DE2608720A1

DE2608720A1 - Beruehrungslose schweissnahtabtastung

Info

Publication number: DE2608720A1
Application number: DE19762608720
Authority: DE
Inventors: Fritz Richter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-03-03
Filing date: 1976-03-03
Publication date: 1977-09-08
Also published as: JPS52107252A

Description

Berührungslose Schweißnahtabtastung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum beriihrungs losen Abtasten von Schweißfugen an Bauteilen zum Zwecke der Schweißbrennernachf~uhrung beim Lichtbogenschweißen.
Die Nachführung des Schweißbrenners ist erforderlich, weil zwischen der tatsächlichen Schweißfuge und der theoretischen, als Brennerlaufbahn in Form eines Schlitten oder einer Kulisse vorgegeben, immer Abweichungen vorhanden sind, die zu Fehlschweißungen führen.
Es ist bereits eine Anordnung bekannt geworden bei der in der Schweißfuge vor dem Schweißbrenner her ein Taststift schleift, der entsprechend Abweichungssignale der Nachführeinrichtung des Brenners zuführt. Dieses System hat den Nachteil, daß sich der Taststift abnutzt und verschmutzt und zwischen Brenner und Taststift ein erheb--licher Abstand besteht, der die Abweichungswerte verfälscht.
Nachteilig ist auch daß der Taststift und damit das Verfahren nur für tiefere Schweißfugen geignet ist und bei Heftstellen falsche Signale entstehen.
Weiterhin ist eine Anordnung bekannt geworden, bei welcher der Schweißlichtbogen durch Magnete kurzzeitig auf die Schweißfugenflanken gezogen wird und die damit verbundene Änderrung der Schweißspannung als Maß für die Abweichung verwendet wird. Nachteilig sind hier die großen Magnete dicht am Lichtbogen, die verbrennen und verschmutzen. Außerdem ist das System aufwendig.
Ein weiteres bekanntgewordenes Verfahren ist das Beleuchten der Schweißfuge so, daß sich ein mögl. großer Schatten der Fuge ergibt, welcher dann mit der Photodiode abgetastet werden kann. Die Abtaststelle hat auch hier einen größeren Abstand zur Schweißstelle.
Um solche oder ähnliche Ungelegenheiten zu vermeiden, hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein relativ einfachesunaufwendiges und betriebssicheres System zu schaffen.
Erfindungsgemäß gelöst wird die Aufgabe im wesentlichen dadurch, daß die Auslenkung des Lichtbogens aus seiner Normallage infolge der unterschiedlichen Masseverhältnisse an der Schweißfuge zur Nachstellung des Schweißbrenners benutzt wird. Der Erfindung liegt also die Erfahrung zu Grunde , daß die Lichtbogensäule seitlich ausgelenkt wird, wenn zwischen Brenner und Schweißfuge ein Versatz entsteht. Der Lichtbogen sucht sich immer den kürzeren Weg und / oder die größere Masse.
Eine der möglichen erfindungsgemäßen Messverfahren zum Erfassen der Lichtbogenauslenkung ist, daß am Schweißbrenner direkt oder indirekt befestigte Photodioden die Schweißlichtverschiebung erfassen.
Aber auch die Abstandsänderung senkrecht zur Blechoberfläche, also in Brennerrichtung, wird erfindungsgemäß durch die Ausvirertung der Schweißlichtsymetrie erfaßt. Dies geschieht dadurch, daß ein noch zu beschreibender Sensor am Brenner befestigt ist und der Schweißdraht vorschub den Schweißlichtbogen auf konstante Länge regelt.
Das ist bei allen Schu'szgasschweißgeräten der Falle Wird nun der Abstand zwischen Brenner und Blechoberkannte größer, so wird die freie Drahtlänge, d.i. die Drahtlänge zwischen Brennerspitze und Lichtbogen, länger und der Lichtbogen entfernt sich vom Brenner, sodaß der am Brenner justierte Sensor diese Abstandsänderung registrieren kann.
Die seitliche Ablenkung des Lichtbogenqaus seiner seS:rechten Lage infolge der Schweißfugenabweichung erfaßt der gleiche Sensor. Natürlich läßt sich der Sensor auch nur für senkrechte oder nur für waagerechte Abtastung auslegene Der erfindungsgemäße Sensor besteht aus einem Sensorrohr, welches ca. unter 450 am Brenner befestigt ist und vor oder hinter dem Brenner herläuft und auf den Lichtbogen gerichtet ist. Außerdem muß er über der Schweißnaht angebracht werden.
Der Sensor besteht im wesentlichen ats einem Rohr, das innen durch Längs trennwände in 2 bzw. 4 Lichtleitkanäle unterteilt ist. Das Rohrende am Lichtbogen ist offen, das andere Rohrende ist geschlossen und mit Je einer Photodiode pro Lichtleitkanal bestückt. Das Rohr wird nun so am Brenner justiert, daß der senkrechte Lichtbogen, und zwar seine Mitte genau im Schnittpunkt der 2 Trennwände liegt. Dazu muß in Richtung des Sensorrohres, am besten durch dieses hindurchgesehen werden.
Bei senkrechtem Lichtbogen und normaler freier Drahtlänge nehmen alle 4 Lichtleitkanäle gleichviel Licht auf. Seitliches Ausweichen des lichtbogens infolge Schweißfugenversatz führt zu Lichtungleichgewicht in den waagerechten Photodioden und bei Änderung der freien Drahtlänge wird das Gleichgewicht der senkrechten Dioden gestört. Eine Elektronik wertet diese Unterschiede aus und steuert die Brennernachführeinrichtung an.
Die Erkennung der Lichtverschiebung ist erfindungsgemäß vorrangig dadurch möglich, daß über die langen dünnen Lichtleitkanäle auf die Photodioden nur das Licht gelangt, das direkt oder indirekt vom Lichtbogen kommt. Alles andere Licht gelangt nicht in den Sensor bzw wird dort durch öftere Reflexion an den Innenwänden absorbiert, Aber auch andere Verfahren zum Messen der seitlichen Lichtbogenauslenkung sind erfindungsgemäß möglich.
Bei Abweichung 0 zwischen Brenner und Schweißfuge denkt die senkrechte Trennwand den Lichtbogen und es kommt nur reflektiertes Schveißlicht auf die Photodioden.
Um in den Lichtleitkanälen die Sicht immer klar zu halten, wird durch diese das Schutzgas, das zum Schweißen erforderlich ist, zugeführt, sodaß sich keine Dämpfe darin sammeln können.
Gegen Schweißspritzer er könnendie Lichtleitkanäle durch Glas abgedeckt werden oder durch mechanische Bürsten Schaber ect. automatisch zyklisch gereinigt werden.
Zur Vermeidung von störenden Reflexionen sind die Licht leitkanäle innen optisch matt und schwarz.
Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, den Schweißbrenner pendelnd quer über die Schweißnaht zu führen und die dabei der Schweißnaht entsprechendk entstehnden Lichtstärken -verschiebung, auszuwerten.
Außerdem ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Schweißlichtbogen zwahgsweise durch Magneten ect. abwechse|n@ seitlich auszulenken und die Lichtstärkenschwankung auszuwerten.
In weiteret sinnvoller Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß der Sensor in seiner prinpielen Wirkung in den Schweißbrenner integriert ist.
Eine weitere erfindungsgemäße Eigenschaft ist, daß der Sensor wassergekühlt wird.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, die Strahlenführung im Sensor durch optische Systeme unlæulenken und / oder zu modulieren.
Mit der vorgeschlagenen Erfindung gehen eine Reihe von Verteilen einher: Die Sensoranordnung ist in Aufbau und Wirkungsweise einfach, betriebssicher, robust und verschleißfrei.
Sie mißt sehr genau und schnell und ist auch bei gehefteten Schweißungen einsetzbar, Außerdem ist der Sensor von allen denkbaren Nahßformen unabhängig bzw. für diese justierbat. Er reagiert auf die Schweißgutverteilung unmittelbar, da auch immer dort, wo der Schweißguttropfen hingeht, daß intensivste Licht entsteht.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren stellt eine nahezu ideale Lösung der berührungslosen Schweißnahtabtastung dar.
Selbstverständlich erschöpfen sich die Vorteile der vorgeschlagenen Erfindung nicht schon allein in dem vorstehend erwähnten.
In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei zeigt: Fig. 1 Einen~Schweißbrenner mit angebautem Sensor, Fig, 2 Einen Längsschnitt durch einen Sensor, Fig. 3 Eine Ansicht des Sensors in Pfeilrichtung A Fig 4 Ein Wirkungsschema des Sensors an der Schweißnaht Der Sensor 1 ist mittels Halterung 2 am Schweißbrenner 3 befestigt und justiert. Der Schweißbrenner 3 ist am zweidimensionalen Verstellschlitten 4, verstellbar quer. und senkrecht zur Schweißnaht, der seine Steuersignale über eine nicht dargestellte Elektronik von den Photodioden 5 bekommt, befestigt.
Das Sensorrohr 6 ist mit 1 bzw. 2 Längstrennwänden 7 in 2 bzw. 4 Lichtleitkanäle 8 unterteilt, an deren oberen Ende Photodioden 5 befestigt sind. Bæi 9 wird der Sensormit Schutzgas beschickt, welches durch die Lichtleitkanäle 8 zum Lichtbogen geführt wird. Der Ringkanal 10 führt das Gas an die einzelnen Lichtleitkanäle.
Dem Brenner 3 wird von der Drahtspule 11 der Schweißdraht 12 zugeführt, der bei 13 die freie Drahtlänge-bildet, von wo der Lichtbogen 14 auf das Bauteil 15 überspringt.
In der Figur 4 ist mit 14 der Lichtbogen zu sehen, der infolge des Schweißfugenversatzes 16 nach rechts abgelenkt ist. Auch ist der Lichtbogen 14 nicht durch die waagerechte Zwischenwand halbiert, sondern er beleuchtet die beiden unteren Lichtleitkanäle 8 stärker als die oberen, was bedeutet, daß der Brenner in Pfeilrichtung 17 zugestellt werden muß.
Durch den seitlichen Versatz 16 ist der rechte untere Lichtleitkanal 8 stärker beleuchtet als der linke, sodaß der Brenner auch entsprechend der Pfeilrichtung 18 verstellt werden muß.
In den Lichtleitkanälen 8 arbeiten nichtgezeichnete Drahtbürsten oder Schabekolben, die diese nötigenfalls reinigen. Bei Bedarf kann der Sensor wassergekühlt werden. L e e r s e i t e

Claims

PATENTANSPRÜCHE S Verfahren zum berührungslosen Abtasten von Schweißfugen an Bauteilen zum Zwecke des Ausgleichens von Versatz zwischen Schweißfuge und Schweißbrenner gekennzeichnet dadurch, daß zum Nachstellen des Schweißbrenners 3 die seitliche Auslenkung des Lichtbogens ans seiner Normallage augewertet wird, die entsteht, wenn sich die Schweißfuge relativ zum Schweißbrenner 3 verschiebt.
2. Anordnung zum Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß am Schweißbrenner 3 ein schweißlichtempfindlicher Sensor 1 angebracht ist, der die Schweißlichtverschiebung aufnimmt, die entsteht, wenn sich die Schweißfuge relativ zum Schweißbrenner 3 verschiebt,
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Auslenkung des Schweißlichtbogens durch andere geignete Mittel wie z~B. magnet - induktive , erfasst wird.
4. Anordnung nach Anspruch 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor 1 Lichtleitkanäle besitzt, die die Schweißlichtverschiebung aufnehemen und daß die Trennwand 7 auf den Schweißlichtbogen 14 Justiert ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1-4 dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitkanäle 8 Photodioden . ä. besitzen, die die Schweißlichtverschiebung in elektrische Werte umsetzen.
6.Anordnung nach Anspruch 1-5 dadurch gekennzeichnet, daß durch die Lichtleitkanäle 8 das Schutzgas zum Schweißen der Schweißstelle zugeführt wird.
7. Anordnung nach Anspruch 1-6 dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitkanäle 8 zyklisch und automatisch mit mechanischen Gegenständen wie Drahtbürsten, Schabern ect. gerei nigt werden.
8. Anordnung nach Anspruch 1-7 dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor 1 eine Trennwahd 7 senkrecht zum Lichtbogen besitzt, die 2 Lichtleitkanäle entstehen läßt.
9.Anordnung nach Anspruch 1-8 dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor 1 1 Trennwand 7 waagerecht zum Lichtbogen besitzt die 2 Lichtleitkanäle waagerecht zum Lichtbogen entstehen läßt.
10. Anordnung nach Anspruch 1-9 dadurch gekennzeichnet, laß der Sensor 1 eine senkrechte und eine waagerechte Trennwand besitzt und somit 4 Lichtleitkanäle entstehen.
11. Anordnung nach Anspruch 1-10 dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißiichtbcgen zwangsweise quer zur Schweißnaht ausgelenkt wird und der Sensor 1 die dabei entstehende Schweißlichtverschiebung aufnimmt.
12. Anordnung nach Anspruch 1-11 dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor 1 aus einem Rohr betseht.
13. Anordnung nach Anspruch 1-12 dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor 1 unter einem schrägen Winkel auf den Schweißlichtbogen gerichtet ist.
14. Anordnung nach Anspruch 1-15 dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlen in den Lichtleitkanälen 8 durch optische Systeme umgelenkt und / oder moduliert werden.
15. Anordnung nach Anspruch 1-13 dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitkanäle 8 durch Glasscheiben gegen Verschmutzung abgedeckt werden.
16. Anordnung nach Anspruch 1-55dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißbrenner 3 pendelnd über die Schweißnaht geführt wird und die dabei entstehenden Schweißichtverschiebungen zur Auswertung gelangen.
17. Anordnung nach Anspruch 1-16 dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor 1 bei Bedarf mit Wasser gekühlt ist.