-
Titel der Erfindung
-
Selbsttätige Positionieranordnung für Schweißgeräte Anwendungegebiet
der Erfindung Die Erfindung ist vorzugsweise dort anwendbar, wo die Führung der
Bearbeitungswerkzeuge der GeoMetrie des Bearbeitungagegenstandes selbsttätig angepaßt
werden soll.
-
Ein besonderes Anwendungagebiet der Erfindung ist das Schweißen von
Fächern eines Schiffadoppelbodens, Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Mit dem Einsatz autoMatischer Schwelßgeräts wurden auch Vorrichtungen zur Bestimmung
der Position derselben erforderlich.
-
Ces erfolgt In solchen Fällen, wo es sich um Wiederholteile handelt,
über rechnergesteuerte Einrichtungen. Die dabel entstehenden Kosten erscheinen durch
die Serienfertigung vertretbar.
-
Bei Einzelfertigung oder geringer Stückzahl der Werkstücke werden
der Aufwand und dault die Kosten zu hoch. Au diesem Grunde werden in diesen Fällen
Vorrichtungen ult Sensoren eingesetzt.
-
Nach der DE-OS 3 100 488 ist eine Vorrichtung zu Positionieren eines
Schweißgerâtes zum selbsttätigen Lichtbogenschwelßen bekennt. Ole bekannte Vorrichtung
sieht vor, daß in der Nähe der Schweißpistele Senaoren angeordnet eind. Ihre Ausgeangsaignale
sind an eine elektronische Rechenachaltung geführt. Von dort werden die Stellbefehle
ausgelöst.
-
Während die bisher bekannten Vorrichtungen sich im wesentlichen auf
das Stumpfschweißen gleicher WerkatückeObezogen, so wird nach der DE-OS 3 100 486
auch das Verschweißen flachere Werkstücke längs einer Ecke Möglich. Obwohl zwar
damit ein selbsttätiges Schweißen von Kehlnähten durchführbar wird, ist diese Vorrichtung
jedoch 11 Schiffsbau nicht einsetzbar.
-
Der Nachteil ergibt sich daraus, daß die bekannte Vorrichtung nur
in einer Arbeitalinle schweißen kann. Gerade aber im Schiffbau ist es notwendig,
daß z. a. bei der Schweißung von Fächern iu Doppelboden außerdem in zwei sich schneidenden
Arbeitslinien geschweißt werden Muß. Das ist mit der bekannten Vorrichtung nach
DE-OS 3 100 486 nicht Möglich. Eine Vorprograuilerung des Schweißbrenners ist auf
Grund der Unterschiedlichkeit der Größe und For. der Fächer bzw. wegen der Schwierigkeit
der ErMittlung einer Bearbeitungsgeometrie nicht Möglich.
-
Ziel der Erfindung Mit der Erfindung soll ein effektiven selbsttätig
ablaufender Schweißverlauf bei der Herstellung von horizontalen Kehlnähten im Schlfföau
erreicht werdan.
-
Wesen der Erfindung Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine
mit Sensoren arbeitende Posltionleranordnung zu schaffen, die die sclbsttätige und
kontinuierliche herstellung von horizontalen Kehlnähten entlong einer unregelmäßig
verlaufenden und/oder in sich geschlossenen Linie ermögllcht.
-
Merkmale der Erfindung Erfindungsgemäß besteht eine in einer in x-Richtung
verfahrßa@en Führung in y-Richtung verfahrbar angeordnete Stellvorrichtung au eine.
feststehenden lell und aus einer Mit diese. Jeil um die Rotationsachse c drehbar
verbundenen Tragekonetruktion und eine. an der Tragekonstruktion in Richtung Werkstück
befestigten Führungsstück, während In einer Führung des Führungestückes ein Fühlarin
in x', y'-Richtung bewegbar angeordnet ist, an dessen
Ende sich
ein Schweißbrenner befindet, wobei an der den werk stück zugekehrten Fläche des
feststehenden Teiles vier um gO.
-
versetzte, die Arbeiteposition des Schweißbrenners erfassende und
den der drehbaren Tragekenstruktion zugeordneten Steliantrieb beeinflussende Sensoren
angeordnet sind, an der Unterseite des Führungsetückes weitere vier um 90° versetzte,
die Arbeitsendlagen erfassende und denselben Stellantrieb beinflussende Sensoren
befestigt sind, drei am Führungsstück angeordnete, die Arbeitestellung des Fühleraries
erfassende und die für die lranslationsbewegung In x- bzw. y-Richtung verantwortlichen
Stellantrleb beeinflussende Sensoren in Wirkverbindung mit eine. am Fühlarm stellbar
angeordneten Schaltnocken stehen und weiterhin am Ende des Fühlarmes zwei den Abstand
Schweißbrenner/Werkstück erfassende Sensoren angeordnet sind, von denen der eine
den Stellontrieb der Rotationsachse und der andere den Stellantrieb des Fühlarues
beeinflußt.
-
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Fühlarm
über eine Seilföhrung mit eine@ mechanisch-elektrischen Wandler in Wirkverbindung
steht, dessen Ausgangasignal zur Einhaltung einer konstanten Arbeitsgeschwindigkeit
als Stellgröße an den Stellantrieb, der um die Rotationsachse c drehbar gelagerten
Tragekonstruktion zur Korrektur der Winkelgeschwindlgkeit geführt ist.
-
Weiterhin enthält die Erfindung das Merkmal, daß zur Bestimmung der
Start/Stoppposition des Schweißvorganges einer Steuerlogik der Positionleranordnung
über einen Motorsteller ein Antrieb der Translationsachse (x- oder y-Achse) zum
Empfang des Starteignale nachgeschaltet ist, dessen Ausgangesignal an einem Meßwandler
anliegt, wobei zur Erfassung der elektrischen Signale des Meßwnndlers demselben
ein Vor-/Rückwärtszähier nechgeschaltet ist, dessen Ausgang gemeinsam mit dem Ausgang
eines Vorwahlschalters an einemVergleicher anliegt, dessen Ausgang wiederum zu.
Geben eines Stoppeignales auf den Eingang der Steuerlogik zurückgoführt ist. Durch
die selbsttätige Positlonleranordnung wird es erstmals möglich, eine der Geometrie
des Werkstiickes angepaßte Stellung des Schweißbrenners In drei Dew¢gungsohenen
zu erhalten.
-
Zu diesem Zwecke sind am feststchenden leil, nn der iragekonstruktion
sowie am Fühlari Sensoren angeordnet, die die ihnen zugeordneten Stellantriebe betätigen.
Beim Erreichen bestimmter vorgegebener Punkte erfolgt eine selbsttätlge Umschaltung
der Bewegungsabläufe, so daß daMit eine selbsttätige Positionierung des Schweißbrenners
gewährleistet int.
-
Ausführungsbeispiel An einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung
näher erläutert werden.
-
Es zeigen Fig. 1: Ansicht der Positlonierenordnung Fig. 2s Sensoranordnung
am feststehenden leil Fig. 3: Sensoranordnung am rotierenden Teil Fig. 4: Sensoranordnung
am Fühlarm Fig. 5: Wegegeometris Fig. 6: Arbeitsablauffolge Fig. 7: Regelkreis zur
Start/Stopposition-Bestimmung Fig. 8:Ausschweißen einer Fachecke > 900 Die Positfonieranordnung
für Schweißgeräte ist an einem in der Zeichnung nicht dargestellten in x-Richtung
verfahrbaren Portalwagen so gelagert, daß sie in y-Rlchtung beweglich ist.
-
Die Positionleranordnung besteht aus einem festatehenden Teil 1. Mit
dem feststehenden Teil 1 ist eine Tragekonstruktion 2 verbunden. Diese ist um die
Rotationsachse c drehbar gelagert.
-
Weiterhin ist an der Unterseite der Tragekonstruktion 2 ein Führungsstück
3 angeordnet. In der Führung des Führungsstückes 3 ist ein Fühlarm 8 in x'/y'-Achse
beweglich angeordnet.
-
Dessen Wirkrichtung stimmt mit der des Schweißbrenners 4 Ober.
-
ein. Ain feststehenden tell 1 sind an dessen dem Werkstück 5 zugekehrter
Fläche vier um 900 versetzte Sensoren Ei, E2, E3, E4 angeordnete Diese ermöglichen
die Bestimmung der Arbeiteposition des Schweißbrenners 4 au Werkstück (Doppelbodenfach)
5. Die Ausgongssignale der Sensoren Ei, E2, E3, E4 beeinflussen den der drehbaren
Tragekonstruktion 2 zugeordneten Stollantrieb. Weiterhin sind an der Unterseite
des Führungsetückes 3 vier weitere um 90° versetzte Sensoren E21, E22, E23, E24
angeordnet.
Diese dienen zur Bestimmung der Arbeitsendlagen im Uoppelbodenfach 5. Bei Annäherung
des Schweißhrenhers 4 an eine Begrenzung beeinflussen die Sensoren E21, E22, E23,
E24 den Stellantrieb der Rotationsachse. Weiterhin sind an der Spitze des Fühlarmes
6 zwei Mit dem Schweißbrenner 4 in gleicher Wirkungarlchtung stehende Sensoren E41,
E42 angeordnet, welche den Stellantrieb des Fühlarmes 6 richtungsabhängig beeinflussen.
-
Sie dienen der Bestimmung des Abstandes Fühlarin 6/Werkstück 5, der
der Arbeitoposition des Schweißbrenners 4 am Werkstück 5 entspricht.
-
Ein am Fühlarm 6 angeordneter und in der Stellung veränderbarer Schaltnocken
7 steht in Wirkverbindung mit drei Sensoren Ell, E12, E13. Diese sind am Führungsstück
3 angeordnet. In Abhingigkeit der Arbeitsstellung des Fühinrues 6 signalisieren
die Sensoren Eil, E12, E13 dem Stellantrieb des Fühlermes 6 die Stellung desselben
Es gilt Ell r H Fühlorin 6 in Arbeitslage E12 n ii Fühlerin 6 ausgefahren E13 =
H Fühlarm 6 eingefahren Der Fühlerm 6 steht über eine In der Zeichnung nicht dargestellte
Seilführung mit einem mechanisch-elektrischen wandler in Form eines Korrekturpotentlomsters
in Wirkverblndung. Das einer Längenänderung proportionale Ausgangssignal des Wandlers
ist nls Stellgröße en den Stellantrieb der Rotationsachse c der drehbarren Tragekonstruktion
2 geführt. Zur Regelung der Start/Stoppposition des Schweißvorganges erfolgt die
meßtechnische Versrbeltung von Weginkrementen, wobel folgendes Meßprinzlp glit:
Die Summe aller Weginkremente bezogen auf eine Iransiationsachse im karthesischen
Koordinatensystem entspricht einem vorgegebenen Wert. Die Bedingung entsprechend
dem Steuerungsprogramm ist ein Umlauf im Koordinatensystem von 360.
-
Die meßtechnische Umsetzung des Meßprinzips geschieht dabei wie folgt:
Von der Steuerlogik 10 der positionleranordnung wird aber den Motorsteller 11 dem
Antrieb 12 der Translationsachse (x- oder y-Achen) das Startaignol übertragen. Glelchzeitlg
orfelgt das
Nullen der Positionselektronik. Der dem Antrieb 12 nachge
schaltete Meßwandler setzt die von Antrieb 12 erzeugten toginkremente In elektrische
Signale um, welche von einem Vor-/ Rückwärtszähler erfaßt werden. Da beim Erreichen
einer Stert-/ Stopposition die Summe der Weginkremente einem vorgegebenen Wert entsprechen
soll, wertet der dem Zähler 14 nachgeschaltets; Vergleicher 15 den Registerinhalt
des Zählers 14 In Abhängigkeit von einem mit seinem Ausgang auf den Eingang des
Verglelchers 15 geschalteten Vorwahlschalter aus und gibt bei Erreichen eines vorgegebenen
Wertes ein entsprechendes Stoppeignal an die Steuerlogik 10.
-
Im weiteren wird der Arbeitsablauf 1. Zusammenwirken mit den Sensoren
näher erläutert.
-
Fig. 6 zeigt das Prinzip der Arbeitsablauffolge im Doppeibodenfach
5.
-
Folgende Ablauffolge gilt für den Schweißvorgang: 1 Das Schweißgerät
befindet sich in der Witte des Faches 5.
-
II Das Schweißgerät wird In der Führung des Portalwagens zur Werkstückkante
9 verfahren.
-
Der Sensor E1 erfaßt die Arbeitsposition des 8chwelßbrenners 4.
-
Der Sensor E23 signalisiert, daß sich der Schweißbrenner 4 an der
Bearbeitungskante 9 befindet.
-
Der Sensor Ell signalisiert, daß der Fühlerm 6 sich in Arbeitslage
befindet. Die Startposition ist somit folgende: El r E23 r E11 r H Die Steuerlogik
10 gibt ein Startsignal an den Translationsachsantrieb 12.
-
III Der Schweißbrenner 4 schweißt instechender Arbeitsweise entlang
der 1. Arbeitslinie Al in x-Richtung Bautellungenaulgkeiten und ungerade Nahtverläufe
werden durch den Sensor E42 erfaßt. Nimmt der Fühlarm G infolge Bauteilungenaulgkeiten
und damit Abweichungen des Nehtverlaufes in x- bzw. y-Richtung eine von E11 abweichende
Arbeitsposition ein, d.h. E11 @ @, verändert sich die Stellung des Fühlarmes 5 in
der Achse x', y', (Fig. 1)
Wird der vorgegebene wertebereich der
Fühlarmachse überschritten/unterschritten, d.h. der Sensor E12/E13 meldet, daß kelne
weitere Zustellung möglich ist, wird bei Anliegen dieses Schaltzustendes auf den
y-Achsenantrieb umgeschaltet6 Uieser stellt den Arbeitsbereich des Fühlarmes 5 wieder
her. Des wird durch den Sensor Ell signalisiert und bei Ell 1 @ wird der y-Achsenantrieb
wieder abgeschaltet.
-
Die Arbeitsbewegung in x-Richtung wird beendet, wenn der Sensor E21
bzw. E41 meldet, daß die Arbeitsendlage erreicht ist, d.h. eine anders verlaufende
Werkstückkante 9 erreicht ist.
-
Es gilt E21 r H V E41 r H Das Erfassen der Arbeltsposition des Fühlarmes
6 durch die Sensoren E11, E12, E13 erfolgt mittels Schaltnocken 7.
-
Die Stellung des Schaltnockens 7 auf dem Fühlarm 6 wird in Abhängigkeit
vom sogenannten Brennerzustellwlnkel ß verändert. über Brennerzustellwinkel ß bilder
Fühlarm ß und somit Schweißbrenner 4 mit der Werkstückkante 9. Der Schaltnocken
7 besitzt für jeden Brennerzustellwinkel ß P eine definierte Lage.
-
IV Es erfolgt des Ausschweißen der Eckondloge 8 des Doppelbedenfaches
5. Die translatorische Bewegung wird in eine rotstorische um die Rotationsachse
c umgeschaltet. Die Arbeitsstellung des Fühlarmes 6 verändert sich in Abhängigkeit
vom Rotstionswinkel α .
-
Uer Brennerzu@steilwinkel ß wurde zu Beginn des Schweißvorganges
in seiner Größe vorgegeben.
-
Der Wert des Winkels ß wurde durch die Kombination der Eingangegrößen
E1 = E11 = E23 = H mit E1 Sensor am feststehonden Teil 1 E11 Sensor am Fühlari 6
E23 Sensor am retatorischen Teil 2 in Verbindung mit dem einstellbaren Nocken 7
informationstechnlsch eindeutig festgeiegt.
-
Die rotatorische Arbeitsbewegung wird demzufolge abgeschlossen, wenn
gilt E 2 = E11 = E23 = wobei der Sensor E2 em feststehenden Teil 1 angeordnet ist
und die abgeschlossene Drehung des rotatorischen Teiles 3 un 900 signalisiert.
-
Der winkel ß llegt dann wieder in der ursprünglichen @@ Größe an.
-
Auch beim rotatorischen lell 3 des Bearbeitungsablaufes erfolgt die
Stellung des Fühisrmes 6 Ober den Sensor E42 in gleicher weise wie bei der translatorischen
Bewegung.
-
Die rotatorische Arbeitsbewegung wiederholt sich für die Arbeite.
-
schritte Vi, VIII, X entlang der 3., 4. und 1. Arbeitsschritte analog
den Arbeitsschritt IV, wobei gilt, daß die Arbeitsbewegung abgeschlossen ist, wenn
die Sonsorzustünde gelten: E2 e Ell 1 E23 1 H 90°-Drehung E3 = E11 = E23 = H 180°-Drahung
E4 1 Ell r E23 P 270°-Drehung E1 = E11 = E23 = H 360°/0°-Drehung Somit ist es möglich,
nach jedem Obergang von einer retstorischen Bewegung in elne translatorieche die
ursprüngllch vorgegebene winkelstellung ß 8 des Brenner 4 eindeutig zu fixieren.
-
Die translatorischen Bewegungen für die Arbeltsschnitte V, VII, IX,
XI erfolgen analog dar im Arbeitsschritt III.
-
Für den Arbeitsschritt XI gilt weiterhin, daß nach Erkennen des Nahtaufganges
mittels der Wegmeßeinrichtung dieser um einen definlerten Betrag überschweißt und
der Schweißprozeß beendet wird, d.h. der Vergleicher 15 glbt ein Stoppslgnal an
die Steueriogik 10.
-
Die Kombination der Bewegungsabläufe und ihre Inforatlonstechnische
Umsetzung und Steuerung ermögllchen das Ausschweißen beliebig verformter kompletter
Fachkonstruktionen Im folgenden sei zur näheren Erläuterung das Ausschweißen einer
von 90. abweichenden Fachecke beschrieben.
-
Bei Erreichen der In Fig. 8 dargestellten Ecke durch den Fühlarm wird
derselbe eingefahren bis zur Endlage E13 1 ii. Danach ist kein weiteres Sensieren
möglich und es geht ein Stellbefehl an den x-Achsenantrieb. Der einsetzenden rotatorischen
Bewegung zur Eckensusschwelßung wird eine transiatorische überlagert.
-
Damit wird der Arboitsbereich der Fühlarmachse wieder hergestellt.
-
Die rotstorische Arbeltsbewegung wird abgeschiossen, wenn gilt: E2
1 Ell s E23 I II Danach erfolgt ein Stcllbetehl an den y-Achsenantrleb und der Schweißprozeß
an der nächsten Arbeitslinie beginnt.
-
Zur Erzielung eines konstanten Schwelßnahtquerschnittes ist es notwendig,
auch im Bereich der Eckenausschweißung eine konstante Schweißgeschwindlgkeit Vs
zu erreichen Die Geschwindigkeit@@bweichungen werden dabei über die Rotationsgeschwindigkeit
Wc kompensiert.
-
Nach Figur 6 gilt dazu der mathematische Zusammenhang
mit Wc » Winkelgeschwindigkeit der Rotationsachse α = Urehwinkel ß = Brennerzustellwinkel
r " Abstand Brenner/Rotationsachse - r " Abweichung von r
Für die
erfinderische Lösung wurde der funktionelle Zusammenhang Wc 1 f (1 + d r) bzw, die
für die Praxis des Schweißens ausreichende Näherung # Wc = f (# γ ) für die
Steuerungseufgabe genutzt.
-
Dci einer Längenänderung ar wird Ober die Seilführung ein Korrekturpotentiometer
betrieben, dessen der Längenänderung proportionsie Spannungsausgangswert als Stellgröße
auf den Stollantrieb der Rotationsachse c geführt ist. So wird die Rotationsgeschwindigkeit
We in Abhängigkeit dar Längenänderung # γ dersrt geändert, daß gilt: Vs #
konstant Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht des Ausschwelßen beliebig geformter
Fachkonstruktionen mit horizontalen Kehlnähten in kontinuierlicher Arbeitsweise
und mit konstanten Schweißnahtqunrschnltten an geraden Arbeltslinlen.
-
Spezielle Anwendung findet die Anordnung im Schlffbau beim Ausschweißen
@@ch oben offener Boppelbodenfächer.