(12) NACH DEM VERTRAG VBER DIE INTERNATIONALE ZUSAMMENARBEIT AUF DEM GEBIET DES
`PATENTWESENS (PCT) VEROFFENTLICHTE INTERNATIONALE ANMELDUNG
`
`(19) Weltorganisation fur geistiges Eigentum
`Internationales Buro
`
`•
`
`(43) Internationales Veroffentlichungsdatum
`25. Januar 2007 (25.01.2007)
`
`peT
`
`(51) Internationale Patentklassifikation:
`B23K 91127 (2006.01)
`
`1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
`
`(10) Internationale Veroffentlichungsnummer
`WO 2007/009131 Al
`Rutzenmoos (AT). LEKO, Tomas [HRlAT]; Maria-There(cid:173)
`sia-StraBe 34a 3/-, A-4600 Wels (AT).
`
`(21) Internationales Aktenzeichen:
`
`PCT/AT2006/000204
`
`(22) Internationales Anmeldedatum:
`17. Mai 2006 (17.05.2006)
`
`(25) Einreichungssprache:
`
`(26) Veroffentlichungssprache:
`
`Deutsch
`
`Deutsch
`
`(30) Angaben zur Prioritiit:
`A 1197/2005
`
`15. Juli 2005 (15.07.2005) AT
`
`(71) Anmelder (fur alle Bestimmungsstaaten mit Ausnahme von
`US): FRONIUS INTERNATIONAL GMBH [AT/AT];
`Nr. 319, A-4643 Pettenbach (AT).
`
`(72) Erfinder; und
`(75) Erfinder/Anmelder (nur fur US): STOGER, Markus
`[AT/AT]; Lindacherstrasse 19b, A-4655 Vorchdorf (AT).
`WITTMANN, Manfred [AT/AT]; Nr.
`109, A-4845
`
`(74) Anwalt: SONN & PARTNER; Riemergasse 14, A-lOlO
`Wien (AT).
`
`(81) Bestimmungsstaaten (soweit nicht anders angegeben, fur
`jede veifugbare nationale Schutzrechtsart): AE, AG, AL,
`AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH,
`CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES,
`FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ill, IL, IN, IS, JP, KE,
`KG, KM, KN, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV,
`LY, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NG, NI,
`NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG,
`SK, SL, SM, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US,
`UZ, VC, VN, YD, ZA, ZM, zw.
`(84) Bestimmungsstaaten (soweit nicht anders angegeben, fur
`jede veifugbare regionale Schutzrechtsart): ARIPO (BW,
`GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG,
`ZM, ZW), eurasisches (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU,
`TJ, TM), europilisches (AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK,
`
`[Fortsetzung auf der niichsten SeiteJ
`------------------------------------------------------------------------------------------
`(54) Title: WELDING METHOD AND WELDING SYSTEM WITH DETERMINATION OF THE POSITION OF THE WELD(cid:173)
`INGTORCH
`
`(54) Bezeichnung: SCHWEISSVERFAHREN UND SCHWEISSSYSTEM MIT BESTIMMUNG DER POSITION DES
`SCHWEISSBRENNERS
`
`62
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`28
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`34
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`33
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`29
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`31
`
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`iiiiiiiiiiii ----
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`18
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`10
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`27
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`Q -..
`t--- (57) Abstract: The invention relates to a welding method and a welding system that use a welding torch 10, the position of which
`g is determined.In order to develop such a welding method and system, with which it is possible to reliably determine the position of
`M
`O by at least one sensor (36) which is integrated in or is associated with the welding torch (10), the received data readings being sent
`~
`
`the welding torch (10) in three dimensions, it is provided that a signal (34) is emitted by a transmitter (33), said signal being received
`
`to an evaluation unit (40), which determines values relating to the position of the welding torch (10) in three dimensions.
`
`[F ortsetzung auf der niichsten SeiteJ
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`11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
`
`EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, LV, MC,
`NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR), OAPI (BF, BJ, CF, CG,
`CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG).
`Veroffentlicht:
`mit intemationalem Recherchenbericht
`
`Zur Erkliirung der Zweibuchstaben-Codes und der anderen Ab(cid:173)
`kurzungen wird auf die Erkliirungen ("Guidance Notes on Co(cid:173)
`des andAbbreviations") am AnfangJeder reguliirenAusgabe der
`PCT-Gazette verwiesen.
`
`(57) Zusammenfassung: Die Erfindung betrifft ein SchweiBverfahren und ein SchweiBsystem unter Verwendung eines SchweiB(cid:173)
`brenners 10, des sen Position bestimmt wird. Zur Schaffung eines derartigen SchweiBverfahrens und -Systems, mit dem eine zu(cid:173)
`verIassige Erfassung der Position des SchweiBbrenners (10) im dreidimensionalen Raum erm5glicht wird, ist vorgesehen, dass von
`einem Sender (33) ein Signal (34) ausgestrahlt wird, welches von zumindest einem im SchweiBbrenner (10) integrierten oder diesem
`zugeordneten Sensor (36) empfangen wird, und dass die empfangenen Messdaten an eine Auswerteeinheit (40) iibertragen werden
`und von der Auswerteeinheit (40) Werte fiir die Position des SchweiBbrenners (10) im dreidimensionalen Raum ermittelt werden.
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`SchweiBverfahren und SchweiBsystem mit Bestimmung der Position
`des SchweiBbrenners
`
`Die Erfindung betrifft ein SchweiBverfahren unter Verwendung
`eines SchweiBbrenners, dessen Position bestimmt wird.
`
`Ebenso betrifft die Erfindung ein SchweiBsystem mit einem
`SchweiBgerat und einem uber ein Schlauchpaket anschlieBbaren
`SchweiBbrenner, wobei eine Vorrichtung zur Bestimmung der Posi(cid:173)
`tion des SchweiBbrenners vorgesehen ist.
`
`Bekannte Positionserfassungssysteme fur SchweiBbrenner beruhen
`auf optischen oder magnetischen Systemen, wobei eine Fuge bzw.
`eine SchweiBnaht erkannt oder der Verlauf der SchweiBung entlang
`der Fuge uberwacht werden kann. Hierbei sind die Sende- und Emp(cid:173)
`fangseinheiten des Positionserfassungssystems extern am SchweiB(cid:173)
`brenner, beispielsweise an der Gasduse, angebracht oder bilden
`ein eigenstandiges Gerat bzw. Komponente aus. Somit kann bei(cid:173)
`spielsweise eine Kehlnaht oder eine Stumpfnaht erkannt werden,
`wobei wahrend des SchweiBprozesses das Positionserfassungssystem
`zum Erreichen einer SchweiBnaht entlang der Fuge herangezogen
`wird. Derartige Positionserfassungssysteme sind beispielsweise
`aus den Patentschriften JP 63 286276 AA und JP 58 038672 AA be(cid:173)
`kannt.
`
`Nachteilig ist hierbei, dass bei derartigen Systemen die Bestim(cid:173)
`mung einer Raumposition, also der Position des HandschweiB(cid:173)
`brenners im dreidimensionalen Raum, nicht moglich ist, sondern
`lediglich die Nachverfolgung einer Fuge durchgeftihrt werden
`kann.
`
`Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein SchweiBverfahren und
`-system fur einen SchweiBbrenner, insbesondere einen Hand(cid:173)
`schweiBbrenner zu schaffen, mit dem eine Erfassung der Position
`des SchweiBbrenners im dreidimensionalen Raum ermoglicht wird.
`
`Die Aufgabe der Erfindung wird in verfahrensmaBiger Hinsicht da(cid:173)
`durch gelost, dass von einem Sender ein Signal ausgestrahlt
`wird, welches von zumindest einem im SchweiBbrenner integrierten
`oder diesem zugeordneten Sensor empfangen wird, und dass die
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`empfangenen Messdaten an eine Auswerteeinheit ubertragen werden,
`und von der Auswerteeinheit Werte fur die Position des SchweiB(cid:173)
`brenners im dreidimensionalen Raum ermittelt werden. Vorteilhaft
`ist hierbei, dass die bei der Positionserfassung ermittelten
`Werte der 3D-Positionen des SchweiBbrenners und die sich daraus
`ergebende SchweiBnaht fur folgende, gleichartige Anwendungen
`bzw. Werkstucke herangezogen werden konnen. Dadurch wird in
`einfacher Weise eine Qualitatsuberwachung, eine Nachvollziehbar(cid:173)
`keit der SchweiBnaht, sowie eine SchweiBparameterzuordnung bei
`einem SchweiBbrennersystem, insbesondere HandschweiBbrennersys(cid:173)
`tem, ermoglicht.
`
`Vorteilhafterweise werden die empfangenen Messdaten und bzw.
`oder die ermittelten Werte der 3D-Position des SchweiBbrenners
`gespeichert.
`
`Die Werte fur die 3D-Position des SchweiBbrenners werden
`vorzugsweise zu beliebigen festlegbaren Zeitpunkten, insbesonde(cid:173)
`re zu Beginn und am Ende eines mit dem SchweiBbrenner ausge(cid:173)
`fuhrten SchweiBprozesses, ermittelt.
`
`Durch die MaBnahme, dass zusatzlich zu den Werten der 3D-Posi(cid:173)
`tionen die dazugehorigen SchweiBparameter fur den mit dem
`SchweiBbrenner ausgefuhrten SchweiBprozess gespeichert werden,
`wird erreicht, dass beim VerschweiEen gleichartiger Werkstucke,
`an dem unterschiedliche SchweiBnahte mit bevorzugt unterschied(cid:173)
`lichen SchweiBparametern durchgefuhrt werden mussen, die
`SchweiBparameter automatisch beim SchweiEen je nach Position
`eingestellt bzw. verandert werden, wodurch eine Serienproduktion
`beschleunigt wird und Fehleinstellungen vom SchweiBer ausge(cid:173)
`schlossen werden konnen.
`
`Von Vorteil ist, wenn zusatzlich zu den Werten der 3D-Positionen
`die dazugehorigen Zeiten eines mit dem SchweiBbrenner ausge(cid:173)
`fuhrten SchweiBprozesses gespeichert werden. Dadurch wird eine
`Qualitatsuberwachung erzielt und beispielsweise die SchweiBge(cid:173)
`schwindigkeit bestimmt und der Zeitpunkt der SchweiBung doku(cid:173)
`mentiert.
`
`In vorteilhafter Weise wird durch die MaBnahme, dass die er-
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`mittelten Werte fur die 3D-Position allenfalls mit den dazugeho(cid:173)
`rigen SchweiBparametern und Zeiten, fur nachfolgende, gleich(cid:173)
`artige SchweiBprozesse als Referenzwerte herangezogen werden,
`erreicht, dass unabhangig vom SchweiBer ein annahernd gleiches
`SchweiBergebnis fur gleichartige SchweiBnahte verschiedener,
`gleichartiger Werkstucke erreicht wird.
`
`Von Vorteil ist auch, wenn die ermittelten Werte fur die 3D-Po(cid:173)
`sitionen und Zeiten mit hinterlegten Referenzwerten verglichen
`und gegebenenfalls die SchweiBparameter korrigiert und die
`vorgenommenen Anderungen gespeichert werden. Auch dadurch wird
`eine gleichbleibende Qualitat der SchweiBnaht gewahrleistet.
`
`Durch die MaBnahme, dass fur die SchweiBqualitat relevante Da(cid:173)
`ten, insbesondere SchweiBgeschwindigkeit, Reihenfolge der
`SchweiBnahte und Anstellwinkel des SchweiBbrenners wahrend des
`SchweiBprozesses erfasst und bevorzugt in der Steuervorrichtung
`gespeichert werden, wird eine automatische Dokumentation und
`Qualitatskontrolle erzielt. Somit ist auch eine Ruckverfolgung
`zu einem spateren Zeitpunkt einfach moglich.
`
`GemaB einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die gespei(cid:173)
`cherten Werte fur die 3D-Positionen des SchweiBbrenners zu(cid:173)
`mindest eines durchgefuhrten SchweiBprozesses, allenfalls
`Referenzwerte und gespeicherte Anderungen zur Analyse, bevorzugt
`fur Lernzwecke, vom SchweiBgerat, insbesondere uber ein externes
`Gerat, ausgelesen. Dadurch wird eine schnellere und effizientere
`Einschulung neuen Personals ermoglicht.
`
`Von Vorteil ist auch, wenn die SchweiBparameter eines SchweiB(cid:173)
`prozesses anhand der ermittelten Werte fur die 3D-Position
`automatisch eingestellt werden. Somit konnen mehrere SchweiBnah(cid:173)
`te mit unterschiedlichen SchweiBverfahren, insbesondere stan(cid:173)
`dard- und PulsschweiBverfahren, innerhalb eines SchweiBprozesses
`durchgefuhrt werden, wobei die notwendigen Einstellungen bzw.
`Umschaltungen am SchweiBgerat anhand einer bestimmten Position
`des SchweiBbrenners wahrend des SchweiBprozesses automatisch er(cid:173)
`folgen.
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`Die ermittelten Werte fur die 3D-Position'des SchweiBbrenners
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`werden vorzugsweise mit Referenzwerten verglichen, und die Be(cid:173)
`diener des SchweiBbrenners akustisch oder optisch angezeigt. So(cid:173)
`mit konnen dem Bediener des SchweiBgerates mit Hilfe von
`Warnsignalen oder grafischen Darstellungen die korrekte Haltung
`des SchweiBbrenners fur den entsprechenden SchweiBprozess bzw.
`wahrend eines bestimmten SchweiBprozesses vorgegeben und ange(cid:173)
`zeigt werden. Durch dieses Feedback kann der SchweiBer sofort
`auf SchweiBfehler, beispielsweise eine Verschlechterung der
`Nahtoptik, reagieren und diese vermeiden bzw. reduzieren.
`
`Aus den ermittelten Werten fur die 3D-Position in Abhangigkeit
`der Zeit kann die SchweiBgeschwindigkeit festgestellt und mit
`vorgegebenen Werten fur die SchweiBgeschwindigkeit verglichen
`werden und dem Bediener des SchweiBbrenners akustisch oder
`optisch angezeigt werden. Dadurch wird erreicht, dass der
`SchweiBer durch das Feedback sofort auf SchweiBfehler, bei(cid:173)
`spielsweise einen zu geringen Einbrand durch eine uberhohte
`SchweiBgeschwindigkeit, reagieren kann. Weiters wird in vorteil(cid:173)
`hafter Weise erreicht, dass ohne externe Hilfsmittel in einfa(cid:173)
`cher Form die SchweiBgeschwindigkeit festgestellt werden kann
`und somit die Bewegungsfreiheit des SchweiBbrenners nicht einge(cid:173)
`schrankt wird.
`
`Wenn das Starten eines SchweiBprozesses nur an vorgegebenen 3D(cid:173)
`Positionen ermoglicht wird, konnen SchweiBnahte an falschen
`Stellen vermieden werden. Weiters kann damit erreicht werden,
`dass eine vordefinierte Reihenfolge fur die SchweiBnahte festge(cid:173)
`legt werden kann, die vom SchweiBer anschlieBend fur jedes Werk(cid:173)
`stuck durchgefuhrt werden muss. Somit wird auch sichergestellt,
`dass jedes Werkstuck mit der entsprechenden Anzahl von SchweiB(cid:173)
`nahten an der jeweiligen Position gefertigt wird.
`
`Durch die MaBnahme, dass der Referenzwert fur eine 3D-Position
`des SchweiBbrenners der Startposition einer SchweiBnaht an die
`bevorzugte SchweiBrichtung des Bedieners des SchweiBgerates
`angepasst wird, wird erreicht, dass der SchweiBer den SchweiB(cid:173)
`brenner mit der bevorzugten Hand (links oder rechts) fuhren
`kann.
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`Die 3D-Position des SchweiBbrenners wird vorzugsweise bei de-
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`aktiviertem SchweiBgerat, insbesondere bei nicht gestartetem
`SchweiBprozess, durchgefuhrt. Dadurch kann eine bessere Refe(cid:173)
`renzwertaufnahme durchgefuhrt werden, da keinerlei storeinflusse
`vom SchweiBprozess entstehen konnen. Gleichzeitig hat der
`SchweiBer eine bessere Sicht auf das Werkstuck, da er keine
`Schutzvorrichtung fur die Augen, wie bei einem gestarteten
`SchweiBprozess notwendig, benotigt, so dass eine besser Positio(cid:173)
`nierung des SchweiBbrenners ermoglicht wird. Auch kann der
`SchweiBer vor dem eigentlichen SchweiBprozess eine Simulation
`durchfuhren und sich somit auf die Haltung bzw. Position des
`SchweiBbrenners einstellen.
`
`Von Vorteil ist auch, dass zusatzlich oder anstelle eines Sen(cid:173)
`sors im SchweiBbrenner zumindest ein weiterer Sensor in einer
`Arbeitskleidung, insbesondere in einem Armband oder in einem
`Handschuh, integriert wird und die Messdaten bevorzugt an die
`Auswerteeinheit ubermittelt werden, wodurch eine flexible Anord(cid:173)
`nung des Sensors ermoglicht wird. Ein weiterer Vorteil liegt
`darin, dass die Sensoren im SchweiBbrenner entfallen konnen, je(cid:173)
`doch durch die Anordnung der weiteren Sensoren im SchweiBhand(cid:173)
`schuh wiederum eine ungefahre Position des SchweiBbrenners
`ermittelt werden kann und somit ein einfacher kostengunstiger
`Aufbau des SchweiBbrenners erzielt wird.
`
`Wenn die Referenzwerte, beispielsweise fur die Startposition der
`SchweiBnaht und die SchweiBparameter, in einem Speicher im
`SchweiBbrenner gespeichert werden, kann der SchweiBbrenner un(cid:173)
`abhangig von der Stromquelle verwendet werden, wodurch jeder
`SchweiBer seinen bevorzugten SchweiBbrenner verwenden kann.
`
`Zu den Referenzwerten kann eine Kennung zur Kennzeichnung der
`Referenzwerte fur gleichartige Werkstucke, insbesondere eine
`Nummer, gespeichert werden. Die 3D-Positionen des SchweiB(cid:173)
`brenners fur die SchweiBnahte eines gleichartigen Werkstucks
`werden mit den entsprechenden SchweiBparametern bevorzugt im
`SchweiBgerat gespeichert, wodurch gleiche 3D-Positionen ver(cid:173)
`schiedener Werkstucke als Referenzwerte im Speicher vermieden
`werden. Somit kann jede als Referenzwert fur gleichartige Werk(cid:173)
`stucke gespeicherte 3D-Position eindeutig zugeordnet werden.
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`Wenn die Zeit wahrend des mit dem SchweiBbrenner ausgefuhrten
`SchweiBprozesses erfasst wird, kann die SchweiBgeschwindigkeit
`bestimmt werden und dokumentiert werden, wann die SchweiBung
`durchgefuhrt wurde.
`
`Durch die MaBnahme, dass die ermittelten Werte der 3D-Positionen
`wahrend eines SchweiBprozesses und die dazugehorige Zeit zur Be(cid:173)
`rechnung der SchweiBgeschwindigkeit des SchweiBprozesses an die
`Steuervorrichtung des SchweiBgerates ubermittelt werden, kann
`dem SchweiBer uber entsprechende Einrichtungen Feedback uber die
`SchweiBgeschwindigkeit wahrend des SchweiBvorganges gegeben
`werden.
`
`GemaB einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Abstand zwi(cid:173)
`schen dem Sender und einem Referenzpunkt im dreidimensionalen
`Raum abgeglichen. Durch den Abgleich des Abstandes zwischen
`Sender und Referenzpunkt kann somit die Position des SchweiB(cid:173)
`brenners im dreidimensionalen Raum exakt berechnet werden.
`
`Das oben genannte SchweiBverfahren kann fur manuelle Anwendungen
`mit HandschweiBbrennern aber auch fur automatisierte Anwendungen
`bei SchweiBrobotern angewandt werden.
`
`Die Aufgabe der Erfindung wird aber auch durch ein oben genann(cid:173)
`tes SchweiBsystem gelost, wobei zur Bestimmung der Position des
`SchweiBbrenners im dreidimensionalen Raum zumindest ein Sender
`und zumindest ein Sensor im SchweiBbrenner angeordnet oder
`diesem zugeordnet ist, welcher Sensor mit einer Auswerteeinheit
`verbunden ist, so dass die 3D-Position des SchweiBbrenners uber
`die vom Sensor erfassten Messdaten ermittelbar sind.
`
`Der Sender kann durch eine Spule, eine Funkstation, eine
`Radarstation oder aus beweglichen Sendern, wie Satelliten, ins(cid:173)
`besondere gemaB dem GPS-System, gebildet sein. Vorteilhaft ist,
`wenn kein Sichtkontakt zwischen den Sensoren und dem Sender er(cid:173)
`forderlich ist, urn die 3D-Position des SchweiBbrenners zu be(cid:173)
`stimmen. Weiters solI eine beliebige Positionierung des Senders
`moglich sein. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch den
`Einsatz bereits bekannter Sender ein kostengunstiger Aufbau des
`SchweiBbrenners erzielt wird.
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`Durch die MaBnahme, dass der Sender der Positionserfassungsvor(cid:173)
`richtung zumindest eine Spule zur Erzeugung eines Magnetfeldes
`im Bereich des SchweiBprozesses des SchweiBbrenners aufweist,
`und zumindest ein Sensor zum Erfassen des von der Spule erzeug(cid:173)
`ten Magnetfeldes im SchweiBbrenner angeordnet oder diesem zuge(cid:173)
`ordnet ist, wird erreicht, dass das von der Spule erzeugte
`Magnetfeld alle Hindernisse, Gegenstande oder Ahnliches im Raum
`durchdringt und somit eine sichere Positionsbestimmung des
`SchweiBbrenners ermoglicht.
`
`Wenn der Sender mehrere SchweiBprozessbereiche und somit mehrere
`SchweiBbrenner abdeckt, und somit die 3D-Position mehrerer
`SchweiBbrenner, uber die in den SchweiBbrennern integrierte Sen(cid:173)
`soren ermittelbar sind, konnen bestehende SchweiBprozessbereiche
`beliebig erweitert und angeordnet werden.
`
`Vorteilhafterweise ist jedem SchweiBprozessbereich ein Referenz(cid:173)
`punkt im dreidimensionalen Raum zugeordnet.
`
`Wenn der Sensor fur die Positionserfassung durch einen magneto(cid:173)
`resistiven Sensor gebildet ist, wird eine hohe Magnetfeldemp(cid:173)
`findlichkeit bei geringem Rauschen erreicht.
`
`Wenn eine Einrichtung zur Filterung von Stormagnetfeldern, wel(cid:173)
`che insbesondere von der Stromquelle des SchweiBgerates und
`einem Lichtbogen erzeugt werden, vorgesehen ist, kann eine si(cid:173)
`chere und exaktere Positionsbestimmung des SchweiBbrenners er(cid:173)
`reicht werden.
`
`Wenn eine Anzeigeeinrichtung zur akustischen und/oder optischen
`Anzeige der ermittelten 3D-Position oder von Abweichungen von
`Referenzpositionen zur Unterstutzung durchzufuhrender Korrek(cid:173)
`turmaBnahmen vorgesehen ist, kann dem SchweiBer wichtige In(cid:173)
`formation ubermittelt werden.
`
`Dabei ist die Anzeigeeinrichtung vorzugsweise in einer Arbeits(cid:173)
`kleidung des SchweiBers, insbesondere im SchweiBhelm integriert.
`Bei mehreren parallel laufenden SchweiBprozessen in den unter(cid:173)
`schiedlichen SchweiBprozessbereichen wird dadurch sicherge-
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`stellt, dass die einzelnen SchweiBer tiber KorrekturmaBnahme des
`eigenen SchweiBprozesses informiert werden konnen und somit von
`den parallel laufenden KorrekturmaBnahmen nicht gestort bzw. be(cid:173)
`einflusst werden.
`
`Durch die MaBnahme, dass zusatzlich oder anstelle der Sensoren
`im SchweiBbrenner zumindest ein Sensor in einer Arbeitskleidung,
`insbesondere in einem Armband oder Handschuh, angeordnet ist,
`wird eine flexible Anordnung des Sensors erreicht. Ein weiterer
`Vorteil liegt darin, dass die Sensoren im SchweiBbrenner ent(cid:173)
`fallen konnen, jedoch durch die Anordnung der weiteren Sensoren
`im SchweiBhandschuh wiederum eine ungefahre Position des
`SchweiBbrenners ermittelt werden kann und somit ein einfacher
`kostengtinstiger Aufbau des SchweiBbrenners erzielt wird.
`
`Alternativ zur oben beschriebenen Anordnung ist es auch moglich,
`dass zur Bestimmung der Position des SchweiBbrenners zumindest
`ein Sender im SchweiBbrenner integriert oder diesem zugeordnet
`ist, und dass zumindest ein Sensor im dreidimensionalen Raum
`angeordnet ist, welcher Sensor mit einer Auswerteeinheit ver(cid:173)
`bunden ist, so dass die Werte der 3D-Position des SchweiB(cid:173)
`brenners tiber die vom Sensor erfassten Messdaten ermittelbar
`sind.
`
`Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigeftigten, schema(cid:173)
`tischen Zeichnungen naher erlautert.
`
`Darin zeigen:
`
`Fig. 1 eine exemplarische Darstellung eines SchweiBgerates;
`
`Fig. 2 die erfindungsgemaBe Positionserfassung eines Hand(cid:173)
`schweiBbrenners in einem SchweiBprozessbereich innerhalb eines
`Raumes mit einem im Raum befestigten Sender;
`
`Fig. 3 eine schematische Darstellung eines HandschweiBbrenners
`mit einem integrierten Sensor;
`
`Fig. 4 eine schematische Darstellung eines HandschweiBbrenners
`mit einem integrierten Sensor und zusatzlichen Sensoren;
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`Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Werkstucks aus mehre(cid:173)
`ren Teilen, welche uber entsprechende SchweiBnahte miteinander
`verbunden sind;
`
`Fig. 6 die erfindungsgemaBe Positionserfassung mehrerer SchweiB(cid:173)
`brenner in mehreren SchweiBprozessbereichen innerhalb eines
`Raumes mit einem im Raum befestigten Sender;
`
`Fig. 7 die erfindungsgemaBe Positionserfassung mehrerer SchweiB(cid:173)
`brenner in mehreren SchweiBprozessbereichen innerhalb eines
`Raumes mit einem externen Sender;
`
`Fig. 8 eine schematische Darstellung eines SchweiBprozesses, bei
`dem eine zu geringe SchweiBgeschwindigkeit erkannt wird; und
`
`Fig. 9 eine schematische Darstellung eines SchweiBprozesses, bei
`dem ein zu steiler Anstellwinkel des SchweiBbrenners erkannt
`wird.
`
`Einfuhrend wird festgehalten, dass gleiche Teile des Ausflih(cid:173)
`rungsbeispiels mit gleichen Bezugszeichen versehen werden.
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`In Fig. 1 ist ein SchweiBgerat 1 bzw. eine SchweiBanlage flir
`verschiedenste Prozesse bzw. Verfahren, wie z.B. MIG/MAG(cid:173)
`SchweiBen bzw. WIG/TIG-SchweiBen oder Elektroden-SchweiBverfah(cid:173)
`ren, Doppeldraht/Tandem-SchweiBverfahren, Plasma- oder Lotver(cid:173)
`fahren usw., gezeigt.
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`Das SchweiBgerat 1 umfasst eine Stromquelle 2 mit einem Leis(cid:173)
`tungsteil 3, einer Steuervorrichtung 4 und einem dem Leistungs(cid:173)
`teil 3 bzw. der Steuervorrichtung 4 zugeordneten Umschaltglied
`5. Das Umschaltglied 5 bzw. die Steuervorrichtung 4 ist mit ei(cid:173)
`nem Steuerventil 6 verbunden, welches in einer Versorgungslei(cid:173)
`tung 7 fur ein Gas 8, insbesondere ein Schutzgas, wie beispiels(cid:173)
`weise CO2 , Helium oder Argon und dergl., zwischen einem Gasspei(cid:173)
`cher 9 und einem SchweiBbrenner 10 bzw. einem Brenner angeordnet
`ist.
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`Zudem kann uber die steuervorrichtung 4 noch ein Drahtvorschub-
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`gerat 11, welches fur das MIG/MAG-SchweiBen tib1ich ist, ange(cid:173)
`steuert werden, wobei tiber eine Versorgungs1eitung 12 ein Zu(cid:173)
`satzwerkstoff bzw. ein SchweiBdraht 13 von einer Vorratstrommel
`14 bzw. einer Drahtrolle in den Bereich des SchweiBbrenners 10
`zugefuhrt wird. Selbstverstandlich ist es moglich, dass das
`Drahtvorschubgerat 11, wie es aus dem Stand der Technik bekannt
`ist, im SchweiBgerat 1, insbesondere im Grundgehause, integriert
`ist und nicht, wie in Fig. 1 dargestellt, als Zusatzgerat ausge(cid:173)
`bildet ist.
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`Es ist auch moglich, dass das Drahtvorschubgerat 11 den SchweiB(cid:173)
`draht 13 bzw. den Zusatzwerkstoff auBerhalb des SchweiBbrenners
`10 an die Prozessstelle zuftihrt, wobei hierzu im SchweiBbrenner
`10 bevorzugt eine nicht abschmelzende Elektrode angeordnet ist,
`wie dies beim WIG/TIG-SchweiBen tiblich ist.
`
`Der strom zum Aufbauen eines Lichtbogens 15, insbesondere eines
`Arbeitslichtbogens, zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode,
`nicht dargestellt, und einem Werksttick 16 wird tiber eine
`SchweiBleitung 17 vom Leistungsteil 3 der Stromquelle 2 dem
`SchweiBbrenner 10, insbesondere der Elektrode, zugefuhrt, wobei
`das zu verschweiBende Werksttick 16, welches aus mehreren Teilen
`gebildet ist, tiber eine, weitere SchweiBleitung 18 ebenfalls mit
`dem SchweiBgerat 1, insbesondere mit der Stromquelle 2, verbun(cid:173)
`den ist und somit tiber den Lichtbogen 15 bzw. den gebildeten
`Plasmastrahl fur einen Prozess ein Stromkreis aufgebaut werden
`kann.
`
`Zum Ktihlen des SchweiBbrenners 10 kann tiber einen Ktihlkreislauf
`19 der SchweiBbrenner 10 unter Zwischenschaltung eines Stro(cid:173)
`mungswachters 20 mit einem Fltissigkeitsbehalter, insbesondere
`einem Wasserbehalter 21, verbunden werden, wodurch bei der Inbe(cid:173)
`triebnahme des SchweiBbrenners 10 der Ktihlkreislauf 19, insbe(cid:173)
`sondere eine fur die im Wasserbehalter 21 angeordnete Flussig(cid:173)
`keit verwendete Flussigkeitspumpe, gestartet wird und somit eine
`Kuhlung des SchweiBbrenners 10 bewirkt werden kann.
`
`Das SchweiBgerat 1 weist weiters eine Ein- und/oder Ausgabevor(cid:173)
`richtung 22 auf, tiber die die unterschiedlichsten SchweiBparame(cid:173)
`ter, Betriebsarten oder SchweiBprogramme des SchweiBgerates 1
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`eingestellt bzw. aufgerufen werden konnen. Dabei werden die uber
`die Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 eingestellten SchweiBpa(cid:173)
`rameter, Betriebsarten oder SchweiBprogramme an die steuervor(cid:173)
`richtung 4 weitergeleitet und von dieser werden anschlieBend die
`einzelnen Komponenten der SchweiBanlage bzw. des SchweiBgerates
`1 angesteuert bzw. entsprechende Sollwerte fur die Regelung oder
`Steuerung vorgegeben.
`
`Weiters ist in dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel der
`SchweiBbrenner 10 uber ein Schlauchpaket 23 mit dem SchweiBgerat
`1 bzw. der SchweiBanlage verbunden. In dem Schlauchpaket 23 sind
`die einzelnen Leitungen vom SchweiBgerat 1 zum SchweiBbrenner 10
`angeordnet. Das Schlauchpaket 23 wird uber eine Kupplungsvor(cid:173)
`richtung 24 mit dem SchweiBbrenner 10 verbunden, wogegen die
`einzelnen Leitungen im Schlauchpaket 23 mit den einzelnen Kon(cid:173)
`takten des SchweiBgerates 1 uber Anschlussbuchsen bzw. Steckver(cid:173)
`bindungen verbunden sind. Damit eine entsprechende Zugentlastung
`des Schlauchpaketes 23 gewahrleistet ist, ist das Schlauchpaket
`23 uber eine Zugentlastungsvorrichtung 25 mit einem Gehause 26,
`insbesondere mit dem Grundgehause des SchweiBgerates 1, verbun(cid:173)
`den. Selbstverstandlich ist es moglich, dass die Kupplungsvor(cid:173)
`richtung 24 auch fur die Verbindung am SchweiBgerat 1 eingesetzt
`werden kann.
`
`Grundsatzlich ist zu erwahnen, dass fur die unterschiedlichen
`SchweiBverfahren bzw. SchweiBgerate 1, wie beispielsweise WIG(cid:173)
`Gerate oder MIG/MAG-Gerate oder Plasmagerate, nicht aIle zuv~r
`benannten Komponenten verwendet bzw. eingesetzt werden mussen.
`Hierzu ist es beispielsweise moglich, dass der SchweiBbrenner 10
`als luftgekuhlter SchweiBbrenner 10 ausgefuhrt werden kann.
`
`Anhand der Fig. 2 bis 5 wird die erfindungsgemaBe Positions(cid:173)
`erfassung fur einen HandschweiBprozess, welcher in einem
`SchweiBprozessbereich 27 innerhalb eines Raumes, beispielsweise
`einem Arbeitsplatz in einer Halle, durchgefuhrt wird, erlautert.
`Der dargestellte SchweiBprozessbereich 27 besteht zu einem Teil
`aus einem Werktisch 28 mit einer Spannvorrichtung 29 fur das
`Werkstuck 16. Die Spannvorrichtung 29 besteht beispielsweise aus
`zumindest einem Anschlagwinkel 30 und zumindest einer Fixiervor(cid:173)
`richtung 31, damit zur Herstellung einer SchweiBverbindung immer
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`ein definierter Ausgangspunkt gegeben ist. Da das Werkstuck 16
`aus mehreren einzelnen Teilen, wie besser aus Fig. 5 ersicht(cid:173)
`lich, gebildet sein kann, bietet die Spannvorrichtung 29 ebenso
`eine Befestigungsmoglichkeit fur die einzelnen Teile des Werk(cid:173)
`stucks 16, die jedoch zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.
`Zum zweiten Teil ist der SchweiBprozessbereich 27 zur Durchfuh(cid:173)
`rung eines SchweiBprozesses mit dem SchweiBgerat 1 ausgestattet,
`welches uber das Schlauchpaket 23 mit dem SchweiBbrenner 10 bzw.
`einem HandschweiBbrenner verbunden ist. Das Werkstuck 16 bzw.
`der Werktisch 28 ist mit einer weiteren SchweiBleitung 18 ver(cid:173)
`bunden. Je nach eingesetztem SchweiBverfahren kann ein Drahtvor(cid:173)
`schubgerat 11 vorgesehen sein oder nicht. Somit kann ein
`SchweiBprozess gestartet werden, urn das Werkstuck 16 zu fertigen
`bzw. zu schweiBen.
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`Zum Fertigen des aus mehreren einzelnen Teilen bestehenden Werk(cid:173)
`stucks 16, kann der SchweiBprozessbereich 27 auch eine Sitzge(cid:173)
`legenheit (nicht dargestellt) fur einen SchweiBer bieten. Durch
`das VerschweiBen zweier Teile mit dem SchweiBbrenner 10 ergeben
`sich eine bzw. mehrere SchweiBnahte 32, welche die verschweiBten
`Teile unlosbar miteinander verbinden. Hierzu stellt der Schwei(cid:173)
`Ber flir den SchweiBprozess die entsprechenden SchweiBparameter,
`wie SchweiBstrom, SchweiBspannung, Drahtvorschubgeschwindigkeit,
`usw. ein, urn eine optimale SchweiBqualitat zu erzielen. Wahrend
`eines SchweiBprozesses regelt die Steuervorrichtung 4 entspre(cid:173)
`chend die SchweiBparameter, damit diese annahernd konstant
`bleiben.
`
`ErfindungsgemaB wird beim Starten eines SchweiBprozesses ein Po(cid:173)
`sitionserfassungssystem aktiviert, welches die Werte der Posi(cid:173)
`tionen des SchweiBbrenners 10 im dreidimensionalen Raum er~
`mittelt. Hierzu ist im SchweiBprozessbereich 27 ein Sender 33
`angeordnet, welcher ein Signal 34 ausstrahlt, das liber einen im
`SchweiBbrenner 10 integrierten oder diesem zugeordneten Emp(cid:173)
`fanger 35 bzw. Sensor 36 aufgenommen werden kann.
`
`Zur Bestimmung der position im dreidimensionalen Raum ist es er(cid:173)
`forderlich, dass aus dem vom Sender 33 gelieferten Signal 34
`drei Koordinaten bestimmt werden, bevorzugt die aus dem
`kartesischen Koordinatensystem bekannten Werte X, Y und Z. Daher
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`besteht der im SchweiBbrenner 10 gemaB Fig. 3 integrierte Emp(cid:173)
`fanger 35 aus drei Sensoren 36-38, wobei jeder Sensor 36-38
`einen der drei Werte X, Yoder Z ermitteln kann.
`
`Da das Signal 34 von anderen im SchweiBprozessbereich 27 instal(cid:173)
`lierten Systemen oder die durch den SchweiBprozess erzeugten
`Storungen beeinflusst werden kann und somit die von den Sensoren
`36-38 ermittelten Werte verfalscht werden konnten, ist den Sen(cid:173)
`soren 36-38 eine Filtereinrichtung 39 zugeschaltet. Dadurch
`konnen die von den Sensoren 36-38 ermittelten Werte fur die 3D(cid:173)
`Position des SchweiBbrenners 10 als Messdaten an eine Auswerte(cid:173)
`einheit 40 tibermittelt werden. Beispielsweise ist die Auswerte(cid:173)
`einheit 40 im SchweiBgerat 1 angeordnet oder bildet eine eigene,
`externe Einheit. Die Uberrnittlung der Messdaten der Sensoren 36-
`38 erfolgt beispielsweise tiber eine im Empfanger 35 bzw. Sensor
`36 integrierte Datenkomrnunikationseinheit 42, welche beispiels(cid:173)
`weise tiber einen im Schlauchpaket 23 integrierten Datenbus 42
`mit der Auswerteeinheit 40 im SchweiBgerat 1 verbunden ist.
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`Bei einem derartigen Aufbau hat der SchweiBbrenner 10 einen ge(cid:173)
`wissen Bewegungsradius an der die dreidimensionale position un(cid:173)
`verandert bleibt. Sind namlich beispielsweise die Sensoren 36-38
`im vorderen Teil, d.h. an jenem Ende, wo der SchweiBdraht 13 aus
`dem SchweiBbrenner 10 austritt, angeordnet, kann der hintere
`Teil des SchweiBbrenners 10 frei bewegt werden, wobei die 3D-Po(cid:173)
`sition unverandert bleibt. Dies hat zur Folge, dass die Ha