NL9200706A - Lasinrichting. - Google Patents

Description

Lasinrichting

De uitvinding heeft betrekking op een lasinrichting, omvattende een laskop met een variabele absolute hoekpositie, aandrijfmiddelen voor het variëren van de hoekpositie, positiebepalingsmiddelen voor het bepalen van de hoekpositie, en besturingsmiddelen voor het in afhankelijkheid van de bepaalde hoekpositie besturen van de lasinrichting, waarbij de positiebepalingsmiddelen een beginpositiegever, een relatieve positiegever en tenminste een zwaartekrachtsafhankelijk orgaan omvatten voor het aan de hand van een beginpositie en een relatieve positieverandering bepalen van de genoemde absolute hoekpositie. Een dergelijke lasinrichting is bekend uit het Oostduitse octrooischrift DD

23I.II7.

In deze bekende lasinrichting wordt het zwaartekrachtsafhankelijke orgaan, dat de (hoek)positie van de laskop ten opzichte van de zwaartekrachtsvector bepaalt, gevormd door een pendel. De as van deze pendel is gekoppeld met de relatieve positiegever, een hoekafhankelijke pulsgever, terwijl de behuizing van de pendel met de laskop is verbonden. Hierdoor verschaft de relatieve positiegever steeds de hoekverdraaiing ten opzichte van een beginhoek. Deze beginhoek wordt bepaald door een beginpositiegever, die in de bekende inrichting door een schakelaar wordt gevormd.

Teneinde oscillaties van de pendel bij snelheidsveranderingen te voorkomen is de pendel in een oliebad opgenomen. Een dergelijke pendel heeft echter het nadeel, dat deze bij een continue rotatie van de laskop door de wrijving van de olie enigszins achter zal lopen op de beweging en daardoor niet geheel loodrecht zal staan, waardoor de met de pendel verbonden pulsgever een onjuiste hoekwaarde zal afgeven. Aangezien de mate van achterlopen op de beweging afhangt van de rotatiesnelheid van de pendel, zal de positiegever behept zijn met een snelheidsafhankelijke meetfout. Ook zal de pendel, mede door de traagheid van diens massa, bij snelheidsveranderingen niet onmiddellijk de juiste, loodrechte stand innemen. De demping door het oliebad voorkomt weliswaar oscillaties tot op zekere hoogte, maar vertraagt ook de reactietijd van de pendel. Bij zeer abrupte snelheidsveranderingen kunnen oscillaties van de pendel en derhalve wezenlijk onjuiste hoekbepalingen echter niet worden uitgesloten. Hierdoor is een dergelijke positiegever ongeschikt voor het nauwkeurig bepalen van de continu of stapsgewijs variërende hoekpositie van een laskop. Ook is een meetfout bij het bepalen van een (loodrechte) beginpositie mogelijk als de schakelaar, die als beginpositiegever wordt gebruikt, bediend wordt voordat de pendel tot stilstand is gekomen.

Voor het optimaal besturen van een lasinrichting en derhalve van het door de lasinrichting uitgevoerde lasproces is een nauwkeurige hoekbepaling bij uiteenlopende snelheden en hoekposities van de laskop noodzakelijk. Aan de uitvinding ligt nu het inzicht ten grondslag dat een zwaartekrachtsafhankelijk orgaan niet geschikt is voor nauwkeurige hoekmetingen tijdens het bewegen van het daarmee gekoppelde deel van de inrichting, maar in principe wel een nauwkeurige hoekbepaling tijdens stilstand van de laskop kan verschaffen.

De uitvinding beoogt derhalve de bovengenoemde nadelen van de bekende inrichting op te heffen en een lasinrichting te verschaffen, waarbij de absolute hoekpositie van de laskop onafhankelijk van de snelheid en versnelling van diens beweging nauwkeurig kan worden bepaald, zodat een goede hoekafhankelijke besturing en beheersing van het lasproces mogelijk is. De lasinrichting volgens de uitvinding heeft hiertoe het kenmerk, dat de relatieve positiegever met de aandrijf-middelen is gekoppeld, dat de beginpositiegever het zwaartekrachts-afhankelijke orgaan omvat, en dat de besturingseenheid is ingericht voor het tijdens stilstand van de laskop bepalen van een beginpositie.

De lasinrichting volgens de uitvinding is derhalve voorzien van een zwaartekrachtsafhankelijke beginpositiegever voor het bepalen van een begin- of referentiepositie en een met de aandrijf middelen gekoppelde relatieve hoekpositiegever voor het bepalen van de hoekverdraaiing ten opzichte van de beginpositie. Daarbij wordt de begin(hoek)positie tijdens stilstand bepaald, zodat de beginpositiegever, die op de werking van de zwaartekracht is gebaseerd, geen bewegingsgerelateerde meetfouten zal introduceren.

Bij voorkeur is de inrichting volgens de uitvinding zodanig uitgevoerd, dat de besturingsinrichting is voorzien van middelen voor het instellen van een vooraf bepaalde beginpositie. Dergelijke middelen kunnen een terugkoppel- of servostelsel omvatten, waarbij de laskop over een zekere afstand wordt bewogen, na stilstand de absolute beginpositie wordt bepaald, en in enkele stappen, waarin de beginpositiegever steeds tot stilstand komt, het verschil tussen de absolute beginpositie en de gewenste beginpositie wordt weggeregeld. De beginpositiegever is derhalve bij voorkeur ingericht voor het verschaffen van een absolute beginpositie.

Bij voorkeur is de inrichting volgens de uitvinding verder zodanig uitgevoerd, dat de beginpositiegever een vloeistofgedempte pendel omvat. De behuizing van een dergelijke pendel is daarbij met de laskop gekoppeld, terwijl de pendel zelf met een pulsgenerator is gekoppeld. Het is echter ook mogelijk een op een andere wijze gedempte pendel of bijvoorbeeld een positiegever toe te passen, waarin een kwikdruppel of een metalen kogel afhankelijk van diens positie de verbinding tussen verschillende stellen contacten tot stand brengt. Bij voorkeur heeft een dergelijke beginpositiegever twee vrijheidsgraden of meetrichtingen, zodat hoekposities in twee onderling loodrechte vlakken kunnen worden bepaald. Dit is voordelig bij lasinrichtingen, die niet waterpas zijn opgesteld of waarbij de kop in meer dan een vlak beweegt, zodat afwijkingen ten opzichte van een eerste, loodrecht vlak door de besturingsinrichting kunnen worden gecompenseerd.

Bij voorkeur is de inrichting volgens de uitvinding zodanig uitgevoerd, dat de relatieve hoekpositiegever een met de aandrijfmiddelen vast gekoppelde pulsgever omvat. Een dergelijke pulsgever of tacho-generator produceert pulsen in afhankelijkheid van de hoekpositie van diens as, waarbij de as met de aandrijf middelen is gekoppeld. Zodoende is er een directe meting van de hoekverdraaiing mogelijk. De nauwkeurigheid van de hoekbepaling zal, evenals bij een beginhoekpositiegever die van een dergelijke pulsgever is voorzien, daarbij afhankelijk zijn van het aantal hoekposities dat de pulsgever kan onderscheiden. De pulsen worden toegevoerd aan de besturingsinrichting, die aan de hand daarvan zowel de hoekpositie als de snelheid van de beweging van de kop kan bepalen.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de lasinrichting volgens de uitvinding is ingericht voor elektrisch lassen. Meer in het bijzonder is de lasinrichting geschikt voor elektrisch gasbooglassen, zoals TIG-lassen. Een elektrische lasinriching volgens de uitvoering is bij voorkeur zodanig uitgevoerd, dat deze is ingericht voor het afhankelijk van de absolute hoekpositie van de laskop regelen van de stroomsterkte, de snelheid van de laskop, de materiaaltoevoersnelheid en/of de lengte van de lasboog, dat wil zeggen de afstand tussen de elektrode en het smeltbadoppervlak.

Het is ook mogelijk de lasinrichting volgens de uitvoering zodanig uit te voeren, dat deze is ingericht voor gaslassen. Een derghelijke lasinrichting is volgens de uitvinding bij voorkeur zodaing uitgevoerd, dat deze is ingericht voor het afhankelijk van de absolute hoekpositie van de laskop regelen van de gastoevoer, de snelheid van de laskop, de materiaaltoevoersnelheid en/of de vlamlengte, dat wil zeggen de afstand tussen de toorts en het smeltbad-oppervlak.

Bij voorkeur is de lasinrichting volgens de uitvinding voorzien van weergavemiddelen voor het weergeven van de hoekpositie van de laskop. Dit maakt het mogelijk het lasproces nauwgezet te controleren, terwijl de controle onafhankelijk is van de tijdsverloop.

Hoewel de laskop van de lasinrichting volgens de uitvinding verschillende soorten bewegingen kan beschrijven, is een voorkeursuitvoeringsvorm zodanig uitgevoerd, dat de laskop is ingericht voor het uitvoeren van een orbitale beweging. Dit is met name van voordeel bij het lassen van pijpen, waarbij langs de omtrek van de pijp een las moet worden aangebracht. Ook is een dergelijke lasinrichting geschikt voor het onderling bevestigen van pijpen en platen. Hierbij kan de lasinrichting verder zodanig zijn uitgevoerd, dat deze is voorzien van middelen voor het inklemmen van pijpen.

Een besturingsinrichting voor het besturen van een lasinrichting volgens de uitvinding is bij voorkeur voorzien van besturingsmiddelen voor het met behulp van een absolute en een relatieve hoekpositiegever bepalen van de momentane absolute hoek van de laskop en voor het aan de hand van de aldus bepaalde hoekpositie besturen van de lasinrichting. Bij voorkeur is een dergelijke besturingsinrichting zodanig uitgevoerd, dat deze een microprocessor en een geheugen omvat, waarbij de microprocessor zodanig is geprogrammeerd dat de lasinrichting in de beginpositie wordt ingesteld. Dat wil zeggen, aan de hand van de begin(hoek)positie stelt de microprocessor de lasinrichting in, terwijl aan de hand van de momentane absolute hoekpositie tijdens het lassen de lasinrichting wordt bestuurd.

Bij het omwentelen van de toorts zal het effect van de zwaartekracht op de vorm en afmetingen van het smeltbad continu veranderen. De resultante van de krachtvectoren van lasboogdruk en zwaartekracht zal steeds een andere richting hebben, met een bepaald effect op de vorm en het gedrag van het smeltbad. Vooral bij een volledige smeltbadpenetratie (doorlassing). is het zwaartekrachteffect van grote invloed.

De uitvinding zal in het onderstaande aan de hand van de figuren nader worden toegelicht.

Figuur 1 toont schematisch het orbitaal lassen van een pijp in verschillende lasposities.

Figuur 2 toont, ten dele schematisch, de lasinrichting volgens de uitvinding.

In figuur 1 is een laskop 1 in verschillende hoekposities weergegeven. Met X is steeds schematisch de situatie aangeduid, waarin het lasproces zich aan de buitenzijde van een pijp afspeelt, terwijl met Y de situatie is aangegeven waarin doorlassen plaatsvindt.

In positie I staat de laskop 1 verticaal, boven het schematisch en in dwarsdoorsnede weergegeven pijpsegment P. De in dit voorbeeld weergegeven laskop 1 is voorzien van een elektrode 2, die tijdens bedrijf een lasboog A tussen de elektrode 2 en de pijp P opwekt. Hierdoor ontstaat een massa van aanvankelijk gesmolten en na enige tijd stollend materiaal M. In positie I, situatie X, heeft de zwaartekracht nagenoeg geen (nadelige) invloed op het gesmolten materiaal M, aangezien dit zich boven op de pijp P bevindt. In situatie Y daarentegen (doorlassing) wordt het smeltbad niet meer door vast materiaal ondersteund, waardoor het smeltbad in de pijp P wegzakt. In figuur 1 begeeft de laskop 1 zich linksom roterend rond de pijp P, zodat zich steeds aan één zijde van de elektrode 2, in positie I aan de rechterzijde, een hoeveelheid materiaal M bevindt.

In positie II, situatie SX, staat de laskop 1 horizontaal, aan de linkerzijde van de pijp P. Ook hier ontstaat een lasboog A en een hoeveelheid gesmolten materiaal M. Onder invloed van de zwaartekracht zal dit gesmolten materiaal M zich echter naar beneden, dat wil zeggen in het weergegeven geval in de richting van de lasboog A begeven. Dit heeft een ongelijke verdeling van het materiaal M en dientengevolge een ongelijke dikte en sterkte van de ontstane lasverbinding tot resultaat. In situatie Y is de massa van het smeltbad groter, waardoor dit effect versterkt wordt.

In positie III, situatie X, bevindt de laskop 1 zich weer verticaal, maar deze keer onder de pijp P. Hoewel het materiaal M zich ook in deze positie onder invloed van de zwaartekracht in de richting van de lasboog A zal begeven, zal dit effect in deze positie tamelijk gering zijn. In positie III, situatie Y, is het effect door de grotere smeltbad-massa veel groter en zal het smeltbad naar buiten wegzakken.

In positie IV staat de laskop 1 weer horizontaal, aan de zijkant van de pijp P. In deze positie, situatie X, zal het materiaal M zich onder invloed van de zwaartekracht van de lasboog A vandaan begeven. Ook in deze positie ontstaat een ongewenste vervorming van de ontstane lasverbinding. In situatie Y is dit effect wederom nog veel duidelijker aanwezig.

Het is van groot belang de nadelige invloed van de zwaartekracht op de lasverbinding zo veel mogelijk te elimineren door de parameters van het lasproces in afhankelijkheid van de positie van de laskop 1 te sturen. Zo zullen bijvoorbeeld, bij een elektrische lasinrichting, de grootte van de lasstroom en de omloopsnelheid van de laskop bepalen hoeveel vloeibaar materiaal M op een bepaald punt aanwezig is. Zo zal in de posities II en IV de lasinrichting zo worden ingesteld, dat op een gegeven moment zo weinig mogelijk gesmolten materiaal M aanwezig is om het "uitzakken" van dit materiaal te minimaliseren. In de posities I en III kan daarentegen op een gegeven moment meer gesmolten materiaal M aanwezig zijn, omdat in deze posities de nadelige invloed van de zwaartekracht veel geringer is.

Voor het besturen van de lasparameters in afhankelijkheid van de variabele hoekpostitie van de laskop is het van belang deze hoekpositie nauwkeurig te kunnen bepalen. Snelheidsveranderingen van de laskop mogen hierbij geen invloed hebben op de nauwkeurigheid van de positiebepaling.

In figuur 2 is, gedeeltelijk schematisch, een lasinrichting weergegeven die volgens de uitvinding is voorzien van snelheids- en versnellingsonafhankelijke hoekbepalingsmiddelen. De lasinrichting omvat een laskop 1 met een elektrode 2. Deze elektrode 2 is bevestigd aan een draaibaar steuningdeel 3. dat voorzien is van een tandwiel 4. Op het tandwiel 4 grijpt een rondsel 5 in, met een motor 6 is verbonden. De motor 6 is aangebracht op een vast steundeel 7. dat bij voorkeur voorzien is van niet weergegeven middelen voor het inklemmen van een pijpdeel PI. Het pijpdeel P2 wordt met eveneens niet weergegeven steunmiddelen tegen het pijpdeel PI aangebracht. De naad S, die tussen de pijpdelen PI en P2 aanwezig is, wordt met behulp van de tegenover deze naad gepositioneerde laskop 1 dichtgelast, waarop een spoor van gestold materiaal W ontstaat. Met behulp van de motor 6 kan de laskop 1 rondom de pijpdelen worden bewogen om zo de gehele lasnaad S dicht te lassen.

De lasstroom voor de elektrode 2 wordt verschaft door een schematisch weergegeven lasmachine 8. Zowel de lasmachine 8 als de motor 6 worden bestuurd door een besturingseenheid 9· die met een inclinometer 10 en een tachogenerator 11 is verbonden. De inclinometer 10, die op het draaibare steundeel 3 is bevestigd, fungeert hierbij als absolute hoek-positiegever. De tachogenerator 11, die via de motor-as 12 met de motor 6 is verbonden, fungeert hierbij als relatieve positiegever. De in inclinometer 10 kan een in de handel verkrijgbare inclinometer zijn, zoals het model PMP-S10M van Midori Precisions Corporation Ltd., maar kan ook door een andere, op de zwaartekracht reagerende absolute (hoek)positiegever worden gevormd. De hoekopnemer 11, die bij voorkeur een hoekafhankelijke pulsgever is, kan een in de handel verkrijgbare tachogenerator zijn.

De besturingseenheid 9 is zodanig uitgevoerd, dat deze in afhankelijkheid van de uitgangssignalen van de inclinometer 10 en de tachogenerator 11 de lasmachine 8 en de motor 6 stuurt. Voor het maken van een las of een deel van een las wordt de beginpositie van de laskop 1 bepaald met behulp van de inclinometer 10. Teneinde de invloed van bewegingen en versnellingen op de hoekbepaling te elimineren, wordt dit positioneren uitgevoerd door een door de inclinometer 10 gestuurd servo-stelsel, waardoor de laskop 1 uiteindelijk in een vooraf gedefinieerde absolute positie tot stilstand komt. Hierna hoeft met de dempingstijd van de inclinometer geen rekening meer te worden gehouden. Deze begin-(hoek)positie wordt in de besturingseenheid 9. bijvoorbeeld in een geheugenschakeling, opgeslagen. Aan de hand van deze begin-(hoek)positie stelt de besturingseenheid 9 de lasparameters in. Voor het instellen van de lasparameters is de besturingseenheid 9 bij voorkeur voorzien van een microprocessor en een bijbehorend geheugen, waarin een besturingsprogramma is opgeslagen. Dit programma is bij voorkeur zodanig uitgevoerd, dat een complete besturing van de lasinrichting als functie van de absolute laspositie wordt verschaft, waarbij de invloed van de zwaartekracht op het lasproces kan worden gecompenseerd. Tijdens het roteren van de laskop 1 wordt de relatieve hoekverdraaiing ten opzichte van de beginpositie bepaald met behulp van de tachogenerator 11.

Aangezien snelheidsveranderingen geen invloed hebben op de nauwkeurigheid waarmee de relatieve hoekverdraaiing wordt bepaald, kan de besturingseenheid 9 op elk tijdstip de hoek van de laskop 1 ten opzichte van de zwaartekrachtsvector nauwkeurig vaststellen.

Met de besturingseenheid 9 is een weergave-eenheid 12 verbonden, die bijvoorbeeld is voorzien van een beeldscherm voor het weergeven van de hoek positie van de laskop 1 en de door de besturingseenheid 9 ingestelde lasparameters. De lasinrichting volgens de uitvinding maakt een programmering en een weergave van het lasproces op basis van de afgelegde of momentane hoek mogelijk. Dit besturen en controleren op hoekba-sis in plaats van op tijdbasis heeft het voordeel, dat de resultaten onafhankelijk zijn van de omloopsnelheid van de laskop of van de diameter van de pijpdelen PI en P2. Dat wil zeggen dat in principe hetzelfde programma van de besturingseenheid 9 voor pijpen van verschillende diameters kan worden gebruikt. Het herprogrammeren van de besturingseenheid 9 voor verschillende werkstukken kan hiermee komen te vervallen.

De uitvinding is weergegeven aan de hand van een elektrische lasinrichting voor het lassen van pijpen. De uitvinding kan echter ook met het voordeel worden toegepast in elektrische of niet-elektrische lasinriehtingen voor het lassen van platen aan pijpen, of voor andere lasinrichtingen waarbij de laskop een variabele hoekpositie inneemt. Hierbij kan gedacht worden aan een laskop die aan een robotarm is bevestigd en derhalve een beweging van twee of meer vrijheidsgraden uitvoert. In plaats van elektrisch lassen, zoals TIG-lassen, waarbij de besturingseenheid 9 bijvoorbeeld de rotatiesnelheid, de lasstroom, de verhouding tussen de grondstroom en de piekstroom, en de gewenste booglengte bestuurt, kan ook een inrichting voor gaslassen worden gebruikt, waarbij bijvoorbeeld de gasstroom door de besturingseenheid 9 wordt geregeld. Steeds zal een lasinrichting worden verkregen, waarbij volgens de uitvinding de hoekpositie van de laskop ten opzichte van zwaartekrachtsvector nauwkeurig kan worden gemeten, waardoor de invloed van zwaartekrachtsvector op het lasproces kan worden gecompenseerd.

Hoewel de uitvinding in het voorgaande is beschreven aan de hand van een lasinrichting, is deze niet hiertoe beperkt. De uitvindingsgedachte kan worden toegepast in diverse inrichtingen waarin de parameters van een proces afhankelijk zijn van de positie ten opzichte van de zwaartekrachtsvector. Hierbij kan bijvoorbeeld gedacht worden aan spuitinrichtingen, bijvoorbeeld voor verfspuiten of het aanbrengen van lagen (coatings), waarin het spuitproces aan de hand van de positie van de spuitkop wordt gestuurd. Ook controle- of meetinrichtingen met een meetkop of sonde kunnen met voordeel volgens de uitvinding zodanig worden uitgevoerd, dat de relatieve positiegever met de aandrijfmiddelen is gekoppeld, dat de beginpositiegever het zwaartekrachtsafhankelijke orgaan omvat, en dat de besturingseenheid is ingericht voor het tijdens stilstand van de laskop bepalen van een beginpositie.

Claims (14)

1. Lasinrichting, omvattende een laskop met een variabele absolute hoekpositie, aandrijfmiddelen voor het variëren van de hoekpositie, positiebepalingsmiddelen voor het bepalen van de hoekpositie, en besturingsmiddelen voor het in afhankelijkheid van de bepaalde hoekpositie besturen van de lasinrichting, waarbij de positiebepalingsmiddelen een beginpositiegever, een relatieve positiegever en tenminste een zwaartekrachtsafhankelijk orgaan omvatten voor het aan de hand van een beginpositie en een relatieve positieverandering bepalen van de genoemde absolute hoekpositie, met het kenmerk, dat de relatieve positiegever met de aandrijf middelen is gekoppeld, dat de beginpositiegever het zwaartekrachtsafhankelijke orgaan omvat, en dat de besturingseenheid is ingericht voor het tijdens stilstand van de laskop bepalen van een beginpositie.

2. Lasinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de besturingsinrichting is voorzien van middelen voor het instellen van een vooraf bepaalde beginpositie.

3. Lasinrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het zwaartekrachtsafhankelijke orgaan een vloeistofgedempte pendel omvat.

4. Lasinrichting volgens conclusie 1, 2 of 3* met het kenmerk, dat het zwaartekrachtsafhankelijke orgaan twee vrijheidsgraden bezit.

5. Lasinrichting volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk. dat deze is ingericht voor elektrisch lassen.

6. Lasinrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat deze is ingericht voor TIG-lassen.

7. Lasinrichting volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk, dat deze is ingericht voor het afhankelijk van de absolute positie van de laskop regelen van de stroomsterkte, de snelheid van de laskop, de materiaal-toevoersnelheid en/of de lengte van de lasboog.

8. Lasinrichting volgens een van de conclusies 1, 2, 3 of 4, met het kenmerk, dat deze is ingericht voor gaslassen.

9. Lasinrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat deze is ingericht voor het afhankelijk van de absolute positie van de laskop regelen van de gastoevoer, de snelheid van de laskop, de materiaal-toevoersnelheid en/of de vlamlengte.

10. Lasinrichting volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze is voorzien van weergavemiddelen voor het weergeven van de hoekpositie van de laskop.

11. Lasinrichting volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de laskop is ingericht voor het uitvoeren van een orbitale beweging.

12. Lasinrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat deze is voorzien van middelen voor het inklemmen van pijpen.

13· Besturingsinrichting voor het besturen van een lasinrichting volgens een van de voorgaande conclusies, voorzien van besturingsmiddelen voor het met behulp van een absolute en een relatieve hoekpositiegever bepalen van de momentane absolute hoek van de laskop en voor het aan de hand van de aldus bepaalde hoekpositie besturen van de lasinrichting.

14. Besturingsinrichting volgens conclusie 13. met het kenmerk, dat deze een microprocessor en een geheugen omvat, waarbij de microprocessor zodanig is geprogrammeerd dat de lasinrichting in de beginpositie wordt ingesteld.