignada al final de la soldadura 21, de acuerdo con la siguiente fórmula
t2 = S5/v
Cuando el cabezal de soldadura por láser 7 alcanza la posición P5, donde debe reducir la potencia de soldadura P, el controlador del robot 10 envía al controlador de soldadura 12 información sobre el segundo período de tiempo t2.
En el ejemplo de realización descrito anteriormente, los dos períodos de tiempo t i , t2 son calculadas por el dispositivo de control del robot 10 y luego transmitidos al dispositivo de control de la soldadura 12 del dispositivo de soldadura 9 cuando el cabezal de soldadura por láser 7 alcanza respectivamente las posiciones P2 o P5.
En el caso del presente ejemplo de realización, los dos períodos de tiempo t i , t2 pueden ser calculadas por medio de una subrutina o una función que es parte de un programa informático que se ejecuta en el controlador del robot 10, el cual también puede ser usado para controlar el brazo del robot 2, por ejemplo.
Si se puede despreciar el tiempo de ejecución de esta función, a la que se accede mediante una función de cambio de trayectoria del programa informático que se ejecuta en el dispositivo de control del robot 10, o el tiempo de funcionamiento de la subrutina a la que se accede mediante la función de cambio de trayectoria para el funcionamiento del robot de soldadura 1, el primer periodo de tiempo t i se calcula cuando se alcanza la primera posición P2 y se
transmite al dispositivo de control de la soldadura 12, es decir, en el momento en que el cabezal de soldadura por láser 7 alcanza la primera posición P2 asignada al inicio del cordón de soldadura 21 que se va a producir. En este caso, el segundo período de tiempo t2 se calcula y transmite al dispositivo de control de soldadura 12 cuando el cabezal de soldadura por láser 7 alcanza la posición P5, es decir, en el momento en que el cabezal de soldadura por láser 7 alcanza la posición P5 en la que la potencia de soldadura P debe disminuir en rampa.
Si el tiempo de ejecución de la función a la que se accede mediante la función de cambio de trayectoria no es despreciable, entonces en el caso del presente ejemplo de realización se puede estar previsto calcular la función o subrutina para el cálculo del primer periodo de tiempo t i antes de alcanzar la primera posición P2 y transmitir al dispositivo de control de la soldadura 12 la información sobre el primer periodo de tiempo t i calculado al alcanzar la primera posición P2. La función de cambio de trayectoria a la que accede la subrutina para calcular y transmitir la primera duración de tiempo t i se abre, en particular en términos de tiempo, en tal medida antes de alcanzar la primera posición P2 que todos los valores están disponibles de manera fiable al llegar a la primera posición P2. Cuando se alcanza la primera posición P2, se inicia el aumento en forma de rampa de la potencia de soldadura P, es decir, se aumenta la potencia de soldadura P del cabezal de soldadura por láser 7, en particular mediante el ajuste de una salida del dispositivo de control de soldadura 12 por un programa informático que se ejecuta en el dispositivo de control de soldadura 12. Cuando se alcanza la potencia nominal de soldadura Psoii, esta salida se reajusta de nuevo. En particular, la función o la subrutina para el cálculo del primer período de tiempo t i se abren cuando el cabezal de soldadura por láser 7 alcanza una posición P1, de modo que el cabezal de soldadura por láser 7 todavía tiene que cubrir un tramo S1 para alcanzar la primera posición P2 asignada al inicio del cordón de soldadura 21 que se va a producir. En este caso, se calculan la función o la subrutina de cálculo del segundo período de tiempo t2 antes de alcanzar la posición P5 y se transmite al dispositivo de control de soldadura 12 la información sobre el segundo período de tiempo t2 calculado cuando se alcanza la posición P5, es decir, en el momento en que el cabezal de soldadura por láser 7 alcanza la posición P5, donde la potencia de soldadura P debe descender en forma de rampa. La función de conmutación de trayectoria, que accede al subprograma de cálculo y transmisión del segundo período de tiempo t2, se abre, en particular en lo que respecta al tiempo, en tal medida antes de que se alcance la posición P5, que todos los valores están disponibles de manera fiable cuando se alcanza la posición P5. Cuando se alcanza la posición P5, la potencia de soldadura P se reduce de forma similar a una rampa, en particular mediante el ajuste de una salida del dispositivo de control de soldadura 12 por un programa informático que funciona en el dispositivo de control de soldadura 12. Al final del procedimiento de soldadura, es decir, cuando la potencia de soldadura P es muy baja o nula, esta salida se reajusta. En particular, la función o la subrutina para el cálculo del segundo período de tiempo t2 se abren cuando el cabezal de soldadura por láser 7 alcanza una posición P4, de modo que el cabezal de soldadura 7 todavía tiene que cubrir un tramo S4 para alcanzar la posición P5, en la que la potencia de soldadura P debe reducirse en rampa. Entre las posiciones P3 y P4 se cubre el tramo S3.
El cálculo de los parámetros de la rampa, es decir, los dos períodos de tiempo t i , t2 , también puede ser determinado en cualquier proceso paralelo. Este proceso se ejecuta en el controlador del robot 10. El primer período de tiempo t i se calcula y se transmite por el proceso concurrente, especialmente antes de alcanzar la primera posición P2 asignada al inicio de la soldadura 21 que se va a producir, de modo que todos los valores están disponibles en el momento de alcanzar la primera posición P2. En particular, el proceso concurrente se inicia cuando el cabezal de soldadura por láser 7 alcanza la posición P1. Cuando se alcanza la primera posición P2, se inicia la rampa, es decir, la potencia de soldadura P del cabezal de soldadura por láser 7 se aumenta, en particular mediante el ajuste de una salida del dispositivo de control de soldadura 12 por un programa informático que se ejecuta en el dispositivo de control de soldadura 12. Cuando se alcanza la potencia nominal de soldadura Psoii, esta salida se reajusta de nuevo.
En este caso, se inicia el proceso concurrente para calcular el segundo periodo de tiempo t2 antes de alcanzar la posición P5 y la información sobre el segundo periodo de tiempo t2 calculado se transmite al dispositivo de control de soldadura 12 cuando se alcanza la posición p 5, es decir, en el momento en que el cabezal de soldadura por láser 7 alcanza la posición P5, donde la potencia de soldadura P debe caer en forma de rampa. El proceso paralelo se inicia, por ejemplo, cuando el cabezal de soldadura por láser 7 alcanza la posición P4.
También es posible que el aumento de la potencia de soldadura P sea escalonado. También la reducción en forma de rampa de la potencia de soldadura P puede ser escalonada. Si el tiempo de ciclo Tzyki del dispositivo de control del robot 10, que está realizado como un ordenador de control, es lo suficientemente pequeño, el aumento de la potencia de soldadura P, ascendiendo o descendiendo de forma escalonada, puede transmitirse como valores nominales desde el dispositivo de control del robot 10 al dispositivo de control de la soldadura 12 del dispositivo de soldadura 9. En este caso, el dispositivo de control del robot 10 calcula en particular los datos analógicos correspondientes en un proceso secundario y los escribe en una salida correspondiente del dispositivo de control del robot 10, que está conectado al dispositivo de control de la soldadura 12 del dispositivo de soldadura 9. En particular, el dispositivo de control del robot 10 transfiere valores nominales discretos para la potencia de soldadura, que aumentan en rampa, y valores nominales discretos que disminuyen de manera escalonada, para la potencia de soldadura P que caen en rampa. La rampa no es entonces una línea recta con un gradiente definido, sino que tiene una función escalonada. Al menos entre la primera posición P2 y la segunda posición P6 el cabezal de soldadura por láser 7 se desplaza a la velocidad constante v. El primer período de tiempo t i , dentro del cual el brazo del robot 2 mueve el cabezal de soldadura por láser 7 desde la primera posición P2 asignada al inicio del cordón de soldadura 21 a producir hasta la posición P3, es decir, el
período de tiempo para el aumento en forma de rampa de la potencia de soldadura P, se calcula, tal como ya se ha mencionado anteriormente, según la siguiente fórmula
ti = S2/v
A partir del primer periodo de tiempo t i y el tiempo de ciclo Tzyki del dispositivo de control del robot 10, el número n de pasos individuales con los que los valores nominales de la potencia de soldadura P aumentan dentro del primer periodo de tiempo ti de aumento escalonado de la potencia de soldadura, se determina de la siguiente manera:
t l / T Zykl
Así, la potencia de soldadura P entre las posiciones P2 y P3 aumenta desde una potencia de soldadura mínima Pmin, que el cabezal de soldadura por láser 7 genera en la primera posición P2, hasta la potencia de soldadura nominal Psoii al llegar a la posición P3. La potencia mínima de soldadura Pmin es preferentemente insignificante o nula.
Ahora se puede calcular la diferencia entre los niveles individuales de potencia de soldadura Pstep, con la que la potencia de soldadura P debe aumentar en rampa:
Pstep ~ (P , S o l l ~ Pmin)/fi
Para la potencia de soldadura P en rampa descendente entre las posiciones P5 y P6, los valores de ajuste escalonado de la potencia de soldadura P prefijados para el dispositivo de control de soldadura 12 se calculan de forma correspondiente.
La Fig. 4 usa un diagrama de flujo para ilustrar el prefijado de los valores nominales para la potencia de soldadura P entre la primera posición P2 y la posición P3.
Al llegar a la primera posición P2 asignada al inicio de la soldadura 21 que se va a producir, la potencia de soldadura P del cabezal de soldadura por láser 7 es igual a Pmin, paso C1 del diagrama de flujo de la Fig. 4.
En un paso siguiente C2, se comprueba si el valor nominal de la potencia de soldadura P fijado por el controlador del robot 10 es mayor o igual que la potencia de soldadura Psoii. Esto se comprueba en un paso C3 del diagrama de flujo. Si este es el caso, que se alcanza la potencia de soldadura nominal Ps o ii y con ello el final del aumento en rampa, paso C4 del diagrama de flujo de la Fig. 4.
Si, por otra parte, el valor real del valor nominal de la potencia de soldadura P sigue siendo menor que la potencia nominal de soldadura Psoii, entonces en el caso del presente ejemplo de realización el controlador del robot 10 espera un período de tiempo igual a la mitad del tiempo de ciclo Tzyki, paso C5 del diagrama de flujo de la Fig. 4.
Después de que ha transcurrido la mitad del tiempo de ciclo Tzyki, el valor nominal real para la potencia de soldadura P se transmite desde el dispositivo de control del robot 10 al dispositivo de control de la soldadura 12, paso C6 del diagrama de flujo de la Fig.4, de modo que el dispositivo de control de la soldadura 12 controla el cabezal de soldadura por láser 7 de tal manera que genera la potencia de soldadura real que debe generarse. Si es necesario, el dispositivo de control de la soldadura 12 regula de manera correspondiente el cabezal de soldadura por láser 7.
A continuación, en el caso del presente ejemplo de realización, el controlador del robot 10 espera un período igual a la mitad del tiempo de ciclo Tzyki , paso C7 del diagrama de flujo de la Fig. 4, y luego calcula el siguiente valor nominal de la potencia de soldadura P de acuerdo con la siguiente fórmula, paso C8 del diagrama de flujo de la Fig. 4 Valor nominal de la nueva potencia de soldadura
= valor nominal real de la potencia de soldadura Pstep
Finalmente, el valor del valor nominal de la nueva potencia de soldadura, que ahora representa el valor nominal real de la potencia de soldadura, se compara nuevamente con la potencia de soldadura nominal Psoii , paso C2 del diagrama de flujo de la Fig. 4. Los pasos C2 a C8 del diagrama de flujo de la Fig. 4 se repiten hasta que el valor del valor nominal de la nueva potencia de soldadura real es mayor o igual a la potencia nominal de soldadura Psoii.
Claims (12)
1. Procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de soldadura por láser (9) previsto para dotar a una pieza de trabajo (20) de un cordón de soldadura (21), que comprende los siguientes pasos del procedimiento:
- desplazamiento automático de un dispositivo (7) para generar un rayo láser (11), destinado a soldar, del dispositivo de soldadura por láser (9) por medio de un dispositivo mecánico (2), controlado por un dispositivo de control (10), a una primera posición (P2) asignada al inicio del cordón de soldadura (21) que se va a generar, para iniciar la soldadura del cordón de soldadura (21),
- durante la soldadura del cordón de soldadura (21), desplazamiento automático del dispositivo (7) de generación de un rayo láser (11), destinado a soldar, mediante el dispositivo mecánico (2) desde la primera posición (P2) a una segunda posición (P6) asignada al final del cordón de soldadura (21) a generar, a una velocidad v constante y real, que el dispositivo (7) de generación de un rayo láser (11) destinado a soldar tiene cuando se alcanza la primera posición (P2),
- sobre la base de la velocidad real constante v y de una longitud de un primer tramo prefijado (S2), que comienza en la primera posición (P2), cálculo de un primer período de tiempo ti dentro del cual el dispositivo (7) para generar un rayo láser (11) destinado a soldar se desplaza a lo largo del primer tramo (S2), y - comenzando en la primera posición (P2), aumento en rampa controlado por el tiempo de una potencia de soldadura P a ser generada por el dispositivo (7) para generar un rayo láser (11) destinado a soldar, de modo que al final del primer período de tiempo ti tenga una potencia de soldadura nominal prefijada o que puede prefijarse Psoii para soldar el cordón de soldadura (21).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende el cálculo del primer período de tiempo ti mediante el dispositivo de control (10) y la transmisión de información sobre el primer período de tiempo ti a un dispositivo de control de la soldadura (10) del dispositivo de soldadura por láser (9) en el momento en que el dispositivo (7) para generar un haz láser (11) destinado a soldar llega a la primera posición (P2), de modo que este último sea capaz de accionar a partir del primer período de tiempo ti, de forma controlada en el tiempo, el dispositivo (7) para generar un haz láser (11) destinado a soldar.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, que comprende el cálculo del primer período de tiempo ti cuando el dispositivo (7) para generar un rayo láser (11) destinado a soldar alcanza la primera posición (P2).
4. Procedimiento según la reivindicación 2, que comprende el cálculo del primer período de tiempo ti antes de que el dispositivo (7) para generar un rayo láser (11) destinado a soldar alcance la primera posición (P2).
5. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que el paso del aumento en rampa controlado por el tiempo de la potencia de soldadura P que debe generar el aparato (7) para generar un rayo láser (11) destinado a soldar, se lleva a cabo mediante el aumento escalonado de los valores nominales para la potencia de soldadura P durante el primer período de tiempo t i , en particular según los siguientes pasos del procedimiento:
- determinación a partir del primer período de tiempo ti y de un tiempo de ciclo Tzyki del dispositivo de control (10) un número n de pasos individuales con los que los valores nominales de la potencia de soldadura P aumentan dentro del primer período de tiempo ti del aumento escalonado de la potencia de soldadura, en particular de acuerdo con la siguiente ecuación:
n - tl/Tzykl
- cálculo de una potencia diferencial Pstep según la siguiente ecuación
P s te p ~ ( P S o l í — P m in ) / f l
en donde Pmin es la potencia de soldadura en la primera posición (P2), y
- aumento gradual de los valores nominales para la potencia de soldadura por la potencia diferencial Pstep.
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además los siguientes pasos del procedimiento:
- sobre la base de la velocidad real constante v y de una longitud de un segundo tramo prefijado (S5) que comienza antes y termina en la segunda posición (P6), cálculo de un segundo período de tiempo t2 dentro del cual el dispositivo (7) para generar un rayo láser (11) destinado a soldar se desplaza a lo largo del segundo tramo (S5), y
- cuando el dispositivo (7) para generar un haz láser (11) destinado a soldar alcanza una tercera posición (P5) que está asignada al inicio de la segunda trayectoria (S5), reducción en rampa, controlada por el tiempo, de la potencia de soldadura P que debe generar el dispositivo (7) para generar un haz láser (11) destinado a soldar, de modo que al final del segundo período de tiempo t2 tiene una potencia de soldadura Pmin,2 que es sustancialmente inferior a la potencia de soldadura nominal Psoi.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, que comprende el cálculo del segundo período de tiempo t2 mediante el dispositivo de control (10) y la transmisión de información sobre el segundo período de tiempo t2 al dispositivo de control de la soldadura (12), cuando el dispositivo (7) para generar un haz de láser (11) destinado a soldar llega a la tercera posición (P5), de modo que el dispositivo de control de la soldadura (12) es capaz de controlar por tiempo el dispositivo (7) para generar un haz de láser (11) destinado a soldar en función del segundo período de tiempo t2.
8. Procedimiento según la reivindicación 6, que comprende el cálculo del segundo período de tiempo t2 cuando el dispositivo (7) para generar un rayo láser (11) destinado a soldar alcanza la tercera posición (P5)
9. Procedimiento según la reivindicación 6, que comprende el cálculo del segundo período de tiempo t2 antes de que el dispositivo (7) para generar un rayo láser (11) destinado a soldar alcance la tercera posición (P5).
10. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que el paso de la reducción en rampa, controlada por el tiempo, de la potencia de soldadura P que debe generar el aparato (7) para generar un rayo láser
(11) destinado a soldar se lleva a cabo mediante la reducción escalonada de los valores nominales para la potencia de soldadura P durante el segundo período de tiempo t2, en particular según los siguientes pasos del procedimiento:
- determinación, a partir del segundo período de tiempo t2 y de un tiempo de ciclo Tzyki del dispositivo de control (10), de un número m de pasos individuales con los que los valores nominales de la potencia de soldadura P deben reducirse dentro del segundo período de tiempo t2 de la reducción escalonada de la potencia de soldadura, en particular de acuerdo con la siguiente ecuación:
m = t2/T zyki
- cálculo de una potencia diferencial adicional Pstep,2 de acuerdo con la siguiente ecuación
Pstep,2 ~ (PSolí ~ Pm in,2) / m
en donde Pmin,2 es la potencia de soldadura en la segunda posición (P6), y
- reducción escalonada de los valores nominales para la potencia de soldadura por la potencia diferencial adicional Pstep,2.
11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el dispositivo mecánico se realiza como un brazo robótico (2) de un robot industrial (1) y el dispositivo de control se realiza como un dispositivo de control de robot (10) para controlar el brazo robótico (2).
12. Robot de soldadura para llevar a cabo el procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende - un robot industrial (1) que comprende un brazo robótico (2) y un dispositivo de control de robot (10) previsto para controlar el brazo robótico (2), y
- un dispositivo de soldadura por láser (9) que comprende un dispositivo (7) para generar un rayo láser (11) destinado a soldar y un dispositivo de control de la soldadura (12) adaptado para realizar el procedimiento según la reivindicación 11 para accionar el dispositivo (7) para generar un rayo láser (11) destinado a soldar.
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