DE1099618B

DE1099618B - Tracking device for welding head

Info

Publication number: DE1099618B
Application number: DEA33822A
Authority: DE
Inventors: Rolf Christ
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG; AEG AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG; AEG AG
Priority date: 1960-01-26
Filing date: 1960-01-26
Publication date: 1961-02-16

Description

Nachführeinrichtung für Schweißkopf Beim Schweißen von Kanten gegeneinander muß der Schweißkopf möglichst genau der zu verschweißenden Kante entlanggeführt werden. Hierfür sind Vorrichtungen bekannt, um über eine Mechanik den Schweißkopf nachzuführen. Diese arbeiten beispielsweise mit Photozellen. Das bedingt aber, daß der Spalt, der durch die beiden Kanten gebildet wird, sich optisch klar abbilden läßt. Hier treten Schwierigkeiten auf, wenn das Schweißgut durch Zunder oder Rost verschmutzt ist oder aber beim Unterpulverschweißen sich der Schweißspalt nicht optisch kennzeichnen läßt. Vorrichtungen mit Photozellen versagen auch dann, wenn eine zweite Naht, die Kopfnaht, aufgebracht wird, nachdem die Innennaht bereits geschweißt ist.Tracking device for welding head When welding edges against each other the welding head must be guided as precisely as possible along the edge to be welded will. For this purpose, devices are known to mechanically control the welding head to track. These work, for example, with photocells. But that means that the gap that is formed by the two edges is clearly visible leaves. Difficulties arise here when the weld metal is damaged by scale or rust is dirty or the welding gap is not in the case of submerged arc welding can be visually identified. Devices with photocells also fail if a second seam, the head seam, is applied after the inner seam has already been applied is welded.

Es ist auch schon bekannt, die Kanten induktiv abzutasten. Es wird dabei an jeder Bandkante eine Induktionsspule vorgesehen, deren induktive Widerstände in Brückenschaltungen liegen. Je nach dem Grad der Verstimmung der Brückenschaltung wird die Lage des Schweißkopfes zur Nahtlinie korrigiert. Dieses Verfahren arbeitet an und für sich sehr feinfühlig, jedoch versagt es dann, wenn sich die Bandfante eines Bleches außerhalb der Blechebene des Schweißgutes versetzt, wobei eine Bandkante aus dem praktisch meßbaren Bereich der Induktivitätsänderung der zugeordneten Spule kommt. Dann mißt diese Spule die Lage der anderen Bandkante an, die dann von zwei Spulen überwacht wird, während die Lage der ersten Bandkante nicht mehr erfaßt ist.It is also already known to scan the edges inductively. It will an induction coil is provided on each strip edge, its inductive resistances lie in bridge circuits. Depending on the degree of detuning of the bridge circuit the position of the welding head in relation to the seam line is corrected. This procedure works in and of itself very sensitive, but it fails when the band fanatics of a sheet offset outside the sheet plane of the weld metal, with a strip edge from the practically measurable range of the change in inductance of the associated coil comes. Then this coil measures the position of the other tape edge, which is then of two Coils is monitored while the position of the first strip edge is no longer detected.

Weiterhin ist es auch bekannt, einen Luftstrom durch den Spalt zu blasen und die Überwachung der Lage des Schweißkopfes über eine Bolometersteuerung auszuführen. Aus den bereits genannten Gründen der Verschmutzung oder anderweitigen Versetzung des Spaltes befriedigt auch dieses Verfahren nicht.Furthermore, it is also known to induce an air flow through the gap blowing and monitoring of the position of the welding head via a bolometer control to execute. For the reasons already mentioned of pollution or otherwise Displacement of the gap does not satisfy this process either.

Als Gegenstand der Erfindung wird daher ein Verfahren zum Abtasten von Kanten ferromagnetischer Werkstoffe, beispielsweise zum Nachführen einer Bearbeitungsvorrichtung, vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß über dem Bereich in der Umgebung der Kante ein streng linienförmig begrenztes Magnetfeld rotiert, mit dem mechanisch eine Induktionsspule verbunden ist, in der beim Überlaufen einer Kante ein Spannungsimpuls erzeugt wird und wobei die zeitliche Lage der erhaltenen Impulse ein Maß für die räumliche Lage der Rotationsachse zur Kante ist.The invention therefore relates to a method for scanning of edges of ferromagnetic materials, for example for tracking a processing device, proposed, which is characterized in that over the area in the vicinity the edge a strictly linearly limited magnetic field rotates, with the mechanical an induction coil is connected, in which a voltage pulse when crossing an edge is generated and where the timing of the received pulses is a measure of the is the spatial position of the axis of rotation to the edge.

Es wird also auf einer Seite über dem Schweißspalt des ferromaagnetischen Materials ein möglichst streng linienförmiges Magnetfeld zum Rotieren gebracht, wobei die Rotationsachse etwa über dem Schweißspalt liegt. Es kann sich dabei um einen Dauermagneten handeln oder aber auch um einen gleichstromerregten Elektromagneten, der ein möglichst linienförmiges Feld erzeugt. Im Falle des Elektromagneten müssen Schleifringe vorgesehen sein. Auf diesem permanenten oder elektrisch erregten Magneten ist nun eine besondere Induktionswicklung vorgesehen, deren Enden ebenfalls über Schleifringe auf den feststehenden Teil der Vorrichtung herausgezogen sind. Rotiert nun dieses von dem rotierenden Teil erzeugte linienförmige Magnetfeld nach Art eines Zeigers, wobei die Rotationsachse etwa über dem Schweißspalt liegt, dann schneidet dieser »magnetische Zeiger« bei einem Umlauf zweimal den Schweißspalt. Das bedeutet, daß der Übergang von Luft zu Metall, oder umgekehrt, viermal in einem Umlauf stattfindet. Bei jedem Wechsel wird ein dementsprechend gerichteter Spannungsimpuls in der Induktionsspule erzeugt, wobei bei jedem Übergang über den Schweißspalt ein Paar entgegengesetzt gerichteter Impulse entsteht. Um bei jedem Überstreichen des Spaltes nur einen Impuls zu erhalten, wird durch eine Gleichriehteranordnung der jeweils unerwünschte, entgegengesetzt gerichtete Impuls abgetrennt. Es ergeben sich damit dann bei jedem Umlauf des rotierenden Magnetzeigers nur noch zwei gleichgerichtete Impulse. Die Rotationsachse ist dann in der Mitte über dem Spalt, wenn ein Zeitvergleich ergibt, daß die Impulsabstände einander gleich sind. Sind die Impulsabstände nicht gleich, wird durch eine an sich bekannte Meßsehaltung die Differenz der unterschiedlichen Impulslängen in einen Steuerbefehl umgewandelt. Dieser Steuerbefehl wird einem Servosystem zugeführt, das die Achse des rotierenden magnetischen Zeigers so lange in solcher Richtung bewegt, bis die Impulsabstände einander wieder gleich sind. Dann ist die Rotationsachse in der Mitte über dem Spalt. Wenn mit dieser Rotationsachse der Schweißkopf mechanisch verbunden ist, kann dieser damit so nachgeführt werden, daß er sich stets in der Mitte über dem Schweißspalt befindet.On one side above the welding gap of the ferromagnetic material, a strictly linear magnetic field is caused to rotate, with the axis of rotation lying approximately above the welding gap. It can be a permanent magnet or a DC-excited electromagnet that generates a field that is as linear as possible. In the case of the electromagnet, slip rings must be provided. A special induction winding is now provided on this permanent or electrically excited magnet, the ends of which are also pulled out onto the stationary part of the device via slip rings. If this linear magnetic field generated by the rotating part now rotates like a pointer, with the axis of rotation roughly above the welding gap, then this "magnetic pointer" cuts the welding gap twice in one revolution. This means that the transition from air to metal, or vice versa, takes place four times in one cycle. With each change, a correspondingly directed voltage pulse is generated in the induction coil, with each transition across the welding gap producing a pair of oppositely directed pulses. In order to receive only one impulse each time the gap is passed, the undesired impulse directed in the opposite direction is separated by a synchronized arrangement. With each revolution of the rotating magnetic pointer, there are only two rectified impulses. The axis of rotation is then in the middle above the gap when a time comparison shows that the pulse intervals are equal to one another. If the pulse intervals are not the same, the difference between the different pulse lengths is converted into a control command by a measuring circuit known per se. This control command is fed to a servo system that moves the axis of the rotating magnetic pointer in such a direction until the pulse intervals are equal again. Then the axis of rotation is in the middle above the gap. If the welding head is mechanically connected to this axis of rotation, it can be tracked so that it is always in the center above the welding gap.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist auch anwendbar zur Messung und Überwachung der Spaltbreite, wenn ein Impulspaar, das beim Überstreichen des Schweißspaltes entsteht, gleichgerichtet wird. Der zeitliche Abstand zwischen zwei derartigen Impulsen ist dann bei konstanter Umlaufzahl des rotierenden Magnetzeigers ein Maß für den räumlichen Abstand der Kanten des Schweißspaltes.The method according to the invention is also applicable to measurement and Monitoring of the gap width if a pair of pulses occurs when sweeping over the welding gap arises, is rectified. The time interval between two such pulses is then a measure for the with a constant number of revolutions of the rotating magnetic pointer spatial distance between the edges of the welding gap.

Bei der Messung muß eine Synchronisierschaltung sicherstellen, daß nur jeweils zwischen zwei Impulsen gemessen wird, die dem zu messenden Bogenabschnitt zugeordnet sind.During the measurement, a synchronization circuit must ensure that is only measured between two pulses that correspond to the arc section to be measured assigned.

Die Figuren erläutern schematisch den Gegenstand der Erfindung.The figures schematically explain the subject matter of the invention.

Fig@1 zeigt die Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens in Anwendung über einem Schweißspalt, beispielsweise bei zwei zu verschweißenden Blechkanten; Fig. 2a. bis 2 c zeigen die Lage der erhaltenen Impulse auf der Zeitachse; Fig.3 enthält ein Blockschaltbild zur Ausübung des Verfahrens gemäß der Erfindung; Fig. 4a und 4b zeigen die Steuerbefehle ausgangs der Schaltung.Fig @ 1 shows the device for practicing the method in use over a welding gap, for example with two sheet metal edges to be welded; Fig. 2a. to 2c show the position of the received pulses on the time axis; Fig. 3 contains a block diagram for practicing the method according to the invention; Fig. 4a and 4b show the control commands at the output of the circuit.

In Fig. 1 sind 1 und 2 die beiden an den Kanten zu verschweißenden Blechfäden. 3 ist die Rotationsachse des Magnetzeigers, der elektromotorisch angetrieben ist. 4 ist der stabförmige Magnetkern. Hier ist ein permanenter Magnet angenommen, der die Induktionsspule 5 trägt. Die Anschlüsse der Spule werden beispielsweise über Schleifringe auf der Achse geführt.In Fig. 1, 1 and 2 are the two to be welded at the edges Sheet metal threads. 3 is the axis of rotation of the magnetic pointer, which is driven by an electric motor is. 4 is the rod-shaped magnetic core. A permanent magnet is assumed here, who carries the induction coil 5. The connections of the coil are for example guided by slip rings on the axle.

Beim Überstreichen des Spaltes 6 wird, wie Fig. 2 a zeigt, in der Induktionsspule jeweils zweimal eine Spannung induziert, die zu einem Doppelimpuls 7, 8 führt. Ein derartiger Doppelimpuls entsteht j edesmal, wenn der Spalt überstrichen wird. Dann werden mittels einer Gleichrichteranordnung die negativ gerichteten Impulse abgetrennt. Es ergibt sich eine Impulsfolge nach Fig. 2b. Die Impulsabstände 10 und 11 sind einander gleich; der Schweißkopf steht in der Mitte über dem Spalt. Ist der Schweißkopf dagegen von der Mitte des Spaltes ausgewandert, ergibt sich eine andere Impulsverteilung, wie sie z. B. in Fig. 2 c enthalten ist. Hier sind die Impulsabstände 12 und 13 bei einem Umlauf des rotierenden Magnetzeigers sich nicht einander gleich; es ergibt sich aus der Differenz ein Steuerbefehl, womit der Schweißkopf wieder zurückgeführt wird.When sweeping over the gap 6, as FIG. 2 a shows, in the Induction coil induces a voltage twice each, resulting in a double pulse 7, 8 leads. Such a double pulse occurs every time the gap is swept over will. Then, by means of a rectifier arrangement, the negatively directed pulses severed. The result is a pulse sequence according to FIG. 2b. The pulse intervals 10 and 11 are equal to each other; the welding head is in the middle above the gap. If, on the other hand, the welding head has migrated from the center of the gap, this results a different momentum distribution, as it is e.g. B. in Fig. 2c is included. Here are the pulse intervals 12 and 13 with one revolution of the rotating magnetic pointer not equal to each other; a control command results from the difference, with which the welding head is returned.

Ein Blockschaltbild für eine Schaltung zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung beim Rohrschweißen zeigt Fig. 3. Hier ist 14 der Antriebsmotor für den rotierenden Magnetzeiger, der eine Induktionswicklung trägt. 15 ist die Synchronisiereinrichtung, mittels deren sichergestellt wird, daß die Jeweils richtigen Impulse erfaßt werden. 16 ist die Induktionswicklung des rotierenden Magnetzeigers, in der die Impulse erzeugt werden. Die Impulse werden im Verstärker 17 verstärkt und bei 18 auf die gleiche Impulshöhe formiert. Unterschiedliche Impulshöhen -können dann auftreten, wenn die Kanten der zu verschweißenden Flächen nicht genau in einer Ebene zum rotierenden Magnetzeiger liegen. Eine Gleichrichteranordnung trennt die unerwünschten Impulse ab. Die Impulse werden dann einer Koinzidenzschaltung 19 zugeführt, die von der Synchronisiereinrichtung 15 gesteuert wird. Hier werden die beiden von einem Umlauf des Magnetzeigers hergeleiteten Impulse voneinander getrennt, und dann werden in einer Vergleichsschaltung 20 die Impulsabstände verglichen. Diese Vergleichsschaltung kann z. B. aus zwei zusammenwirkenden Multivibratorstufen bestehen. Je nach Lage des Schweißkopfes zur Mittellinie des Schweißspaltes entstehen am Ausgang der Vergleichsschaltung 20 bestimmte Spannungsverhältnisse. Hat der Schweißkopf seine Sollage, so erhält man die Impulsfolge der Fig. 2b. Am Ausgang der Vergleichsschaltung ergibt sich dann eine Wechselspannung ohne Gleichstromanteil nach Fig.4a mit je zwei gleichen Flächen 24 und 25. Ist der Schweißkopf um einen bestimmten Weg ausgelenkt, ergibt sich beispielsweise die Impulsfolge nach Fig. 2 c und damit am Ausgang der Vergleichsschaltung eine Wechselspannung mit-einem überlagerten Gleichstromanteil nach Fig.4b. Hier sind sich die Flächen 26 und 27 nicht gleich. Ein Filter 21, beispielsweise ein Tiefpaß, siebt den Anteil der Wechselspannung heraus und leitet die Gleichspannungskomponente über einen Verstärker 22 einem Stellmotor 23 zu, der die Verstellung des Schweißkopfes in die Sollage bewirkt. Ebenso kann in an sich bekannter Weise eine Magnetverstärkeranordnung oder eine Röhrenrelaisschaltung eingesetzt werden.A block diagram for a circuit for carrying out the method according to the invention in pipe welding is shown in Fig. 3. Here 14 is the drive motor for the rotating magnetic pointer with an induction winding. 15 is the Synchronizing device, by means of which it is ensured that the respective correct Pulses are detected. 16 is the induction winding of the rotating magnetic pointer, in which the impulses are generated. The pulses are amplified in the amplifier 17 and formed at 18 to the same pulse height. Different pulse heights -can occur when the edges of the surfaces to be welded are not exactly in one Lie level to the rotating magnetic pointer. A rectifier arrangement separates the unwanted impulses. The pulses are then fed to a coincidence circuit 19, which is controlled by the synchronizer 15. Here the two of one revolution of the magnetic pointer separated from each other, and then the pulse intervals are compared in a comparison circuit 20. This comparison circuit can e.g. B. consist of two interacting multivibrator stages. Depending on the location of the welding head to the center line of the welding gap arise at the output of the comparison circuit 20 certain tensions. If the welding head has its nominal position, then the pulse sequence of FIG. 2b. At the output of the comparison circuit results then an alternating voltage without direct current component according to FIG. 4a with two equal each Surfaces 24 and 25. If the welding head is deflected by a certain distance, results For example, the pulse sequence according to FIG. 2c and thus at the output of the comparison circuit an alternating voltage with a superimposed direct current component according to FIG. 4b. here the surfaces 26 and 27 are not the same. A filter 21, for example a Low-pass filter, filters out the portion of the alternating voltage and conducts the direct voltage component via an amplifier 22 to a servomotor 23 which adjusts the welding head causes in the target position. A magnetic amplifier arrangement can also be used in a manner known per se or a tube relay circuit can be used.

Der Gegenstand der Erfindung kann auch mit Vorteil überall dort angewandt werden, wo eine Bearbeitungsvorrichtung längs einer Kante eines ferromagnetischen Werkstücks geführt werden soll. Auch zum Abtasten einer Matrize oder einer Kurve, die aus ferromagnetischem Werkstoff hergestellt ist, kann der Gegenstand der Erfindung, beispielsweise bei Kopierarbeiten, dienen.The subject matter of the invention can also be used there with advantage be where a machining device along an edge of a ferromagnetic Workpiece is to be guided. Also for scanning a die or a curve, which is made of ferromagnetic material, the subject matter of the invention, for example, when copying, serve.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Method for scanning edges of ferromagnetic Materials, for example for tracking a machining device, thereby marked that there is a strictly linear shape over the area in the vicinity of the edge limited magnetic field rotates, mechanically connected to an induction coil is, in which a voltage pulse is generated when crossing an edge and where the temporal position of the received impulses a measure of the spatial position of the axis of rotation to the edge is.

2. Application of the method according to claim 1 for tracking the induction device in electro-inductive welding.

3. Apparatus for performing the procedure according to Claim 1, characterized in that a direct current winding is provided on a rod-shaped magnetic core and the induction coil are applied and this magnetic core on one side by one Rotation axis with slip ring connections for the windings rotates.

4th Device according to Claim 3, characterized in that a rod-shaped permanent magnet is provided with the induction coil.

5. Device according to claims 3 and 4, characterized in that the magnetic field is linear by means of opposing magnetic fields is focused.

6. Device according to claims 3 and 4, characterized in that that the magnetic field is concentrated linearly by fading out.

7. Application of the method according to claim 1 for measuring and / or: * monitoring the Spailt width of the welding gap of ferromagnetic workpieces.