NO335410B1 - System, fremgangsmåte og reguleringsapparat for automatisk sveisehode-innretning og -styring - Google Patents

Abstract

En anordning for innretting og styring av et sveisehode eller en sveisebrenner (5) langs en ønsket sveisevei inkluderer en bevegelsesmekanisme for å bevege en sveisehodeenhet (1) langs en fastsatt vei og en styremekanisme for å bevege et sveisehode eller en sveisebrenner (5) relativt til den fastsatte veien for å følge en ønsket sveisevei. En fremgangsmåte for å etablere den ønskede sveiseveien inkluderer trinnene å etablere koordinater til sveiseveien ved å bevege sveisehodet eller sveisebrenneren (5) til posisjoner langs den ønskede veien og registrere steder til sveisehodet eller sveisebrenneren (5) ved de ønskede posisjonene. Bevegelsen til sveisehodet eller sveisebrenneren mellom koordinatene er oppnådd ved å interpolere en vei idet sveisehodet eller sveisebrenneren (5) beveges fra en koordinat til den neste etter initiering av et automatisk styreprogram.

Description

Område for oppfinnelsen

Denne oppfinnelsen angår generelt området buesveising, og spesielt et system og en fremgangsmåte for innretting og styring av et sveisehode relativt til et arbeidsstykke langs en sveisevei definert av en operatør, uten nødvendigheten av konstant operatørinnblan-ding.

Systemet og fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen erstatter rent mekaniske systemer hvor sveiseveien ikke enkelt kan forandres, i tillegg til systemer som tillater at sveiseveien forandres ved manuell innblanding under sveising. Ved anvendelse av systemet og fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, kan en operatør forhåndstille en styrt vei og variere veien som ønsket ved å velge koordinater av diskret punkter langs veien, og den endelige veien dannes ved interpolering mellom tilstøtende punkter på veien.

Til tross for automatisk styring av sveisehodet eller sveisebrenneren under sveising, krever ikke systemet og fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen automatisk avføling av sveiseveien med mekanisk kontursonde eller lignende, og kan derfor enkelt implementeres ved å legge til et enkelt fjernkontrollgrensesnitt og styremotor eller, i et halvautomatisk sveiseapparat som allerede inkluderer en pendant, kontrollstasjon, eller andre operatør-grensesnitt for fjernstyring og en tverrsøm-drivmotor, ved å modifisere kontrollsoftwaren. På grunn av dets enkelhet, kan systemet og fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen implementeres på mange buesveisesystemer, og kan gi variasjoner i sveiseveien langs et vilkårlig antall frihetsgrader.

Beskrivelse av kjent teknikk

Det er velkjent å fjernstyre sveiseoperasjoner ved manuelt å variere slike parametre som buelengde og tverrsøm-oscilleringsamplituder idet sveisehodet beveges langs en fast vei relativt til arbeidsstykket. Idet den faste veien for vanlige styringsarrangementer for sveisehoder vanligvis er adekvat for enkle orbitale, sirkulære eller lineære sveiseveier, er det vanskelig å justere sveiseveien under sveising, noe som krever at sveiseprosessen stop-pes og/eller konstant operatørinnblanding for å sikre at sveisehodet følger den ønskede veien.

Justering av sveiseveien under sveising er spesielt vanskelig når sveisingen utføres i strenge omgivelser, slik som ved tilstedeværelsen av radioaktivitet eller høy temperatur, på grunn av vanskeligheten med å komme til sveisehodet under sveising, og i situasjoner hvor det eksisterer hindringer som hindrer eller eliminerer visuell kontakt med sveisebuen. Bruk av en sveiseanordning krever en betydelig mengde kunnskap på grunn av antallet variabler tilhørende sveiseprosessen, og å legge til styring av sveisehodet til oppgavene som operatøren må utføre kompliserer kun operatørens oppgave, og gjør det vanskelige-re å oppnå en kvalitetssveis. Som et resultat vil frembringelsen av et system og en fremgangsmåte for selvstyring av sveisehodet i henhold til prinsippene i den foreliggende oppfinnelsen hjelpe til å lette operasjonen og fremstillingen av kvalitetssveiser i så godt som alle tilfeller.

Vanlige sveiseapparat-typer som vil ha fordel av automatisk sveisehodestyring og innretting er et halvautomatisk orbitalt, sirkulær-sømveiseapparat med sveisehode og et plansveiseapparat. F.eks. er halvautomatiske orbitale sveisehoder vanligvis anordnet for å følge en vei definert av en styrebane idet de orbiterer rundt en ledning eller et rør, men det er vanskelig å innrette styrebanen etter den ønskede sveiselinjen, og hvis sveiselinjen ikke følger et omtrent perfekt plan, er det nødvendig med en form for operatørinnblanding. På den andre siden, i automatiske sveisehoder anvendt for å sveise sirkler, slik som tette-sveiser på tanklokk, anvendes et midtre tappsystem som fører til at sveisehodet beskriver en omtrent perfekt sirkel selv om komponenten som blir sveiset kan være eksentrisk relativt til sveisebrennerveien, eller ikke-sirkulær. Lignende problemer med irregulariteter på arbeidsstykker eksisterer for flate styrebaner anvendt for plansveising.

Nødvendigheten av nøyaktig styring av sveisehodet er spesielt kritisk for halvautomatisk GMAW-eller GTAW-sveising, med eller uten oscillering av sveisehodet, hvor en nøyaktig rotstreng er kritisk for å sikre at mottaksflatene blir fullstendig sammensmeltet/oppbrukt. Når en skråkant eller rille fylles, må sveisebrenneren anbringes for å sikre korrekt vulst-plassering og sideveggsammensmelting uten for stor oppbygning på noen av sidene til sveisen. For å anvende vanlig banestyring i et slikt system, er det nødvendig med hyppig manuell verifisering og justering av baneposisjonen, noe som både tar mye tid og er dyrt, eller en kompleks konturavlesesystem slik som den beskrevet i U.S. patent nr. 4 935 597, hvor kontursondering sammen med en svivelopplagring av sveisebrenner er nødvendig, noe som betydelig øker kostnaden og kompleksiteten til sveiseanordningen.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Det er dermed et første formål med oppfinnelsen å sørge for et system og en fremgangsmåte for innretting og automatisk styring av et sveisehode langs en operatørdefinert vei uten nødvendigheten av operatørinnblanding under sveising.

Det er et andre formål med oppfinnelsen å sørge for et system og fremgangsmåte for automatisk sveisehode-innretting og -styring anordnet for enkelt å tilpasses anvendelsen i eksisterende buesveiseanordninger, inkluderende halvautomatiske orbitalsveisehodean-ordninger, sirkulærsøm-sveisere, og plansveisere.

Det er et tredje formål med oppfinnelsen å sørge for et enkelt operatørgrensesnitt gjennom hvilket en automatisk sveisehodestyringsvei kan defineres og varieres, og en intuitiv fremgangsmåte for anvendelse av grensesnittet.

Det er et fjerde formål med oppfinnelsen å sørge for et system og fremgangsmåte for automatisk sveisehode-innretting og -styring som kan implementeres gjennom en eksisterende halvautomatisk sveisehodependant, kontrollstasjon, eller fjemkontrollgrensesnitt som anvender en eksisterende styremotor, eller som alternativt kan retroti I passes på en sveiseanordning som mangler en slik egnet allerede eksisterende styremotor og fjernstyrt grensesnitt.

Disse formålene oppnås, i henhold til prinsippene til en foretrukket utforming av oppfinnelsen, ved å sørge for et system og fremgangsmåte hvor operatøren har mulighet for å forhåndsinnstille en sveisevei ved å etablere koordinater langs sveiselinjen for å opprett-holde sveisebrenneren på midten av sveiselinjen, idet systemet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen inkluderer en interpolering eller kurvetilpassingsfunksjon som etablerer en jevn vei mellom koordinatene etablert av operatøren for å følge sveiselinjen uten store trinn eller avbrytelser.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører således et system for automatisk sveisehodeinnretting og -styring, omfattende: en bevegelsesmekanisme anordnet for å bevege en sveisehodeenhet langs en fastsatt vei generelt parallelt med en søm som skal sveises,

en styremekanisme for å bevege sveisehodet eller en sveisebrenner i sveisehodet relativt til den fastsatte veien for å følge en ønsket sveisevei,

posisjonsbestemmende anordninger for å etablere en nåværende posisjon for bevegelses- og styremekanismene,

en registreringsanordning for å registrere indeksposisjoner for bevegelses- og styremekanismene relativt til en nullreferanse,

en regulator anordnet for å bevege nevnte sveisehode eller sveisebrenner langs den ønskede sveiseveien etablert delvis ved å registrere nevnte indeksposisjoner til hvilke

sveisehodet eller sveisebrenneren tidligere har blitt beveget av en operatør, kjennetegnet ved at nevnte posisjonsbestemmende anordninger er konfigurert for å etablere nevnte nåværende posisjon for bevegelses- og styremekanismene relativt til nevnte nullreferanse, idet nevnte posisjonsbestemmende anordninger er konfigurert for å bli nullstilt ved en første posisjon når nevnte bevegelses- og styremekanismer beveges til nevnte første posisjon av operatøren.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også en fremgangsmåte for å etablere en forhåndsbestemt sveisevei med hensyn til hvilken et sveisehode eller sveisebrenner automatisk styres under sveising, idet nevnte sveisehode eller sveisebrenner blir posisjonert ved hjelp av en bevegelsesmekanisme og en styremekanisme inkluderende i det minste en styremotor, idet nevnte bevegelsesmekanisme og styremekanisme inkluderer respektive posisjonsbestemmende anordninger for å indikere en nåværende posisjon til nevnte bevegelses- og styremekanismer, omfattende trinnene:

a) bevege en sveisehodeenhet til en initiell posisjon,

b) manuelt bevege nevnte sveisehodeenhet til en andre posisjon,

c) registrere verdier til nevnte posisjonsbestemmende anordninger ved nevnte andre posisjon relativt til nevnte initielle posisjon, d) repetere trinnene b og c for tredje og etterfølgende posisjoner inntil koordinater for en ønsket sveisevei har blitt etablert, e) initiering av et automatisk styreprogram i hvilket nevnte sveisehode eller sveisebrenner beveges mellom nevnte koordinater, ved derved å følge nevnte ønskede

sveisevei,

kjennetegnet ved at trinnet å bevege sveisehodeenheten til den initielle posisjonen utføres av en operatør, og ved det trinn å etter å ha beveget nevnte sveisehodeenhet til nevnte initielle posisjon, nullstille nevnte posisjonsbestemmende anordninger ved nevnte initielle posisjon.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører videre et reguleringsapparat anordnet for eksekvering av et program for automatisk sveisehode-innretting og -styring for å kontrollere en posisjon for en sveisebrenner, omfattende: midler for å lagre koordinater til en ønsket sveisevei etablert ved manuelt å bevege nevnte sveisebrenner til posisjoner langs den ønskede sveiseveien samsvarende med nevnte koordinater, og

midler for å interpolere mellom nevnte lagrede koordinater for å fullføre nevnte ønskede sveisevei, hvori nevnte midler for å lagre koordinater til den ønskede sveiseveien omfatter

midler for,

a) å nullstille posisjonsbestemmende anordninger ved bevegelse av sveisehodet eller sveisebrenneren under kontroll av en operatør til en initiell posisjon valgt av opera-tøren, b) å registrere verdier til nevnte posisjonsbestemmende anordninger etter at nevnte sveisehode eller sveisebrenner har manuelt blitt beveget til en andre posisjon, og c) å repetere trinnet b for tredje og etterfølgende posisjoner inntil koordinater for en ønsket sveisevei har blitt etablert.

Ytterligere utførelsesformer av systemet, fremgangsmåten og reguleringsapparatet i henhold til oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Spesielt inkluderer systemet ifølge oppfinnelsen en første sveisehodeenhetsdriver anordnet for å bevege sveisehodeenheten i en bevegelsesretning langs en fast vei, og en andre styredriver, som kan inkludere en eller flere styremotorer, for å styre sveisehodet eller en sveisebrenner relativt til den fastsatte veien, for å styre sveisehodet eller sveisebrenneren langs en ønsket sveisevei relativt til den fastsatte veien som respons på kontrollsignaler fra en kontrollinnretning som har blitt forhåndsprogrammert med den ønskede sveiseveien. Sveisehodeenhetsdriveren kan være en vanlig drivmotor anordnet for å bevege sveisehodeenheten langs en bane, eller den kan være i form av en robotarmanordning, en svingarm, eller enhver annen styremekanisme for å bevege sveisehodeenheten langs den fastsatte veien. Styredriveren kan på den andre siden være en tverrsøm-drivmotor slik som tverrsøm-drivmotoren som vanligvis anvendes for å bevirke tverrsøm-oscillering av sveisebrenneren.

I henhold til prinsippene til fremgangsmåten til en foretrukket utforming av oppfinnelsen, utføres programmering av den ønskede sveiseveien ved å etablere et nullpunkt og å bevege sveisehodet langs den første forhåndsbestemte veien samtidig som styremotoren eller -motorene kontrolleres manuelt for å bevege sveisehodet til ønskede posisjoner langs den faktiske sveiseveien, og registrere koordinatene til de ønskede posisjonene ved å lagre verdiene til posisjonskodere når sveisehodet er ved de ønskede posisjonene, idet veien fullføres ved interpolering mellom tilstøtende koordinater.

Interpolering av veien kan reduseres i mange tilfeller, slik som i tilfellet med en orbital rør-rundsveis, til en enkel stigningskalkulasjon for en enkel akseforskyvningsfunksjon utført av en enkelt styremotor, slik som tverrsøm-drivmotoren vanligvis anordnet i halvautomatiske orbitale sveiseapparater. Stigningskurven kan kalkuleres i form av bevegelsesgrader for buen mellom punkter for et gradsbasert sveisehode, eller i form av bevegelsesdistanse langs en fastsatt vei for et bevegelseshastighets- og tidsbasert sveisehode. Antallet for-skyvningsinkrementer mellom forhåndssatte punkter kan deretter kalkuleres til et inkre-ment så lite som tverrsøm-drivsystemet har mulighet til, eller satt til et fastsatt antall.

For det konkrete eksemplet med en halvautomatisk sveiseanordning med en bevegelsesmotor og en tverrsøm-drivsystem, kan etableringen av nullpunktkoordinaten utføres ved at operatøren først posisjonerer sveisehodet på et ønsket startsted ved manuelt å frigjøre en bevegelseskobling og skyve/trekke sveisehodet til det ønskede bevegeIsesste-det og gjenkoble den samme koblingen, og/eller ved å trykke på bevegelses/styreskyveknappene hvis de er tilgjengelige inntil sveisehodet er anbrakt på det ønskede startstedet. Wolframtuppen for GTAW eller fyllstofftråden for GMAW, GMAW-P, FCAW, eller FCAW-P kan bringes i nærhet til arbeidsstykket og/eller midlertidig i kontakt med arbeidsstykket for å gjøre visuell innretting lettere. Alternativt kan en form for måle-anordning slik som et kamera inkluderende en linse inndelt med tverrhår eller et innret-tingsgitter, anvendes for videre å sikre korrekt innretting av sveisehodet med det ønskede startstedet. Kameraer vil være spesielt anvendbare for fjernstyrt innretting, spesielt i visu-elt begrensede eller biologisk farlige områder, hvor kameraene kan monteres enten på sveisehodet eller lokalt.

Når sveisehodet er anbrakt på det ønskede startstedet trykker operatøren ned en knapp på fjernpendanten eller kontrollstasjonen normalt anvendt under utførelse av et program for enten i test- eller sveise-modusen å kontrollere slike funksjoner som tverrsøms-oscillasjonsamplitude, for derved å nullstille kodertellere for hver akse (styring og bevegelse) for derved å etablere det fastsatte startstedet. Operatøren anvender deretter skyveknappene for å bevege sveisehodet til et neste sted og trykker på knappen som ble anvendt for å nullstille kodertellerene for å etablere det neste stedet som en koordinat ved å registrere koderverdiene for det neste stedet, og fortsetter å bevege sveisehodet for å etablere nye koordinater inntil tilstrekkelige koordinater har blitt etablert for å følge den ønskede veien. Ekstra koordinater kan etableres, eller koordinater kan fjernes, etter at en vei har blitt testet på en lignende måte som den beskrevet ovenfor.

Når koordinatene til veien har blitt etablert, er en start- eller gjennopptagelsessekvens initiert, og en programlinje utføres som initierer bevegelse, systemet vil interpolere styring mellom tilstøtende koordinater for å sørge for en jevn rute eller kurs som sveisehodet kan følge. Styringen justeres i fine trinn i henhold til styrepunktene som kontinuerlig interpoleres mellom enhver av to tilstøtende koordinater. Denne styreprosessen vil skje så lenge en vei eksisterer, noe som tillater dens anvendelse for flere runder.

I en spesielt foretrukket utforming av oppfinnelsen tillater systemet at overstyringer bevir-kes fra den fjernstyrte pendanten, styreoverstyringen får hele veien til å beveges (forflyt-tes) i retningen til overstyringen i forhåndsdefinerte inkrementer, mens den reviderte veien lagres umiddelbart ved utførelse av en overstyring og opprettholdes ved deenergisering av systemet.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 er en skjematisk illustrasjon av et halvautomatisk sveisesystem modifisert for å inkludere en automatisk innrettings- og styrefunksjon i henhold til prinsippene i en foretrukket utforming av oppfinnelsen. Figur 2 er et flytskjema som illustrerer programmeringsmodusen for en automatisk innretting- og styrefremgangsmåte i henhold til prinsippene til den foretrukne utformingen av oppfinnelsen, inkluderende eksempler på representasjon av bildene samhørende med hvert av de illustrerte fremgangsmåtetrinnene. Figur 3 er et flytskjema som illustrerer en valgfri veivarieringsfunksjon som kan legges til ba-sisfremgangsmåten for å bestemme en vei i henhold til prinsippene til en ytterligere foretrukket utforming av oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse av de foretrukne utformingene

Som illustrert i figur 1 inkluderer systemet i henhold til oppfinnelsen en sveisehodeenhet 1 som beveges av en drivmotor 2 i en bevegelsesretning indikert ved pilen A langs en første fastsatt vei definert av en bane 3. Banen 3 får sveisehodeenheten 1 til å generelt følge en søm 80 som strekker seg rundt et arbeidsstykke 81. Selv om den er illustrert som en orbital rør-rundsømanordning av typen hvor sveisehodet er drevet langs en bane av en motor, vil det forstås av fagmenn at prinsippene til oppfinnelsen også kan anvendes for en plansveisean-ordning, hvor sveisehodet styres langs en første fastsatt vei av robotarmer, en svingarm, eller andre styremekanismer for å bevege sveisehodet langs den fastsatte veien. Den fastsatte veien kan være sirkulær, lineær eller av enhver annen form.

Som illustrert i figur 1 inkluderer sveisehodeenheten 1 en styremotor 4 for å bevege en sveisebrenner 5 inne i sveisehodeenheten 1 i en retning indikert ved pilen B som er vinkelrett på en tangent til bevegelsesveien definert av banen 3 og indikert ved pilen A. Styremotoren 4 kan være retrotilpasset på en sveisehodeenhet som ikke ellers inkluderer en egnet styremotor, eller, som eksempel, kan være en eksisterende motor eller tverrsømdriver av den vanlige typen inkludert i rørrundsømsystemer for å sørge for oscillering rundt senterlinjen til sveiseveien. I tillegg kan sveisebrenneren eller sveisehodet være montert på en tverrglidende mekanisme for å bidra til styringen av hodet relativt til banen. Uavhengig av typen styremotor, siden banen ikke er nødvendig forfinposisjonering av sveisehodet eller sveisebrenneren, kan banen være grovt innrettet og mekanisk festet til overflaten ved anvendelse av avstandsben, mutter/bolter og/eller festesveiser i generell nærhet til sveiseveien. Finposisjonering av sveisehodet relativt til sveiseveien oppnås ved å anbringe et referansepunkt og forhåndsprogrammere koordinatene langs sveiseveien og deretter anvende en kurvetilpassings- eller interpoleringsformel for å jevne ut veien mellom de fastsatte koordinatene.

Systemet og fremgangsmåten i den foretrukne utformingen av oppfinnelsen kan vanligvis anvendes på enhver sveiseanordning med mulighet for å omfatte en styremotor, med eller uten oscillering av sveisehodet, og en posisjonsbasert driver. Eksempler på anordninger hvor prinsippene til oppfinnelsen kan anvendes inkluderer gasswolframbuesveising (GTAW), gassme-tallbuesveising (GMAW), pulsgassmetallbuesveising (GMAW-P), flussmiddelkjeme-buesveising (FCAW), og pulsflussmiddelkjerne-buesveising (FCAW-P), selv om fagmenn vil forstå at prinsippene til oppfinnelsen også potensielt kan anvendes i andre typer sveisepro-sesser, slik som plasmabuesveising, neddykket buesveising, lasersveising osv.

I eksemplet i figur 1 gir en motorkontrollinnretning 6 kontrollsignaler til motoren 2 for å kontrollere posisjonen til sveisehodeenheten relativt til banen 3, som i tilfellet for en orbital sveiser vanligvis er målt i grader. Motorkontrollinnretningen 6 gir også styresignaler til styremotoren for å kontrollere posisjonen til sveisebrenneren relativt til en grunnlinje definert av banen 3. Hvis styremotoren 4 er en tverrsøm-drivmotor av typen anvendt for å gi oscillering under sveising, kan styrekontrollsignalet være overlagret på et oscilleringssignal under sveising. I tillegg kan motorkontrollinnretningen 6 gi kontrollsignaler til en tredje motor 7 som beveger sveisebrenneren i en retning indikert med pilen C relativt til arbeidsstykket.

Kodere 8 og 9 er festet til sveisehodeenheten for å henholdsvis registrere bevegelsen til sveisehodeenheten 1 i bevegelsesretningen og for å registrere bevegelsen av sveise brenneren 5 relativt til sveisehodeenheten i styreretningen, og tellere, registre, og eller minner 10 for lagring av de nåværende posisjonene avlest av koderne ved å trykke inn en korrekt knapp 11 på en pendant eller fjerngrensesnitt 12 som tillater operatørkontroll av bevegelsesmekanismen og styremotoren. Fagmenn vil forstå at koderne kan erstattes av synkrotransformatorer, omformere, potensiometre, eller enhver type forflytningsomformer sammen med passende grensesnittelektronikk.

Operatørgrensesnittet for systemet ifølge oppfinnelsen inkluderer i tillegg til knappen 11

for å registrere nåværende koderposisjon, skyveknapper 13 for å få bevegelsesmotoren 2 til å bevege sveisehodet i retning A langs banen 3 og skyveknapper 14 for å få styremotoren 4 til å bevege sveisebrenneren 5 i retning B relativt til den fastsatte veien. Selv om det ikke er vist kan knapper også være anordnet for manuelt å variere avstanden mellom

sveisehodet og et arbeidsstykke. I tillegg inkluderer operatørgrensesnittet en knapp 15 for å slette et forhåndslagret indekssted og et display 16 som kan vise indekssteder. Displayet 16 viser fortrinnsvis nåværende funksjon eller modus, slik som indeksing eller sveising, posisjonen til sveisehodet, nåværende bevegelsesretning med en pil. og indeksene som sveisen anbringes mellom.

Operatørgrensesnittet kan være det samme som operatørgrensesnittet kjent som en pendant eller kontrollstasjon, anvendt i en vanlig halvautomatisk sveiseanordning. Under sveising har knappene på pendanten de vanlige funksjonene, men når systemet ifølge oppfinnelsen er i programmeringsmodus, når koordinatene til sveiseveien fastsettes, er knappene anvendt i sveiseoperasjoner omfordelt for å utføre de ovennevnte funksjoner. F.eks. kan knappene som øker og senker oscilleringen på den vanlige halvautomatiske sveisehodependanten, som anvendes under sveising, men ikke anvendes under programmeringsmodusen, virke som opptaks- og sletteknappene 11 og 15. Alternativt kan et separat programmeringsgrensesnitt være anordnet for å gjøre programmering av sveiseveien lettere.

Det vil forstås av fagmenn at selv om det illustrerte systemet inkluderer en enkelt styremotor 4, er ikke oppfinnelsen begrenset til anordningen med en sveisevei begrenset til to frihetsgrader, men kan isteden utvides til tredimensjonale sveiseveier som krever to eller flere motorer, hvor en koder eller forflytningsomformer vil være anordnet for hver av fri-hetsgradene for bevegelse av sveiseenheten og sveisebrenneren. Dessuten vil det forstås at styremotoren kan anordnes for å bevege hele sveisehodeenheten i stedet for kun svei sebrenneren relativt til sveisehodet, og at sveisehodet eller sveisebrenneren kan styres ved glidearmer eller stenger, taljer eller enhver annen egnet styremekanisme.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har en programmeringsmodus, illustrert i figur 2, hvor koordinatene til en vei etableres, en testmodus, illustrert i figur 3, hvor veien etablert under programmeringsmodusen testes og varieres hvis det er nødvendig, og en sveisemodus (ikke vist) hvor veien etablert under programmeringsmodusen anvendes for å styre et sveisehode under virkelig sveising. I hovedprogrammeringssekvensen til programmeringsmodusen, som illustrert i figur 2, anbringes sveisehodet eller sveisebrenneren først på et ønsket startsted (trinn 100), enten manuelt eller ved anvendelse av skyveknapper, 13, 14 på pendanten. Kodertellerne nullstilles deretter (trinn 110), f.eks. ved å trykke på opptaksknappen 11 når ingen indekssted tidligere har blitt fastsatt. Sveisehodet eller sveisebrenneren beveges deretter ved anvendelse av skyveknappene 13, 14 til det neste stedet som skal registreres (trinn 120), og det nåværende stedet til sveisehodet eller sveisebrenneren som indikert ved koderne 8, 9 lagres (trinn 130), og prosessen gjen-tas (trinnene 140, 150) inntil koordinatene til en testvei har blitt etablert. Testveiprogram-met startes deretter for automatisk å bevege sveisehodet eller sveisebrenneren langs en vei definert av de valgte koordinatene, mens regulatoren interpolerer en jevn vei mellom koordinatene, hvoretter veien kan varieres ved å legge til eller slette koordinater som nød-vendig inntil den programmerte veien samsvarer med en ønsket vei.

Skjermen 16 gjør det lettere å sette eller programmere sveiseveien, som også indikert i figur 2, ved å fremvise den nåværende posisjonen til sveisehodet og de tilstøtende koordinatene. Hver gang et sted er registrert, registreres kodertellingen relativt til det fastsatte startstedet for alle aksene og resultatene fremvises på skjermen 16. Under bevegelse av sveisehodet mellom indekser, indeksene som sveisehodet er anbrakt mellom, indikerer en pil bevegelsesretningen, og posisjonen til sveisehodet fremvises. F.eks. sammen med tilsvarende fremgangsmåtetrinn, viser skjermen avbildet i figur 2 bevegeisen av sveisehodet fra den initielle nullgraderposisjonen satt i trinn 110 til 50°, og setter 50° -posisjonen som en indeks, og etterfølgende bevegelse til en 83° -posisjon og setter den neste indek-sen ved 83°. For å fjerne en indeks, er det bare nødvendig å bevege hodet til en indeks som skal fjernes, eller å anvende skjermkontrollene for å gjenfinne en tidligere indeks, og trykke på slettknappen 15.1 tilfellet av en orbital sveiseanordning, vil displayet tilbakestil-les til null når 360° er nådd, selv om i visse situasjoner bevegelse kan være uttrykt i grader over 360° eller i lineære dimensjoner.

Det vil selvfølgelig forstås av fagpersoner at utvalgte operatørutførte trinn kan beskyttes av en "sviktsikker" funksjon. F.eks., i stedet for enkelt å slette koordinater etter at operatø-ren har trykket på slettknappen 15, kan operatøren med en gang etter initielt å ha trykket på slettknappen, bekrefte slettingen ved å trykke på slettknappen en andre gang, eller ved å trykke på en annen knapp. I tillegg kan en "slett alt"-funksjon valgfritt være inkludert slik at, når operatøren trykker inn slettknappen for en spesifikk tidsperiode, operatøren med en gang vil måtte bekrefte slettingen av alle koordinater ved igjen å trykke på slettknappen eller en annen knapp for bekreftelse.

Som illustrert i figur 3, med en gang en testvei har blitt forhåndsprogrammert, kan veien varieres under en test og/eller sveisemodus ved initiering av en automatisk styresekvens (trinn 170) og anvende de manuelle skyvknappene 14 for å variere veien (trinn 180), hvorved den nye veien lagres for å huskes selv etter at systemet har blitt deenergisert (trinn 190). Den forandrede testveien blir deretter sveiseveien når en sveisesekvens initie-res.

Måten interpoleringen mellom de registrerte koordinatene utføres på avhenger av typen sveisevei som prinsippene for oppfinnelsen anvendes for. Sveiseveier hvor prinsippene til oppfinnelsen kan anvendes inkluderer sveiseveier med vinkler, buer, fordypninger, og/ eller fremspring på kantene til skråkanten som skal sammenskjøtes eller på overflatene som skal bygges opp (sveises), inkluderende omkringliggende rørsveiser som kan eller ikke kan være dannet av en enkelt hypotetisk plan; rundtgående gjæringsfuger, med andre ord elliptiske rørsveiser; rundtgående fleraksesveiser, slik som sadel eller fiske-munnformede sveiser; rundtgående platesveiser som kan eller ikke kan være dannet i en hel sirkel, inkluderende sveiser med en polygonal form hvor polygonet kan eller ikke kan være dannet med avrundede vinkler eller buer; og en langstrakt platesveis som ikke er lineær, og som inkluderer enten vinkler eller buer eller begge deler; og en overlagrings-sveis (oppbyggingssveis) som ikke nødvendigvis er samhørende med to rør/ plater eller andre materialstykker som skal skjøtes.

I tilfellet av en rørrundsveis, kan veien reduseres i de fleste tilfeller til en enkel helnings-kalkulasjon for en enkel akseforflytningsfunksjon, kalkulert som buegrader mellom punkter i et gradbasert sveisehode eller som et bevegelseshastighets- og tidsbasert sveisehode. I det tilfellet blir den enkle helningskalkulasjonen på formen:

På den andre siden vil fagpersoner forstå at selv i det enkle rørrundsveiseksemplet kan mange andre fremgangsmåter anvendes for å kalkulere en jevn vei for sveisebrenneren,

inkluderende, men ikke begrenset til, kubisk splineinterpolering, som vil være basert på tre punkter for å danne en jevn vei gjennom hvert settpunkt, todimensjonale helningskalkula-sjoner for rundsveising med betydelige forandringer i det radiale planet i tillegg til det aksi-ale planet, og sirkulær interpolering for endetettesveiser.

Fortrinnsvis interpolerer motorregulatoren 6 styringen mellom tilstøtende indekser, med andre ord stedene umiddelbart foran og bak det foreliggende bevegelsesstedet. F.eks. i tilfellet for en sveiseanordning hvor bevegelsen måles i grader, når indeksene har blitt satt til 0°, 18°C, og 37° er styringen interpolert for bevegelsesstedene mellom 0° og 18°, ved anvendelse av de registrerte dataene målt for 0° og 18° som sluttpunkter for interpoleringen. Etter at bevegelsen når 18°, interpoleres styringen for bevegelsesstedene mellom 18° og 37°, ved anvendelse av de indekserte data målt for 18° og 37° som sluttpunktene for interpoleringen.

Når veien er etablert, bringes sveisehodet til å følge veien idet bevegelse oppstår. I stedet for å beveges i en rett linje eller orbitere i et plan, bevirker kontrollsoftwaren at sveisehodet automatisk styres ved å tilpasse seg veien under bevegelsen. Fortrinnsvis, i både test-og sveisemodusene, reguleres styring i fine trinn i henhold til styrepunkter kontinuerlig interpolert mellom ethvert av to indekserte steder (ekstra indekser kan være nødvendig for mer komplekse interpoleringer), i stedet for i store inkrementer som oppstår når det neste indekserte stedet nås. Under utførelse av et program enten i testmodusen eller i sveise-modusen, kan den samme veien anvendes for alle gjennomløp. Alternativt kan veien for-flyttes, forandres, eller en ny vei kan etableres.

Ved dermed å ha beskrevet en foretrukket utforming av oppfinnelsen tilstrekkelig detaljert for å muliggjøre at fagpersoner kan fremstille og anvende oppfinnelsen, vil det uansett forstås at flere variasjoner og modifikasjoner av den illustrerte utformingen kan utføres uten å avvike fra ideen ved oppfinnelsen, og det er ment at oppfinnelsen ikke begrenses av beskrivelsen ovenfor eller de vedføyde figurene, men at den defineres kun i henhold til de vedføyde patentkravene.

Claims (21)

1. System for automatisk sveisehodeinnretting og -styring, omfattende: en bevegelsesmekanisme (2, 3) anordnet for å bevege en sveisehodeenhet (1) langs en fastsatt vei generelt parallelt med en søm som skal sveises, en styremekanisme (4) for å bevege sveisehodet (1) eller en sveisebrenner (5) i sveisehodet (1) relativt til den fastsatte veien for å følge en ønsket sveisevei, posisjonsbestemmende anordninger (8, 9) for å etablere en nåværende posisjon for bevegelses- og styremekanismene (2, 3), en registreringsanordning (10) for å registrere indeksposisjoner for bevegelses- og styremekanismene relativt til en nullreferanse, en regulator (6) anordnet for å bevege nevnte sveisehode (1) eller sveisebrenner (5) langs den ønskede sveiseveien etablert delvis ved å registrere nevnte indeksposisjoner til hvilke sveisehodet (1) eller sveisebrenneren (5) tidligere har blitt beveget av en ope-ratør, karakterisert vedat nevnte posisjonsbestemmende anordninger (8, 9) er konfigurert for å etablere nevnte nåværende posisjon for bevegelses- og styremekanismene (2, 3) relativt til nevnte nullreferanse, idet nevnte posisjonsbestemmende anordninger er konfigurert for å bli nullstilt ved en første posisjon når nevnte bevegelses- og styremekanismer beveges til nevnte første posisjon av operatøren.

2. System som angitt i krav 1, hvori nevnte regulator (6) er anordnet for å bevege nevnte sveisehode eller sveisebrenner mellom nevnte indeksposisjoner ved å interpolere veier mellom tilstøtende nevnte indeksposisjoner etter initiering av et automatisk styreprogram.

3. System som angitt i krav 1, hvori nevnte regulator (6) er anordnet for å bevege nevnte sveisehode eller sveisebrenner mellom nevnte indeksposisjoner ved å interpolere veier mellom flere av nevnte indeksposisjoner etter initiering av et automatisk styreprogram.

4. System som angitt i krav 1, hvori nevnte bevegelsesmekanisme (2, 3) omfatter en bane (3) og en bevegelsesmotor (2) for å bevege sveisehodeenheten langs nevnte bane, og hvori nevnte styremekanisme omfatter en tverrsøm-drivmotoranordning for å bevege nevnte sveisebrenner relativt til sveisehodeenheten.

5. System som angitt i krav 4, hvori nevnte sveisehodeenhet er en komponent i et halvautomatisk orbitalt rørrundsømsystem.

6. System som angitt i krav 4, hvori nevnte tverrsøm-drivmotor er en oscillasjons-drivmotor.

7. System som angitt i krav 1, hvori nevnte styremekanisme inkluderer i det minste en styremotor (4).

8. System som angitt i krav 7, hvori nevnte i det minste en styremotor er en tverrsøm-drivmotor.

9. System som angitt i krav 1, omfattende ytterligere et operatørgrensesnitt (12) inkluderende skyveknapper (13, 14) for å muliggjøre at en operatør kan bevege nevnte sveisehode eller sveisebrenner mellom posisjoner som skal indekseres, og en registreringsknapp (11) for å få den nåværende posisjonen til sveisehodet eller sveisebrenneren til å bli registrert som en indeksposisjon.

10. System som angitt i krav 9, der nevnte skyveknapper (13, 14) og registreringsknapp (11) har forskjellige funksjoner under sveising i forhold til under etablering av den ønskede sveiseveien.

11. System som angitt i krav 1, videre omfattende: et operatørgrensesnitt (12) inkluderende skyveknapper (13, 14) for å muliggjøre at en operatør kan bevege nevnte sveisehode eller sveisebrenner mellom posisjoner som skal registreres, og en registreringsknapp (11) for å få den nåværende posisjonen til sveisehodet eller sveisebrenneren til å registreres som en indeksposisjon, hvori regulatoren (6) ytterligere er anordnet for å tillate den forhåndsbestemte veien til manuelt å varieres idet sveisehodet eller sveisebrenneren automatisk beveges langs veien, den varierte forhåndsbestemte veien er deretter lagret som en ny forhåndsbestemt vei.

12. Fremgangsmåte for å etablere en forhåndsbestemt sveisevei med hensyn til hvilken et sveisehode (1) eller sveisebrenner (5) automatisk styres under sveising, idet nevnte sveisehode eller sveisebrenner blir posisjonert ved hjelp av en bevegelsesmekanisme (2,3) og en styremekanisme (4) inkluderende i det minste en styremotor, idet nevnte bevegelsesmekanisme (2, 3) og styremekanisme (4) inkluderer respektive posisjonsbestemmende anordninger (8, 9) for å indikere en nåværende posisjon til nevnte bevegelses- og styremekanismer, omfattende trinnene: a) bevege en sveisehodeenhet til en initiell posisjon (100), b) manuelt bevege nevnte sveisehodeenhet (1) til en andre posisjon (120), c) registrere verdier til nevnte posisjonsbestemmende anordninger ved nevnte andre posisjon relativt til nevnte initielle posisjon (130), d) repetere trinnene b og c for tredje og etterfølgende posisjoner inntil koordinater for en ønsket sveisevei har blitt etablert (140, 150), e) initiering av et automatisk styreprogram i hvilket nevnte sveisehode eller sveisebrenner beveges mellom nevnte koordinater, ved derved å følge nevnte ønskede sveisevei (170), karakterisert vedat trinnet å bevege sveisehodeenheten til den initielle posisjonen (100) utføres av en operatør, og ved det trinn å etter å ha beveget nevnte sveisehodeenhet til nevnte initielle posisjon, nullstille nevnte posisjonsbestemmende anordninger ved nevnte initielle posisjon (110).

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, hvori trinn e omfatter trinnet å interpolere veier mellom etterfølgende nevnte koordinater for å fullføre etablering av nevnte ønskede sveisevei etter initiering av det automatiske styreprogrammet.

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, hvori trinn e omfatter trinnet å interpolere veier mellom flere av nevnte koordinater for å fullføre etablering av nevnte ønskede sveisevei etter initiering av det automatiske styreprogrammet.

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, ytterligere omfattende trinnene av å manuelt variere nevnte vei (180) ved å kontrollere nevnte styremotor for å få nevnte sveisehode eller sveisebrenner til å avvike fra nevnte ønskede sveisevei etter initiering av det automatiske styreprogrammet (170), og registrering av den varierte veien (190) for å etablere en ny sveisevei.

16. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, hvori trinnene b-d utføres ved å trykke på respektive skyv- og registreringsknapper på et operatørgrensesnitt til et halvautomatisk " sveiseapparat.

17. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, omfatter ytterligere trinnet av å slette for-håndsvalgts koordinater ved å trykke på en knapp på nevnte operatørgrensesnitt.

18. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, hvor nevnte automatiske styreprogram kont-rollerer en posisjon til en sveisebrenner relativt til en søm under sveising, omfattende trinnene av å: f) bevege en sveisehodeenhet inkluderende sveisebrenneren langs en forhåndsbestemt fastsatt sveisevei bestemt i trinn a-e, g) kontrollere en styremotor for å bevege en sveisebrenner relativt til sveisehodeenheten relativt til den forhåndsbestemte sveiseveien langs en tverrsømsveisevei som er dels definert ved flere forhåndsbestemte koordinater, h) fullføre nevnte tverrsømsveisevei ved å interpolere en vei mellom tilstøtende nevnte forhåndsbestemte koordinater.

19. Et reguleringsapparat anordnet for eksekvering av et program for automatisk sveisehode-innretting og -styring for å kontrollere en posisjon for en sveisebrenner, omfattende: midler (10, 11, 12) for å lagre koordinater til en ønsket sveisevei etablert ved manuelt å bevege nevnte sveisebrenner til posisjoner langs den ønskede sveiseveien samsvarende med nevnte koordinater, og midler (6) for å interpolere mellom nevnte lagrede koordinater for å fullføre nevnte ønskede sveisevei, hvori nevnte midler for å lagre koordinater til den ønskede sveiseveien omfatter midler (10, 11, 12) for, a) å nullstille posisjonsbestemmende anordninger ved bevegelse av sveisehodet eller sveisebrenneren under kontroll av en operatør til en initiell posisjon valgt av opera-tøren, b) å registrere verdier til nevnte posisjonsbestemmende anordninger etter at nevnte sveisehode eller sveisebrenner har manuelt blitt beveget til en andre posisjon, og c) å repetere trinnet b for tredje og etterfølgende posisjoner inntil koordinater for en ønsket sveisevei har blitt etablert.

20. Reguleringsapparat i henhold til krav 19, videre omfattende midler (13, 14) for manuelt å variere nevnte vei ved å kontrollere nevnte styremotor til å få nevnte sveisehode eller sveisebrenner til å avvike fra nevnte sveisevei etterfølgende initialisering av det automatiske styreprogrammet, og registrere den av-vikende veien for å etablere en ny sveisevei.

21. Reguleringsapparat i følge krav 19, hvori nevnte software er implementert ved å anvende et operatørgrensesnitt (12) til et halvautomatisk sveiseapparat for å programmere en regulator til en tverrsøm-drivmotor til det halvautomatiske sveiseapparatet.