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Querverweis auf eine zugehörige Anmeldung und Aufnahme durch Bezugnahme
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Diese US-Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/912,934, eingereicht am 6. Dezember 2013.
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Technisches Gebiet
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Die im vorliegenden Text beschriebene Erfindung betrifft allgemein ein mobiles Schweißsystem.
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Hintergrund der Erfindung
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Derzeitige automatische Schweißsysteme erfordern, dass das Werkstück relativ zu einem ortsfesten Schweißgerät bewegt wird. Mobile Schweißgeräte, die verwendet werden, wenn es nicht möglich oder praktisch ist, das Werkstück relativ zu dem Schweißgerät zu bewegen, verwenden ein Schweißgerät, das auf einer Schiene montiert ist, die an der Schweißoberfläche angebracht ist. Solche mobilen Schweißgeräte haben ein Antriebssystem, das mit der Schiene gekoppelt ist, was es dem Schweißgerät ermöglicht, auf der Schiene entlang zu fahren, um einen Schweißvorgang auf dem Werkstück auszuführen. Die Schiene beinhaltet in der Regel mehrere Abschnitte, die verlegt und miteinander verbunden sind, um den Pfad der Schweißnaht zu definieren. In einigen Fällen ist die Schiene an dem Werkstück montiert, und in anderen kann die Schiene an einer benachbarten Stützfläche angeordnet werden. Die Verwendung einer Schiene ist eine physische Beschränkung der Bewegung des Schweißsystems und erhöht signifikant die Kosten in Bezug auf die verwendete Schiene und in Bezug auf den Arbeitsaufwand, der zum Verlegen der Schiene erforderlich ist. Außerdem kann die Installation der Schiene zu Sicherheitsproblemen führen, die das automatische Schweißsystem zusätzlich verteuern.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt ein mobiles Schweißsystem bereit, das sich nicht ausschließlich auf eine Schiene stützt, um den Pfad des Schweißgerätes zu definieren. Um es einem mobilen Schweißgerät zu erlauben, sich mindestens entlang eines Abschnitts des Pfades der Schweißnaht unabhängig von einer Schiene vorwärts zu bewegen, schlägt die Erfindung ein mobiles Schweißgerät nach den Ansprüchen 1 oder 12 vor. Bevorzugte Ausführungsformen können den Unteransprüchen entnommen werden. Die vorliegende Erfindung stellt allgemein ein mobiles Schweißgerät bereit, das dafür ausgelegt ist, sich entlang eines Werkstücks zu bewegen, wobei das mobile Schweißgerät Folgendes enthält: ein Fahrgestell, das eine Motorbaugruppe stützt; eine Vorschubbaugruppe, die an dem Fahrgestell angebracht ist und dafür ausgelegt ist, das Fahrgestell über einem Abschnitt des Werkstücks zu stützen, wobei der Motor mit der Vorschubbaugruppe gekoppelt ist, um das Fahrgestell selektiv zu veranlassen, sich relativ zu dem Werkstück zu bewegen; eine Steuereinheit, die mit der Motorbaugruppe verbunden ist, um die Bewegung des Fahrgestells relativ zu dem Werkstück zu steuern; einen Fahrgestellhalter, der mit dem Fahrgestell verbunden ist, wobei der Fahrgestellhalter dafür ausgelegt ist, eine Kraft bereitzustellen, die das Fahrgestell in einer ausgewählten Distanz von dem Werkstück hält; und ein Schweißgerät, das auf dem Fahrgestell gestützt wird, wobei das Schweißgerät eine Vorrichtung enthält, das dafür ausgelegt ist, einen Schweißvorgang auszuführen, wobei die Vorrichtung auf dem Fahrgestell an einer Stelle gestützt wird, wo die Vorrichtung und das Fahrgestell eine ununterbrochene Sichtlinie von der Vorrichtung zu dem Werkstück definieren, wobei der Fahrgestellhalter von der Sichtlinie um eine Distanz beabstandet ist, die ausreicht, um zu verhindern, dass der Fahrgestellhalter den Schweißvorgang behindert. Der Schweißvorgang kann aus der Gruppe bestehend aus Schweißen, Hartlöten, Weichlöten, Beschichten, Hartauftragsschweißen und Schneiden ausgewählt werden. Die Vorrichtung kann aus der Gruppe bestehend aus einem Lichtbogenschweißbrenner, einem MIG-Brenner, einem WIG-Brenner, einem Flammenbrenner, einem Laser, einem Wasserstrahl und einen Plasmaschneider ausgewählt werden. Das Schweißgerät kann abnehmbar an dem Fahrgestell angebracht werden, und besonders bevorzugt kann das Fahrgestell einen darauf gestützten Schienenabschnitt enthalten, und das Schweißgerät enthält eine Schienenverriegelungsbaugruppe, die das Schweißgerät abnehmbar an dem Schienenabschnitt befestigt.
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Diese und weitere Aufgaben dieser Erfindung werden offenbar, wenn sie im Licht der Zeichnungen, der detaillierten Beschreibung und der beiliegenden Ansprüche betrachtet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung kann in bestimmten Teilen und Anordnungen von Teilen eine physische Form annehmen, wovon eine bevorzugte Ausführungsform ausführlich in der Spezifikation beschrieben und in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht wird, die einen Teil der vorliegenden Offenbarung bilden und in denen Folgendes dargestellt ist:
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines mobilen Schweißgerätes gemäß der Erfindung;
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2 ist eine Seitenansicht davon;
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3 ist eine Vorderansicht davon;
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4 ist eine vergrößerte Ansicht ähnlich 3, die weitere Details einer Schweißgerät-Montagebaugruppe zeigt;
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5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Schweißvorgangs, der durch das mobile Schweißgerät ausgeführt wird.
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6 ist eine schematische Ansicht eines mobilen Schweißgerätes, die Details der Steuerungs- und Stromverbindungen für das mobile Schweißgerät zeigt.
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7 ist eine schematische Ansicht des mobilen Schweißgerätes, die weitere Details der Motorbaugruppe, der Vorschubbaugruppe und des Fahrgestellhalters zeigt.
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8 ist eine schematische Ansicht, die einen alternativen Fahrgestellhalter zeigt, der einen Magneten enthält, der zwischen einer Ein-Position, in der der Magnet eine magnetische Kraft in Richtung des Werkstücks richtet, und einer Aus-Position, in der keine magnetische Kraft erzeugt wird, bewegt werden kann.
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9 ist eine schematische Draufsicht eines mobilen Schweißgerätes, wobei ein Schweißgerät auf einem Schienenabschnitt montiert ist und entlang des Schienenabschnitts beweglich ist.
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Die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen zeigen im Detail bestimmte veranschaulichende Aspekte des beanspruchten Gegenstandes. Diese Aspekte zeigen jedoch nur ein paar der verschiedenen Möglichkeiten, wie die Prinzipien der Innovation verwendet werden können, und es ist beabsichtigt, dass der beanspruchte Gegenstand alle derartigen Aspekte und ihre Äquivalente umfasst. Weitere Vorteile und neuartige Merkmale des beanspruchten Gegenstandes werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Innovation ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den Zeichnungen gelesen wird.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Ein mobiles Schweißgerät gemäß der Erfindung enthält eine Basisvorschubplattform, die im vorliegenden Text als ein Fahrgestell bezeichnet wird, und ein Schweißgerät, das auf der Plattform montiert ist. Ein beispielhaftes Fahrgestell wird im vorliegenden Text mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es können auch andere Fahrgestellkonfigurationen verwendet werden, und die gezeigten Beispiele sind nicht einschränkend. Das Schweißgerät enthält eine Vorrichtung, die dafür ausgelegt ist, einen Schweißvorgang auszuführen. Ein Schweißvorgang kann beispielsweise Schweißen, Hartlöten, Weichlöten, Beschichten, Hartauftragsschweißen und Schneiden enthalten. Die Vorrichtung kann einen Laser, einen Wasserstrahl, einen flammen- oder lichtbogengenerierenden Brenner oder ein sonstiges System enthalten, das zum Ausführen eines Schweißvorgangs verwendet wird. Die Vorrichtung kann direkt auf dem Fahrgestell montiert werden oder kann in einer separaten Komponente enthalten sein, die an dem Fahrgestell angebracht ist. Beispielsweise kann die Vorrichtung an einem Roboterarm, einem MIG-Schweißsystem, einem WIG-Schweißsystem und dergleichen montiert sein.
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Ein Beispiel eines mobilen Schweißgerätes ist in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt und ist mit der Nummer 100 bezeichnet. Das mobile Schweißgerät 100 enthält allgemein eine Basisvorschubplattform oder ein Fahrgestell 120. Das Fahrgestell 120 kann jede Gestalt oder Form haben, die zum Stützen eines Schweißgerätes 180 geeignet ist, das unten noch ausführlicher beschrieben wird. Das Fahrgestell 120 kann eine oder mehrere Rahmenkomponenten enthalten. In dem gezeigten Beispiel hat das Fahrgestell 120 eine erste Schiene 121 und eine zweite Schiene 122, die voneinander beabstandet sind. In dem gezeigten Beispiel sind die Schienen 121, 122 aus röhrenförmigen Rahmenelementen aufgebaut. Eine oder mehrere Kupplungen 125 können sich zwischen der ersten Schiene 121 und der zweiten Schiene 122 erstrecken und beide miteinander verbinden. In dem gezeigten Beispiel sind die Kupplungen 125 starr. In anderen Ausführungsformen kann die Kupplung 125 zwischen der ersten Schiene 121 und der zweiten Schiene 122 aneinander angelenkt oder auf sonstige Weise beweglich sein, um eine relative Bewegung zwischen Schienen 121, 122 zu erlauben.
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Das Fahrgestell 120 enthält des Weiteren einen Fahrgestellhalter, der allgemein mit der Nummer 130 bezeichnet ist. Der Fahrgestellhalter 130 ist dafür ausgelegt, eine Kraft zu entwickeln, um das Fahrgestell in einer ausgewählten Distanz von dem Werkstück W zu halten. Beispielsweise kann der Fahrgestellhalter jeden Mechanismus enthalten, der das Fahrgestell in Richtung des Werkstücks zieht, einschließlich beispielsweise eines passiven Magneten, wie zum Beispiel ein Dauermagnetmaterial, eines aktiven Magneten, wie zum Beispiel ein Elektromagnet, oder einer Pumpe, die zum Aufbauen eines Kraftunterschiedes verwendet wird, wie zum Beispiel eine Flügel- oder Vakuumpumpe. in bestimmten Ausführungsformen entwickelt der Fahrgestellhalter 130 eine Kraft, um das Fahrgestell 120 an dem Werkstück zu halten und den Kräften entgegenzuwirken, die das Fahrgestell 120 von einem Werkstück W fortziehen wollen, wie zum Beispiel eine Auftriebskraft oder die Schwerkraft. In dem gezeigten Beispiel wird ein Dauermagnet wie zum Beispiel ein Neodymmagnet verwendet.
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Bei Verwendung von Magneten zum Bereitzustellen der Haltekraft können ein oder mehrere Magnete 132 verwendet werden. Ausrichtung und Konfiguration der Magnete 132 können entsprechend der Form und Größe des Fahrgestells 120 und der Masse oder Nutzlast des Fahrgestells und seiner zugehörigen Komponenten angepasst werden. Beispielsweise können Magnete 132 an Halterungen oder Auskragungen getragen werden, die am Umfangsrand des Fahrgestells 120 angebracht sind, oder ein mittig montierter Magnet 132 kann verwendet werden, wie gezeigt. Wie am besten in 1 zu sehen, enthält das Fahrgestell eine mittige Schiene 126 in Form einer zylindrischen Röhre, die sich parallel zu der ersten und der zweiten Schiene 121, 122 erstreckt und zwischen diesen Schienen liegt. Ein einzelner länglicher Magnet 132 kann auf der Schiene 126 gestützt werden. In dem gezeigten Beispiel ist der Magnet 132 an der Schiene 126 mittels Schraubbefestigungsmitteln 134 angebracht, die sich durch die Schiene 126 erstrecken und durch eine oben aufgesetzte Mutter 136 gesichert werden. Das Schraubbefestigungsmittel 134 und die Mutter 136 bilden eine Magnethöhenjustierbaugruppe, die es erlaubt, den Abstand zwischen dem Magneten 132 und dem Werkstück W zu justieren. Die Enden der zylindrischen Röhre können an Zapfen gelagert werden, um eine Rotation der Röhre zu erlauben und den Magneten 132 nach Bedarf zu neigen, um den Magneten relativ zu dem Werkstück W auszurichten (7). Nach der Ausrichtung kann die Schwenkposition des Magneten 132 durch eine geeignete Verriegelungsbaugruppe beibehalten werden, einschließlich beispielsweise einer Feststellschraube, einer Halteschelle, eines Stiftes oder einer Klemme. Es können noch weitere Ausrichtungssteuerungsstrukturen und Magnetkonfigurationen verwendet werden. Auf diese Weise können Ausrichtung und Konfiguration des Magnetes 132 justiert werden, um eine Anpassung an eine spezielle Arbeitsoberfläche vorzunehmen oder einen ausgewählten Magnetabstand zwischen dem Werkstück W und dem Magneten 132 herzustellen, um eine gewünschte Haltekraft zu erreichen oder um Behinderungen zwischen dem Magneten und dem Schweißvorgang zu minimieren. Der Magnetabstand 135, der auch als ein Spalt bezeichnet werden kann, kann so eingestellt werden, dass eine vollständige Sättigung der Magnetkraft in der Oberfläche erreicht wird, während etwas Raum zwischen dem Magneten 132 und dem Werkstück W bleibt, um einen Reibungskontakt zwischen der Oberfläche des Magneten 132 und dem Werkstück W zu vermeiden. Es wurde festgestellt, dass das Bereitstellen eines Spalts 135, der eine vollständige Sättigung der durch den Magneten 132 in dem Werkstück W erzeugten Magnetkraft bewirkt, die Behinderungen des Schweißprozesses durch den Magneten 132 minimiert. Es ist bekannt, dass Magnetfelder einen nachteiligen Effekt auf den Schweißvorgang haben können, indem sie das Erzeugen und Aufrechterhalten eines Lichtbogens oder die Abscheidung von schmelzflüssigem Metallmaterial, das in dem Schweißvorgang verwendet wird, stören.
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Das Fahrgestell 120 umfasst eine Vorschubbaugruppe 140, die das Fahrgestell 120 über dem Werkstück W stützt und die Bewegung des Fahrgestells 120 relativ zum Werkstück W ermöglicht. Die Vorschubbaugruppe 140 kann jede Art von Vortriebssystem 143 enthalten, einschließlich beispielsweise aktive Räder, Schienenbaugruppen, Propeller oder Aktuatoren. Das Vortriebssystem 143 bewegt das Fahrgestell 120. Es können ähnliche passive Vorschubelemente bereitgestellt werden, einfach um das Fahrgestell 120 in einer ausgewählten Distanz von dem Werkstück W zu halten. Beispielsweise können Räder, Laufschienen, Rollen und dergleichen das Fahrgestell 120 über dem Werkstück W stützen. Alternativ können Propeller oder andere Schwebevorrichtungen oder andere Auftriebselemente dafür verwendet werden, das Fahrgestell 120 in einer eingestellten Distanz über dem Werkstück zu halten oder schweben zu lassen. In dem gezeigten Beispiel enthält die Vorschubbaugruppe 140 omnidirektionale Räder, die die doppelte Funktion des Stützens des Fahrgestells 120 in einer ausgewählten Distanz über dem Werkstück und des Bewegens des Fahrgestells 120 ausführen. Allrichtungs-Räder können ein Mecanum-Rad 145 sein, wie gezeigt. Das Mecanum-Rad kann jede Art von Mecanum-Rad sein, das den Aufbau enthält, der in der veröffentlichten US-Anmeldung 2013/0292918 gezeigt ist, die am 7. November 2013 veröffentlicht wurde und hiermit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird. In dem gezeigten Beispiel enthält jedes Rad eine Reihe von Rollen, die am Umfangsrand der Räder angebracht sind und so konfiguriert sind, dass ihre Drehachse um etwa 45 Grad von einer vertikalen Ebene des Rades 145 versetzt ist.
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Das Fahrgestell 120 kann des Weiteren eine Motorbaugruppe 160 (7) enthalten, die mit der Vorschubbaugruppe 140 gekoppelt ist, um das Fahrgestell 120 gezielt zu veranlassen, sich relativ zu dem Werkstück W zu bewegen. In dem gezeigten Beispiel enthält die Motorbaugruppe einen Motor, der jedem Rad entspricht, um jedes Rad unabhängig anzutreiben. Insbesondere sind vier Räder an dem Fahrgestell montiert, wobei jedes Rad über ein Getriebe 164 mit einem Motor 162 gekoppelt ist. In den gezeigten Beispielen sind in einer ersten Schiene 121 und einer zweiten Schiene 122 jeweils ein Paar Motoren und ihre jeweiligen Getriebe innerhalb der röhrenförmigen Rahmenelemente, die die Schienen 121, 122 bilden, untergebracht. Die Räder 145 werden am Ende jeder Schiene gestützt und haben einen Durchmesser, der größer als die Schiene ist, um die Unterseite des Fahrgestells in einer Distanz über dem Werkstück W zu stützen.
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Mit Bezug auf 6 kann die Steuereinheit 150 eine Motorsteuereinheit 152 enthalten, die elektrisch mit der Motorbaugruppe 160 verbunden ist, um die Bewegung des Fahrgestells 120 relativ zum Werkstück W zu steuern. Die Motorsteuereinheit 152 kann, wie in dem gezeigten Beispiel, die Bewegung jedes Rades über die individuellen Motoren 162 unabhängig steuern. In dem gezeigten Beispiel kann die individuelle Steuerung der Motoren 162 am jedem Rad 145 verwendet werden, um zu veranlassen, dass sich alle Räder in der gleichen Richtung und mit der gleichen Geschwindigkeit drehen, um eine gleichmäßige Bewegung entlang eines Pfades parallel zur Achse der Räder zu bewirken, wobei sich ein diagonal gegenüberliegendes Paar Räder in einer Richtung dreht und ein zweite Paar diagonal gegenüberliegender Räder sich in einer zweiten Richtung dreht, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, um eine Bewegung senkrecht zur Achse der Räder oder eine Rotation eines ersten Paares aufeinander ausgerichteter Räder in einer ersten Richtung und eine Rotation eines zweiten Paares aufeinander ausgerichteter Räder in einer zweiten Richtung zu veranlassen, um eine Rotation des Fahrgestells zu bewirken. Es können Variationen der Geschwindigkeiten aller Räder und Kombinationen des oben Dargelegten verwendet werden, um zu veranlassen, dass sich das Fahrgestell seitwärts, diagonal, gerade nach vorn, gerade nach hinten oder entlang gekrümmter Pfade bewegt.
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Die Steuereinheit 150 kann außerdem eine Schweißsteuereinheit 154 enthalten, die den Betrieb des Schweißgerätes 180 steuert, wie unten noch ausführlicher beschrieben wird. Motorsteuereinheit und Schweißsteuereinheit können miteinander verbunden sein, um den Schweißvorgang und die Bewegung des Fahrgestells zu synchronisieren, oder können zusammen in einer einzelnen Steuereinheit zusammengefasst sein. Die Schweißgerät-Steuereinheit 154 kann an dem Fahrgestell 120 angeordnet sein, oder es kann eine externe Steuereinheit 154 verwendet werden. In dem gezeigten Beispiel verbindet ein Versorgungskabel 155 die Schweißgerät-Steuereinheit 154 mit der Bewegungssteuereinheit 152. Ein Steuerkabel 156 verbindet die Bewegungssteuereinheit 152 mit dem Schweißgerät 180. Das Versorgungskabel- und das Steuerkabel übermitteln Steuersignale an die Motorbaugruppe 160 und das Schweißgerät 180. Außerdem können diese Verbindungen auch Strom zu der Motorbaugruppe 160 leiten, um die Motoren 162 zu betreiben, und können Strom zu dem Schweißgerät 180 leiten, um einen Schweißvorgang auszuführen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann eine Fernbedienung 158, wie zum Beispiel eine kabelgebundene Bedieneinheit oder eine sonstige Vorrichtung, über eine leitungsgebundene oder drahtlose Verbindung mit der Steuereinheit 150 verbunden sein, um einen Fernbetrieb des mobilen Schweißgerätes 100 zu ermöglichen.
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In dem gezeigten Beispiel ist die Fernbedienung 158 mit der Steuereinheit 150 durch ein Kabel 153 verbunden. Die Fernbedienung 158 ist dafür konfiguriert, eine Bewegungssteuerung des mobilen Schweißgerätes 100 sowie eine Steuerung des Schweißvorgangs bereitzustellen, wie unten in Verbindung mit dem Schweißgerät 180 noch ausführlicher beschrieben wird. Die Fernbedienung 154 kann jede beliebige Konfiguration und jede beliebige Anzahl der verschiedensten Schnittstellen und Displays haben, um eine Kommunikation zwischen dem Schweißgerät 180 und einem Nutzer zu ermöglichen. Beispielsweise kann die Fernbedienung eine kabelgebundene Bedieneinheit enthalten, wie in der vorläufigen Anmeldung 61/903155 beschrieben ist, die hiermit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
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In dem gezeigten Beispiel enthält die Fernbedienung eine Bewegungsschnittstelle, allgemein mit 157 bezeichnet, die eine manuelle Steuerung der Bewegung des Fahrgestells 120 ermöglicht. Die Bewegungsschnittstelle kann jede beliebige Schnittstelle sein, die dafür geeignet ist, Nutzereingaben in Signale für die Bewegungssteuereinheit 152 zu übersetzen, um die Bewegung des Fahrgestells 120 zu steuern, einschließlich beispielsweise Joystick, Touchpad, Keypad, Tastatur, Schieberegler, Trackball oder eine Bewegungsnachführvorrichtung, die dafür ausgelegt ist, die Körperbewegungen eines Nutzers zu überwachen. In dem gezeigten Beispiel ist ein Joystick bereitgestellt. Ein Kippen des Joysticks nach vorn, nach hinten, nach links, nach rechts und jegliche Positionen dazwischen führt zur Übertragung eines Signals von dem Joystick zu der Bewegungssteuereinheit 152, die ihrerseits den Motoren 162 signalisiert, das Fahrgestell 120 gemäß der Position des Joysticks zu bewegen. Die Bewegungsschnittstelle 157 kann eine zweite Schnittstelle zum Übermitteln eines zusätzlichen Signals an die Bewegungssteuereinheit 152 enthalten, wie zum Beispiel eine Geschwindigkeit oder die Auswahl eines zuvor festgelegten Bewegungsmusters. Die zweite Schnittstelle kann die gleiche Art von Schnittstelle sein wie die erste Schnittstelle, oder es kann eine andere Schnittstelle verwendet werden. In dem gezeigten Beispiel ist die erste Schnittstelle 157A ein Joystick, und die zweite Schnittstelle 157B ist ein Drehknauf, der an dem Joystick montiert ist. Der Drehknauf kann in Verbindung mit der Bewegungssteuereinheit 152 verwendet werden, um zusätzliche Eingaben zum Steuern der Bewegung des Fahrgestells 120 vorzunehmen. Beispielsweise kann der Drehknauf dafür verwendet werden, die Rate der Fahrgestellbewegung zu steuern, während der Joystick dafür verwendet wird, die Richtung der Fahrgestellbewegung zu steuern. Alternativ kann, wie gezeigt, die zweite Schnittstelle 157B einen oder mehrere Aspekte des Schweißgerätes 180 steuern. Beispielsweise kann das Schweißgerät 180 eine Vorrichtung 185 enthalten, die unabhängig von dem Fahrgestell 120 bewegt wird. Beispielsweise kann die Vorrichtung 185 einen Antrieb enthalten, der die Vorrichtung relativ zu dem Fahrgestell entlang einer Ebene, die sich senkrecht zu dem Korpus des Schweißgerätes 180 erstreckt, nach innen und nach außen bewegt. Diese Bewegung kann ein Oszillationsmuster einer Einwärts- und Auswärtsbewegung enthalten, das durch die Vorrichtung 185 wiederholt wird. Der Antrieb und die Vorrichtung 185 können in der Lage sein, eine viel präzisere Bewegung und Steuerung im Vergleich zur Bewegung des Fahrgestells 120 auszuführen. Die zweite Schnittstelle 157B kann in Verbindung mit der Schweißgerät-Steuereinheit 154 verwendet werden, um diese Bewegung zu steuern. Beispielsweise kann ein Gefälle oder eine sonstige Unregelmäßigkeit auf der Oberfläche bewirken, dass sich das Fahrgestell 120 um einen geringfügigen Betrag vom beabsichtigten Pfad des Schweißgerätes 180 entfernt. Grobe Bewegungen des Fahrgestells können zum Justieren dieser Bewegung unbrauchbar sein. Dank der besseren Steuerungsfähigkeit durch die Vorrichtung 185 und ihren Antrieb kann die zweite Schnittstelle 157B dafür verwendet werden, die Vorrichtung 185 zu lenken und die geringfügige Bewegung des Fahrgestells 120 zu korrigieren. Wenn die Vorrichtung eine Oszillation ausführt, so kann die zweite Schnittstelle 157B den Mittelpunkt der Oszillation lenken. Alternativ kann die zweite Schnittstelle 157B dafür verwendet werden, eine oder beide der äußeren Grenzen der Oszillation zurückzusetzen, um das Oszillationsmuster zu ändern oder eine oder beide der äußeren Grenzen zu justieren, wenn das Oszillationsmuster unregelmäßig geworden ist. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann eine vertikale Bewegung des Joysticks dafür verwendet werden, die Position der Vorrichtung 185 zurückzusetzen, wie zum Beispiel eine Oszillationsvorrichtung 185 zur Mittenposition zurückzuführen. Es versteht sich, dass auch andere Positionen, einschließlich beispielsweise eine Ausgangsposition oder sonstige Position, in der die Vorrichtung aus dem Eingriff gelöst oder so positioniert ist, dass eine Reparatur ausgeführt werden kann, in einer ähnlichen Weise aktiviert werden können. Die Verwendung der ersten und der zweiten Schnittstelle 157A, B zum Steuern der Bewegung der Vorrichtung 185 über das Fahrgestell 120 oder direkt über das Schweißgerät 180 darf nicht als einschränkend angesehen werden. Es können noch weitere Schnittstellen bereitgestellt werden, um eine größere Funktionalität oder Steuerbarkeit des Fahrgestells 120 und/oder des Schweißgerätes 180 zu erhalten.
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Wie oben angesprochen, wird ein Schweißgerät 180 auf dem Fahrgestell 120 gestützt. Das Schweißgerät 180 enthält eine Vorrichtung 185, die in der Lage ist, einen Schweißvorgang auszuführen. Wie am besten in den 1 und 3 gezeigt, wird die Vorrichtung 185 dergestalt auf das Fahrgestell 120 gestützt, dass sie eine ununterbrochene Sichtlinie zu dem Werkstück hat. In dem in 6 gezeigten Beispiel ist das Schweißgerät 180 ein MIG-Schweißgerät und enthält eine Stromversorgung 181, die für die Vorrichtung 185 Strom zum Erzeugen eines Lichtbogens bereitstellt. Das Schweißgerät 180 enthält des Weiteren einen Drahtvorrat 182, der Draht für die Vorrichtung 185 bereitstellt. Die Drahtzuführvorrichtung 182 kann Draht von einem externen Vorrat ziehen, oder ein Drahtvorrat kann als Teil des Schweißgerätes 180 bereitgestellt werden. In dem gezeigten Beispiel ist der Drahtvorrat 182, in Form einer Rolle mit Draht, auf dem Schweißgerät 180 angeordnet. Außerdem kann das Schweißgerät 180 eine Inertgaszufuhr 183 enthalten, die Schutzgas für die Vorrichtung 185 bereitstellt. Optional, wenn Unterpulver-Lichtbogenschweißen ausgeführt wird, kann das Schweißgerät 180 eine Flussmittelzufuhr enthalten. Es können noch weitere optionale Komponenten, die üblicherweise in anderen Schweißoperationen verwendet werden, als Teil des Schweißgerätes bereitgestellt werden.
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Wie am besten in 3 zu sehen, kann das Schweißgerät 180 an einem Ende des Fahrgestells 120 gestützt werden, und die Vorrichtung 185 kann sich vom Umfangsrand 129 des Fahrgestells 120 nach außen erstrecken, um eine direkte und ununterbrochene Sichtlinie zwischen der Vorrichtung 185 und dem Werkstück W zu realisieren. Alternativ kann eine Öffnung oder Aussparung durch das Fahrgestell 120 definiert werden, um die Sichtlinie bereitzustellen. Dies erlaubt es der Vorrichtung, gemäß dem konkret ausgeführten Schweißvorgang einen Lichtbogen, einen Wasserstrahl, schmelzflüssiges Material oder einen Laser auf das Werkstück zu richten. in dem in 7 gezeigten Beispiel bewirkt ein Erstrecken der Vorrichtung 185 von dem Fahrgestell 120 nach außen auch eine Beabstandung der Vorrichtung 185 von dem Magnet 132, der in diesem Beispiel innerhalb des Umfangsrandes des Fahrgestells 120 untergebracht ist, um eine Distanz d nach außen, um jegliche Störungen durch das Magnetfeld vom Magneten 132 bei der Vorrichtung 185 zu minimieren, einschließlich beispielsweise einer Verzerrung des Lichtbogens oder von Tröpfchen des schmelzflüssigen Materials. Um Störungen durch den Magneten zusätzlich zu reduzieren, wie oben besprochen, kann der Spalt 135 zwischen dem Magneten 132 und dem Werkstück W justiert werden, um eine vollständige Sättigung des Magnetfeldes innerhalb des Werkstücks W sicherzustellen. Es versteht sich, dass in einigen Fällen das Magnetfeld nicht benötigt wird, um das Fahrgestell relativ zu dem Werkstück zu halten. Wenn sich beispielsweise das Fahrgestell auf einer Oberfläche befindet, wo die Schwerkraft oder eine andere Kraft das Fahrgestell auf dem Werkstück hält, so wird die Magnetkraft nicht benötigt. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Magnetkraft des Fahrgestellschalters 130 wahlweise fortgenommen werden, wenn sie nicht benötigt wird, um eine Untersättigung der Magnetkraft zu vermeiden, die den Schweißvorgang stören könnte. Beispielsweise kann, wie in 8 gezeigt, der Magnet 132 innerhalb einer Halterung drehbar sein, die ihre Nord- und Südpole in Kontakt mit einem Nichteisenmaterial bringt, um die Erzeugung einer Magnetkraft zu verhindern (aus), und in Kontakt mit einem Eisenmaterial bringt, um eine magnetische Kraft zu erzeugen (ein). Die Rotation des Magneten 132 kann manuell oder automatisch erfolgen. In dem gezeigten Beispiel ist ein Aktuator 133 bereitgestellt, um den Magneten gezielt zwischen einer Ein-Position, in der eine Magnetkraft erzeugt wird, und einer Aus-Position, in der keine Magnetkraft erzeugt wird, zu drehen. Der Aktuator kann durch die Steuereinheit 150 gesteuert werden. Wenn beispielsweise ein verringerter Betrag an Magnetkraft benötigt wird, so kann ein Magnet 132 nahe der Vorrichtung 185 in den Aus-Zustand versetzt werden, während ein Magnet 132', der weiter von der Vorrichtung 185 entfernt ist, im Ein-Zustand bleibt.
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Das Schweißgerät 180 kann auf dem Fahrgestell 120 in jeder beliebigen Weise gestützt werden, einschließlich einer direkten Anbringung des Schweißgerätes 180 an dem Fahrgestell 120 oder das Vorsehen einer abnehmbaren Anbringung des Schweißgerätes 180, wie gezeigt. In dem gezeigten Beispiel enthält das Schweißgerät 180 ein Schweißgerät, das auf einer Schiene montiert werden kann und eine Schienenklemmbaugruppe enthält. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Schienenabschnitt 190 auf dem Fahrgestell 120 angeordnet, um eine Montagestelle für ein schienenmontiertes Schweißgerät, wie zum Beispiel das gezeigt, bereitzustellen. Mehrere Abschnitte der Schiene 190 können an dem Fahrgestell angebracht werden, um mehrere Montagepositionen für ein einzelnes Schweißgerät bereitzustellen oder um mehrere Schweißgeräte an dem Fahrgestell anzubringen. Beispielsweise kann zusätzlich zu der gezeigten Ausführungsform, die einen ersten Längenabschnitt der Schiene 190 an einem äußeren Rand des Fahrgestells und einen zweiten Abschnitt, der sich einwärts des ersten Abschnitts befindet, zeigt, ein Fahrgestell, das einen Längenabschnitt der Schiene 190 an jedem äußeren Rand aufweist, dafür verwendet werden, Schweißgeräte an gegenüberliegenden Enden des Fahrgestells anzubringen. Diese Schweißgeräte können dann gleichzeitig betrieben werden, um Schweißoperationen an jedem Ende des Fahrgestells auszuführen. Diese Beispiele sind nicht einschränkend, da zusätzliche Montagehalterungen bereitgestellt werden können, um die Anzahl der Positionen zu erhöhen, an denen ein oder mehrere Schweißgeräte angebracht werden können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Schweißgerät auf einem Schienenabschnitt 190 fahren. Beispielsweise würde ein Schienenabschnitt 190, der einen Längenabschnitt hat, es dem schienenmontierten Schweißgerät erlauben, entlang des Längenabschnitts der Schiene 190 zu fahren, um die Flexibilität des Schweißvorgangs weiter zu erhöhen. Die Schienenlänge kann den Umfangsrand des Fahrgestells übersteigen, damit der Schweißvorgang auch über das Fahrgestell hinaus ausgeführt werden kann, während das Fahrgestell stationär ist, oder zusätzliche Bewegungsfreiheit bereitzustellen, während das Fahrgestell in Bewegung ist. In einem Beispiel kann ein vier Fuß langer Längenabschnitt der Schiene 191 (9) an einem Ende des Fahrgestells 120 montiert werden. Der vier Fuß lange Längenabschnitt 191 würde auf dem Fahrgestell zentriert werden und sich parallel zu der Richtung der Räder erstrecken, wobei jedes Ende vom dem Fahrgestell 120 herauskragt. Es versteht sich, dass der Längenabschnitt der Schiene 190 jeder beliebige Längenabschnitt sein kann, der die richtige Größe der Fußaufstandsfläche des Fahrgestells 120 und der Vorschubbaugruppe 140 aufweist. Das gezeigte Beispiel darf darum nicht als einschränkend angesehen werden. Der Zugantrieb T innerhalb des schienenmontierten Schweißgerätes 180 könnte verwendet werden, um das Schweißgerät 180 zu verschiedenen Positionen entlang der Schiene 190 zu indexieren, um Schweißoperationen an den indexierten Positionen auszuführen. Zusätzlich zu der Position mit der durchzogenen Linie, an der das Schweißgerät 180 auf einer Schiene 190 zentriert ist, zeigt 9 das Schweißgerät an der Position 180' mit der Strichlinie am vorderen Ende einer Schiene 190 und an einem hinteren Ende der Schiene 190 in der Strichlinienposition 180''. Die äußersten Positionen 180' und 180'' definieren einen Bewegungsbereich R1 entlang dem Schweißpfad WP für das Schweißgerät 180, der sich auf der Schiene 190 bewegen kann. In dem speziellen Beispiel enthält die Vorrichtung 185 einen Vorrichtungsantrieb, der die Vorrichtung 185 in einer Ebene bewegt, die sich senkrecht zum Schweißgerät 180 und zum Schweißpfad WP erstreckt. Der Bewegungsbereich entlang dieser Ebene ist schematisch bei R2 gezeigt. Es versteht sich, dass ohne eine Bewegung des Fahrgestells 120 das so montierte Schweißgerät 180 einen Schweißvorgang an jeder beliebigen Stelle innerhalb des durch R1 und R2 definierten Bereichs ausführen kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann eine Verbindung des Schweißgerätes 180 mit dem Fahrgestell 120 ein Signal an die Steuereinheit 150 erzeugen, damit die Steuereinheit weiß, dass das Schweißgerät 180 auf dem Fahrgestell 120 montiert ist. Dieses Signal kann durch eine elektrische Verbindung erzeugt werden, die als Teil der physischen Verbindung des Schweißgerätes 180 mit dem Fahrgestell 120 hergestellt wird, oder wenn die Steuerleitung, die mit der Steuereinheit 150 kommuniziert, mit dem Schweißgerät 180 verbunden wird, wie gezeigt. Dieses Signal an die Steuereinheit kann gleichermaßen an eine Schweißgerät-Steuereinheit 154 oder eine vorhandene Fernbedienung 158 gesendet werden. In dem gezeigten Beispiel enthält das MIG-Schweißgerät 180 eine bordeigene Schweißgerät-Steuereinheit 154, die neben anderen Funktionen dafür verwendet werden kann, den Betrieb der Schienenverriegelungsbaugruppe (Bremse) B und Kupplung für den Schienenantrieb T (4) zu steuern. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Schweißgerät-Steuereinheit 154 für den Fall des Empfangs eines Signals, dass das Schweißgerät 180 auf einem beweglichen Fahrgestell 120 angebracht ist, so vorprogrammiert sein, dass eine Fahrt durch die Kupplung für den Schienenantrieb T deaktiviert wird, während die Schienenverriegelungsbremse B im verriegelten Zustand gehalten wird, um das Schweißgerät 180 an der Schiene 190 zu fixieren. Dies kann als eine Standardposition beim Anbringen des Schweißgerätes 180 am Fahrgestell 120 festgelegt werden. Die Standardposition kann durch den Nutzer geändert werden, um eine Bewegung entlang der Schiene 190 zu erlauben, während das Schweißgerät 180 an dem Fahrgestell 120 angebracht ist, wie oben beschrieben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Signal, das die Verbindung eines Schweißgerätes 180 mit dem Fahrgestell 120 anzeigt, außerdem einen Vorrichtungsidentifikator enthalten, der an die Steuereinheit 150 übermittelt wird, damit die Steuereinheit 150 die Art der Vorrichtung 185 kennt, die verwendet wird, und Steuerungsbefehle laden kann, die auf die jeweilige Vorrichtung abgestimmt sind. Beispielsweise kann der Identifikator anzeigen, dass ein MIG-Schweißgerät an dem Fahrgestell angebracht wurde, so dass Drahtzufuhr- und Lichtbogenerzeugungsbefehle, die für das MIG-Schweißgerät ausgelegt sind, automatisch in die Verbindung geladen werden. Gleichermaßen können Benutzerschnittstellen an der Steuereinheit 150 und/oder der Fernbedienung 158 automatisch auf der Basis der verwendeten Vorrichtung angepasst werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann eine Kamerabaugruppe 195 bereitgestellt werden, um die Bewegung des mobilen Schweißgerätes 100 zu überwachen. Die Kamerabaugruppe 195 kann eine oder mehrere Kameras enthalten, die an verschiedenen Stellen an dem mobilen Schweißgerät 100 montiert sind. Wie am besten in 3 gezeigt, kann die Kamerabaugruppe 195 eine erste Kamera 196 enthalten, die an dem Fahrgestell 120 montiert ist. Die Kamera 196 kann montiert werden, um Informationen über die Umgebung bereitzustellen, in der sich das mobile Schweißgerät 100 befindet, oder um eine Rückmeldung an den Nutzer bezüglich der Bewegung des mobilen Schweißgerätes 100 zu übermitteln. Die Kamerabaugruppe 195 enthält außerdem eine zweite Kamera 197 zum Überwachen der Qualität und Position der Schweißnaht, oder um das Werkstück entlang des beabsichtigten Schweißpfades WP zu beobachten. In dem gezeigten Beispiel ist die zweite Kamera so positioniert, dass sie eine Sichtlinie zu einer Schweißzone WZ hat, um die Qualität des Schweißvorgangs zu überwachen. Die erste Kamera 196 ist an einem vorderen Abschnitt des Fahrgestells 120 zum Überwachen der Bewegung des mobilen Schweißgerätes 100 montiert. Weitere Kameras können am hinteren Ende und an den Seiten des Fahrgestells montiert werden, um die Bewegung des mobilen Schweißgerätes 100 zusätzlich zu beobachten. Die Kameras 196, 197 können Video im Speicher speichern oder das Video über eine leitungsgebundene oder drahtlose Verbindung an die Steuereinheit 150 senden. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann Video von der Kamerabaugruppe 195 zu einer Anzeige 198 gesendet werden. Beispielsweise kann eine Anzeige 198 an der Fernbedienung 158 (6) bereitgestellt werden.
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Die obigen Beispiele veranschaulichen lediglich mehrere mögliche Ausführungsformen verschiedener Aspekte der vorliegenden Erfindung, wobei dem Fachmann äquivalente Änderungen und/oder Modifizierungen beim Lesen und Verstehen dieser Spezifikation und der beigefügten Zeichnungen einfallen. Speziell in Bezug auf die verschiedenen Funktionen, die durch die oben beschriebenen Komponenten (Baugruppen, Vorrichtungen, Systeme, Schaltkreise und dergleichen) ausgeführt werden, ist es beabsichtigt, dass – sofern nicht etwas anderes angegeben ist – die Begriffe (einschließlich der Verwendung des Begriffes „Mittel”), die dafür verwendet werden, solche Komponenten zu beschreiben, jeglichen Komponenten, wie zum Beispiel Hardware, Software oder Kombinationen davon, entsprechen, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente (die beispielsweise funktional äquivalent ist) ausführen, selbst wenn sie der offenbarten Struktur, die die Funktion in den veranschaulichten Implementierungen der Erfindung ausführt, nicht strukturell äquivalent ist. Des Weiteren kann, auch wenn ein bestimmtes Merkmal der Erfindung mit Bezug auf nur eine von verschiedenen Implementierungen offenbart wurde, ein solches Merkmal mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Implementierungen kombiniert werden, so wie es für eine gegebene oder bestimmte Anwendung gewünscht wird und vorteilhaft ist. Insofern die Begriffe „einschließlich”, „enthält”, „aufweist”, „hat”, „mit” oder Varianten davon in der detaillierten Beschreibung und/oder in den Ansprüchen verwendet werden, ist es des Weiteren beabsichtigt, dass diese Begriffe in einer Weise ähnlich dem Begriff „umfassen” inkludierend sind.
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Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zum Offenbaren der Erfindung, einschließlich der besten Art und Weise der Ausführung, und auch, um es dem Durchschnittsfachmann zu ermöglichen, die Erfindung zu praktizieren, einschließlich der Herstellung und Verwendung der Vorrichtungen oder Systeme und der Ausführung der hier enthaltenen Verfahren. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann auch andere Beispiele enthalten, die dem Fachmann einfallen. Es ist beabsichtigt, dass solche anderen Beispiele ebenfalls in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, wenn sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von denen des Wortlauts der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden im Vergleich zum Wortlaut der Ansprüche enthalten.
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Der beste Modus zum Ausführen der Erfindung wurde zu dem Zweck beschrieben, den besten Modus zu veranschaulichen, der dem Anmelder zu diesem Zeitpunkt bekannt ist. Die Beispiele sind nur veranschaulichender Art und sollen die Erfindung nicht einschränken; diese ist allein anhand des Geistes und des Geltungsbereichs der Ansprüche zu definieren. Die Erfindung wurde anhand bevorzugter und alternativer Ausführungsformen beschrieben. Natürlich fallen anderen Personen beim Lesen und Verstehen der Spezifikation Modifizierungen und Änderungen ein. Es ist beabsichtigt, alle derartigen Modifizierungen und Änderungen aufzunehmen, insofern sie in den Geltungsbereich der beiliegenden Ansprüche oder ihrer Äquivalente fallen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- mobiles Schweißgerät
- 120
- Basisvorschubplattform oder Fahrgestell
- 121
- erste Schiene
- 122
- zweite Schiene
- 125
- Kupplungen
- 126
- mittige Schiene
- 129
- Umfangsrand
- 130
- Fahrgestellhalter
- 132
- Magnet
- 132'
- Magnet
- 133
- Aktuator
- 134
- Befestigungsmittel
- 135
- Magnetabstand oder Spalt
- 136
- obere Mutter
- 140
- Vorschubbaugruppe
- 143
- Vortriebssystem
- 145
- Mecanum-Rad
- 150
- Steuereinheit
- 152
- Motorsteuereinheit
- 153
- Kabel
- 154
- Schweißsteuereinheit
- 155
- Versorgungskabel
- 157
- Bewegungsschnittstelle
- 157A
- erste Schnittstelle
- 157B
- zweite Schnittstelle
- 158
- Fernbedienung
- 160
- Motorbaugruppe
- 162
- Motor
- 164
- Getriebe
- 180
- Schweißgerät
- 180'
- Linienposition
- 180''
- Linienposition
- 181
- Stromversorgung
- 182
- Drahtvorrat
- 183
- Inertgaszufuhr
- 185
- Vorrichtung
- 190
- Schienenabschnitt
- 191
- Schiene
- 195
- Kamerabaugruppe
- 196
- erste Kamera
- 197
- zweite Kamera
- 198
- Anzeige
- B
- Bremse
- R1
- Bewegungsbereich
- R2
- Bewegungsbereich
- T
- Schienenantrieb
- W
- Werkstück
- WP
- Schweißpfad
- WZ
- Schweißzone
