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Verfahren und Anordnung zum automa-
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tischen Erkennen von Schweißnähten Die Erfindung betrifft ein Verfahren
gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie Änordnungen zur Durchführung dieses
Verfahrens.
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Der bevorzugte Anwendungsfall der Erfindung liegt im Erkennen von
Schweißnähten in Blechen, die zu Coils aufgerollt angeliefert und vor ihrer Verarbeitung
abgewickelt werden. Der Bereich der Schweißnähte muß dann vor der Verarbeitung,
beispielsweise vor dem Tiefziehen, der Bleche ausgeschnitten werden. Das ist jedoch
auch bei anderen Naterialien erforderlich, die Schweißnähte aufweisen, also beispielsweise
auch bei Kunststoffen.
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Es ist bekannt, Schweißstellen in Blechen optoelektronisch dadurch
zu erfassen, daß die am Rand in Höhe der Schweißnähte mit Löchern versehenen Bleche
durch den Strahlengang zwischen einem Strahlungserzenger und einem Strahlungsempfänger,
die auf gegenüberliegenden Seiten des Blechs angeordnet sind, hindurchbewegt wird.
Die Strahlung durchsetzt dann also das in einem zusätzlichen Arbeitsgang hergestellte
Loch, so daß jetzt Strahlung auf den Strahlungsempfänger fällt und dieser ein Signal
gibt. Abgesehen von dem zusätzlichen Aufwand für eine derartige Markierung des Orts
der Schweißnaht besteht bei diesem bekannten
Verfahren die Gefahr,
daß die Markierung versehentlich nicht vorgesehen oder bei automatischer Anbringung
an einer vom Ort der Schweißnaht abweichenden Stelle angebracht wird. Die Folge
sind schwerwiegende Besohädigungen der nachfolgenden Bearbeitungsmaschine für das
Blech, die festigkeitsmäßig nicht im Hinblick auf die Verformung einer Schweißnaht
ausgelegt ist.
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Im Prinzip ist es verständlicherweise auch möglich, von Hand beispielsweise
durch Beschriften im Randbereich des Naterials den Ort der Schweißnähte zu markieren,
jedoch ist dieses Verfahren für eine moderne Produktion indiskutabel.
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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
- und eine zu seiner Durchführung geeignete Anordnung - gemäß dem Oberbegriff des
Hauptanspruchs zu schaffen, das bei minimalem Aufwand, insbesondere bei Verzicht
auf eine besondere Markierung der Orte der Schweißnähte auf dem Material, ein zuverlässiges
Erkennen der Schweißnähte gewährleistet. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe
ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Hauptanspruchs; vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Infolge der Ausnutzung einer automatisch beim Herstellen der Schweißnaht
gewonnenen "Markierun«" in Gestalt einer Änderung des Reflexionsgrads am Ort der
Schweißnähte etibrigt sich bei der Erfindung also nicht nur die Anbringung einer
zusätzlichen Markierung, sondern ist auch die Gewähr dafür gegeben, daß die Markierung
stets und am richtigen Ort vorhanden ist. Eine Beeinträchtigung der Eigenschaften
des Materials durch Löcher oder dergleichen ist ausgeschlossen. Die Sensoranordnung
bzw. die Sensoranordnungen sind auf derselben Seite des Material angeordnet, so
daß sich die bei dem beschriebenen bekannteu Verfahren erforderliche Anordnung des
Strahlungserzeugers auf einer Seite und des StrahlungsempfSngers auf der anderen
Seite des Materials ertibrigt.
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Trotz Verzichts auf die Herstellung einer zusätzlichen Markierung
kann das erfindungsgemäße Verfahren bzw. eine zu seiner Durchfuhrung geeignete Anordnung
leicht so ausgebildet werden, daß sich eine hohe Sicherheit gegen die irrtümliche
Erzeiigung eines das Vorliegen einer Schweißnaht andeutenden Signals ergibt. So
muß insbesondere dann, wenn es sich bei dem Material um ein Blech handelt, damit
gerechnet werden, daß beispielsweise durch örtliche Ölflecke auf dem Material eine
Beeinträchtigung des Reflexionsgrads desselben hervorgerufen wird. Derartige Flecke
dürfen verständlicherweise nicht als Schweißnähte mißdeutet werden, da sonst die
nachgeschaltete Bearbeitungsmaschine für das Material den den Ölfleck aufweisenden
Materialbereich abweist, d.h. in der Regel ausschneidet. Daher empfiehlt sich in
allen derartigen Fällen die Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch
2 oder 3, da es unwahrscheinlich ist, daß sich ein Ölfleck über eine relativ große
Fläche bzw. über einen relativ großen Abstand quer zur Bewegungsrichtung des Materials
erstreckt. Eine derartige Erstreckung ist vielmehr in der Regel eine besondere Eigenheit
der Schweißnähte.
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Ein anderer störender Einfluß kann von Fremdlichtquellen herrühren,
die einen bestimmten Reflexionsgrad des Materials vortäuschen können. Ein Fremdlichteinfluß
läßt sich in einfacher Weise durch Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß
Anspruch 5, also durch Erzeugung getakteter Strahlung, und entsprechende Frequenzselektivität
des Empfängers ausschalten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der
Figuren erläutert, von denen Figur 1 den prinzipiellen Aufbau einer Anordnung zur
Durchfuhrung des erfindungsgemäßen Verfahrens und die Figuren 2, 3 und 4 Impulsdiagramme
bei verschiedenen Zuständen der Naterialoberfläche zeigen.
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Betrachtet man zunächst Figur 1, so wird das Material, hier ein Blech
1, mit der Schweißnaht 2 in Richtung des Pfeils 3 relativ zu den beiden Sensoranordnungen
4 und 5 bewegt. Jede Sensoranordnung enthält einen
Strahlerzeuger,
im wesentlichen bestehend aus einer Leuchtdiode 6 bzw.
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7, und einen Strahlungsempfänger, im wesentlichen bestehend aus einem
Fototransistor 8 bzw. 9. Wie nur für die Sensoranordnung 4 dargestellt, liegt der
Fototransistor in Reihe mit einem Widerstand an Spannung und gibt an die jeweilige
Ausgangsleitung 10 bzw. 11 je nachdem, ob er eine starke oder schwache reflektierte
Strahlung 13 bzw. 14 von dem ihm zugeordneten Strahlungserzeuger 6 bzw. 7 erhält,
ein Low-bzw. High-Signal ab. Eine derartige Wahl der Signale bietet den Vorteil,
daß bei einem Ausfall einer Sensoranordnung über die zugehörige Ausgangsleitung
10 bzw. 11 ein Sensorsignal abgegeben wird, das dem Vorliegen einer schwachen reflektierten
Strahlung und damit dem Vorliegen einer Schweißnaht entspricht, so daß eine Schweißnaht
vorgetäuscht, nicht aber eine tatsächlich vorhandene Schweißnaht l'übersehen" wird.
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Die Ausgänge der beiden Sensoranordnungen 4 und 5 stehen über die
erwähnten Leitungen 10 und 11 sowie über Auswerteeinheiten 15 und 16 mit den Speichereingängen
17 und 18 des Speichers 19 in Verbindung, der ferner Fücksetzeingänge 20 und 21
sowie den Ausgang 22 besitzt.
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Wie im linken Teil der Figur 1 angedeutet, sind die beiden Sensoranordnungen
4 und 5 sowohl in Bewegungsrichtung 3 als auch quer zu dieser Richtung gegeneinander
versetzt angeordnet. Der Speicher 19 ist gleichsam wie ein UND-Gatter so ausgelegt,
daß an seinem Ausgang 22 ein das Vorliegen einer Schweißnaht meldendes Signal, das
beispiels weise einer nachgeordneten Bearbeitungsmaschine zugeführt wird, nur dann
erscheint, wenn beide Sensoranordnungen 4 und 5 eine entsprechende Verringerung
des Reflexionsgrads der ihnen zugekehrten Oberfläche des Materials 1 melden. Damit
erfolgt also die Aussendung eines derartigen Signals nur dann wenn diese Verringerung
des Reflexionsgrads eine Mindesterstreckung quer zur Richtung des Pfeils 3 aufweist.
Eine weitere Bedingung für die Erzeugung eines das Vorliegen einer Schweißnaht meldenden
Signals am Ausgang 22 ist das Auftreten dieser beiden Sensorsignale innerhalb einer
vorgegebenen Zeitspanne. Diese Bedingung trägt dem Versatz der beiden Sensoranordnungen
4 und 5 in Bewegungsrichtung
3 Rechnung.
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Zur Realisierung dieser Zeitbedingung dient in dem figürlich dargestellten
ausführungsbeispiel eine bestimmte zeitliche Aufeinanderfolge von Rucksetzimpulsen,
die in diesem Ausführungsbeispiel automatisch, nämlich durch Erzeugen der Rücksetzimpulse
in der nachgeschalteten Bearbeitungsmasakine, dem Rücksetzeingang 20 zugeführt werden.
lem anderen Rücksetzeingang 21 werden dagegen von Hand Impulse zugefhhrt, falls
nach der Schweißnahterkennung von Hand ein Eingriff vorgenommen worden ist.
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Die Reaktion der beschriebenen Anordnung bei verschiedenen 3eeinfliissungen
des Reflexionsgrads der Oberfläche des Materials 1 erläutern die Figuren 2, 3 und
4. In allen Figuren ist auf der Abszisse die Zeit aufgetragen; in den verschiedenen
Zeilen sind die Potentiale an den mit den gleichen Ziffern bezeichneten Punkten
der Schaltung angegeben. So zeigt jeweils die oberste Zeile den Potentialverlauf
und damit das lmpulsdiagramm am Eingang 17 des Speichers 19, während in der letzten
Zeile jeweils das Ausgangs signal des-- Speichers auf dessen-Ausgangsleitung 22
angegeben ist. Die mit 19 bezeichnete Zeile deutet die Speicherung des von der Sensoranordnung
4 gegebenenfalls gerieferten Sensorsignals innerhalb des Speichers 19 an.
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Betrachtet man nun zunächst Figur 2, so ist dort angenommen, daß nnr
die Sensoranordnung 4, also diejenige Sensoranordnung, die bezugch der Transportrichtung
3 die erste ist, einen Ölfleck, d.h. eine sur örtliche Beeinträchtigung des Reflesionsgrads
des Materials 1 meldet.
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Das demgemäß am Eingang 17 des Speichers erzeugte Sensorsignal wird
für die vorgegebene Zeitspanne im Speicher 19 gespeichert. Da aber annerhalb dieser
Zeitspanne kein entsprechendes Sensorsignal von der weiteren Sensoranordnung 5 an
dem anderen Speichereingang 18 eintrifft, wird am Ausgang 22 kein das Vorliegen
einer Schweißnaht angebendes Signal erzeugt.
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das Ende der Zeit, für die das Sensorsignal am Eingang 17 in dem Speicher
gespeichert ist, wird gegeben durch das Eintreffen des in der Darstellung der Figur
2 zweiten Rücksetzsignals am REckset2eingang 20.
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Figur 3 zeigt wiederum den Fall des Auftretens eines ÖIflecks oder
einer anderen, örtlich begrenzten BeeInträchtigung des Reflexionsvermögens. Hier
erfaßt die Sensoranordnung 5 diese Beeinträchtigung des Reflexionsgrads, und es
spielt sich praktisch derselbe Vorgang ab wie in Figur 2, nur mit dem Unterschied,
daß in dem Speicher 19 keine Speicherung eines Sensorsignals erfolgt.. Im Hinblick
auf den Versatz der beiden Sensoranordnungen 4 und 5 in Bewegungsrichtung 3 braucht
nur das jeweils von der ersten Sensoranordnung 4 kommende Sensorsignal gespeichert
zu werden.
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In Figur 4 ist nun der Fall des Vorliegens einer-SchweiSnaht angenommen.
Man erkennt, daß innerhalb der Speicherzeit des Speichers 19, die gegeben ist durch
den zeitlichen Abstand zwischen dem Eintreffen des Sensorsignals am Eingang 17 und
des zweiten Rucksetzimpulses am Rücksetzeingang 20, auch am Speichereingang 18 ein
Signal auftritt. In diesem Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß nach Erkennen
des Vorliegens einer Schweißnaht infolge Auftretens eines Ausgangssignals am Speicherausgang
22 von Hand ein Rücksetzimpuls auf den Rücksetseingang 21 des Speichers gegeben
wird, so daß bereits hierdurch die Speicherung im Speicher 19 beendet wird.
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Wie aus dieser Beschreibung unmittelbar ersichtlich, ist das erfindungsgemäße
Verfahren bzw. eine zur I?chführung dieses Verfahrens geeignete Anordnung in hohem
Maße störungssicher. Ein weiterer'Vorteil.
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der Erfindung ist darin zu sehen, daß sie mit handelsüblichen, preiswerten
Bauteilen realisiert werden kann.