DE2137232A1

DE2137232A1 - Nachlaufsteuerung mit beruehrungslosem abtasten einer metallkante

Info

Publication number: DE2137232A1
Application number: DE19712137232
Authority: DE
Inventors: Ruediger Papendick
Original assignee: Masing & Co KG Dr
Current assignee: Masing & Co KG Dr
Priority date: 1971-07-26
Filing date: 1971-07-26
Publication date: 1973-02-08

Description

Nachlaufsteuerung mit berührungslosem Abtasten einer Metallkante Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum berührungslosen, kontinuierlichen Abtasten längs einer Metallkante mit einer Meßsonde für eine Nachlaufsteuereinrichtung. Es sind tiachlaufsteuerunge#n für Maschinen zur Metallbearbeitung bekannt, bei denen mechanisch oder optisch eine Metallkante abgetastet wird.
Eine mechanische Abtastung ist Jedoch in vielen Fällen sehr störempfindlich, vor allem bei rauhem Betrieb und wenn unsaubere Metallkanten abgetastet werden sollen, bzw. Fremdkörper zwischen Metallkante und Abtastkopf gelangen können. Weiterhin verlangt diese Art der Abtastung eine sichere Befestigung der abzutastenden Metallkante. Einen Teil dieser Nachteile werden bei der berührungslosen, optischen Abtastung zwar vermieden, jedoch sind vor allem die optischen Abtastglieder bei rauher Betrieb oder wenn große Temperaturschwankungen entstehen können, häufig nicht geeignet.
Um diese Nachteile zu beseitigen ist es weiterhin bekannt zur Nachführung eines Schweißkopfes ein berührungsloses magnetisches Abtastsystem ( siehe OS 1 565 944) zu verwenden. Hierbei muß jedoch der Abtastkopf sehr dicht über dem Metall entlanggeführt werden; so daß leicht durch Unebenheiten oder Fremdkörper Störungen verursacht werden. Auch Temperaturschwankungen und magnetische Störfelder können die Abtastung leicht beeinflussen.
Diese Nachteile lassen sich vermeiden wenn gemäß der Erfindung die Meßsonde eine Wirbelstrommeßsonde ist, die mindestens eine Meßspule enthält, durch die ein hoch-frequenter Wechselstrom fließt, die Meßspule oder deren SpuLenkern, durch eine entsprechende Ausbildung und Anordnung in der Meßsonde, Je nach Lage der Me taL 1k##nte einen 5 stark unterschiledlichen Wirbelstrom In das Metall lerw Metallkante Induziert und daß die Pleßc;pule mit einem Steuereingang der Nachlaufsteuerung in Verbindung steht. Eine derartige Nachlaufsteuerung eignet sich neben einer Modell- und Kurvenabtastung besonders gut zur Steuerung eines Schweißkopfes z.B. entlang eines Schweißspaltes, wobei in Gegensatz zur magnetischen Abtastung auch Nichteisenmetalle abgetastet werden können.
Wird ein Führen z.B. über einer breiteren Nut erforderlich, oder in der Mitte über einer Nut mit stark tolerierender Breite, kann es vorteilhaft sein, auf Jeder Seite der Nut eine erfindungsgemäße Sonde vorzusehen. Werden die durch diese beiden Sonden erzeugten Steuergrößen über eine entsprechende Brückenschaltung der Nachlaufsteuereinrichtung zugeführt, so können in an sich bekannter Weise, Störeinflüsse leichter kompensiert werden.
Soll auch der horizontale Abstand von der Schweißnaht gesteuert werden, z.B. wenn dies durch eine Abstandsrollenführung wegen starker Unebenheiten oder neben der Schweißnaht liegender Bauteile nicht möglich ist, kann eine weitere Wirbelstrommeßsonde vorgesehen werden die, zusammen mit der Meßsonde für die seitliche Führung, auf einem Transportschlitten angeordnet ist, der auch den Schweißkopf bzw. eine Schweißpistole oder eine Schweißelektrode trägt. Diese zusätzliche Wirbelstommeßsonde steuert dann den Höhenabstand des Schweißkopfes ueber der Schweißstelle.
In entsprechender Weise könne die erfindungsgemäßen Meßsonden auch zur Abtastung der Konturen von Modellen oder Kurvenbahnen bei einer anderen Nachlaufsteuerung Verwendung finden.
Di Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführugsbeispiele näher erläutert. Es zeigt Pig 1 eln Aufbauprinzip einer elnfechen Nachführsteuerung, Fig. 2 das Führen einerSchweißeinrichtung längs eine Schweißnaht, t Fig. 3 das Führen eines Schweißkopfes entlang einer annähernd geraden Schwefßnaht, Fig. II das Steuern einer Kreuzwagenschweißmaschine und Fig. 5 das Schaltungsprinzip zur Steuerung der in Fig. 4 dargestellten Schweißeinrichtung In Fig. 1 wird eine Meßsonde 1 mit einer Meßspule 2 entlang einer Metallkante 3 geführt, die z.Bs Teil einer Schweißspalte 4 sein kann. Die Meßspule 2 ist auf einem Ferritkern 5 aufgebracht, der unten aus der Meßsonde 1 herausragt und einen Wirbelstrom in dem darunter liegenden Metall induziert. Hierzu ist die Meßspule 2 an einen Hochfrequenzgenerator 6 angeschlossen, der je nach Größe des induzierten Wirbelstromes mehr oder weniger bedämpft wird.
Die Meßsonde wird bei einer Bewegung längs der Metallkante durch eine Abstandsrolle 7 immer auf annähernd gleichem Höhenabstand über der Metallkante 3 gehalten. Die durch Gleichrichtung der an der Meßspule anliegenden Hochfrequenzspannung erzeugte Steuergleichspannung 8 wird in einem Vergleicher 9 mit einer festen bzw.
einstellbaren Bezugsspannung lo verglichen und die hierbei entstehende Differenzspannung einem Verstärker 11 zugeführt. Mit der Ausgangsspannung des Verstärkers 11 wird ein Stellmotor 12 gesteuert, der den seitlichen Versatz 13 der Meßsonde 1 einstellt.
Da die Höhe über der Metallkante 3 konstant bleibt, wird der Ferritkern 5 hierbei mehr oder weniger weit über den Schweißspalt Ii versetzt, wobei in Richtung zur Schweißspaltmitte die Dämpfung der Meßspule stark zurückgeht und die HF-Spannung an der Meßspule rasch ansteigt, wobei die Steuerspannung 8 weit größer wird als die Vergleichsspannung lo. Hierdurch erhält der Stellmotor 12 über den Verstärker 11 eine Steuerspannung, mit der er die Meßsonde 1 in Richtung 13 zur Metailkante 3 hin versetzt. Durch eine entsprechende Einstellung der Bezugsspannung lo kann so die Meßsonde direkt über oder dicht rechts oder links neben der Metallkante 3 entlanggeführt werden, wenn ( z.B. durch einen Antrieb mit konstanter oder von anderen Meßwerten ab#tängiger Geschwindigkeit ) die Meßsonde entlang der Metallkante 3 bewegt wird.
In Fig. 2 ist eine Schweißanlage dargestellt, bei welcher eine Schweißelektrode 14 mit Hilfe einer Wirbelstrommeßsonde 15 entlang eines Schweißspaltes 16 im Mantel eines Metallrohres 17 geführt wird. Die Meßsonde 15 steuert hierbei einen Quermotor 18 zur seitlichen Korrektur mit einem Schlitten 19, der auf einem Horizontallager 20 läuft. Die vertikale Stellung des Horizontallagers 20 ~ist über eine Spindel 21 einstellbar, die durch einen anderen Stellmotor angetrieben wird, den eine weitere Wirbelstrommeßsonde 22 steuert. Diese Meßsonde 22 stellt einen gleichbleibenden Höhenabstand des Schlittens 19 von der Schweißnaht 16 ein. Der Spindelträger 23 wird über einen weiteren, nicht dargestellten Antrieb mit konstanter bzw. von der Schweißarbeit abhängiger Geschwindigkeit, annähernd parallel zur Schweißnaht geführt.
In Fig. 3 ist eine Schweißvorrichtung 24 dargestellt, welche gleichfalls entlang einer Schweißnaht 25 geführt wird, die durch zwei aufeinander liegende Bleche 26 gebildet ist. Eine Wirbelstrommeßsonde 27 folgt hierbei der Kontur der oberen Metallkante 28, wobei sie einen Stellmotor 29 steuert, der wie bei der optischen Nachlaufsteuerung an sich bekannt, für eine richtige Drehlage 30 eines Konturenfolgers 31 dient und einen Funktionsgeber 32 einstellt. über diesen Funktionsgeber 32 kann dann, wie später noch erläutert (Fig.5), der Quer- und Längsantrieb für die Schweißvorrichtung 24 in Richtung der X- und Y-Koordinatenachsen derart gesteuert werden, daß der Schweißkopf 33 mit annähernd gleichbleibender Geschwindigkeit entlang der Schweißnaht geführt wird, wobei er, falls erforderlich, stehts die gleiche Schräglage zur Schweißnaht beibehält.
Sind nur annähernd gerade Schweißnähte zu verschweißen, kann die Schweißvorrichtung auch ohne Funktionsgeber 32 aufgebaut sein, wobei dann durch den Stellmotor 29 eine Lagekorrektur des Schweißkopfes durch eine seitliche Schwenkbewegung (3o) möglich wird.
Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung kann wie in Fig. 4 dargestellt, auf einem Kreuzwagenschlitten 34 angeordnet sein, der 'über einen QuerantritEb 35 und einen Längsantrieb 36 in Richtung der X- und Y-Koordinatenachsen verstellbar ist. Hiermit wird es möglich, Deckel 37 oder Verstärkungsringe auf ein Blech 38 weitgehend automatisch aufzuschweißen. Hierzu wird der Schlitten 34 z.B. mittels Handsteuerung derart verstellt, daß die Wirbelstromsonde 27 über der Außenkante des aufzuschweißenden Deckels 37 steht und danach mit dem automatischen Aufschweißen begonnen.
Die Meßsonde 27' liefert hierbei, wie schon beschrieben, eine von ihrer Lage abhb gige lIochfrequenzspannung die aus einem HF-Oszillator 39 stammt und durch einen Gleichrichter 40 in eine Gleichspannungssteuerspannung umgewandelt wird-. In einer Vergleichsstufe 41 wird diese Steuerspannung mit einer Gleichspannung verglichen, die an einem Lageeinsteller 42 abgegriffen wird. Die über einen Verstärker 43 dem Stellmotor 29 ' zugeführte Differenzspannung sorgt für eine richtige Drehlage des Konturenfolgers 31 und stellt hierbei einen Funktionsgeber 32' ein, der ein Resolver sein kann. Zur Stabilisierung dieses Steuerkreises kann die Gleichspannung aus einem Tachogenerator 44 dienen, der über den Stellmotor 29' angetrieben wird und die Differenzspannung beeinflußt. Je nach Drehlage des Funktionsgebers 32' bzw. des Konturenfolgers 31' erhalten die Zweige für den Längs- und Querantrieb eine unterschiedlich in ihrer Phase verschobene Wechselspannung, die in Phasendiskriminatoren 45 und 46 in entsprechende Steuerspannungen umgewandelt werden.
Hierbei wird die an den Funktionsgeber 32' angelegte Wechselspannung einem Vorschubpotentiometer 47 entnommen. Die Steuerspannungen aus den Diskriminatoren 45 und 46 werden über Verstärker 48, 49 Impulserzeugern 50, 51 zugeführt die Tyristorendstufen 52, 53 steuern, welche in der Zuleitung des Längs-und Querantriebes 35, 36 liegen. -Auch hier können zur Stabilisierung der Steuerkreise Rückführungen 54, 55 vorgesehen sein.
Mit einer derartigen Steuerung läßt sich ( in an sich bekannter Weise ) eine, mit dem Vorschubpotentiometer 47 einstellbare geschwindigkeitskonstante Konturennachführung erzielen, wodurch es möglich wird, eine nahezu gleichgute Schweißung entlang der Schweißnaht durchzuführ#n. - - - - - - -- -

Claims

Patentansprüche Vorrichtung zum berührungslosen, kontinuierlichen Abtasten längs einer Metallkante mit einer Meßsonde für eine Nachlaufsteuereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde eine Wirbelstrommeßsonde (1;27) ist, die mindestens eine Meßspule (2) enthält durch die ein hochfrequenter Wechselstrom fließt, die Meßspule (2) oder deren Spulenkern (5) durch eine entsprechende Ausbildung und Anordnung in der Meßsonde ( 1) Je nach Lage der Metallkante (3;28) einen stark unterschiedlichen Wirbelstrom in das Metall der Metallkante (3;28) induziert und daß die Meßspule (2) mit einem Steuereingang der Nachlaufsteuerung in Verbindung steht.
2. Vorrichtung und Anspruch 1, zur Führung eines Schweißkopfes entlang eines Schweißspaltes dadurch gekennzeichnet, daß für beide Seiten des Schweißspaltes (4) Je eine Meßspule (2) vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Meßspulen Teile einer Brückenschaltung sind, oder die von diesen Meßspulen abgegriffenen Spannungen einer Brückenschaltung im Steuereingang der Nachlaufsteuereinrichtllng zugeführt sind.
4. Vorrichtung nach einem der A. 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Winkelstrommeßsonde (22) vorgesehen ist, die neben der ersten Meßsonde abseits der Metallkante entlang der Oberfläche des Metalls geführt wird und deren Meßspule mit einem weiteren Steuereingang der Nachlaufsteuereinrichtung zur Abstands- bzw. Höhensteuerung in Verbindung steht,
5. Nachlaufsteuereinrichtung zur Führung eines Schweißkopfe mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4> dadurch gekennzeichnet, daß eine Laufeinrichtung (19;2sog23) zum Fü'hren des Schweißkopfes (14) entlang einer annähernd geraden Schweißkante vorgesehen ist und daß zur seitlichen Korrektur der Lage des Schweißkopfes, die Meßsonde (15) an einem quer zur Schweißkante verstellbarem Teil (19) der Laufeinrichtung angebracht ist, das auch den Schweißkopf (14) trägt.
6. Nachlaufsteuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde an einem Teil (31) der Laufeinrichtung angebracht ist, das über einen Stellmotor (29) seitlich ausschwenkbar ist.
7. Nachlaufsteuereinrichtung zur Führung eines Schweißkopfes mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß ein Kreuzwagen zum Führen des Schweißkopfes (27) in den X- und Y-Koordinatenachsen vorgesehen ist an dem ein Stellenantrieb (29) zum Einstellen der Schweißrichtung angebracht ist.