DD211981A1

DD211981A1 - METHOD AND DEVICE FOR FULLY AUTOMATIC WELDING RECTANGULAR BOX CONSTRUCTION

Info

Publication number: DD211981A1
Application number: DD24573582A
Authority: DD
Inventors: Klaus-Rainer Schulze
Original assignee: Schulze Klaus Rainer
Priority date: 1982-12-09
Filing date: 1982-12-09
Publication date: 1984-08-01

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.The invention relates to a method for Schweißkopfffuehrung and the required technical equipment device, in particular the arrangement of sensors on the welding head, which they eg. in the ship, machine u. Behaelterbau occurring tolerant box-shaped constructions can be welded out fully automatically inside. The projecting into the box construction Lichtbogenschwessbrenner searches by sensors, the first box corner u. The welding process begins there with continuous sensor guidance in a sluggish position. After a certain seam distance, the burner pivots 90 degrees around the perpendicular through the arc root point in the stabbing position u. welds to the second box corner on. The same process takes place for the further fillet joints of the box construction, until the starting position is reached. The decisive factor is that the entire fillet weld, even in the box corners, is welded without interruption. The device consists of 3 arranged on the arc welding torch sensors whose directions of action horizontally u. lie vertically u. these together form an orthogonal tripod.

Description

Verfahren und Einrichtung zum vollautomatischen Ausschweißen rechteckiger KastenkonstruktionenMethod and device for fully automatic welding of rectangular box constructions

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

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-The invention relates to a method for welding head guide and the equipment required for this purpose, in particular the arrangement of sensors on the welding head, with which, for example, in shipbuilding and machine and container construction frequently occurring tolerant box-shaped constructions preferably with fillet welds fully.

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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.can be automatically welded inside, taking full account of the approximately right-angled corners, The method is applicable to welding robots and even simpler machines.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

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.It is known that for the welding of box-shaped constructions transportable or stationary systems are used, with which it is possible to weld laterally limited straight fillet welds from corner to corner. "Corresponding short fillets are to be newly set up by the operator for each individual seam of a box-shaped construction. With the help of sensors tolerances in the course of a Kahtabschnittes be compensated in principle.

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.There are also known welding head guides, with which box structures are completely welded, the facilities consist of joints, springs, cable and support rollers and thus represent purely mechanical guides of the burner. As Hachteil it should be noted that the ease determines the leadership accuracy, on the other hand is also affected by spatter. The wear of the guide and castor wheels, which carry the entire mechanism, also has a negative impact on accuracy.

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.Stationary machines, in particular welding robots, are able to guide the welding torch numerically controlled along the box contour, for example. However, the use of such devices is practically only possible if with the help of suitable sensors, the occurring tolerances can be compensated both in the joint profile and in the box dimensions.

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.Different types of sensors can be used, such as inductive, optical, tactile and others. However, there is no solution known so far, this allows to recognize the sensors with the corners in their position and to weld through. All known solutions must put the sensor guide before reaching the bag out of operation and weld the corner by Pestprogramm, which is practically impossible due to tolerances, or skip the corner in automatic mode and can be welded out manually, in the latter case, a new sensor-guided joint search for each individual Hahtabschnitt required.

Ziel der ErfindungObject of the invention

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.It is an object of the invention to provide a method and a device, which, with the elimination of known Hachteile a completely guided by sensors, uninterrupted welding of single-layer fillet welds for the automatic production of rectangular box-like constructions, which are associated with considerable tolerances, is possible.

Wesen der ErfindungEssence of the invention

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-The object of the invention is to find a method and a device as a sensor arrangement and control structure required for carrying out the method, with which it is possible to use single-layer fillet welds in rectangular, dimensionally tolerant box constructions with the aid of

chender Geräte "vollautomatisch und ohne Nahtunterbrechung zu schweißen.welding machines "fully automatically and without interrupting the seam.

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.According to the invention, the object is achieved in that with the projecting for example from above in the box located in Uormallage arcade and preferably 45 ° against the perpendicular .geneigten arc welding torch first by means of sensors sought the first box corner and there initially welded with continuous sensor guide in sluggish position and after a certain Hahtstrecke by a 90-pivoting of the burner to the perpendicular through the arc root in the stabbing welding position is changed. When the next box corner is reached, detected by sensors and left without torch pivoting and interruption in sluggish welding motion, the arc welding torch again pivots into the stinging position after a certain distance. This repeats itself until all box edges are welded and the burner has reached its starting position in the box construction.

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-According to the invention, three known per se and preferably inductive distance sensors, which emit a digital acknowledgment that the desired distance to the workpiece surface is reached, are rigidly attached to the welding torch in such a way that the directions of action of two of the sensors are horizontal and lie vertically from a sensor and together form an orthogonal tripod, which is oriented on all sides symmetrical to the burner axis. The output of each individual sensor can be used to guide the welding head to the drive.

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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«because one of three preferably orthogonal translatory device axes are switched, while the acknowledgment signal of each sensor is evaluated by a corresponding logical control module «

Ausführungsbeispielembodiment

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 The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. The ^ as ^ associated ¥ ^ erchhljng "shows the sensor arrangement on the welding torch to Yerfahrensdurchführung. Use finds a welding robot, the ζ on the orthogonal translation axes x _t y horizontally and vertically, and the axis of rotation ^ to ζ has the burner motion. The box-shaped welding portion is in SOrmallage Aligned so that it lies approximately parallel to χ or y with its fillet joints 5, 6, 7. The distance sensors 1, 2, 3 are rigidly attached to the welding torch 4, wherein the directions of action of the 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-and 2 horizontally and the sensor 3 are vertical and the translation axes χ and y or ζ are assigned. At the beginning of a work cycle, the welding head is preferably positioned numerically only roughly inside the box, in such a way that, for example, the sensor 1 is oriented in sight + x , sensor 2 in the + y direction and sensor 3 in the + z direction. According to this assignment, the three axes are moved by sensor guidance until all their desired position corresponding to the sensor target distance and the adjusted burner tip so that the box corner 8 have reached. The acknowledgment signals emitted by all three sensors when this position is reached result in the signals being processed by these three signals.

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.logical control at the beginning of the welding process in an initially sluggish position with the technologically optimal parameters, for example, along the fillet weld 5 in -x view, with sensor 2 ensures the guidance of the y-axis and sensor 3 »as during the entire cycle, the the z axis. Since a pungent welding movement with corresponding parameters is technologically more favorable, after the welding of a minimum necessary Uahtlänge the burner 4 with switched off sensors 1 and by means of the <p-axis by 90 ° to the Li chtb ο genfuß punk t pivoted so that he from now on has a stabbing position and, on command of the controller, the guidance of the y-axis is taken over by the sensor 1 after completion of the W rotation »The sensor 2 now acts as an initiator and signals with its acknowledgment signal exactly the reaching of the box - e_cka- 9 _? which is continued without interruption in slow motion and guided by the x-axis through the sensor 2 along the fillet joint 7 * With the next 90 ° pivot turn into a sharp welding position, the cycle is then continued bis- ultimately the box corner 8 after welding all Uahtfugen is reached again.

Claims

invention claim

Method for fully automatic welding rectangular box structures, characterized in that the arc welding torch (4) by means of distance sensors (1, 2, 3) is aligned on a box corner (8) and initially welded in this starting with continuous sensor guide in a sluggish position, after a certain minimum Required Uahtstrecke the arc welding torch (4) by 90 ° to the perpendicular through the arc root in the stinging welding, position swivels and the fillet weld (5) to this bounding box corner (9), the box corner (9) by the sensor (2 ) and without tilting of the arc welding torch (4) in a sluggish welding movement Kehlnahtfuge (7) is further ausgevieißt, the process for each weld fillet repeated until the starting point of the arc welding torch (4) in the box corner (8) is reached »

2. Device for fully automatic welding rectangular box structures for carrying out the method according to item 1, characterized in that the arc welding torch (4) three known and preferably inductive distance sensors (1, 2, 3) are rigidly arranged and the directions of action of two sensors ( 1, 2) horizontally and by a sensor (3) are vertical, so that they form an orthogonal tripod and the outputs of the sensors (1, 2, 3) connected to the drive each one of three preferably orthogonal translational device axes and the sensors ( 1, 2, 3) are connected to corresponding logical control modules.

For this a sheet of drawings