NO327112B1 - Fremgangsmate og arrangement for sveising - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for å danne en sveiset struktur av et antall komponentdeler. Oppfinnelsen vedrører også et arrangement for å danne en sveiset struktur.

Ved tradisjonelle sveiseoperasjoner for fremstilling av små mengder av sveisede strukturer gjennomføres sveisingen vanligvis i det minste hovedsakelig manuelt. Dette fordi hoveddelene av de fleste strukturer hverken er teknisk eller økonomisk egnet for sveising ved anvendelse av de eksisterende automatiske sveiseapparater. Ved sveising av små mengder er kjente sveiseapparater bare egnet for sveising av lett tilgjengelige, lange og rette sveiser. Ofte gjennomføres imidlertid størstedelen av sveisene i en sveiset struktur for å forbinde forholdsvis korte kryssende strukturer hvis tilgjengelighet begrenses av de omgivende strukturer. Dette er spesielt et problem ved skipsbygging, hvor antallet og de forholdsvis store dimensjoner av forskjellige deler forårsaker prob-lemer. Den manuelle sveising av slike strukturer er både dyr og tidkrevende.

Det er utviklet sveisesystemer hvor strukturen som skal sveises følges i overensstemmelse med sin form eller fasong ved anvendelse av forskjellige typer styrearrangemen-ter. Ett slikt kjent sveisesystem er vist i DE-A-22 40 949, hvor et styrehjul anvendes for å styre den bane sveiseapparatet skal følge. IUS-A-5 307 979 er det vist et annet sveisesystem, hvor det er anordnet et skinnebasert styrearrangement for sveising av tredi-mensjonale strukturer. I DE-A-20 35 498 er det vist et system for sveising av dekk.

Automatiske sveisesystemer er vist i US-A-4 737 614, hvor et styresystem er basert på variasjoner i lysintensiteten, og i US-A-5 572 102, hvor det anvendes et sveiserobot-system som er basert på fluorescerende lys. US-A-599642 viser skanning av arbeidsstykket ved bruk av to kameraer, hvoretter en tredimensjonal modell av arbeidsstykket dannes.

Det er også utviklet sveisebenker som kan justeres i overensstemmelse med den struktur som skal sveises, se f.eks. EP-A-0092533. Det er også kjent å sveise rør automatisk, som vist i SE publikasjon 455581.

Det foreligger betydelige ulemper ved kjente sveiseteknikker, og spesielt er det i de fleste tilfeller ikke mulig å anvende dem innen skipsbygningsindustrien. Generelt vil det for et skip kreves sveisede strukturer som har forholdsvis store dimensjoner, typisk med en bredde på over 10 m og ofte med en lengde på nærmere 20 m. Når tverrgående og langsgående konstruksjoner skal festes til disse strukturer, må sveisingen vanligvis foregå for hånd, noe som tar lang tid. Anvendelsen av uttynnede materialer, og anvendelsen av f.eks. reduserte "hals"-tykkelser vil dessuten forårsake endring av sveisemå-ten. Sveising er også blitt ergonomisk vanskelig på grunn av økede sveisehastigheter. Videre er anvendelsen av en fagutdannet sveiser til forholdsvis enkelt, men kjedelig sveisearbeide, upraktisk, da dette innebærer at man sløser med den fagutdannede svei-sers dyktighet. Det er mer fornuftig å anvende arbeidskraften til meningsfylt arbeide som en maskin ikke vil kunne gjøre.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å eliminere de ulemper som er forbundet med kjente sveiseteknikker, og å oppnå en fullstendig ny løsning når det gjelder å sveise sammen en flerhet av typisk forskjellig formede deler, hvor sveiseoperasjonen er lett å styre og å tilpasse til forskjellige forhold. Det er også beregnet at man skal kunne tilpasse oppfinnelsen til forskjellige tekniske felt, hvor det kreves at deler med mange forskjellige former og stor uensartethet skal kunne sveises. Eksempler på felt hvor oppfinnelsen vil kunne anvendes er papirmaskiner, generelle anvendelser ved bygging, bro- og togbygging, og fremstilling av tunge kjøretøyer, f.eks. lastebiler.

Ifølge ett aspekt ved foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for å danne en sveiset struktur som angitt i det etterfølgende krav 1.

Ifølge et annet aspekt ved foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt et sveisearrangement for å danne en sveiset struktur av en flerhet av komponentdeler, omfattende en bæreflate for å understøtte komponentdeler med samme form som den struktur som skal sveises, og sveiseapparat for å sveise sammen komponentdeler av en struktur som skal sveises og som understøttes på bæreflaten, som er karakterisert ved at arrangementet videre omfatter evalueringsanordninger for å bestemme posisjonen av sveisesteder ved en struktur som skal sveises ved hjelp av sveiseapparatet, som bæres av bæreflaten og omfatter kamerainnretninger for å tilveiebringe et bilde av strukturen som skal sveises, hvor posisjonene av sveisestedene som er bestemt ved hjelp av evalueringsanordning-ene anvendes ved sveisingen av strukturen ved hjelp av sveiseapparatet.

Oppfinnelsen er basert på den idé at deler som skal sveises plasseres på en bæreflate eller en bevegelig basis eller bunnflate hvis posisjon er kjent. Hensiktsmessig under-støttes en bærekonstruksjon på bæreflaten eller på sideskinner og spenner over bæreflaten. Kamera- eller fotograferingsinnretninger for fotografisk registrering av anord-ningen av delene som skal sveises og eventuelt også sveiseapparatet, er hensiktsmessig montert på bærekonstruksjonen. Både kamera- eller fotograferingsinnretningene og sveiseapparatet er fortrinnsvis beregnet på å monteres for bevegelse over eller i forhold til bæreflaten i z-, y- og x-aksene. Det vil kunne anordnes én eller flere kamera- eller fotograferingsinnretninger og/eller det vil kunne anordnes ett eller flere sveiseapparater.

Oppfinnelsen gjør det mulig å sveise sammen komponentdelene av én eller flere strukturer. Strukturens dimensjoner og dimensjonene av komponentdelene registreres fotografisk for å muliggjøre bestemmelse av de forskjellige sveisesteder. Disse sveisesteder vil kunne bestemmes ved skanning, eller ved å lese den fotografisk registrerte informasjon og overføre den skannede eller leste informasjon til styreanordningen. Styreanordningen anvendes for å styre sammensveisingen av delene av strukturen som skal sveises, basert på de fastlagte posisjoner av sveisestedene. Den skannede eller leste fotogra-fiske informasjon vil kunne lagres eller registreres i lagringsanordninger, f.eks. av skan-ner/leseutstyret, av sveiseapparatet og/eller av kamera- eller fotograferingsinnretningene.

Én eller flere visningsanordninger, som f.eks. viser posisjonene av sveisestedene, vil kunne anordnes for å gjøre en bruker i stand til å oppheve den automatiske styring av sveiseapparatet under sveising av strukturen. Alternativt vil imidlertid sveiseoperasjonen kunne gjennomføres automatisk eller halvautomatisk av et sveiseapparat i form av en sveiserobot eller -manipulator.

Hensiktsmessig anvendes kamera- eller fotograferingsinnretningene for å oppnå bilder av strukturen som skal sveises, idet disse fotograferte bilder anvendes for å muliggjøre at lese-/skannerutstyr, enten automatisk eller med assistanse av en bruker, vil kunne identifisere og definere sveisestedenes posisjon. Når først sveisestedene er definert slik, anvendes de for den manuelle, halvautomatiske eller automatiske sveising av komponentdelene av strukturen som skal sveises. Den aktuelle sveising vil kunne gjennomfø-res ved hjelp av buesveising, f.eks. gassbuesveising, hvor sveiseapparatet følger strukturens fasong eller form og gjennomfører sveiseoperasjonene på de forskjellige fastlagte sveisesteder. Da sveiseapparatet fortrinnsvis er bevegelig både horisontalt og vertikalt over strukturen, er det i stand til å sveise strukturen i forskjellige høyder og posisjoner over bæreflaten. Delene kan være meget store, og f.eks. gjør oppfinnelsen det mulig enkelt og økonomisk å sveise deler for f.eks. et skip, en papirmaskin, en bygning, et tog eller en lastebil.

Ifølge et annet aspekt ved foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for sveising av en struktur bestående av et antall komponentdeler, omfattende å identifisere optimale sveisesteder for å forbinde delene av strukturen, og å føre sveiseapparatet til de forskjellige sveisesteder. En bruker vil valgfritt kunne modifisere eller oppheve sveiseapparatets posisjonering. F.eks. vil brukeren enten kunne godta eller avvise en automatisk valgt fremgangsmåte for sveising av strukturen ved hvert sveisested.

Strukturen vil kunne skannes ved hjelp av kamera- eller fotograferingsinnretningene ved å bevege bærekonstruksjonen over bæreflaten og anordne det slik at kamera- eller fotograferingsinnretningene beveges på tvers og vertikalt opp og ned, etter behov. Alternativt vil bærekonstruksjonen kunne være stasjonær eller ubevegelig og delene som skal sveises kunne beveges, f.eks. på en bevegelig bæreflate, for hånd, halvautomatisk eller automatisk, under bærekonstruksjonen. På denne måte blir delene av strukturen som skal sveises "fotografert", og det tilveiebringes et billedkart av strukturen, og et sveisekart dannes ved hjelp av en datamaskin.

Basert på sveisekartet gjenkjenner sveisesystemet hensiktsmessig automatisk såkalte standard sveiser, hvis karakteristika datamaskinen f.eks. kan ha lært på forhånd, slik at systemet automatisk vil kunne instruere en sveiserobot eller lignende om å begynne å sveise.

Det vil også være mulig for en bruker som ser sveisekartet å velge alternative startsteder for en sveiseoperasjon, og å velge egnede sveisemetoder for spesifikke typer av sveiser, hvoretter brukeren vil kunne instruere sveiseroboten(e) om å begynne sveiseoperasjonen. Flere forskjellige sveiseapparater kan være montert på selve bærekonstruksjonen, avhengig av de materialer som skal sveises.

Ved hjelp av oppfinnelsen er det oppnådd merkbare fordeler. Spesielt vil det kunne tilveiebringes et billig sveisesystem, hvor sveiseapparater (roboter) vil kunne læres til å sveise sammen separate deler. I tillegg er systemet i stand til å sørge for sammensveising av deler med forskjellige former og dimensjoner. Typisk vil sveisemetoden kunne anvendes for å programmere sveising av små produksjonsmengder, sveising av serie-produserte produkter og sveising av prototyper eller lignende.

Utførelser av oppfinnelsen vil nå bare som eksempel bli beskrevet under henvisning til de vedføyde tegninger, hvor

fig. 1 er et riss av et sveisearrangement omfattende en bærekonstruksjon,

fig. 2 er et fotografi av en struktur som skal sveises, tatt ved hjelp av kameraer eller fotograferingsinnretninger,

fig. 3 er et riss av strukturen som skal sveises og som er dannet ved evaluering av fotografiet på fig. 2, og

fig. 4 er et skjematisk riss av et styresystem for styring av sveisingen av en struktur.

Fig. 1 viser en sveisestasjon eller et -arrangement, hvor en flerhet av komponentdeler av en struktur 1 som skal sveises understøttes på en bæreflate 2. Delene vil kunne beveges til bæreflaten manuelt, med en kran, eller med automatiserte materialstyringsan-ordninger. Et kamera 3 og en sveisemaskin 4 er festet til en tverrgående bærekonstruksjon 5, som spenner over bæreflaten 2 og er bevegelig over bæreflaten langs dennes lengde, ved anordning av sideskinner 7 som er montert på gulvet 6 og forløper på hver side av bæreflaten 2. Drivanordninger 8 for å drive bærekonstruksjonen 5 og/eller drivanordninger 8 for å drive sveiseapparatet 4 og/eller drivanordninger 8 for å drive kameraet 3 kan være anbrakt i umiddelbar nærhet av bærekonstruksjonen 5.

Uttrykket "kamera" er ment å skulle dekke en hvilken som helst avbildningsanordning som er i stand til å tilveiebringe et bilde av strukturen som skal sveises, og vil kunne omfatte konvensjonelle fotoapparater, f.eks. et videokamera eller stillkamera, avbild-ningsanordninger som registrerer infrarød eller ultrafiolett stråling, laseranordninger eller lignende. Det vil kunne være anordnet flere enn ett slikt kamera 3. Fig. 2 er et bilde i form av et fotografi 9 av strukturen som skal sveises og som er tatt av kameraet 3. Fotografiet er manuelt eller automatisk merket med hvite sirkler 10 ved forskjellige forbindelsessteder for de forskjellige deler av strukturen, som indikerer de forskjellige steder som skal sveises (dvs. "sveisesteder"). En bruker vil være i stand til å henvise til sveisestedene for å tilveiebringe mer informasjon om den type sveiser som kreves, og definere en egnet sveisemetode for hvert sveisested. Fig. 3 er en visuell fremstilling av strukturen 1 som skal sveises og som enten er tilveiebrakt automatisk og/eller ved hjelp av en brukers innmatning fra fotografiet 9 på fig. 2. Den visuelle fremstilling identifiserer, enten automatisk eller ved hjelp av brukermat-ning, forskjellige deler 1 la, 1 lb og 1 lc og forskjellige festesteder (dvs. sveisesteder) 1 ld, 1 le og 11 f, og tilveiebringer også instruksjoner for sammensveising av sveisede-lene. Brukeren vil få anledning til enten å godta eller avvise startpunktene lid, lie eller 1 lf for sveiseprosedyren, og enten å godta eller avvise sveisemetoder som foreslås av systemet. Sveisesystemet vil således kunne anses som halvautomatisk. Fig. 4 er et skjema av én form for styresystem for å styre sveiseoperasjonen. Kameraet 3 fotograferer først strukturen 1 som skal sveises, og overfører informasjon 16 til et styresystem 13 av en ekstern anordning 17 ved å anvende lese- eller skannerutstyr 12. Le-seutstyret 12 mater, enten automatisk eller ved hjelp av en bruker 15, styreinformasjon 14 til sveiseapparatet 4. Brukeren 15 har mulighet for å følge kameraets 3 og/eller sveiseapparatets bevegelser på en dataskjerm 18. Lese/skannerutstyret 12 og/eller styre-systemet 13 vil kunne være plassert i eller på kameraet 3, i eller på sveiseapparatet 4, eller i eller på en kombinasjon av disse. Sveiseapparatet vil f.eks. kunne være en sveiserobot eller -manipulator.

Sveisesystemet muliggjør således en sveiseprosedyre som vil kunne gjennomføres fullstendig automatisk eller ved at en bruker mater inn styreinformasjon. Dessuten gir sys-temets fleksibilitet muligheter for sveising av mange typer konstruksjoner uten det tidkrevende behov for å feste utstyret og gjennomføre kalibreringer.

Kameraet 3 vil kunne monteres på sveiseapparatet 4. Bærekonstruksjonen vil f.eks. kunne aktiveres pneumatisk, hydraulisk eller elektromagnetisk.

Andre utførelser av oppfinnelsen er tenkelig innen rammen av de etterfølgende krav.

Claims (19)

1. Fremgangsmåte for dannelse av en sveiset struktur (1), omfattende å anordne komponentdeler av strukturen som skal sveises i en ønsket konfigurasjon på en bæreflate (2), registrere i det minste ett todimensjonalt bilde av arrangementet av komponentdelene på bæreflaten (2), bestemme fra bildet/bildene posisjonen av sveisestedene på basis av skanning eller lesning av det todimensjonale bildet ved bruk av et lese-/skanneapparat, å styre sveisingen av komponentdelene med sveiseapparatet (4) på basis av de fastlagte posisjoner av sveisestedene, og ved hjelp av sveiseapparatet (4) å sveise komponentdelene sammen ved en flerhet sveisepunkter for å danne den sveisede struktur (1).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at i det minste ett bilde registreres i leseutstyrets (12) lager.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at i det minste ett bilde registreres i kamerainnretningens (3) lager og/eller i sveiseapparatets (4) lager og/eller i et kombinert lager for kamerainnretningen (3) og sveiseapparatet (4).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at i det minste ett bilde registreres i lageret av en ekstern anordning (17).

5. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at fremgangsmåten videre omfatter å vise posisjonene av sveisestedene på en dataskjerm for å hjelpe en bruker til å styre føringen av sveiseapparatet (4).

6. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, hvor en bruker opphever automatisk styring av sveisingen av komponentdelene.

7. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at bevegelsen av sveiseapparatet (4) styres ved anvendelse av styreinformasjon (14).

8. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at sveising av strukturen gjennomføres automatisk eller halvautomatisk.

9. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at sveiseapparatet (4) utgjøres av en sveiserobot eller en -manipulator.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at sveisestedenes posisjoner enten bestemmes automatisk eller ved hjelp av en bruker ut fra det i det minste ene bilde.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at typen av sveising av hvert sveisested, og om sveisingen skal gjen-nomføres manuelt, halvautomatisk eller automatisk, bestemmes etter at posisjonene av sveisestedene er bestemt.

12. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at sveisingen gjennomføres ved buesveising, f.eks. gassbuesveising.

13. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at sveiseapparatet følger fasongen eller formen av strukturen under sveisingen.

14. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den struktur som sveises har store dimensjoner og f.eks. er en del eller deler av et skip, en papirmaskin, en bygning, et tog eller en lastebil.

15. Sveisearrangement for å danne en sveiset struktur (1) av en flerhet av komponentdeler, omfattende en bæreflate (2) for å understøtte komponentdelene i konfigura-sjonen av en struktur som skal sveises, og et sveiseapparat (4) for sammensveising av komponentdeler av en struktur som skal sveises, mens de understøttes på bæreflaten, hvor arrangementet videre omfatter en evalueringsanordning for å bestemme posisjonene av sveisestedene av en struktur (1) som skal sveises ved hjelp av sveiseapparatet (4) og som understøttes på bæreflaten, idet evalueringsanordningen omfatter et lese-/skanneapparat for å bestemme sveisepunktenes posisjoner på basis av lesing/skanning av det todimensjonale bilde og innbefatter en kamerainnretning (3) for å tilveiebringe et todimensjonalt bilde av strukturen (1) som skal sveises, idet posisjonene av sveisestedene som er fastlagt ved hjelp av evalueringsanordningen anvendes ved sveising av strukturen ved hjelp av sveiseapparatet (4),

16. Sveisearrangement ifølge krav 15, karakterisert ved at evalueringsanordningen omfatter en innretning for å identifisere komponentdelene av en struktur som skal sveises, og for å bestemme den optimale sveisemetode for de identifiserte komponentdeler.

17. Sveisearrangement ifølge krav 15 eller 16, omfattende en styreanordning for å føre sveiseapparatet (4) ved sveising av en struktur.

18. Sveisearrangement ifølge krav 15, 16 eller 17, omfattende en opphevningsinnret-ning for at en bruker skal kunne oppheve styringen av sveiseapparatet (4).

19. Sveisearrangement ifølge et av kravene 15-17, omfattende en opp-hevningsinnretning for at en bruker enten skal kunne godta eller avvise automatisk styring av sveiseapparatet og kunne styre sveisingen av hvilken/hvilke som helst del/deler av strukturen som skal sveises, hvis automatisk styring er avvist.