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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, einer Schablone oder eine Oberfläche, zu der das Objekt in einem gewissen Abstand gehalten werden soll.
Zur Lösung dieses Problems zur 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 Übertragungsmechnismus 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 so weit 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, die 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 der Abstand zwischen der Düse des Plasmabrenners und dem vorgegebenen Weg durch Beeinflussung des Motors bei Überschreiten der Abreisslänge des Lichtbogens des Plasmabrenners konstant gehalten wird, wozu eine Regeleinheit vorgesehen ist, in die die Lichtbogenspannung eingeführt wird und die bei der mit dem Abreissen oder Wiederzünden des Lichtbogens verbundenen unstetigen Änderung der Lichtbogenspannung ein Signal an ein in der Stromzuführungsleitung des das Objekt gesteuert bewegenden Motors liegendes Steuerglied gibt,
wobei durch einen Schaltvorgang des
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Steuergliedes jeweils die Drehrichtung des Motors umgeschaltet wird.
Der erfindungsgemässen Vorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Abreisslänge des Lichtbogens eines Plasmabrenners, unter der Voraussetzung, dass die übrigen die Eigenschaften des Lichtbogens bestimmenden Variablen, wie Gaszusammensetzung, Gasdurchsatz, Stromstärke usw. konstant gehalten werden, sehr genau konstant ist. Dies bedeutet, dass der Lichtbogen einerseits bei Vergrösserung der Lichtbogenlänge bei einem bestimmten und stets sehr genau gleichen Wert des Abstandes zwischen der Düse des Plasmabrenners und dem Werkstück abreisst und anderseits bei Annäherung des Plasmabrenners an das Werkstück bei nahezu dem gleichen Wert des Abstandes wieder gezündet wird, wobei die Wiederzündung mit Hilfe des im Plasmabrenner stets aufrecht erhaltenen Pilotlichtbogens erfolgt.
Plasmabrenner sind in der Schweisstechnik bekannt. Sie brauchen deshalb hier nicht genauer beschrieben 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 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 ausgebildet, 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.
Vorzugsweise ist dabei 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. l 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
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Zeichenebene, die Bewegungsrichtung des Schlittens --8-- und damit des Objektes und des Plasmabrenners--l--senkrecht zur Oberfläche des Werkstückes --4--, wie durch den Doppelpfeil --13-- angedeutet ist.
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--5-- des plasmabrenners --1--,- 16 und 17--wird die Lichtbogenspannung des Plasmabrenners--l--einer Regeleinheit --18-- als Regelgrösse zugeführt.
Sobald sich der mit den Leitungen--16 und 17--abgenommene Wert der Lichtbogenspannung unstetig ändert, d. h. wenn der Lichtbogen --5-- abreisst oder erneut gezündet wird, erhält ein Steuerglied --20-- von der Regeleinheit --18-- ein Signal, durch das die Drehrichtung des Motors --10-- umgekehrt wird.
Das Steuerglied --20-- liegt für diesen Zweck in der Stromversorgungsleitung von einer Motorstromquelle-21--zum Motor-10--. Mit dieser beschriebenen Punktregelung gelingt es, den Abstand zwischen der Düse des Plasmabrenners-l-und dem Werkstück --4-- und 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 Stossfuge-22--geführt werden soll. Das Objekt kann in diesem Fall beispielsweise ein Schweissbrenner sein, mit dem entlang der Stossfuge-22-eine Schweissnaht zur Verbindung der Werkstücke-23 und 24--gelegt werden soll. Die Hauptbewegungsrichtung der Vorrichtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene. Die gesteuerte Bewegung des Objektes und des Plasmabrenners die beide am Schlitten-8--, das Objekt beispielsweise über den Träger-26--, befestigt sind. verläuft gemäss dem Doppelpfeil --25-- in der Zeichenebene parallel zu der Oberfläche der Werkstücke--23 und 24--.
Hiebei bewegt sich der Plasmabrenner-l-mit dem Objekt bei
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brennendem Lichtbogen --5-- in Richtung zur Kante der Stossfuge-22-. Der Lichtbogen - -5-- erlischt nach Überschreitung der Abreisslänge, wodurch über die Regeleinheit --18-- und das Steuerglied --20-- eine Umkehrung der Bewegungsrichtung des Plasmabrenners-l-hervorgerufen wird. Im übrigen haben sämtliche Bauelemente der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung die
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ersetzt werden kann.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Führung eines Objektes mit Hilfe eines Plasmabrenners als berührungslos arbeitender Fühler ist wegen der sehr genauen Abhängigkeit der Abreisslänge des Lichtbogens vom Abstand zwischen Elektrode und Werkstück sicher und genau. Der Aufbau einer erfindungsgemässe Vorrichtung ist einfach und besteht ausschliesslich aus Bauelementen, die auf den verschiedensten technischen Gebieten schon benutzt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. 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 Hauptbewegungs-
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Motor (10) angetriebenen Schlittens (8) senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung des Objektes beweglich ist, wobei der Abstand zwischen der Düse des Plasmabrenners (1) und dem vorgegebenen Weg durch Beeinflussung des Motors (10) bei Überschreiten der Abreisslänge des Lichtbogens (5) des Plasmabrenners (1)
konstant gehalten wird, wozu eine Regeleinheit (18) vorgesehen ist, in die die Lichtbogenspannung eingeführt wird und die bei der mit dem Abreissen oder Wiederzünden des Lichtbogens (5) verbundenen unstetigen Änderung der Lichtbogenspännung ein Signal an ein in der Stromzuführungsleitung des das Objekt gesteuert bewegenden Motors (10) liegendes Steuerglied (20) gibt, wobei durch einen Schaltvorgang des Steuergliedes (20) jeweils die Drehrichtung des Motors (10) umgeschaltet wird.
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