DE3625914C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein automatisches Lichtbogen-Schweißgerät mit einem oszillierenden Schweißkopf zum Fügen von Werkstücken, welche zwischen sich eine Schweißfuge bilden, einer ersten Einrichtung zum Vorgeben von Schweißbedingungen einschließlich Daten über die Geometrie der Schweißfuge für wenigstens eine vorbestimmte Position der zu schweißenden Werkstücke, einer zweiten Einrichtung zum Vorgeben von Daten über die Geometrie der Schweißfuge, welche zur Korrektur der Schweißbedingungen erforderlich sind, einer dritten Einrichtung zur Verwendung von Daten, welche durch die erste und zweite Einrichtung vorgegeben wurden, um zumindest einige der Schweißbedingungen zu korrigieren, und einer Einrichtung zum Bewegen des Schweißkopfes längs einer Schweißlinie in einem Schwingungsmuster quer zur Fuge in Übereinstimmung mit den korigierten Schweißbedingungen.

Ein derartiges Lichtbogen-Schweißgerät ist aus der JP-OS 59-1 93 770 bekannt. Dort sind zwei Schweißfugen, nämlich eine zu bearbeitende Schweißfuge und eine zweite Schweißfuge in einem Musterwerkstück vorgesehen. Die Korrektur der Schweißbedingungen erfolgt aufgrund eines Vergleichs zwischen der ersten und zweiten Schweißfuge.

In jüngster Zeit ist die Automatisierung des Bogenschweißens im Fortschreiten begriffen. Andererseits ist das Stumpfschweißen von geradlinigen Teilen oder das Schweißen von zahlreichen Schichten von Materialien, die eine Schweißfuge oder -nut bilden, relativ einfach. Es wurde angenommen, daß die Automatisierung solcher Operationen ohne weiteres erzielt werden kann. Jedoch wird beim Stumpfschweißen oder beim Vielschichtschweißen der Spalt der Schweißfuge selten mit hoher Genauigkeit beim Heftschweißen der Materialien ausgeführt werden. Dieser Umstand verhindert die Automatisierung der Schweißoperation.

Ein konventionelles automatisches Schweißgerät dieses Typs ist in Fig. 11 dargestellt. Die Fig. 12a und 12b stellen jeweils eine Planansicht und eine Frontansicht dar und zeigen ein Beispiel für zu schweißende Materialien. In Fig. 12 sind zu schweißende Stücke (1) und eine Schweißfuge (2) zwischen ihnen dargestellt. Außerdem ist in Fig. 12a die Schweißrichtung durch einen Pfeil X angezeigt, während die Schweißfugenrichtung mit einem Pfeil Y bezeichnet ist.

In Fig. 11 ist ein Blockdiagramm einer Steuer- oder Regeleinheit dargestellt, welche das Zentrum des Schweißgerätes ist. Es umfaßt einen Steuerabschnitt (4) mit einer CPU (Zentralverarbeitungseinheit) als ihrem Zentrum sowie einen Speicherabschnitt (5) zur Speicherung unterschiedlicher Daten, wobei der Speicherabschnitt (5) ein RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff bzw. Schreib- und Lesespeicher) bezeichnet. Mit dem Steuerabschnitt (4) sind ein Schweißzustandseinstellabschnitt oder ein Anschluß (6) verbunden, der aus einer Tastatur und einer Datenanzeigeeinheit besteht sowie eine Eingabe/Ausgabe- Schaltung (7) zur Übermittlung von Daten zwischen dem Steuerabschnitt (4) und einer externen Ausrüstung. Eine Schweißleistungsquelle (8) ist mit dem Steuerabschnitt (4) über die Eingabe/Ausgabe-Schaltung (7) verbunden und liefert Versorgungsenergie an einen Schweißkopf (9). Der Schweißkopf (9) umfaßt einen X-Achsenantriebsmotor (10) zur Bewegung des Schweißkopfes (9) in Schweißrichtung, einen Y-Achsenantriebsmotor (11) zur Bewegung des Schweißkopfes (9) in Richtung der Fugenbreite, ein Potentiometer (12), dessen Phase sich mit der Drehung des Y-Achsenantriebsmotors (11) ändert sowie einen Schweißbrenner (13).

Außerdem wandelt in Fig. 11 ein D/A (digital/analog) Wandler (14) einen digitalen Schweißgeschwindigkeitsbefehlswert, welcher durch den Steuerabschnitt geliefert wird, in einen analogen Wert um, welcher dem X-Achsenantriebsmotor (10) über eine Motorantriebsschaltung (15) zugeführt wird. Ein D/A-Wandler (17) wandelt einen digitalen Oszillationsmusterbefehlswert, der durch den Steuerabschnitt (4) geliefert wird, in einen analogen Wert um, der über Verstärker (18 und 19) dem Y-Achsenantriebsmotor (11) zugeführt wird.

Variable Feinsteuerwiderstände (16 und 20) liefern Versatzsignale an entsprechende Addierer (16 a und 20 a) für den Schweißgeschwindigkeitsbefehlswert und den Oszillationsmusterbefehlswert, welche einer Digital/ Analog-Wandelung unterworfen wurden. Die Versatz- oder Offsetsignale können von den variablen Mittenabgriffen der Potentiometer abgeleitet werden, deren feste Endanschlüsse mit positiven und negativen Spannungsquellen verbunden sind. Die Eingabe/Ausgabe- Schaltung (7) liefert einen Schweißstrombefehlswert an die Schweißversorgungsquelle (8) über einen D/A-Wandler (22) und empfängt von der Schweißversorgungsquelle (8) ein Bogendetektorsignal auf einer getrennten Leitung.

Die Schweißversorgungsquelle (8) ist über ein Versorgungskabel (21) mit dem Schweißbrenner (13) verbunden. Der Y-Achsenantriebsmotor (11) ist so ausgestaltet, daß er in der Lage ist, den Schweißbrenner (13) in Weitenrichtung der Fuge zu bewegen, während der X-Achsenantriebsmotor (10) so ausgebildet ist, daß er in der Lage ist, den Schweißkopf (9) in Schweißrichtung zu bewegen.

Die Arbeitsweise dieses Gerätes wird nun beschrieben.

Vor dem Starten einer Schweißoperation bedient die Bedienungsperson das Terminal (6) zur Eingabe und zum Setzen von Daten für unterschiedliche Zustände und Bedingungen der Schweißoperation. Solche Schweißzustände und Bedingungen sind z. B. ein Schweißstrom, eine Schweißgeschwindigkeit, eine Oszillationsweite und eine Oszillationsquerungszeit. Die Schweißbedingungen werden durch Benutzung der Tastatur gesetzt bzw. eingestellt. Die so gesetzten Daten werden über den Steuerabschnitt (4) dem Speicherabschnitt (5) zugeführt, wo sie im RAM gespeichert werden.

Wenn ein Schweißstartbefehl dem Steuerabschnitt vom Terminal (6) zugeführt wird, startet der Steuerabschnitt (4) mit der Steuerung des Schweißkopfes (9) und der Schweißversorgungsquelle (8) entsprechend der Schweißfolge.

Die voreingestellte Schweißgeschwindigkeit wird aus dem Speicherabschnitt (5) ausgelesen und wird über die Eingabe/Ausgabe-Schaltung (7) dem D/A-Wandler (14) zugeführt, wo sie in einen analogen Wert umgewandelt wird. Der analoge Wert wird dann der Motorantriebsschaltung (15) zugeführt, so daß der X-Achsenantriebsmotor (10) angetrieben wird, um den Schweißkopf (9) in Schweißrichtung zu bewegen. Der variable Feinsteuerwiderstand (16) dient dazu, daß die Bedienungsperson während des Schweißens die Schweißgeschwindigkeit in bezug auf den gesetzten Wert unter Beobachtung der Schweißbedingungen und -zustände einstellen kann. Das bedeutet, daß die Bedienungsperson in geeigneter Weise die Schweißgeschwindigkeit erhöhen oder verlangsamen kann.

In dem Falle, in dem die Weite oder Breite der Schweißfuge in gewissem Ausmaße groß ist, wird der Schweißbrenner (13) in der Fugenbreitenrichtung in Schwingungsbewegung versetzt. Zu diesem Zweck werden eine Oszillationsbreite, eine Oszillationsquerungszeit und beide Endstopzeiten durch Verwendung des Schweißterminals (6) gesetzt bzw. eingestellt, und zwar ähnlich wie in dem Falle, in dem die Schweißgeschwindigkeit eingestellt wird. Das Oszillationsmuster ist durch die drei so eingestellten Bedingungen bestimmt.

Der Ausgabebefehlswert des Oszillationsmusters wird als Positionsdaten berechnet, nachdem der Steuerabschnitt (4) die drei Bedingungen aus dem Speicherabschnitt (5) gelesen hat. Der so verarbeitete Befehlswert wird als Positionsdatenwert für die Y-Achse in bezug auf die Zeitachse durch den Steuerabschnitt (4) ausgegeben. Der Befehlswert, der durch den Steuerabschnitt (4) ausgegeben wurde, wird über die Eingabe/Ausgabe-Schaltung (7) an den D/A-Wandler (17) geliefert, wo er in einen analogen Wert umgewandelt wird.

Der Analogwert wird dann dem Y-Achsenantriebsmotor zugeführt, nachdem er durch die Verstärker (18 und 19) verstärkt wurde.

Andererseits ist der Y-Achsenantriebsmotor (11) mit dem Potentiometer (12) gekoppelt und bildet so ein konventionelles Servosystem. Ein Differenzsignal, welches die Differenz zwischen dem Oszillationsmusterausgangsbefehlswert und der Ausgangsspannung des Potentiometers (12) verkörpert, wird durch Vergleich erzeugt und dann durch den Verstärker (19) verstärkt. Das so verarbeitete Signal treibt den Y-Achsenantriebsmotor (11) in solcher Weise an, daß die Differenz beseitigt wird. Der variable Feinsteuerwiderstand (20) dient dazu, daß die Bedienungsperson während des Schweißens eine Feineinstellung der Oszillationsweite oder -breite vornehmen kann, und zwar während der Beobachtung der Schweißfugenbreite und der Bogenzustände. Das bedeutet, daß die Bedienungsperson in geeigneter Weise die Oszillationsweite oder -breite während des Schweißens erhöhen oder verringern kann.

Der Sollschweißstromwert, der aus dem Speicherabschnitt (4) ausgelesen wird, wird über die Eingabe/Ausgabe- Schaltung (7) und den D/A-Wandler (22) der Schweißversorgungsquelle (8) zugeführt, um den Schweißstrom zu bestimmen.

In dem Falle, in dem wie in Fig. 12 gezeigt, die Schweißfugenbreite am Startpunkt des Schweißens unterschiedlich ist gegenüber dem am Endpunkt, ist es für die Bedienungsperson notwendig, die Oszillationsbreite einzustellen und die Schweißgeschwindigkeit mit den variablen Feinsteuerwiderständen (16 und 20) in sämtlichen Zeitpunkten einzustellen. Bei der Feineinstellung besteht die Gefahr von Fehlern der Bedienungsperson. Daher ist in diesem Falle eine automatische Steuerung der Schweißoperation überhaupt nicht praktikabel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein automatisches Lichtbogen-Schweißgerät der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, in dem auch in dem Falle, in dem die Scheißfugenbreiten an beiden Enden einer Schweißlinie voneinander abweichen, die Schweißzustände ohne Notwendigkeit einer zweiten Musterschweißfuge automatisch korrigiert werden, um den Betrag der Schweißablagerung zu steuern und auf diese Weise die Schweißraupe in der Höhe einheitlich zu machen. Somit soll die Schweißoperation einfach automatisch realisiert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Weitere Ausgestaltungen der Errfindung gehen aus den Ansprüchen 2 bis 4 hervor.

Das erfindungsgemäße automatische Lichtbogen-Schweißgerät mit einem oszillierenden Schweißkopf vom Selbstlauftyp für Schweißmaterialien oder -werkstücke, welche eine Schweißfuge bilden, umfaßt einen Eingabeabschnitt zum Setzen und Einstellen und Eingeben von vorbestimmten Schweißkonditionen für eine vorbestimmte Position der Materialien und von Schweißfugendaten an beiden Enden einer Schweißlinie der Materialien. Die Schweißfugendaten werden benötigt, um einige Schweißkonditionen bzw. -zustände entsprechend der Änderung in der Fugenbreite oder der Fugenquerschnittsfläche der Materialien zu korrigieren. Außerdem ist ein Lehr- oder Unterrichtungsabschnitt vorgesehen, um die Positionen beider Enden der Schweißnaht des Materials mitzuteilen. Ein Korrigierabschnitt benützt Daten, die gesetzt und durch den Unterrichtungsabschnitt mitgeteilt wurden, um den Schweißzustand entsprechend der Änderung in der Fugenbreite oder der Fugenquerschnittsfläche der Materialien automatisch zu korrigieren.

Die Erfindung ist im folgenden an Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm der elektrischen Ausbildung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 und 3 eine Plan- und eine Seitenansicht der positionellen Beziehung zwischen einem Schweißkopf und den zu schweißenden Materialien;

Fig. 4A, 4B und 4C Frontansichten von unterschiedlichen Bedienungstafeln;

Fig. 5 eine schematische Darstellung von zu messenden Schweißfugendimensionen;

Fig. 6 ein Diagramm zur Veranschaulichung des inneren Speicherformats eines Speicherabschnitts;

Fig. 7 eine Veranschaulichung der Änderung der Schweißgeschwindigkeit und des Oszillationsmusters längs einer Fuge;

Fig. 8A, 8B und 8C Flußdiagramme für eine Anfangsoszillationsberechnung;

Fig. 9 ein Flußdiagramm für eine Einleitungsschweißgeschwindigkeitsberechnung;

Fig. 10 ein Flußdiagramm zur Steuerung des Oszillationsmusters;

Fig. 11 ein Blockdiagramm zur Darstellung einer elektronischen Ausbildung eines konventionellen automatischen Schweißgerätes;

Fig. 12(a) eine Draufsicht für jeweils zu schweißende Materialien und

Fig. 12(b) eine Frontansicht von Fig. 12(a).

Ein erstes Ausführungsbeispiel wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches ein automatisches Schweißgerät in seiner Ausbildung zeigt, und zwar als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Fig. 2 und 3 stellen jeweils eine Draufsicht und eine Seitenansicht dar und zeigen die positionelle Beziehung zwischen den zu schweißenden Materialien und dem Schweißkopf des Schweißgerätes. Fig. 4 zeigt den Betriebsabschnitt des Schweißgerätes.

In Fig. 1 sind die Teile, die in funktioneller Hinsicht denen bereits im Zusammenhang mit Fig. 11 bezeichneten Teile mit gleichen Bezugszeichen oder Kennzeichen versehen.

In Fig. 1 ist eine Steuervorrichtung (30) das Zentrum des automatischen Schweißgerätes und steuert einen Schweißkopf (31) des Schweißgerätes. Der Schweißkopf (31) weist drei orthogonale Antriebsmechanismen auf, nämlich einen X-Achsenantriebsmotor (32) zur Bewegung des Schweißkopfes (31) in Schweißrichtung, einen Y-Achsenantriebsmotor (33) zu seiner Bewegung in Fugenbreitenrichtung und einen Z-Achsenantriebsmotor (34) zur Bewegung des Schweißbrenners (13) in vertikaler Richtung. Diese Antriebsmechanismen sind mit entsprechenden Positionsdetektoren versehen. Ein Impulskodierer (35) ist mit dem X-Achsenantriebsmotor (32) gekoppelt. Ein Potentiometer (36) ist mit dem Y-Achsenantriebsmotor (33) gekoppelt. Ein Impulskodierer (37) ist mit dem Z-Achsenantriebsmotor (34) gekoppelt. Diese Kopplungen sind derart, daß ihre Ausgangssignale sich mit der Drehung der Motoren ändern.

Ein variabler Widerstand (38) zur kreuzweisen oder Quereinstellung versorgt einen Addierer und wird dazu verwendet, um den gesamten Y-Achsenhub zu bewegen. Er ist zwischen dem D/A-Wandler (17) und dem Verstärker (18) der Y-Achsenantriebsschaltung vorgesehen.

Der X-Achsenimpulskodierer (35) ist mit einem Impulszähler (39) verbunden, dessen Rücksetzanschluß über eine Zählerrücksetzsignalleitung (40) mit der Eingabe/Ausgabe- Schaltung (7) verbunden ist.

Ähnlich wie bei der konventionellen Schweißmaschine der oben beschriebenen Art bildet das Y-Achsenpotentiometer (36) ein Servosystem. Seine Positionsdaten werden über einen A/D-Wandler (41) der Eingabe/Ausgabe-Schaltung (7) zugeführt.

Auf einen Drehbefehl vom Steuerabschnitt (4) hin treibt die Antriebs- oder Treiberschaltung (42) den Z-Achsenantriebsmotor (34) an, so daß sich der Motor (34) mit einer konstanten Geschwindigkeit dreht. Ähnlich wie in den Fall des X-Achsenimpulskodierers ist der Z-Achsenimpulskodierer (37) mit einem Impulszähler (43) verbunden, der über eine Zählerrücksetzsignalleitung (44) mit der Eingabe/Ausgabe-Schaltung (7) verbunden ist.

Um eine Menge von Befehlen auszuführen, ist irgendeines der Bedienungsfelder oder -pulte (45, 45′ und 45″), dargestellt in den Fig. 4A, 4B und 4C, mit der Eingabe/ Ausgabe-Schaltung (7) gekoppelt. Der variable Widerstand (38) zur quer oder kreuzweisen Einstellung ist in jedem der Bedienungstafeln vorgesehen.

In den Fig. 2 und 3 führt eine Führungsschiene (50) den Schweißkopf (31), wobei die Schiene (50) an einem der zu schweißenden Stücke (1) befestigt ist. Vier Laufräder laufen auf der Führungsschiene (50), um den Schweißkopf (31) in X-Achsenrichtung zu bewegen. Ein Zahnstange (52) ist auf der Führungsschiene (50) ausgebildet sowie ein Ritzel (53), welches durch die Welle des X-Achsenantriebsmotors (32) des Schweißkopfes (31) angetrieben wird und welches mit der Zahnstange (52) in Eingriff steht, um den Schweißkopf (31) in X-Achsenrichtung zu bewegen.

Außerdem sind in den Fig. 2 und 3 ein Paar von Führungsstangen (54) vorgesehen, die in Y-Achsenrichtung durch den Y-Achsenantriebsmotor (33) des Schweißkopfes (31) verschiebbar sind. Ein Z-Achsenantriebsmechanismus (56) ist durch eine Gehäusebefestigung (55) mit den Enden der Führungsstangen (54) verbunden.

Ein Gleitblock (57) ist vertikal bewegbar durch den Z-Achsenantriebsmechanismus (56). Der Schweißbrenner (13) ist mit dem Gleitblock (57) verbunden.

In Fig. 2 sind ein Schweißstartpunkt (58) sowie ein Schweißendpunkt (59) gezeigt.

Gemäß Fig. 4A wird ein "SPEICHER"-Schalter (60) verwendet, um die Speicherung der Positionsdaten der Spitze des Schweißbrenners (13) zu starten. Eine LED (Lichtsendediode) (51) zeigt die Schrittzahl der Positionsdaten an.

Ein "SCHRITT 1"-Schalter (62) startet die Rückkehr des Schweißbrenners (13) zur Schrittnummer "1" Position. Ein "RÜCKSETZ"-Schalter wird verwendet, um den X-Achsenimpulszähler (39) und den Z-Achsenimpulszähler (43) zurückzusetzen. Langsambewegungsschalter (64 und 65) werden dazu benutzt, um den Schweißkopf (31) vorwärts und rückwärts längs der X-Achse zu bewegen. Ähnliche Langsambewegungsschalter (66 und 67) werden dazu verwendet, um den Schweißbrenner (13) aufwärts und abwärts längs der Z-Achse zu bewegen. Der Schweißbrenner (13) wird in Richtung auf den Schweißkopf (31) bewegt durch Drehen des variablen Quereinstellungswiderstands (38) im Uhrzeigersinn. Der Schweißbrenner (13) wird vom Schweißkopf (31) wegbewegt, wenn der variable Widerstand (38) im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird.

Außerdem liefert gemäß Fig. 4A ein Schalter (68) in wirksamer Weise einen Schweißstartbefehl und einen Schweißstopbefehl.

Die Konstruktion der alternativen Operationstafeln wird später beschrieben.

Die Wirkungsweise des automatischen Schweißgerätes dieser Ausbildung wird nun beschrieben. Vor dem Starten einer Schweißoperation setzt die Bedienungsperson die Schweißbedingungs- und Zustandsdaten und teilt einen Schweißstartpunkt und einen Schweißendpunkt der Schweißmaschine mit.

Die Schweißbedingungen werden nun mit Hilfe des Terminals gemäß Fig. 1 gesetzt. Wenn die Schweißbedingungen kodiert sind, wird das Setzen und Einstellen der Daten nach der Spezifizierung der Kodenummern ausgeführt. Die Eingabedaten werden über den Steuerabschnitt (4) dem Speicherabschnitt (5) zugeführt, wo sie im RAM gespeichert werden. Ein Teil der inneren Speicherfläche des Speicherabschnittes (5) ist gemäß Fig. 6 ausgestaltet. In Fig. 6 sind Datenplätze für einen Schweißstrom I, eine Schweißspannung V und eine Schweißgeschwindigkeit F dargestellt. Diese Daten und andere Daten wie z. B. die Oszillationsbreite und die Oszillationsquerungszeit werden kodiert und im Speichergebiet abgespeichert. Es ist festzustellen, daß die gesetzten Daten die Schweißbedingungen am Schweißstartpunkt (58) beinhalten.

Zusätzlich mißt die Bedienungsperson die Dimensionen der Schweißfuge der zu schweißenden Materialien und stellt sie mit Hilfe des Terminals (6) ein ähnlich wie dies beim Einstellen der oben beschriebenen Schweißbedingungen der Fall ist. Die Dimensionen der Schweißfuge werden sowohl am Schweißstartpunkt (58) als auch am Schweißendpunkt (59) gemessen. Die zu messenden Dimensionen sind wie in Fig. 5 gezeigt ein Basisspalt l ₁₀, eine Oberseite l ₁₁, ein Basispegel l ₁₂ und eine Plattendicke l ₁₃, sämtliche auf der Seite des Schweißstartpunktes (58). Ähnliche Abmessungen auf der Seite des Schweißendpunktes (59) sind ein Grundspalt l ₂₀ und eine obere Seite l ₂₁. Der Basispegel l ₁₂ und die Plattendicke l ₁₃ werden nur auf einer Seite gemessen, weil sie im allgemeinen während der Bearbeitung nicht geändert werden.

Diese Abmessungen werden kodiert wie bereits zuvor beschrieben und die so kodierten Dimensionen und Abmessungen werden in dem Speicherabschnitt (5) von Fig. 6 gespeichert.

Die Unterweisung bzw. Mitteilung der Positionen des Schweißstartpunktes (58) und des Schweißendpunktes (59) wird wie folgt aufgeführt. Zunächst wird der X-Langsambewegungsschalter (64) niedergedrückt, um den Schweißbrenner (13) etwa vor den Schweißstartpunkt (58) zu positionieren, das bedeutet auf der Seite entfernt vom Endpunkt (59). Der "Z-"-Schalter (66) wird betätigt, um den Schweißbrenner (13) nach unten zu bewegen bis die Spitze des Schweißbrenners (13) unterhalb des Bodens der Schweißfuge positioniert ist. Danach wird der "RÜCKSETZ"-Schalter (63) nach unten gedrückt. Als Ergebnis werden der X-Achsenimpulszähler (39) und der Z-Achsenimpulszähler (64) durch die Rücksetzsignalleitungen (40) und (44) jeweils zurückgesetzt und die Schrittzahl LED (61) zeigt "0" an. Der "X+"-Schalter (65), der "Z+"-Schalter (67), der "Z-"-Schalter (66) und die Querungseinstellungswählscheibe (38) werden geeignet betätigt, um den Schweißbrenner (13) in den Schweißstartpunkt (58) zu bewegen. Wenn der Schweißbrenner (13) im Schweißstartpunkt (58) positioniert ist, wird der "SPEICHER"-Schalter (60) nach unten gedrückt. Als Ergebnis zeigt die LED (61) "1" an, und die Positionsdaten in dieser Position werden im Speicherabschnitt (5) abgespeichert. Die so abgespeicherten Positionsdaten werden wie folgt erzeugt. Wenn der X-Achsenantriebsmotor (32) sich dreht, gibt der Impulskodierer (35) ein Impulssignal ab, und der Impulszähler (39) zählt die Zahl der Impulse nach seiner Rücksetzung. Der Zählwert des Impulszählers (39) wird im Speicherabschnitt (5) durch die Eingabe/Ausgabe- Schaltung (7) und den Steuerabschnitt (4) beim Niederdrücken des "SPEICHER"-Schalters (60) gespeichert. In bezug auf die Z-Achse wird die Zahl der gezählten Impulse in der gleichen Weise gespeichert. Jedoch ist das Speichern der Impulszahl für die Z-Achse ähnlich und wird daher nicht in Detail beschrieben, da dies nicht direkt im Bezug zur Erfindung steht.

Nachdem der Schweißkopf (31) am Schweißendpunkt (59) positioniert ist wie in dem Fall seiner Positionierung am Schweißstartpunkt (58), wird als nächstes der "SPEICHER"-Schalter (60) niedergedrückt. Als Ergebnis zeigt die LED (61) "2" an. Die Positionsdaten in dieser Position werden gespeichert als eine "Schritt 2"-Position, und zwar im Speicherabschnitt (5).

Somit sind die Schweißbedingungen gesetzt bzw. eingestellt, und die Unterweisung bzw. Mitteilung der Positionen des Schweißstartpunktes (58) und des Schweißendpunktes (59) sind vollendet bzw. ausgeführt. Der Schweißkopf wird in die Schweißstartposition (58) bewegt. Diese Operation kann durch Niederdrücken des "Schritt 1"-Schalters erreicht werden. Als Ergebnis werden der Schweißkopf (31) und der Schweißbrenner (13) automatisch in die Schweißstartposition (58) (Schritt "1") zurückbewegt, während die LED (61) erneut "1" anzeigt.

Unter dieser Bedingung drückt die Bedienungsperson den "SCHWEISSSTART/STOP"-Schalter (68), so daß der Schweißbrenner (13) seine Schweißoperation beginnt. Der Befehl des "SCHWEISSSTART/STOP"-Schalters wird über die Eingabe/Ausgabe-Schaltung (7) dem Steuerabschnitt (4) zugeführt. Der Steuerabschnitt (4) liest nach der Dekodierung, daß nämlich der Befehl auf Starten der Schweißoperation lautet, die notwendigen Schweißbedingungen der Reihe nach aus dem Speicherabschnitt (5) und startet Berechnungen zur Steuerung des Schweißkopfes (31) und der Schweißversorgungsquelle (8). Von den Berechnungen werden nur diejenigen im Detail beschrieben, die die Erfindung betreffen.

Die Einleitungsberechnung am Start des Schweißens sind in den Fig. 8A und 9 veranschaulicht. In der Berechnung I wird eine Einleitungsberechnung für die Oszillation ausgeführt. In der Berechnung II wird eine Einleitungsberechnung für die Schweißgeschwindigkeit ausgeführt.

In der Berechnung I werden zunächst die Positionsdaten des Schweißstartpunktes (58) und des Schweißendpunktes (59) aus dem Speicherabschnitt (5) durch den Steuerabschnitt (4) ausgelesen. Die Schweißentfernung L beträgt:

L = L ₂ - L ₁,

wobei L ₁ die Position des Schweißstartpunktes (Schritt 1) in der X-Achsenrichtung und L ₂ die Position des Schweißendpunktes in der gleichen Richtung (Schritt 2) ist.

Als nächstes werden die Basis l ₁₀ und l ₂₀ am Schweißstartpunkt (58) und am Schweißendpunkt (59) und die Oszillationsbreite oder -weite W aus dem Speicherabschnitt (5) ausgelesen. Da es notwendig ist, die Oszillations- oder Schwingungsbreite proportional zur Änderung der Fugenweite oder -breite zu ändern, welches während der Schweißoperation bewirkt wird, beträgt die Oszillationsbreite im Schweißendpunkt:

W · l ₂₀/l ₁₀.

Wie bereits zuvor beschrieben, wird die Oszillationsbreite W für den Schweißstartpunkt (58) gesetzt. Daher beträgt die Differenz zwischen der Oszillationsbreite im Schweißendpunkt (59) und der im Schweißstartpunkt (58):

W · (l ₂₀/l ₁₀ - 1).

Wenn angenommen wird, daß der Abstand eines gegebenen Punktes vom Schweißstartpunkt (59) als L _n bezeichnet wird, dann beträgt die Oszillationsbreite in dem gegebenen Punkt:

W + W · (l ₂₀/l ₁₀ - 1) · L _n /L
= W · (1 + L _n /L (l ₂₀/l ₁₀ - 1)).

Dieser Ausdruck kann anders geschrieben werden wie folgt:

W · (l + C ₁ · L _n ) (B)

wobei

C ₁ = (l ₂₀/l ₁₀ - 1)/L ist. (A)

Bei der Konstantenberechnung der Berechnung I wird C ₁ entsprechend dem Ausdruck (A) erhalten und im Speicherabschnitt (5) gespeichert.

Bei Beendigung der Berechnung I führt der Steuerabschnitt (4) die Berechnung II aus. Bei der Berechnung II werden als erstes die Fugenabmessungen im Startschweißpunkt (58) und im Schweißendpunkt (59) und die Schweißgeschwindigkeit F aus dem Speicherabschnitt (5) ausgelesen. Da die Fugenabmessungen wie in Fig. 5 gezeigt gemessen werden, kann der Steuerabschnitt die Fugenquerschnittsfläche A ₁ im Schweißstartpunkt (58) und die Fugenquerschnittsfläche A ₂ im Schweißendpunkt (59) ohne weiteres berechnen.

Bei Schweißverfahren mit abschmelzender Elektrode ist der Betrag der Ablagerung in einer gegebenen Position in Schweißrichtung umgekehrt proportional zur Schweißgeschwindigkeit solang der Schweißstrom konstant ist. Der Betrag der Ablagerung sollte proportional zur Änderung der Fugenquerschnittsfläche sein, welche während der Schweißoperation verursacht wird. Daher beträgt die Schweißgeschwindigkeit im Schweißendpunkt (59)

F · A ₁/A ₂,

wobei A ₁ und A ₂ die Querschnittsflächen im Startpunkt (58) und im Endpunkt (59) sind. Diese Werte werden aus den Abmessungen I in bekannter Weise berechnet. Daher beträgt die Differenz zwischen der Schweißgeschwindigkeit im Schweißendpunkt (59) und der im Schweißstartpunkt (58):

F · (A ₁/A ₂ - 1).

Außerdem beträgt die Schweißgeschwindigkeit in einem gegebenen Punkt, der sich im Abstand L _n vom Schweißstartpunkt (58) befindet:

F + F · (A ₁/A ₂ 1) · L _n /L
= F · (1 + (L _n /L) · (A ₁/ A ₂ - 1)).

Dieser Ausdruck kann auch wie folgt geschrieben werden:

F(1 + C ₂ · L _n ) (D)

worin

C ₂ = (A ₁/A ₂ - 1)/L. (C)

In der Konstantenberechnung der Berechnung II wird C ₂ entsprechend dem Ausdruck (C) erhalten und im Speicherabschnitt (5) gespeichert.

Somit hat der Steuerabschnitt (4) die Einleitungsberechnungen vollendet und führt die Steuerung des externen Gerätes aus.

Andererseits sollte der Steuerabschnitt (4) während des Schweißens die Schweißgeschwindigkeit steuern ebenso das Oszillationsmuster den Schweißstrom usw., und zwar in einem Echtzeitmodus. Zu diesem Zweck ist es notwendig, ein Steuerprogramm zu verwenden, welches als Betriebssystem (OS) bezeichnet wird. Einige verwendbare Betriebssysteme sind im Handel verfügbar. Eine Beschreibung des Betriebssystems wird nicht gegeben, weil es nicht direkt die Erfindung betrifft.

Fig. 7 zeigt wie die Schweißgeschwindigkeit und das Oszillationsmuster in bezug auf die Änderung der Schweißfugenbreite gesteuert wird. Fig. 10 zeigt ein Flußdiagramm zur Steuerung des Oszillationsmusters.

Von den Ausgangssteuerungen wird die Oszillationsmustersteuerung als erstes beschrieben. Diesbezüglich sollte beachtet werden, daß im Flußdiagramm von Fig. 10 nur die Operationen, die die Oszillationsmustersteuerung betreffen, der Reihe nach beschrieben werden. In der Praxis werden diese Operationen zusammen mit anderen Aufgaben in einem Echtzeitmodus entsprechend dem vorerwähnten Betriebssystem ausgeführt. Bei der anfänglichen bzw. Startoperation, welche vor einer Schweißoperation ausgeführt wird, werden die Daten des Mittelpunktes der Oszillationsbreite aus dem Steuerabschnitt (4) in den Y-Achsensteuer D/A-Wandler (17) überführt. Wenn die Ausgangsdaten größer sind als die Daten für die Mittelpunktsdaten, wird der Schweißbrenner (13) nach rechts (in Richtung auf den Schweißkopf (31)) bewegt.

Nachdem die oben beschriebenen Berechnungen I und II vollendet und ausgeführt wurden in Abhängigkeit von dem Schweißstartbefehl, wird in der Oszillationssteueraufgabe die folgende Berechnung ausgeführt. Eine Oszillationsbewegung Δ W pro festgelegter Periode wird aus der Oszillationsbreite und aus der Oszillationsquerungszeit erhalten, welche gesetzt wurden. Der Begriff "festgelegte Periode", wie er hier benutzt wird, beinhaltet das Ausführungszeitintervall zwischen einer Ausführung der Oszillationssteueraufgabe und der nächsten. Wenn daher der Datenwert Δ W zum Ausgangsdatenwert für jedes Ausführungszeitintervall hinzuaddiert oder von diesem abgezogen wird, dann kann das Y-Achsenantriebsservosystem den Schweißbrenner (13) nach rechts oder nach links mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegen.

Im Ausführungsbeispiel ist das Ausführungszeitintervall auf 20 Millisekunden gesetzt bzw. eingestellt.

Wie in Fig. 10 gezeigt, wird gleichzeitig mit der Startoperation in Schritt (70) der vorhandene X-Achsenimpulszählwert ausgelesen, eine Oszillationsbreite W entsprechend dem oben beschriebenen Ausdruck (B) berechnet, und es wird die Y-Achsenposition des rechten Endes der Oszillation, welche erlangt werden soll, aus dem Ergebnis der Berechnung erhalten. Im Schritt (71) wird die vorhandene Y-Achsenposition durch den A/D- Wandler (41) von Fig. 1 gelesen und mit der zu erreichenden vorerwähnten Y-Achsenposition verglichen. In Schritt (72) wird bestimmt, ob die gegenwärtige Y-Achsenposition den gewünschten Y-Achsenpositionswert erreicht oder nicht. Wenn die vorhandene Y-Achsenposition den gewünschten Y-Achsenpositionswert nicht erreicht hat, wird der Schritt (73) der Datenwert Δ W zum vorhandenen Y-Achsenausgangsdatenwert hinzuaddiert. Es wird dann Schritt (70) erneut ausgeführt. Wenn die vorhandene Y-Achsenposition gleich der gewünschten Y-Achsenposition ist oder diese übersteigt, wird Schritt (74) ausgeführt. In Schritt (74) wird entsprechend der Oszillationsstopperiode, welche gesetzt wurde, ein Zeitgeber eingeschaltet. In Schritt (75) wird der vorhandene X-Achsenimpulswert gelesen, eine Oszillationsbreite entsprechend dem vorerwähnten Ausdruck (B) berechnet und ähnlich wie im Fall von Schritt (70) die Y-Achsenposition des zu erreichenden rechten Endes der Oszillation entsprechend dem Berechnungsergebnis erhalten. In Schritt (76) wird die so erhaltene Y-Achsenposition als Y-Achsenausgangsdatenwert ausgegeben, so daß die Operation des Schweißbrenners im Einklang ist mit der Änderung der Schweißfugenbreite während der Oszillationsstopperiode. In Schritt (77) wird bestimmt, ob die Oszillationsstopperiode durchlaufen wurde oder nicht. Wenn die Oszillationsstopperiode noch nicht abgelaufen ist, wird Schritt (75) erneut ausgeführt. In dem Fall, in dem die Oszillationsstopperiode vorüber ist, wird Schritt (78) ausgeführt. In Schritt (78) und den folgenden Schritten wird der Schweißbrenner (13) zum linken Oszillationsende bewegt. Die Steuerung ist grundsätzlich die gleiche wie die in den Schritten (70) bis (77) ausgeführte.

In den Schritten (70), (75), (78) und (83) wird die Steuerung so ausgeführt, daß die vorhandene X-Achsenimpulszählung mit dem X-Achsenimpulszählwert des Schweißendpunktes (59) verglichen wird. Wenn die Werte übereinstimmen, wird der Schweißbrenner zum Mittenpunkt der Oszillationsbreite bewegt.

Somit kann entsprechend der oben beschriebenen Ausgangssteuerung das Oszillationsmuster über den gesamten Schweißabstand L entsprechend der Änderung der Schweißfugenbreite geändert werden wie im Teil (b) von Fig. 7 gezeigt.

Es wird nun die Schweißgeschwindigkeitssteuerung beschrieben.

Die Schweißgeschwindigkeit in einem gegebenen Punkt in der Schweißrichtung kann entsprechend dem Ausdruck (D) erhalten werden. Während des Schweißens liest in der Schweißgeschwindigkeitssteueraufgabe der Steuerabschnitt (4) den vorhandenen X-Achsenimpulszählwert aus und berechnet eine Schweißgeschwindigkeit entsprechend der vorhandenen Fugenquerschnittsfläche entsprechend dem Ausdruck (D). Diese berechnete Schweißgeschwindigkeit wird dem D/A-Wandler (4) über die Eingabe/Ausgabe- Schaltung (7) zugeführt. Als Ergebnis kann die Schweißgeschwindigkeit entsprechend der Fugenquerschnittsfläche über die gesamte Schweißentfernung L geändert werden, wie in Teil (a) von Fig. 7 gezeigt.

Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die gemessenen Werte der Schweißfugenabmessungen an beiden Enden der Schweißnaht bzw. -linie eingegeben. Jedoch kann der gleiche Effekt erhalten werden durch Verwendung oder Anwendung eines Verfahrens, in dem die Bedienungsperson die Schweißfugenquerschnittsflächen unter Verwendung des vorerwähnten gemessenen Wertes berechnet. In dieser Modifikation werden die Querschnittsflächen A ₁ und A ₂ direkt durch das Terminal 6 eingegeben.

Alle gemessenen Werte sind Entfernungen. Jedoch kann in dem Falle, in dem ein Fugenwinkel im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel gebildet wird, ein System verwendet werden, in dem ein Fugenwinkel ebenfalls eingegeben wird.

In diesem Fall können der Speicherschalter (60), die LED (61), der Stop-1-Schalter (62) und der Rücksetzschalter (63) der Bedienungstafel von Fig. 4A weggelassen werden, wie in Fig. 4B durch die Bedienungstafel (45′) gezeigt. Am Beispiel von Fig. 4B ist erkenntlich, daß der Abstand L zwischen dem Startpunkt (58) und dem Endpunkt (59) gemessen wird. Der Abstand L, d. h. die Schweißlänge, wird ebenfalls kodiert und ein aktueller Wert hiervon duuch Auswahl der geeigneten Kodierungsnummer am Terminal (6) gesetzt wie im Fall der Schweißbedingungen. Hierdurch werden die Fugen- oder Spaltgröße und die Schweißlänge L vervollständigt.

Als erstes betätigt die Bedienungsperson den X-Langsambewegungsschalter (64), um den Kopf (31) zum Schweißstartpunkt (58) zu bewegen. Sodann wird der Kopf in bezug auf den Schweißstartpunkt (58) richtig positioniert durch Steuerung der Vertikalbewegung des Schweißbrenners (13) durch den Z- oder Z+ Schalter (66) oder (67) und durch Steuerung der Lateralbewegung durch den veränderbaren Widerstand (38).

Dann drückt die Bedienungsperson den START/STOP-Schalter (68) nieder, um die Schweißoperation des Schweißbrenners (13) zu starten. Ein Befehl vom Schalter (68) wird über die Eingabe/Ausgabe-Schaltung (7) zum Steuerabschnitt (4) geleitet, indem er als Schweißstartsignal durch die entsprechenden Rücksetzsignalleitungen (40) und (44) zu den Zählern (39) und (43) erkannt wird, um so die Inhalte der Zähler (39) und (43) auszuräumen bzw. zurückzustellen. Daher zählt der X-Zähler (39) die Zahl der Impulse entsprechend der Schweißlänge, während der Kopf (31) sich in Schweißrichtung bewegt.

In diesem Fall wird die Berechnung I entsprechend dem Flußdiagramm von Fig. 8B ausgeführt. Das bedeutet, daß die Schweißlänge L zuerst ausgelesen wird aus dem Speicherabschnitt (5). Die darauffolgenden Operationen dieses Beispieles sind die gleichen wie die zuvor beschriebenen.

In Fig. 4C ist eine Bedienungstafel (45″) gezeigt, mit deren Hilfe die Enddimensionen eingewiesen bzw. mitgeteilt werden. Die Bedienungstafel (45″) umfaßt einen Schrittschalter (62), einen Punktspeicherschalter (60), eine LED (61) zur Anzeige der Schrittnummer und eine LED (61′) zur Anzeige der Punktnummer. In diesem Fall werden die jeweiligen Langsambewegungsoperationen in einer Position gestoppt, in der die Schwitze des Schweißdrahtes des Schweißbrenners (13) in Kontaktberührung mit einem Punkt P ₁ steht, wie in Fig. 5 gezeigt, und zwar im Startpunkt (58). Sodann wird der Schrittschalter (60) niedergedrückt mit dem Ergebnis, daß die LED (61) "1" anzeigt. Danach wird der Punktspeicherschalter (60) niedergedrückt, um zu veranlassen, daß die LED (61′) eine "1" anzeigt. Information, welche diesen Index berücksichtigt, wird im Speicher (5) gespeichert. Die Positionsinformation ist der Inhalt des Impulszählers (39), welcher die Zahl der Impulse gezählt hat, welche vom Impulskodierer (35) gesendet wurden, nachdem der Zähler (39) aufgrund der Drehung des X-Motors (32) zurückgesetzt wurde.

Die gleichen Operationen werden für die Z-Achse durchgeführt.

Das bedeutet, daß der Impulskodierer (37) Impulssignale aufgrund der Drehung des Z-Motors (34) erzeugt. Der Impulszähler (34) zählt die Impulse nach dem Rücksetzen. Beim Niederdrücken des Schalters (60) wird der Inhalt des Zählers (34) über die Eingabe/Ausgabe-Schaltung (7) und dem Steuerabschnitt (4) zum Speicher (5) gesendet.

Für die Y-Achse wird die Strominformation des Potentiometers (36) über den A/D-Wandler (41) und die Eingabe/Ausgabe-Schaltung 7 zum Speicher 5 gesendet.

Sodann wird der Schweißbrenner (13) zu einem Punkt P ₂ durch eine Lansambewegungsoperation bewegt, und nachdem der Schweißbrenner (13) in ähnlicher Weise wie für den Punkt P ₁ positioniert wurde, wird der Schalter (60) erneut niedergedrückt. Daher zeigt die LED (61′) eine "2" an. Die Positionsinformation für den zweiten Punkt wird im Speicher (5) als den Schweißstartpunkt (58) gespeichert, d. h. die Position des Punkts 2 im Schritt 1.

Die oben erwähnten Operationen werden für jeden der Punkte P ₃, P ₄ und P ₅ ausgeführt, um die entsprechenden Punkte zu unterweisen bzw. mitzuteilen. Sodann werden der Schweißkopf (31) und der Schweißbrenner (13) zum Punkt P ₁ des Endpunktes (59) bewegt und der Schalter (60) wird niedergedrückt, um zu veranlassen, daß die LED (62) eine "2" anzeigt. Sodann werden die Punkte P ₁-P ₅ in der gleichen Weise für den Endpunkt (59) mitgeteilt bzw. zugewiesen, wie für den Schweißstartpunkt (58). Somit werden das Setzen der Schweißbedingungen und das Mitteilen und Unterweisen der Position der entsprechenden Kreuzungspunkte, welche die Schweißbreite am Schweißendpunkt (59) darstellen, beendet und der Schweißkopf (31) wird in eine laufende Startposition des Startpunktes (58) bewegt.

Die darauffolgenden Operationen, die in Fig. 8C gezeigt sind, sind die gleichen mit Bezug auf die Fig. 4A und 8A beschriebenen.

Die automatische Schweißvorrichtung der Erfindung ist in der beschriebenen Weise ausgebildet. Wenn daher in dem Falle, in dem die Fugenbreiten an beiden Enden der Schweißnaht und -linie voneinander unterschiedlich sind, werden einige der Schweißbedingungen während der Schweißoperation automatisch entsprechend der Fugenbreite oder Fugenquerschnittsfläche korrigiert, welche sich mit dem Fortschreiten der Schweißoperation ändert. Diese automatische Korrektur steuert den Betrag der Ablagerung. Daher ist die Schweißraupe einheitlich in der Höhe, so daß keine Ausbesserungsschweißoperation erforderlich ist. Eine vollständige Automatisierung einer Schweißoperation ist erforderlich, und die vollständige Automatisierung der Schweißoperation kann erfindungsgemäß erzielt werden.

Claims (4)

1. Automatisches Lichtbogen-Schweißgerät mit einem oszillierenden Schweißkopf zum Fügen von Werkstücken, welche zwischen sich eine Schweißfuge bilden, einer ersten Einrichtung zum Vorgeben von Schweißbedingungen einschließlich Daten über die Geometrie der Schweißfuge für wenigstens eine vorbestimmte Position der zu schweißenden Werkstücke, einer zweiten Einrichtung zum Vorgeben von Daten über die Geometrie der Schweißfuge, welche zur Korrektur der Schweißbedingungen erforderlich sind, einer dritten Einrichtung zur Verwendung von Daten, welche durch die erste und zweite Einrichtung vorgegeben wurden, um zumindest einige der Schweißbedingungen zu korrigieren, und einer Einrichtung zum Bewegen des Schweißkopfes längs einer Schweißlinie in einem Schwingungsmuster quer zur Fuge in Übereinstimmung mit den korrigierten Schweißbedingungen,
dadurch gekennzeichnet,

• - daß die vorbestimmte Position der Startpunkt der Schweißlinie ist,
• - daß die vorgegebenen Daten der zweiten Einrichtung Abmessungen umfassen, welche den Querschnitt der Fuge am Endpunkt der Schweißlinie beschreiben,
• - und daß die dritte Einrichtung die Schweißbedingungenn entsprechend den Änderungen in der Fugenbreite zwischen den Werkstücken korrigiert.

2. Automatisches Schweißgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die korrigierten Schweißbedingungen eine Oszillationsbreite einbeziehen.

3. Automatisches Schweißgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Daten der zweiten Einrichtung Daten an beiden Enden der Schweißlinien sowie die Länge der Schweißlinie sind.

4. Automatisches Schweißgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Daten der zweiten Einrichtung Positionen einer Vielzahl von Punkten der Oberfläche der Schweißfuge an beiden Enden der Schweißlinie umfassen.