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Vorrichtung zur Führung eines Objektes in einem konstanten Abstand entlang eines vorgegebenen Weges
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Führung eines Objektes, beispielsweise einer Bearbeitungsmaschine oder eines Schweissbrenners, in einem konstanten Abstand entlang eines vorgegebenen Weges, mit einem in der Hauptbewegungsrichtung des Objektes ungesteuert bewegten Fahrwerk, auf dem eine senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung verlaufende Schlittenführung angebracht ist, und einem den vorgegebenen Weg berührungsfrei abtastenden Fühler, der die Bewegung des Objektes senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung steuert.
Auf vielen Gebieten der Technik tritt häufig das Problem auf, irgendein Objekt, beispielsweise eine Bearbeitungsmaschine oder einen Schweissbrenner, entlang eines vorgegebenen Weges in einem konstant zu haltenden Abstand zu diesem Weg zu führen. Der vorgegebene Weg kann z. B. eine zu bearbeitende Kontur sein oder eine Rille, die ausgefräst werden soll. Ein anderes Beispiel für einen solchen vorgegebenen Weg ist eine Schweissfuge, entlang der sich ein Schweissbrenner bewegen soll. In vielen Fällen ist der vorgegebene Weg auch einfach der Rand eines Werkstückes oder eine Oberfläche, zu der das Objekt in einem gewissen Abstand gehalten werden soll.
Zur Lösung dieses Problems der Führung eines Objektes sind mechanische Fühler bekanntgeworden, die den vorgegebenen Weg abtasten und von denen aus über irgendeinen Übertragungsmechanismus das Objekt gesteuert wird. Diese mechanischen Fühler haben den Nachteil, dass sie den vorgegebenen Weg, beispielsweise eine Kontur, berühren und gegebenenfalls durch die Berührung den Steuervorgang stören. Eine solche Störung entsteht z. B., wenn der Fühler hängen bleibt oder wenn Reibungskräfte im Übertragungsmechanismus einen falschen Wegverlauf vortäuschen. Es wurden deshalb bekanntlich berührungslos arbeitende Fühler entwickelt, die den vorgegebenen Weg optisch abtasten und über ein Photozellensystem das Objekt steuern. Solche Verfahren zur Führung von Objekten haben sich teilweise gut bewährt.
Sie setzen jedoch eine optisch gut erfassbare Wegmarkierung voraus und benötigen ausserdem einen ziemlich grossen gerätemässigen Aufwand, der sich nicht immer rechtfertigen lässt. Die Verwendung von berührungsfrei arbeitenden Fühlern hat sich deshalb in der Technik noch nicht soweit durchgesetzt, wie es wünschenswert wäre.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Führen eines Objektes in einem konstanten Abstand entlang einem vorgegebenen Weg zu entwickeln, das mit einem berührungsfrei abtastenden Fühler zuverlässig arbeitet und einen verhältnismässig geringen gerätemässigen Aufwand erfordert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Fühler ein mit dem Objekt verbundener Plasmabrenner ist, welcher mittels eines in der Schlittenführung gleitenden und von einem Motor angetriebenen Schlittens senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung des Objektes beweglich ist, wobei die Lichtbogenlänge des Plasmabrenners durch Beeinflussung des Motors in Abhängigkeit von der Lichtbogenspannung konstant gehalten wird, wozu eine Regeleinheit vorgesehen ist, in die die Lichtbogenspannung als Regelgrösse eingeführt wird und die auf ein Steuerglied in der Stromführungsleitung des das Objekt gesteuert bewegenden Motors wirkt.
Der erfindungsgemässen Vorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Plasmabrenner die Lichtbogenspannung in einem viel genaueren Masse als bei den üblichen Lichtbogenschweissbrennern
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der Lichtbogenlänge proportional ist. Plasmabrenner sind in der Schweisstechnik bekannt. Sie brauchen deshalb hier nicht genauer beschrieben zu werden. Unter einem Plasmabrenner geringer Leistung, oft auch als "Mikroplasmabrenner" bezeichnet, wird ein Brenner mit einer Leistung von 8 bis 500 W verstanden. Ein solcher Brenner lässt sich deshalb so einstellen, dass das den vorgegebenen Weg wiedergebende Element, beispielsweise ein Werkstück, lediglich etwas erwärmt und nicht beschädigt wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird zweckmässig so ausgeführt, dass zwei Plasmabrenner als Fühler vorgesehen sind, wobei der zweite Plasmabrenner auf einem zweiten Schlitten, der in einer zweiten, zur ersten Schlittenführung senkrecht verlaufenden Schlittenführung gleitet und ein Teil des ersten Schlittens ist, angebracht ist, und die gesteuerten Bewegungen des Objektes unabhängig voneinander verlaufen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der oder einer der Plasmabrenner selbst das geführte Objekt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen Fig. 1 eine Vorrichtung zur Führung eines Objektes in einem konstanten Abstand zu einer Oberfläche und Fig. 2 eine Vorrichtung zur Führung eines Objektes in einem konstanten Abstand zu einer Fuge.
In Fig. l ist-l-ein Plasmabrenner geringer Leistung, der eine Elektrode --2-- und eine Elektrodenhalterung --3-- besitzt. Zwischen der Elektrode --2-- und dem Werkstück --4-brennt der Lichtbogen--5--, zwischen der Elektrode --2-- und dem Brennerkörper der Pilotlichtbogen-6--.
Der Plasmabrenner--l-ist in einer Brennerhalterung --7-- befestigt, mit der der Schlitten --8-- verbunden ist. Der Schlitten --8-- läuft in einer Schlittenführung --9-- mit Hilfe einer vom Motor--10-angetriebenen Gewindespindel--11--. Nicht dargestellt ist das zu führende Objekt, das in irgendeiner, im Zusammenhang mit der Erfindung unwesentlichen Art und Weise mit dem Schlitten --8-- fest verbunden ist. Die Schlittenführung-9-ist mit einem Fahrwerk verbunden, das durch die auf dem Werkstück --4-- sich bewegende Rolle --12-- schematisch angedeutet ist. Die Hauptbewegungsrichtung des Fahrwerks ist senkrecht zur Zeichenebene, die des
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--4--,Werklstück --4-- ohne Beschädigung lediglich etwas erwärmt, wird von der Hauptstromquelle - versorgt.
Die Hilfsstromquelle--15--versorgt den Pilotlichtbogen-6--. Mit den Leitungen--16 und 17-- wird die Lichtbogenspannung des Plasmabrenners-l--der Regeleinheit --18-- als Regelgrösse zugeführt. Die Regeleinheit --18-- ist mit einem einstellbaren Sollwertgeber --19-- verbunden. Sobald sich der mit den Leitungen--16 und 17--abgenommene Istwert der Lichtbogenspannung von einem eingestellten Sollwert unterscheidet, erhält das Steuerglied--20--
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damit den Abstand des zu führenden Objektes von der Oberfläche des Werkstückes --4-- sehr genau konstant zu halten.
In Fig. 2 ist eine Vorrichtung dargestellt, bei der das Objekt in einem konstanten Abstand entlang einer Fuge --22--- geführt werden soll. Das Objekt kann in diesem Fall beispielsweise ein Schweissbrenner sein, mit dem entlang der Fuge --22-- eine Schweissnaht zur Verbindung der Werkstücke --23 und 24-gelegt werden soll. Die Hauptbewegungsrichtung der Vorrichtung verläuft
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verläuft gemäss dem Doppelpfeil --25-- in der Zeichenebene parallel zu der Oberfläche der Werkstücke --23 und 24--.
Im übrigen haben sämtliche Bauelemente der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung die gleiche Funktion wie die entsprechenden Bauelemente der Fig. 1. Die Einhaltung einer bestimmten Höhe der Vorrichtung über den Werkstücken--23 und 24-- erfolgt durch die Rolle --12-, die jedoch auch durch eine komplette Höhensteuerung in der Art der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ersetzt werden kann.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Führung eines Objektes mit Hilfe eines Plasmabrenners als berührungslos arbeitender Fühler ist wegen der sehr genauen Proportionalität zwischen
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Lichtbogenspannung und Lichtbogenlänge sicher und genau. Der Aufbau ist einfach und besteht ausschliesslich aus Bauelementen, die auf verschiedensten technischen Gebieten schon benutzt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Führung des Objektes, beispielsweise einer Bearbeitungsmaschine oder eines Schweissbrenners, in einem konstanten Abstand entlang eines vorgegebenen Weges, mit einem in der Hauptbewegungsrichtung des Objektes ungesteuert bewegten Fahrwerk, auf dem eine senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung verlaufende Schlittenführung angebracht ist, und einem den vorgegebenen Weg berührungsfrei abtastenden Fühler, der die Bewegung des Objektes senkrecht zur Hauptbewegungs-
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Plasmabrenner (1) ist, welcher mittels eines in der Schlittenführung (9) gleitenden und von einem Motor (10) angetriebenen Schlittens (8) senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung des Objektes beweglich ist, wobei die Lichtbogenlänge des Plasmabrenners (1) durch Beeinflussung des Motors (10) in Abhängigkeit von der Lichtbogenspannung konstant gehalten wird,
wozu eine Regeleinheit (18) vorgesehen ist, in die die Lichtbogenspannung als Regelgrösse eingeführt wird und die auf ein Steuerglied (20) in der Stromzuführungsleitung des das Objekt gesteuert bewegenden Motors (10) wirkt.