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Verfahren und Anordnung zur Überwachung von Positionier-
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sensoren Anwendungegebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zur Oberwachung von Positioniersensoren beim Schweißen, welches eine Kontrolle
ihrer Funktion und Betriebssicherheit erlaubt sowie eine Anordnung zur Ausübung
des Verfahrens.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Es ist bekannt,
in der Schweißtechnik zur automatischen Nahtführung Positioniersensoren einzusetzen.
Diese Sensoren sind mechanisch am Schweißbrenner bzw. in seiner Nähe befestigt und
damit der Gefährdung durch den Schweißprozeß ausgesetzt. über relativ lange Meßkabel
und eine Anzahl notwendiger Steckverbinder werden die Meßsignale der Sensoren den
peripheren Steuerungen zugeführt. Eine über einen langen Zeitraum zuverlässige Signalübertragung
ist damit nicht gesichert, Das Entfernen der Sensoren vom Arbeitsort bzw. aus der
gefährdeten Zone ist zum Beispiel durch den Einsatz der Videotechnik möglich, die
mit entsprechenden Objektiven die notwendigen Größen aufnimmt. Der Umfang der dazu
notwendigen steuerungstechnischen Anlagen ist enorm, an die Aufnahmetechnik und
Auswerteelektronik werden große Anforderungen gestellt.
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Eine weitere M*glichkeit zur sicheren übertragung von Maßsignalen
besteht darin, diese zu digitalisieren. Der gerätetechnische Aufwand ist in diesem
Fall ebenfalls sehr groß.
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Eine Oberwachung der Funktion des Sensors ist gegenwärtig nicht bekannt.
Defekte am Sensor und damit eine nicht programmgercchte Arbeitsweise der Gesamtanlage
können zu umfangreichen Störungen an der Gerätetechnik führen. Um das zu verhindern,
ist der zusätzliche Einsatz elektrischer und mechanischer Elemente, z. B. in Form
von Kollisionsschutzeinrichtungen, erforderlich, die einen erheblichen Mehraufwand
sowohl material- als auch kostenmäßig bedeuten und die Anlage weiter komplizieren.
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Es ist lediglich das automatische Abrufen von Sensoren in der Schweißtechnik
bekannt, wenn diese Signale aus dem Lichtbogen auswerten.
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Ziel der Erfindung Es ist Ziel der Erfindung, das überwachen der Funktionsweise
beliebiger Positioniersensoren während des Schweißprozesses mit einfachen-technischen
Mitteln zu ermöglichen, um bei an ihnen, am Prozeß und am Obertragungsteil auftretenden
Defekten Störungen an der eingesetzten Gerätetechnik zu vermeiden.
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Das Wesen der Erfindung Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren
und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anordnung zu entwickeln, um die
Funktion der eingesetzten Positioniersensoren während des Schweißens zu kontrollieren,
Fehlinformationen zu vermeiden und das Auftreten von Störungen zu signalisieren,
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem die Stromaufnahme des Positioniersensore
über 3 geeignete Schwellwertschalter und die logische Auswertung der binären Signale
durch eine serielle Verknüpfung derart erfolgt, daß über die Größe des gewonnenen
Signale die Arbeitsweise des Positioniersensors kontrolliert wird, wobei zur Erfassung
unterschiedlicher Betriebszustände der Gesamtbereich in vier Unterbereiche unterteilt
ist.
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Der Bereich I ist Bekennzeichnet durch eine zu kleine Stromaufnahme
des Sensorkopfes. die bei elektrischen Störungen, insbesondere Kabelbrüchen und
Kontaktproblemen, auftreten.
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Bereich II beschreibt einen intakten Sensorkopf, dessen technologische
Einsatzbedipgungen, z. B. Brennen des Lichtbogens oder Vorhandensein der Zusatzenergia,
nicht oder nur unvollständig erfüllt sind. Im Bereich III arbeitet der Sensor. Bereich
IV gibt einen elektrischen Störungsfall,
z, B, Kurzschluß in der
Kabelzuführung an.
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Zur Ausübung des Verfahrens wird erfindungsgemäß eine Anordnung vorgeschlagen,
die durch folgende technische Mittel gekennzeichnet ist: In der Signalverarbeitungseinheit
des Posttioniersensors sind sowohl im positiven als auch im negativen Strompfad
Optokoppler angeordnet. Sie sind sekundärseitig zusammen mit dem Ausgang eines einstellbaren
Schwellwertschalters, der den Spannungsabfall in der Leuchtdiode des Optokopplers
überwacht, in Reihe geschaltet und bei entsprechender Signalgabe des Relais mit
dem positiven Potential + UÓ verbunden, Im Sensorkopf des Positioniersensore befindet
sich ein weiterer einstellbarer Schwellwertschalter, welcher eingangsseitig mit
einem Meßwiderstand in Verbindung steht, und dessen Ausgang über eine separate Stromleitung
auf den zweiten Relaisanschluß geführt ist.
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Mit dieser Anordnung wird folgende Arbeitsweise des Positioniersensore
erreicht: Bereich I: Treten z, B. in der Steuerleitung zwischen dem Sensorkopf und
der Signalverarbeitungseinheit des Positioniersensors Kabelbrüche oder Fehler an
den Steckkontakten auf. wird der zum Betreiben der Optokoppler, die sich im positiven
und negativen Strompfad befinden, benötigte Mindeststrom unterschritten, und sie
arbeiten dann als festeingestellte Schwellwertschalter, Es wird kein für periphere
Einrichtungen geeignetes Signal erzeugt und der Positioniersensor arbeitet nicht,
Bereich II: Sind die technologischen Betriebsbedingungen des Positioniersensors
nicht erfüllt, wird über den Meßwertempfänger des Sensorkopfes in Zusammenwirkung
mit einem Meßwiderstand ein zu kleiner Strom aufgenommen, d, h, der Mindeststrom
zum Betreiben der Optokoppler wird unterschritten und der. Positioniersensor arbeitet
nicht, Bereich III: Bei Brennen des Lichtbogens oder bei Vorhandensein
eines
Wärmefeldes wird über einen Meßwert empfänger ein genügend großer Strom aufgenommen.
Das Signal wird auf einen Schweliwertschalter gegeben, der zusammen mit einem zweiten
Schwellwertschalter das Arbeiten des Positioniersensore ermöglicht.
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Das Schalten des Ausgangesignales erfolgt über ein Relais, das mit
den Ausgängen der Schweliwertschalter und Optokoppler in Reihe geschaltet ist, Bereich
IV: Entsteht im Sensorkopf ein Kurzschluß, erhöht sich der durch die Leuchtdiode
des Optokopplers fließende Strom. Daraus resultiert ein erhöhter Spannungsabfall
über die Leuchtdiode, wodurch ein Schwellwertschalter betätigt wird. Dadurch wird
über ein Relais das Sensorausgangssignal abgeschaltet und der Positioniersensor
arbeitet nicht.
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Ausführungebeispiel Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild der
Anordnung zur Ausübung des Verfahrens zum überwachen von Positioniersensoren beim
Schweißen.
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Der Positioniersensor besteht aus den Baugruppen Sensorkopf 14, der
sich in der Regel am Schweißkopf befindet und der Signalverarbeitungseinheit 15,
die vorzugsweise im Steuerschrank angeordnet ist, Beide Baugruppen sind durch eine
vieradrige Steuerleitung miteinander verbunden.
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Die Stromversorgung des Sensorkopfes 14 erfolgt von der Signalverarbeitungseinheit
15 über die im positiven und negativen Strompfad angeordneten Optokoppler 6,7. Bei
Unterschreiten eines zum Betreiben der Optokoppler 6,7 motwendigen Mindestetromes
von ca. 5 mA, z. B. bei Kabelbrüchen zwischen Sensorkopf 14 und Signalverarbeitungseinheit
15,
bei fehlerhaften Steckkontakten u, ä., sperrt der Fototransistor
des Optokopplers 7 den sekundärseitigen Stromfluß, die Optokoppler 6,7 arbeiten
als festeingestellte Schwellwertschalter (Bereich I), Fließt dagegen ein Mindeststrom
( - 5 mA) durch den Sensorkopf 14, wird über den im positiven Strompfad angeordneten
Optokoppler 7 ein Schwellwertschalter 8 aktiviert, der den Spannungsabfall über
der Diode des Optokopplers 6 überwacht.
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Sofern dieser kleiner ist als eine einstellbare Größe, die entsprechend
der Diodenkennlinie mit der Stromaufnahme des Sensorkopfes 14 äquivalent ist, liegt
der Ausgang Q des Schwellwertschalters 8 auf positivem Versorgungsspannungspotential,
ansonsten auf negativem. Dieses Meßsystem dient der Erfassung eines st6eungsbedingten
zu großen Auf nehmestromes, z. B. bei Kurzschluß am Sensorkopf 14 (Bereich IV).
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Zur Vermeidung eines möglichen Schwingverhaltens des Schwellwertschaltere
8 wird eine definierte Schalthysterese eingestellt.
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Die Unterscheidung zwischen den Bereichen II und III wird vom Schwellwertschalter
4 des Sensorkopfes 14 vorgenommen. Zusammen mit dem Meßwiderstand 2 wird die Stromaufnahme
des Meßwert empfängers 1, der z. B. als Gleichstrombrücke ausgeführt ist, überwacht.
Wenn die Betriebsbedingungen des Positioniersensors erfüllt sind (gezundeter Lichtbogen
oder vorhandenes Licht- bzw. Wärmefeld), nimmt die Stromaufnahme des Sensorkopfes
14 einen solchen Wert an, diß der Schwellwertschalter 4 den Ausgang Q auf Masse
schaltet. Zur Auswertung kleiner Stromstärkeänderungen besitzt der Schwellwertschalter
4 eine kleine Schalthysterese. Die Ausgänge der eingesetzten Schwellwertschalter
4,8 und der Optokoppler 6,7 sind mit einem Relais 5 in Reihe geschalten, wodurch
dieses nur anzieht, wenn der Sensorkopf 14 volle Funktion besitzt (Bereich III).
Dieses Relais 5 schaltet zum einen über einen Offnerkontakt 12 das vom Differenzverstärker
10 gebildete Differenzsignal, das durch Vergleich des ananogen Ausgangssignals des
Vorverstärkere 3 im Sensorkopf 14 mit dem
mittels Sollwertportentiometer
9 erzeugten Spannungswert entsteht, über einen Schutzwiderstand 11 bei Fehlen der
vollständigen Sensorfunktion gegen Masse und zum anderen über einen potentialfreien
Schließkontekt 13 periphere Ablaufsteuerungen oder Oberwachunge- und Signalisserungseinrichtungen.
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Verzeichnis der verwendeten Bezugezeichen 1 I Meßwert empfänger 2
- Meßwiderstand 3 X Vorverstärker 4,8 = Schwellwertschalter 5 = Relais 67, - Optokoppler
9 = Sollwertpotentiometer 10 = Differenzverstärker 11 r Schutzwiderstand 12 w Öffnerkontakt
13 P Schließkontakt 14 æ Sensorkopf 15 = Signalverarbeitungseinheit E t Eingang
Q P Ausgang +Uo = positives Spannungepotential -Uo = negatives Spannungspotential
Ua = analoges Ausgangssignal Ü = Oberwachungssignal
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