DE2847169C2

DE2847169C2 - Verfahren zur Bestimmung der Position einer Schweißnaht mittels Abtasteinrichtung und Vorrichtung zum automatischen Füllen dieser Schweißnaht

Info

Publication number: DE2847169C2
Application number: DE2847169A
Authority: DE
Inventors: Keiichi Kobe Hyogo Hozumi; Tatsuya Nishinomiya Hyogo Miura; Yuji Nishikaichi; Masao Ueda
Original assignee: Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1978-03-09
Filing date: 1978-10-30
Publication date: 1985-07-18
Also published as: US4249062A; GB2027937B; FR2419133B1; DE2847169A1; FR2419133A1; GB2027937A

Description

— Umschalten der Spannungsversorgungseinrichtung (20) a uf die Abtastbetriebsart,

— Nachführen der Elektrode (209) aus der Zuführeinrichtung (201,202). und

— Ausschalten der Zuführeinrichtung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Stromsensors (207). welches erzeugt wird, wenn die Spitze der Elektrode (209) sich der" Referenzposition nähert

20. Schweißmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzposition sich auf der Werkstückhalterung(15) befindet,

21. Schweißmaschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzposition ein vorbestimmter Punkt auf der Oberfläche des in der Werkstückhalterung (15) eingespannten Werkstücks ist.

22. Schweißmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzposiiion sich auf einer Einrichtung (111 b/s 116) befindet, die fest mit der Elektrodenführung (7} verbunden und vor dieser positioniert ist

23. Schweißmaschine nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Einrichtung (111 bis 116) ein am Frontende einer gegenüber der Elektrodenführung (T) in Längsrichtung verschiebbaren Stange (113) angebrachter Referenzabschnitt (116) gehört, der mit Hilfe der Stange (113) aus einer Ruhestellung in eine Arbeitsstellung schwenkbar ist

24. Schweißmaschine nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch an yorbestimmter Stelle und in einem vorbestimmten Abstand von der Eiektrodenführung (T) angeordnete Einrichtungen (110 bis 110Z>; zum Ablängen des vorstehenden Endes der Elektrode (209) vom Typ »abschmelzend«, und durch Einrichtungen zum gesteuerten Nachführen der Elektrode (209) vom Typ »abschmelzend« durch die Zuführeinrichtung (201,202) und zum Aktivieren der Schneideinrichtung (110 bis 1106;.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff von Patentanspruch 1 genannten Art sowie eine automatische Schweißmaschine gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 8.

Eine derartige Schweißmaschine ist bereits aus der DE-OS 24 42 725 bekannt Bei ihr wird eine Schweißelektrode bzw. ein Schweißkopf zur Ermit'Jung des Verlaufs einer Schweißlinie in mechanischen Kontakt mit dem zu schweißenden Werkstück gebracht Dabei werden die Positionen der Schweißlinie bzw. ihre Koordinaten aufgenommen und gespeichert Anschließend erfolgt ein Schweißvorgang der Art, daß die Schweißelektrode eine vorgegebene Schweißnaht entlang der Schweißlinie erzeugt und fortlaufend sowie prozeßgesteueri die richtige zum automatischen Schweißen erforderliche Lage zwischen der Schweißelektrode =ind dem Werkstück eingehalten wird.

Bei der Positionsaufnahme der Schweißlinie besteht die Gefahr, daß die Elektrode bzw. der Schweißkopf zu hart auf das Werkstück aufgesetzt werden. Dies kann zu einer Beschädigung der Elektrode bzw. des ijchweißkopfes und damit zu falschen Positionsangaben bezüglich der Schweißlinie führen. Als Ausweg wird ein elastischer Adapter vorgeschlagen, der jedoch zusätzlich auf die Spitze der Elektrode bzw. des Schweißkopfes aufgesetzt werden muß.

Aus der DE-OS 27 30 350 ist eine weitere Schweißmaschine bekannt, bei der während des Schweißvorgangs der Schweißelektrode die Schweißspannung und gleichzeitig ein gegenüber den beim Schweißen immer auffete.'.don Schweißstromänderungen niederfrequentes Wechselstromsignal zugeführt wird. Hierdurch soll ein modulierter Schweißstrom erzeugt werden, und aus den auftretenden positiven und negativen Stromspitzen, bezogen auf einen '«littelwert, wird ein Signal abgeleitet, das zur Positionssteuerung der Schweißelektrode dient. Dabei ist es erforderlich, mechanisch ein Signal zu erzeugen, das die Lage zur Innen- oder Außenwand des zu schweißenden Werkstückes angibt Dies wird durch eine fortwährende Schwenkbewegung des Sciiweißkopfes erreicht, so daß die Spitze der Schweißelektrode jeweils zur Innen- ode^r Außenwand geschwenkt wird. Die daraus sich ergebenden St.romimpulse werden als Maß für die Position und daraus gebildete Steuersignale werden zur Bahnsteuerung verwendet. Wie jedoch be-

kannt und in der Entgegenhaltung auf Seite 9, Absatz I auch dargelegt, ist die Wellenform des üblichen Schweißstromes nicht definierbar. Infolgedessen kann auch durch einen überlagerten MeOstrom niedrigster Frequenz kein genauer Signalwert abgeleitet werden, da auch in diesem impuisbereich Schweißstromänderungen vorhanden sein können, die einen falschen Wert liefern. So kann zum Beispiel durch lonenverarmung an der Schweißstelle ein niedriger Schweißstrom vorhanden sein, der mit dem überlagerten Meßstrom noch unterhalb des Mittelwertes liegt, obwohl sich die Schweißelektrode bereits in der Nähe einer Wand befindet. In diesem Fall würde daher keine Bahnkorrektur erfolgen und im weiteren Schweißvorgang ein Einbrennen der Wand auftreten. Wie weiterhin hieraus ersichtlich, handelt es sich hierbei um eine Art Nachlaufsteuerung, da die Korrektur erst nach einer Schweißstelle vorgenommen wird.

Aus der US-PS 34 52 180 ist weiterhin eine Schweißmaschine mit mechanischer Nachlaufsteuerung bekannt. Dort dient ein vorauseilender Taster zur Erzeugung des Steuersignals zur Bahnsteuerung. Wie den Figuren 4 bis 6 dieser Druckschrift zu entnehmen ist, ergeben sich dort zum Beispiel bei kurvenförmigen Bahnen, Abweichungen, die vom Abstand zwischen Taster und Schweißelektrodenspitze abhängen. Dieser Abstand kann jedoch unter anderem aus thermischen Gründen nicht beliebig klein gemacht werden und bei technisch ausgeführter Lösung beträgt der Abstand beispielsweise, wie der VDI-Zeitschrift 120 (1978) No. 4. Seite 144, linke Spalte, zu entnehmen ist, 100 mm. Die abgetasteten Werte werden zwischengespeichert und entsprechend ausgegeben. Da aber bekanntlich beim Lichtbogenschweißen erhebliche Wärmespannungen auftreten, kann bis zur Ausführung der Schweißung an dem relativ lange vorher gemessenen Punkt eine ungünstige Veränderung eingetreten sein. Dies wird umso kritischer, je dünnwandigere Teile miteinander verbunden '.verder. sollen. Außerdem wird dabei der Elektrodenabstand nicht berücksichtigt, so daß auch diesbezüglich durch die Erfindung eine höhere Präzision erzielbar ist.

Aus der DE-OS 25 33 448 ist darüber hinaus bekannt, einen Lichtbogen zur Steuerung von Schweißbrennern längs einer Werkstückfuge zu verwenden. Dabei wird der Lichtbogenstrom während des Schweißens gemessen, der aber, wie bereits im Zusammenhang mit der DE-OS 27 30 530 erwähnt, Schwankungen unterworfen sein kann, die unabhängig von seiner Position sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatische Schweißmaschine zu schaffen, bei der mit Hilfe der Schweißelektrode eine exaktere Erfassung der Schweißlinie oht.a Zuhilfenahme weiterer das Werkstück abtastender Einrichtungen möglich ist.

Die erfindungsgemäße Lösung ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Der Kern der Erfindung besteht darin, daß die Spannungsversorgungseinrichtung zusätzlich eine von der Schweißspannung verschiedene Abtastspannung erzeugt, daß die Schweißspannung sowie die Abtastspannung während des Schweißvorganges wechselweise an die Schweißelektrode angelegt werden, und daß ein aus der Abtastspannung abgeleitetes Signal zur genaueren mittels der Steuereinrichtung durchgeführten Positionierung von Schweißelektrode und Werkstück bzw. Werkstückhalterung zueinander für den jeweils folgenden Schweißschrki dient.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird die aus der Elektrodenführung vorste hende Länge der Schweißelektrode konstant gehalten, und es gibt Einrichtungen, welche diese Konstanthaltung laufend durchführen.

Es ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, daß die Schweißelektrode selbst als Sonde benutzt wird, so daß ma;i auf einen Anbau einer zusatzlichen Sonde am Schweißbrenner bzw. der Elektrodenführung ver/.ich-, η kann. Es ist jetzt möglich, mit dieser An von Sonde jede Stelle der Schweißlinie zu erreichen, die mit der te Schweißelektrode erreichbar ist. Dadurch wird die erfindungsgemäße Schweißmaschine relativ einfach im Aufbau, und man kann beliebig verlaufenden Schweißlinien folgen.

Die Erfindung eignet sich auch für solche Schwcißmaschinen, bei denen eine sich verbrauchende Elektrode mittels einer Formeinrichtung nachgeführt wird, so daß die Spitze der Elektrode immer eine vorbestimmte Position gegenüber der Elektrodenführung einnimmt. Dadurch werden Probleme in bezug auf die Abtast- bzw. Prufbetriebsart vermieden.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens dient als Abtastspannungs-Versorgungscinrichtung eine Hochspannungsquelle, so daß es ohne Rücksicht auf die jeweilige Oberflächenzustände des Werkstücks oder der Elektrodenspitze zu einer immer annähernd konstanten Entladung in einem vorbestimmten Abstand kommt. Dadurch wird immer eine genaue Abtastung ermöglicht.

Nacv: einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des jo Erfindungsgedanken: erfolgt die Abtastung der Schweißlinie in einer sog. Lehren-Operation. Dadurch werden auch bei verändertem Werkstück oder Basismetall der Ausgangs- und Endpunkt der Schweißung immer automatisch abgetastet und durch Bezugskoordinaten festgehalten. Auf diese Weise ist es möglich, auf die sonst übliche manuelle Kontrolle zur Bestimmung der gegenwärtigen Positionsrelation zwischen Werkstück uPrd Schweißelektrode in der Pläybäck-Operation zu verzichten, die Lehren-Operation wird wesentlich verkürzt und läßt sich genauer durchführen.

Mit der erfindungsgemäßen Schweißmaschine läßt sich eine sehr genaue automatische Schweißung durchführen. Die Maschine ist auch in der Lage, jede Art von Schweißfugen-Schräge in kurzer Zeit festzustellen.
Nachstehend werden einige die Merkmale der Erfindung enthaltende bevorzugte Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Perspektivdarstellung einer automatisehen Schweißmaschine;

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer E¹. ktrodennachführung und einer Stromversorgung;

F i g. 3 Einzelheiten einer Elektrodenhalterung;

F i g. 4 und 5 Werkstücke, die einen Eckstoß bzw. eine V-Naht aufweisen;

F i g. 6 ein Flußdiagramm zu einer Schweißart;

F i g. 7 ein Flußdiagramm zu einer Abtastoperation beim Schweißen eines Eckstoßes;

Fig.8 ein Flußdiagramm zu einer Abtastoperation beim Schweißen einer V-Naht;

F i g. 9 ein Flußdiagramm zum automatischen Schweißen;

Fig. 10 ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispicl eines Verbrauchsclektrodcnhalters;

b5 F i g. 11 ein Flußdiagramm zu einem anderen automatischen Schweißabiauf;

F i g. 12 eine perspektivische Darstellung eines anderen Verbrauchselektrodenhalters:

Fig. 13 eine perspektivische Darstellung einer anderen automatischen Schweißmaschine;

Fig. 14 eine Seitenansicht mit einer rotierenden Schleifscheibe und einer Verbrauchselektrode;

Fig. 15 ein anderes Flußdiagramm zum automatisehen Schweißen;

Fig. 1 b eine Perspektivdarstellung zu einem anderen Verfahren zum Abtasten einer V-Naht;

Fig. ff'A und 17B Flußdiagramme zur Abtastung einer V-Naht; und

Fig. 18 und 19 schematische Schaltbilder zum selektiven Schalten einer Schweißspannungsquelle und einer Abtastspannungsquellc.

Das in F i g. 1 komplett dargestellte automatische Schweißgerät ist so ausgebildet, daß die notwendigen Freiheitsgrade auf eine Werkstückhalterung und eine Schweißelektrodenhalterung bzw. Schweißbrennerhalterung aufgeteilt sind, so daß man die Position des Werkstücks oder des Schweißbrenners bzw. der Schweißelektrode steuern kann. Auf diese Weise iäüt sich bei kompliziert geformten Werkstücken eine dreidimensionale Schweißung unter optimaler Nachführung am Werkstück und unter günstigen Schweißbedingungen ausführen, und der mechanische Aufbau und die Steuerapparatur sind ebenfalls einfach.

Zu der automatischen Schweißmaschine 10 gehört eine Halterung 15 zur Befestigung eines nicht dargestellten Werkstücks, die sich nach rechts und links und vor und zurück bewegen und um eine als β-Achse bezeichnete horizontale Achse H verdrehen läßt, und eine Halterung 18 zum Anbringen eines Schweißbrenners T bzw. einer Schweißelektrode. Die Halterung 18 läßt sich vertikal längs einer Z-Achse verschieben und um eine Vertikalachse L, die auch als <£-Achse bezeichnet wird verdrehen. Ein Steuergerät 40 (Steuereinrichtung) enthält alle Einrichtungen zur automatischen Steuerung der Bewegungs- und Rotationsabläufe des nicht darge-

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Auf einer in der Draufsicht L-förmigen und an einem Ende mit einem ersten Rahmen 12 verbundenen Grundplatte 11 ist oberhalb des ersten Rahmens 12 eine in Richtung einer .Y-Achse mittels einer nicht dargestellten Motorantriebseinrichtung verschiebbarer Schlitten 13 aufgesetzt, und dieser Schlitten 13 trägt einen zweiten Rahmen 14. der in einer V-Achse verschiebbar ist. Der zweite Rahmen 14 ist ebenso wie der Schlitten 13 vorzugsweise durch einen Motorantrieb verfahrbar. Ebenso kann die Werkstückhalterung 15 eine derartige, nicht dargestellte Antriebseinrichtung aufweisen.

Ein am seitlichen Ende der Grundplatte 11 aufrecht stehender dritter Rahmen 16 besitzt einen vertikal bzw. in einer Z-Achse verschiebbaren Arm 17 mit einem ähnlichen, ebenfalls nicht dargestellten Antrieb mit Getriebe und Bremse. Am Frontende des Armes 17 befindet sich die Halterung 18 für den Schweißbrenner T bzw. die Elektrode. Sie ist ebenso mit einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung mit Getriebe und Bremse ausgestattet. Die Position, wo der Schweißbrenner rangebracht ist, ist so gewählt, daß ein Schweißpunkt WP auf der Verlängerung der Mittelachse des Schweißbrenners T auf der Vertikalachse L liegt, während man den Anbringungswinkel des Schweißbrenners je nach gewählter Schweißart wie Stumpfschweißung, Winkelnahtschweißung oder dergleichen sowie nach der Werkstückform wählen kann. Der Schweißbrenner T wird von einer SchweiSstroinquefle 20 gespeist.

Die verschiedenen Antriebe mit Untersetzungsgetrieben bzw. Bremsen für die einzelnen Elemente und der Schweißstrom werden für ein im Steuergerät 40 gespeichertes Programm mit Hilfe des Steuergerätes und einer darin enthaltenen Schweißsteuerung 30 so gesteuert, daß unter Beeinflussung der Pvflativposition zwischen den beiden Halterungen 15 und 18 der Schweißpunkt WP einer Schweißlinie an einem nicht dargestellten Werkstück folgt und dabei eine automatische Schweißoperation unter optimalen Schweißbedingungen durchgeführt wird. An einem abgesetzten Steuerpult 50 läßt sich ein manueller Betrieb durchführen sowie ein Schweißprogramm eingeben.

Da bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Schweißpunkt WPauf der Mittellinie des Schweißbrenners Timrner auf der Vertikalachse L bleibt, ändert sich der Schweißpunkt auch nicht beim Verdrehen seiner Halterung 18 um die i^-Achse. Mit anderen Worten: Die in Fig. 1 dargestellte automatische Schweißmaschine 10 hat fünf Freiheitsgrade, nämlich Bewegungsmöglichkeiten in Richtung der X-. Y- und Z-Achsen und Rotationsmögiichkeiten um die Φ- und {/-Achsen, die auch als L- und W-Achsen bezeichnet werden können.

Die Schweißsteuerung 30 hat Mittel zur Spannungsund Stromregulierung mit variablen Widerständen und dergleichen, wie der Fachmann sie kennt. Ferner gibt es einen dem Werkstück zugeordneten Automatik-Umschalter, der normalerweise auf Automatikbetrieb steht aber auf Sondersteuerung umschaltbar ist.

Die Positionssteuerung dieser automatischen Schweißmaschine ist andernorts detailliert beschrieben. Kurz gesagt erfolgt die Steuerung der Relativpositionen zwischen Schweißbrenner und Werkstückhalterung fortlaufend unter Abfragung der Positionsinformationen von Werkstück und Schweißbrenner und vergleicht mit Positionsinformationen über die gewünschte Positionsrelation zwischen Schweißbrenner und Werkstück halterung, wie im Programm angegeben. Auf diese Weise werden fortlaufend neue Posi'.ionsinformationen ge-

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Die vorstehend zum Teil als Schweißbrenner bezeichnete und gegebenenfalls auch durch einen solchen ersetzbare Elektrodenführung oder -halterung Γ bezieht, wie in Fig.2 dargestellt, aus einem mit der Schweißstromquelle 20 verbundenen Elektrodenvorrat 201 eine Elektrode 209, die auf ihrem Wege dorthin ein, als Elektrodenformer 202 bezeichnetes Richtwerk, bestehend aus einem flexiblen, eine Spirale bildenden Rohr und einer Rollenanordnung durchläuft. Eine mit der Elektrode 209 verbundene Stromzuführung 203 wird durch einen einen Schalter 204 selektiv entweder mit einer Schweißspannungsquelle 205 oder mit einer als Prüfspannungsquelle dienenden Hochspannungsentladungsquell·· 206 (Abtastspannungsgenerator) verbunden. Die Schweißspannungsquelle 205 versorgt die Elektrode 209 in bekannter Weise mit einer relativ niedrigen Spannung bei hohem Strom. Dagegen gibt die Hochspannungsentladungsquelle 206 eine elektrische Leistung bei einer relativ hohen Spannung von etwa 100 bis 2000 Voll und entsprechend niedrigem Strom ab. Die Schweißspannungsquelle 205 ist mit einem Werkstück W direkt, die Hochspannungsentladungsquelle 206 dagegen über einen Stromsensor 207 verbunden, welcher den Stromfluß zwischen der Elektrode 209 der Elektrodenführung T einerseits und dem Werkstück W andererseits mißt. Anstelle eines Stromsensors 207 könnte auch ein Spannungssenscr verwendet werden. Das bei Stromänderungen vom Stromsensor 207 abgegebene Ausgangssignal bzw. ein entsprechendes Spannungsänderungs-Ausgangssignal eines Spannungssensors wird

einer Steuereinrichtung eines Rechners, eines Mikrocomputers oder eines Mikroprozessors im Steuergerät 40 zugeführt. Normalerweise liegt der Schalter 204 an der Schweißspannungsquelle 205 an, schaltet aber aufgrund eines Umschaltbefehls aus dem Steuergerät 40 auf die Hochspannungsentladungsquelle 206 um.

Gemäß Fi^. 3 gehört zu der Halterung 18 für die Elektrodenführung Tein mittels einer Schraube \&b lösbar am unteren Ende einer Welle 18a angebrachter Horizontalarm 18c, ein am Ende von 18c befestigter Vertikalarm 18c/, ein schwenkbar am unteren Ende von Arm 18c/ angebrachter Ausleger 18e und ein lösbar und verdrehbar am Ausleger befestigtes Haltestück 18/! Auf diese Weise läßt sich der Schweißpunkt WP der Elektrodenführung /mittels verschweißbarem Ausleger 18e und verdrehbarem Haltestück 18/fein justieren.

Fig. 4 zeigt ein Werkstück mit Eckstoß und Fig. 5 ein Werkstück mit V-Nahi.

F i g. 6 zeigt ein Flußdiagramm für eine erfindungsgernäßc SchwciGsicüci methode, die nachstehend beschrieben wird.

Allgemein läßt sich sagen, daß man zu schweißende Werkstücke je nach Präzision, Geometrie und dergleichen in verschiedene Typen oder Muster klassifizieren kann. Bei der erfindungsgemäßen Methode wird die Information bezüglich des Musters oder der Konturen des Werkstücks manuell eingegeben.

Muster I

Dieses Muster gilt für Werkstücke oder Basismetalle von hoher Präzision, daß der Anfangspunkt und der Endpunkt der Schweißnaht nur beim Lehren-Betrieb abgetastet werden, während sich gleiche Positionsinformationen beim Werkzeugtausch verwenden lassen.

Muster 2

Dieses Muster gilt für weniger genaue Werkstücke im Vergleich zu Muster 1, wobei zwar eine Lehre bei der Abtastoperation erstellt werden muß, ein Fehler aber nur in Parallelrichtung möglich ist. so daß nur der Anfangspunkt der Schweißang abgetastet werden muß.

Muster 3

Dieses Muster schließt Werkstücke ein, bei denen zusätzlich zum Muster 2 die Schweißlinie in anderen als der Parallelrichtung abweicht, so daß der Anfangs- und Endpunkt der Schweißung abgetastet werden müssen.

Zunächst wird eine nicht dargestellte Datenverarbeitungseinheit oder eine Steuereinheit in dem Steuergerät 40 durch Bedienung von entsprechenden Knöpfen am Steuerpult 50 auf Lehren-Betrieb geschaltet und der Schweißbrenner bzw. die Elektrodenführung Tkontrollierbar und manuell in die Nähe der abzutastenden Position gebracht, in diesem Faile in die Nähe des Schweiß-Anfangspunktes nach einem bekannten Play-Back-System. Die entsprechenden Daten der Muster 1 bis 3, zu denen das zu schweißende Werkstück gehört, werden über einen nicht dargestellten Musterwählschalter in das Steuergerät 40 eingegeben. Ferner gibt man auf das Basismetall des Werkstücks bezogene Daten wie A für einen Eckstoß gemäß F i g. 4 oder B für eine Schweißnaht gemäß F i g. 5 mittels eines weiteren Eingabeschalters ein. Dann wird ein Abtastkommando gegeben.

Danach entscheidet das Steuergerät, ob es sich um Muster 1. 2 oder 3 handelt Fällt die Entscheidung auf Muster 1, dann entscheidet das Steuergerät die Art des Basismetalls c.^er Wei kstücks, also A oder B. Handelt es sich um Muster 2 oder 3, dann werden die dem oben beschriebenen Bereich entsprechenden Daten als Anfangspositionsinformation gespeichert und über die Bnsismetallart entschieden. Daraufhin läuft entweder die Routine A oderdie Unterroutine San.

Unter Verwendung von F i g. 4 und 7 wird die Abtastoperation für Basismetallarten A nun beschrieben. Zu

to Beginn der eingeleiteten Unterroutine gibt das zuvor in die Datenverarbeitungseinheit eingegebene Systemprogramm ein Umschaltkommando für den Schalter 204 aus, der Schalter schaltet um, und in ähnlicher Weise erfolgt ein Kommando zum Senken der Elektrodenführung riängs der Z-Achse. Es wird eine Hochspannung zwischen die Elektrod^nführung Γ und das Werkstück IV von der Hochspannungsentladungsquelle 206 gelegt, so daß zwischen der Elektrodenspitze an der Elcktmdenführung T und dem Werkstück ein Funken übcrspringt, wenn die Elektrodcnspitzc sich an einem Punkt P2 in einem Abstand von höchstens 2 mm vom Werkstück befindet. Den fließenden Strom stellt der Stromsensor 207 fest, und es werden Positionsdaten Zs zur Position P2, und dann wird eine Differenz JZzwischen den Daten Zs und den Daten Z2 in der Datenverarbeitungseinheit errechnet. Gleichzeitig wird die Elektrodenführung 7~um einen Betrag von etwa 1 bis 2 mm auf den Punkt P3 vom System angehoben.

Das Steuergerät entscheidet dann über die nächste Abtastrichtung X und den Bewegungssinn (in Fig.4 nach rechts) auf der Basis des Winkels Φ in der #-Achse und der Differenz zwischen den Werten ΑΊ und X 2. Das Steuergerät gibt ein Kommando zum Bewegen des Werkstücks W im obengenannten Sinne ab, und das Werkstück bewegt sich nach rechts. Dadurch nähern sich die Elektroden 209 und das Werkstück W soweit, daß an Punkt PA ein Funke übertritt, und dann werden die Differenz JA"zwischen den Positionen A~5und Punkt PA in X-Richtung und Kommando X2 ausgewertet.

Das Werkstück kehrt dann um eine vorbestimmte Strecke zu einem Punkt ,"5 zurück. Damit wird die Beendigung der Abtastoperation beschlossen und auf Kommando der Schalter 204 zurückgeschaltet, er liegt dann wieder an der Schweißspannungsquelle 205 an.

Nun zur Beschreibung der Basismetallart B in Verbindung mit Fig. 5 und 8. Dieser Fall gilt für eine V-Naht gemäß F i g. 5. deren Böschungswinkel vorher nicht bekannt ist. Die Schweißlinie WL verläuft in Richtung der X-Achse, es erfolgt eine Schweißung mit vertikal gestellter Elektrodenführung T.

Zunächst wird in der Unterroutine der Schalter 204 auf die Hochspannungsentladungsquelle 206 umgestellt und somit eine Hochspannung zwischen der Elektrode 209 der Führung Γ und dem Werkstück W gelegt Auf einen entsprechenden Befehl wird die Elektrodenführung T in Richtung der Z-Achse abgesenkt bis am Punkt Pl (Xi, Yi, Z2) ein Funke überspringt und diese Tatsache vom Stromsensor 207 dem Steuergerät mitgeteilt wird. Daraufhin nimmt das Steuergerät die Positionsinformationen (Xi, Yi und Z2) zum Punkt P2 an und speichert sie an einem vorbestimmten Platz.

Da der Sensorbefehl die Abtastrichtung -X erkennen läßt, wird über den Abtastsinn entschieden und das Werkstück in F i g. 5 nach rechts bewegt. Es spritigt ein Funke an Punkt P3(XZ Yi, ZT) über, und der Stromsensor 207 teilt entsprechendes der Datenverarbeitungseinheit des Steuergerätes mit Daraufhin werden im Steuergerät die Positionsinformationen zu P3 über-

nominen und an vorbestimmter Stelle gespeichert. Dann wird ein Befehl zum Rückholcn des Werkstücks in entgegengesetzter Richtung um eine vorbestimmte Si.reckc auf d-jr X-Achse gegeben, wobei der beschrie-.«ne vorbestimmte Betrag genau auf die Größe der Schweißlinie WL abgestimmt ist. Dementsprechend bewegt sich das Werkstück W etwas nach links in diesem Falle.

Sobald der Punkt P 4 (X 3. Yi, ZT₁ erreicht ist, wird durch einen entsprechenden Befehl die Elektrodenführung T in Richtung der Z-Achse gesenkt. Löst der Stromsensor 207 ein Signal bei Erreichen des Punktes PS(Xi, Vt,Z3)aus. werden die entsprechenden Positionsdaten zu Punkt P5 übernommen und gespeichert. Durch einen Befehl zur Bewegung des Werkstücks W nach links, das heißt im gleichen Sinne wie die vorhergehende Bewegung in der X-Richtung, wird ein Punkt P6 (X4, Vl, Z3) erreicht und die entsprechenden Positionsdaten aufgrund des Signals vom Stromsensor 207

Die Abtastoperation wird beendet, wenn die vierte Positionsinforn ation nach dem vierten Signaleingang vom Stromsensor 207 eingegangen ist. Dann wird der Schnittpunkt der Linie zwischen den Punkten P2 und Ρβ mit der Linie zwischen den Punkten PZ und P5 errechnet und darauf eine Positionsinformation über einen Punkt Pl gewonnen, der auf der Schweißlinie WL hegt.

Damit ist die Ermittlung des Schweiß-Ausgangspunktes beendet. Es folgt gemäß den in Fig.6 gezeigten Fiufldiagrammen eine Entscheidung darüber, ob eine Korrektur des Anfangspunktes wegen ungleichmäßiger Dicke des Werkstücks W oder dergleichen notwendig ist. Braucht die Anfangsposition nicht korrigiert zu werden, erfolgt die Auswertung des Anfangspunktes durch die Routine, je nachdem ob die Erfassung von A oder B gespeichert ist. Muß die Ausgangsposition korrigiert werden, erfolgt die Zugabe eines Korrekturwertes zur Positionsinformation des Anfangspunktes, so daß der ursprüngliche Anfangspunkt P7 in Punkt Pi korrigiert und die entsprechende Korrekturinformation gespeichert wird. Somit ist die Operation für die Ermittlung und Abspeicherung der Anfangsposition abgeschlossen.

Danach erfolgt eine Abtastoperation zur Bestimmung des Schweißendpunktes. Wieder werden im Steuerpult 50 entsprechende Knöpfe gedrückt und dadurch der Schweißbrenner bzw. die Elektrodenführung in die Nähe des Endpunktes gebracht. Danach folgt wiederum die Entscheidung, ob es sich um Werkstückmuster 1, 2 oder 3 handelt, dann wird entschieden, ob das Basismetall A oder B vorliegt. Es folgen gegebenenfalls notwendige Korrekturen der Positionsinformationen und dann die Eingabe der endgültigen Positionsinformationen. Auf diese Weise werden der Anfangspunkt und der Endpunkt der Schweißlinie abgetastet und in Form von Lehren-Daten in das Steuergerät eingegeben.

Nach Abschluß der Lehren-Operationen gemäß obiger Beschreibung erfolgt der automatische Schweißvorgang gemäß dem Fiußdiagramm von F i g. 9. Das Steuergerät wird zu diesem Zwecke durch Drücken eines entsprechenden nicht dargestellten Knopfes auf Automatikbetrieb geschaltet Die Steuereinrichtungen in dem Steuergerät 40 entscheiden, ob ein Abtastkommando anliegt d. h. ob bei der automatischen Schweißung eine Abtastung erforderlich ist und aufgrund welchen Musters, d. h. ob das Werkstück zu Muster 1, 2 oder 3 gehört. lsi ein Abtastkommando verfügbar, wird die Unterroutine gemäß F i g. 7 oder 8 eingeleitet Falls kein Abtastkommando verfügbar ist, wird entschieden, ob ein Abtastbeendigungskommando verfügbar ist oder nicht. Wenn ja verfügt die Steuereinrichtung die Umschaltung des Schalters 204, und die Stromzuführung 203 wird mit der Schwcißspannungsquclle 205 verbunden, siehe F i g. 2. Ist kein AbtastabschlußbefcH verfügbar, dann werden die Positions- und Steuerinformationen, die in oben beschriebener Weise bei der Lehren-Eingabe programmiert wurden, zur Durchführung der

ίο Schweißung ausgegeben.

Sobald die Unterroutine in F i g. 7 und 8 durchgeführt und die Routine gemäß Fig.9 aufgenommen worden ist, geht ein entsprechender Befehl an Schalter 204 ab. Gleichzeitig erfolgt eine Korrektur aufgrund ungleicher M^eriaidicke oder dergleichen, falls nötig, und die korrigierte Positionsinformation wird zur Ausführung der Schweißung herangezogen.

Gemäß Fig. 5 und 8 wird der Böschungswinkel der Fugenwände bestimmt und dadurch die Geometrie der

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brennerposition festgelegt werden kann. Zwar erfolgt die Schweißung beim vorliegenden Ausführungsbeispiel auf einer geraden Schweißlinie WL, sie könnte aber auch gekrümmt sein. In einem solchen Falle werden sämtliche Positionspunkte des Schweißbrenners Γ von Anfang bis Ende im voraus errechnet und die entsprechenden Punkte in Sequenz durch eine PTP-Steuerung verfolgt.

In Fig. 10 ist ein Teil einer bevorzugten Ausführung einer Elektrodenführung T für Elektrodendraht dargestellt. Hierzu gehört eine hohle Spannhülse 109a zur Aufnahme der Verbrauchselektrode 209, ein einseitig wirkender Klemmkolben 1096 zum Zusammendrücken der Spannhülse 109a, ein den Kolben 1096 enthaltender Zylinder 109c und eine Hochdruckleitung 109c/zum Zuführen eines Hochdruckmediums, beispielsweise eines unter hohem Druck stehenden Gases, z. B. COj. aus einer abgeschirmten Gasflasche, Jn Fig, 10 befindet sich links die Arbeitsspitze der Elektrodenführung T, und das rechte Ende ist an ein flexibles Rohr angeschlossen, beispielsweise an den bereits erwähnten und in F i g. 2 dargestellten Elektrodenformer 202. Eine Feder 109e drückt den Kolben 1096 normalerweise nach links, so daß dann die Spannhülse 109a freigegeben ist. In d^ser Position kann die Verbrauchselektrode 209 frei durch die Elektrodenführung T hindurchbewegt werden. Will man beispielsweise bei der Abtastbetriebsart die Elektrode 209 festklemmen, dann wird über die Hochdruckleitung 109c/ein Hochdruckmedium in den Zylinder eingeführt und dadurch der Klemmkolben 1096 nach rechts bewegt Dadurch spannt zwangsläufig die Spannhülse 109a mit ihrem Spitzenbereich die hindurchgeführte Elektrode 209 fest
Das vorn aus der Elektrodenführung T vorstehende Elektrodenende ist zum Zeitpunkt der Beendigung der Schweißoperation nicht notwendigerweise jeweils gleich lang. Unterschiedliche Überstände sind insbesondere auch dann möglich, wenn zwischen der beweglichen Elektrodenführung T und dem Elektrodenvorrat 201 das flexible Rohr des Elektrcdenformers 202 liegt Nachstehend werden deshalb verschiedene Mögüchkeiten zur Vermeidung einer fehlerhaften Positionierung des Elektrodenhalters beschrieben.

Beispielsweise kann vor der Abtastoperation die Elektrodenführung Tin eine vorbestimmte Position zur Schweißmaschine 10 oder in die Nähe einer vorbestimmten Position gebracht und die Länge des aus der Elektrodenführung T vorstehenden Endes der Elektro-

de 209 abgetastet werden. Als Referenz wird der Außenumfang der Werkstückhalterung 15 benutzt Es eignet sich auch jeder andere Punkt in dieser X-l^-Ebene. Der Schalter 204 verbindet die Hochspannungsquelle 206 mit der Elektrode 209 und die Werkstückhalterung 15 wird in Richtung der y-Achse und der .X-Achse kontrollierbar in eine vorbestimmte Position bewegt Ferner wird der Arm 17 in Richtung der Z-Achse aufwärts oder abwärts bewegt Dabei gelangt die Spitze der Elektrode 209 in die Nähe der Werkstückhalterung 15. Sobald ein gewisser Mindestabstand zwischen beiden erreicht ist, springt ein Funke über und wird vom Stromsensor 207 dem Steuergerät 40 gemeldet Das Steuergerät 40 bringt die Spitze der Eiektrodenführung T nun zur Referenzposition, und es wird die Position Zc auf der Z-Achse errechnet an der der Funke übergesprungen ist. Dann wird die Differenz zwischen der Sollposition der Position Zc und Za für eine Elektrode 209 von vorbestimmter Standardlänge errechnet, und anschließend hieraus die tatsächliche Elektrodenlänge ermittelt Nach dieser Operation wird die Elektrode auf Standardiänge ka'ibriert Alternativ kann die Befehlsinformation zur Positionskontrolle der Elektrodenführung 7>uf der Basis des errechneten Fehlers korrigiert werden. Außerdem kann der Wert des tatsächlichen Überstandes als Datengrundlage für die weitere Steuerung verwendet werden. In diesem Falle wird die Elektrode 209, durch die Spannhülse 109a (F i g. 10) festgeklemmt Auf disse Weise kann man auch beim Rotieren der Elektrodenführung T bein? Abtasten beispielsweise die Länge der vorstehenden Elektrode 209 immer konstant halten.

Es kann vorkommen, daß an einem einzigen Werkstück mehrere Schweißlinien ausgeführt werden müssen. Wenn man dabei als Bezugsausgangspunkt für jede einzelne Schweißlinie den Umfang der Werkstückhalterung 15 benutzt wird die Abtastoperation zeitraubend. Deshalb wird nachstehend eine bevorzugte Methode beschrieben, die bei einem Werkstück mit mehreren Schweißlinien vorteilhaft ist.

Das Flußdiagramm hierzu ist in F i g. 11 enthalten. Zunächst wird wie zuvor in Verbindung mit Fig. 10 beschrieben das vorne aus der Elektrodenführung T hervorstehende Elektrodenende (Elektrodenüberstand) justiert Dann gibt die im Steuergerät 40 enthaltene Steuerschaltung einen Abtastbefehl aus, und der erste Zyklus der Abtast-Unterroutine wird entsprechend der Art des Basismetalls (A oder B) ausgelesen und durchgeführt Daraufhin wird der Verlauf der ersten Schweißlinie auf dem Werkstück abgetastet. Danach wird das Schweißkommando gegeben und die Schweißoperation so der abgetasteten Schweißlinie durchgeführt und abgeschlossen. Anschließend wird die Elektrodenführung T fortgeschwenkt. Anschließend wird entschieden, ob die Schweißoperation am Werkstück beendet ist oder nicht. Wenn ja, erfolgt eine weitere Datenverarbeitung, wird aber festgestellt, daß noch ungeschweißte Schweißlinien bestehen, wird entschieden, ob es notwendig ist, den Elektrodenüberstand auf den gleichen Betrag wie bei der vorhergehenden Abtastoperation zu bringen. Ein Befehl zur Bestimmung des Überstandes kann vor der Operation für die Ermittlung und Abspeicherung der Koordinaten oder automatisch nach Abschluß einer Reihe von Schweißlinien erfolgen.

Zunächst werden die Ordinatcnachscn zum Nachstellen der Elektrodenführung 7"bestimmt, d. h. ob längs der X- oder Y- oder Z-Achse zu verschieben ist. Falls die Nachstellung längs der X- (oder V-)Achse erfolgen soll, dann wird die vorausgehende Schweißposition, d. h.

X + ΔΧ (oder Y + AY) zugewiesen. FoIgH :h bewegt sich die Elektrodenführung T nur längs der ausgewählten Achse, während ihre Stellung zu den anderen Achsen in der vorherigen Position bleibt Liegt die ausgewählte Achse in der vertikalen bzw. Z-Richtung, dann wird in ähnScher Weise die vorhergehende Schweißposition (Z τ AZ) zugewiesen. Auf diese Weise wird die Schweißmaschine nur mit Befehlszeilen für die Verschiebung längs der Z-Achse positioosgesteuert, während die Positionen für die übrigen Achsen erhalten bleiben.

Danach entscheidet die Steuereinrichtung beispielsweise mittels eines 0- oder Taktsignals, ob die Elektrodenführung Γ bzw. die Schweißelektrode die vorhergehende Befehlsposition erreicht hat Wenn ja, gibt die Steuereinrichtung einen Befehl zum Zuführen von Elektrodenmaterial aus dem Elekfodenvorrat 201 von F i g. 2. Zu diesem Zeitpunkt ist die Verbrauchselektrode 209 an die Hochspannungsentladungsquelle 206 angeschlossen. Sobald der Stromsensor 207 einen Ausgang abgibt, erfolgt auf Befehl eine Beendigung der Nachführung von Elektrodenmaterial aus dem Vorrat 201. Somit wird L*ei der zweiten und den nachfolgenden Abtastoperationen der Schweißlinien gegenüber dem Werkstück die Oberflächenposition des Werkstücks als Referenzposition zur Bestimmung des Eiektrodenüberstandes vor Abtastoperationen benutzt Folglich braucht die Schweißelektrode bzw. ihre Führung T nicht jedesmal in die Nähe des zunächst benutzten Referenzpositionse-ementes beispielsweise der Werkstückhalterung 15, zurückgeführt zu werden; die Zykluszeit verkürzt sich.

Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 11 wurde in Verbindung mit einem Eckstoß gemäß Fig.4 beschrieben. Analog läßt sich aber auch eine V-Naht gemäß F i g. 5 verschweißen. Im letzteren Falle kann man jedoch die Länge des Elektrodenüberstandes nicht in horizontaler oder X-Achsenrichtung bestimmen. Man sollte deshalb beispielsweise die Position eines geeigneten Oberflächenpunkts des Werkstücks in der Nähe der V-Naht im voraus als Referenzposition festlegen.

F i g. !2 zeigt in Perspektivdarstellung ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Schweißbrenners bzw. einer Elektrodenführung T. Diese Ausführung hat zusätzlich zu der Elektrodenführung Γ gemäß Fig. IO einen Referenzabschnitt 116. Hierzu gehört eine mit Hilfe von Ringen lila und 11 ί b auf dem Zylinder 109c abgestützte Führungshülse 111 mit einer ausfahrbaren Stange 113, die durch eine in einer Nut am vorderen Ende der Hülse 111 geführte Leiste 114 gegen Verdrehung gesichert ist Eine innerhalb der Führungshülse 111 angeordnete Schraubenfeder 112 spannt die Stange

113 normalerweise in Einzugsrichtung vor, d. h. in Fig. 12 nach rechts. Die normalerweise expandierte Schraubenfeder 112 wird beim Einführen eines Hochdruckmediums durch eine Leitung 115 beispielsweise zusammengedrückt und dabei die Stange 113 ausgefahren. Wie aus Fig. 12 ferner entnehmbar ist, ist die Leiste

114 der Stange f 13 an einer bestimmten Stelle kurvenförmig um 90" versetzt, es wird ein Wendelabschnitt gebildet. Ferner ist das Frontende der Stange 113 rechtwinklig abgebogen und bildet den Refercnzabschniti 116

Die Elektrodenführung 7"gcmäß Fig. 12 wird an der Schweißmaschine gemäß F i g. 1 derart angebracht, daß der aus der Elektrodenführung T vorstehende Teil der Elektrode 209 auf konstante Länge gebracht werden kann. Angenommen der Referenzabschnitt 116 befindet

sich bei eingefahrener Stange 113 in der in Fig. 12 mit durchgehenden Linien dargestellten Referenzposition. Vor der Abtastoperation muß die Feder 112 durch Einführen von Hocfadruckmedium zusammengedrückt werden, dabei fährt die Stange 113 aus und schwenkt durch den versetzten Abschnitt der Leiste 114 schließlich um 90° herum, so daß die Spitze der Elektrode 209 in Kontakt mit dem davor liegenden Referenzabschnitt 116 gebracht werden kann. Dieser befindet sich, wenn die Führungshülse 111 mit dem Hochdruckmedium be- ίο aufschlagt ist, immer in der in Fig. 12 mit strichpunktierten Linien gezeichneten Endposition in einem Abstand von dem Vorderende der Eiektrodenfflhrung T. Dies ist die eigentliche Referenzposition.

Anschließend wird durch entsprechende Steuerbefehle im Steuergerät 40 von dem Elektrodenvorrat 201 an der Schweißstromquelle 20 Elektrodenmaterial nachgeführt und der Schalter 204 auf die Hochspannungsquelle 206 zwecks Abtastung umgeschaltet. Sobald die Spitze der nachgeschobenen Verbrauchselek- trade 209 in die Nähe von Referenzabschnitt 116 gelängt. Springt cfii rüniCc ZWiSCiicü iticKiröuc ünu i\cic- renzabschnitt über, und der Stromsensor 207 veranlaßt eine Abschaltung der Vorratseinrichtung 201. Auf diese Weise kann man die Länge des überstehenden Endes der Elektrode 209 immer konstant halten. Danach wird die Spannhülse 109a wieder in zuvor beschriebener Weise festgeklemmt und die Elektrode 209 festgespannt

Bei den zuvor beschnebenen Ausführungen wird das Hochdruckmedium für die Leitungen 109rf und 115 entweder manuell oder automatisch aufgrund eines Programmsignals über ein nicht dargestelltes Ventil gesteuert

Die in Fig. 13 und 14 dargestellte automatische Schweißmaschine besitzt am oberen Ende von Rahmen 14 eine Elektrodenschneideinrichtung iiO mit einer Schleifscheibe 110a und einem zugehörigen Motor 1 ί 06, der auch vom Steuergerät 40 gesteuert wird.

Bei dem nachstehend beschnebenen Ausführungsbeispiel erfolgt die Konstanthaltung des überstehenden Endes der Elektrode 209 in der Elektrodenführung 7*mit Hilfe der Elektrodenschneideinrichtung 110 vor der Abtastoperation. Zunächst überprüft das Steuergerät 40 die Position der Werkstückhalterung IS, an der ja auch die Schneideinrichtung 110 befestigt ist, in bezug auf eine vorbestimmte Distanz vom dritten Rahmen 16 bezüglich der X- und der V-Richtung. Danach wird der Arm 17 in der Z-Richtung gesteuert und dann mittels der Elcktrodenvorratseinrichtung 201 ein Stück Elektrodenmaterial in Richtung auf die Elektrodenführung T nachgeschoben. Schließlich kommt das aus der Elekirodcnführung T heraustretende vordere Ende der Elektrode 209 in Berührung mit der Schleifscheibe UOd. Dann wird die Verbrauchselektrode 209 in beschriebe- ss ner Weise durch die Spannhülse 109a festgespannt. Anschließend wird die Elektrodtnfiihrung 7"an die Schleifschcibenkante positioniert und der Motor 1106 eingeschaltet, die Schleifscheibe rotiert. Dabei wird das vorne aus der BlcktrodenfUhrung Γ hervorstehende Elektrodcncndc auf eine vorbestimmte Länge abgeschliffen. Diese Länge wird immer konstant sein. Selbstverständlich könnte anstelle einer rotierenden Schleifscheibe auch eine Schere oder dergleichen verwendet werden.

Im allgemeinen werden die Optimalwerte der Schweißspannung zwischen Elektrode und Werkstück und der Schweißstrom experimentell nach Werkstückdichte, der Schweißfugenschräge, der Dicke der Elek trode und dergleichen bestimmt und beim Lehren-Vorgang eingegeben. Da der automatische Schweißvorgang auf der bei der Betriebsart Abtasten gewonnenen Information basiert, kann man Strom und Spannung beim automatischen Schweißen nur konstant oder auf dem Optimalwert halten, wenn das vorstehende Elektrodenstück beim Abtasten konstant ist Ist das vorne herausstehende Elektrodenstück beispielsweise kürzer, dann hat die Elektrode einen geringen Schweißwiderstand, der Strom wird größer und die Spannung kleinen Es entstehen also Abweichungen von den optimalen Spannuags- und Strombedingungen, man erzielt nicht die optimale Schweißqualität

Deshalb:" vorgesehen, die Elektrode 209 immer mit konstanter Länge aus der Elektrodenführung Γ vorstehen zu lassen und dann festzuklemmen, wenn man mit dem automatischen Schweißen beginnt

Bei Durchführung des automatischen Schwfi-ietriebs gemäß Fi g. 15 wird immer so gesteuert, dal5 ein Schweißbogen zwischen der Elektrode 209 in der Elektrodenführung T und dem nicht dargestellten Werkstück Vürhälidcü iSi. Fiicut kein SiföTfi, dann Wird ein abnormaler Schweißvorgang festgestellt und beispielsweise mittels einer Warneinrichtung ein Warnsignal gegeben. Fließt ein Schweißstrom, dann wird die Schweißspannung geprüft und die entsprechenden Daten in das Steuergerät 40 eingegeben. Dieses entscheidet, ob die Schweißspannung einem vorgegebenen Wert entspricht Liegt die Schweißspannung in einem vorbestimmten Bereich, dann wird der Schweißstrom gemessen und der Meßwert in die Steuereinrichtung eingegeben. Liegt auch der Schweißstrom in einem vorbestimmten Bereich, dann wird die automatische Schweißung bis zur Beendigung und dem Übergang auf den nächst folgenden Schritt fortgesetzt.

Liegt die Schweißspannung außerhalb des vorbestimmten Bereiches, dann entscheidet die Steuereinrichtung, ob sie größer oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist. In ähnlicher Weise wird bei außerhalb des vorbestimmten Bereiches liegenden Schweißstrom vom Steuergerät entschieden, ob der Strom größer oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist Sind Schweißspannung und Schweißstrom größer als vorgesehen, dann wird die Elektrodenspitze gesteuert vom Werkstück fortbewegt

Ist die Schweißspannung zu hoch und der Schweißstrom zu klein, dann läßt dies erkennen, daß die Elektrodenspitze zu weit vom Werkstück entfernt ist. Folglich steuert das Steuergerät die Elektrodenführung so nach, daß die Elektrodenspitze kontrolliert an das Werkstück heranbewegt wird.

Wenn die kontrollierte Bewegung der Schweißelektrode beendet ist, wird wieder die Schweißspannung oder der Schweißstrom gemessen und überprüft, ob die Meßwerte im vorbestimmten Wertebereich liegen. Somit wird bei der automatischen Schweißung der Abstand zwischen Elektrodenspitze und Schweißnaht immer so korrigiert, daß sich die gewünschte Schweißspannung und der gewünschte Schweißstrom einstellen.

Nachstehend wird in Verbindung mit Fig. 16 ein anderes Beispiel zur Bestimmung des Böschungswinkels einer V-Naht beschrieben. Hierzu dient die Unterroutine von F i g. 17A und 17B. Zu diesem Zwecke wird vorher die Oberfläche WS des Werkstücks W ungefähr rechtwinklig zur Z-Achse gelegt. Dann wird die Schweißelektrode 209 bzw. Elektrodenführung Tdurch einen Positionsbefehl nach oben zum Punkt Pi gesteuert. Dieser Punkt liegt etwas neben dem Ende der

Schweißlinie WL, die entsprechenden Daten sind abgespeichert

Zu Beginn dieser Unterroutine wird durch Umschalten von Schalter 204 die Hochspannungsquelle 206 an die Elektrode 209 gelegt die Z-Achsen-Position Zl in der Steuereinrichtung des Steuergerätes 40 wird auf — 00 gestellt Ferner wird eine Information darüber gespeichert daß die Böschung noch nicht aufgefunden ist Dann wird die Schweißelektrode 209 in Richtung der Z-Achse gesenkt und das Werkstück W in Z-Richtung angehoben. Dabei nähen sich die Spitze der Schweißelektrode 209 in der Elektrodenführung Γ dem Werkstück bis der Sensor 207 ein Signal abgibt und die Abspeicherung des zugehörigen Koordinatenwenes Z 2 veranlaßt Dann wird die Schweißelektrode 209 in Z-Richtung zurückgezogen.

Danach wird überprüft ob sich die Schweißelektrode 209 innerhalb der Schweißfuge befindet oder nicht Wenn nicht wird die eben beschriebene Prozedur wiederholt sobald die Schweißelektrode 209 um AL in Abtastrichtung, oder in der X-Richtung im Sinne -X bewegt wurde und der Wert von Zl ais Zi gesetzt ist Diese Operation wiederholt sich für jeden der Punkte P 2, PZ,... Sobald sich die Schweißelektrode 209 innerhalb der Schweißfuge befindet erfolgt ein Sprungbefehl ( ) zum Programmteil »ZI — Z < ZcIv- Zc ist eine vorher in die Datenverarbeitjingseinheit oder die Steuereinrichtung eingegebene Konstante.

Sobald die Schweißelektrode den Punkt P6 erreicht mit anderen Worten in die Schweißfuge eintaucht wird die Bedingung »Z1 — Z 2 < Ze« nicht erfüllt Wenn die Steuereinrichtung mit der Information geladen ist daß die Schweißfuge erreicht ist wird entschieden, ob die Böschungswinkel λ und β in der Datenverarbeitungseinheit gespeichert wurden. We- ηα ja, wandert die Schweißelektrode 209 in der vorbestimmten Richtung, also in Richtung -X. Bei Erreichen der Position P 7 gibt der Stromsensor 207 ein Positionssignal, und die Positionsinformation Z3 wird eingegeben. Aufgrund der so gewonnenen Informationen (X2, Z2), (XZ, ZZ), cc, ß, Schnittpunkt PW (Xf, Zf) wird die Neigung gemessen und in der Datenverarbeitungseinheit gespeichert Dann wird die Schweißelektrode 209 etwas gehoben und entschieden, ob Information über zwei verschiedene Schnittpunkte PW zwischen den Linien, die die Abtastpunkte auf einer Fugenwand verbinden und der in der Nahtwurzel befindlichen Linien WL(sog. Schweißlinie) gespeichert sind. Wenn ja, wird durch Befehl die Schweißelektrode 209 gemäß einer linearen Interpolation zwischen beide Punkte PWbewegt. Sind keine zwei Punkte PW verfügbar, dann wandert die Schweißelektrode in Richtung der Schweißlinie WL, also in V-Richtung, um das andere Ende der V-Naht zu erreichen, und dann erfolgt Rückkehr im Programm zum Start mittels Sprungbefehl .

Ergab sich bei der vorherigen Abfrage, daß die Winkel λ und β nicht eingegeben sind, dann wird weiter entschieden, ob ein Befehl zum Errechnen des Punkts PW enthalten ist oder nicht. Soll Punkt PW errechnet werden, dann werden beispielsweise die Punkte P6, P8, P12, P13 in Fig. 15 und charakteristischen Punkte der Böschung so häufig wie notwendig abgetastet und die Positionsinformationen ZfS, Z8, Z12 und Z13 eingelesen. Es erfolgt Errechnung des Punktes PW aufgrund dieser Positionsinformationen. Dann kehrt der Prozeß zurück zum vorhergehenden Schritt »Anheben in Z-Richtung«.

Wird Punkt PW nicht errechnet, dann wird entschieden, ob »ZI — Z2 < 0« erfüllt ist oder nicht Wenn nicht kehrt das Programm zurück zum vorhergehenden Schritt »Setzen auf Zi = Z 2«. Wenn ja, dann kehrt die Schweißelektrode in der Abtastrichtung um den Wert {AL + I) zurück, worin / = ALJZ ist und zwar wenn es so aussieht als ob die Schweißelektrode bereits die Schweißlinie WL gekreuzt hat und sich beispielsweise von Punkt PU nach Punkt P14 bewegt Dieser Rückkehrwert sollte nicht durch Begrenzung eingeengt werden, weil jeder kleine Wert nahe bei Punkt FW brauchbar ist abhängig von den Winkeln « und ß. Danach wird die Schweißelektrode in Z-Richtung gesenkt und sobald das Abtastsignal vom Sensor 207 erscheint wird die erreichte Position ais wahre Position /^angenommen und abgespeichert woraufhin der Prozeß zum vorhergehenden Schritt »Anheben in Z-Richtung« zurückkehrt Bei dieser Methode liegt die Abtastgenauigkeit innerhalb ± 1 mm, vorausgesetzt daß die Winkel ec und /45°, AL 2 mm und /1 mm ist

Bei der vorausgehenden Beschreibung erfolgt die Umschaltung zwischen der Schweißstromquelle 205 und der Abtast-Hochspannungsquelle 206 durch den mechanischen Schalter 204. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 18 und 19 erfolgt die Verbindung der Schweißstromquelle 205 mit der Stromzuführung 203 der Elektrode 209 über einen Gleichrichter 205a, beispielsweise einer Diode. Die Abtast-Hochspannungsquelle 206 liegt an der Ausgangsseite der Diode 205a. Die Abtast-Hochspannungsquelle 206 kann ein Oszillator zur Erzeugung einer Hochfrequenzspannung sein, die bei der Betriebsart Abtasten aktiviert wird. Demgemäß ist es bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 18 möglich, die Spannung von der Schweißstromquelle 205 und die Hochfrequenzspannung von der Abtast- Hoch-Spannungsquelle 206 zu überlagern und die resultierende zusammengesetzte Spannung in der Betriebsart Abtasten der Elektrode 209 zuzuführen. Während der Betriebsart Schweißen wird die Abtast-Spannungsquelle 206 abgestellt

Bei der Ausführung von Fig. 19 i.egt die Schweißspannungsquelle 205 über einen Strombegrenzungswiderstand 206a an der Stromzuführung 203. Der Strombegrenzungswiderstand 206a ist durch einen Schaller 204a überbrückt Bei der Betriebsart Schweißen ist der Schalter 204a geschlossen, so daß der Strombegrenzungswiderstand 206a überbrückt wird. Folglich erhält die Elektrode 209 direkt den Ausgang der Schweißspannungsquelle 205 aufgeschaltet. In der Betriebsart Abtasten ist der Schalter 204a offen, der Strombegrenzungswiderstand 206a wird wirksam. Folglich gelangt in der Betriebsart Abtasten die Spannung der Schweißspannungsquelle 205 über den Widerstand 206a zur Elektrode 209. Auf diese Weise wird der Strom in der Betriebsart Abtasten auf einen extrem kleinen Wert begrenzt, verglichen mit der Betriebsart Schweißen.

Hierzu 13 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der Position einer Schweißnaht,

— bevor diese mit Hilfe eines automatisch arbeitenden Schweißgerätes gefüllt wird, dessen Elektrode an einer die Schweißspannung erzeugenden Spannungsversorgungseinheit angeschlossen ist und durch eine programmierbare Steuereinrichtung geführt wird — mittels einer Abtasteinrichtung, deren Sondenteil ein konstantes Stück über die Elektrodenhalterung hinausragt, ,-5

dadurch gekennzeichnet, daß

— das Verfahren berührungslos arbeitet,

— als Sondenteil die Schweißelektrode (209) dient, deren Überstand von Zeit zu Zeit ermittelt wird,

— durch die Spannungsversorgungseinrichtung (20) zusätzlich eine von der Schweißspannung verschiedene Abtastspannung erzeugt wird,

— die Schweißspannung sowie die Abtastspannung während des Sc/iweißvorgangs mittels Umschalteinrichtung wechselweise an die Schweißelektrode (209) angelegt werden, und

— ein aus der Abtastspannung abgeleitetes Signal der Steuereinrichtung (40) zur Positionierung von Schweißelektrode (209) und Werkstück bzw. Werkstückhalterung (15) zueinander für den jeweils folgenden Schweißschritt zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (40) Positionsinformationen in Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines im Abtastspannungskreis liegenden Stromsensors (207) ermittelt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (40) vorpiogrammierte Positionsbefehle unter Berücksichtigung der jeweiligen Relativpositionen zwischen Schweißelektrode (209) und Werkstückhalterung (15) korrigiert.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (40) aus den Relativpositionen die Positionsdaten der Schweißlinie <o (WL) ermittelt

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 2—4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (40) die Annäherung der Schweißelektrode (209) an das Werkstück in einer Anzahl von Punkten veranlaßt, welche auf einer Linie liegen, die die Schweißlinie (WL) schneidet, und daß sie die Relativpositionen zwischen Schweißelektrode und Werkstück in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Stromsensors derart (207) ermittelt, daß der Schnittpunkt mit der Schweißlinie auf Positionsinformationen basiert, die von mehreren Punkten gewonnen wurden.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer V-Naht folgende Schritte durchgeführt werden:

—(a) Abtasten eines ersten Abtastpunktes auf der Oberfläche des Werkstücks in der Nähe der Nahtfuge zur Erstellung erster Daten,

—(b) Abtasten eines zweiten Punktes auf der Oberfläche des Werkstücks, der näher an der Fuge liegt, und Erstellung zweiter Daten,

—(c) Auswerten einer Differenz zwischen den ersten und zweiten Daten,

—(d) Vergleichen der Differenz mit einem vorbestimmten Wert zur Erkennung einer Abweichung und Bestimmung, ob diese kleiner als ein vorbestimmter Wert ist,

—(e) Wiederholung von Schritt (b) bei Ersatz der ersten Daten durch die zweiten, wenn die Abweichung kleiner als ein vorbestimmter Wert war,

-(O Abtasten eines dritten Punktes, der sich auf der dem zweiten Punkt gegenüberliegenden Oberfläche der Fugenflanke befindet, zur Erstellung dritter Daten, wenn die Abweichung größer ist als der vorbestimmte Wert, und

—(g) Ermittung der Schnittlinie der beiden Fugenflanken auf der Basis der zweiten und dritten Daten, wenn der Böschungswinkel vorher festgelegt gewesen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß φ? Daten von zwei Punkten für jede Fugenflanke einschließlich eines zweiten Punktes auf der Werkstückoberfläche für die Ermittlung der Schnittlinie der Fugenflanken auf der Basis dieser Daten bestimuvt werden, wenn der Böschungswinke! nicht gegeben ist

8. Automatische Schweißmaschine zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 1 —7, mit

— einer eine Schweißelektrode (209) haltenden Elektrodenführung (T),

— einer Spannungsversorgungseinrichtung (20) zum Anlegen einer Schweißspannung an die Schweißelektrode.

— einer Werkstückhalterung (13) zum Halten eines eine Schweißlinie (WL) aufweisenden Werkstücks,

— mit Meßmitteln zur Bestimmung der Position der Schweißlinie (WL),

— und mit einer Steuereinrichtung (40) zur Speicherung der Positionen sowie zur prozeßgesteueiten Positionierung von Schweißelektrode (209) und Werkstück zueinander, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungseinrichtung (20) neben dem Schweißspannungsgenerator (205) einen Abtastspannungsgenerator (206) aufweist, daß eine Umschalteinrichtung in Form eines Schalters (204) vorhanden ist, und daß ein vorbestimmter Punkt an der Schweißmaschine (10) eine Referenzposition ist, an der in Abtast-Betricbsart die überstehende Länge der herangeführten Schweißelektrode (209) in der Elektrodenführung (T) bestimmbar ist.

9. Schweißmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit höherer Frequenz schwingender Spannungsgenerator (206) vorhanden ist. dessen Abtastspannung durch die Umschulteinrichtung (204) der Ausgangsspannung des Schweißspannungsgenerators (205) überlagert der Schweißelektrode (209) zuführbar ist.

10. Schweißmaschine nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Spannungsgenerator (206) ein Strombegrenzer (206;?; gehört, der zwischen dem Schweißspannungsgenerator (205) und der Schweißelektrode (209) angeordnet und nur in der Abtastbetriebsart durch die Schaltereinrichtung (204a; wirksam ist (F i g. 19).

11. Schweißmaschine nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eiektrodenführung (T) zusätzlich eine Zuführeinrichtung (201) zum s&quentiellen Zuführen der Elektrode (209) vom Typ »abschmelzend« in die Elektrodenführung (T) umfaßt

12; Schweißmaschine nach Anspruch 11. dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenführung (T) eine Klemmeinrichtung zum Festspannen der Elektrode (209) vom Typ »abschmelzend« aufweist

13. Schweißmaschine nach Anspruch IZ dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung eine Spannhülse (109a) mit Betätigungseinrichtung (1096, c d) aufweist

14. Schweißmaschine nach Anspmch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung durch einen Arbeitszylinder (109c·; einen daun in einer Richtung bewegbar geführten Kolben (1096; und Mittel (109c/; zum Bewegen des Kolbens in einer Richtung gebildet ist

15. Schweißmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Kolben-Bewegungseinrichtung eine Einrichtung (109c/; zum Zuführen eines Hochdruckgases in den Zylinder gehört, um den Kolben in der einen Richtung zu bewegen.

16. Schweißmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Zuführeinrichtung (201) eine die Elektrode (209) vom Typ »abschmelzend« formende Formeinrichtung(202) gehört.

17. Schweißmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Formeinrichtung (202) ein schleifenförmig gelegtes flexibles Rohr gehört.

18. Schweißmaschine nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Formeinrichtung (202) kichtrollen gehören.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 — 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ermittlung einer Abweichung der überstehenden Länge der Elektrode (209) vom Typ »abschmelzend« in der Elektrodenführung (T) gegenüber einem Standardwert folgende Schritte durchgeführt werden: