DE2500182B2

DE2500182B2 - Verfahren zur Regelung der Schweißparameter mit einer Bildaufnahmeeinrichtung beim automatischen Lichtbogen-Schutzgasschweißen

Info

Publication number: DE2500182B2
Application number: DE19752500182
Authority: DE
Inventors: Johann-Ulrich Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe Luebbert
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1975-01-03
Filing date: 1975-01-03
Publication date: 1980-02-28
Also published as: DE2500182A1; DE2500182C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist z. B. aus der US-PS 31 35 857 zur Nahtverfolgung bekannt, das die seitlich iichtige Lage des Brenners durch Abtastung weit von der Schweißstelle zur Fuge regelt

Aus der Veröffentlichung »Sectro^e Guidance for Welding« im Welding foura.il, ' eptember 1969, S. 713—720, ist z. B. ein Fernsehsystem bekannt, das also ein zweidimensionales Bild aufnimmt, auch hier handelt es sich um eine Nahtverfc-Igung.

In der DE-PS 18 17 042 wird ebenfalls der Schweißprozeß geregelt, wobei die Stellgrößen z. B. die Zusatzmenge und Vorschubgeschwindigkeit sind. Es wird aber nur die Breite der Schweißöse an einer festen Stelle gemessen.

Die US-PS 33 70151 zeigt ebenfalls nur eine eindimensionale Abtastung des Temperaturprofils hinter der Schweißstelle, an der der Schweißprozeß bereits abgelaufen ist

Die DE-OS 22 59 179 betrifft weiterhin ein Verfahren zum Führen der Schweißelektrode, das mit einzelnen Fotogebern arbeitet, jedoch ebenfalls keine zweidimensionale Bildverarbeitung durchführt

Bei diesen bekannten Verfahren ist es also bisher nur möglich, punktförmige Sensoren in unmittelbarer Nähe der Schweißstelle oder flächenhafte Bildaufnahmen in einiger Entfernung von der Schweißstelle zu verwenden, in der die Störung durch den Lichtbogen genügend gemindert ist Eine direkte Beobachtung der Schweißstelle, wie sie der Schweißer sieht, gelingt bisher nicht

Ein weiteres bekanntes Verfahren geht von der Tatsache aus, daß sich beim Schmelzschweißen von Stumpfnähters in der Wurzel eine eäipsenshii'iche Erweiterung des Spaltes (Stegabstandes) durch Aufschmelzen des Grundwerkstoffes, die in der Literatur gelegentlich »Schweißöse« £ .Tiannt wird, ausbildet und daß das Abtasten dieser Schweißöse an zwei oder drei Punkten eine genügende Information über die Qualität der Schweißstelle ermöglicht In der Praxis isi dieses Verfahren, das nur wenige Punkte der Schweißöse vermißt, bisher nicht angewendet worden, weil durch die erforderliche pendelnde Bewegung des Schweißbrenners und magnetische Wirkungen auf den Lichtbogen die Schweißöse auch bei guten Ergebnissen stark variiert und die Vermessung weniger Punkte keine genügende Information ergibt

Die Beobachtung der Schweißstelle selbst ist durch die Leuchterscheinung des Lichtbogens nach diesen Verfahren nicht möglich. Aufgabe der Erfindung ist es, das Bild der Schweißstelle selbst zu erfassen, um es zur Regelung der Schweißparameter heranziehen zu können. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Uiteransprüchen gekennzeichnet

Der Einfluß des Lichtbogens läßt sich beseitigen durch Anwendung einer gepulsten Schweißstromquelle, wobei der Schweißstrom periodisch abgesenkt oder ganz unterbrochen wird, so daß der Lichtbogen verlöscht Das Objektiv der Fernsehkamera vrird nur dann freigegeben, wenn der Lichtbogen stark verkleinert oder ganz unterdrückt ist Auf der Fernsehkamera entsteht ein stroboskopisches Bild, auf dem der Lichtbogen fehlt Als weitere Maßnahme zur Verbesserung der Auswertemöglichkeiten ist der Zusatzdraht nicht kontinuierlich in das Schweißbad vorzuschieben, sondern durch eine an sich bekannte Anordnung in einer Vor- und Rückwärtsbewegung zu »takten«, so daß in dem Schweißbad ein Stück abschmilzt, der Draht sodann zurückgezogen wird und das Bild der Schweißöse freigibt und dann wieder vorgeschoben wird.

Das Verfahren kann auch mit einem Bildaufnahmegerät ausgeführt werden, das von einer handelsüblichen Fernsehkamera erheblich abweicht Stattdessen können zweidimensionale Fotorezeptorarrays benutzt werden, bei denen die Helligkeit des Bildes zeilenweise herausgelesen wird. Es kann auch ein eindimensionales Fotorezeptorarray benutzt werden, über das das Bild hinweggeschoben wird, so daß die ganze Bildinforniation ausgewertet werden kann.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus einem Ausführungsbeispiel:

F i g. 1 zeigt eine Anordnung zum WIG-Wurzelschweißen, bestehend aus einer an sich bekannten mechanischen Vorrichtung 7ur Führung des W!G-Breniiers und des Zusatzdrahtes, die im freien Winkel zwischen dem "Brenner und dem Zusatzdraht eine Fernsehkamera trägt die mit einem Auswertegerät verbunden ist das über Steuerleitungen den Drahtvorschub, den Schweißstrum und den Vorschub des Brenners regelt Zwei zu fügende Platten 1 sind an der linken Seite durch eine Wurzelnaht !0 verbunden. Am rechten Ende der Wurzelnaht befindet sich die Schweißstelle 9, rechts davon der offene Luftspalt II. Unmittelbar über der Schweißstelle 9 endet die nicht abschmelzende Elektrode 2. peffihr« von Act Vnre?hnheinrichtung 4 und versorgt übc-r ein Schlauchpaket von der Schweißstromquelle S.

Unmittelbar über der Schweißstelle 9 befindet sich ebenfalls das Ende des Zusatzdrahtes 3, der von der Vorschubeinnchiung 5 impuisiörmig in das Schweißbad getaucht und wieder zurückgezogen wird. Zwischen den Vorschubeinrichtungen 4 und 5 befindet sich die Bildaufnahmeeinrichtung 6; diese (4, 5, 6) sind mechanisch miteinander gekoppelt und bewegen sich mit der Schwcißgeschwindigkeit über die Naht Das Bildsignal aus der Büdaufnahnieeinrichtung wird verür-

beitet von dem Auswertegerät 7, das die Schweißstromquelle 8, die Schweißgeschwindigkeit und die Schweißdrahtzugabe steuert.

Fig.2 zeigt ein Blockschaltbild des elektronischen Teils der Anlage, bestehend aus einem Bildaufnahmegerät 6, einem Empfänger und Separator für Synchron- und Heiligkeitssignale 12, einem Schwellendiskriminator mit einer oder mehreren Steifen 13, einem Erkenner 14, einem Regler 15 und de.i Stellgliedern für den Schweißstrom If die Schweißgeschwindigkeit 17 und den Drahtvorschub IE sowie aus dem Monitor 19.

Das handelsübliche Bfldaufnahmegerät 6 nimmt das Bild des Schweißbades auf und wandelt es in eine zeitliche Funktion aus Synchron- und HeKigkcitssigns-Ien um. Der Empfänger und Separator empiäru. r-rse Signale und trennt das Heiligkehssigrai ν ■· den Synchronimpulsen. Der Schwellendisknminatoi 33 teilt die Helligkeit in wenige Stufen aufunä K¹HdCt das Ober- und Unterschreiten dieser Stufen a*. digitale Signale dem Erkenner 14. Der Erkenne- vertet die Synchronsignale und die Signale aus iä -s aus, daß zunäcnst Linien des Obergangs von einer Helligkeit zur anderen entstehen, die den Umriß des Schmelzbades wiedergeben und auf dem Monitor 19 sichtbar gemacht wer Jen. Weiterhin werden die Umrisse in 14 vermessen, mit Sollwerten korreliert und dann umgesetzt in Größen, die ein Maß für den momentanen Zustand des Schweißbades sind. Diese werden dem Regler 15 zugeführt, der die Stellglieder 16,17 und 18ansteuert

Fig.3 zeigt als Beispiel eine Wurzelnaht in einem V-förmigen Spalt

Zunächst befindet sich zwischen zwei an den Kanten abgeschrägten dicken Blechen 1 ein Luftspalt Ii. Am 5 oberen Ende ist dieser Spalt durch eine Wurzelnaht 10 geschlossen. An der eigentlichen Schweißstelle entsteht durch Anschmelzen der Kanten 21 eine sogenannte Schweißöse 22, die zur v/urzelnaht hin durch das Schweißbad 23 begrenzt ist

ίο Fig.4 zeigt die Konturen von Schweißöse 22, Schweißbad 23 und Luftspalt 11.

Die Schweißrichtung verläuft von links nach rechts.

Die Begrenzung des Schweißbades 23 umfaßt die Kontur der Schweißöse 22. Beide Hegen asymmetrisch zum Luftspalt 11 und sind in ihrer Form abhängig von der mechanischen Brennerführung.

Fig.5 zeigt durch eine im Erkenner durchgeführte Vorverarbeitung von Verzerrungen durch die Brennerbewegung quer zur Schweißrichtung befreite Konturlinien des Schweißbades, der Schweißöse und des Luftspaltes.

Die Konturen des Schweißbades 7? und der Schweißöse 22 zeigen nun in guter Nähamng eine Ellipsenfcrm bzw. eine Kreisform. Diese entsteht aus der asymmetrischen Form (siehe F i g. 4) durch Ausmessen der Sehnenlängen 24 quer zur Schweißrichtung und Auftragen der halben Sshnenlänge symmetrisch nach beiden Seiten de Mittellinie des Schweißspaltes.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!. Verfahren zur Regelung einer Einrichtung zum automatischen Lichtbogen-Schutzgasschweißen und insbesondere zur Regelung der Schweißparameter wie Vorschub der Schweißanlage, Drahtvorschub und Schweißstromstärke mit einer Bildaufnahmeeinrichtung und Auswerteeinheit, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Bifdaufnabmeeinrichtung (6) das zweidimensionale Bild der Schweißstelle (9) und der umliegenden Zone periodisch aufgenommen wird, wobei die Helligkeit des Lichtbogens gleichzeitig gesenkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzdraht (3) durch eine an sich bekannte Anordnung nach dem taktwdsen Abschmelzen klejner Materialmengen zurückgezogen wird und die Übergangszone zwischen Schweißbad (23) und Schweißöse (22) bis zum Anfang des kalten Lufispaites (Ii) mit zur optischen Auswertung herangezogen wird.
3. Verfahren räch Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß aus dem zweidimensionalen Bild nur geeignete Konturen zur Auswertung herangezogen werden.