DE2646838C3

DE2646838C3 - Vorrichtung zum automatischen Regeln von Systemen auf die Mitte von Schweißspalten, Schweißfugen oder Schweißnah tuberhohungen

Info

Publication number: DE2646838C3
Application number: DE2646838A
Authority: DE
Inventors: Paul Krenzer; Franz-Josef Peters; Karl-Heinz Schlusnus; Hans-Juergen Dipl.-Phys. 4400 Muenster Wahl
Original assignee: Hoesch Werke AG
Current assignee: Hoesch AG
Priority date: 1976-10-16
Filing date: 1976-10-16
Publication date: 1980-06-19
Also published as: DE2646838A1; IT1090031B; FR2368078A1; CA1108742A; US4298785A; DE2646838B2; AR226275A1; FR2368078B1; MX145633A; GB1571646A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem gattungsbildenden Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist ein Verfahren bekannt (Aufsatz von: The welding institute, 1975, »A technical survey of seam tracking methods in welding«, Seiten 111-114), bei dem die Werkstückoberfläche mit einem Elektronenstrahl senkrecht zum Schweißspalt abgetastet und die Zahl der entstehenden Sekundärelektronen in Abhängigkeit vom Weg zur Nachbildung des Schweißspaltes auf einem Oszillographen benutzt wird. Die Lage des dabei entstehenden Minimums wird als Mittensignal benutzt. Abgesehen davon, daß dieses Verfahren nur für einen ganz speziellen Anwendungsfall, nämlich für das Elektronenstrahlschweißen, anwendbar ist, hat es noch folgende Nachteile:

In Abhängigkeit von der Fugen- oder Spaltgeometrie ergeben sich ein oder mehrere Minima (ζ. Β. bei einer Schweißfuge mit Heftnaht), so daß kein eindeutiges Mittensignal gebildet werden kann. Geometrische Unebenheiten neben der Schweißfuge können zu ähnlichen Signalen führen wie die Fuge, so daß keine eindeutige, automatische Auswertung möglich ist.

Weiterhin ist eine Vorrichtung (DE-AS 22 08 863) bekannt, die mit Hilfe der Laufzeitauswertung eines emittierten, reflektierten und wieder empfangenen Signals den momentanen Abstand einer oszillierenden Sonde von einer reflektierenden Oberfläche mißt und so die Position einer vorliegenden Schweißnahtüberhöhung erfaßt Aus dem differenzierten Verlauf der Abstandskurve soll u.a. die Nahtmitte errechnet und mittels einer Nachführungssteuerung ein Gerät 2ur Werkstoffbearbeitung oder -prüfung auf der Nahtmitte nachgeführt werden.

Diese Vorrichtung hat verschiedene Nachteile.
Sie ist nicht geeignet zur Auffindung von Schweißspalten oder -fugen, da an diesen »Unstetigkeitsstellen« keine Signalreflektion erfolgt Bei Schweißnahtüberhöhungen sind die reflektierten Signale so diffus, daß der differenzierte Signalverlauf häufig keine eindeutige Aussage über den Beginn der Schweißnahtüberhöhungen zuläßt Desweiteren können geometrische Unebenheiten neben dar Naht (Schweißspritzer, Laufspuren) ähnliche Signale erzeugen wie an einer Schweißnahtüberhöhung und so zu einer fehlerhaften Auswertung der Signale führen, was zwangsläufig eine Betriebsunterbrechung zur Folge hat

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum automatischen Regeln von Systemen auf die Mitte sowohl von Schweißspalten, Schweißfugen als auch von Schweißnahtüberhöhungen zu schaffen, bei der die von Unstetigkeiisstellen im Verbindungsbereich zweier Werkstücke reflektierten Störsigna! 3 die automatische Regelvorrichtung nicht beeinflussen, so daß sie eine große Betriebssicherheit aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Gattung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 erfaßten Merkmale gelöst

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß unabhängig von Geometrie und Form des Schweißspaltes, der Schweißfuge oder Schweißnahtüberhöhung, ein eindeutiges Mittensignal gebildet wird, weil die Flanken zu einer Signalverringerung führen. Es kann darauf verzichtet werden, den komplizierten Signalverlauf über den kritischen Unstetigkeitsstellen (z. B. Schweißfuge mit Heftnaht) bewerten zu müssen, wie es bei den zum Stand der Technik gehörenden Vorrichtungen der Fall

Vorteilhafte weiterführende Erfindungsmerkmale sind in den Kennzeichen der Unteransprüche erfaßt.

Erfahrungsgemäß bewegt sich der gemessene zeitliche Verlauf der Schweißspalt-, Schweißfugen- oder Schweißnahtüberhöhungsmittelpunkte (Gradient der Nahtmittenabweichung) bei einem gegebenen Schweißsystem und gegebener Nahtformation in gewissen Grenzen.

Geometrische Störungen (z. B. Bearbeitungsspuren von der Blecheinformung) können Abweichungen der Nahtdrift, Fugendrift vortäuschen. Derartige Störsignale werden nicht bewertet und führen daher zu keiner Fehlsteuerung des nachzuführenden Systems, wenn die vorgegebenen Erfahrungswerte über- oder unterschritten werden.

Das zweite weiterführende Erfindungsmerkmal ermöglicht einen Vergleich der ermittelten Nahtbreite mit vorgegebenen Erfahrungswerten. In der Praxis entstehen punktuelle Störsignale, z. B. durch Oberflächenverschmutzung, Schweißperlen etc. Diese könnten eine zu große Naht-, Fugen- oder Spaltbreite vortäuschen, so daß auch der Nahtmittenwert falsch errechnet würde. Bei Über- oder Unterschreitung der max. und min. vorgegebenen Nahtbreiten wird daher ein zu Fehlsteuerungen führender Stellbefehl verhindert und somit die

Betriebssicherheit des Systems erhöht

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

Fi g. 1 eine Übersicht über den Fuiktionsablauf,

F i g. 2 das Prinzip der Signalgewinnung bei Vorliegen einer Schweißfuge mit Heftnaht

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, oszilliert ein Ultra^hallprüfkopf 1, der mechanisch starr mit einem Potentiometer 2 verbunden ist, über d^n Schweißnaht-Fugenbereich, angetrieben von einem Motor 3, der durch eine Steuerung 4 angesteuert wird. Eine Ultraschall-Elektronik 5 besteht aus einem Ultraschall-Sender sowie einem Empfänger und einem Monitor zur Überwachung der Signaleinbrüche an den Flanken der Fuge.

In Verbindung mit einer elektronischen Einrichtung 6 zur Erkennung der Bewegungsrichtung des Prüfkopfes 1 werden die zu den Ultraschallsignalabfällen gehörenden elektrischen Positionssignale in Speichern 7 und 8 eingegeben, wobei eine Speichersteuerung 9 für die richtige Verknüpfung der Signale sorgt

In einem elektronischen Rechner 10 werden die in die Speicher 7 und 8 eingegebenen Werte A und B zu folgenden Größen verarbeitet:

i. Fugenmilte = —y

2. Fugenbreile = A-B

3. Fugenabweichungsgradient= \(—^—J

It

Der zur Regelung benötigte Fugenmktenwert — ι— wird zunächst in einen Speicher 11 eingegeben und nur dann freigegeben, wenn die Werte (A — B) und

A + B^

(zeitlich gemessener Verlauf der Fugenmittelpunkte)

Ir

in Vergleichern 12, 13 mit ihren Grenzwerten verglichen wurden und innerhalb der vorgegebenen Grenzen gelegen haben. Der Fugenmittenwert - ΐ wird dann in einem Soll-Istwert-Vergleicher 14

mit dem Sollwert 16 der Mittenlage eines nachzuführenden Schweißkopfes 15 verglichen.

Im Falle einer Differenz führt diese zu einem in einem Regler 17 gebildeten Stellsignal, das, verstärkt durch einen Leistungsverstärker 18, einen Servoantrieb 19 und dieser eine Schweißkopfverstelleinrichtung 20 betätigt In schematischer Darstellung zeigt F i g. 2 in

a) ein praktisch vorkommendes Fugenprofil mit Heftnaht,

b)c Ultraschallsignalhöhen in Abhängigkeit von den jeweiligen Bewegungsrichtungen, wobei die für die Auswertung interessanten Bereiche hervorgehoben dargestellt sind,

d) die Gewinnung der zu den Ultraschallsignalabfällen gehörenden elektrischen Meßwerte A und B sowie die rechnerische Ermittlung des Fugenmittenwertes A+B

und der Fugenbreite A — B.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum automatischen Regeln von Systemen auf die Mitte von Schweißspalten, Schweißfugen oder Schweißnahtüberhöhungen, mit einer oszillierenden Sonde zur Erkennung von Unstetigkeitsstellen in geometrisch stetigen Oberflächen, einem Positionsmesser für die Sonde und mit einer Einrichtung zur Ermittlung der Bereichsmitte aus den Meßwerten und einer Nachführsteuerung zur Einhaltung der Mittenlage, dadurch gekennzeichnet, daß zwei den Bewegungsrichtungen zugeordnete, durch eine Richtungserkennung wechselweise freigegebene Speicher (7, 8) zur Positionserfassung der der jeweiligen Bewegungsrichtung zugeordneten, eine vorgegebene Signalamplitude erstmals unterschreitende Unstetigkeitssignale vorgesehen sind und daß aus den Speicherwerten in einer Recheneinrichtung (10) der arithmetische Mittelwert gebildet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gemessene zeitliche Verlauf der Schweißspalt-, Schweißfugen- oder Schweißnahtmittelpunkte durch eine Rechenschaltung (10) bestimmt und gemeinsam mit einem Vorgabewert einem nachgeschalteten Vergleicher (13) zugeführt wird, der bei Überschreiten des Vorgabesignals die Bildung eines Stellbefehls unterdrückt

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Rechenwerk (10) ein Addierer zur Differenzbildung der zwei aufeinanderfolgenden gespeicherten Werte des Positionsmessers vorhanden ist und daß dieser Differenzwert gemeinsam mit einem Vorgabewert einem nachgeschalteten Vergleicher zugeführt wird, der bei Abweichung vom Vorgabewert die Bildung eines Stellbefehls unterdrückt.