Claims (1)
Erfindungsanspruch:Invention claim:
Verfahren zur automatischen akustischen Steuerung des Düsenabstandes von Brenn- und Plasmaschneidbrennern unter Verwendung herkömmlicher Brenn- und Plasmaschneideinrichtungen, elektronischer Steuereinheiten sowie eines oder mehrerer Schalldruckaufnehmer, gekennzeichnet dadurch, daß der Schalldruck in gleichbleibendem Abstand von vorzugsweise 0,2 bis 0,8m vom Brenner (5) und in gleichbleibender Höhe mit diesem etwa indessen Höhenniveau erfaßt und in eine Spannung umgewandelt wird, daß danach aus dsm Spannungsspektrum lediglich ein enges Frequenzband im Frequenzbereich oberhalb etwa 1 kHz beim Brennschneiden und oberhalb etwa 1OkHz beim Riasmaschneiden zur weiteren Verarbeitung herausgefiltert und mit einer einstellbaren Sollspannung verglichen und das daraus resultierende Differenzsignal ausgewertet wird. Method for automatic acoustic control of the nozzle spacing of combustion and plasma cutting torches using conventional fuel and plasma cutting devices, electronic control units and one or more sound pressure transducer, characterized in that the sound pressure at a constant distance of preferably 0.2 to 0.8m from the burner (5 ) and at a constant height with this approximately indessen height level is detected and converted into a voltage that then filtered out of dsm voltage spectrum only a narrow frequency band in the frequency range above about 1 kHz in flame cutting and above about 1OkHz in Riasmasschneiden for further processing and with an adjustable target voltage compared and the resulting difference signal is evaluated.
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Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen akustischen Steuerung des Düsenabstandes von Brenn-Plasmaschneidbrennern unter Verwendung herkömmlicher Brenn- und Plasmaschneideinrichtungen, elektronischer Steuereinheiten sowie eines oder mehrerer Schalldruckaufnehmer.The invention relates to a method for automatic acoustic control of the nozzle spacing of fuel plasma cutting torches using conventional fuel and plasma cutting devices, electronic control units and one or more sound pressure transducer.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Es ist bekannt, daß mit Hilfe yon Sensoren die Position von Schweiß- oder Schneidbrennern über einem Werkstück gesteuert werden kann, wobei unter einem Sensor ein technisch-physikalisches System verstanden wird, das ganz bestimmte Informationen über den Betriebszustand des Gerätes, über ausgewählte Werkstückeigenschaften oder über den Ablauf eines Prozesses aufnimmt und in geeigneter Form an Steuerbaugruppen weiterleitet. Sensorinformationen sind also stets mit der Abgabe oder Aufnahme von Energie in irgendeiner Form verbunden. Damit ist es grundsätzlich denkbar, daß auch Schallenergie zur Steuerung eines Düsenabstandes beim Schweißen oder Schneiden genutzt werden kann. So zum Beispiel ist bekannt, daß nach dem Echolotverfahren Entfernungen, Meerestiefen, Schichtdicken u.a. bestimmt werden können. So ist beispielsweise auch bekannt, daß aus der Schallemission des Schweißprozesses beim MBL-Schweißen akustische Informationen in Form des Frequenz- und Amplitudenspektrums des Lichtbogenschalls, charakteristisch für den Prozeßablauf, genommen werden können. In DE-OS 3005041 wird ein Verfahren und zugehörige Vorrichtung zum Führen eines Brenners entlang einer Schweißnaht vorgeschlagen, bei dem die von einem Ultraschallsender ausgestrahlte Energie zur Positionssteuerung verwertet wird. Die Verwertung akustischer Signale beim Steuern eines thermischen Schneidbrenners stößt bei den bekannten Lösungen auf erhebliche Schwierigkeiten, die bisher verhindert haben, diese Methode in der Produktionspraxis zu nutzen. Um die Schneidbrenner, insbesondere bei den am meisten genutzten Verfahren Brenn- und Piamaschneiden, sind zeitlich und räumlich veränderliche Temperaturfelder vorhanden, die z. B. die Abstandssensierung im Düseribereich mittels Ultraschall wegen des starken Temperatureinflusses auf die Schallgeschwindigkeit verfälschen. In den Grenzen unterschiedlich erhitzter Luft- bzw. Gasbereiche kann es auch zu unkontrollierten Reflexionen oder Richtungsänderungen des Ultraschallstrahls kommen, wodurch eine definierte Messung bzw. Steuerung verhindert wird. Störende Einflüsse durch starke und ungleichmäßige Temperaturstrahlung, Flammengase, Stäube, Schlackenspritzer gerade unmittelbar im Düsenbereich der Brenner sind auch bei anderen, z. B. kapazitiven Sensoren vorhanden, mit denen wegen des dann sich stark vergrößernden Toleränzbereiches nicht in größeren Abständen von der Brennerdüse gearbeitet werden kann. Es ist weiterhin bekannt, daß in der akustischen Verfahrensdiagnose ,das Mikrofon nur im Abstand von Zentimetern von der Schallquelle entfernt angeordnet wird, was beim Brenn- und Plasmaschneiden wegen der hohen Wärmebelastung, der Flammengase, Stäube und Schlackeschmelzspritzer grundsätzlich nachteilig ist und daß die Verfahrensgeräusche einen hohen Schalldruckpegel aufweisen sollen, um gut auswertbar zu sein. Es ist weiterhin erkannt worden, daß unterschiedliche Sauerstoffdüsen auch einen unterschiedlichen Schalldruckpegel erzeugen, und zwar von 7OdB und 9OdB und daß Plasmabrenner einen Schallpegel von 11OdB hervorrufen.It is known that with the aid of sensors, the position of welding or cutting torches can be controlled via a workpiece, wherein a sensor is a technical-physical system understood that very specific information about the operating status of the device, on selected workpiece properties or takes the process of a process and passes it on to control modules in a suitable form. Sensor information is thus always associated with the delivery or absorption of energy in some form. Thus, it is basically conceivable that sound energy can be used to control a nozzle spacing during welding or cutting. For example, it is known that distances, sea depths, layer thicknesses and the like are determined by the echosounding method. can be determined. For example, it is also known that acoustic information in the form of the frequency and amplitude spectrum of the arc sound, characteristic of the process sequence, can be taken from the sound emission of the welding process during MBL welding. DE-OS 3005041 proposes a method and associated apparatus for guiding a burner along a weld, in which the energy radiated by an ultrasonic transmitter is utilized for position control. The exploitation of acoustic signals in controlling a thermal cutting torch encountered in the known solutions to considerable difficulties that have hitherto prevented to use this method in production practice. To the cutting torch, especially in the most widely used methods firing and Piamaschneiden, temporally and spatially variable temperature fields are present, the z. B. falsify the distance measurement in Düseribereich by means of ultrasound because of the strong temperature influence on the speed of sound. Uncontrolled reflections or changes in direction of the ultrasound beam may also occur in the boundaries of differently heated air or gas regions, as a result of which a defined measurement or control is prevented. Disturbing influences due to strong and uneven temperature radiation, flame gases, dusts, slag splash directly in the nozzle area of the burners are also in other, z. B. capacitive sensors present, which can not be worked at greater distances from the burner nozzle because of the then greatly enlarging Toleränzbereiches. It is also known that in the acoustic process diagnosis, the microphone is placed only at a distance of centimeters from the sound source, which is basically disadvantageous in fuel and plasma cutting because of the high heat load, the flame gases, dusts and slag melt spatter and that the process noise a high sound pressure level to be well evaluated. It has also been recognized that different oxygen jets also produce a different sound pressure level of 7OdB and 9OdB and that plasma torches produce a sound level of 11OdB.
Weiterhin ist an den bisherigen akustischen Sensierungsmethoden der hohe und komplizierte gerätetechnische Aufwand nachteilig.Furthermore, the high and complicated technical equipment expense is disadvantageous to the previous acoustic Sensierungsmethoden.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Durch die Erfindung ist unter Senkung eines hohen und komplizierten gerätetechnischen Aufwandes eine akustische Steuerung des Düsenabstandes von Brenn-und Plasmaschneidbrennern zu ermöglichen.By reducing the high and complicated equipment complexity, an acoustic control of the nozzle spacing of combustion and plasma cutting torches is to be made possible by the invention.
Das Wesen der ErfindungThe essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur akustischen Steuerung des Düsenabstandes von Brenn- und Plasmaschneidbrennern zu entwickeln, wobei Maßnahmen vorzusehen sind, durch die Störungen der Schalldruckaufnahme durch Schlackenspritzer, Flammengase u.a. weitgehend ausgeschlossen werden, derart, daß eine reproduzierbare Steuerung des Düsenabstandes gewährleistet wird.The invention is based on the object to develop a method for the acoustic control of the nozzle spacing of fuel and plasma cutting torches, measures being provided by the disturbances in sound pressure absorption by slag splash, flame gases u.a. be largely excluded, such that a reproducible control of the nozzle spacing is ensured.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Verwendung an sich bekannter Brenn- und Plasmaschneideinrichtungen, elektronischer Steuereinheiten und eines oder mehrerer Schalldruckaufnehmer der Schalldruck in gleichbleibendem Abstand von etwa 0,2 bis 0,8m vom Brenner und in gleichbleibender Höhe mit dem Brenner etwa in dessen Höhenniveau erfaßt und in eine Spannung umgewandelt wird, daß aus dem Spannungsspektrum lediglich ein enges Frequenzband im Frequenzbereich oberhalb etwa 1 kHz beim Brennschneiden und oberhalb etwa 1OkHz beim Plasmaschneiden herausgefiltert und mit einer einstellbaren Sollspannung verglichen und das daraus resultierende Differenzsignal ausgewertetAccording to the invention the object is achieved in that using conventional combustion and plasma cutting devices, electronic control units and one or more Schalldruckaufnehmer the sound pressure at a constant distance of about 0.2 to 0.8m from the burner and at a constant height with the burner approximately in whose height level is detected and converted into a voltage that filtered out of the voltage spectrum only a narrow frequency band in the frequency range above about 1 kHz in flame cutting and above about 1OkHz in plasma cutting and compared with an adjustable target voltage and evaluated the resulting difference signal
Der Vorteil der erfindungsgemäßen einfachen Lösung resultiert aus der neuen Erkenntnis, daß beim Brenn- und Plasmaschneiden in einem größeren Abstand vom Brenner, größer als bisher von der Fachwelt zur Prozeßanalyse als tauglich befunden, mit einem einfachen Mikrofon bzw. Schalldruckaufnehmer, gekoppelt mit einem Filter in gleichbleibender bestimmter räumlicher Position zum Brenner aufnehmbar, im Frequenzbereich des Schallanteils, der aus der freien Plasmastrahllänge oder freien Brennschneidstrahllänge emittiert wird, Teilbereiche existieren, die für eine reproduzierbare Steuerung des Düsenabstandes nutzbar sind.The advantage of the simple solution according to the invention results from the new knowledge that in fuel and plasma cutting at a greater distance from the burner, found greater than hitherto by the experts for process analysis as suitable, with a simple microphone or Schalldruckaufnehmer coupled with a filter in Consistent specific spatial position to the burner can be received, in the frequency range of the sound component, which is emitted from the free plasma jet length or free flame cutting beam length, subregions exist that can be used for a reproducible control of the nozzle spacing.
Durch den größeren Abstand vom Brenner sind darüber hinaus Störungen der Schalldruckaufnahme durch Schlackenspritzer, Flammffnnase u.a. wfiitaehend ausaeschlossen.Due to the larger distance from the burner are also disturbances of the sound pressure absorption by slag splash, Flammffnnase u.a. wfiitaehend excluded.