DE19545713A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Stumpfschweißen zweier Bleche oder Bänder - Google Patents

Description

Um zwei Bänder miteinander stumpf zu verschweißen, sind Schweißvorrichtungen bekannt (EP 0 234 346 A1) die die aus verschiedenen Ebenen einem Schweißort zugeführten Bänder in eine Ebene überführen. Dazu dient ein Führungslineal, das im Querschnitt Z-förmig ist und an dessen höhenversetzten aber im wesentlichen in einer vertikalen Ebene liegenden Kanten die Bänder mit ihren zu verschweißenden Kanten anliegen, so daß sie nach Verlassen dieses Lineal es praktisch ohne Spalt in einer Horizontalebene aneinanderstoßen. Am Schweißort werden die Bänder auf der Unterseite von einer im Bereich der Schweißfuge genuteten Rolle abgestützt und auf der Oberseite von zwei mit Abstand voneinander und geneigt angeordneten Rollen angedrückt. Eine Schweißdüse für den Schweißstrahl einer Strahlungsquelle ist zwischen diesen oberen Rollen angeordnet.

Ferner sind zur Vermessung der Schweißnaht Verfahren und Einrichtungen bekannt, die nach dem Lichtschnittverfahren arbeiten (DE 43 12 241 A1; Zeitschrift "INDUSTRIE ANZEIGER" 23/93, Seiten 56-58). Mit solchen Verfahren und Einrichtungen lassen sich die geometrischen Verhältnisse der Naht feststellen. Solche Verfahren und Einrichtungen werden in Durchlaufrichtung der Bänder vor der Schweißvorrichtung angeordnet. Mit solchen Vorrichtungen ist es zwar möglich, in Abhängigkeit von dem Meßergebnis die Schweißparameter, wie die Lage des Schweißstrahles und die Führung der Bleche mittels geeigneter Stellglieder zu beeinflussen, doch nur unbefriedigend, da mit ihnen nicht gleichzeitig die Position einer jeden Blechkante erfaßt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine möglichst frühzeitige Erfassung der Kanten der Bleche und Bänder an der Stoßfuge ermöglicht.

Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zum Stumpfverschweißen zweier Bleche oder Bänder mit einem Schweißstrahl einer ortsfesten Schweißeinrichtung, der die Bleche oder Bänder stumpf aneinanderstoßend mittels einer Positionier- und Führungseinrichtung zugeführt werden und mit einer nach dem Lichtschnittverfahren arbeitenden Nahtvermessungseinrichtung dadurch gelöst, daß jede der beiden Blechkanten unmittelbar vor dem Schweißort vermessen und in Abhängigkeit von diesem Meßergebnis die relative Position der Kanten der Bleche oder Bänder zu dem Schweißstrahl eingestellt wird. Dabei kann die Einstellung an verschiedenen Parametern vorgenommen werden, wie beispielsweise der Lage des Schweißstrahles, an die Bleche einklemmenden Andruckrollen, sei es durch deren Druck, sei es an Führungsrollen (Anpreßdruck, Anpreßzeit), aber auch durch die Intensität der Kühlung der miteinander verschweißten Bleche. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt also eine sehr präzise Regelung oder Steuerung der Schweißparameter wegen der unmittelbaren Nähe des Meßortes zum Schweißort.

Die besonderen Schwierigkeiten der räumlichen Unterbringung und der Belastung der Nahtvermessungseinrichtung durch die unmittelbare Nähe am Schweißort wird mit der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung zum Stumpfschweißen zweier Bleche beziehungsweise Bänder gelöst. Bei ihr werden die mit ihren Kanten an einem Führungslineal anliegenden Bänder dem Schweißort zugeführt und am Schweißort eingeklemmt zwischen mindestens einer unteren und zwei, die beiden oberen Bleche neben dem Schweißort erfassenden Rollen in einer Ebene gehalten. Die Schweißvorrichtung weist eine zwischen den oberen Rollen positionierte Schweißdüse für den Schweißstrahl einer Strahlungsquelle und eine einerseits zwischen der Schweißdüse und dem Führungslineal und andererseits zwischen den oberen Führungsrollen positionierte, nach dem Lichtschnittverfahren arbeitenden Nahtvermessungseinrichtung, bestehend aus einer Lichtquelle und einer Kamera auf, die im Stahlungsschatten eines vor der Schweißdüse angeordneten Schirmes liegen und vor an dem Führungslineal reflektierter Schweißspritzer durch ein an dem Führungslineal angeordnetes Schutzschild geschützt sind. Zum weiteren Schutz der Optiken von Lichtquelle und Kamera kann in dem Raum vor der Lichtquelle und der Kamera eine Luftspülung vorgesehen sein.

Bei dieser Schweißvorrichtung ist also die Nahtvermessungseinrichtung in unmittelbarer Nähe des Schweißortes, und zwar vor diesem, angeordnet. Vor Belastungen, die von dem Schweißstrahl am Schweißort ausgehen, ist die Nahtvermessungseinrichtung durch den Schirm und den Schutzschild geschützt. Durch den Schirm und den Schutzschild wird die Nahtvermessungseinrichtung in ihrer Arbeitsweise nicht beeinträchtigt, da Schutzschild und Schirm außerhalb der ausgesandten und empfangenen Meßstrahlen liegen. Der beim Schweißvorgang entstehende Dampf/Rauch wird durch die Luftspülung von der Optik der Nahtvermessungseinrichtung ferngehalten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel schematisch darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 die Schweißvorrichtung mit Nahtvermessungseinrichtung beim Verschweißen zweier Bänder in Seitenansicht und

Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 im Schnitt nach Linie I-I der Fig. 1.

Zwei zu verschweißende Bänder 1, 2 aus Blech werden mittels eines Führungslineales 3b, 3b, das im Querschnitt Z-förmige Anlageflächen für die Bandkanten hat und mit dem Führungslineal zusammenwirkende, in der Zeichnung nicht dargestellte Führungsrollen aus verschiedenen Ebenen in eine Horizontalebene zusammengeführt, in der sie stumpf aneinanderstoßen. In dem hinter dem Führungslineal 3a, 3b liegenden Bereich der Bänder 1, 2 mit der Stoßfuge 4 werden die Bänder 1, 2 von einer unteren Rolle 5 mit einer im Bereich der Stoßfuge 4 liegenden Nut 6 und zwei oberen, schräg angestellten Rollen 7, 8 gehalten. Um den Bändern 1, 2 eine möglichst weite Führung bis in die Nähe des Einspannbereiches durch die Rollen 5, 7, 8 zu geben, ist das Führungslineal 3a, 3b stirnseitig konkav entsprechend der Kontur der Rollen 5, 7, 8 geformt.

Mitten zwischen den oberen Führungsrollen 7, 8 ist eine Strahlungsquelle 9 mit einer Schweißdüse 10 für einen Laserstrahl 11 angeordnet. Beim Schweißen mit diesem Laserstrahl 11 gehen von diesem Laserstrahl 11 und dem Schweißort 12 Wärmestrahlung 13 und Schweißspritzer 14 aus. Diese Schweißspritzer 14 werden an der konkaven Stirnseite 15 des Führungslineales 3 nach oben reflektiert.

Zwischen den schrägstehenden oberen Rollen 7, 8 auf der einen Seite und zwischen der Schweißdüse 10 und der Stirnseite des Führungslineals 3a auf der anderen Seite ist eine Nahtvermessungseinrichtung 16 angeordnet, die nach dem Lichtschnittverfahren arbeitet. Sie umfaßt eine Lichtquelle 17, insbesondere eine Laserstrahlquelle, und einen Empfänger 18, insbesondere eine CCD-Kamera. Die Lichtquelle 17 und die Kamera 18 sind hinter einem Austrittsfenster 19 beziehungsweise einem Sichtfenster 20 angeordnet. Eine Luftdüse 21 erzeugt eine die beiden Fenster 19, 20 überstreichende und den Raum vor den Fenstern von Rauch und dergleichen befreiende Luftspülung.

Zum Schutz der Nahtvermessungseinrichtung 16 vor vom Laserstrahl 11 und dem Schweißort 12 ausgehender Wärmestrahlung 13 ist zwischen der Schweißdüse 10 und der Nahtvermessungseinrichtung 16 ein trapezförmiger, dem freien Raum zwischen den Rollen 7, 8 angepaßter Schirm 22 vorgesehen, der soweit nach unten reicht, daß die Fenster 19, 20 im Strahlungsschatten liegen. Zum Schutz der Fenster 19, 20 gegen reflektierte Schweißspritzer 14 sorgt ein an der Stirnseite 15 des Führungslineales 3 angeordneter Schutzschild 23. Eventuelle direkte Schweißspritzer werden von den Fenstern 19, 20 auch durch den Schirm 22 ferngehalten.

Wie aus Fig. 1 zu entnehmen ist, behindern der Schirm 22 und der Schutzschild 23 nicht einen von der Lichtquelle 17 ausgehenden Lichtstrahl 24 und einen an den Bändern 1, 2 reflektierten Strahl 25.

Bei der an einem Ausführungsbeispiel beschriebenen erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung erfolgt die Erfassung der beiden Blechkanten in unmittelbarer Nähe am und vor dem Schweißort 12. Deshalb ist eine sehr exakte Vermessung der Stoßfuge 4 und damit eine sehr genaue Steuerung und/oder Regelung der Schweißparameter (Strahlposition, Bandführungsparameter, Anpreßdruck der Rollen und nicht dargestellte Führungsrollen im Bereich des Führungslineals sowie Kühlleistung der Bänder) möglich. Auch ist es mit der erfindungsgemäßen Einrichtung möglich, eine Grundeinstellung der Führungsparameter im Durchlauf vorzunehmen, ohne daß eine Schweißung erfolgt.

Claims (4)

1. Verfahren zum Stumpfschweißen zweier Bleche oder Bänder (1, 2) mit einem Schweißstrahl (11) einer ortsfesten Schweißeinrichtung (9), der die Bleche oder Bänder (1, 2) stumpf aneinanderstoßend mittels einer Positionier- und Führungseinrichtung (3, 4, 5, 7, 8) zugeführt werden, und mit einer nach dem Lichtschnittverfahren arbeitenden Nahtvermessungseinrichtung (16), dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Blechkanten unmittelbar vor dem Schweißort (12) vermessen und in Abhängigkeit von diesem Meßergebnis die relative Position der Kanten der Bleche beziehungsweise Bänder (1, 2) zu dem Schweißstrahl (11) eingestellt wird.

2. Schweißvorrichtung zum Stumpfschweißen zweier Bleche oder Bänder (1, 2), die mit ihren Kanten an einem Führungslineal (3a, 3b) anliegend einem Schweißort (12) zugeführt und am Schweißort (12) eingeklemmt zwischen mindestens einer unteren Rolle (5) und zwei die beiden Bleche oder Bänder (1, 2) neben dem Schweißort (12) erfassenden Rollen in einer Ebene gehalten werden, mit einer zwischen den oberen Rollen (7, 8) positionierten Schweißdüse (10) für den Schweißstrahl (11) einer Strahlungsquelle (9) und einer einerseits zwischen der Schweißdüse (10) und dem Führungslineal (3a, 3b) und andererseits zwischen den oberen Führungsrollen (7, 8) positionierten, nach dem Lichtschnittverfahren arbeitenden Nahtvermessungseinrichtung (16) aus einer Lichtquelle (17) und einer Kamera (18), die im Strahlungsschatten eines vor der Schweißdüse (10) angeordneten Schirmes (22) liegen und vor an dem Führungslineal (3a, 3b) reflektierter Schweißspritzer (14) durch ein an dem Führungslineal (3a, 3b) angeordnetes Schutzschild (23) geschützt sind.

3. Schweißvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum vor der Lichtquelle (17) und der Kamera (18) eine Luftspülung vorgesehen ist.

4. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1.