DD236471A1 - Einrichtung zur taktilen abtastung einer schweissfuge - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur taktilen Abtastung einer Schweissfuge. Ziel ist, ein Sensorsystem mit geringem Bauvolumen und konstruktiven Aufwand zu schaffen. Diese Einrichtung ist so zu gestalten, dass durch eine Kombination elastisch beweglicher und elektrisch kontaktgebender Fuehler Signale ueber den Nennabstand des Schweissbrenners zur Schweissnaht in eine oder mehrere Bewegungsrichtungen gewonnen werden. Kennzeichnend ist, dass an der gebenueber dem Brennerpotential elektrisch isolierten Gasduese eines Schutzgasschweissbrenners je nach Bewegungsrichtung ein oder mehrere elastisch bewegliche und elektrisch leitfaehige Tastelemente isoliert befestigt, mit einem wiederum isolierten Kontaktelement versehen und elastisch beweglich sind, wobei die Abstaende zwischen Kontaktelement und Gasduesenoberflaeche kleiner als die Abstaende zwischen dem Tastelement und der Gasduesenkante gewaehlt werden, dass das Tastelement, das Kontaktelement, die Gasduese und das Schweissteil elektrisch derart mit einer Verarbeitungseinheit der Steuerung des Bewegungsapparates fuer den Schweissbrenner in Wirkverbindung stehen, dass bei jedem der moeglichen Kontaktzustaende die erforderliche Korrektur der Brennerstellung und bei gleichzeitiger Beruehrung zwischen Schweissteil, Tastelement und Gasduese infolge Kollision der sofortige Roboterstop erzielbar ist. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur taktilen Abtastung einer Schweißfuge, insbesondere beim Schutzgasschweißen von Kehl-und V-Nähten.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, beim automatisierten Lichtbogenschutzgasschweißen den Schweißkopf mittels Positioniersensorensystemen in einer schweißgerechten Position zur Nahtfuge zu führen.

Bekannt sind berührungslos arbeitende Abtastsysteme zur Aufnahme der Werkstückkonturen, die nach den verschiedensten Wirkprinzipien arbeiten. Mit Ausnahme der D-Feldsensoren (P 3145717.7) sind in jedem Fall empfindliche Baugruppen (Sensorköpfe) in der Nähe des Schweißbrenners angeordnet, so daß die Signalaufnahme durch die extremen Bedingungen des Schweißprozesses erschwert wird. Die Baugröße der Sensorköpfe einschließlich des D-Feldsensors ist im Vergleich zum Schweißbrenner relativ groß. Dies bedingt, daß zum einen feine Konturen in der Regel nicht abgetastet werden können, zum anderen die Signalgewinnung an Positionen erfolgt, die relativ weit von der Schweißsteile entfernt sind.

Nach der DE-OS 2500182 ist bekannt. Signale in der Nähe des Schweißbrenners zu gewinnen, wobei optische Sensoren in Form der Videotechnik eingesetzt werden. Nachteilig ist bei dieser Lösung ein großer steuerungstechnischer Aufwand.

ÜberSignaiauswertung des Lichtbogens ist es möglich, den Brenner genau in der Nahtfuge zu halten, ohne daß zusätzliche Anbauten den Brenner volumen-und massenmäßig vergrößern (DE-OS 2611377). Probleme des Nahtsuchens außerhalb der Schweißzeiten sind auf diese Weise nicht lösbar. Weiterhin ist diese Möglichkeit auf wenige Verfahrensvarianten beschränkt.

Die Abtastung von feinen Konturen in Schweißbrennernähe ist durch den Einsatz von taktilen Gebern möglich. Die einfachsten Systeme gehen von einer direkten mechanischen Abtastung der Fuge, Ecke oder Kante aus (z.B. DE-AS 1615451). Durch mechanische Kräfte, erzeugt durch Druckfedern oder die Schwerkraft, wird das Abtastsystem, welches starr mit dem Schweißbrenner gekoppelt ist, gegen das Werkstück gedrückt und somit eine eindeutige Zuordnung Brenner — Schweißstelle geschaffen. Aufgrund der relativ großen Kräfte, die von diesen Gebern übertragen werden, ist der Verschleiß groß.

Mit Hilfe solcher Systeme ist nur eine geringfügige Korrektur der Brennerposition möglich. Für eine sensorgeführte Nahtsuche sind derartige Einrichtungen aufgrund der fehlenden Rückführung zur Steuerung nicht geeignet.

Taktile Geber, bestehend aus einem elastischen Fühler oder Hebel, der gegenüber dem starren Brenner innerhalb einer geringfügigen Ausdehnung flächig oder räumlich beweglich ist, die analoge oder diskrete vorzugsweise elektrische Signale zur eigenen Deformation abgeben, sind für Nahtfugensuche, zur Fugenerkennung und Führung des Schweißkopfes während des Schweißvorganges geeignet. Solche taktilen Geber sind mit entsprechenden elektronischen Baugruppen versehen. Die elektronischen Baugruppen sind in der Nähe des Schweißlichtbogens angeordnet, die gegenüber thermischen Einflüssen, Magnetfeldern sowie Verschmutzung empfindlich sind.

Zur Gewährleistung einer Funktionsweise sind umfangreiche konstruktive Maßnahmen notwendig, z. B. Wasserkühlung, die die Baugröße negativ beeinflussen und zu hohen Kosten führen. Weitestgehend unempfindlich gegen die o. g. Einflüsse sind taktiie pneumatische Geber, die aus einer einseitig verschlossenen Schraubenfeder (Spirale) bestehen. Der Nachteil solcher Einrichtungen besteht darin, daß keine Aussage über die Richtung erfolgt. Eine zusätzliche Richtungsauswertung erfordert ein erhöhtes Bauvolumen in unmittelbarer Nähe der abzufahrenden Fuge und ist deshalb nur bedingt einsetzbar.

Weiterhin sind Verfahren zur Nahtverfolgung bekannt, bei denen einfache elektrische Kontaktelemente die Berührung des Werkstückes signalisieren. Als Kontaktelement kommt hierbei z. B. ein Wolframdraht zum Einsatz. Nachteilig ist hierbei, daß der Sensor nur ein Zweipunktverhalten der Lagekorrektur gewährleistet, was zu einem ständigen Oszillieren des Brenners und damit zu dynamischen Lageabweichungen führt.

Ziel der Erfindung

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, ein Sensorsystem mit möglichst geringem Bauvolumen und geringem konstruktiven Aufwand zu schaffen. ,-

Das Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Berücksichtigung der konstruktiven und elektrischen Besonderheiten des Schweißbrenners durch eine Kombination elastisch beweglicher und elektrisch kontaktgebender Fühler Signale über den Nennabstand bzw. über zu große und zu geringe Entfernung des Schweißbrenners zur Schweißnaht in einer oder mehreren Bewegungsrichtungen bei gleichzeitiger Gewährleistung eines Kollisionsschutzes zu gewinnen.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß an der gegenüber dem Brennerpotential elektrisch isolierten Gasdüse eines Schutzgasschweißbrenners je nach Bewegungsrichtung ein oder mehrere elastisch bewegliche und elektrisch leitfähige Tastelemente isoliert befestigt, mit einem wiederum isolierten Kontaktelement versehen und elastisch beweglich sind,

der Gasdüsenkante gewählt werden, daß das Tastelement, das Kontaktelement, die Gasdüse und das Schweißteil elektrisch derart mit einer Verarbeitungseinheit der Steuerung des Bewegungsapparates für den Schweißbrenner in Wirkverbindung stehen, daß bei jedem der möglichen Kontaktzustände die erforderliche Korrektur der Brennerstellung und bei gleichzeitiger Berührung zwischen Schweißteil, Tastelement und Gasdüse infolge Kollision, der sofortige Roboterstop erzielbar ist. Kennzeichnend ist, daß die Kontaktelemente bei einer geringfügigen elastischen Auslenkung des jeweiligen Tastelementes die isoliert gegenüber dem Brennerpotential angebrachte Gasdüse berührt, dabei ist das Sensorelement so gestaltet, daß es bei einer größeren elastischen Auslenkung direkt die Gasdüse berührt. Somit können je nach Berührung bzw. Auslenkung des Tastelementes durch das Schweißteil folgende vier charakteristische Zustände auftreten:

— Keine Berührung und Auslenkung des Tastelementes durch das Schweißteil — Brennerabstand in der betreffenden Bewegungsrichtung zu groß.

— Elektrische Berührung zwischen Schweißteil und Tastelement ohne merkliche Auslenkung — Nennposition des Brenners in der betreffenden Bewegungsrichtung.

— Elektrische Berührung zwischen Schweißteil und Tastelement und geringfügige Auslenkung des Tastelementes, dadurch Berührung des Kontaktelementes mit der Gasdüse — Brennerabstand in der betreffenden Bewegungsrichtung ist zu klein.

— Größere Auslenkung des Tastelementes und dadurch direkte elektrische Kontaktgabe zwischen Tasteiement und Gasdüse oder direkte Berührung zwischen Schweißteil und Gasdüse — Kollision und damit erforderlicher Stop des Bewegungsapparates.

Die Tastelemente können stabförmig oder schleifenförmig ausgeführt und z. B. bei einer Ausführung aJs Röhrchen wassergekühlt sein.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend näher erläutert werden. Die dazugehörenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Schnittdarstellung der Einrichtung

Fig. 2: Seitenansicht zu Fig. 1

Fig. 3: Draufsicht zu Fig. 1

Fig.4-7: die Arbeitszustände der Einrichtung

Die Einrichtung zur Abtastung einer Schweißfuge gemäß Fig. 1 besteht aus dem Klemmring 1, der aus nichtleitendem Material besteht und an die Gasdüse 2 eines Schutzgasschweißbrenners befestigt ist und zwei elastisch verformbaren Tastelementen 3 und 4, die wassergekühlt ausgeführt sind. Entsprechend der Nähtgeometrie sind die Tastelemente 3 und 4 U-förmig gebogen und werden über die Anschlüsse 5 mit Kühlwasser versorgt. Sie stellen die Wirkverbindung mit der abzutastenden Schweißnaht 6 her.

Gemäß Fig.3 werden die Tastelemente 3 und 4 immer paarweise, gegenüberliegend in Eingriff gebracht, wobei der Klemmring 1 so ausgebildet ist, daß im Bedarfsfall auch vier Tastelemente eingesetzt werden können, um rechtwinklig zueinander angeordnete Schweißnähte abzutasten. Die Wirkungsweise der Einrichtung beruht auf dem taktilen Abtasten der Nahtflanken 7 und 8 einer Kehl- oder Stumpfnaht, um die Gasdüse und somit den Schutzgasschweißbrenner exakt in der Nahtmitte 6 zu führen (Fig.. 1). Die dabei möglichen auftretenden Funktionszustände zeigen die Fig.4-7. Nach Fig.4 liegt nur ein Tastelement 3 an der Nahtflanke 7 an, der Brenner ist nicht mittig zur Naht 6 und muß durch eine entsprechende Positioniereinrichtung in mindestens zwei Achsen nachgeführt werden bis beide Tastelemente 3,4 an den Nahtflanken 7,8 anliegen (Fig. 5), damit ist der Normalzustand hergestellt und der Schweißvorgang wird eingeleitet. Bei zu starkem Andrücken eines Tastelementes 3,4 an eine Nahtflanke 7,8 wird dieses elastisch verformt bis ein Kontaktelement 9 oder 10, die in den Isolierstücken 11 und 12 an den Tastelementen 3,4 befestigt sind, an den Außenmantel der Gasdüse 2 gedrückt wird (Fig. 6). Das dadurch ausgelöste Signal bewirkt, daß der Schutzgasbrenner wieder auf Nahtmitte 6 gesteuert wird (Fig. 5). Wird bei einer Fehlpositionierung des Schutzgasbrenners der Druck zwischen den Nahtflanken 7,8 und den Tastelementen 3,4 so stark, daß die elastische Verformung größer als der zulässige Betrag X wird, so kommen die Tastelemente 3,4 mit der Gasdüse 2 in Berührung und lösen damit das Signal „Kollision" aus. Dadurch wird der Vorschub der Positioniereinrichtung abgeschaltet und der Schweißvorgang unterbrochen.

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch:

   Einrichtung zur taktilen Abtastung einer Schweißfuge, insbesondere beim Schweißen von Kehlnähten und V-Nähten unter Verwendung von elektrischen Kontaktfühlern am Schweißbrenner, gekennzeichnet dadurch, daß an der gegenüber dem Brennerpotential elektrisch isolierten Gasdüse (2) eines Schutzgasschweißbrenners je nach Bewegungsrichtung ein oder mehrere elastisch bewegliche und elektrisch leitfähige Tastelemente (3,4) isoliert befestigt, mit einem wiederum isolierten Kontaktelement (9,10) versehen und elektrisch beweglich sind, wobei die Abstände zwischen Kontaktelement (9,10) und Gasdüsenoberfläche kleiner als die Abstände zwischen dem Tastelement (3,4) und Gasdüsenkante gewählt werden, daß das Tastelement (3,4), das Kontaktelement (9,10), die Gasdüse (2) und das Schweißteil elektrisch derart mit einer Verarbeitungseinheit der Steuerung des Bewegungsapparates für den Schweißbrenner in Wirkverbindung stehen, daß bei jedem der möglichen Kontaktzustände die erforderliche Korrektur der Brennerstellung und bei gleichzeitiger Berührung zwischen Schweißteil, Tastelement und Gasdüse infolge Kollision der sofortige Roboterstop erzielbar ist.