DD141637A1

DD141637A1 - ARRANGEMENT FOR TOUCHLESS, SELF-TAG BRENNERHOEHENVERSTELLUNG

Info

Publication number: DD141637A1
Application number: DD21143979A
Authority: DD
Inventors: Hans-Joachim Telzer; Bernd Srowig; Hans Froehlich; Horst Domrau
Original assignee: Telzer Hans Joachim; Bernd Srowig; Hans Froehlich; Horst Domrau
Priority date: 1979-03-07
Filing date: 1979-03-07
Publication date: 1980-05-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur berührungslosen, selbsttätigen Brennerhöhenverstellung, insbesondere an Schneidmaschinen, durch welche die Leitfähigkeitsänderung der Gasflamme gemessen und als Stellgröße für die Stellmotoren genutzt wird. Es ist Ziel der Erfindung, die Meßwerterfassung punktförmig unter dem Schneidbrenner zu ermöglichen. Der Meßwert wird mit Hilfe einem parallel zur Gasflamme angeordneten R/C-Glied erfaßt, einem Meßverstärker zugeführt und dessen Ausgangssignal zur Ansteuerung eines instabilen Schmitt-Triggers genutzt, durch welchen Schaltglieder für die Auf- und AbwärtsSteuerung des Brenners angesteuert werden. Das.Ausführungsbeispiel der Erfindung weist auf die Bemessung der Bauelemente hin, die so abgestimmt Sind, daß eine Stromüberlastung der Gasflamme angeschlossen ist und der erfindungsgemäße Erfolg eintritt. - Figur -The invention relates to an arrangement for non-contact, automatic torch height adjustment, in particular to Cutting machines, by which the conductivity change of Gas flame measured and used as a manipulated variable for the servomotors becomes. It is an object of the invention, the measured value detection punctiform to allow under the cutting torch. The measured value is determined with help detected a parallel to the gas flame R / C member, a Measuring amplifier supplied and its output signal for driving an unstable Schmitt trigger used by which Switching elements for the upwards and downwards control of the burner be controlled. The embodiment of the invention features on the design of the components that are tuned that a current overload of the gas flame is connected and the Success of the invention occurs. - Figure -

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur berührungslosen, selbsttätigen Brennerhöhenverstellung, insbesondere an Schneidmaschineη unter Auswertung der Leitfähigkeit sand er ung der Gasflamme zwischen Brenner und Werkstück, insbesondere für den Einsatz an Portalbrennschneidmaschinen.The invention relates to an arrangement for non-contact, automatic torch height adjustment, in particular on Schneidmaschineη under evaluation of the conductivity sand he ung the gas flame between the burner and workpiece, especially for use on portal cutting machines.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Die Verstellung der Brennerhöhe an Schneidmaschinen erfolgt beim gegenwärtigen Stand der Technik mit Hilfe mechanischer Mittel, wie Rad, Kugel oder Korb, die an einer auf elektrische Schaltelemente wirkender Taststange angebracht sind oder aber mit berührungslosenThe adjustment of the burner height of cutting machines takes place in the current state of the art by means of mechanical means, such as wheel, ball or basket, which are mounted on a sensing element acting on electrical switching elements or with non-contact

Stelleinrichtungen» Als berührungslose Stelleinrichtungen sind-induktive oder kapazitive Höhengeber bekannt. Induktive Höhengeber sind als Differentialtransformatoren aufgebaut oder der induktive Widerstand einer wechseis tromerregten Spule wird als Funktion des Bauteilabstandes gemessen und als Stellgröße benutzt» Die kapazitiven Höhengeber verwenden beispielsweise nach DE-OS 19 41 728 die sich zwischen einer Abtastelektrode und dein-Werkstück meßbare Kapazität als Stellgröße,Control devices »Inductive or capacitive altitude sensors are known as non-contact control devices. Inductive altitude sensors are constructed as differential transformers, or the inductive resistance of a coil that is tromerically excited is measured as a function of the component spacing and used as a manipulated variable. The capacitive altitude sensors use, for example, according to DE-OS 19 41 728 the capacitance measurable between a scanning electrode and your workpiece as the manipulated variable .

Als v/eitere berührungslose Stelleinrichtung ist ein pneumatischer Höhengeber nach DE-OS 24 02 053 bekannt, bei welchem der sich, mit dem Abstand des Werkstückes von einer Düse einstellende Staudruck gemessen und zur Abstandsregelung des Brenners genutzt wird. Beim Plasmaschmelzschneiden wird gemäß DE-OS 15 65 733 der sich mit der Bogenlänge ändernde elektrische Widerstand gemessen, durch einen Soll-Ist-Wert-Vergleich in einem Verstärker aufbereitet und dient als Stellgröße für die Höhenregulierung des Plasmabrenners*As a v / eitere non-contact adjusting device, a pneumatic altitude sensor according to DE-OS 24 02 053 is known in which the measured, with the distance of the workpiece from a nozzle adjusting dynamic pressure and used to control the distance of the burner. When plasma melt cutting is measured in accordance with DE-OS 15 65 733 of the arc length changing electrical resistance, processed by a target-actual-value comparison in an amplifier and serves as a manipulated variable for the height regulation of the plasma burner *

Die Gasflamme von Gasschneidbrennern unterliegt nicht den gleichen Gesetzmäßigkeiten, weshalb alle Versuche scheiterten, eine Höhenverstellung über Haupt- und Hilfsparame ter der Gasflamme herbeizuführen· So wurden Lösungen bekannt, Aussagen über den qualitativen Verlauf des Schnittvorganges aus der Brennerflamme zu gewinnen, indem wie bei DE-OS 11 12 684 die Strahlungsintensität der Flamme fotoelektrisch ausgewertet und mit vorgegebenen Sollwerten verglichen -wurden» Nach DE-OS 19 54 030 soll gleichfalls der Metallsohne i dvor gang kontrolliert werden* In diesem Falle v/erden die elektrischen Eigenschaften der ionisierten Gasflamme als Meßgröße genutzt* Als Meßelektroden dienen der Gasbrenner und die Werkstückoberfläche« Mit der Flamme soll eine BezugswechselspannungsqueHe und eine Meßeinheit in Reihe geschaltet werden,» Die Analyse des Me-The gas flame of gas cutting torches is not subject to the same laws, which is why all attempts failed to bring about a height adjustment of main and auxiliary parameters of the gas flame · Thus, solutions were made to gain statements about the qualitative behavior of the cutting process from the burner flame by OS 11 12 684, the radiation intensity of the flame was photoelectrically evaluated and compared with predefined setpoint values. According to DE-OS 19 54 030, the metal son should also be controlled in this case. In this case, the electrical properties of the ionized gas flame are used as the measured variable * The gas burner and the workpiece surface are used as measuring electrodes «The flame should be used to connect a reference alternating voltage and a measuring unit in series,» The analysis of the

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tallschneidvorganges geschieht durch die Messung des durch die Flamme fließenden Stromes und die Erfassung der zu einer Berührungskennlinie entstehenden Abweichungen, welche eine Aussage ifber Fehl- oder Vollschnitt ermöglichen soll·The high-cutting process is performed by the measurement of the current flowing through the flame and the detection of the deviations resulting from a contact characteristic curve, which should make it possible to indicate whether the defect is faulty or full cut ·

Zur Steuerung des Vorschubs einer automatischen Gasschneidevorrichtung, d.h. ebenfalls zur Überwachung der.Brennerflamme, wird nach.DE-AS 19 62 170 fener vorgeschlagen, das über der Flamme meßbare, durch die Ionisation hervorgerufene Signal, das einer EMK gleichkommt, zu erfassen und als Steuersignal zu verarbeiten. Aus dieser Schrift geht unter anderem hervor, daß das Potential nahezu unabhängig vom Brennerabstand und weithin als Signal für eine Brennerhöhenverstellung ungeeignet ist. Durch die US-PS 2,364.645 v/urde darüberhinaus bekannt, die Höhe der Brennerdüse im Abstand vom Werkstück zu verstellen, indem die elektrische Leitfähigkeit der Brennerflsjnme gemessen, in. einem Verstärker verarbeitet und als Stellgröße für die Antriebsmotoren der Höhenverstelleinrichtung verwendet wird. Versuche haben jedoch bewiesen, daß eine derartige Steuerung im Rahmen der durch die Brennschneidtechnik vorgegebenen Forderungen nicht funktionsfähig ist. Wesentlicher Nachteil ist die erforderliche Konstanz von Oberflächentemperatur des Werkstückes und Mischungsverhältnis der Gase, wenn eine hinreichende Regelgenauigkeit erreicht v/erden soll. Diese Voraussetzung ist in der Praxis kaum oder aber unter einem unverhältnismäßig großen zusätzlichen Schaltungsaufwand zu erfüllen· Sofern, bedingt durch den Schneidprozeß^ ein Verstellen der Flamme erforderlich ist, muß gleichzeitig eine neue Einstellung der Brennerhöhe erfolgen. Aus der durch die US-PS 2.364.645 offenbarten Schaltung ist ferner ersichtlich, daß ungewollte Höhenverstellungen bereits durch Verschiebungen des in jeder industriellen AnlageTo control the feed of an automatic gas cutting device, i. also for monitoring the burner flame, it is proposed, according to DE-AS 19 62 170 fener, to detect the signal which can be measured above the flame and caused by the ionization, which equals an EMF, and to process it as a control signal. It is clear from this document, inter alia, that the potential is almost independent of the torch spacing and widely unsuitable as a signal for a burner height adjustment. Furthermore, US Pat. No. 2,364,645 discloses the height of the burner nozzle to be adjusted at a distance from the workpiece by measuring the electrical conductivity of the burner surfaces, processing it in an amplifier and using it as a manipulated variable for the drive motors of the height adjustment device. However, experiments have proven that such a control is not functional in the context of the requirements imposed by the flame cutting technology. The main disadvantage is the required constancy of the surface temperature of the workpiece and the mixing ratio of the gases, if a sufficient control accuracy is to be achieved. This requirement is hardly or in practice to meet a disproportionately large additional circuitry in practice · If, due to the cutting process ^ an adjustment of the flame is required, a new adjustment of the burner height must be done simultaneously. From the circuit disclosed by US Pat. No. 2,364,645 it is further apparent that unwanted height adjustments are already caused by shifts in the industrial plant

vorhandenen und sich verändernden Massepotentials erfolgen v/erden. In die Meßwerterfassung gehen ferner die Leitfähigkeitsnebenschlüsse ein, die besonders durch die Gas- (Azetylen) - Schläuche entstehen und eine Größenordnung besitzen, v/elche nicht vernachlässigt werden kann. Aus diesen Gründen haben sich Steuersysteme der beschriebenen Art in der Industrie nicht durchsetzen können, wobei der Nachteil aller übrigen Steuerungen in Kauf genommen wurd$, daß durch die Lage anderer Gebertypen neben dem Schneidwerkzeug besonders bei Konturenschnitten oder nichtebener Werkstücke Schneidfehler nicht zu vermeiden sind.existing and changing ground potentials are realized. Also included in the data acquisition are the conductivity shunts, which are particularly caused by the gas (acetylene) hoses and have an order of magnitude which can not be neglected. For these reasons, control systems of the type described have not been able to prevail in the industry, the disadvantage of all other controllers was taken into account $, that cutting errors can not be avoided by the location of other types of encoder next to the cutting tool especially for contour cuts or non-planar workpieces.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine Meßwerterfassung punktförmig unter dem Schneidbrenner zu ermöglichen, die es gestattet, die Höhenverstellung eines oder mehrerer Schneidbrenner, insbesondere auf Portalbrennschneidmaschinen, zu automatisieren*The aim of the invention is to enable a measured value detection punctiform under the cutting torch, which makes it possible to automate the height adjustment of one or more cutting torches, in particular on portal cutting machines, *

Das- Wesen der ErfindungThe essence of the invention

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung vorzuschlagen, durch welche die Leitfähigkeit der Gasflamme als Regelgröße für eine Brennerhöhenverstellung benatzt werden und der Regelvorgang mit einer der Praxis genügenden Genauigkeit ausgeführt werden kann»The invention has for its object to propose an arrangement by which the conductivity of the gas flame benatzt be used as a controlled variable for a burner height adjustment and the control process with a practice sufficient accuracy can be performed »

Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe zu lösen ist, wenn die Grenzen der elektrischen Belastungsfähigkeit der Gasflamme erkannt und die Leitfähigkeit mit Hilfe eines Stromes gemessen wird, der unterhalb der Grenze der elektrischen Belastungsfälligkeit der Gasflamme liegt» Wird diese Grenze über schritten^, treten Instabilitäten der Meßwerte auf und ein eindeutiger RegeIvorgang ist nicht durchführbar«It has now been found that this object is to be solved if the limits of the electrical load capacity of the gas flame are detected and the conductivity is measured by means of a current which is below the limit of the electrical load susceptibility of the gas flame. "If this limit is exceeded Instabilities of the measured values and a clear control action is not feasible «

-s- 211 43-s 211 43

Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß der sich, vom Brenner zum Werkstück erstreckenden Gasflamme eine R-C-Kombination parallel geschaltet und in Reihe mit einem Dämpfungsv/iderstand an eine Meßspannungsquelle angeschaltet· Dabei bestimmt der der Gasflamme parallel geschaltete Widerstand im wesentlichen den durch die Gasflamme fließenden Meßstrom und ist entsprechend dem eingesetzten Brenngas zu bemessen. Der Kondensator der R-C-Kombination dient der Glättung des an sich verrauschten Signales aus der Brennergasflamme. Das V/erkstUck ist dabei über einen einstellbaren Spannungsteiler mit der Meßspannungsguelle verbunden, so daß das Werkstückpotential vorgewählt werden kann. Ein mit dem Werkstückpotential und andererseits mit dem entgegengerichteten Potential der Meßspannungsquelle verbundener Meßverstärker, der den durch die Leitfähigkeit der Gasflamme bestimmten Spannungsabfall über einem Eingangswiderstand mißt, steuert einen Schmitt-Trigger an, der instabil, also durch drei Arbeitslagen (Ausgang 1 - ein, Ausgang 2 = aus, Ausgang 1 und Ausgang 2 = ein) gekennzeichnet ist. Dieser Schmitt-Trigger steuert letztlich zwei für den Aufwärts- und Abwärtstransport des Brenners vorgesehene Schallglieder, beispielsweise Relais an· Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung an Brennsohn eidmaschinen mit Mehrbrennerausrüstung macht es sich zur Ausschaltung der gegenseitigen Beeinflussung der Regeleinrichtungen erforderlich, eine serielle Abfrage der einzelnen Gasflammen, beispielsweise durch die Anordnung von Schieberegistern,vorzusehen. Neben dem Einsatz an Brennschneidmaschinen ist die erfindungsgemäße Anordnung überall dort einzusetzen, wo der Abstand eines Brenners, der durch ein Brenngas gespeist wird, von einem metallischen V/erkstück gemessen und gegebenenfalls konstant zu halten ist.For this reason, according to the invention, an RC combination is connected in parallel with the gas flame extending from the burner to the workpiece and connected in series with a damping resistor to a measuring voltage source. The resistance connected in parallel to the gas flame essentially determines the measuring current flowing through the gas flame is to be sized according to the fuel gas used. The capacitor of the RC combination is used to smooth the noise signal from the burner gas flame. The device is connected via an adjustable voltage divider with the Meßspannungsguelle, so that the workpiece potential can be preselected. A connected to the workpiece potential and on the other hand with the opposite potential of the measuring voltage source measuring amplifier, which measures the determined by the conductivity of the gas flame voltage drop across an input resistance, controls a Schmitt trigger, the unstable, ie by three working positions (output 1 - on , output 2 = off, output 1 and output 2 = on). This Schmitt trigger ultimately controls two provided for the upward and downward transport of the burner sound elements, such as relays · When using the inventive arrangement of Brennsohn egg machines with Mehrbrennerausrüstung makes it necessary to eliminate the mutual influence of the control devices, a serial query of the individual gas flames For example, by the arrangement of shift registers provide. In addition to the use of flame cutting machines, the arrangement according to the invention is used wherever the distance of a burner, which is fed by a fuel gas, is measured by a metallic workpiece and, if necessary, kept constant.

Das kann auch in solchen Fällen bedeutsam sein, "bei denen der Gasbrenner als Hilfsmittel für die Nachsteuerung anderer Werkzeuge eingesetzt wird.This can also be significant in those cases where the gas burner is used as a tool for adjusting other tools.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert γ/erden.The invention will be explained in more detail below on an exemplary embodiment γ / ground.

Die dazugehörende Zeichnung zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Auswertung der Leitfähigkeitsänderung der Brennerflamme. . Die Leitfähigkeitsänderung der Azetylenflamme 3 zum Werkstück 2 (Wetzwerk) wird über die Widerstandskombination R₁ ; R₉; R-jj R₁ erfaßt und einem Gleichspannungsverstärker 5 zugeführt« Der Widerstand R1 und der Kondensator C 1 liegen parallel zur Azetylenflamme 3 und stellen ein Zeitglied dar, welches unerwünschte schnelle Leitfähigkeitsänderungen abschwächt und glättet» Die Oberfläche aäes Werkstückes 2 kann mit R 3 in ihrem elektrischen Potential zur Meßspannungsauelle 4 verschoben werden. Bainit wird eine Einstellmöglichkeit, je nach Flammenbild mud gewünschtem Abstand zur Oberfläche des Werkstückes 2 geschaffene. Der V/iderstand R 2 stellt ein Begrenzungswiderstand dar, der ein Aufsetzen des Brenners 1 auf die Oberfläche des Y/erkstückes 2 verhinderte Mit H 4 ist ein Widerstand in Reihe geschalten, v/elcher bei eventuell auftretendem Kurzschluß zwischen Brenner 1 und Werkstück 2 ein Überlasten der MeßSpannungsquelle 4 verhindert» Die Meßspannungsquelle stellt eine hochstabile Spannung mit geringster Restwelligkeit zux Meßwerterfassung bereit« Das elektrische Potential an der Oberfläche des Werkstückes 2 wird durch die Leitfähigkeit der Gasflamme 3 bzw. durch den Widerstand R 3 bestimmt«. Dieses Potential wird einem Meßverstärker 5 zugeführt, der nachfolgend einen Schmitt-Trigger 6 ansteuert« Der Schmitt-TriggerThe accompanying drawing shows the circuit arrangement according to the invention for evaluating the change in conductivity of the burner flame. , The change in conductivity of the acetylene flame 3 to the workpiece 2 (Wetzwerk) via the resistor combination R ₁ ; R ₉ ; R-jj R ₁ detected and fed to a DC amplifier 5. The resistor R1 and the capacitor C 1 are parallel to the Acetetierflamme 3 and represent a timing element, which attenuates and smoothes unwanted fast conductivity changes and smoothes »The surface of a workpiece 2 can with R 3 in their electrical potential to Meßspannungsauelle 4 are moved. Bainit is an adjustment, depending on the flame image mud desired distance to the surface of the workpiece 2 created. The resistor R 2 constitutes a limiting resistor which prevents the burner 1 from being placed on the surface of the workpiece 2. H 4 is a resistor connected in series, and any short circuit between the burner 1 and the workpiece 2 occurs Overloading the measuring voltage source 4 prevents »The measuring voltage source provides a highly stable voltage with the lowest possible residual ripple for measuring value detection « The electrical potential at the surface of the workpiece 2 is determined by the conductivity of the gas flame 3 or by the resistance R 3 «. This potential is supplied to a measuring amplifier 5, which subsequently activates a Schmitt trigger 6 "The Schmitt trigger

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steuert am Ausgang zwei Relais, die je nach Stellung eine Ab- oder Aufwartsbewegung des Brenners 1 einleiten.controls at the output two relays, which initiate depending on the position of a downward or upward movement of the burner 1.

Beim Schneiden mit Azetylen-Sauerstoff-Flamme ist die Schaltung durch folgende Widerstandswerte gekennzeichnet, die "bei einer Meßspannung von 3 V gelten: R₁ = 60...200 kX* R₂ = R₃ = R₄ β 10 k XlWhen cutting with acetylene-oxygen flame, the circuit is characterized by the following resistance values, which apply at a measuring voltage of 3 V: R ₁ = 60 ... 200 kX * R ₂ = R ₃ = R ₄ β 10 k Xl

Da die Auswertung der Leitfähigkeit über die Oberfläche des Werkstückes 2 realisiert wird, ist ein Mehrbrennerbe trieb auf gleicher Blechoberfläche nur möglich, wenn nacheinander die Meßstellen erfaßt und ausgewertet werden. Eine Beeinflussung der Brenner untereinander ist dann nicht mehr gegeben,, da je nach Brennereinstellung die unterschiedlich eingestellten Blechpotentiale mit ab- oder zugeschalten, werden. Bis zu einer Brenneranzahl von 2 ist diese Umschaltung noch mit Kontaktschaltungen (Relais das von einem Flip-Flop gesteuert wird: Schaltfrequenz 95 Hz) möglich. Vergrößert sich die Brenneranzahl, ist aus verfahrenstechnischen Gründen eine elektronische Abfrageeinheit zu verwenden.Since the evaluation of the conductivity over the surface of the workpiece 2 is realized, a Mehrbrennerbe drive on the same sheet surface is only possible when successively the measuring points are detected and evaluated. An influence on the burner with each other then no longer exists, since depending on the burner setting the different set plate potentials with switched off or switched. Up to a burner number of 2, this switching is still possible with contact circuits (relay which is controlled by a flip-flop: switching frequency 95 Hz). If the number of burners increases, an electronic interrogation unit should be used for procedural reasons.

Durch die Anordnung der Schaltungsvariante sind die sonst für die Leitfähigkeitsänderungen ausschlaggebenden Faktoren wie Gasdruck sowie Gaszusammensetzung auf ein Minimum begrenzt worden.The arrangement of the circuit variant, the otherwise crucial for the conductivity changes factors such as gas pressure and gas composition have been limited to a minimum.

Diese Schaltungsanordnung kann auch für die Überwachung der Schneidflamme ausgenutzt werden. Eine Auswertung "Flamme Kontakt zum Werkstück" kann an Schneidportalen angewandt werden, um ein Durchrutschen der Schleppsupporte nach Verlassen des Bleches über eine schaltbare Verriegelungseinheit zu verhindern.This circuit arrangement can also be utilized for monitoring the cutting flame. A "Flame contact to the workpiece" evaluation can be applied to cutting gantries in order to prevent slippage of the towed supports after leaving the metal sheet via a switchable locking unit.

Claims

invention claim

Arrangement for non-contact, automatic torch height adjustment, in particular on cutting machines with evaluation of the change in conductivity of the gas flame between burner and workpiece, characterized in that-the burner (1) to the workpiece (2) extending gas flame (3) an RC combination (R ^ C ₁ ) connected in parallel, via an in
Row arranged damping resistor (R ^) applied to a measuring voltage source (4) and the workpiece (2) via an adjustable voltage divider (R ₂ JRo)
is connected to the measuring voltage source (4), while a measuring amplifier (5) the workpiece (2) and the Me.ßspannungsquelle (4) connected downstream and with his
Output is connected to an unstable Schm.-itt trigger (6), which with switching devices for the upward and downward transport, the burner (1)
is provided ·

- For this a sheet drawing -