DD211981A1 - Verfahren und einrichtung zum vollautomatischen ausschweissen rechteckiger kastenkonstruktionen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schweisskopffuehrung und die dazu erforderliche geraetetechnische Einrichtung, insbesondere die Anordnung von Sensoren am Schweisskopf, womit sie zB. im Schiff-, Maschinen- u. Behaelterbau auftretenden toleranzbehafteten kastenfoermigen Konstruktionen vollautomatisch innen ausgeschweisst werden koennen. Der in die Kastenkonstruktion ragende Lichtbogenschwessbrenner sucht mittels Sensoren die erste Kastenecke auf u. beginnt dort mit durchgaengiger Sensorenfuehrung in schleppender Position den Schweissvorgang. Nach einer gewissen Nahtstrecke schwenkt der Brenner um 90 Grad um die Lotrechte durch den Lichtbogenfusspunkt in die stechende Position u. schweisst bis zur zweiten Kastenecke weiter. Der gleiche Ablauf vollzieht sich fuer die weiteren Kehlnahtfugen der Kastenkonstruktion, bis die Ausgangsposition erreicht ist. Entscheidend ist, dass die gesamte Kehlnaht, auch in den Kastenecken, ohne Unterbrechung geschweisst wird. Die Einrichtung besteht aus 3 am Lichtbogenschweissbrenner angeordneten Sensoren, deren Wirkungsrichtungen horizontal u. vertikal liegen u. diese zusammen ein orthogonales Dreibein bilden.

Description

Verfahren und Einrichtung zum vollautomatischen Ausschweißen rechteckiger Kastenkonstruktionen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schweißkopfführung und die dazu erforderliche gerätetechnische Einrichtung, insbesondere die Anordnung von Sensoren am Schweißkopf, womit die zum Beispiel im Schiffbau und im Maschinen- und Behälterbau häufig auftretenden toleranzbehafteten kastenförmigen Konstruktionen vorzugsweise mit Kehlnähten voll-

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automatisch innen ausgeschweißt werden können unter voller Einbeziehung der näherungsweise rechtwinkligen Ecken, Das Verfahren ist anwendbar bei Schweißrobotern und auch bei einfacheren Automaten.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß für das Ausschweißen kastenförmiger Konstruktionen transportable oder stationäre Anlagen genutzt werden, mit denen es möglich ist, seitlich begrenzte gerade Kehlnähte von Ecke zu Ecke zu schweißen« Entsprechende Kurzkehlnahtgeräte sind durch den Bediener für jede einzelne Uaht einer kastenförmigen Konstruktion neu einzurichten. Mit Hilfe von Sensoren können Toleranzen im Verlauf eines Kahtabschnittes im Prinzip ausgeglichen werden.

Es sind auch bereits Schweißkopfführungen bekannt, mit denen Kastenkonstruktionen vollständig ausgeschweißt werden, wobei die Einrichtungen aus Gelenken, Federn, Seilzug und Stützrollen bestehen und damit rein mechanische Führungen des Brenners darstellen. Als Hachteil ist dabei zu verzeichnen, daß die Leichtgängigkeit die Führungsgenauigkeit bestimmt, die andererseits auch durch Schweißspritzerbeeinflußt wird. Der Verschleiß von Führungs- und Schwenkrolle, die den gesamten Mechanismus tragen, wirkt sich ebenfalls negativ auf die Genauigkeit aus.

Stationäre Automaten, insbesondere Schweißroboter, sind in der Lage, den Schweißbrenner zum Beispiel numerisch gesteuert entlang der Kastenkontur zu führen. Die Anwendung solcher Geräte ist jedoch praktisch nur dann möglich, wenn mit Hilfe geeigneter Sensoren die auftretenden Toleranzen sowohl im Fugenverlauf als auch in den Kastenabmessungen ausgeglichen werden können.

Zum Einsatz können unterschiedliche Sensortypen, wie induktive, optische, taktile und andere kommen. Es ist jedoch bisher keine lösung bekannt, dieses gestattet, mit Sensorführung die Ecken in ihrer-Position zu erkennen und zu durchschweißen. Alle bekannten Lösungen müssen die Sensorführung vor Erreichen der Scke außer Betrieb setzen und die Ecke mittels Pestprogramm schweißen, was infolge von Toleranzen praktisch nicht möglich ist, oder die Ecke im Automatikbetrieb überspringen und manuell ausschweißen lassen, Im letzteren Fall ist eine erneute sensorgeführte Fugensuche für jeden einzelnen Hahtabschnitt erforderlich.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, womit unter Ausschaltung bekannter Hachteile ein vollständig über Sensoren geführtes, nicht unterbrochenes Schweißen von einlagigen Kehlnähten zur automatischen Fertigung rechteckiger kastenartiger Konstruktionen, die mit erheblichen Toleranzen behaftet sind, möglich ist.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung als zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Sensoranordnung und Steuerungsstruktur zu finden, womit es möglich ist, einlagige Kehlnähte in rechteckigen toleranzbehafteten Kastenkonstruktionen mit Hilfe entspre-

chender Geräte "vollautomatisch und ohne Nahtunterbrechung zu schweißen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mit dem zum Beispiel von oben in den in Uormallage befindlichen Kasten ragenden und unter vorzugsweise 45° gegen die Lotrechte .geneigten Lichtbogenschweißbrenner mittels Sensoren zunächst die erste Kastenecke gesucht und dort beginnend mit durchgängiger Sensorführung anfangs in schleppender Position geschweißt und nach einer gewissen Hahtstrecke durch eine 90 -Schwenkung des Brenners um die Lotrechte durch den Lichtbogenfußpunkt in die stechende Schweißposition übergewechselt wird. Wenn so die nächste Kastenecke erreicht, durch Sensoren erkannt und ohne Brennerschwenkung und Unterbrechung in schleppender Schweißbewegung wieder verlassen wird, schwenkt der Lichtbogenschweißbrenner nach einer gewissen Hahtstrecke wiederum in die stechende Position. Dies -wiederholt sich so oft, bis alle Kastenkanten geschweißt sind und der Brenner seine Ausgangsposition in der Kastenkonstruktion erreicht hat.

Erfindungsgemäß werden zur Durchführung dieser'Terfahrensschritte drei an sich bekannte und vorzugsweise induktiv wirkende Abstandssensoren, die außer dem vorzugsweise analogen Führungssignal eine digitale Quittung über das Erreichen des Sollabstandes zur Werkstückoberfläche ausgeben, derart starr am Schweißbrenner befestigt, daß die Wirkungsrichtungen von zwei der Sensoren horizontal und von einem Sensor vertikal liegen und zusammen ein orthogonales Dreibein bilden, das allseitig symmetrisch zur Brennerachse orientiert ist. Der Ausgang jedes einzelnen Sensors kann zur Schweißkopfführung auf den Antrieb je-

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weils einer von drei vorzugsweise orthogonalen translatorischen Geräteachsen geschaltet werden, während das Quittungssignal jedes Sensors von einer entsprechenden logischen Steuerungsbaugruppe ausgewertet wird«

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels naher erläutert werden. Die^da^zugehörig¥^erchhljng"zeigt die Sensoranordnung am Schweißbrenner zur Yerfahrensdurchführung. Verwendung findet ein Schweißroboter, der über die orthogonalen Translationsachsen x_t y horizontal und ζ vertikal sowie die Rotationsachse ^ um ζ zur Brennerbewegung verfügt. Das kastenförmige Schweißteil wird in SOrmallage so ausgerichtet, daß es mit seinen Kehlnahtfugen 5, 6, 7 näherungsweise parallel zu χ beziehungsweise y liegt. Die Äbstandssensoren 1, 2, 3 sind starr am Schweißbrenner 4 befestigt, wobei die Wirkungsrichtungen der Seoen

und 2 horizontal und des Sensors 3 vertikal liegen und den Translationsachsen χ und y beziehungsweise ζ zugeordnet sind. Zu Beginn eines Arbeitszyklus wird der Schweißkopf vorzugsweise numerisch nur grob im Innern des Kastens positioniert, und zwar so, daß beispielsweise der Sensor 1 in Sichtung +x orientiert ist, Sensor 2 in Richtung +y und Sensor 3 in Richtung +z. Entsprechend dieser Zuordnung werden die drei Achsen durch Sensorführung solange verfahren, bis alle ihre Sollposition entsprechend dem Sensorsollabstand und die justierte Brennerspitze damit die Kastenecke 8 erreicht haben. Die bei Erreichen · dieser Position von allen drei Sensoren abgegebenen Quittungssignale führen mittels der diese Signale verarbei-

tenden logischen Steuerung zum Beginn des Schweißprozesses in zunächst schleppender Position mit den dafür technologisch optimalen Parametern zum Beispiel längs der Kehlnahtfuge 5 in Sichtung -x, wobei Sensor 2. die Führung der y-Achse gewährleistet und Sensor 3» wie während des gesamten Zyklus, die der z-Achse. Da eine stechende Schweißbewegung mit entsprechenden Parametern technologisch günstiger ist, wird nach dem Schweißen einer minimal notwendigen Uahtlänge der Brenner 4 bei abgeschalteten Sensoren 1 und mittels der<p-Achse um 90° um den Li chtb ο genfuß punk t geschwenkt, so daß er fortan eine stechende Position hat und auf Befehl der Steuerung die Führung der y-Achse nach Abschluß der W -Drehung durch den Sensor 1 übernommen wird» Der Sensor 2 wirkt nunmehr als Initiator und signalisiert mit seinem Quittungssignal genau das Erreichen der Kasten-..e_cka—9_? wonach ohne Unterbrechung in schleppender Bewegung und unter Führung der x-Achse durch den Sensor 2 entlang der Kehlnahtfuge 7 weitergeschweißt wird* Mit der nächsten 90°-Schwenkung wiederum in eine stechende Schweißposition wird der Zyklus dann fortgesetzt bis- letztlich die Kastenecke 8 nach dem Schweißen aller Uahtfugen erneut erreicht wird.

Claims (2)

1. Erfindungsanspruch

   verfahren zum vollautomatischen Ausschweißen rechteckiger Kastenkonstruktionen, gekennzeichnet dadurch, daß der Lichtbogenschweißbrenner (4) mittels Abstandssensoren (1, 2, 3) auf eine Kastenecke (8) ausgerichtet wird und in dieser beginnend mit durchgängiger Sensorführung anfangs in schleppender Position schweißt, nach einer gewissen minimal erforderlichen Uahtstrecke der Lichtbogenschweißbrenner (4) um 90° um die Lotrechte durch den Lichtbogenfußpunkt in die stechende Schweiß-, position schwenkt und die Kehlnahtfuge (5) bis zur diese begrenzenden Kastenecke (9) ausschweißt, die Kastenecke (9) durch den Sensor (2) erkannt und ohne Schwenken des Lichtbogenschweißbrenners (4) in schleppender Schweißbewegung die Kehlnahtfuge (7) weiter ausgeschvieißt wird, sich der Ablauf für jede zu schweißende Kehlnaht wiederholt, bis der Ausgangspunkt des Lichtbogenschweißbrenners (4) in der Kastenecke (8) erreicht wird»
2. 2. Einrichtung zum vollautomatischen Ausschweißen rechteckiger Kastenkonstruktionen zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß am Lichtbogenschweißbrenner (4) drei an sich bekannte und vorzugsweise induktive Abstandssensoren (1, 2, 3) starr angeordnet sind und die Wirkungsrichtungen von zwei Sensoren (1, 2) horizontal und von einem Sensor (3) vertikal liegen, so daß sie ein orthogonales Dreibein bilden und die Ausgänge der Sensoren (1, 2, 3) auf den Antrieb je einer von drei vorzugsweise orthogonalen translatorischen Geräteachsen geschaltet und die Sensoren (1, 2, 3) niit entsprechenden logischen Steuerungsbaugruppen verbunden sind.

   Hierzu ein Blatt Zeichnungen