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Die vorliegende Erfindung bezieht
auf ein Verfahren zum automatischen Schweißen von Rohren.
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Maschinen zum automatischen Schweißen von
Rohren unter Verwendung vorbestimmter Parameter, wie beispielsweise
automatische Schweißvorrichtungen,
werden zum Beispiel in Halbleiterherstellungsanlagen verwendet.
Die Rohrbearbeitung wird an dem tatsächlichen Bearbeitungsort durchgeführt und
dort auch abgeschlossen, wobei jedoch bislang kein Verfahren zur Überwachung
der Rohrbearbeitung bekannt ist, bei dem Daten gesammelt werden.
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Bei Halbleiterherstellungsanlagen,
in denen gefährliche
Gase verwendet werden, ist die Gasdichtheit des Rohrsystems von
großer
Bedeutung; ein während
der Rohrbearbeitung unterlaufender Fehler kann zu Unfällen führen. Jedoch
gibt es nach der Fertigstellung der Rohrbearbeitung normalerweise
keine Aufzeichnungen, die Auskunft über Parameter geben, die während der
Rohrbearbeitung bestimmter Bereiche des Rohrsystems verwendet wurden,
so daß es
unmöglich
ist, festzustellen, ob die Rohrbearbeitung ordnungsgemäß durchgeführt wurde.
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AU-B-571 116 beschreibt ein Verfahren
zum kontinuierlichen Messen des Maschinenprofils einer Schweißnaht an
der Innenfläche
eines Schweißrohres.
Jedoch werden die Schweißflächen bei
dem bekannten Verfahren nur nach der Bearbeitung überprüft, um ein
bestimmtes Profil der Schweißnaht
sicherzustellen. Folglich kann der Schweiß prozeß nicht beeinflußt werden,
so daß auch
dieses Verfahren die zuvor genannten Nachteile aufweist.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Rohrbearbeitungsüberwachungssystem
zu schaffen, mit dem Fehler der Rohrleitung infolge einer mangelhaften
Rohrbearbeitung ausgeschlossen werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach
Anspruch 1 gelöst.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung überprüft während des Schweißprozesses,
ob die Schweißbearbeitung
ordnungsgemäß ausgeführt wurde
und speichert die vorbestimmten werte der Schweißbearbeitungsparameter, die
tatsächlichen
Schweißbearbeitungsdaten und
die Ergebnisse der Überprüfung. Auf
diese Weise werden Fehler in der Rohrleitung infolge einer mangelhaften
Schweißbearbeitung
ausgeschlossen, wobei es ferner möglich ist, bei der Rohrleitungsüberprüfung die
Hauptbereiche von allen anderen Bereichen der bearbeiteten Rohrleitung
in Bezug auf die tatsächlichen
Schweißbearbeitungsdaten
herauszugreifen, so daß ausschließlich die
Hauptbereiche überprüft werden,
deren Anzahl geringer als diejenige aller bearbeiteten Bereiche
ist.
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Das Verfahren fragt ferner ab, ob
die Elektrode der Schweißvorrichtung
ersetzt werden muß. Wenn
die Schweißvorrichtung
auf eine freie Schweißfrequenz
für beispielsweise
50 Durchgänge bis
zum Ersetzen der Elektrode eingestellt ist, wird die Anzahl der
durchgeführten
Durchgänge
automatisch gezählt
und die Elektrode anschließend
ent sprechend ersetzt, wobei ein Alarm nach Abschluß des fünfzigsten
Schweißdurchganges
ausgegeben wird, das darauf hinweist, daß die Elektrode ersetzt werden
muß. Auf
diese Weise werden nicht ordnungsgemäße Schweißnähte infolge eines Elektrodenfehlers
verhindert und somit die Verläßlichkeit
der Schweißbearbeitung
verbessert.
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Vorzugsweise handelt es sich bei
dem Übertragungsmittel
um ein Spread-Spectrum-Übertragungssystem.
Bei diesem System wird das Signal, das einer herkömmlichen
Phasenmodulation unterzogen wurde, anschließend mit einem speziellen Spread-Code
an der Senderseite und mit dem gleichen Spread-Signal an der Empfängerseite
multipliziert, um das Originalsignal zurückzugewinnen. Bei diesem System
wird das Signal über
einen breiteren Frequenzbereich gestreut und weist deshalb eine
geringere elektrische Leistungsdichte auf, also einer geringe elektrische
Leistung pro Frequenzeinheit. Somit weist das System den Vorteil
auf, daß es
durch Störungen
am Bearbeitungsort weniger beeinflußt wird.
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Vorzugsweise ist ein Hostrechner über ein
lokales Netzwerk (LAN) mit dem Prozessor verbunden, um die Schweißdaten und
die Überprüfungsergebnisse
zu speichern. Dieses System stellt einen ordnungsgemäßen Schweißprozeß sicher,
so daß Fehler
an der Rohrleitung infolge einer mangelhaften Schweißbearbeitung
ausgeschlossen werden. Ferner erleichtert eine Bezugnahme auf die
in dem Hostrechner gespeicherten Schweißdaten und Überprüfungsergebnisse die Überwachung
hinsichtlich der Wartung der geschweißten Bereiche.
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Es ist wünschenswert, daß der Hostrechner über ein
Netzwerk mit mehreren Endrechnern verbunden ist. Das Überprüfungspersonal
kann somit von jedem Endrechner auf die Schweißbearbeitungsdatei zugreifen,
wobei das Überwachungspersonal einen
Befehl von dem Endrechner über
dem Hostrechner an den Datenprozessor ausgeben kann, wenn die Bearbeitung
unterbrochen oder die Bearbeitungsparameter geändert werden sollen. Auf diese
weise ermöglicht
das Netzwerksystem dem Überwachungspersonal,
eine ordnungsgemäße Durchführung der
Schweißbearbeitung
an einem Ort abseits des Bearbeitungsortes feststellen zu können.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm, das eine erste Ausführungsform des Rohrbearbeitungsüberwachungssystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Zeitdiagramm, das die Schweißparameter einer Schweißvorrichtung
zeigt, die in dem Schweißsystem
verwendet wird;
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3 ist
ein Blockdiagramm, das eine Modifikation des Schweißsystems
zeigt; und
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4 ist
ein Flußdiagramm,
welches den Hauptüberwachungsprogrammablauf
des Überwachungsbereiches
des Schweißsystems
zeigt.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das ein Rohrbearbeitungsüberwachungssystem gemäß der Erfindung
zeigt, das als Rohrschweißsystem
verwendet wird. Unter Bezugnahme auf die Zeichnung umfaßt das Rohrbearbeitungsüberwachungssystem
für einen
Schweißprozeß eine automatische
Schweißvorrichtung 1 für die Rohrbearbeitung,
eine Schweißdatenausgabevorrichtung 2,
das vorbestimmte Werte der Schweißparameter für die Schweißvorrichtung 1 und
aktuelle Schweißdaten
liefert, einen Schweißdatenprozessor 3,
der überprüft, ob die
Ausgabewerte von der Ausgabeeinheit 2 ordnungsgemäß sind oder nicht
und der die Schweißdaten
und die Überwachungsergebnisse
speichert, und einen Hostrechner 4.
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Bei der Schweißvorrichtung 1 handelt
es sich um eine bereits bekannte Schweißvorrichtung (beispielsweise
MODEL 207, erhältlich
von Arc Machine Co.). Die Schweißvorrichtung wird an dem Verbindungsbereich
eines zu schweißenden,
Rohres angeordnet, woraufhin die Schweißvorrichtung über einen Schalter
eingeschaltet wird, so daß sich
die Schweißvorrichtung
einmal um das Rohr dreht, um das Rohr unter vorbestimmten Parametern
zu verschweißen. Die
Parameter, die zur Sicherstellung einer ordnungsgemäßen Schweißnaht überwacht
werden müssen,
umfassen die Schweißdauer,
den Schweißstrom,
die Schweißspannung,
die Drehgeschwindigkeit und den Druck des Trenngases während der Schweißbearbeitung
(Druck während
der Schweißbearbeitung). 2 zeigt ein Beispiel eines
Zeitdiagramms der Schweißparameter.
Die Schweißparameter
umfassen mehrere Niveaus kurzer Dauer, die nacheinander geschaltet
werden. Das Diagramm zeigt, daß der
Schweißstrom
35A für
0,1 Sekunden bei Niveau 1, 40A für
0,5 Sekunden bei Niveau 2, 42A für
0,5 Sekunden bei Niveau 3, 40A für
0,5 Sekunden bei Niveau 4, 33A für
0,4 Sekunden bei Niveau 5, 30A für
0,3 Sekunden bei Niveau 6 und 20A für 0,3 Sekunden bei Niveau 7
beträgt
und daß die Drehgeschwindigkeit
30 Umdrehungen pro Minute für
2,0 Sekunden bei den Niveaus 1 bis 5, 26 Umdrehungen pro Minute
bei Niveau 6 und 15 Umdrehungen pro Minute bei Niveau 7 beträgt.
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Die Schweißdatenausgabevorrichtung 2 umfaßt eine
integrierte Schweißstromversorgung,
eine Druckerausgabeeinheit 5 zur Ausgabe der vorbestimmten
Werte der Bearbeitungsparameter in Abhängigkeit von Schweißdauer,
Schweißstrom
und Drehgeschwindigkeit bei jedem Niveau als 8-bitMehrkanaldaten,
und eine pen-Aufzeichnungsausgabeeinheit 6 zur Ausgabe
der aktuellen analogen Werte des Schweißstroms, der Schweißspannung
und der Drehgeschwindigkeit, während
des Schweißprozesses.
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Der Schweißdatenprozessor 3 umfaßt einen Parallel-Seriell-Wandler 7,
um die Werte der vorbestimmten Bearbeitungsparameter, die von der
Ausgabevorrichtung 2 in Form von 8-bit-Paralleldaten geliefert
werden, in serielle Daten umzuwandeln, einen Analog-Digital-Wandler 8,
um die aktuellen analogen werte, die von der Ausgabevorrichtung 2 geliefert
werden, in digitale Daten umzuwandeln, eine Ergebnisausgabeüberprüfungseinheit
(I/O-Einheit) 9, die überprüft, ob die
Schweißdaten
ordnungsgemäß sind,
und die das Ergebnis liefert, einen Speicher 10 zum Speichern
der vorbestimmten Werte der Schweißparameter, der aktuellen Schweißdaten und des Überwachungsergebnisses,
eine drahtlose LAN-Sender-Empfänger-Einheit 11 zur
Datenübertragung
an den und von dem Hostrechner 4 und eine serielle Schnittstelle 12,
um Schweißdaten
an die Sender-Empfänger-Einheit 11 zu
senden.
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Der Hostrechner 4 ist über ein
Netzwerk mit mehreren Endrechnern 13 verbunden. Der Hostrechner 4 umfaßt ferner
eine drahtlose LAN-Sender-Empfänger-Einheit 14.
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Die Ergebnisüberwachungsausgabeeinheit 9 des
Schweißdatenprozessors 3 zeigt
das Überwachungsergebnis
und betätigt
eine Alarmsignalvorrichtung 15, wenn die Schweißnaht nicht
ordnungsgemäß ist.
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Der Speicher 10 des Prozessors 33 speichert
Daten einschließlich
der Schweißadresse,
des Ausführungscodes,
der vorbestimmten Bearbeitungsparameterwerte, des Schweißstroms,
der Schweißspannung,
der Drehgeschwindigkeit, des Innendrucks während der Schweißbearbeitung,
des Schweißdatums
und der Schweißzeit
sowie des Überwachungsergebnisses.
Derartige Daten werden über
die Sender-Empänger- Einheiten 11, 14 zu
dem Hostrechner 4 gesendet und in dem Rechner 4 gespeichert.
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Die drahtlosen LAN-Sender-Empfänger-Einheiten 11, 14 tauschen
drahtlosen Spread-Spectrum-Verkehr aus und können selbst unter Verwendung
von Anodenruhestrom Daten innerhalb des Bereiches bis zu etwa 200
m übertragen.
Es können
natürlich
auch andere Systeme für
die Sender-Empfänger-Einheiten 11, 14 verwendet
werden.
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An dem zu schweißenden Bereich wird ein Strichcode 16 mit
einer Schweißadresse
und dem Ausführungscode
angeordnet. Die Schweißadresse und
der Ausführungscode
werden von einem Strichcode-Scanner 17 gelesen und mittels
einer Strichcode-Lesevorrichtung 18 zu der seriellen Schnittstelle 12 des
Schweißdatenprozessors 3 gesendet.
Der Innendruck der Schweißvorrichtung 1 während der Schweißbearbeitung
wird mit Hilfe eines Drucksensors 19 gemessen und zu dem
Analog-Digital-Wandler 8 des Prozessors 3 gesendet.
Anstelle des Strichcodes 16 können die Schweißadresse
und der Ausführungscode
auch über
den Hostrechner 4 in den Prozessor 3 eingegeben
werden.
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Da der Hostrechner 4 mit
den Endrechnern 13 über
ein Netzwerk verbunden ist, kann das Arbeitsüberwachungspersonal von jedem
Endrechner 13 auf die Schweißdateien zugreifen, während das Überwachungspersonal
von dem Endrechner 13 über
den Hostrechner 4 einen Befehl an den Schweißdatenprozessor 3 ausgeben
kann, wenn die Bearbeitung im Falle eines Fehlers oder bei zu ändernden Schweißbedingungen
unterbrochen werden soll. Aufgrund des Netzwerksystems kann das Überwachungspersonal
die ordnungsgemäße Ausführung des
Schweißprozesses
fernab der Schweißstelle überprüfen.
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Der Parallel-Seriell-Wandler 7 und
der Analog-Digital-Wandler 8 des
Schweißdatenprozessors 3,
die mit dem Datenausgabemodus der Ausgabevorrichtung 2 übereinstimmen
sollen, können
in Abhängigkeit
von dem Datenausgabemodus der Vorrichtung 2 modifiziert
oder eliminiert werden. 3 zeigt
eine derartige Modifikation. In den 1 bis 3 sind gleiche Bauteile mit
gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht erneut beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf 3 ist in einer Schweißdatenausgabevorrichtung 20 eine
Stromversorgung für
die Schweißvorrichtung 1 angeordnet. Über eine
digitale Schnittstelle 22 werden vorbestimmte Werte für die Schweißdauer,
den Schweißstrom
und die Drehgeschwindigkeit bei jedem Niveau und die aktuellen Werte
des Schweißstroms,
der Schweißspannung
und Drehgeschwindigkeit in Form von digitalen Werten bereitgestellt.
Wie die Vorrichtung 20 umfaßt ein Schweißdatenprozessor 21 eine, digitale
Schnittstelle 23 anstelle des Parallel-Seriell-Wandlers 7 und
des Analog-Digital-Wandlers 8. Die digitalen Werte werden
von der Ausgabevorrichtung 20 mit Hilfe von seriellen und/oder
parallelen Signalen zum Prozessor 21 übertragen.
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Nachfolgend wird die Hauptüberwachung des
Schweißdatenprozessors 3 unter
Bezugnahme auf 4 beschrieben.
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Die Stromversorgung wird eingeschaltet (Schritt 1),
woraufhin das System initialisiert wird (Schritt 2). Dann
wird die Einschalttaste gedrückt (Schritt 3),
woraufhin die Schweißadresse
und der Durchführungscode
von dem Strichcode gelesen werden (Schritt 4). Alternativ
können
die Schweißadresse
und der Durchführungscode
in Schritt 4 auch von dem Hostrechner eingegeben werden. Die Adresse
und der Code werden dann mit der Schweißadresse und dem Durchführungscode,
die im Speicher gespeichert sind, verglichen (Schritt 5) und
auf Übereinstimmung überprüft (Schritt 6).
Wenn sie nicht mit den gespeicherten Daten übereinstimmen, wird das Fehlen
der entsprechenden Adresse an der Überprüfungsergebnisausgabeeinheit
angezeigt und das Ergebnis an den Hostrechner ausgegeben, woraufhin
die Sequenz zu Schritt 3 zurückkehrt (Schritt 7).
Wenn die Daten in Schritt 6 übereinstimmen, werden die von
der Schweißvorrichtung
bereitgestellten vorbestimmten Prozeßwerte für jedes Niveau gelesen (Schritt 8)
und ein Schweißstartsignal ausgegeben
(Schritt 9), wodurch eine Schweißbearbeitung gestartet wird.
Es werden die aktuellen Werte des Schweißstroms, der Schweißspannung
und der Drehgeschwindigkeit bei jedem Niveau, die von der, Schweißvorrichtung
geliefert werden, gelesen (Schritt 10). Diese aktuellen
Werte des Stroms, der Spannung und der Geschwindigkeit werden mit
den entsprechenden vorbestimmten Prozeßwerten, die in Schritt 10 gelesen
wurden, verglichen (Schritt 11) und ihre Übereinstimmung über prüft (Schritt 12).
Wenn die gelesenen Werte mit den vorbestimmten Werten übereinstimmen,
zeigt die Überprüfungsergebnisausgabeeinheit
ein „OK„ an (Schritt 13).
wenn die miteinander verglichenen Werte nicht übereinstimmen, zeigt die Überprüfungsergebnisausgabeeinheit ein „nicht
OK„ an
(Schritt 14). Unabhängig
von dem Überprüfungsergebnis
werden die Schweißadresse, der
Durchführungscode,
die Schweißdatum
und die Schweißdauer,
die Schweißdaten,
die vorbestimmten Schweißbearbeitungswerte
und das Überprüfungsergebnis
an den Hostrechner weitergeleitet (Schritt 15).
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Die Schritte 10 bis 15 werden
für jedes
Niveau der in 2 gezeigten
Schweißparameter
wiederholt und es wird abgefragt, ob die Überprüfung der Schweißparameter
für das
letzte Niveau beendet wurde (Schritt 16). Wenn die Abfrage
bestätigt
wird, kehrt die Sequenz zu Schritt 3 zurück. Auf
diese weise werden die Schweißparameter
bei jedem Niveau überprüft, um eine
ordnungsgemäße Schweißbearbeitung
sicherzustellen.
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In Schritt 12 wird ferner
abgefragt, ob die Elektrode der Schweißvorrichtung ersetzt werden muß. Wenn
die Schweißvorrichtung
auf eine Schweißfrequenz
von 50 mal eingestellt ist, bis die Elektrode ersetzt werden muß, wird,
die Anzahl von Schweißprozessen
nach dem Ersetzen der Elektrode automatisch gezählt, wobei nach Beendigung
des fünfzigsten
Schweißprozesses
ein Alarmsignal ausgegeben wird, daß anzeigt, daß die Elektrode
ersetzt werden muß.
Auf diese Weise werden nicht ordnungsgemäße Schweißnähte aufgrund einer fehlerhaften
Elektrode verhindert und somit die Verläßlichkeit der Schweißbearbeitung
verbessert.