DE2208863A1 - Verfahren zur fuehrung eines geraets zur werkstoffbearbeitung oder -pruefung sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zur Rührung eines Geräts zur Werkstoffbearbeitung oder -prüfung sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Führung eines Geräts zur Werkstoffbearbeitung oder -prüfung entlang des Verbindungsbereichs zweier Werkstücke, insbesondere der überhöhten Schweißnaht zwischen zwei Werkstücken, durch berührungslose oder mechanische Abtastung der Aberhöhung des Verbindungsbereichs und Auswertung des Abtastergebnisses zur Steuerung der Führung.
• Insbesondere bei der automatischen zerstörungsfreien Prüfung von Schweißverbindungen an Bauteilen jeglicher Art, z.B. an spiral- oder längsnahtgeschweißten Rohren, und ferner insbesondere beim Einsatz von Ultraschall-Schweißnahtprüfanlagen, besteht die BotwendigkeitS die für diese Prüfung verwendeten Geräte zum Zweck der Einhaltung gleichmäßiger Prüfbedingungen in definierter Lage zu dem zu prüfenden Verbindungsbereich, also insbesondere zu der zu prüfenden Schweißnaht zu führen. Mit den bekannten Verfahren und Vorrichtungen der eingangs angegebenen Art wird versucht, dieses Problem derart zu lösen, daß die vorhandene Schweißnahtüberhöhung oder Nahtraupe auf mechanischem, optischem oder magnetinduktivem Weg abgetastet wird0 Bei den nicht mechanisch arbeitenden bekannten Verfahren wird dabei der Abstand zwischen dem jeweiligen Abtastelement und der Werkstückoberfläche bzw. Schweißnahtüberhöhung berührungslos gemessen, wobei das Steuersignal aus den unterschiedlichen Abständen des Abtastelements zur Werkstück-bzw. NahtDberfläche abgeleitet wird0 Diese bekannten Verfahren sind mit dem Nachteil behaftet, daß die sich aus dem jeweiligen Bearbeitungsvorgang, insbesondere dem Schweißvorgang, selbst ergebenden speziellen Probleme nicht genügend berücksichtigt werden. So führen z.B. durchaus vorhandene und ansich unschädliche Schwankungen der Schweißnahtbreite, asynimetrische Schweißnahtraupen, Kantenansatz und Nahtgnsätze zu Fehlmessungen und damit Fehlpositionierungen des jeweiligen Prüfgeräts in der Prüfanlage. Die Folge hiervon sind Fehlanzeigen aus ansich fehlerfreien Bearbeitungs-oder Schweißabschnitten und damit verbundene erhebliche Kosten für^lQachprüfung dieser Bereiche durch eine Ultraschall-Hand- und/oder Röntgenprüfung. Außerdem besteht die Gefahr, daß bei Fehipositionierungen der Prüfeinrichtung unter Umständen schwerwiegende Fehler in der Schweißnaht übersehen werden.
• Bei den nach mechanischem Prinzip arbeitenden Vorrichtungen, mit denen Verfahren der eingangs angegebenen Art ausgeführt werden, werden zwei oder mehrere Laufräder an den durch die Schweißnahtüberhöhung gebildeten Kanten entlang geführt. Durch die direkteKraftübertragung der auf d ie Laufräder beim Auswandern der Schweißnaht ausgeübten Kräfte erfolgt eine Verschiebung des gesamten Prüfgeräts0 Diese mechanisch arbeitenden Vorrichtungen weisen den Nachteil auf, daß die Laufräder in festem Abstand zueinander eingestellt werden und somit während des Schweißvorgangs auftretende Änderungen in der Schweißnahtraupengeometrie, z.B. unterschiedliche Breiten der Schweißnahtraupe, Kantenversatz der verschweißten Bleche, Ansatzpunkte und Bereiche mit nicht vorhandener Nahtraupe, nicht genügend genau erfaßt werden können. Außerdem reichen speziell bei Schweißnahtraupen mit flachem Flankenanstieg die übertragbaren Kräfte nicht aus, um die erforderliche genaue Verschiebung des Prüfgeräts zu bewirken. Diese bekannten Vorrichtungen weisen daher ebenfalls die vorstehend geschilderten Nachteile der bekannten Verfahren auf.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der die geschilderten Nachteile vermieden werden und bei der insbesondere alle sich aus dem jeweiligen Bearbeitungsvorgang, insbesondere aus dem Schweißvorgang, selbst ergebenden speziellen Probleme berücksichtigt werden und insbesondere Fehlmessungen und Fehlpositionierungen des Prüfgeräts durch Schwankungen der Schweißnahtbreite, asymmetrische Schweißnahtraupen, Kantenansatz und atitansatze vermieden werden. Es soll daher insgesamt die Genauigkeit der Führung des Prüfgeräts und damit der Prüfung selbst verbessert werden.
• Dies wird bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art nach der Erfindung dadurch erreicht, daß auf beiden Seiten entlang der Schweißnaht sowohl die Abstandsverhältnisse des Grundwerkstoffs als auch wenigstens der Schweißnahkante gemessen und aus den Ergebnissen der Messungen die Schweißnahtmitte im jeweiligen bereich ermittelt und die Führung des Prüfgerats auf diese Schweißnahtmitte gesteuert wird. Auf diese Weise ist es möglich, die zu Fehlmessungen und Fehlpositionierungen führenden Abweichungen der Schweißnahtraupengeometrie und der Lage des Grundwerkstoffs aus der eigentlichen Führungsmessung zu eliminieren und eine exakte Führung des Prüfgeräts in bezug auf den Verbindungsbereich oder die Schweißnaht zu erreichen. Infolge der exakten Führung wird insbesondere die Gefahr eines Übersehens von Fehlern in der Schweißnaht beseitigt. Es ergibt sich hieraus auch, daß das Verfahren nach der Erfindung auch allgemein für Werkstückverbindungen oder Kantenbereiche von wJerkstücken einsetzbar ist0 Es ergibt sich ferner in vielen Anwendungsfillen der Vorteil, daß der sogenannte kantenversatz gemessen und zur Steuerung und Kückkopplung auf die Schweißung selbst herangezogen werden kann.
• liach einer Ausführungsform der Erfindung, bei der wenigstens ein abtastendes Abstands-,eßelement verwendet wird, wird das meßelement kontinuierlich oszillierend quer zur Schweißnaht jeweils vom Grundwerkstoffbereich auf einer Seite der Schweißnaht über die Schweißnaht hinweg zum Grundwerkstoffbereich auf der anderen weite der Schweißnaht bewegt und aus dem Abtastsignal die Schweißnahtmitte ermittelt. Es wird also kontinuierlich der Abstand zwischen dem Abtast-Ileßelement und dem Grundwerkstoffbereich bzw0 der Schweißnaht selbst vermessen. Dieser Abstand ist im Bereich des Grundwerkstoffs nur verhältnismäßig kleinen, durch Oberflächenunregelmäßigkeiten bedingten nderungen entworfen, während größere Åbweichungen von diesem auf den Grundwerkstoff bezogenen Niveau nur im Schweißnahtbereich selbst auStreten, so daß bei Auswertung des Abtastsignals die gewünschte sichere Führung erreicht wird.
• Zweckmäßig wird bei aieser Verfahrensweise das Abtastsignal des Abstands-Meßelements differenziert und aus dem differenzierten Abtastsignal die Schweißnahtmitte ermittelt. Bei einer solchen zeitlichen und damit wegproportionalen Differentation der gemessenen Abstands werte bedeutet der Signalverlauf, daß sich anhand der differenzierten Signale, die nur die änderungen der Abstände und nicht deren absolute Höhe wiedergeben, genau die beiden Übergänge zwischen der Schweißnaht und dem Grundwerkstoff ergeben und durch eine geeignete Auswerteelektronik das zu steuernde Pnlfgerät genau an der Schweißnaht geführt werden kann.
• Eine weitere vorteilhafte Ausführungsforn dieses erfindungsgemäí3en Verfahrens ergibt sich dadurch, daß durch Vergleich der, insbesondere gespeicherten, absoluten Abstandsmeßsignale über dem Grundwerkstoffbereich die Differenz des Abstands des Grundwerstoffs auf bei Seiten der Schweißnaht, also der Kantenversatz, direkt gemessen wird. Die direkte Messung des Kantenversatzes wird in der modernen Prtiftechnik von immer größerer Bedeutung und läßt sich mithilfe der Erfindung leicht bewerkstelligen.
• ei einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden zwei Abstands-Meßelemente verwendet und wird jeweils ein Abstands-Meßelement auf jeder Seite der Schweißnaht kontinuierlich oszillierend quer zur Schv'eißnaht vom Grundwerkstoffbereich auf der zugehörigen Seite der Schweißnft wenigstens über die Schweißnahtflanke und zurück bewegt und aus den jeweiligen Abtastsignalen,insbesondere aus deren oszillationsbezogenen iPhasenverschiebung, die Schweißnahtmitte ermittelt. Auch hierdurch wird eine sehr exakte Führung erreicht, und es kann durch Vergleich der auf beiden Seiten der Schweißnaht gemessenen Abstände des Grundwerkstoffs direkt der Kantenversatz ermittelt werden.
• Zweckmäßig werden in weiterer Ausbildung der Ertindung bei dieser Verfahrensweise die jeweiligen Abtastsignale differenziert und wird aus den Abtastsignalen, insbesondere aus der oszillationsbezogenen Ph-asenverschiebung der differenzierten Abtastsignale die Schweißnahtmitte ermittelt0 Hierdurch wird eine besonders zweckmäßige Auswertung für die Steuerung der Führung erreicht.
• Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden mehrere Abstands-i\ief}elemente verwendet, und zwar werden erfindungsgemäß auf ieder Schweitahtseite zwei in einem Abstand quer zur Schweißnaht gehaltene Abstands-LeLelemente verwendet, und es wird jeweils eines dieser Abstands-Meßelemente über den Grundwerkstoff geführt, während das jeweils andere dieser Abstands-Meßelemente im Bereich der zu erwartenden Schweißnahtflanke geführt wird.
• Hierdurch lassen sich für die Steuerung der Führung keßgrößen bestimmen, die absolut unabhängig von eventuell vorliegendem Kantenversatz sind. Trotzdem läßt sich der Kantenversatz selbst direkt essen.
• ach einer Ausführungsform der Erfindung unter Anwendung dieser Verfahlensweise werden die auf jeder Schweißnahtseite gehaltenen Abstands-Meßelemente kontinuierlich oszillierend quer zur Schweißnaht derart bewegt, daß die jeweils in größtem Abstand von der Schweißnaht liegenden Abstands-Meßelemente ausschließlich über den Grundwerkstoff und die jeweils zur Schweißnaht hinliegenden Abstands Meßelemente über die Schweißnahtflanke bewegt werden, daß für jedes einer Schweißnahtseite zugeordnete Abstands-Eeßelementenpaar die Differenz der Abtastsignale gebildet wird und durch Vergleich der Differenzsignale der beiden SchweiSnahtseiten die Schweißnatmitte ermittelt wird.
• Dabei kann zweckmäßig zusätzlich die Differenz der Abtastsignale der jeweils äußeren, den Grundwerkstoffbereich abtastenden Abstands-fleßelemente gebildet werden, um so direkt den Kantenversatz zu messen.
• Eine weitere Ausführungsform der erfindung besteht darin, daß zur Abtastung von Grundwerkstoff und Schweißnaht entlang einer Oberfläche des lferkstücks eine Strahlungsuelle für eine Werkstück und Schweißnaht durchdringende Strahlung linear oder oszillierend und der Strahlungsquelle zugeordnet ein Strahlungsempfänger oszillierend bewegt und aus dem Ausgangssignal des Strahlungsempfängers die Schweißnahtmitte relativ zur Lage des Strahlungsempfängers ermittelt wird. wobei wird zweckmäßig das Ausgangssignal des Strahlungsempfängers differenziert und aus diesem differenzierten Signal die Schweißnahtmitte ermittelt. Hierdurch wird eine genaue Führung des Prüfgeräts insbesondere auch dann ermöglicht, wenn an einer Schweißnaht obere und untere Schweiße gegeneinander versetzt sind0 Es wird nämlich bei dem vorstehend an:egebenen Verfahren die "gemittelte kitte der oberen und unteren Schweißnaht gewomlen, so daß insgesamt auch bei einer derartigen bchweißnaht die ex@@te Führung, bezogen auf den gesamten Schweißnaht(luerschllitt, erreicht wird.
• Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung ur Jurchführung des Verfahrens nach der Erfindung. Eine Vorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeich-let, daß auf jeder Seite der Schweißnaht auf eier gemeinsamen Achse schwenkbar und längsverschieblich ein Schwenkarm angeordnet ist und dieser Schwenkarm an seinem dem werkstück zugekehrten freien Ende eine ständig auf dem Grundwerkstoff aufliegenden Laufrolle und ein davon in festem Abstand gehaltenes, über die Schweißnahtflanke geführtes Abstands-Meßelement trägt und durch Federwirkung gegen das Werkstück gedrückt wird und daß beide Schwenkarme oszillierend in Achsrichtung bewek&t -erden. Hierdurch wird mithilfe einer einfach aufgebauten Vorrichtung die gewünschte Ermittlung der Schweißnahtmitte erreicht. Die Laufrolle befindet sich stets auf dem Grundwe Atoffbereich, während das Abstands-Meßelement die Schweißnahtflanke überfährt. Die Messung und damit die Steuerung und die Führung werden in der eingangs geschilderten Weise unabhängig von der Schweißnahtraupengeometrie, da die Laufrollen stets den Grundwerkstoffbereich erfassen, während die Abstands-Meßelemente berührungslos oder mechanisch die tatsachliche Lage der Schweißnaht im Tleßbereich erfassen.
• Zweckmäßig ist nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bei dieser Vorrichtung zum Oszillationsantrieb eine in einer senkrecht zu den Schwenkebenen der Schwenkarme verlaufenden Ebene umlaufende Kurvenscheibe vorgesehen, gegen die die Schwenkarme unter Federwirkung anliegen.
• Eine weitere Vorrichtung nach der Erfindung zur Durch führung des geschilderten Verfahrens, bei der wenigstens jeweils ein auf jeweils einer Seite der Schweißnaht an deren Kanten geführtes mechanisches Tastelement, insbesondere Laufrolle, verwendet wird, ist dadurch gekennzeiciiiiet, daß die Tastelemente von auf einer gemeinsamen Schwenkachse unabhängig voneinander schwenkbar und längsverschieblich gelagerten Schwenkarmen getragen sind und durch Federwirkung sowohl in Richtung auf die Werkstückoberfläche als auch senkrecht dazu gegen das Werkstück gedrückt werden und die Stellung der Schwenkarme zur Bestimmung der Schweißnahtmitte auswertbar ist, Durch diese Vorrichtung ist ebenfalls die exakte Abtastung und Mittenermittlung der tatsächlich gebildeten Schweißnaht möglich, und es wird durch die Ermittlung der Schweißnahtmitte die Steuerung des Führung geräts erreicht, ohne daß die eingangs geschilderten Nachteile der bekannten mechanischen Abtastvorrichtungen auftreten können, da insbesondere keine direkte Kraftübertragung notwendig wird. Unterschiedliche Schweißnahtbreiten und etwaiger Kantenversatz werden selbsttätig ausgeglichen, wobei der Kantenversatz andererseits auch direkt über die Stellung der Schwenkarme gemessen werden kann. Zweckmäßig sind in weiterer Ausbildung der Erfindung bei dieser Vorrichtung die Schwenkarme über ein, vorzugsweise rhombus-oder parallelogrammförmig ausgebildetes, Hebelsystem derart mit einem Anzeigeglied verbunden, daß das Anzeigeglied ständig die Mittellage des in Richtung der Schwenkachse bestehenden astelementenabstands wiedergibt, welche Mittellage durch im Bewegungsbereich des Anzeige glieds angeordnete Meßelemente auswertbar ist. In noch weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Abstand der Tastelemente voneinander in Schwenkachsrichtung durch wenigstens einen einstellbaren Anschlag begrenzt, so daß die Tastelemente oder Laufrollen bei gänzlich fehlender Schweißnaht oder zu breiten Nahtansätzen, die zu einem Auflaufen der Laufrollen auf die Nahtraupe führen könnten, nicht durch die Wirkung der Federn ganz zusammengeschoben werden können. Außerdem können die Laufrollen bei sich wieder normalisierender Schweißnaht selbsttätig an den Schweißnahtflanken abgleiten und wieder eine exakte Abtastung dieser Schweißnaht sicherstellen.
• In Ausführung des eingangs geschilderten Verfahrens nach der Erfindung können ferner die Tastelemente bei dieser Vorrichtung auf der Schwenkachse oszillierend längsverschieblich derart angeordnet sein, daß sie periodisch an die Schweißnahtkante und von ihr fort bewegbar sind.
• Im vorstehenden und in der folgenden Beschreibung wird die Erfindung erläutert anhand der Prüfung einer Schweißnaht zwischen zwei Werkstücken. Es wird hier angemerkt, daß das Verfahren nach der Erfindung und die Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens auch bei anderen Werkstoffbearbeitungen oder -prüfungen entlang des Verbindungsbereichs zweier Werkstücke angewandt werden können.
• Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, und zwar hinsichtlich des Verfahrens und hinsichtlich der Vorrichtung. In der Zeichnung zeigen: Fig. la, b, c schematisch eine Anordnung zur Durchführung einer ersten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung, und zwar in schematischer Vorderansicht, Draufsicht und Signaldarstellung, Fig. 2a und b schematisch eine Vorderansicht und eine Draufsicht einer Anordnung zur Ausführung einer zweiten Form des Verfahrens nach der Erfindung, Fig. 3 eine schematische Vorderansicht einer Anordnung zur iui }rung einer dritten Form des Verfahrens nach der Erfindur Fig. 4a, b und c schematisch für eine weitere Anordnung zur Ausführung einer weiteren Form des Verfahrens nach der Erfindung die Vorderansicht, die Draufsicht und die zuge-@örige Sinaldarstellung, Fig. 5 eine schematische, teilweise geschnittene Vorderansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, wobei nur die zur Erläuterung der Erfindung wesentlichen Teile der Vorrichtung dargestellt sind, Fig. 6 die schematische Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig, 5, Fig. 7, 8 und 9 die schematische Vorderansicht, Draufsicht und Seitenansicht einer Ausfü?rungform einer weiteren Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, wobei auch hier nur die zur Erläuterung der Erfindung wesentlichen Teile der Vorrichtung dargestellt sind.
• feine erste Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung zur Führung eines Geräts zur Werkstoffprüfung entlang der überhöhten Schweißnaht zwischen zwei Werkstücken wird anhand Fig. ia bis 1c beschrieben.
• Ein wahlweise optischer, pneumatischer, magnetinduktiver, akustischer oder anderer Meßfühler 1 als Abstands-Meßelement wird oszillierend über die Schweißnahtraupe 2 und den angrenzenden Grundwerkstoffbereich der beiden verbundenen Bleche 3 und 4 bewegt, und es wird dabei kontinuierlich der Abstand zwischen dem Meßfühler 1 und der Grundwerkstofffläche bzw. Schweißnahtoberfläciie vermessen. Der Abstand ber dem Grundwerkstoffbereich 3 ist mit hi, der Abstand be dem Grundwerkstoffbereich 4 mit h2 und der Kantenversatz mit # k bezeichnet.
• Der gemessene Abstand ist im Bereich des Grundwerkstoffs nur relativ kleinen, durch Oberflächenunregelmäßigkeiten bedingten Änderungen unterworfen. Größere Abweichungen von diesem auf den Grundwerkstoff bezogenen Niveau treten nur im Schweißnahtbereich 2 selbst auf.
• Fig. lc zeigt die Art der Auswertung des Signals des Abstands-Meßelements oder Meßfühlers 1. Das sich aus der direkten Messung ergebende Signal des Meßfühlers 1 wird differenziert, woraus sich der in Fig. 1c unten angegebene differenzierte Signalverlauf ergibt. Aus dem differenzierten Abtastsignal wird die Schweißnahtmitte ermittelt, und es wird die Führung des Prüfgeräts auf diese Schweißnahtmitte gesteuert.
• Bei der zeitlichen und damit wegproportionalen Differentiation der gemessenen Abstandswerte bedeutet der differenzierte Signalverlauf, daß sich anhand dieses differenzierten Signals, das nur die Änderungen der Abstände und nicht deren absolute Höhe wiedergibt, genau die beiden Übergänge zwischen dem Grundwerkstoffbereich und der Schweißnaht angeben lassen und daß durch eine geeignete Auswerteelektronik, die in der dem Fachmann geläufigen Weise ausgebildet sein kann, das zu steuernde Prüfgerät oder die gesamte Prüfanlage genau an der Schweißnaht geführt werden kann. Dieses Verfahren bietet außerdem die vorteilhafte Möglichkeit, durch einen Vergleich der, insbesondere gespeicherten, absoluten Abstandsmeßsignale über dem Grundwerkstoffbereich 3, 4 die Differenz des Abstands des Grundwerkstoffs auf beiden Seiten der Schweißnaht 2, und damit direkt den Kantenversatz zu messen.
• Bei dem Verfahren gemäß Fig. 2a und 2b werden zwei Abstands-Meßelemente oder Meßfühler 1a und Ib verwendet.
• Jeweils ein Meßfühler la bzw. ib wird kontinuierlich oszillierend quer zur Schweißnaht 2 vom Grundwerkstoffbereich 3 bzw. 4 auf der zugehörigen Seite der Schweißnaht wenigstens über die Schweißnahtflanke und zurück bewegt, wie dies insbesondere Fig. 2b zeigt. Aus den jeweiligen Abtastsignalen, insbesondere aus deren oszillationsbezogenen Phasenverschiebung, wird die Schweißnahtmitte mit geeigneten elektronischen Mitteln ermittelte Insbesondere werden die jeweiligen Abstastsignale differenziert und es wird aus diesen Abtastsignalen, insbesondere wiederum aus der oszillationsbezogenen Phasenverschiebung der differenzierten Abtastsignale, die Schweißnahtmitte ermittelt. Es wird also die oszillationsbezogene Phasenverschiebung bei synchroner Oszillation der beiden Meßfühler la und Ib als Steuersignal für die Führung des Prüfgeräts abgeleitet.
• Auch bei diesem Verfahren kann über die beiden Meßfühler Ia und ib durch Vergleich der auf beiden Seiten der Schweißnaht gemessenen Abstände über dem Grundwerkstoffbereich der Kantenversatz t k ermittelt werden.
• In Fig. 3 ist eine Anordnung schematisch dargestellt, mit deren Hilfe eine weitere Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung durchgeführt werden kann. Dabei werden auf jeder Schweißnahtseite zwei Abstands-Meßelemente, nämlich zwei Meßfühler lc und 1d bzw. le und If kontinticrlich oszillierend quer zur Schweißnaht 2 derart bewegt, daß die jeweils in größtem Abstand von der Schweißnaht liegenden Meßfühler 1c und le ausschließlich über den Grundwerkstoff 3 bzw. 4 und die jeweils zur Schweißnaht 2 hin liegenden Meßfühler Id und if über die Schweißnahtflanke bewegt werden.
• Es werden also von den beiden auf den Grundwerkstoff ausgerichteten Meßfühlern 1c und le auf beiden Schweißnahtseiten die Abstände hl und h2 gemessen, während die auf die Schweißnahtflanken ausgerichteten Meßfühler ld und if die Werte h1 -dhl und h2 -dh2 messen. Durch eine für jede Schweißnahtseite getrennt durchgeführte Differenzbildung zwischen den gemessenen Signalen erhält man die für die Steuerung der Führung notwendigen Meßgrößen dhl und dh2, die durch die Differenzbildung absolut und unabhängig von einem eventuell vorliegenden Kantenversatz Llr k sind. Durch Vergleich der Differenzsignale der beiden Schweißnahtseiten wird wiederum die Schweißnahtmitte ermittelt und das Prüfgerät auf diese Schweißnahtmitte gesteuert. Dabei wird der jeweilige Regelkreis so ausgelegt, daß die Forderung dhl = dh2 erfüllt wird. Ferner ist es auch hier wiederum möglich, durch eine Differenzmessung zwischen den Abständen hl und h2 den Kantenversatz direkt zu messen. Fig. 3 zeigt in beschrifteten Blöcken die jeweiligen elektronischen Operationen.
• Bei der vorstehenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 wurde die Oszillation der Meßfühler lc und ld bzw. le und if vorausgesetzt. Es ist jedoch mit gleichem Vorteil möglich, die Anordnung ohne Oszillation der Meßfühler zu betreiben, wobei dann die Meßfühler ld und If auf den Kantenerwartungsbereich ausgerichtet sind. Es wird dann unter diesen beiden Meßfühlern ein gemitteltes Signal zwischen Grundwerkstoffbereich und Schweißnaht gemessen und mit den Werten der äußeren Meßfühler le und le verglichen und zur Steuerung der Führung herangezogen.
• In Fig. 4a bis 4c ist eine Anordnung zur Ausführung einer weiteren Form des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt. Zur Abtastung von Grundwerkstoff 3 bzw. 4 und Schweißnaht 2 wird entlang der unteren Oberfläche des Werkstücks eine Strahlungsquelle 5 für eine Werkstück 3,4 und Schweißnaht 2 durchdringende Strahlung, z.B. Röntgen-, -oder Wärmestrahlung, ortsfest gehalten und, der Strahlungsquelle 5 zugeordnet, ein Strahlungsempfänger 6 entlang der anderen Oberfläche des Werkstücks 3,4 oszillierend bewegt, und es wird aus dem Ausgangssignal des Strahlungsempfängers 6 die Schweißnahtmitte relativ zur Lage des Strahlungsempfängers ermittelt. Dabei wird zweckmäßig das Ausgangssignal des Strahlungsempfängers differenziert und aus diesem differenzierten Signal die Schweißnahtmitte ermittelt.
• Fig. 4c zeigt die Signalverhältnisse bei dieser Art der Abtastung. Der direkt gemessene Signalverlauf entspricht der die Schweißnaht und den angrenzenden Grundwerkstoff durchsetzenden Strahlungsintensität an einem geeigneten -impfanger, z.B. an einem Zählrohr oder einer Infrarotkamara. ie Fig. 4c andeutet, erhält man bei der Differenz tiation des Ausgangssignals des Strahlungsempfängers unabhängig von etwaigem Kanten- und/oder Nahtversatz die 'tgemittelte" Mitte der oberen und der unteren Schweißnaht.
• wobei wird angemerkt, daß eine derartige "gemittelte" Mitte der Schweißnaht auch nach den anderen vorbeschriebenen Verfahren aus dem jeweils differenzierten Signal ermittelt werden kann.
• iXnstelle des oszillierend bewegten Strahlungsempfängers 6 können auch zwei Strahlungsempfänger ortsfest im Bereich jeweils der zu erwartenden Schweißnahtkanten angeordnet sein. ss wird dann durch diese beiden Strahlungsempfänger ein gemitteltes Signal zwischen Grundwerkstoffbereich und zu erwartenden Schweißnahtkanten gemessen, wobei auch die untere, senderseitig gelegene Schweißnahtüberhöhung in die messung einbezogen wird, und es wird dieses Signal zur Steuerung der Führung herangezogen.
• In Fig. 5 und 6 ist schematisch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt. Dabei werden mehrere Abstands-Meßelemente verwendet, und zwar werden auf jeder Schweißnahtseite 2 in einem Abstand quer zur Schweißnaht gehaltene Abstand6-Meßelemente verwendet, und es wird jeweils eines dieser Abstands-Meßelemente über dem Grundwerkstoffbereich geführt, während das jeweils andere dieser Abstands-Meßelemente im Bereich der zu erwartenden Schweißnahtflanke geführt wird.
• Die Vorrichtung ist in folgender Weise aufgebaut: Zwei als Abstands-Meßelemente über dem Grundwerkstoffbereich dienende Laufrollen 11, die in Gabellaschen 12 gelagert sind, werden über Federn 13 beidseitig der Schweißnaht 14 so auf die jeweiligen Oberflächen der Grundwerkstoffbereiche 3 und 4 gedrückt, daß sie auf dieser Oberfläche abrollen. Die Gabellaschen 12 sind nach Art von Schwenkarmen unabhängig voneinander auf einer gemeinsamen Achse 15 drehbar gelagert, eo daß durch Kantenversatz hervorgerufene Abstandsänderungen zwischen der Achse 5 und den Werkstückoberflächen über den Anpreßdruck der Federn 13 ausgeglichen werden. An den Achsen 16 der Laufrollen 11 ist jeweils ein wahlweise maEnetinduktiv. EKU8tl60t, optison, magnetlscfl, mechanisch oder elektrisch arbeitendes Abstands-Meßelement 17 angeordnet.
• Wie insbesondere Fig. 6 zeigt, werden die Gabellaschen 12 und damit die Laufrollen 11 sowie insbesondere die Abstands Meßelemente 17 über eine durch Kegelräder 18, 19 angetriebene Kurvenscheibe 20 auf die Schweißnaht zu und von ihr fort bewegt. Die Kurvenscheibe ist als eine von der Kreisform abweichende punktsymmetrische Scheibe ausgebildet.
• Durch einen Vergleich der von den beiden Abstand-Meßelementen 17 erhaltenen Signale wird die Schweißnahtmitte ermittelt, z.B. in der bereits anhand der übrigen Ausführunge beispiele beschriebenen Verfahrensweise, und das Prüfgerät in seiner Führung auf diese Schweißnahtmitte gesteuert.
• Durch zwei weitere, fest mit der Achse 15 verbundene Abstandsmesser 21 ist es ferner möglich, den jeweiligen Schwenkwinkel der beiden Gabellaschen 12 und damit den Kantenversatz direkt zu messen.
• whnlich wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist es auch bei dieser Ausführungsform möglich die Laufrollen 11 nicht oszillierend zu bewegen sondern ortsfest zu halten und die berührungslosen Abstands-lleßelemente 17 auf den Kantenerwartungsbereich auszurichten.
• In Fig. 7 bis 9 ist eine andere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt. Es handelt sich um eine Vorrichtung zur Führung eines Geräts zur Werkstoffprüiung entlang der überhöhten Schweißnaht zwischen zwei lSerkstücken. Auch bei dieser Vorrichtung werden auf beiden Seiten entlang der SchweiiSnaht sowohl die hkstandsverhältnisse des Grundwerkstoffs als auch wenigstens der Schweißnahtkante gemessen, und es wird aus den Ergebnissen der Messungen die Schweißnahtmitte im jeweiligen Meßbereich ermittelt und die Führung des Prüfgeräts auS diese Schweißnahtmitte gesteuert.
• Zwei kegelstumpfförmige, als Abstands-Meßelemente dienende Laufrollen 31a und 31b, die an jeweils einem Schwenkarm 32a und 32b befestigt sind, werden über Federn 33a, 34a bzw. 33b, 34b beidseitig an die abzutastende Schweißnaht (oder auch Werkstückkante) 2 gedrückt.
• Die Schwenkarme 32a, 32b sind gemeinsam, jedoch unabhängig voneinander auf einer Schwenkachse 36 schwenkbar gelagert. Diese Schwenkarme32a,32b werden über Federn 37 (Fig. 9) nach unten in Richtung auf die Werkstückoberfläche 3,4 gedrückt. Insgesamt ergibt sich also, daß die Laufrollen 31a, 31b sowohl in Richtung auf die Werkstückoberfläche als auch senkrecht dazu (in Richtung auf die Schweißnahtkante) gegen das Werkstück 3,4 gedrückt werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Laufrollen auch bei vorhandenem Kantenversatz stets genau den Übergang zwischen der Schweißnahtraupe und dem Grundwerkstoffbereich anzeigen.
• Durch einen verstellbaren Anschlag 39 (Fig. 8) wird verhindert, daß die beiden Laufrollen bei gänzlich fehlender Schweißnaht unmittelbar aneinander gedrückt werden und somit die Wiederanpassung an die Schweißnahtraupe 2 erschwert wird. Ferner können die Laufräder bei sich wieder normalisierender Schweißnaht selbsttätig an den Raupenflanken abgleiten und wieder eine exakte Abtastung der Schweißnahtraupe durchführen.
• Die jeweils eingenommene Stellung der Schwenkarme 32a, 32b infolge der jeweiligen Lage der Laufrollen 31a, 31b wird durch zwei auf einer gemeinsamen Achse 40 gelagerte Laschen 41a und 41b auf ein Hebelsystem übertragen. Dieses Hebelsystem besteht aus vier gleich-langen Laschen 42a, 42b und 43a, 43b, die zu einem Parallelogramm zusammengefügt sind, wobei an allen vier Zecken dieses Parallelogramms Drehpunkte 44 gebildet sind. Die Laschen 41a, 41b sind an den beiden in Fig. 7 waagerecht liegenden Drehpunkten befestigt.
• Die beiden in Fig. 7 senkrecht liegenden Drehpunkte 44 sind durch eine über den oberen Drehpunkt hinausragende Strebe 45 verbunden. Durch die besondere Gestaltung dieses Hebelsystems ist gewährleistet, daß diese Strebe 45 stets genau die Mitte des Abstands zwischen den Laufrollen 31a, 31b, und zwar unabhängig von deren jeweiliger Stellung in horizontaler oder vertikaler Richtung anzeigt. Die Stellung dieser Strebe 45 nun, die ein Anzeigeglied bildet, kann durch wahlweise mechanisch, optisch, akustisch, magnetinduktiv oder pneumatisch messende Meßelemente oder Fühler 46a, 46b berührend oder berührungslos abgegriffen werden.
• Durch eine geeignete Differenzschaltung für die Auagangesignale dieser beidseitig angebrachten Fühler 46a, 46b wird ein phasenrichtiges Signal erzeugt, das beim Auswandern der Schweißnaht 2 zur Steuerung und damit zur Nachstellung des Prüfgeräts, und zwar über einen geeigneten Stellantrieb, dient.
• Bei der geschilderten Vorrichtung kann die gewünschte Signalmessung und -auswertung auch dadurch vorgenommen werden, daß das geschilderte Hebelsystem in Fortfall gebracht wird und die Stellung der beiden Laschen 41a, 41b, die die Lage der Laufrollen 31a, 31b und damit der Schwenkarme 32 wiedergeben, direkt durch geeignete Meßfühler 46c, 46d gemessen und im geschilderten Sinn zur Steuerung ausgewertet wird.
• Wie in Fig. 7 angedeutet ist, kann die geschilderte Abtast- und Meßvorrichtung in einem gemeinsamen Rahmen 47 angeordnet sein, der fest mit dem nachzusteuernden Prüfgerät verbunden ist.
• Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, mehrere der beschriebenen Vorrichtungen sowie der eingangs geschilderten Anordnungen zur Erzielung bestimmter Führungseigenschaften neben- oder hintereinander an einem bestimmten Verbindungsbereich, insbesondere an einer Schweißnaht, anzuordnen.

Claims (19)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Führung eines Geräts zur Werkstoffbearbeitung oder -prüfung entlang des Verbindungsbereichs zweier Werkstücke, insbesondere der überhöhten Schweißnaht zwischen zwei Werkstücken, durch berührungslose oder mechanische Abtastung der Überhöhung des Verbindungsbereichs und Auswertung des Abtastergebnisses zur Steuerung der Führung, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten entlang der Schweißnaht sowohl die Abstandsverhältnisse des Grundwerkstoffs als auch wenigstens der Schweißnahtkante gemessen werden und aus den Ergebnissen der Messungen die Schweißnahtmitte im jeweiligen iteßbereich ermittelt und die Führung des Prüfgeräts auf diese Schweißnahtmitte gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 unter Anwendung wenigstens eines abtastenden Abstands-iJeßelements, dadurch gekennzeichnet, daß das ldeßelement kontinuierlich oszillierend quer zur Schweißnaht jeweils vom Grundwerkstoffbereich auf einer Seite der Schweißnaht über die Schweißnaht hinweg zum Grundwerkstoffbereich auf der anderen Seite der Schweißnaht bewegt wird und aus dem Abtastsignal die Schweißnahtmitte ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastsignal des Abstands-Meßelements differenziert wird und aus dem differenzierten Abtastsignal die Schweißnahtmitte ermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vergleich der, insbesondere gespeicherten, absoluten Abstandsmeßsignale über dem Grundwerkstoffbereich die Differenz des Abstands des Grundwerkstoffs auf beiden Seiten der Schweißnaht (Kantenversatz) gemessen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Abstands-Meßelemente verwendet werden und jeweils ein Abstands-Meßelement auf jeder Seite der Schweißnaht kontinuierlich oszillierend quer zur Schweißnaht vom Grundwerkstoffbereich auf der zugehörigen Seite der Schweißnaht wenigstens über die Schweißnahtflanke und zurück bewegt wird und aus den jeweiligen Abtastsignalen, insbesondere aus deren oszillationsbezogenen Phasenverschiebungen, die Schweißnahtmitte ermittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Abtastsignale differenziert werden und aus den differenzierten Abtastsignalen, insbesondere aus der oszillationsbezogenen Phasenverschiebung der differenzierten Abtastsignale, die Schweißnahtmitte ermittelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung mehrerer Abstands-Meßelemente, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Schweißnahtseite zwei in einem Abstand quer zur Schweißnaht gehaltene Abstands-Meßelemente verwendet werden und jeweils eines dieser Abstands-Meßelemente über dem Grundwerkstoff geführt wird, während das jeweils andere dieser Abstands-Meßelemente im Bereich der zu erwartenden Schweißnahtflanke geführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die auf jeder Schweißnahtseite gehaltenen Abstands-Meßelemente kontinuierlich oszillierend quer zur Schweißnaht derart bewegt werden, daß die jeweils in größtem Abstand von der Schweißnaht liegenden Abstands-Meßelemente ausschließlich über den Grundwerkstoff und die jeweils zur Schweißnaht hin liegenden Abstands-Meßelemente über die Schweißnahtflanke bewegt werden, daß für jedes einer Schweißnahtseite zugeordnete Abstands-Meßelementenpaar die Differenz der Abtastsignale gebildet wird und durch Vergleich der Differenzsignale der beiden Schweißnahtseiten die Schweißnahtmitte ermittelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Differenz der Abtastsignale der jeweils äußeren, den Grundwerkstoffbereich abtastenden Abstands-Meßelemente gebildet wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abtastung von Grundwerkstoff und Schweißnaht entlang einer Oberfläche des Werkstücks eine Strahlungsquelle für eine Werkstück und Schweißnaht durchdringende Strahlung feststehend gehalten oder oszillierend bewegt und, der Strahlungsquelle zugeordnet, ein Strahlungsempfänger oszillierend bewegt und aus dem Ausgangssignal des Strahlungsempfängers die Schweißnahtmitte relativ zur Lage des Strahlungsempfängers ermittelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1ß, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Strahlungsempfängers differenziert wird und aus diesem differenzierten Signal die Schweißnahtmitte ermittelt wird,

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Strahlungsempfänger verwendet werden, die auf die zu erwartenden Schweißnahtkanten ausgerichtet werden.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Årsri-hen 1 und 7 oder 8, dadurch gekemizeichnet, daß auf jeder ite der Schweißnaht (14) auf einer gemeinsamen Achse (15) schwenkbar und längsverschieblich ein Schwenkarm (12) angeordnet ist und dieser schwenkarm an seinem dem Werkstück (3,4) zugekehrten freien Ende eine ständig auf dem Grundwerkstoff aufliegende Laufrolle (11) und ein davon in festem Abstand gehaltenes, über die Schweißnahtflanke geführtes Abstands-i'4eßelement (17) trägt und durch Jeder wirkung (13) gegen das Werkstück gedrückt wird.

14. Vorrichtung nach ainspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß beide Schwenkarine (12) oszillierend in Achsrichtung bewegt werden.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zum Oszillationsantrieb eine in einer senkrecht zu den Schwenkebenen der Schwenkarme (12) -erlaufenden Ebene umlaufende hurvenscheibe (20) vorgesehen ist, gegen die die Schwenkarme unter Federwirkung anliegen.

16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 unter Verwendung wenigstens jeweils eines auf jeweils einer Seite der Schweißnaht an deren Kanten geführten mechanischen fflastelemente, insbesondere Laufrolle, dadurch gekennzeichnet, daß die Xastelemente (31a, 31b) von auf einer gemeinsamen Schwenkachse (36) unabhängig voneinander schwenkbar und längsverschieblich gelagerten Schwenkarmen (32) getragen sind und durch Federwirkung (33, 34, 37) sowohl in Richtung auf die Werkstückoberfläche als auch senkrecht dazu gegen das Werkstück (3,4) gedrückt werden und die Stellung der Schwenkarme zur bestimmung der Schweißnahtmitte auswertbar ist0

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkarme (32) über ein, vorzugsweise rhombus-oder parallelogramlaförmig ausgebildetes, Hebelsystem (41, 42, 43, 44) derart mit einem Anzeigeglied (45) verbunden sind, daß das Anzeigeglied ständig die mittellage des in Richtung der Schwenkachse (36) bestehenden Tastelementenabstands wiedergibt, welche Mittellage durch im Bewegungsbereich des Anzeigeglieds (45) angeordnete Meßelemente (46) auswertbar ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Tastelemente (31) von einander in Schwenkachsrichtung durch wenigstens einen einstellbaren Anschlag (59) begrenzt ist.

19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die rgastelemente (31) auf der Schwenkachse (36) oszillierend längsverschieblich derart angeordnet sind, daß sie periodisch an die Schweißnahtkante und von ihr fort bewegbar sind.

L e e r s e i t e