DE2713874C2 - Calorimeter for quickly measuring the welding energy of a laser beam - Google Patents
Calorimeter for quickly measuring the welding energy of a laser beamInfo
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Description
dadurch gekennzeichnet,characterized,
— daß das Meßsystem (M) mit einem Energieaufnehinc-r (DK) ausgestattet ist, in dessen Bereich der erste Temperaturfühler (Hi) angeordnet ist.- That the measuring system (M) is equipped with an energy receiver (DK) , in the area of which the first temperature sensor (Hi) is arranged.
— daß ein elektrischer Speicher (C) vorgesehen ist,- that an electrical storage device (C) is provided,
in welchem die von dem ersten Temperaturfühler (H 1) unmittelbar vor Beginn der Energiezufuhr festgestellte Starttrmperatur speicherbar ist.in which the start temperature determined by the first temperature sensor (H 1) immediately before the start of the energy supply can be stored.
— daß der elektrische Speicher (C) zur Simulierung des Abkühlvorganges mit Hilfe des die Umgebungstemperatur abtastenden zweiten Tempe aiurfühlers(f/2) entladbar ist,- That the electrical memory (C) for simulating the cooling process can be discharged with the aid of the second temperature sensor (f / 2), which scans the ambient temperature,
— daß ein Differenzierglied (D) zur Feststellung des der Maximaltemperatur des Meßsystems (M) entsprechenden Zeiinunktes vorgesehen ist.- That a differentiating element (D) is provided for determining the time point corresponding to the maximum temperature of the measuring system (M).
— daß das in Energieeinheiten geeichte Meßgerät (V) ein mit einem invertierenden ( —), einem nichtinverlierenden (+) und einem Trigger-Eingang (0ausgestatteter Spannungsmesser (V)ki, - that the measuring device (V) calibrated in energy units has an inverting (-), a non-inverting (+) and a trigger input (0-equipped voltmeter (V) ki,
— daß der erste Temperaturfühler (H \) fest mit dem nichtinvertierenden Eingang ( + ) des Spannungsmessers (!^verbunden ist.- that the first temperature sensor (H \) is permanently connected to the non-inverting input (+) of the voltmeter ( ! ^.
— daß der elektrische Speicher (C) mit dem invertierenden fungang ( —) verbunden ist. wobei eine Beeinflussung des Spannungsmessers (V) über den invertierenden Eingang ( —) nur bei aktiviertem Trigger-Eingang '^erfolgt.- That the electrical memory (C) is connected to the inverting fungang (-). The voltmeter (V) is only influenced via the inverting input (-) when the trigger input '^ is activated.
— und daß das Differen/ierglied (D) mit dem Trigger-Eingang (t)Ac\ Spannungsmessers (V) verbunden ist. derart daß das Differenzierglied (D)bc\ Erreichen der Maximaltemperatur einen Trigger-Impuls (i'3) /ur Aktivierung des Spannungsmessers (V) liefert, durch welchen dieser /ur Bildung der Differenz /wischen Maximaltemperatur und Starttemperatur und /ur Anzeige des Ergebnisses in-Hnergieemheiten veranlaßt ist.- and that the differential element (D) is connected to the trigger input (t) Ac \ voltmeter (V) . so that the differentiator (D) bc \ reaching the maximum temperature delivers a trigger pulse (i'3) / ur activation of the voltmeter (V) , through which this / ur formation of the difference / between maximum temperature and start temperature and / ur display of the result in-Hnergieemheiten is caused.
2. Kalorimeter nach Anspruch 1. dadurch gekenn-Zeichnet, daß ein gut wärmeleitender Doppelkonus (DK)ah Energieaufnehmer im Meßsystem dient, um 4en eine HeizWendel (HW)gewickelt ist zum Eichen des Meßsystems (M)m\{ einem Eichinipuls.2. Calorimeter according to claim 1 characterized in that a highly thermally conductive double cone (DK) serves as an energy absorber in the measuring system, around 4en a heating coil (HW) is wound to calibrate the measuring system (M) with a calibration pulse.
3- Kalorimeter nach Anspruch 2, dadurch gekennteichnel, daß eine Einrichtung zur Überwachung des Döppelkonus (DK) auf Überlastung vorgesehen ist.3-calorimeter according to claim 2, characterized in that a device is provided for monitoring the anvil cone (DK) for overload.
4. Kalorimeter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Überwachung des Doppelkonus (DK) auf Isolationsfehler (5) vorgesehen ist.4. Calorimeter according to claim 2, characterized in that a device for monitoring the double cone (DK) for insulation faults (5) is provided.
Die Erfindung betrifft ein Kalorimeter der im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Art.The invention relates to a calorimeter as described in the preamble of claim 1 Art.
Zum Schwießen von Blechen, beispielsweise von Kontaktblechen für Relais, werden Schweißautomaten eingesetzt, die mit einem Laserstrahl arbeiten. Da die Energie des Laserstrahls genau dosiert sein muß, ist es erforderlich, sie zu überprüfen und gegebenenfalls zu korrigieren.Automatic welding machines are used to weld metal sheets, for example contact sheets for relays used that work with a laser beam. Since the energy of the laser beam must be precisely metered, it is necessary to review them and correct them if necessary.
Zur Messung der Energie von Laser-Schweißimpulsen sind zwei Verfahren üblich, nämlich das kalorimetrische und das photometrische Verfahren. Ersteres arbeitet zwar genauer, so daß es zur Eichung der photometrischen Geräte Verwendung findet, bei seiner betriebsmäßigen Anwendung stören jedoch die großen Wartezeiten (mehrere Minuten) zwischen den einzelnen Messungen, während derer das Meßsystem (Empfänger) jeweils wieder auf Umgebungstemperatur abkühlen muß. Das photometrische Verfahren hat hingegen sehr kurze Wartezeiten, bedarf jedoch wetren der Alterung der verwendeten Kalbleiterelemente der gelegentlichen Nacheichung.Two methods are common for measuring the energy of laser welding pulses, namely the calorimetric one and the photometric method. The former works more precisely, so that it is used to calibrate the Photometric devices are used, but the large ones interfere with its operational use Waiting times (several minutes) between the individual measurements, during which the measuring system (receiver) must cool down again to ambient temperature. The photometric method, on the other hand, has a lot short waiting times, but requires aging of the cal lead elements used for occasional recalibration.
Die Erfindung befaßt sich mit dem kalorimetrischen Verfahren. Sie geht aus von einem Kalorimeter der im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Art. das beispielsweise durch die DE-OS 22 56 372 bekannt ist. und hat sich die Aufgabe gestellt, ein solches Kalorimeter in der Weise weiterzubilden, daß die großen Wartezeiten zwischen den einzelnen Messungen nicht eingehalten werden müssen, sondern daß die Messungen ohne Verzicht auf größtmögliche Meßgenauigkeit in kurzen Zcitabstanden einander folgen können.The invention is concerned with the calorimetric method. It is based on a calorimeter im The generic term of claim 1 described for example by DE-OS 22 56 372 is known. and has set itself the task of developing such a calorimeter in such a way that the long waiting times between the individual measurements do not have to be observed, but that the Measurements follow one another at short intervals without having to forego the greatest possible accuracy can.
Diese Aufgabe wird durch ein Kalorimeter mit den Merkmalendes Patentansprüche*· i gelost.This problem is solved by a calorimeter with the features of patent claims * · i.
Dadurch, daß das Meßsvstem die Starttemperatur /u Beginn der Energiezufuhr mißt und am Ende der Messung eine Differenz aus Maximaltemperatur und Starttemperatur gebildet wird, ist es nicht erforderlich, jeweils abzuwarten, bis das Meßsystem sich auf die Umgebungstemperatur abgekühlt hat.The fact that the measuring system determines the start temperature / u The beginning of the energy supply measures and at the end of the measurement a difference between the maximum temperature and Starting temperature is formed, it is not necessary wait until the measuring system has cooled down to the ambient temperature.
Auch während der Energiezufuhr gibt das Meßsystem Wärme an die Umgebung ab. Um auch diese Wärmeabgabe /u berücksichtigen, wird der Abkühlvor gang während einer erneuten Energiezufuhr simuliert, '•o daß die /uvor festgestellte Starttemperatur entspre chend korrigiert ist. Auf diese Weise lassen sich Meßwerte mit der gewünschten Genauigkeit gewinnen, ohne daß jewi-ils eine Abkühlung des Meßsystems auf -dre Umgebungstemperatur abgewartet wurden muß. .The measuring system also gives off heat to the environment while the energy is being supplied. To this too Take into account heat dissipation / u, the cooling process is simulated during a renewed supply of energy, '• o that the / u previously determined start temperature corresponds is corrected accordingly. In this way you can Obtain measured values with the desired accuracy without the measuring system cooling down - You have to wait for the ambient temperature. .
Fm Beispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung naher erläutert. Dabei ist inThe example of the invention is explained in more detail with reference to the drawing. In
F- ig. 1 die Zusammenschaltung der ein/einen berm tigten Geräte, inF- ig. 1 the interconnection of one berm made devices, in
F i g. 2 die Ausführung des Meßsyslems, in denF i g. 2 the execution of the measuring system in which
F ί gi 3 und 4 dieTemperaturmeßkürven und in denF ί gi 3 and 4 the temperature measurement curves and in the
F i g. 5 und 6 die Steuerimpulse dargestellt.F i g. 5 and 6 show the control pulses.
Das Kalorimeter besteht gemäß Fig. I im wesentlichen aus einem Meßkopf, der in Einzelheiten in Fig.2 gezeigt ist, einem Differenzierglied D, einem Span* riungsspeicher SS, einem Eichgenerator EG und einemThe calorimeter is shown in FIG. I consisting essentially of a measuring head, which is shown in detail in Figure 2, a differentiator D, a clamping * riungsspeicher SS, a calibration generator EG and
das Meßergebnis anzeigenden, in Energieeinheiten geeichten Digital-Voltmeter V. Die zu messenden Laser-Schweißimpulse / werden in einem Gerät L erzeugt. The digital voltmeter V, which displays the measurement result and is calibrated in energy units. The laser welding pulses / to be measured are generated in a device L.
Zum Messen der Laserstrahlenergie werden die zu versehweißenden Bleche durch einen Adapter ersetzt, auf dem sich das Meßsystem Mbefindet. Dadurch ist das Meßsystem Μ genau in der richtigen Lage fixiert.To measure the laser beam energy, the sheets to be welded are replaced by an adapter on which the measuring system M is located. As a result, the measuring system Μ is fixed in exactly the right position.
Das Meßsystem M besteht gemäß Fig.2 aus einem Doppelkonus DK aus Kupfer, dessen Temperatur von einem Heißleiter H1 gemessen wird. Dieser Heißleiter ist über die Stecker 2 und 3 mit dem Spannungsspeicher SS verbunden.According to FIG. 2, the measuring system M consists of a double cone DK made of copper, the temperature of which is measured by a thermistor H 1. This thermistor is connected to the voltage storage device SS via plugs 2 and 3.
Ein zweiter Heißleiter H2 mißt die Umgebungstemperatur im Meßsystem M, um damit die elektrische ü> Abkühl-Nachbildung zu steuern. Dieser Heißleiter ist an die Stecker 1 und 2 angeschlossen.A second thermistor H2 measures the ambient temperature in the measuring system M in order to control the electrical cooling simulation. This thermistor is connected to plugs 1 and 2.
Zum Eichen des Meßsystems ist um den Doppelkonus DK eine Heizwendel WlV gewickelt, mit der diesem Doppelkonus eine definierte elektrische Energiemenge zugeführt werden kann, um diese dann am Meßgerät V abzulesen. Diese Heizwendel ist an die Stecker 4 und 6 angeschlossen.To calibrate the measuring system, a heating coil WlV is wound around the double cone DK , with which a defined amount of electrical energy can be fed to this double cone in order to then read it off on the measuring device V. This heating coil is connected to plugs 4 and 6.
Außerdem ist der Doppelkonus DK über den Stecker 5 mit einem hier nicht dargestellten Isolatior.smeßgerät verbunden, um eventuelle Beschädigungen der Isolation durch Wärmeeinwirkung zu signalisieren.In addition, the double cone DK is connected via the plug 5 to an Isolatior.smeßgerät not shown here in order to signal possible damage to the insulation due to the action of heat.
Die vorhin beschriebenen sechs Stecker sind über eine geschirmte Leitung an das Meßsystem M angeschlossen, wobei die Abschirmung über einer Stecker 7 mit Masse verbunden ist.The six connectors described above are connected to the measuring system M via a shielded line, the shielding being connected to ground via a connector 7.
Die vom Temperaturfühler H1 festgestellte Temperatur des Doppelkonus DK gelangt als elektrische Spannung gleichzeitig zum Spannungsspeicher 55, zum Differenzierglied D und zum nichiinvertierenden Eingang + des Meßgerätes V. Diese Spannung UX ist beispielsweise in F i g. 3 dargestellt.The temperature of the double cone DK ascertained by the temperature sensor H 1 reaches the voltage store 55, the differentiating element D and the non-inverting input + of the measuring device V as an electrical voltage. This voltage UX is shown, for example, in FIG. 3 shown.
Zum invertierenden Eingang — des Meßgerätes V gelangt eine Spannung t/2. wie in Fig. 4 gezeigt. Da'. Differenzierglied D gibt an den Eingang t des Meßgerätes V zu den Zeitpunkten ti und t5 Triggerimpulse t/3 gemäß F i g. 5 ab. Außerdem steuert es den Spannungsspeicher SS mit einem Potential t/4 gemäß Fig. 6.A voltage t / 2 is applied to the inverting input - of the measuring device V. as shown in FIG. There'. Differentiator D sends trigger pulses t / 3 according to FIG. 3 to the input t of the measuring device V at times ti and t5. 5 from. It also controls the voltage store SS with a potential t / 4 according to FIG. 6.
Die Spannung t/l liegt dauernd, wie schon beschrieben, am Differenzierglied D. am Spannungsspeicher 55 und am Meßgerät V an. Zu Beginn der Messung nimmt das Differenzierglied D. dessen Aufgabe es ist, Spannungsänderungen der Spannung i'J festzustellen, die Steuerspannung t/4 vom Spannungsspeicher 55 über den Eingang s weg (F i g. 6). Da zu diesem Zeitpunkt der Doppelkonus DK die Temperatur seiner Umgebung hat, hat die vom Spannungsspeichcr SS einzuspeichernde Temperatur den Ausgangswert O. wie in F ι g. 4 gezeigt ist. Weil der Temperaturwert elektrisch im Kondensator C im Spannungsspeicher 55 gespeichert wird, wird ihm folglich auch'keine Ladiing'/dgeftihrt.As already described, the voltage t / l is continuously applied to the differentiating element D. to the voltage memory 55 and to the measuring device V. At the beginning of the measurement, the differentiating element D., whose task it is to determine voltage changes in the voltage i'J, removes the control voltage t / 4 from the voltage store 55 via the input s (FIG. 6). Since at this point in time the double cone DK has the temperature of its surroundings, the temperature to be stored by the voltage storage device SS has the initial value O. as in FIG. 4 is shown. Because the temperature value is stored electrically in the capacitor C in the voltage memory 55, it is consequently also not charged.
Nach Einspeicherung dieser Ausgangstemperatur wird das Cierät /, eingeschaltet. Der La«erstrahl trifft im Meßsvstem M auf den Doppelkonus DK und wird dort absorbieruDieütrahlenenergieerhöhidie Doppelkonus temperatur und damit auch die Ausgängsspannung UU Während des Temperaturanstiegs hält der Spannungsspeicher 55 den Anfangswert Ui fest. Sobald das Temperaturmaximum erreicht ist, stellt das Differen-After this initial temperature has been saved, the Cierät / is switched on. The La "erstrahl meets in Meßsvstem M to the double cone DK and absorbieruDieütrahlenenergieerhöhidie there double cone is temperature and thus the Ausgängsspannung UU During the temperature rise maintains the voltage memory 55 the initial value Ui firmly. As soon as the temperature maximum is reached, the difference
2020th
2525th
3030th
3535
4040
4545
5050
6060
65 zierglied D die Richtung der Temperauiriinderung fest und gibt zum Zeitpunkt ti einen Triggerimpuls Vl (Fig. 5) an das Meßgerät V weiter. Dieses Meßgerät halt daraufhin die energieproportionale Differenz zwischen Anfangs t/2)- und Maximumwert (i'l) fest und zeigt sie in Energie-Einheiten an. 65 decorative element D determines the direction of the temperature reduction and transmits a trigger pulse Vl (FIG. 5) to the measuring device V at time ti . This measuring device then records the energy-proportional difference between the initial t / 2) and maximum value (i'l) and displays it in energy units.
Nachdem dieses Meßergebnis festliegt, legt this Differenzierglied D zum Zeitpunkt 13 verzögert nach dem Triggerimpuls zum Zeitpunkt f2 die Steuerspannung t/4 (Fig. 6) wieder an den Spannungsspeicher 55 an. In diesem Augenblick kann die vom Meßfühler H 1 festgestellte Maximaltemperatur als Spannung an den Kondensator C im Spannungsspeicher SS gelegt werden. Da der Zugang zum Spannungsspeicher SS jetzt geöffnet ist, macht sich die folgende Abkühlung des Doppelkonus DK an beiden Eingnngsspannungen des Voltmeters K(Kurven Ul und U2) bemerkbar.After this measurement result is fixed, this differentiator D sets the time 1 3 delay after the trigger pulse at the time the control voltage f2 t / 4 (Fig. 6) back to the voltage memory 55 at. At this moment, the maximum temperature determined by the sensor H 1 can be applied as a voltage to the capacitor C in the voltage store SS . Since the access to the voltage store SS is now open, the subsequent cooling of the double cone DK is noticeable at both input voltages of the voltmeter K (curves Ul and U 2).
Zu Beginn der neuen Messung, die stattfindet, bevor sich der Doppelkonus DK auf die Umgebungstemperatur abgekühlt hat, wird zum Zeitpunkt i4 der Spannungsspeicher 55 erneut gesperrt. Die Spannung t/2 beträgt diesmal nicht 0, wie τ Beginn der ersten Messung, sondeni sie hat einen bc-sJirTiten Wert der sich in einer entsprechenden Ladung des Kondensa'ors Causdrückt. Da sich der Doppelkonus DK während der erneuten Aufheizung durch den Laserstrahl auch abkür'i, wird in einer Nachbildung dieses Abkühlvor ganges, die aus dem Viderstand Wund dem Heißleiter H 2 besteht, der Kondensator C proportional /um Abkühlvorgang entladen. Die F.ntladegeschwindigkeit wird durch die vom Heißleiter H 2 bemessenen Umgebungstemperatur bestimmt; dadurch verkleinert die elektrische Abkwhlnachbildung um einen bestimm ten Betrag den gespeicherten Anfangswert, so daß die Anzeige von der Märkeren Kühlung des Doppclkonus DK unbeeinflußt bleibt.At the beginning of the new measurement, which takes place before the double cone DK has cooled down to the ambient temperature, the voltage store 55 is blocked again at time i4. The voltage t / 2 is not 0 this time, like τ at the beginning of the first measurement, but it has a bc-sJirTite value which is expressed in a corresponding charge of the capacitor C. Since the double cone DK also abkür'i during the renewed heating by the laser beam, the capacitor C is discharged proportionally to the cooling process in a replica of this cooling process, which consists of the resistance wound to the thermistor H 2. The discharge speed is determined by the ambient temperature measured by the thermistor H 2; as a result, the electrical Abkwhlnachbildung reduced the stored initial value by a certain amount, so that the display remains unaffected by the Märkeren cooling of the double cone DK.
Die Zeit für eine Messung wird also bestimmt durch die Zeit, in der sich die Wärmemenge im Kupfcrkorper des Doppelkonus DK und im Heißleiter verleih In solchen /.eitabständen ist eine Messung r. u-h der anderen möglich, solange die durch Nichtlineant.il de ι Temperaturmeßschaltung bestimmte Gren/temperatm ni..ht überschritten wird. Zu ihrer Überwachung dient eine hier nicht gezeigte Signallampe, die. vom Meßfühler H 1 gesteuert, anspricht, wenn die hochstzulässige Temperatur erreicht ist.The time for a measurement is therefore determined by the time in which the amount of heat in the copper body of the double cone DK and in the thermistor lending. A measurement is r. The others are possible as long as the limit / temperatm determined by the non-linear temperature measurement circuit is not exceeded. A signal lamp, not shown here, serves to monitor it. controlled by the sensor H 1, responds when the highest permissible temperature is reached.
Zur schnellen und unkomplizierten Funktions und Eichkontrolle dient eine mit dem MeUsystcm \/ thermisch enggekoppelte Hei/wendel HH' Si bald die Eichtaste CTgedruckt wird, lcgi der Eichgenei ,itor Id. wie schon ausgeführt, einen Heizimpuls ,in die Heizwendel //VK mit dem dem Doppelkonus DK ein defin crter elektrischer Energiestoß zugeführt wird.One with the MeUsystcm \ / thermally tightly coupled Hei / spiral HH 'Si will soon CTgedruckt the calibration button lcgi the Eichgenei, itor Id used for quick and easy function and calibration control. As already stated, a heat pulse to the heating coil // VK with the the double cone DK is supplied with a definite surge of electrical energy.
Wie vorhin beschrieben, dient ein Doppelkonus OK zur Aufnahme der Laserenergie. Es ist deshalh ein so gestalteter Empfänger gewählt worden, weil auf ihn der Laserstrahl nicht punktförmig auftrifft, was m Beschädigungen führe'n koVinte. Atif diese Weis'e wird du- Enei'gft gleichmäßiger auf eine größere Fläche verteilt Fs könnte also auch eine schräggestellte Flache oder e,n einfacher Konus verwendet werden; ein Doppelkonus hat jeducn noch den Vorteil, daß die Bauweise flacher ausgeführt werden kann und das Meßsysief/i folglich ohne zusätzlichen Umbau des SchWeiliätitomateh aiii richtigen Ort befestigt werden kann.As described above, a double cone OK is used to absorb the laser energy. It has been deshalh chosen so designed receiver, because the laser beam does not strike spotted on him what damage m führe'n koVinte. In this way, you will eventually be more evenly distributed over a larger area. Thus, an inclined surface or a simple cone could also be used; a double cone, however, still has the advantage that the construction can be made flatter and the measuring system can consequently be attached to the correct location without additional modification of the welding machine.
Hierzu 2 Blatt ZeichntiögenFor this purpose 2 sheets of drawing sheets
Claims (1)
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DE19772713874 DE2713874C2 (en) | 1977-03-29 | 1977-03-29 | Calorimeter for quickly measuring the welding energy of a laser beam |
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DE19772713874 DE2713874C2 (en) | 1977-03-29 | 1977-03-29 | Calorimeter for quickly measuring the welding energy of a laser beam |
Publications (2)
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DE2713874C2 true DE2713874C2 (en) | 1982-09-09 |
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ID=6005011
Family Applications (1)
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DE19772713874 Expired DE2713874C2 (en) | 1977-03-29 | 1977-03-29 | Calorimeter for quickly measuring the welding energy of a laser beam |
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-
1977
- 1977-03-29 DE DE19772713874 patent/DE2713874C2/en not_active Expired
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