PL248743B1 - Samodoskonalący system i sposób spawania konstrukcji metalowych z ograniczeniem odkształceń - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest samodoskonalący system do spawania konstrukcji metalowych z ograniczeniem odkształcania zawierający robota spawalniczego (10) z pakietem spawalniczym (9) oraz źródłem spawalniczym (8) z kontrolerem sterującym robotem spawalniczym (10) oraz stół spawalniczy (2) z pozycjonerami spawalniczymi (1), charakteryzuje się tym, że stół spawalniczy (2) stanowi kratownicę usztywniającą i posiada symetrycznie i/lub niesymetrycznie rozmieszczone dociski na kratownicy usztywniającej dla zamocowania spawanego ustroju oraz kamerę termowizyjną. W kratownicy usztywniającej umieszczony jest co najmniej jeden czujnik. Co najmniej jeden czujnik połączony jest z przetwornikiem odczytującym parametry z co najmniej jednego czujnika. Natomiast przetwornik odczytujący połączony jest z kontrolerem. Przedmiotem wynalazku jest również samodoskonalący sposób spawania konstrukcji metalowych z ograniczaniem odkształcania.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest samodoskonalący system i sposób spawania konstrukcji metalowych z ograniczeniem odkształceń przeznaczony do zrobotyzowanego spawania konstrukcji metalowych w szczególności takich które podczas spawania ulegają dużym deformacjom, a ich konstrukcja i gabaryty nie pozwalają na wprowadzenie korekcji kształtu przez prostowanie.

Znany jest fakt, że zmiana kolejności w wykonywaniu złączy spawanych, powoduje zmianę wartości odkształceń po spawalniczych. Ważne jest, dobranie takiej kolejności spawania, przy której wyeliminujemy lub zminimalizujemy odkształcenia spawalnicze. Aby osiągnąć zakładany cel niezbędne jest zbudowanie specjalnego dedykowanego do spawanego ustroju oprzyrządowania zawierającego czujniki odległości i/lub czujniki siły i/lub czujniki temperatury i/lub kamerę termowizyjną. Podejmowanie były różne próby by proces spawania elementów usprawnić ale żaden z nich nie był w pełni doskonały.

W dokumencie KR19990040156 A ujawniono rozwiązanie w postaci sworznia do kontroli pozycji z automatycznym wykrywaniem, który ma na celu uproszczenie obszaru roboczego uchwytu spawalniczego robota poprzez zainstalowanie czujnika ciśnienia na trzpieniu kontrolującym pozycję umieszczonym na górnej powierzchni przyrządu spawalniczego, umożliwiając w ten sposób aktywny obszar uchwytu spawalniczego robota. Sworzeń do kontrolowania pozycji z automatycznym wykrywaniem zawiera: kwadratowy lub podłużny przyrząd spawalniczy, wiele zacisków do mocowania panelu na krawędzi górnej powierzchni przyrządu spawalniczego, kołek kontrolujący położenie, zacisk dociskowy nasuwany pionowo na górną część zewnętrznej obwodowej powierzchni kołka sterującego położeniem, czujnik ciśnienia typu sprężyny śrubowej nawinięty na zewnętrzną powierzchnię obwodową sworznia sterującego położeniem oraz ściśnięty i zwolniony, oraz korek zamocowany w dolnej części czujnika ciśnienia.

W dokumencie CN11197520 A opisano inteligentny zrobotyzowany system spawania płyty podwozia wywrotki, rozwiązanie to jest z dziedziny urządzeń spawalniczych. Inteligentny system spawania zrobotyzowanego obejmuje stół spawalniczy, w którym szyna krocząca robota jest umieszczona na bocznej krawędzi stołu spawalniczego. Urządzenie spawalnicze ramienia robota jest umieszczone na przesuwnym końcu szyny kroczącej robota. Urządzenie spawalnicze ramienia robota obejmuje kolumnę stojaka kroczącego umieszczoną na szynie kroczącej robota, belka poprzeczna jest umieszczona na górnym końcu kolumny stojaka kroczącego. Sześcioosiowy robot jest umieszczony na dolnej powierzchni belki poprzecznej poprzez elektryczną szynę ślizgową, a uchwyt spawalniczy jest umieszczony na dolnym końcu sześcioosiowego robota. Laserowy czujnik położenia dopasowany do końcówki spawalniczej uchwytu spawalniczego jest umieszczony na uchwycie spawalniczym, a laserowy czujnik położenia i elektryczna szyna ślizgowa są połączone sygnałem z urządzeniem sterującym robota umieszczonym na bocznej powierzchni kolumny stojaka kroczącego.

W dokumencie CN218311742 A1 ujawniono rozwiązanie dotyczące pneumatycznego zacisku narzędzia spawalniczego do płyty bocznej wózka. Pneumatyczny zacisk narzędzia spawalniczego składa się z ramy nośnej, górna część ramy nośnej jest na stałe połączona ze stołem roboczym, górna powierzchnia stołu roboczego jest połączona z ramą płyty bocznej wózka w trybie przesuwnym, a wewnętrzna ściana boczna ramy płyty bocznej wózka jest połączona z tekturą falistą wózka w trybie przesuwnym. Dociskowa płyta dociskowa jest napędzana przez tłoczysko siłownika pneumatycznego w celu wyciągnięcia jednej strony ramy bocznej wózka, następnie druga strona ramy bocznej wózka jest ograniczona przez blok pozycjonujący, następnie dane ciśnienia są wykrywane przez czujnik ciśnienia, gdy dane wykryte przez czujnik ciśnienia osiągną wartość progową, siłownik pneumatyczny jest zamykany przez PLC, a następnie rama boczna wózka jest dociskana. Rama płyty bocznej karetki i płyta falista karetki są wytłaczane, zaciskane i mocowane nad stołem warsztatowym.

Dużą niedogodnością powyższych rozwiązań ze stanu techniki jest brak kontroli nad spawanymi elementami oraz brak możliwości wprowadzania w czasie rzeczywistym korekt w procesie spawania. Głównym celem tego systemu jest spawanie konstrukcji metalowych z minimalizacją odkształceń. Odkształcenia te mogą być szczególnie problematyczne w przypadku dużych i skomplikowanych konstrukcji, takich jak podłogi przyczep i naczep transportowych.

Samodoskonalący system do spawania konstrukcji metalowych z ograniczeniem odkształcania zawierający robota spawalniczego z pakietem spawalniczym oraz źródłem spawalniczym z kontrolerem sterującym robotem spawalniczym oraz stół spawalniczy z pozycjonerami spawalniczymi charakteryzuje się tym, że stół spawalniczy stanowi kratownicę usztywniającą i posiada symetrycznie i/lub niesymetrycznie rozmieszczone dociski na kratownicy usztywniającej dla zamocowania spawanego ustroju oraz kamerę termowizyjną. W kratownicy usztywniającej umieszczony jest co najmniej jeden czujnik.

Co najmniej jeden czujnik połączony jest z przetwornikiem odczytującym parametry z co najmniej jednego czujnika. Natomiast przetwornik odczytujący połączony jest z kontrolerem.

Korzystnie, co najmniej jeden czujnik połączony jest nadrzędnym sterownikiem sterującym poprzez sterownik odczytujący parametry z co najmniej jednego czujnika.

Korzystnie, na kratownicy usztywniającej każdemu obszarowi kontrolnemu odpowiada co najmniej jeden obszar roboczy.

Korzystnie, obszar kontrolny zawiera co najmniej jeden czujnik umieszczony kratownicy usztywniającej.

Korzystnie, czujnik stanowi czujnik siły.

Korzystnie, czujnik stanowi czujnik odległości.

Korzystnie, czujnik stanowi czujnik temperatury.

Korzystnie, co najmniej jeden czujnik stanowi połączenie czujnika siły i/lub czujnika odległości i/lub czujnika temperatury.

Samodoskonalący sposób spawania konstrukcji metalowych z ograniczaniem odkształcania polega na umieszczeniu pomiędzy pozycjonerami spawalniczymi na stole spawalniczym spawanego ustroju i rozpoczęcie procesu spawania robotem spawalniczym charakteryzujący się tym, że powierzchnia spawanego ustroju dzielona jest na wirtualne obszary robocze, następnie dokonywany jest pomiar odkształcenia w każdym z tych obszarów kontrolnych za pomocą co najmniej jednego czujnika w danym obszarze roboczym. Wartości pomiarów z obszarów kontrolnych przesyłane są do przetwornika odczytującego parametry czujnika, który porównuje je z wartościami zadanymi, a następnie, w przypadku przekroczenia wartości zadanej odkształcenia, przekazuje sygnał o przekroczeniu wartości zadanej odkształcenia do kontrolera, który zmienia trajektorię procesu spawania ustroju. W przypadku braku przekroczenia wartości zadanych odkształcenia kontroler kontynuuje proces spawanie ustroju, aż do kolejnych pomiarów i/lub wykrycia przekroczenia wartości zadanej odkształcenia przez co najmniej jeden czujnik.

Korzystnie, zmiany trajektorii procesu spawania poszczególnych punktów spawanego ustroju odbywają się na podstawie sygnałów dostarczanych przez co najmniej jeden czujnik do przetwornika odczytującego poprzez nadrzędny sterownik, a z niego do kontrolera.

Korzystnie, każda zmiana trajektorii procesu spawania poszczególnych punktów spawanego ustroju zostaje zapisana w pamięci nadrzędnego sterownika sterującego i każda następna zmiana spawanego ustroju powstaje na podstawie jednej z poprzednich zapisanych zmian kolejności spawania poszczególnych punktów spawanego ustroju odpowiadającym najmniejszym odkształceniom stanowiącym samodoskonalenie się systemu spawania.

Korzystnie, zmiany trajektorii procesu spawania poszczególnych punktów spawanego ustroju odbywają się automatycznie.

Zaletą wynalazku jest kontrola nad spawanymi elementami w czasie rzeczywistym i wprowadzanie w czasie rzeczywistym korekt w procesie spawania minimalizując odkształcenia konstrukcji spawanej, eliminując lub zmniejszając znacznie czas związany z prostowaniem konstrukcji.

Przedmiot wynalazku został ukazany w przykładach wykonania na rysunku, na którym:

Fig. 1 przedstawia schemat systemu do spawania konstrukcji metalowych z ograniczeniem odkształcania.

Fig. 2 przedstawia przykładowy podział obszaru roboczego na sekwencje w systemie do spawania konstrukcji metalowych z ograniczeniem odkształcania.

Wynalazek dotyczący samodoskonalącego systemu i sposobu do spawania konstrukcji metalowych z ograniczaniem odkształcania zostanie bliżej objaśniony w przykładach wykonania rozwiązania dla każdej z kategorii wynalazku.

Samodoskonalący system

Samodoskonalący system do spawania konstrukcji metalowych z ograniczeniem odkształcania zawiera robota spawalniczego (10) z pakietem (uchwytem) spawalniczym (9) oraz źródłem spawalniczym (8) z kontrolerem sterującym robotem spawalniczym (11) a także stół spawalniczy (2) z pozycjonerami spawalniczymi (1). Kontroler (11) zarządza ruchem i operacjami robota spawalniczego oraz kontroluje proces spawania, stół spawalniczy (2) służy jako podstawa, na której umieszczane są spawane konstrukcje. Stół spawalniczy (2) stanowi kratownicę usztywniającą (6), która może posiadać dowolny kształt, w przedstawionym przykładzie wykonania ma prostokątny. Pozycjonery spawalnicze (1) pomagają ustawić konstrukcje w odpowiedniej pozycji podczas spawania.

Robot (10) jest odpowiedzialny za wykonywanie procesu spawania na konstrukcjach metalowych. Źródło spawalnicze (8), zwane również źródłem energii spawania, to urządzenie elektryczne lub gazowe, które dostarcza energię do procesu spawania. Jest to kluczowy element w każdym procesie spawania, ponieważ generuje ciepło niezbędne do topienia materiałów spawalniczych i łączenia ich ze sobą. Istnieje wiele rodzajów źródeł spawalniczych, z których każdy ma swoje własne zastosowanie i charakterystyki - MIG, MAG, TIG, PLAZMA, LASER, HYBRYDA.

Kratownica usztywniająca (6) posiada symetrycznie rozmieszczone dociski (3) na kratownicy usztywniającej (6) dla zamocowania w miejscu spawanego ustroju (7) oraz kamerę termowizyjną (5). Główną funkcją docisków (3) jest zapobieganie przemieszczaniu się lub odkształcaniu się spawanego materiału podczas procesu spawania. Symetryczne rozmieszczenie docisków (3) pomaga w równomiernym i stabilnym utrzymaniu konstrukcji podczas spawania. Kamera (5) monitoruje temperaturę spawanego materiału i pomaga w kontrolowaniu procesu spawania.

W kratownicy usztywniającej (6) umieszczony jest zestaw różnych czujników (4), zawierający czujniki siły, czujniki odległości i czujniki temperatury. Czujnik siły sprawdza siłę docisku spawanych elementów lub spawanego materiału. To pozwala na dokładne kontrolowanie i utrzymanie odpowiedniego docisku między spawanymi elementami. Wyważenie i kontrola docisku są kluczowe, ponieważ niewłaściwa siła docisku może prowadzić do niejednorodnych spoin, nadmiernego odkształcenia lub niewłaściwego połączenia materiałów. Czujnik pozwala na wykrywanie odkształceń - to pozwala na reagowanie w czasie rzeczywistym i dostosowywanie parametrów spawania, aby zminimalizować odkształcenia. Monitorowanie siły docisku pomaga w kontroli jakości spoin. Gwałtowne zmiany w sile docisku mogą wskazywać na problemy podczas spawania, takie jak obecność zanieczyszczeń lub nieprawidłowa konfiguracja spawania.

Czujniki odległości pomaga w monitorowaniu dokładnej odległości między palnikiem spawalniczym a materiałem, który jest spawany. Utrzymywanie odpowiedniej odległości jest kluczowe dla uzyskania spoiny o właściwej jakości i wydajności procesu. Precyzyjne kontrolowanie odległości między palnikiem a materiałem pozwala na uzyskanie spoiny o jednolitej jakości i grubości. Zbyt duża odległość może prowadzić do słabej penetracji spoiny, podczas gdy zbyt mała odległość może spowodować nadmierne ciepło i uszkodzenia materiału.

Czujnik temperatury pomaga w monitorowaniu temperatury z uwagi na ryzyko przegrzania materiału, co może prowadzić do deformacji, spalenia lub nawet uszkodzenia spawanych części. Czujnik temperatury jest wykorzystywany do śledzenia temperatury materiału i zapobiegania przekroczeniu dopuszczalnych limitów. Jeśli temperatura przekroczy ustaloną wartość, system spawalniczy automatycznie dostosuje parametry spawania lub przerwie proces, aby uniknąć przegrzania. Po spawaniu często konieczne jest kontrolowanie procesu chłodzenia, aby zapewnić właściwe właściwości materiału. Czujnik temperatury pomaga w monitorowaniu procesu chłodzenia i informuje operatora lub system spawalniczy, kiedy materiał osiągnął odpowiednią temperaturę, aby można było kontynuować kolejne etapy procesu.

W niektórych przypadkach można również używać czujników, które łączą różne funkcje, takie jak czujnik siły i odległości lub czujnik siły i temperatury. To pozwala na bardziej wszechstronne monitorowanie i kontrole procesu spawania.

Zestaw czujników (4) połączony jest z przetwornikiem odczytującym parametry (P1) z co najmniej jednego czujnika (4). Przetwornik taki jest jednym z kluczowych elementów w procesie spawania, który umożliwia monitorowanie i kontrolę różnych parametrów procesu, co przekłada się na jakość i skuteczność procesu spawania oraz zapewnia bezpieczeństwo i powtarzalność. Przetwornik odczytujący (P1) połączony jest z kontrolerem sterującym robotem (11). Jeśli przetwornik odczytujący wykryje odchylenia od zdefiniowanych parametrów spawania, to kontroler sterujący robotem (11) podejmuje natychmiastowe działania korekcyjne. Przykładowo, jeśli nacisk narzędzia spawalniczego na materiał jest zbyt duży lub zbyt mały, kontroler może dostosować trajektorię robota, aby utrzymać odpowiednią siłę nacisku. To pomaga w zapewnieniu jakości spoiny i uniknięciu uszkodzeń narzędzia lub materiału.

Zestaw czujników (4) połączony jest nadrzędnym sterownikiem sterującym (P2) poprzez przetwornik odczytujący parametry (P1) z co najmniej jednego czujnika (4).

System zgodnie z wynalazkiem jest skalowalny. Na kratownicy usztywniającej (6) każdemu obszarowi kontrolnemu (13) odpowiada co najmniej jeden obszar roboczy (14). Oznacza to, że dla każdego obszaru kontrolnego (13) istnieje przynajmniej jeden obszar roboczy (14), który jest z nim powiązany i jest przeznaczony do wykonywania określonych zadań lub operacji. Wokół każdego czujnika (4) z zestawu czujników znajduje się mniejszy obszar kontrolny (13). Jest to przykład prostego i efektywnego rozwiązania w przypadku, gdy jedna kontrola jest wystarczająca do zapewnienia jakości procesu spawania. Większy obszar kontrolny będzie występował przy zastosowaniu dwóch lub więcej czujników (4). To pozwala na kontrolowanie większego obszaru i jest stosowane dla szerokiego nadzoru nad danym obszarem.

Przy zastosowaniu jednego czujnika (4) w przyrządzie spawalniczym występować będzie wyłącznie jeden obszar kontrolny (13). Obszar kontrolny (13) zawiera co najmniej jeden czujnik (4) umieszczony na kratownicy usztywniającej (6).

W procesie spawania mogą występować różne rodzaje odkształceń, które mogą prowadzić do wad spawu. Te odkształcenia mogą być wynikiem procesu spawania lub zmiany kształtu materiału spawanego pod wpływem ciepła.

Samodoskonalący sposób

Samodoskonalący sposób spawania konstrukcji metalowych z ograniczaniem odkształcania polega na umieszczeniu pomiędzy pozycjonerami spawalniczymi (1) na stole spawalniczym (2) spawanego ustroju (7) i rozpoczęcie procesu spawania urządzeniem spawalniczym (10). Powierzchnia spawanego ustroju (7) dzielona jest na wirtualne obszary robocze (14), następnie dokonywany jest pomiar odkształcenia w każdym z tych obszarów roboczych(14) za pomocą co najmniej jednego czujnika (4) z zestawu czujników w danym obszarze roboczym (14).

W następnym etapie, wartości pomiarów tj. siły, temperatury i odległości z obszarów kontrolnych (14) przesyłane są do przetwornika odczytującego parametry czujnika (P1), który porównuje je z wartościami zadanymi. Wartości te zostały wcześniej określone jako kryterium jakości lub bezpieczeństwa procesu. Porównanie jest kluczowe dla oceny, czy parametry procesu spawania znajdują się w dopuszczalnych granicach czy też przekraczają je.

W przypadku przekroczenia wartości zadanej odkształcenia, za pomocą przetwornika odczytującego (P1) przekazuje się sygnał o przekroczeniu wartości zadanej odkształcenia do kontrolera (11), który zmienia trajektorię (12) procesu spawania ustroju (7).

W przypadku braku przekroczenia wartości zadanych odkształcenia kontroler (11) kontynuuje proces spawanie ustroju (7), aż do kolejnych pomiarów i/lub do wykrycia przekroczenia wartości zadanej odkształcenia przez co najmniej jeden czujnik (4) w danym obszarze roboczym (14).

Zmiany trajektorii procesu (12) spawania poszczególnych punktów spawanego ustroju odbywają się na podstawie sygnałów dostarczanych przez co najmniej jeden czujnik (4) do przetwornika odczytującego (P1) poprzez nadrzędny sterownik (P2), a z niego sygnałem do kontrolera (11). Każda zmiana trajektorii procesu spawania poszczególnych punktów spawanego ustroju (7) zostaje zapisana w pamięci nadrzędnego sterownika sterującego (P2) i każda następna zmiana spawanego ustroju (7) powstaje na podstawie jednej z poprzednich zapisanych zmian kolejności spawania poszczególnych punktów spawanego ustroju (7) odpowiadającym najmniejszym odkształceniom stanowiącym samodoskonalenie się systemu spawania. Zmiany trajektorii mogą być zapisywane w zewnętrznym dzienniku zdarzeń. Jest to rodzaj logu, który gromadzi informacje o każdej zmianie, w tym datę i czas, lokalizację, parametry zmiany oraz inne istotne dane. W niektórych przypadkach, szczególnie w przypadku bardziej zaawansowanych systemów loT (Internet of Things), dane dotyczące zmian trajektorii mogą być przesyłane do chmurze, gdzie są przechowywane i analizowane. To pozwala na dostęp do danych z różnych lokalizacji i urządzeń. W przypadku, gdy fizyczna próbka spawu jest konieczna, można ją oznaczyć i etykietować, aby zidentyfikować zmiany trajektorii. Próbki te mogą być przechowywane jako fizyczny zapis zmian i służyć jako punkt odniesienia w przyszłości. Zmiany trajektorii (12) procesu spawania poszczególnych punktów spawanego ustroju (7) odbywają się automatycznie. Gdy system wykryje, że istnieje potrzeba dostosowania trajektorii, może to zrobić niemal natychmiast. To oznacza, że proces reaguje na zmienne warunki spawania w czasie rzeczywistym, co ma kluczowe znaczenie dla jakości i niezawodności spawania. Automatyczne zmiany trajektorii pozwalają na osiągnięcie optymalnej jakości spawania, eliminując potencjalne wady spawów, takie jak pęknięcia czy porowatość. System może dostosowywać trajektorię w celu zmniejszenia naprężeń i zniekształceń.

Automatyczne zmiany opierają się na zdefiniowanych wcześniej procedurach decyzyjnych/algorytmach. Te algorytmy analizują dane i podejmują określone akcje lub zmiany w odpowiedzi na konkretne sytuacje. Dzięki automatycznym zmianom nie ma potrzeby, aby operator lub użytkownik musiał ręcznie dostosowywać parametry lub podejmować decyzje w związku z procesem. System działa autonomicznie.

Czujniki (4) mierzą odkształcenie spawanego ustroju (7) podczas procesu spawania, a wartości tego odkształcenia odczytuje dedykowany przetwornik odczytujący (P1), który dalej przekazuje informacje o przekroczeniu zadanej wartości odkształcenia do oprogramowania CAM nadrzędnego (P2) lub bezpośrednio do kontrolera (11). Nadrzędny sterownik sterujący (P2) może być wyłącznie alternatywą działającego systemu spawalniczego w sytuacji kiedy wszystkie funkcje tego sterownika przejmie kontroler (11) robota, który będzie skomunikowany bezpośrednio z przetwornikiem odczytującym parametry czujników (P1). Kontroler (11) wywołuje zmianę kolejności sekwencji wykonywania złączy spawalniczych. Schemat ideologiczny działania systemu przedstawiono na fig. 1. Program spawalniczy zbudowany jest z podprogramów zwanych dalej sekwencjami. Sekwencja to jedna lub więcej spoin/spawów. Podział całego programu spawalniczego na sekwencje oraz ilość ściegów w sekwencji jest zależny od spawanej konstrukcji i przyjętej technologii wykonywania złączy. Każdy kolejny wykonywany program powstaje w oparciu o analizę poprzedniego/poprzednich programu/programów, ale przebiega w innej kolejności sekwencji jak poprzedni z uwagi na powstające odkształcenia detalu, które są monitorowane przez oprzyrządowanie, a sygnał o ich przekroczeniu przesyłany jest do kontrolera (11). Zachodzi wówczas wymuszenie zmiany kolejności sekwencji przez wybór dowolnej następnej innej niż w poprzednim/poprzednich zrealizowanych programach lub dowolnej następnej, ale nie najbliższej do wykonanej. Celem systemu jest, aby po wykonaniu określonej ilości prób otrzymać optymalną kolejność sekwencji w programie spawalniczym zapewniającą eliminację lub minimalizację odkształceń konstrukcji po spawaniu w optymalnym czasie. Ilość prób jest do ustalenia przez użytkownika systemu. Może to być ilość progresywna zwiększająca się po każdym wykonanym programie spawalniczym, co oznacza, że przy ilości „n sekwencji może powstać n! programów. Na ilość bezpośredni wpływ będą mieć wartości założonych dopuszczalnych odchyłek kształtu dla wytwarzanego detalu. Przykładowy umowny podział obszaru roboczego na sekwencje przedstawiono na fig. 2. Powstałe oprogramowanie ma zdolność zapisywania realizowanych programów o różnej kombinacji sekwencji, a następnie wybrania z zapisanych programów optymalnego cechującego się najmniejszą ilością zmian, czyli sygnałów o przekroczeniu zadanej wartości odkształcenia przekazywanych do kontrolera. Użytkownik oprogramowania definiuje zależność sąsiedztwa sekwencji spawalniczych.

Aktywne oprzyrządowanie spawalnicze dedykowane jest specjalnie dla spawanych detali i wyposażone jest w czujniki odległości i/lub czujniki siły i/lub czujniki temperatury i/lub kamerę termowizyjną. Oprzyrządowanie posiada oprogramowanie/sterowanie współpracujące z oprogramowaniem CAM (offline/online) i/lub kontrolerem (11). Oprogramowanie/sterowanie przetwarza sygnały z czujników (4) oprzyrządowania i przesyła dane do dedykowanego oprogramowania typu CAM i/lub kontrolera (11) robota. Oprzyrządowanie może być wyposażone tylko w jeden rodzaj z przedstawionych czujników lub więcej. Oprogramowanie typu CAM może zostać zastąpione przez dowolne inne dedykowane oprogramowanie spełniające funkcje komunikacji pomiędzy oprzyrządowaniem a kontrolerem robota.

Parametry odbierane przez przetwornik odczytujący (P1) parametry czujników (4) wynikają bezpośrednio z zastosowanych rodzajów czujników, jeżeli zastosowano czujniki odległości to parametr odkształcenia bezpośrednio w [mm], jeżeli siły parametr siły w [N] itd.

Przetwornik odczytujący (P1) parametry czujników (4) - jest dedykowanym przetwornikiem sygnałów do zastosowanych czujników w systemie, wybranym pod względem jego specyfikacji ze znanego stanu techniki. Jeżeli zastosowane będą laserowe czujniki odległości urządzenie odczytujące musi posiadać zdolność analizy sygnałów z czujników oraz musi wyświetlać wartość pomiaru np. w [mm]. Przetwornik (P1) posiada możliwość zadawania granicznych wartości odkształcenia dla każdego z czujników. Przetwornik przesyła komunikat do nadrzędnego sterownika sterującego (P2) w momencie przekroczenia zadanego odkształcenia spawanego ustroju wykrytego przez zastosowany co najmniej jeden czujnik (4) lub kombinację czujników (4).

Nadrzędny sterownik sterujący (P2) ma za zadanie nadzorować i kontrolować działania innych urządzeń i komponentów w systemie, jest to dedykowany sterownik, który posiada możliwość komunikacji się z przetwornikiem (P1) oraz z kontrolerem (11) robota. Nadrzędny sterownik (P2) jest odpowiedzialny za odbieranie sygnałów z przetwornika (P1) o przekroczeniu zadanego odkształcenia i zmianę trajektorii programu spawalniczego przez wywołanie w kontrolerze (11) innej niż kolejnej w aktualnie wykonywanym programie spawalniczym sekwencji (sekwencja - podprogram spawalniczy). Nadrzędny sterownik (P2) zapisuje wykonane programy spawalnicze pod względem kolejności sekwencji i wywołania w kontrolerze takiego programu, który charakteryzuje się najmniejszą liczbą komunikatów o przekroczeniu zadanego odkształcenia spawanego ustroju oraz chrakteryzującego się najkrótszym czasem spawania. Nadrzędny sterownik (P2) posiada możliwość samoczynnego zakończenia modyfikacji programów spawalniczych w momencie, kiedy osiągnięto założony cel - nie wykryto żadnych nieprawidłowości podczas procesu spawania. To oznacza, że system nie podejmuje zbędnych działań i nie wprowadza zmian, które nie są już potrzebne. Proces spawania przebiega w sposób najbardziej efektywny a optymalizacja procesu spawania, gdy nie ma potrzeby ciągłej modyfikacji, przyczynia się do oszczędności energii.

W alternatywnym przykładzie wykonania, funkcje nadrzędnego sterownika przejmuje kontroler (11) robota, jeżeli posiadałby taką konstrukcję techniczną by umożliwić przejęcie tych czynności.

Poniżej wskazano przykładowe ogólne zakresy temperatury istotne w diagnozowaniu odkształceń spawalniczych:

- różnica temperatury spoiny i materiału bazowego - różnica temperatury między spoiną a materiałem bazowym (AT) może być kluczowym wskaźnikiem odkształceń. Wartości AT mogą wahać się od kilkudziesięciu do kilkuset stopni Celsjusza w zależności od materiałów i procesu spawania.

- naprężenia termiczne - wartości naprężeń termicznych w materiale mogą być wyrażane w megapaskalach (MPa) lub innych jednostkach ciśnienia. Naprężenia termiczne wynikające z procesu spawania mogą wynosić od kilku do kilkudziesięciu MPa w zależności od przypadku.

Wartości progowe zmian odległości, które pozwalają na zdiagnozowanie odkształceń spawalniczych, również zależą od konkretnego przypadku, rodzaju spawu oraz użytych materiałów. Zmiany odległości mogą występować w wyniku termicznego rozszerzania się i kurczenia materiałów podczas procesu spawania. Porównywanie zmian odległości między spoiną a materiałem bazowym przed i po spawaniu. Jeśli różnica ta przekracza określoną wartość, może to wskazywać na wystąpienie odkształceń.

Należy jednak pamiętać, że konkretne wartości progowe będą dostosowywane do konkretnego zastosowania i specyfikacji projektu.

Zastosowanie

Samodoskonalący system przeznaczony do automatycznego (zrobotyzowanego) spawania konstrukcji metalowych w szczególności takich które podczas spawania ulegają dużym deformacjom, a ich konstrukcja i gabaryty nie pozwalają na wprowadzenie korekcji kształtu przez proces prostowania. Konstrukcje takie charakteryzują się zazwyczaj dużą ilością spoin i nie posiadają osi symetrii. System dedykowany do konstrukcji płaskich gdzie spoiny występują w większości po jednej stronie spawanego ustroju. Elementami wykonywanymi za pomocą wspomnianego systemu mogą być podłogi przyczep i naczep transportowych, kontenerów, skrzyń zarówno w transporcie drogowym jak i kolejowym. System zapewni minimalizację odkształceń konstrukcji, eliminację lub zmniejszenie czasów związanych z prostowaniem konstrukcji. Dodatkowo zmniejsza czas poświęcony na tworzenie nowych programów w celu zmniejszenia odkształceń spawalniczych i zmniejsza czas poświęcony na analizę wyników.

Lista oznaczeń:

1.	Pozycjoner spawalniczy
2.	Stół spawalniczy
3.	Docisk
4.	Czujnik
5.	Kamera termowizyjna
6.	Kratownica usztywniająca
7.	Spawany ustrój
8.	Źródło spawalnicze
9.	Pakiet (uchwyt) spawalniczy
10.	Urządzenie spawalnicze
11.	Kontroler sterujący urządzenia spawalniczego
12.	Trajektoria procesu spawania ustroju
13.	Obszar kontrolny
14.	Obszar roboczy
P1.	Przetwornik odczytujący parametry czujników
P2.	Nadrzędny sterownik sterujący

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Samodoskonalący system do spawania konstrukcji metalowych z ograniczeniem odkształcania zawierający robota spawalniczego (10) z pakietem spawalniczym (9) oraz źródłem spawalniczym (8) z kontrolerem sterującym (11) robotem spawalniczym (10) oraz stół spawalniczy (2) z pozycjonerami spawalniczymi (1), znamienny tym, że stół spawalniczy (2) stanowi kratownicę usztywniającą (6) i posiada symetrycznie i/lub niesymetrycznie rozmieszczone dociski (3) na kratownicy usztywniającej (6) dla zamocowania spawanego ustroju (7) oraz kamerę termowizyjną (5), przy czym w kratownicy usztywniającej (6) umieszczony jest co najmniej jeden czujnik (4), przy czym co najmniej jeden czujnik (4) połączony jest z przetwornikiem odczytującym (P1) parametry z co najmniej jednego czujnika (4), przy czym przetwornik odczytujący (P1) połączony jest z kontrolerem (11).
2. 2. System według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jeden czujnik (4) połączony jest nadrzędnym sterownikiem sterującym (P2) poprzez przetwornik odczytujący (P1) parametry z co najmniej jednego czujnika (4).
3. 3. System według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że na kratownicy usztywniającej (6) każdemu obszarowi kontrolnemu (13) odpowiada co najmniej jeden obszar roboczy (14).
4. 4. System według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 3, znamienny tym, że obszar kontrolny (13) zawiera co najmniej jeden czujnik (4) umieszczony kratownicy usztywniającej (6).
5. 5. System według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że czujnik (4) stanowi czujnik siły.
6. 6. System według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że czujnik (4) stanowi czujnik odległości.
7. 7. System według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że czujnik (4) stanowi czujnik temperatury.
8. 8. System według któregokolwiek z powyższych zastrzeżeń, znamienny tym, że co najmniej jeden czujnik (4) stanowi połączenie czujnika siły i/lub czujnika odległości i/lub czujnika temperatury.
9. 9. Samodoskonalący sposób spawania konstrukcji metalowych z ograniczaniem odkształcania polega na umieszczeniu pomiędzy pozycjonerami spawalniczymi (1) na stole spawalniczym (2) spawanego ustroju (7) i rozpoczęcie procesu spawania urządzeniem spawalniczym (10), znamienny tym, że powierzchnia spawanego ustroju (7) dzielona jest na wirtualne obszary robocze (14), następnie dokonywany jest pomiar odkształcenia w każdym z tych obszarów kontrolnych (13) za pomocą co najmniej jednego czujnika (4) w danym obszarze roboczym (14), następnie wartości pomiarów z obszarów kontrolnych (13) przesyłane są do przetwornika odczytującego (PI) parametry czujnika (4), który porównuje je z wartościami zadanymi, a następnie, w przypadku przekroczenia wartości zadanej odkształcenia, przekazuje sygnał o przekroczeniu wartości zadanej odkształcenia do kontrolera (11), który zmienia trajektorię procesu (12) spawania ustroju (7), w przypadku braku przekroczenia wartości zadanych odkształcenia kontroler (11) kontynuuje proces spawanie ustroju (7), aż do kolejnych pomiarów i/lub do wykrycia przekroczenia wartości zadanej odkształcenia przez co najmniej jeden czujnik (4) w danym obszarze roboczym (14).
10. 10. Samodoskonalący sposób spawania według zastrz. 9, znamienny tym, że zmiany trajektorii procesu (12) spawania poszczególnych punktów spawanego ustroju (7) odbywają się na podstawie sygnałów dostarczanych przez co najmniej jeden czujnik (4) do przetwornika odczytującego (P1) poprzez nadrzędny sterownik (P2), a z niego sygnałem do kontrolera (11).
11. 11. Samodoskonalący sposób spawania według zastrz. 9 albo 10, znamienny tym, że każda zmiana trajektorii procesu (12) spawania poszczególnych punktów spawanego ustroju (7) zostaje zapisana w pamięci nadrzędnego sterownika sterującego (P2) i każda następna zmiana spawanego ustroju (7) powstaje na podstawie jednej z poprzednich zapisanych zmian kolejności spawania poszczególnych punktów spawanego ustroju (7) odpowiadającym najmniejszym odkształceniom stanowiącym samodoskonalenie się systemu spawania.
12. 12. Samodoskonalący sposób spawania według któregokolwiek z zastrz. od 9 do 11, znamienny tym, że zmiany trajektorii procesu spawania (12) poszczególnych punktów spawanego ustroju (7) odbywają się automatycznie.