DE1297961B - Optische Einrichtung zur Werkstueck- und/oder Werkzeugbeobachtung und Werkzeugeinstellung beim Schweissen, insbesondere mittels eines Ladungstraegerstrahles - Google Patents

Description

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Wenn man zum Schweißen von Metallen eine tisch nur einmal, und zwar zum Einstellen von Elektronenkanone verwendet, so wird der Vorgang Werkstück und Werkzeug, benutzt werden muß. Ist in einer nach außen dicht abgeschlossenen Kammer die Einstellung des Werkstückes auf den Ladungsunter Vakuum durchgeführt. Die Werkstücke wer- trägerstrahl erst einmal so erfolgt, dann ist bei beden im allgemeinen in das Innere der Vakuum- 5 kannter Länge der Schweißnaht nur noch die mechakammer mittels eines Wagens eingetragen, der somit nische Einrichtung zu bedienen, die dafür sorgt, daß seine Lage in Richtung der herzustellenden Schweiß- bei der Werkstückbewegung die Schweißnaht sich naht verändert. Die Elektronenkanone ist ihrerseits parallel zu sich selbst verschiebt, womit der Ladungsim Inneren der Vakuumkammer durch einen ge- trägerstrahl ständig auf die zu schweißenden Stellen trennten, unabhängigen Träger gehalten, der dabei io auftrifft, ohne daß es eines weiteren Anvisierens der noch eine transversale VerschiebungsmögUchkeit auf- Schweißnaht, Beobachtung der Schweißstelle, Nachweist, d.h. im rechten Winkel zur herzustellenden visierens und Nacheinstellung von Werkstück und Schweißnaht verschoben werden kann. Infolgedessen Werkzeug bedarf.

müssen genau wirksame und sichere Mittel vor- Vorteilhafte Ausführungen nach der Erfindung er-

handen sein, um Elektronenkanone und Schweißlinie 15 geben sich aus den Unteransprüchen,

in der erforderlichen Relativlage halten zu können. Eine Einrichtung gemäß der Erfindung ist bei-

Weiter muß der Schweißer den Schweißvorgang ver- spielsweise in der Zeichnung dargestellt,

größert und von außen her in der Kammer einsehen Fig. 1 ist eine schaubildliche Ansicht, welche die

können. an einer Vakuumkammer befindliche optische Ein-

AIs Beobachtungseinrichtung für die eingangs be- ao richtung zeigt. In der Kammer befinden sich die zeichneten Schweißgeräte ist bereits ein Mikroskop Elektronenkanone und die zu schweißenden Werkbekannt, das vor dem starkwandigen Schutzglas- stücke.

fenster in der Vakuumkammer angeordnet ist und Fig. 2 ist eine Ansicht der Elektronenkanone. Sie

mit dessen Hilfe das Werkstück bei geschlossener zeigt schematisch die winklige Anordnung des

Vakuumkammer während des Schweißbetriebes über 25 Spiegels, der die Beobachtung des Schweißvorganges

einen Spiegel betrachtet werden kann. Dabei ist eine gestattet.

Spezial-Mikroskopoptik erforderlich, die Bildfehler Fig. 3 ist die Ansicht eines Horizontalschnitts, auf Grund hoher Brechungszahl des Schutzglases der insbesondere die Spule der magnetischen Ankompensiert. Der in der Vakuumkammer ange- Ordnung zur Betätigung der Abdeckvorrichtung zum ordnete Spiegel kann gegen die Richtung des Elek- 30 Schütze des Spiegels zeigt.

tronenstrahls um 45° geneigt und für den Durchtritt Fig. 4 ist die Ansicht eines Vertikalschnitts, der des Strahls durchbohrt sein, wobei der Spiegel um sich gemäß SchnittlinieIV-IV der Fig. 3 ergibt,
die Bohrung ein kegelförmiges Lichtstrahlenbündel Fig. 5 gibt die Draufsicht auf eine teilweise freierfaßt, gelegte Elektronenkanone wieder und zeigt haupt-

Zur Vermeidung des aufwendigen Speziahnikro- 35 sächlich die verschwenkbare Abdeckvorrichtung, skops sind bereits einfachere Lösungen bekannt- welche es ermöglicht, den Spiegel für die Visiergeworden, die mit einfachen Mikroskopen aus- einrichtung freizulegen,
kommen. Fig. 6 ist eine der Fig. 5 entsprechende Ansicht,

Die bekannten Einrichtungen haben den gemein- zeigt aber die Abdeckvorrichtung in zum Schutz des

samen Nachteil, daß die Einstellvorgänge mit einem 40 Spiegels geschlossener Stellung.

Mikroskop in der Regel viel zu zeitraubend und auf- In Fig. 1 ist die Vakuumkammer schematisch und

wendig sind. Der Ersatz des vor dem Schutzglas an- gestrichelt in Form eines rechteckigen Gehäuses 8

geordneten Mikroskops durch ein Fernrohr führt zu dargestellt. Letzteres weist eine über die Scharniere

entsprechenden Schwierigkeiten. 10 drehbar gelagerte Vordertür 9 auf, die mit einem

Die Erfindung geht von einer optischen Einrich- 45 kreisrunden Beobachtungsfenster 11 versehen ist.

tung zur Werkstück- und/oder Werkzeugbeobachtung Eine ein Zielfernrohr 32 und eine Lichtquelle 33

und Werkzeugeinstellung beim Schweißen, insbe- enthaltende Anordnung ist verstellbar auf einem

sondere mittels eines Ladungsträgerstrahls, mit einem Träger 15 gelagert, der mittels des Scharnierbolzens

außerhalb des Schweißraumes angeordneten Visier 12 in der Konsole 13 drehbar gelagert ist. Die Kon-

und mit einem in der Visierlinie liegenden Spiegel 50 sole 13 ist ihrerseits an einer Seitenwand des Ge-

innerhalb des Schweißraumes aus und hat sich häuses 8 befestigt. Diese der Konsole 13 gegenüber

folgendes zur Aufgabe gestellt: drehbare Lagerung ermöglicht eine von der Stellung

Die optische Einrichtung "soll derart ausgebildet der Tür 9 unabhängige Verschwenkung des Trägers

sein, daß eine genaue mechanische Ausrichtung der 15, also sowohl bei geschlossener als auch bei ge-

zu verschweißenden Schweißnaht auf den Ladungs- 55 öffneter Tür 9. . .

trägerstrahl vor seiner Inbetriebnahme vorgenommen Im Innern der Vakuumkammer 8 trägt eine ver-

werden kann, so daß bei eingeschaltetem Ladungs- stellbare Anordnung 16 die Elektronenkanone 17.

trägerstrahl in der Regel nur noch das Werkstück in Die Säule 18 ist vertikal verstellbar, während der

Richtung der Schweißnaht verschoben zu werden Querträger 20 die Kanone trägt, die in horizontaler

braucht. 60 Richtung verschoben werden kann.

Die zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagene Die entlang der Schweißnahtlinie 23 zu schweißenoptische Einrichtung ist erfindungsgemäß dadurch den Werkstücke 21 und 22 sind in der Vakuumgekennzeichnet, daß das Visier mit einem Faden- kammer auf einem Wagen angeordnet, der eine Bekreuz ausgerüstet ist und das verstellbare Werk- weglichkeit der Werkstücke in Längsrichtung gezeug, insbesondere ein Strahlerzeugungssystem, eine 65 währleistet,
graduierte Skala trägt. Das von der Kanone 17 ausgesandte Elektronen-

Vorteilhaft ist bei der Erfindung, daß die optische bündel 24 (Fig. 2 und 3) durchläuft die Bohrung

Einrichtung bei Herstellung einer Schweißnaht prak- 25, welche etwa dem Zentrum des Spiegels 26 gegen-

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über endet. Der Spiegel 26 ist winklig angebracht von der Elektronenkanone 17 ausgesandte Elek- und wird vom Teil 27 des Kanonenkörpers getragen tronenbündel im Konvergenzpunkt ausgerichtet ist; (Fig. 4). Dieser Teil besteht aus einem nicht- zu diesem Zweck wird bei geöffneter Tür 9 das Fernmagnetischen Werkstoff, wie Messing od. dgl. Aus rohr mit dem Spiegel 26 so bedient, daß der der Bohrung 25 austretend, läuft das Elektronen- 5 Schweißer die Schweißzone unter Zwischenschaltung bündel weiter abwärts gegen die Werkstücke oder des Spiegels sieht, wie es schematisch in Fig. 2 dardas Werkstück und bewirkt eine Schweißung der gestellt ist. Das Fernrohr wird derart eingestellt, daß Stücke oder des Stückes entlang der Linie 23. einer der Fäden des Fernrohr-Fadenkreuzes in die

Der Spiegel 26 ist durch Klammern 28 und 29 Richtung der Schweißlinie 23 fällt. Sodann wird der

(Fig. 5) gehalten, welche eine leichte Herausnahme io Wagen mit den Werkstücken verschoben, und die

zwecks Reinigung und Aufpolierung ermöglichen. Schweißlinie bleibt mittels des Fernrohrs 32 auf ihrer

Am Teil 31 befindet sich eine Skala 30 mit Grad- ganzen Länge beobachtbar. Jede Abweichung der

einteilung. Sie ist so vor dem Spiegel 26 angebracht, Schweißlinie von dem betrachteten Faden des Faden-

daß beide, Spiegel 26 und Gradeinteilung 30, durch kreuzes des Fernrohrs ist sofort feststellbar, und es

das Fernrohr 32 in der im folgenden beschriebenen 15 kann die Lage der Stücke ständig so verändert wer-

Weise beobachtet werden können. den, daß die Schweißlinie mit dem zur Beobachtung

Der Träger 15 (Fig. 1), welcher Fernrohr 32 und dienenden Faden des Fadenkreuzes in Deckung Lichtquelle 33 verstellbar trägt, ist auf den Trag- bleibt, wie auch immer die Bewegung der Schweißstützen 34 und 35 befestigt. Die Stützen tragen ihrer- stücke abläuft.

seits die Längsschiene 36, auf welcher sich ein 20 Erst nach dieser Vorbereitung wird die Tür 9 geSupport 37 in Längsrichtung bewegen kann. Dieser schlossen und die Kammer bis zum Hochvakuum trägt den Teil 38, der zur Führung und Verstellung leergepumpt. Anschließend wird die Elektroneneine Zahnstange 40 aufnimmt. Zu diesem Zweck kanone einen Augenblick erregt, um einen kleinen trägt der Knopf 41 im Inneren des Teils 38 ein nicht Fleck an einem der Enden der Schweißstücke zu gezeichnetes, in die Zahnstange 40 eingreifendes 25 erzeugen. Dieser Fleck wird durch das Fernrohr beRitzel, so daß Knopf- und Ritzeldrehung eine obachtet und dieses so lange horizontal und vertikal vertikale Verschiebung der Zahnstange 40 und in- verschoben, bis der Schnittpunkt der Kreuzfäden des folgedessen auch der Visiereinrichtung 32 bewirken, Kollimators über dem Fleck liegt. Der Vertikalfaden wobei diese mittels des Einspannblockes 42 am des Fernrohrkreuzes wird sodann auf die auf der oberen Ende der Zahnstange gehaltert ist. Zwecks 30 Kanone angebrachte Gradskala 30 eingestellt. Die horizontaler Verschiebung der Visiereinrichtung 32 Markierung auf der Gradeinteilung ergibt die ist die mit einem Schneckengewinde versehene Stellung des Elektronenbündels an der Stelle, an der Spindel 43 vorgesehen, die in den Lagerblöcken 44 es das Werkstück getroffen hat, in bezug auf die und 45 drehbar gelagert ist. Die Spindel 43 greift mit Kanone 17. Das Fernrohr 32 wird dann so eingeihrem Gewinde in den Support 37 ein und wird 35 stellt, daß der Vertikalfaden mit der Schweißlinie 23 selbst mittels eines Handrades 46 oder Verstell- zusammenfällt. Die Elektronenkanone wird mittels motors in Drehung versetzt. des Querträgers 20 längs der Horizontalachse ver-

Auch die Lichtquelle 33 ist von dem Einspann- schoben, bis der vertikale Kreuzfaden des Fernblock 42 getragen, und Fernrohr 32 sowie Licht- rohrs mit der zuvor auf der Skala 30 festgestellten quelle 33 können somit gemeinsam so ausgerichtet 40 Markierung übereinstimmt. Anschließend wird das werden, daß Spiegel 26 durch das Glasfenster 11 Werkstück verschoben, bis die Kreuzfäden auf den hindurch anvisiert werden kann, wenn Tür 9 ge- Punkt ausgerichtet sind, an dem die Schweißung beschlossen ist. ginnen soll. Dann wird die Elektronenkanone zur

In gleicher Weise können bei geöffneter Tür 9 Ausübung des Schweißvorganges erregt. Wenn der Fernrohr 32 und Lichtquelle 33 so verstellt, ange- 45 Spiegel zur Überwachung des Schweißvorganges unordnet und/oder vorgerichtet werden, daß die Werk- bedeckt bleiben kann, kann der Schweißer das Werkstücke und die Schweißlinie anvisiert werden kön- stück zu jedem Zeitpunkt sehen. In Sonderfällen nen, um diese Stücke entsprechend aus- oder nach- und wenn es wünschenswert ist, kann ein Schweißzurichten. Vorgang von Anfang bis zu Ende vergrößert mittels

Der Träger 15 ist vorzugsweise mit Gleitschienen 50 des Fernrohrs 32 verfolgt werden,

und Schraubengetrieben, d. h. mit Teilen ausgerüstet, Während des Schweißvorganges werden in der

die mit großer Präzision herstellbar sind, so daß das Schweißzone und in ihrer Nähe Dämpfe erzeugt.

Fernrohr 32 über die gesamte Breite des Fensters 11 Diese werden sich auf dem Spiegel niederschlagen,

mit einem Größtmaß an Führungsgüte und Genauig- so daß nach Ablauf einer Zeitspanne, deren Länge

keit verstellt werden kann. In gleicher Weise ver- 55 vom verwendeten Schweißmaterial abhängt, unter

bürgen Zahnstange 40 und das Antriebsritzel eine Umständen der Spiegel beschlägt, so daß sein

hohe Fabrikationsgüte, so daß die vertikale Be- Reflexionsvermögen nachläßt. Aus diesem Grunde

wegung des Fernrohrs 32 bei jeder Fensterhöhe mit ist der Spiegel so eingerichtet, daß er heraus-

der erforderlichen hohen Genauigkeit ausgeführt genommen, gereinigt und wieder an Ort und Stelle

werden kann. 60 gebracht werden kann. Es kann jedoch auch

Im Betrieb wird die Tür 9 vom Schweißer ge- wünschenswert sein, eine Abdeckvorrichtung zum

öffnet, und es werden die Schweißstücke 21 und 22 Schütze des Spiegels während des Schweißvorganges

auf den Wagen im Innern der Vakuumkammer ge- vorzusehen. Eine derartige Vorrichtung ist in ihren

legt. Die Stücke werden derart ausgerichtet, daß die Einzelheiten in den Fig. 3 bis 6 dargestellt

Schweißlinie 23, wie in Fig. 1 dargestellt, in Längs- 65 In den Fig. 4, 5 und 6 ist eine Abdeckeinrichtung

richtung eingehalten und verwirklicht werden kann. dargestellt, welche in bezug auf den Spiegel 26 eine

Ebenso werden die Stücke im Innern der Vakuum- geöffnete und eine geschlossene Stellung einnehmen

kammer 8 so gelegt, daß die Schweißnaht auf das kann. In der geschlossenen Stellung deckt die Ab-

deckplatte den gesamten Spiegel ab; es ist jedoch in der Platte eine zentrale Öffnung 51 vorgesehen, die mit der Ausnehmung im Körper der Kanone ausgerichtet ist.

Diese Öffnung ermöglicht den Durchtritt des Elektronenbündels durch die Ausnehmung und die Beaufschlagung der Werkstücke selbst dann, wenn die Abdeckscheibe den Spiegel abdeckt.

Der Teil 27 des Körpers ist mit dem Zapfen 52 ausgerüstet, der nach unten und außen aus diesem Teil der Kanone heraustritt. Ein Haltering 53 ist auf dem Zapfen angeordnet und hält die Hülse 54 (Fig. 4), auf welcher die Abdeckscheibe 50 befestigt ist, in deren Lage. Der Zapfen 52 liegt unterhalb des Spiegels 26 und ungefähr vertikal unterhalb der Bohrung 25, wie aus den F i g. 5 und 6 zu ersehen ist. Infolgedessen ist bei geschlossener Abdeckscheibe (Fig. 6) der Spiegel 26 vor den während der Schweißung entstehenden Dämpfen geschützt. Trotzdem kann bei geschlossener Abdeckscheibe das so Elektronenbündel der Kanone durch die Öffnung 51 hindurchtreten, so daß der Schweißvorgang fortgesetzt werden kann.

In vielen Fällen ist es für den Schweißer während des Schweißvorganges wünschenswert, die Schweißlinie 23 zu sehen und das Fortschreiten des Schweißvorganges nachzuprüfen. Für diesen Fall ist ein Mittel zur Hin- und Herbewegung der Abdeckscheibe vorgesehen, das außerhalb der Vakuumkammer betätigt werden kann, um die Abdeckscheibe von der Offen- in die Geschlossenstellung schwenken zu lassen. Als Bewegungsmittel für die Hin- und Herbewegung ist vorzugsweise ein solches elektromagnetischer Art vorgesehen, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, so daß die Abdeckscheibe elektrisch betätigt werden kann.

Zu diesem Zweck ist ein Rohr 55 aus nichtmagnetischem Werkstoff, wie Messing od. dgl., vorgesehen. Es wird von dem Teil 27 des Körpers getragen und besitzt eine Länge, die dazu führt, daß das Rohr 55 an jeder Seite des Körpers über diesen übersteht, wie F i g. 3 erkennen läßt. Das Messingrohr 55 nimmt in seinem Hohlraum einen Tauchkern 56 aus Eisen auf, der im Rohr 55 frei beweglich ist. Die überstehenden Enden des Messingrohres tragen jeweils eine der Wicklungen 57 und 58, die somit Betätigungsmittel für die Hin- und Herbewegung des Tauchkernes 56 bilden. Dieser ist an seinen Enden mit Rillen 60 versehen, und jedes Ende des Messingrohres ist bei 61 eingeschnürt, um einen Federring 62 zu halten.

Hin- und Herbewegungen des Tauchkernes 56 werden mit Hilfe des Zapfens 63 auf die Abdeckscheibe 50 übertragen, um deren gewünschte Schwenkbewegungen herbeizuführen. Der Zapfen 63 ist mittels eines Endes 64 schwächeren Querschnitts an dem Eisenkern 56 befestigt. Aus den Fi g. 5 und 6 ist ersichtlich, daß das untere Ende des Zapfens 63 in einem Langschlitz 65 der Abdeckscheibe aufgenommen ist. Zur Ermöglichung der Hin- und Herbewegung des Zapfens 63 weist das Rohr 55 den Schlitz 66 auf. Weiter ist der Körperteil 27 bei 67 geschlitzt.

Sobald die Spule58, wie in Fig. 3 gezeigt, erregt wird, wird Tauchkern 56 in der Anordnung nach Fig. 6 nach rechts gezogen, und die am Ende des 6g Kernes 56 befindliche Rille 60 greift in den Federring 62 ein und hält auf diese Weise den Kern in dieser Lage. Infolgedessen geht die Abdeckscheibe 50 auf dem Spiegel 26 in die geschlossene Stellung über und wird dort gehalten. Wird Spule 57 erregt, so wird der Tauchkern 56 nach dem linken Ende des Messingrohres zurückgeführt, und es greift die an diesem Ende befindliche Rille 60 in den Federring 62 in der Weise ein, daß der Kern wiederum in dieser Stellung gehalten wird. Durch die Erregung der Spule 57 geht also die Abdeckscheibe in die geöffnete Stellung über, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist.

Für den Fall, daß der Spiegel 26 unter einem Winkel von 45° angeordnet ist, kann die Schweißlinie 23 der Werkstücke vergrößert vor, während des Schweißvorganges und nach ihm beobachtet werden. Die Lichtquelle 33 ist bei der Beobachtung der Schweißnaht förderlich, wenn das Licht dieser Quelle von dem Spiegel gleichmäßig auf die Schweißzone reflektiert wird. Das Fernrohr, die Lichtquelle und der Abdeckantrieb können außerhalb der Vakuumkammer betätigt und gehandhabt werden.

Wenn mehrere Schweißungen an verschiedenen Stellen des Werkstückes vorgenommen werden müssen, wird das Fernrohr derart verschoben, daß die Fäden des Kollimatorkreuzes mit dem Punkt übereinstimmen, an dem die Schweißung beginnen soll. Die Elektronenkanone wird sodann längs der Horizontalachse verschoben, bis der Vertikalfaden des Kreuzes mit der Markierung übereinstimmt, die zuvor auf der Bezugsskala festgestellt wurde.

Die Kanone wird sodann für den Schweißvorgang erregt und der Vorgang wiederholt, bis die gesamte Schweißung mit Hilfe einer einzigen Evakuierung des Gefäßes vollzogen ist.

F i g. 1 zeigt eine Ausrichtung der Lichtquelle 33 auf die jeweilige Schweißzone. Die Lichtquelle kann aber auch auf den Spiegel 26 zwecks diffuser Beleuchtung der Schweißzone gerichtet werden. In diesem Falle geschieht das zweckmäßig in Zeitspannen, in denen nicht beobachtet wird, um Blendung des Schweißers zu verhindern.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Optische Einrichtung zur Werkstück- und/ oder Werkzeugbeobachtung und -einstellung beim Schweißen, insbesondere mittels eines Ladungsträgerstrahles, mit einem außerhalb des Schweißraumes angeordneten Visier und mit einem in der Visierlinie liegenden Spiegel innerhalb des Schweißraumes, dadurch gekennzeichnet, daß das Visier (32) mit einem Fadenkreuz ausgerüstet ist und das verstellbare Werkzeug, insbesondere ein Strahlerzeugungssystem (17), eine graduierte Skala (30) trägt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einem in einer Vakuumkammer verstellbar angeordneten Strahlerzeugungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Vakuumkammer (8) angeordnete Halterung des Werkstückes (21,22) in an sich bekannter Weise unter Ausrichtbarkeit auf den Verlauf der Schweißnaht (23) verstellbar ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einer vor die Reflexionsfläche des Spiegels verlegbaren und ihn freilegenden, beweglichen Blende, gekennzeichnet durch Anordnung eines elektrischen Antriebes (55 bis 67) zur Verstellung der Blende.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen