• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:

    公开号:WO1987003832A1
    申请号:PCT/EP1986/000739
    申请日:1986-12-12
    公开日:1987-07-02
    发明作者:Ernst Zimmer
    申请人:Kuka Schweissanlagen + Roboter Gmbh；
    IPC主号:B23K9-00
    专利说明:
    [0001] B e s c h r e i b u n g
    [0002] Verfahren und Vorrichtung zum Aufsuchen und Verfolgen einer Kehlnaht beim Schutzgas-Lichtbogenschweißen
    [0003] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruches.
    [0004] Zur Steuerung des Schweißbrenners beim Aufsuchen und Verfolgen einer Kehlnaht ist es bekannt, eine sogenannte Pendelsteue rung zu verwenden, bei der das Schweißbrennerrohr mit vorgegebener Frequenz und um vorgegebene Winkel quer zur Nahtlängsachse pendelt. Dabei wird die Höhe des Schweißstromes gemessen und danach die Höhen- und Seitenlage des Schweißbrennerrohres korrigiert.
    [0005] Die Pendelsteuerung hat den Nachteil, daß sie nur in Verbindung mit qualitativ hochwertigen Mischgasen als Schutzgas funktioniert. Sobald hierfür Kohlendioxid eingesetzt wird, hat das eine Instabilität des Lichtbogens zur Folge, der ständig zwischen Sprühlicht-, Langlicht- und Kurzlichtbogen sowie Kurzschluß variiert. Unter diesen Umständen kann das Stromsignal bei der Nahtflankenmessung am Ende der jeweiligen Pendelbewegung nicht mehr mit der notwendigen Genauigkeit und Sicherheit ausgewertet werden, so daß eine sichere Mittenführung des Schweißbrennerrohres über der Kehlnaht nicht mehr gewährleistet ist.
    [0006] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und betriebssichere Möglichkeit zum Aufsuchen und Verfolgen einer Kehlnaht auch unter Verwendung von Kohlendioxid als Schutzgas aufzuzeigen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Kennzeichen des Hauptanspruches.
    [0007] In der Bahnsteuerung des Manipulators wird eine der Nahtlinie entsprechende Führungsbahn vorprogrammiert. Die Nahtlinie kann dazu über ihre ganze Länge gerade oder polygonartig aus mehreren geraden Nahtstücken zusammengesetzt sein. Beim Schweißen wird der Schweißbrenner entlang dieser Führuπgsbahn und damit entlang der Kehlnaht bewegt.
    [0008] Aufgrund von Lageungenauigkeiten des Werkstückes können die Ist-Lage der Kehlnaht und die vorprogrammierte Lage der Führungsbahn differieren. Durch die mechanische Konturenabtastung an einem oder mehreren Nahtbezugspunkten wird die Ist-Lage der Kehlnaht festgestellt und die vorprogrammierte Führungsbahn mit ihren Koordinaten entsprechend transformiert. Die Zahl der Nahtbezugspunkte hängt von den möglichen Abweichungen der Kehlnaht von ihrer Soll-Lage, von der Komplexität des Nahtverlaufs und von der Nahtlänge ab. Wenn die Abweichung von der Soll-Lage nur in einem seitlichen, parallelen Versetzen besteht, genügt die Ermittlung eines Nahtbezugspunktes, da die Nahtrichtung sich nicht ändert. Können die Lagefehler aber zwei- oder mehrdimensional sein, werden zwei oder noch mehr Nahtbezugspunkte ermittelt, zwischen denen der Verlauf der Kehlnaht als gerade Linie dann feststeht. Soweit die Kehlnaht einen polygonartigen Verlauf aufweist, werden Nahtbezugspunkte in den Eckbereichen aufgesucht.
    [0009] Beim Schweißen wird der Schweißbrenner entlang der vorprogrammierten und korrigierten Führungsbahn bewegt, wobei seine Höhe über eine schweißstromabhängige Höhensteuerung nachgeregelt wird. Damit kann auch eine in Längsrichtung gerade, in der Höhe aber beispielsweise bogenförmig sich ändernde Kehlnaht verfolgt werden. Außerdem werden Ungenauigkeiten im Nahtgrund durch die Höhensteuerung kompensiert. Nachdem zur Nahtverfolgung Pendeln nicht erforderlich ist, stehen für die Höhensteuerung Strommeßwerte kontinuierlich zur Verfügung, überlagerte Störungen (z.B. Kurzschlüsse) haben dadurch weniger Gewicht und können unterdrückt werden, was einer D u r c h s c h n i t t s w e r t b iIdung gleichkommt.
    [0010] Die Höhe des Schweißstromes muß sich in einem vorgegebenen Bereich bewegen, wobei durch überschreiten eines oberen oder eines unteren Schwellwertes festgestellt wird, ob das Schweißbrennerrohr zu nahe oder zu weit vom Nahtgrund entfernt ist. über die Höheπsteuerung wird das Schweißbrennerrohr dann auf die richtige Höhe nachgeregelt.
    [0011] Eine besonders einfache Möglichkeit für das mechanische Abtasten der Nahtflanken zur Festlegung der Nahtbezugspunkte ergibt sich, wenn das Schweißbrennerrohr selbst als Meßfühler herangezogen wird. Beim Berühren der Nahtflanke wird das Schweißbrennerrohr aus seiner Soll-Lage ausgelenkt und dabei ein Schalter betätigt. Auf dieses Schaltsignal speichert die Bahnsteuerung die dreidimensionalen Koordinaten des Berührungspunktes. Auf gleiche Weise wird der Berührungspunkt an der anderen Nahtflanke gesucht. Nachdem der Flankenwinkel der Kehlnaht vernachlässigbare Toleranzen aufweist und damit als konstant angenommen werden kann, kann aus den ermittelten Koordinaten und der F lankennei gung die Lage des Nahtwurzelpunktes berechnet werden. Als Nahtbezugspunkt kann der Nahtwurzelpunkt oder ein anderer, geometrisch stets gleich festzulegender Nahtpunkt herangezogen werden. Besonders vorteilhaft ist es, als Nahtbezugspunkt den Schweißstartpunkt heranzuziehen, der den Anfangspunkt d e r Führungsbahn darstellt. Dazu werden vom Nahtwurzelpunkt aus Abstand unc Seitenversetzung berechnet, die für verschiedene Nahtformen und Nahtlagen bei mehrlagigen Schweißnähten differieren können.
    [0012] Der Einsatz des S c h w e i ßb re nn e r ro h r e s als Meßfühler ist funktionell unabhängig von der im Hauptanspruch erwähnten Höhensteuerung und daher Inhalt eines selbständigen Erfindungsgedankens. Ebenso lassen sich die offenbarten Verfahren und Vorrichtungen mit Vorteil auch bei anderen Nahtsuch- und Verfolgungssystemen anwenden bzw. in Form einer Na chaus rüs tuπg einsetzen.
    [0013] Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen:
    [0014] Fig. (1) ein Schweißbrennerrohr mit einer nach oben offenen Kehlnaht und
    [0015] Fig. (2) eine Variation zu Fig. (1)
    [0016] Fig. (1) und (2) zeigen im Querschnitt eine Kehlnaht (1) mit linker und rechter Nahtflanke (2,3) und Nahtwurzelpunkt (6). Die Kehlnaht (1) in Fig. (1) ist nach oben offen und besitzt einen Flaπkeπwinkel von mehr als (90°). In Fig. (2) ist eine seitlich offene Kehlnaht mit einem Flankenwinkel von (90º) dargestellt.
    [0017] Das Schweißbrennerrohr (4) ist Bestandteil einer Schweißeinrichtung zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen, insbesondere zum Schweißen mit Kohlendioxid-Schutzgas. Der Schweißbrenner wird dabei über einen mehrachsigen Manipulator, vorzugsweise einen sechs- oder mehrachsigen Industrieroboter, bewegt. Die Bewegung erfolgt über eine Bahnsteuerung des Manipulators, in der die geradlinigenStreckenverläufe der Kehlnaht (1) als Fünrungsbann in dreidimensionalen Bahnkoordinaten vorprogrammiert sind. Beim Schweißen folgt das Schweißbrennerrohr (4) der festvorgegebenen Führungsbahn, wobei allerdings seine Höhe über dem Nahtgrund durch eine schweißstromabhängige B r e n n e r h ö h e n s t e u e r u n g geregelt wird. Als Nahtgrund wird bei Schweißbeginn der Nahtwurzelpunkt (6) angesehen, während bei mehrlagigen Schweißnähten hierfür die zuletzt aufgetragene Lage herangezogen wird.
    [0018] Um beim Schweißen Kollisionen des Schweißbrennerrohres (4) mit den Nahtflanken (2,3) zu vermeiden, muß die vorprogrammierte Führungsbahn lagemäßig in Übereinstimmung mit der Ist-Lage der Kehlnaht (1) gebracht werden. Dazu werden ein oder mehrere Nahtbezugspunkte ermittelt, die charakteristisch für die Ist-Lage der Kehlnaht (1) sind. Das Schweißbrennerrohr (4) wird dazu auf einen vorprogrammierten Suchpunkt (5) oberhalb und zwischen den Nahtflanken (2,3) gebracht. Von diesem Punkt aus wird das Schweißbrennerrohr (4) in einer vorgegebenen Bahn auf die erste Nahtflanke (2) in Richtung eines programmierten Zielpunktes (16) zubewegt. Der Zielpunkt (16) muß auf der Nahtflanke (2,3) oder dahinter liegen. Nachdem der Flankenwinkel vorgegeben ist und nur in vernachlässigbarem Maße toleranzbehaftet ist, erfolgt die Zustellbewegung im rechten Winkel zur vorbekannten Flankenneigung. Wenn das Schwe ißbrennerrohr (4) die Nahtflanke (2) berührt, wird ein Schaltimpuls abgesetzt, der in der Bahnsteuerung eine Speicherung der dreidimensionalen Koordinaten dieses Berührungspunktes bewirkt.
    [0019] Danach wird das Schweißbrennerrohr (4) wieder auf den Suchpunkt (5) zurückbewegt, von dem aus in der vorbeschriebenen Art und Weise die rechte Nahtflanke (3) aufgesucht und die Lage des Berührungspunktes ermittelt und gespeichert wird. Die Zustellbewegung des Schweißbrennerrohres (4) erfolgt in beiden Fällen außerdem in einem rechten Winke, zur vorprogrammienten, Längsrichtung der Kehlnaht (1). Aus den Koordinaten der Berührungspunkte und den vorgegebenen FLankennei gungen wird durch Rechenoperation in der Bahnsteuerung die Lage des Nahtwurzelpunktes a l s Flankenschnittpunkt ermittelt. Der Nahtwurzelpunkt (6) ist charakteristisch für die Kehlnaht (1) und kann als Bezugspunkt herangezogen werden. Sofern die Richtung der Kehlnaht (1) toleranzbehaftet oder variabel ist, werden ein oder mehrere weitere Nahtbezugspunkte in der vorbeschriebenen Art ermittelt, über die Lage eines Nahtbezugspunktes und der bekannten, unveränderlichen Ausrichtung der Kehlnaht (1) oder über mehrere Nahtbezugspuπkte wird die Ist-Lage der Kehlnaht (1) festgestellt. Durch Koordinatentransformation wird dann die in ihrem Verlauf vorprogrammierte Führungsbahn darauf eingerichtet und korrigiert.
    [0020] Vor dem Schweißvorgang wird von der Bahnsteuerung das Schweißbrennerrohr (4) auf den Startpunkt (15) positioniert, in dem das Schweißbrennerrohr (4) die richtige Seiten- und Winkelausrichtung gegenüber der theoretischen Kehlnaht (1) hat. Der Startpunkt (15) ist jeweils Ausgangspunkt für den Suchvorgang der Flanken (2,3).
    [0021] Beim erstmaligen Auftrag einer Schweißnaht befindet sich der Startpunkt (15) auf der durch den Nahtwurzelpunkt (6) verlaufenden Winkelhalbierenden des Nahtwinkels zwischen den Nahtflankeπ (2,3) im vorbestimmten Abstand. Dieser Abstand soll möglichst klein sein, weil die Suchgeschwindigkeit ab dem Startpunkt (15) stark reduziert und deshalb ein Taktzeitfaktor ist. Die Längsachse (14) des Schweißbrennerrohres (4) fluchtet dabei mit dieser Winkelhalbierenden. Für den Auftrag weiterer Schweißnahtlagen kann das Schweißbrennerrohr (4) unter programmgesteuerter Veränderung dieses Startpunktes (15) verschoben und auch schräggesrell (neuorientiert) werden. In der Schweißeinrichtung ist eine nicht dargestellte Brennerhδhensteuerung angeordnet, die eine Meßeinrichtung für die Höhe des Schweißstromes aufweist. Eine Veränderung der Höhe des Schweißbrennerrohres (4) über der Kehlnaht (1), beziehungsweise einer bereits aufgetragenen Schweißnahtlage, äußert sich in einer Änderung der Lichtbogenlänge und damit in einer Änderung des Stromes. Bei zu kurzer Höhe steigt der Schweißstrom an, während er bei zu großer Höhe abfällt. In der Brennerhöhensteuerung, die Bestandteil der Bahnsteuerung des Manipulators sein kann, vorteilhafter aber Bestandteil der der Schweißstromquelle zugeordneten Sensorsteuerung ist, ist ein Soll-Bereich für den Schweißstrom definiert, dessen obere und untere Schwelle der minimal und maximal zulässigen Brennerrohrhöhe entsprechen. SobaId der Schweißstromwert diesen Soll-Bereich verläßt, regelt die Brennerhöhensteuerung den Schweißbrennerrohrabstand auf das Soll-Maß nach.
    [0022] Fig. (1) zeigt eine Vorrichtung zur mechanischen Konturentastung zur Ermittlung der Nahtbezugspunkte. Diese Vorrichtung kann auch als Abschaltsicherung im Kollisionsfall eingesetzt werden, die kurz vor dem Schweißvorgaπg wieder aktiviert wird, nachdem sie vor dem Suchvorgang als Abschaltsieherung inaktiv geschaltet wurde, und die bei Kontakt des Schweißbrennerrohres (4) mit einer Nahtflanke (2,3) den Manipulator bzw. die Schweißeinrichtung abschaltet. Für den vor dem Schweißen erfolgenden Vorgang des Nahtsuchens ist die Funktion als Abschaltsicherung überbrückt.
    [0023] Am Schweißbrennerrohr (14) ist eine vorzugsweise runde Schaltscheibe (9) befestigt, in der zwei oder mehr, vorzugsweise radial gegenüberliegende Mikroschalter (11) eingebaut sind. Das Schweißbrennerröhr (4) ruht mit dieser Schaltscis ibe (9) lose auf nach innen vorspringende n Flanschen (3) eines Gehäuses (7). Die Schaltscheibe (9) ist dabei du rch einen nicht dargestellten Stift gegen Verdrehen um die Längsachse (14) des Schweißbrennerrohres (4) gesichert. Im weiteren sind zwei oder mehr Federn (10) vorgesehen, die sich am Gehäuse (7) abstützen und die Schaltscheibe (9) gegen die Flansche (8) drücken. In den Flanschen (8) sind unterhalb der Mikroschalter (11) Justierschrauben (12) eingesetzt, über die die Mikroschalter (11) eingestellt werden können.
    [0024] Sobald das Schweißbrennerrohr (14) gegen eine Nahtf lanke (2,3) stößt, wird es durch die Lose Lagerung der Schaltscheibe (9) auf den Flanschen (8) um einen auf der Längsachse (14) liegenden Schwenkpunkt (13) ausgelenkt. Dabei stellt sich die Schaltscheibe (9) gegenüber den Flanschen (8) schräg, so daß immer einer oder beide Mikroschalter (11) unterbrochen werden. Dieses Schaltsignal führt in der Bahnsteuerung zur Speicherung der Koordinatenwerte des Berührungspunktes. Zur Erleichterung der Kippstellung ist die Schaltscheibe (9) an ihrem umfangsseitigen Rand kugelförmig um den Schwenkpunkt (13) abgerundet. Sobald das
    [0025] Schweißbrennerrohr (4) wieder zurückbewegt wird, drücken die Federn (10) die Schaltscheibe (9) gegen die Flansche (8), und alle Mikroschalter (11) werden wieder geschlossen.
    权利要求:
    ClaimsP a t e n t a n s p r ü c h e
    1.)
    Verfahren zum Aufsuchen und Verfolgen einer Kehlnaht beim Schutzgas-Lichtbogenschweißen, insbesondere beim Schweißen mit Kohlendioxid-Schutzgas, wobei der Schweißbrenner über einen bahngesteuerten Manipulator bewegt wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß vor dem Schweißen die Ortskoordinaten eines oder mehrerer Nahtbezugspunkte durch mechanisches Konturentasten gesucht und daraus die Ist-Lage der Kehlnaht bestimmt wird, und daß beim Schweißen der Schweißbrenner entlang einer in der Bahnsteuerung vorgegebenen und nach der Ist-Lage der Kehlnaht korrigierten Führungsbahn bewegt wird, wobei seine Höhe über dem Nahtgrund in Abhängigkeit vom Schweißstrom nachgeregelt wird.
    2.)
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Bestimmung der Ortskoordinaten des Nahtbezugspunktes, insbesondere des Schweißstartpunktes, die Lage der benachbarten Nahtflanken mechanisch abgetastet und daraus der Abstand und die Seitenversetzung gegenüber dem Nahtwurzelpunkt rechnerisch ermittelt wird.
    3.)
    Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Abtastung der Nahtflanken das Brennerrohr von einem vorgegebenen Suchpunkt aus jeweils im rechten Winkel zur Flankenneigung auf die Nahtflanke zubewegt wird in Richtung des Zielpunktes, dessen Entfernung vom Suchcunkt mindestens gleich oder vorzugsweise größer als der Flankenabstand ist .
    4.)
    Verfahren zum mechanischen Abtasten einer Nahtflanke, insbesondere nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Schweißbrennerröhr an die Nahtflanke geführt und bei Berührung unter Betätigung eines Schalters ausgelenkt wird.
    5.)
    Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
    Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Manipulator eine
    Schweißeinrichtung mit einer Brennerhöhensteuerung und einer Meßeinrichtung für den Schweißstrom aufweist.
    6.)
    Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Schweißbrennerrohr (4) um einen Schwenkpunkt (13) quer zu seiner Längsachse (14) schwenkbar gelagert ist und mit einer Schaltscheibe (9) auf zwei oder mehr Mikroschaltern (11) abgestützt ist.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    US6622906B1|2003-09-23|Welding method and welding device
    US4591689A|1986-05-27|Adaptive welding guidance apparatus
    US4590356A|1986-05-20|Robot navigation method for joint following
    CA1181837A|1985-01-29|Industrial robot
    US4380696A|1983-04-19|Method and apparatus for manipulator welding apparatus with vision correction for workpiece sensing
    JP2766290B2|1998-06-18|溶接ロボット
    RU2266179C2|2005-12-20|Робот для электродуговой сварки и способ электродуговой сварки
    US4192986A|1980-03-11|Method and apparatus for automatic weld line tracing
    US6927360B2|2005-08-09|Method for continuously regulating or tracking a position of a welding torch or a welding head
    US6563084B1|2003-05-13|Probe for touch sensing
    CA2002513C|1994-10-11|Methode et dispositif de detection automatique du profil d'une surface et en vue d'effectuer un travail
    US4590577A|1986-05-20|Welding robot controlling method
    US4907169A|1990-03-06|Adaptive tracking vision and guidance system
    US5302799A|1994-04-12|Weld analysis and control system
    US4642752A|1987-02-10|Programmable automatic manipulator system
    US3646309A|1972-02-29|Self-adaptive welding torch controller
    CA2682996C|2013-01-08|Automatic weld head alignment and guidance system and method
    EP0111110B1|1987-01-21|Verfahren zum automatischen Verfolgen von Schweissnähten
    US4675502A|1987-06-23|Real time tracking control for taught path robots
    KR100311663B1|2001-12-17|여유축을이용하여물체의외형을추적하는장치및방법
    EP1018393B1|2004-05-26|Robotische Bewegung eines Laserstrahles über einer Werkstückfläche
    US4477713A|1984-10-16|Sidewall-matching adaptive control system for welding
    US8941031B2|2015-01-27|Systems and methods for dual-weave welding
    US7528344B2|2009-05-05|Determining the relative positions of the axes of a laser machining beam and a process gas jet
    US4831232A|1989-05-16|Industrial robot equipment capable of automatically terminating operation at a desired sensed location
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0277140B1|1990-04-11|
    US4935597A|1990-06-19|
    SU1713424A3|1992-02-15|
    EP0277140A1|1988-08-10|
    CN1009176B|1990-08-15|
    DE3545505A1|1987-06-25|
    DE3545505C2|1995-08-10|
    CN86108654A|1987-07-29|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1987-07-02| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): SU US |
    1987-07-02| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1988-04-20| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1987900122 Country of ref document: EP |
    1988-08-10| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1987900122 Country of ref document: EP |
    1990-04-11| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1987900122 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE19853545505|DE3545505C2|1985-12-20|1985-12-20|Verfahren und Vorrichtung zum Aufsuchen und Verfolgen einer Kehlnaht beim Schutzgas-Lichtbogenschweißen|
    DEP3545505.5||1985-12-20||DE19863670229| DE3670229D1|1985-12-20|1986-12-12|Verfahren und vorrichtung zum aufsuchen und verfolgen einer kehlnaht beim schutzgas-lichtbogenschweissen.|
    AT87900122T| AT51786T|1985-12-20|1986-12-12|Verfahren und vorrichtung zum aufsuchen und verfolgen einer kehlnaht beim schutzgaslichtbogenschweissen.|
    [返回顶部]