DD260240A1

DD260240A1 - Verfahren zur komplexen regelung von schweissparametern

Info

Publication number: DD260240A1
Application number: DD30232887A
Authority: DD
Inventors: Frank Larisch
Original assignee: Ver Sodawerke Karl Marx Veb
Priority date: 1987-05-04
Filing date: 1987-05-04
Publication date: 1988-09-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur komplexen Regelung von Schweissparametern in Abhaengigkeit des Temperaturfeldes zur optimalen Wahl- und Einstellung der Schweissparameter, einschliesslich der Positionierung des Schweisskopfes durch den Einsatz eines Mikrorechners, mit dem Ziel, Schweissverbindungen mit hoher Qualitaet bei minimalem Energieaufwand herzustellen und den Prozess zu automatisieren. Dies wird durch eine Waermebildkamera erreicht, die ueber eine Eingabeelektronik mit einem Mikrorechner verbunden ist, der zur Uebernahme und Zwischenspeicherung der Informationen, Primaerdatenverarbeitung und Dimensionierung der gewonnenen Messwerte und Glaettung der Messwerte dient sowie die Prozessgroessen aus den Daten berechnet und durch n-digitale Regler die zugeordneten Stellglieder beeinflusst. Zur visuellen Kontrolle bzw. Korrektur des Schweissprozesses ist der Waermebildkamera ein Monitor parallel zugeordnet.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine temperaturfeldabhängige Regelung des Schweißprozesses zur optimalen Einstellung der Schweißparameter der Prozeßautomatisierung durch den Einsatz eines Mikrorechners.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, den Schweißprozeß bzw. einzelne Schweißparameter durch berührende oder berührungslose Meßfühler in Verbindung mit Regel- und Stelleinrichtungen zu beeinflussen. Dazu werden Temperaturfühler eingesetzt, die in Abhängigkeit des Schweißbadniveaus beim ES- und EG-Schweißen den Vorschub der Schweißeinrichtung regeln (DD-WP 216284). Als Nachteile sind der direkte Eingriff in den Prozeß und die eingeschränkte Regelmöglichkeit zu sehen. Die berührungslosen Meßfühler auf der Basis der magnetischen, radioaktiven und optischen Abtastung vermeiden die genannten Einschränkungen. Bei der magnetischen Abtastung wird ein Sekundärfeld im Schweißmaterial erzeugt, daß über eine Sonde nach Verstärkung als richtungsabhängiges Signal auf einen Stellmotor wirkt (DD-WP 171537; DD-WP 132430; DD-WP 131522). Zur Verstellung der Schweißköpfe ist die Verwendung radioaktiver Isotope bekannt, die im Schweißpulver, auf der Schweißbadsicherung oder als Farbe auf den Nahtflanken angebracht sind (DD-WP 180309). Die Nachteile liegen in der einseitigen Funktion, der Störanfälligkeit der Systeme und der manuellen Vorbereitung.

Der Einsatz optischer Abtastfühler erfolgt durch Fotodioden (DE-OS 2611171), Lumineszenzdioden (DD-WP 214292), Fototransistoren (DD-WP 196980), Selenplatten (DD-WP 216696) und Bildaufnahmeeinrichtungen (DE-AS 2500182, DD-WP 194646). Zur Auswertung wird das berührungslos aufgenommene Signal in elektrischen Regeleinrichtungen weiterverarbeitet.

Dazu dient der Helligkeitsvergleich des Lichtbogens, bzw. eine geometrische Veränderung oder das Spannungssignal. Diese Methoden werden zur Brennerführung und/oder zur Parametersteuerung eingesetzt. Nachteilig wirken die begrenzte Temperaturhöhe, die eingeschränkte Lebensdauer und die Beschränkung auf feste geometrische Veränderungen auf den Anwendungsumfang der genannten Einrichtungen.

Ziel der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schweißnähte mit hoher Qualität bei minimalem Energieaufwand herzustellen, wobei der Prozeß zur Erhöhung der Produktivität des Verfahrens automatisch abläuft.

Das Wesen der Erfindung

Zweck der Erfindung ist es, eine Regeleinrichtung zu entwickeln, die eine automatische Prozeßsteuerung der Schweißparameter, wie Schweißstromstärke, Schweißspannung, Schweißgeschwindigkeit, Elektrodenvorschub, Impulsüberlagerung- und Kühlwasserdurchsatz in Abhängigkeit des dynamischen Temperaturfeldes realisiert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch realisiert, daß das dynamische Temperaturfeld der Schweißzone von einer Fernsehkamera mit entsprechender spektraler Empfindlichkeit oder einer CCD-Zeilenkamera erfaßt wird. Das Ausgangssignal der Kamera wird über eine Eingabeelektronik, mittels der aus dem Bildsignal eine Bildpunktmatrix geringer Auflösung abgetastet und digitalisiert wird, echtzeitmäßig einem Mikrorechner zugeführt, dessen Ausgangssignale unmittelbar oder mittelbar zum Ansteuern einer frei wählbaren Anzahl von den Schweißprozeß beeinflussenden Stellgliedern verwendet werden.

Im Mikrorechner erfolgt die Übernahme und Zwischenspeicherung der Führungsgröße, die Primärdatenverarbeitung und Dimensionierung der gewonnenen Meßwerte sowie deren Glättung auf der mathematischen Basis der Fourier-Approximation und die effektive Prozeßgrößenberechnung.

Des weiteren realisiert der Mikrorechner η-digitale Regler mit beliebig wählbaren Reglerverhalten, wie p-, pd-, pi-, pid-Verhalten und die Ausgabe der digitalen Signale zur Beeinflussung der den Reglern zugeordneten Stellgliedern. Über diese ist eine beliebige Anzahl und Art von Parametern regelbar, die im Schweißprozeß die gewünschte Veränderung bewirken. Die Verwendung genormter digitaler Schnittstellen eremöglicht eine universelle Austauschbarkeit zwischen Regler und Stellglied.

Diese Kombination von Regelung und Steuerung im Mikrorechner ermöglicht die Automatisierung des Schweißprozesses in den Phasen der Prozeßeinführung, -durchführung und -beendigung.

Vorteilhaft erweist sich des weiteren die Differenzierung und Wahl der Führungsgrößen.

So können die Isothermenflächen mit realen Vorgabegrößen, die Temperaturgradienten mit erforderlichen Festwerten, die Maximaltemperatur mit Optimalwerten oder die mittlere Temperatur einer definierten Flächeneinheit der Strahleroberfläche und damit der spezifischen Wärmemenge des Metalls mit der des schmelzflüssigen Metalls verglichen werden.

Zur Erfassung des Istwertes mittels der Wärmebildkamera werden wärmeempfindliche Detektoren als Temperaturstrahlungsempfänger eingesetzt, die sowohl punkt-, linien- und flächenförmige Objekte erfassen.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die universelle Anwendbarkeit zur Regelung der Schweißparameter, einschließlich der Positionierung der Schweißvorrichtungen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung ist Fig. 1 das Schema der Regelstrecke zur automatischen Prozeßsteuerung in Abhängigkeit des Temperaturfeldes.

Die Einrichtung besteht aus einer Wärmebildkamera 1 in Form einer modifizierten Videokamera mit Infrarotendikon oder einer CCD-Zeilenkamera, die zur TemperaturfeldaufnahmeTemperaturstrahlungsempfänger enthält. Zur Erfassung eines Punktes der Objektoberfläche werden Einelement-Detektoren, für Linien- und Flächenaufnahmen zur Registrierung von Zeilen, Spalten bzw. Matrizen hingegen Mehrelementdetektoren eingesetzt. Um das Auflösungsvermögen von Flächen zu erhöhen, erweisen sich Bildaufnahmeröhren in Form infrarotempfindlicher Endikons oder phyroelektrischeVidikonsals vorteilhaft. Das Ausgangssignal der Wärmebildkamera 1 gelangt über die Eingabeelektronik 2 zum Mikrorechners, dessen Software in der Abtastung des Gebers zu definierten Zeitpunkten, der Primärdatenverarbeitung und Dimensionierung, der Glättung der Meßwerte sowie der Prozeßgrößenberechnung und der Beeinflussung der Stellglieder 4 über digitale Regler mit beliebig wählbaren Verhalten besteht. Durch die universelle Austauschbarkeit zwischen den Reglern und Stellgliedern 4 ist eine beliebige Anzahl von Größen im Schweißprozeß zu beeinflussen, deren Korrelation untereinanderzur optimalen Prozeßführung im Mikrorechners bestimmt wird.

Zur visuellen Kontrolle und externen Überwachung dient ein Kameramonitor 5. Ein zweiter Monitor 6 dient zur Darstellung des aktuellen Prozeßzustandes der vom Mikrorechners verarbeiteten Informationen.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur komplexen Regelung von Schweißparametern, gekennzeichnet dadurch, daß das dynamische Temperaturfeld mit einer Wärmebildkamera (1) mit entsprechender spektraler Empfindlichkeit oder einer CCD-Zeilenkamera (1) erfaßt und das Ausgangssignal der Kamera über eine Eingangselektronik (2), mittels der aus dem Bildsignal eine Bildpunktmatrix geringer Auflösung abgetastet und digitalisiert wird, echtzeitmäßig einem Mikrorechner (3) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal unmittelbar oder mittelbar zum Ansteuern einer frei wählbaren Anzahl von dem Schweißprozeß beeinflussenden Stellgliedern (4) verwendet wird.
2. Die Kombination von Regelung mit beliebig wählbaren Reglerverhalten und Steuerung im Mikrorechner ermöglicht eine komplexe Automatisierung des Schweißprozesses in allen Prozeßphasen und eine vollständige Regelung aller beeinflußbaren Größen im Schweißprozeß.
3. Die Istwerterfassung erfolgt mittels wärmeempfindlichen Detektoren in der Wärmebildkamera, die als Temperaturstrahlungsempfänger sowohl punkt-, linien- und flächenförmige Objekte erfassen, die mit realen Vorgabegrößen verglichen werden.