DE2129531A1 - Method for the non-contact measurement of seam width and seam center - Google Patents

Method for the non-contact measurement of seam width and seam center

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DE2129531A1
DE2129531A1 DE19712129531 DE2129531A DE2129531A1 DE 2129531 A1 DE2129531 A1 DE 2129531A1 DE 19712129531 DE19712129531 DE 19712129531 DE 2129531 A DE2129531 A DE 2129531A DE 2129531 A1 DE2129531 A1 DE 2129531A1
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Werner Schulze
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Zentralinstitut fuer Schweisstechnik der DDR
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Description

Anmelder : /. \ c<jOO\ Applicant: /. \ c <jOO \

Zentralinstitut für Schweißtechnik der DDE 403 Halle (Saale), Köthener Str. 33aCentral Institute for Welding Technology of DDE 403 Halle (Saale), Köthener Str. 33a

Verfahren zur berührungslosen Messung von Nahtfugenbreite und NahtfugenmitteMethod for non-contact measurement of seam width and seam center

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Messung von Nahtfugenbreite und Nahtfugenmitte sowie zur Steuerung der Schweißparameter und Nachführung des Schweißkopfes auf Nahtmitte und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for the non-contact measurement of seam width and seam center as well as for Control of the welding parameters and tracking of the welding head to the seam center and an arrangement for implementation of the procedure.

Das Nachsteuern der Schweißparameter in Abhängigkeit von der Nahtfugenbreite vorzunehmen, wurde bereits vorgeschlagen. Nach dieser lösung tastet ein Fühlhebel mit elliptischem Taststift die Nahtkanten ab, wobei der mögliche Drehwinkel als Maß für die vorliegende Nahtfugenbreite gilt und die mechanische Stellgröße über mechanisch-elektrische Wandler einem Steuerverstärker zugeführt wird, der die Stellglieder für Schweißstrom, Schweißspannung oder Schweißgeschwindigkeit zu bestätigen gestattet.Adjusting the welding parameters depending on the seam width has already been proposed. After this solution, a feeler lever with an elliptical stylus scans the seam edges, whereby the possible angle of rotation as a measure for the existing seam joint width and the mechanical manipulated variable via mechanical-electrical converters a control amplifier is fed to the actuators for welding current, welding voltage or welding speed allowed to confirm.

Wesentlicher Nachteil dieser Lösung ist der unvermeidbare, zu Fehlsteuerungen führende Verschleiß des Taststiftes im rauhen Werkstattbetrieb. Sie erlaubt weiterhin nur den Einsatz des Taststiftes bei begrenzten Abweichungen von der vorgegebenen Nahtfugenbreite·The main disadvantage of this solution is the unavoidable wear of the stylus in the sensor, which leads to control errors rough workshop operation. It still only allows use of the stylus for limited deviations from the specified seam width

Es sind weiter Lösungen für die berührungslose Führung von Schweißköpfen auf Nahtfugenmitte bekannt, die ein richtungsabhängiges Signal in Abhängigkeit von der Lage der über der Nahtfuge angeordneten, fest mit dem Schweißkopf verbundenen Differentialtransformatoren zu erzeugen gestatten, welches über Steuerverstärker den Stelleinrichtungen des Schweißkopfes mitgeteilt wird.There are also solutions for the contactless guidance of Welding heads known on the seam joint center, which send a direction-dependent signal depending on the position of the above Allow differential transformers to be produced, which are arranged in a seam joint and are firmly connected to the welding head via control amplifier to the actuating devices of the welding head is communicated.

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Ein Signal für di© Hahtfugenbreite zwe Steuerung der Schweißparameter steht b©i &©ra3?tig©a Lösungen nicht zui? Verfügung, so daß aur Yollautoaatiei^ruag einer Schweißanlage die lachst©u.@r©iaxielitTi:fig fik· d©n Sohw©ißkopf durch ein© Mnriehtung zur Abtaeteag d©2? Hahtfugenbreite zn. komplettieren istj, wodurch ©in g@to hoher Aufwand an elektrischen und elektronisch®» Mitteln entsteht*A signal for the joint width two control of the welding parameters is not available for solutions. Available, so that aur yollautoaatiei ^ ruag of a welding system the laughs Seam width zn. complete istj, whereby © in g @ to a high expenditure of electrical and electronic® »means results *

Es ist deshalb Zweck d@s? Erfindungv ©in Verfahren und die Mittel zur Durchführung des ¥©a?fahr©as zu entwickeln, die mit einem, minimalen geräteteehaiseliea Aufwand sowohl eine Steuerung des &&bsr@ißparaiaet©3? als auch eine Hachführung des Schweißkopfe β auf Hahtfu.g©nmitt@ ermöglichen.It is therefore purpose d @ s? Invention © v in method and the means for implementing the ¥ © a? Moving © as develop the ißparaiaet with, minimum effort geräteteehaiseliea both control of the && bsr @ © 3? as well as allowing the welding head β to be guided up on Hahtfu.g © nmitt @.

Der Erfindung liegt di© Aufgab© zugrund©f ein magnetisches Abtastverfahren au schaff©ns welches mit einem Geber und einem Empfänger die Breit© und Lage der Hahtfuge erfaßt und in ein auswertbares Signal für die Hachsteuerung der Stelleinriehtungen umformi;«,The invention is di © © gave destruction the © f, a magnetic scanning au generating © n s which the width and position of the © Hahtfuge detected with a transmitter and a receiver and umformi in a usable signal for the Hachsteuerung the Stelleinriehtungen; "

Diese Aufgabe wis?d ©rfindusgsgeraäß dadurch gelöst t daß in den Nahtfugenbereich ©in axial süj? lahtfuge gepoltes, quer zur Kahtfuge pendelndes^ rotierendes oder· qsz!liierendes magnetisches Feld induziert wirdf dessen Größe und lag© meßtechnisch zu. erfassen iste Dazu ist sin mit dem Geber mechanisch fest verbundener Empfänger vorgesehen, der die durch die unterschiedliehe Oberfläehengeometrie des Werkstückes hervorgerufene KebenschluBwirkung, Vielehe zur Änderung des magnetischen Flusses führt, zu erfassen vermag und in ein richtungsabhängiges Signal verwandelt.This object wis? D © rfindusgsgeraäß solved t süj that in the seam joint area in axially ©? lahtfuge poled across rotating or Kahtfuge shuttling ^ · qsz! liierendes magnetic field is induced for its size and lay to measurement technology ©. is capturing e It should sin provided with the encoder mechanically firmly connected to the receiver, which leads caused by the difference Liehe Oberfläehengeometrie the workpiece KebenschluBwirkung, plural marriage to the change of magnetic flux, is able to grasp and transformed into a directional signal.

DasSignal wird danach in bekannter Weise den Stelleinrichtungen des Schweißautomaten zugeführt.The signal is then fed in a known manner to the actuating devices of the automatic welding machine.

Geber und Empfänger bestehen aus einem Differential transformator,, der durch eine Erregerwicklung sowie zwei als Differentialwickluagen geschaltete Meßspulen gekennzeichnet ist, wobei letztere so justiert sinds daß dia in beiden Meß= spulen iaduzier-te Differentialspannung bei sinsr Stellung,, which is characterized by an excitation winding and two measurement coils connected as Differentialwickluagen transmitter and receiver consist of a differential transformer, the latter being adjusted so that dia s are in both the measuring coil = iaduzier-th differential voltage at position sinsr

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des Differentialtransfοrmators über einem Nahtfugenbereieh gleich Null ist, der in einer wenig unter der Werkstückoberkante liegenden Ebene liegt,of the differential transformer over a seam area is equal to zero, which lies in a plane slightly below the upper edge of the workpiece,

Dadurch ist der Abstand zwischen den Nullstellen als Maß der Kahtfugenbreite meßtechnisch verwertbar, wobei die Nullstellen in einen Bereich der Ausgangsspannungskennlinie fallen, der eine klare Bemessung zuläßt. Bei mechanischer Kopplung zwischen Schweißkopf und Differentialtransformator ist darüber hinaus eine Nachführung des Schweißkopfes in der Weise möglich, daß stets die Maximalamplitude der Differentialspannung eingesteuert wird, die der Mittellinie zur Nahtfuge entspricht·As a result, the distance between the zero points can be measured as a measure of the seam width, with the zero points fall within a range of the output voltage characteristic that allows a clear dimensioning. In the case of mechanical coupling between the welding head and the differential transformer, the Welding head possible in such a way that the maximum amplitude of the differential voltage is always controlled corresponds to the center line to the seam joint

Der Vorteil der Erfindung liegt im kleinsten Geräteaufwand für die gleichzeitige Messung zweier Nahtfugenkenngrößen und deren steuerungstechnischer Verwertung.The advantage of the invention lies in the minimal equipment outlay for the simultaneous measurement of two seam joint parameters and their control-technical utilization.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden·The invention is to be explained in more detail below using an exemplary embodiment.

In der dazugehörenden Zeichnung zeigenShow in the accompanying drawing

Fig. 1 : die Anordnung des Differentialtransformators über der NahtfugeFig. 1: the arrangement of the differential transformer over the seam joint

Fig. 2 : die Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Lage des DifferentialtransformatorsFig. 2: the output voltage as a function of the position of the differential transformer

Der über der Nahtfuge 9 angeordnete Differentialtransformator 2 wird über die Erregerwicklung 1 mit einem Wechselstrom, beispielsweise 50 Hz erregt, wodurch sich ein magnetisches Wechselfeld in der Längsachse der Nahtfuge 9 ausbildet. Durch ein elektromechanisches Schwingsystem wird der Differentialtransformator 2 in einer quer zur Nahtfuge 9 verlaufenden Achse 8 oszillierend bewegt, wodurch eine durch die Oberflächengeometrie des Werkstückes hervorgerufene unterschiedliche Nebenschlußwirkung zur Änderung des magnetischen Flusses führt. Die in den Meßspulen 3; 4 der Differentialwicklung induzierte Differentialspannung 7 ist demnach abhängig von der Oberflächengeometrie des Werkstückes.The differential transformer arranged above the seam joint 9 2 is excited via the excitation winding 1 with an alternating current, for example 50 Hz, whereby a magnetic Alternating field in the longitudinal axis of the seam 9 forms. By means of an electromechanical oscillating system the differential transformer 2 in a transverse to the seam 9 extending axis 8 moves in an oscillating manner, whereby a caused by the surface geometry of the workpiece different shunt effect leads to a change in the magnetic flux. The in the measuring coils 3; 4 of the differential winding induced differential voltage 7 is therefore dependent on the surface geometry of the workpiece.

Die Meßspulen 3; 4 werden deshalb so (justiert, daß in einer Ebene 5 dicht unterhalb der Werkstückoberkante 6 dieThe measuring coils 3; 4 are therefore adjusted so that in a Level 5 just below the top edge 6 of the workpiece

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Differentialspannung 7 gleich Null ist. Der Abstand zwischen den Nullstellen 10 entspricht damit der Naht fugenbreite 11, während die Maximalamplitude 12 ein Maß für die Lage der Mitte der Nahtfuge 9 darstellt.Differential voltage 7 is zero. The distance between the zeros 10 thus corresponds to the seam joint width 11, while the maximum amplitude 12 is a measure of the position represents the center of the seam 9.

Während der arithmetische oder zeitliche Abstand der Nullstellen 10 über bekannte elektronische Bauglieder ausgewertet und das gewonnene Steuersignal über einen nachgeschalteten Verstärker zu Stellbefehlen für die Korrektur von Schweißspannung und/oder Schweißstrom und/oder Schweißgeschwindigkeit umgeformt wird, ist die Nachführung des Schweißkopfes bei mechanischer Kopplung mit dem oszillierenden Differentialtransformator 2 über einen weiteren Steuerverstärker auf die Maximalamplitude 12 der Differentialspannung 7 möglich. During the arithmetic or time interval between the zeros 10 evaluated via known electronic components and the control signal obtained via a downstream amplifier to control commands for the correction of Welding voltage and / or welding current and / or welding speed is converted, is the tracking of the welding head with mechanical coupling with the oscillating differential transformer 2 to the maximum amplitude 12 of the differential voltage 7 is possible via a further control amplifier.

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Claims (1)

PatentansprücheClaims M· ι Verfahren zur berührungslosen Messung von Nahtf ugenbreite und Nahtfugenmitte sowie zur Steuerung der Schweißparameter und Kachführung des Schweißkopfes, dadurch gekennzeichnet, daß in den Nahtfugenbereich ein axial zur Nahtfuge (9) gepoltes, quer zur Nahtfuge (9) pendelndes, rotierendes oder oszillierendes Magnetisches Feld induziert wird, dessen Größe und Lage in einem mit dem Geber (2) mechanisch fest verbundenen Empfänger (2) ein richtungsabhängiges Signal erzeugt,das über einen Signalverstärker den Stelleinrichtungen des Schweißautomaten zugeführt wird.M · ι method for contactless measurement of seam width and seam joint center as well as to control the welding parameters and guide the welding head, characterized in that in the seam area one that is polarized axially to the seam joint (9) and pendulum, rotating or oscillating transversely to the seam joint (9) Magnetic field is induced, the size and position of which is mechanically firmly connected to the encoder (2) Receiver (2) generates a direction-dependent signal that is sent to the actuating devices via a signal amplifier of the welding machine is supplied. 2· Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld mit Hilfe eines Differentialtransformators (2) erzeugt wird, dessen Meßspulen (5} 4·) so·justiert sind, daß in einer Ebene (5) unterhalb der Werkstückoberkante (6) die Ausgangsspannung der beiden Meßspulen (3j 4-) gleich Null ist.2 order to carry out the method according to claim 1, characterized in that the magnetic field with the help a differential transformer (2) is generated, the measuring coils (5} 4 ·) are adjusted so · that in one Level (5) below the upper edge of the workpiece (6) the output voltage of the two measuring coils (3j 4-) is the same Is zero. Hierzu ein Blatt Zeichnungen -For this purpose a sheet of drawings - 209810/1075209810/1075 La ρ rc ρ ι fLa ρ rc ρ ι f
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