SE533066C2 - Anordning och förfarande för automatisk flersträngssvetsning - Google Patents

Description

1D 15 20 25 30 533 OES 2 och sidor. Elektrodmatningshastigheten, svetshastigheten samt elektrodens position och antal strängar anpassas automatiskt så att slutresultatet blir det önskade även om det finns avvikelseri foggeometrin eller fogvolymen. Förfarandet erfordrar att fogens geometri bestäms inför varje ny svetssträng. När svetsfogen håller pä att bli fylld blir det emellertid allt svårare att bestämma fogens kanter.

Det amerikanska patentet US 5,302,799 beskriver ett svetsanalyssystem och ett styrsystem som är avsett för automatiska svetsanordningar.

Styrsystemet använder ett optiskt stereovägledningssystem som beskrivs i det amerikanska patentet US 5,111 ,126. Stereovägledningssystemet innefattar speglar som tillgodoser att två separata bilder kommer till kameran.

Det amerikanska patentet 5,572,102 beskriver ett förfarande och en anordning för styrning av svetsrobotar och bygger pä registrerar en referensbild av en svets på ett referensarbetsstycke. Referensbilden används vid svetsning av ett annat arbetsstycke genom att bilden av det andra arbetsstycket jämförs med referensbilden. Svetsningen styrs sedan med utgångspunkt från jämförelsen. Med förfarandet undviks korrigeringar i realtid av svetsvägen.

Sammanfattninqav uppfinningen Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett förfarande och en anordning som möjliggör robust fogföljning.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett förfarande och en anordning som möjliggör fogföljning även när svetsfogen håller på att fyllas. Åtminstone ett av nämnda ändamål uppfylls med en anordning och ett förfarande enligt de oberoende patentkraven.

Ytterligare fördelar med uppfinningen erhålles med särdragen i de beroende patentkraven.

En grundtanke med föreliggande uppfinning är att kombinera fogföljning medelst triangulering med fogföljning baserat på stereobilder. 10 15 20 25 30 533 G88 f» J Triangulering är en snabbare metod och används med fördel så länge det är möjligt att detektera fogen med den tekniken.

Enligt en första aspekt av föreliggande uppfinning tillhandahållas en svetsanord ning för automatisk flersträngssvetsning av en av två fogytor bildad fog som sträcker sig längs en foglinje och som innefattar en första kant på ena sidan foglinjen och en andra kant på andra sidan foglinjen, vilka kanter definierar fogens utsträckning tvärs foglinjen. Svetsanord- ningen innefattar ett svetshuvud för anbringande av svetssträngar i fogen, ett linjebelysnlngsorgan som är anordnat att belysa fogen genom att svepa en ljusstråle tvärs foglinjen, åtminstone en kamera anordnad för registrering av en linjebilder av fogen när den belyses med den svepta ljusstràlen, och behandlingsorgan för bestämning av åtminstone läget för fogens kanter medelst triangulering utgående från den registrerade linjebilden. Svetsanordningen kännetecknas av att den innefattar ett stereobildorgan anordnat att registrera fotometriska stereobilder av fogen väsentligen samtidigt med registreringen av linjebilderna, varvid svets- anordnlngen är anordnad att under svetsning av en svetsfog med ett flertal svetssträngar styra svetshuvudet i beroende av både stereobilder och linjebilder.

Bestämning av läget för en fogs kanter genom triangulering är en välkänd metod inom svetsning och kommer inte att beskrivas närmare här.

Emellertid är det svårt att använda sig av triangulering för att hitta en svetsfogs kanter när fogen nästan är fylld med svetssträngar. Genom registrering av fotometriska stereobilder kan man säkrare bestämma svetsfogens kanter när svetsfogen nästan är fylld. Emellertid är triangulering en snabbare metod varför man vill använda den så länge y som det är möjligt. Med fotometriska stereobilder avses bilder som har olika information om samma område. Olika information kan exempelvis erhållas genom att ta bilder av samma område ur olika vinklar. l enlighet med uppfinningen är det möjligt att använda mer än två olika bilderi en stereobild.

Svetshuvudet styrs så att svetssträngen hamnar rätt i svetsfogen. För att detta skall kunna åstadkommas är det nödvändigt att veta svetshuvudets position i förhållande till kameran. 10 15 20 25 30 533 OES 4 Stereobildorganet kan innefatta ett första belysningsorgan och ett andra belysningsorgan, varvid det första belysningsorganet är anordnat att belysa fogen från den ena sidan av foglinjen och det andra belysninge- organet är anordnat att belysa fogen från den andra sidan av foglinjen, och varvid svetsanordningen är anordnad att med nämnda åtminstone en kamera registrera en första stereobiid när fogen belyst med det första belysningsorganet och en andra bild när fogen är belyst med det andra belysningsorganet. Stereobildema sätts samman till en fotometrisk ste- reobiid som används för att bestämma lägena för fogens kanter. Det är möjligt att använda mer än två ljuskällor och/eller mer än två stereobilder.

Det är exempelvis möjligt att ta en bild utan att något av belysnings- organen är tänt.

Det första och andra belysningsorganet är med fördel anordnade så att de väsentligen lyser längs varsin belysningsriktning, varvid vinkeln mellan belysningsriktningarna för det första och det andra belysningsorganet är större än 90°. Ett sådant anordnande av belysningsriktningarna ger en god kontrast i en sammansatt bild, vilket medför att läget för kanterna kan bestämmas med stor säkerhet.

Kameran som är anordnad att registrera stereobilder kan även vara anordnad för registrering av linjebilder. Genom att ha endast en kamera underlättas anordnandet av kameran i förhållande till svetshuvudet.

Dessutom blir kostnaden för svetsanordningen lägre med endast en kamera jämfört med om den skulle ha två kameror eller fler. svetsanordningen innefattar med fördel positionsbestämningsorgan för bestämning av positionerna för registrering av stereobilderna och linjebildema, varvid stereobilderna lagras i behandlingsorganet tillsammans med positionen för deras registrering. Pâ det här sättet kan man vid bestämning av kantemas läge inför anbringande av en svetssträng använda sig av de bilder som registrerades vid anbringandet av den föregående svetssträngen.

Behandlingsorganet kan vara anordnat att vid registrering av en stereobiid i en position där en stereobiid tidigare har registrerats korretera den registrerade stereobilden med den tidigare lagrade stereobilden för positionen för att erhålla ett förskjutningsvärde som beskriver hur mycket 10 20 25 30 533 ÜEE 5 fogen har flyttats tvärs foglinjen i förhållande till den tidigare iagrade stereobilden. Förskjutningsvärdet kan användas för att styra svetshuvudet_ Behandlingsorganet kan vara anordnat att vid registrering av en linjebild i en position, i vilken en linjebild har registrerats tidigare, ersätta de tidigare lagrade lägena för fogens kanter med lägen som bestäms fràn den regi- streracle linjebilden om en sådan bestämning är möjlig och att i annat fall lägga till förskjutningsvärdet till de tidigare lagrade lägena för fogens kanter. Användningen av förskjutningsvärdet på nämnda sätt görs när ett flertal svetssträngar redan har applicerats i svetsfogen och trianguler- ingen inte längre ger någon tillförlitlig information om kanternas lägen.

Behandlingsorganet kan vara anordnat att använda information om var den föregående svetssträngen applicerades vid korrelation av den registrerade stereobilden med den tidigare lagrade stereobilden. Detta kan ge ytterligare säkerhet vid styrning av svetshuvudet så att svetssträngen hamnar pà rätt ställe.

Linjebelysningsorganet kan utformas på många olika sätt, men enligt en föredragen utföringsform innefattar det en laser. lVled fördel är lasern en diodlaser. Med en laser som ljuskälla möjliggörs en väldefinierad stràle på svetsfogen. Diodlasrar är relativt billiga vilket gör att priset för svetsanordningen kan bli lågt.

Nämnda åtminstone en kamera är med fördel försedd med ett interferens- filter som är anordnat för transmission av ljuset från det första belysnings- org-anet och det andra belysningsorganet. Med ett interferensfilter filtreras oönskat ljus bort. Detta medför att den fotometriska stereobilden blir tydligare.

Enligt en andra aspekt av uppfinningen tillhandahàlles ett förfarande för styrning av flersträngssvetsning av en av två fogytor bildad fog som sträcker sig längs en foglinje och som innefattar en första kant pà ena sidan foglinjen och en andra kant på andra sidan foglinjen, vilka kanter definierar fogens utsträckning tvärs foglinjen. Förfarandet innefattar stegen att belysa fogen med en ljusstràle genom att svepa ljusstràlen tvärs foglinjen, att registrera en linjebild av fogen pà ett flertal positioner längs foglinjen när den belyses med den svepta tjusstràlen, och att 10 15 20 25 30 533 055 6 bestämma åtminstone läget för fogens kanter medelst triangulering utgående från den registrerade linjebilden. Förfarandet kännetecknas av att det även innefattar stegen att registrera fotometriska stereobilder av fogen på nämnda flertal positioner längs foglinjen väsentligen samtidigt med registreringen av linjebilderna med den svepta' ljusstrålen, att under svetsning av en svetsfog med ett flertal svetssträngar styra svetshuvudet i beroende av både stereobilder och nämnda data för fogens form.

Med ett förfarande enligt den andra aspekten av uppfinningen erhålles samma fördelar som beskrivits i samband med den första aspekten av föreliggande uppfinning.

Med fördel innefattar förfarandet även stegen att bestämma positionerna för registrering av stereobilderna och linjebilderna, och att lagra stereobilderna och nämnda lägen för fogens kanteri behandlingsorganet tillsammans med positionen för deras registrering. På det här sättet kan man vid bestämning av kanternas läge inför anbringande av en svetssträng använda sig av de bilder som registrerades vid anbringandet av den föregående svetssträngen.

Vid registrering av en stereobild i en position där en stereobild tidigare har registrerats kan den registrerade stereobilden korreleras med den tidigare lagrade stereobilden för positionen för att erhålla ett förskjutningsvärde som beskriver hur mycket fogen har flyttats tvärs foglinjen i förhàilande till den tidigare lagrade stereobilden. Förskjutningsvärdet kan användas för att styra svetshuvudet.

Vid 'registrering av en linjebild i en position, i vilken en linjebild har registrerats tidigare, kan de tidigare lagrade lägena för fogens kanter ersättas med lägen som bestäms från den registrerade linjebilden om en sådan bestämning är möjlig och att i annat fall lägga förskjutningsvärdet till de tidigare lagrade positionerna. Användningen av förskjutningsvärdet på nämnda sätt görs när ett flertal svetssträngar redan har appliceratsi svetsfogen och trianguleringen inte längre ger någon tillförlitlig information om kanternas lägen. information om var den föregående svetssträngen appiicerades kan användas vid korrelation av en registrerad stereobild med en tidigare 10 15 20 25 30 533 GES 7 lagrad stereobild. Detta kan ge ytterligare säkerhet vid styrning av svetshuvudet sä att svetssträngen hamnar på rätt ställe, l det följande kommer föredragna utföringsformer av uppfinningen att beskrivas med hänvisning till de vidhängande ritningarna.

Kort beskrivning av ritningarna F ig 1 visar schematiskt en svetsanordning och två rör under sammansvetsning av rören.

Fig 2 visar i större detalj svetsanordningen och organen för registrering av bilder.

Fig 3 är ett flödesschema som beskriver förfarandet enligt föreliggande uppfinning.

Beskrivning av föredragna utföringsforrner l den följande beskrivningen av föredragna utföringsformer av upp- finningen kommer motsvarande särdrag i de olika figurerna att betecknas med samma hänvisn-ingsbeteckning.

Fig 1 visar schematiskt en svetsanordning 1 för automatisk flersträngs- svetsning av en av två fogytor 23, 24, bildad fog. i Fig 1 visas ett första rör 2 med en symmetriaxel 3, och ett andra rör 4 med en symmetriaxel 5, varvid det första röret 2 har väsentligen samma diameter som det andra röret 4. Rören är upplagda i en vagga 20, med det första rörets 2 första ände 6 intill det andra rörets 4 första ände 7, och med symmetriaxlarna anordnade sà att de väsentligen sammanfaller med varandra. Skarven mellan rören 2, 4, definierar en foglinje 8. Rören 2, 3, kan roteras runt sina symmetriaxlar i vaggan 20. Svetsanordningen 1 innefattar ett svets- huvud 9 för anbringande av svetssträngar i fogen för sammansvetsning av rören, och ett linjebelysningsorgan 10 som är anordnat att belysa fogen genom att svepa en ljusstràle tvärs foglinjen 8. Enligt en utförings- form av uppfinningen innefattar iinjebelysningsorganet en laser såsom exempeivis en diodlaser. Det är givetvis möjligt att använda andra sorters lasrar och andra sorters ljuskällor. Svetsanordningen 1 innefattar även en kamera 16 anordnad för registrering av en bild av fogen när den belyses med den svepta ljusstràlen. En sådan bild kommer i fortsättningen att 10 15 20 25 30 533 GSE- 8 kallas för linjebild. Svetsanordningen innefattar även ett behandlingsorgan i form av en dator 11, för bestämning av läget för fogens kanter medelst triangulering utgående från den registrerade linjebilden. Triangulering är en välkänd metod för bestämning av kanternas lägen i en svetsfog och kommer därför inte att beskrivas i detalj här.

Svetsanordningen 1 innefattar även ett stereobildorgan anordnat att registrera fotometriska stereobilder av fogen väsentligen samtidigt med registreringen av linjebilderna. Stereobildorganet kommer att beskrivas i större detalj nedan i samband med beskrivningen av Fig 2. Svetsanord- ningen 1 innefattar även ett positionsbestämningsorgan för bestämning av positionerna för registrering av stereobilderna och trianguleringsbilden.

Positionsbestämningsorganet kan innefatta en vinkelgivare 19 som är kopplad till vaggan 20 för mätning av rörens 2, 4, rotation. Stereobilderna lagras i datorn' tillsammans med positionen för deras registrering som har registrerats med vinkelgivaren 19. Svetsanordningen är styr svetshuvudet 9 i beroende av både stereobilder och nämnda positioner för fogens kanter.

Fig 2 visari större detalj svetsanordningen och organen för registrering av bilder. I Fig 2 visas även fogen i större detalj. Fogen innefattar en första kant 12 på ena sidan foglinjen 8 och en andra kant 13 på andra sidan fog- linjen 8. Kantema 12, 13, definierarfogens utsträckning tvärs foglinjen 8.

Stereobildorganet innefattar ett första belysningsorgan 14 och ett andra belysningsorgan 15, varvid det första belysningsorganet 14 är anordnat att belysa fogen från den ena sidan av foglinjen 8 och det andra belys- ningsorganet 15 är anordnat att belysa fogen från den andra sidan av foglinjen 8. Svetsanordningen 1 är anordnad att med samma kamera 16 som används för att registrera linjebilder även registrera en första stereobild när fogen är belyst med det första belysningsorganet 14 och en andra bild när fogen är belyst med det andra belysningsorganet 15.

Kameran 16 är försedd med ett interferensfilter 18 som är anordnat för transmission av ljuset fràn det första belysningsorganet och det andra belysningsorganet. lnterferensfiltret 18 filtrerar bort oönskat ljus som inte härrör från belysningsorganen 14, 15. 30 20 25 30 35 533 055 9 Det första belysningsorganet 14 lyser längs en första huvudsaklig belysningsriktning 21 och det andra belysningsorganet 15 lyser längs en andra huvudsaklig belysningsriktning 22. Vinkeln mellan belysnings- riktningarna för det första belysningsorganet 14 och det andra belysningsorganet 15 är större än 90°.

Funktionen hos svetsanordningen enligt uppfinningen kommer nu att beskrivas med hänvisning till Fig 3 som är ett flödesschema samt Fig 1 och F ig 2. l ett första steg belyses fogen med en ljusstråle genom att laserstrålen från linjebelysningsorganet 10 sveps tvärs foglinjen 8. En linjebild av fogen registreras på ett flertal positioner längs foglinjen 8 när den belyses med den svepta ljusstràlen såsom framgår av det andra steget i F ig El. Fotometriska stereobilder av fogen registreras på nämnda flertal positioner längs foglinjen 8 väsentligen samtidigt med regist- reringen av linjebilderna med den svepta ljusstrålen. Positionerna för registrering av stereobilderna och linjebildema bestäms och stereobilderna och lägena för fogens kanter lagras i behandlingsorganet tillsammans med positionerna för deras registrering.

Läget för fogens kanter bestäms om möjligt medelst triangulering utgående från den registrerade linjebilden. Vid registrering av en stereobild i en position där en stereobild tidigare har registrerats korreleras den registrerade stereobilden med den tidigare lagrade stereobilden för positionen för att erhålla ett förskjutningsvärde som beskriver hur mycket fogen har flyttats tvärs foglinjen i förhållande till den tidigare lagrade stereobilden. Om det inte är möjligt att bestämma läget för fogens kanter medelst triangulering utgående från den registrerade linjebilden läggs förskjutningsvärdet till de tidigare lagrade positionerna. l början av svetsningen när de första svetssträngarna appliceras i fogen är det lätt att bestämma lägena för fogens kanter genom triangulering utgående från linjebildema. Efterhand som fogen fylls blir det allt svårare att bestämma lägena för fogens kanter utgående från linjebilderna. stereobilderna används då i istället. Information om var den föregående svetssträngen applicerades används vid korrelation av en registrerad stereobild med en tidigare lagrad stereobild.

Svetshuvudets läge i förhållande till kameran är känt. Svetshuvudet styrs i beroende av kanternas läge. Under svetsning av en svetsfog med ett 533 OES 10 flertal svetssträngar styra svetshuvudet således i beroende av både stereobilder och nämnda data för fogens form.

De ovan beskrivna utföringsformerna kan varieras pà många sätt utan att fràngà andan och omfattningen av uppfinningen som endast begränsas av de vidhängande patentkraven.

Det är givetvis möjligt att använda sig av mer än två bilder för registrering av den fotometriska stereobilden.

Uppfinningen kan tillämpas pà fogar med varierande bredd längs foglinjen, och/eller med varierande plàttjocklek längs foglinjen.

Claims (15)

10 15 20 25 30 533 056 11 PATENTKRAV

1. Svetsanord ning (1) för automatisk flersträngssvetsning av en av två fogytor (23, 24) bildad fog som sträcker sig längs en foglinje (8) och som innefattar en första kant (12) på ena sidan foglinjen (8) och en andra kant (13) på andra sidan foglinjen (8), vilka kanter (12, 13) definierar fogens utsträckning tvärs foglinjen (8), vilken svetsanordning (1) innefattar ett svetshuvud (9) för anbringande av svetssträngar i fogen, ett linjebelysningsorgan (10) som är anordnat att belysa fogen genom att svepa en ljusstråle tvärs foglinjen (8), åtminstone en kamera (16) anordnad för registrering av linjebilder av fogen när den belyses med den svepta ljusstrålen, och behandlingsorgan (11) för bestämning av åtminstone läget för fogens kanter (12, 13) medelst triangulering utgående från den registrerade linjebilden, kännetecknad av att svetsanordningen (1) innefattar ett stereobildorgan anordnat att registrera fotometriska stereobilder av fogen väsentligen samtidigt med registreringen av linjebilderna, varvid svetsancrdningen (1) är anordnad att under svetsning av en svetsfog med ett flertal svetssträngar styra svetshuvudet (9) i beroende av både stereobilder och linjebilder.

2. Svetsanordning ( 1) enligt patentkrav 1, varvid stereobildorganet innefattar ett första belysningsorgan (14) och ett andra belysningsorgan (15), varvid det första belysningsorganet (14) är anordnat att belysa fogen frán den ena sidan av foglinjen (8) och det andra belysningsorganet (15) är anordnat att belysa fogen från den andra sidan av foglinjen (8), och varvid svetsanordningen (1) är anordnad att med nämnda åtminstone en kamera (16) registrera en första stereobild när fogen år belyst med det första belysningsorganet (14) och en andra bild när fogen är belyst med det andra belysningsorganet (15).

3. Svetsanordning (1) enligt patentkrav 2, varvid det första belysnings- organet (14) och det andra belysningsorganet (15) väsentligen lyser längs varsin beiysningsriktning (21, 22), varvid vinkeln mellan belysnings- riktningarna (21, 22) för det första belysningsorganet (14) och det andra belysningsorganet (15) är större än 90°. 10 15 20 25 30 533 DES 12

4. Svetsanordning (1) enligt patentkrav 1 eller 2, varvid kameran (16) som är anordnad att registrera stereobilder även är anordnad för registrering av linjebilden

5. Svetsanordning (1) enligt något av föregående patentkrav, innefattande posltlonsbestämningsorgan (19) för bestämning av positionerna för registrering av stereobildema och linjebildema, varvid stereobilderna lagras i behandlingsorganet (11) tillsammans med positionen för deras registrering.

6. Svetsanordning (1) enligt patentkraven 5, varvid behandlingsorganet (11) är anordnat att vid registrering av en stereobild i en position där en stereobild tidigare har registrerats, korrelera den registrerade stereobilden med den tidigare lagrade stereobilden för positionen för att erhålla ett förskjutningsvärde som beskriver hur mycket fogen har flyttats tvärs foglinjen (8) i förhållande till den tidigare lagrade stereobilden.

7. Svetsanordning (1) enligt patentkrav 6, varvid behandlingsorganet (11) är anordnat att vid registrering av en linjebild i en position, i vilken en linjebild har registrerats tidigare, ersätta de tidigare lagrade lägena för fogens kanter (12, 13) med lägen som bestäms från den registrerade linjebilden om en sådan bestämning är möjlig och att i annat fall lägga till förskjutningsvärdet till de tidigare lagrade lägena för fogens kanter (12, 13).

8. Svetsanordning (1) enligt patentkrav 6 eller 7, varvid behandlings- organet (11) är anordnat att använda information om var den föregående svetssträngen applicerades vid korrelation av den registrerade stereobilden med den tidigare lagrade stereobilden.

9. Svetsanordning (1 ) enligt något av föregående patentkrav, varvid linjebelysningsorganet (10) innefattar en laser.

10. Svetsanordning (1) enligt något av föregående patentkrav, varvid nämnda åtminstone en kamera (16) är försedd med ett interferensfllter (18) som är anordnat för transmission av ljuset från det första _ belysningsorganet (14) och det andra belysningsorganet (15). iO 15 20 25 533 ÜBE 13

11. Förfarande för styrning av flersträngssvetsning av en av två fogytor (23, 24) bildad fog som sträcker sig längs en foglinje (8) och som innefattar en första kant (12) på ena sidan foglinjen (8) och en andra kant (13) på andra sidan foglinjen (8), vilka kanter (12, 13) definierar fogens utsträckning tvärs foglinjen (8), vilket förfarande innefattar stegen att belysa fogen med en ljusstràle genom att svepa ljusstràlen tvärs ~ foglinjen (8), att registrera en linjebild av fogen pà ett flertal positioner längs fogtinjen när den belyses med den svepta ljusstrålen, och att bestämma åtminstone läget för fogens kanter (12, 13) medelst triangulering utgående från den registrerade linjebilden, kännetecknat av att det även innefattar stegen att registrera fotometriska stereobilder av fogen på nämnda flertal positioner längs foglinjen (8) väsentligen samtidigt med registreringen av linjebilderna med den svepta ljusstrålen, att under svetsning av en svetsfog med ett flertal svetssträngar styra svetshuvudet (9) i beroende av både stereobilder och nämnda data för fogens form.

12. Förfarande enligt patentkrav 11, innefattande stegen att bestämma positionerna för registrering av stereobilderna och linjebilderna, och att lagra stereobilderna och nämnda lägen för fogens kanter (12, 13) i behandlingsorganet tillsammans med positionen för deras registrering.

13. Förfarande enligt patentkrav 12, innefattande stegen att vid registrering av en stereobild i en position där en stereobild tidigare har registrerats korrelera den registrerade stereobilden med den tidigare lagrade stereobilden för positionen för att erhålla ett förskjutningsvärde som beskriver hur mycket fogen har flyttats tvärs foglinjen i förhàtlande till den tidigare lagrade stereobilden. 533 OEE 14

14. Förfarande enligt patentkrav 13, innefattande stegen att vid registrering av en linjebild i en position, i vilken en linjebild har registrerats tidigare, ersätta de tidigare lagrade lägena för fogens kanter (12, 13) med lägen som bestäms från den registrerade linjebilden om en sådan bestämning är möjlig och att i annat fall lägga förskjutningsvärdet till de tidigare lagrade positionerna.

15. Förfarande enligt patentkrav 13 eller 14, varvid information om var den föregående svetssträngen applicerades används vid korrelation av en registrerad stereobild med en tidigare lagrad stereobild.