DE3403253A1

DE3403253A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern von schweissvorgaengen

Info

Publication number: DE3403253A1
Application number: DE19843403253
Authority: DE
Inventors: N. St. Bruno Quebec Alexandrov; Jean-Paul Beloeil Quebec Boillot; Ghislain Montreal Quebec Bégin; Jean-Luc Ste. Julie Quebec Fihey; Denis St. Bruno Quebec Villemure; A. di Anjou Quebec Vincenzo
Original assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Current assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Priority date: 1983-02-01
Filing date: 1984-01-31
Publication date: 1984-08-23
Also published as: CA1205872A; GB2134670B; GB2134670A; FR2540019A1; JPS59144579A; GB8402380D0; US4532404A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern von Schweißvorgängen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Steuern von Schweißvorgängen, insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit denen die Qualität einer Schweißstelle in bezug auf die tatsächliche Form einer Schweißfuge, die zwischen zwei Metallstücken eines zu verschweißenden Werkstücks ausgebildet wird, durch Erfassen der Wärmestrahlungsenergie, die aus der Schweißfuge in unmittelbarer Nähe einer Schweißvorrichtung ausstrahlt, gesteuert werden kann.

Ganz allgemein sieht die Erfindung eine exakte Steuerung einiger Betriebsdaten einer Elektrode einer Lichtbogenschweißmaschine vor, wie z.B. die E lektroden lage, den Strom oder die Fahrgeschwindigkeit der Elektrode, indem man diese Betriebsdaten an die spezielle Gestalt oder Geometrie der zu verschweißenden Werkstückfuge anpaßt, um darüber eine homogene und regelmäßige Schweißnaht von gewünschter Qualität auszubilden. Hno derartige angemessene Qualitätsschweißnaht erhält man natürlich immer dann, wenn der Fuge mittels der Lichtbogenelektrode richtig gefolgt und diese während des Schweißvorgangs mit dem Schweißmaterial richtig aufgefüllt wird, was mehr als lediglich eine Verfolgung der Mittellinie der Werkstückfuge einschließt. Früher wurden verschiedene mechanische Vorrichtungen am Elektrodenhalter befestigt, um die Elektrode entlang einer Schweißfuge zu führen und auszurichten. Diese Arten von Vorrichtungen sind - obwohl sie dort, wo die Schweißfuge eine sich linear erstreckende, konstante Breite aufweist, zuverlässig arbeiten - dann völlig unwirksam, falls die Werkstückfuge eine unregelmäßige Breite aufweist oder einer ziemlich schwierigen Bahn folgt, wodurch eine Schweißnaht von schlechter oder unannehmbarer Qualität erzeugt wird.

Mit dem Fortschritt der Technologie wurden zur Qualitätssteuerung von Schweißnähten anspruchsvollere Vorrichtungen vorgeschlagen, wobei die meisten dieser Vorrichtungen die Verwendung von auf Infrarotstrahlung ansprechenden Einrichtungen befürworten. Diese Einrichtungen sammeln die Infrarotstrahlen, die von einem Werkstück emittiert werden, das mit Hilfe einer Flamme oder eines elektrischen Lichtbogens auf eine hohe Temperatur erhitzt wurde, und zwar in der Nähe der Schweißzone. So ist beispielsweise aus der US-PS 2 089 eine Vorrichtung bekannt, bei der eine Fotozelle auf das in der Nähe oder am Schmelzpunkt befindliche, hocherhitzte oder geschmolzene Metall fokussiert wird, um sofort Änderungen in der Schweißzone feststellen zu können, die über oder unter einem vorbestimmten Normalzustand liegen, und um s ο mit den Betrieb der Schweißmaschine derart zu steuern, daß das Verschweißen der zwischen den Plattenkanten ausgebildeten Schweißfuge mit dem Schweißmaterial sichergestellt werden kann. Jedoch wird bei der vorstehenden Vorrichtung keine Qualitätssicherung im Hinblick auf die Genauigkeit und Präzision der sich durch den Schweiß vorn, η ng er Hebenden Schweißnaht vorgesehen.

Ferner ist aus der US-PS 3 370 151 eine Vorrichtung bekannt, mit der die Genauigkeit und Gleichmäßigkeit der Schweißnahtbreite festgestellt werden kann. Hierzu werden durch querverlaufendes Abtasten der Schweißnaht mittels eines Fotozellenkopfs die an beiden Kanten der Schweißnaht auftretenden starken Temperaturänderungen erfaßt. Werden mit Hilfe dieser Vorrichtung Fehler festgestellt, so muß der Schweißvorgang in nachteiliger Weise kurz wiederholt werden. Beide oben genannten Vorrichtungen sind jedoch zum genauen Steuern der Schweißqualität mittels irgendeiner Einrichtung dann nicht in der Lage, falls erstens eine größere Unregelmäßigkeit entlang des Profils einer zu verschweißenden Werkstück-

fuge auftritt und zweitens die Temperatur bzw. Wärmeableitung in der Nähe der Schmelzzone sich ändert oder infolge der Gegenwart von Elementen, wie z.B. Wärmeabfuhrelementen, Nuten oder Bohrlöcher, beeinträchtigt wird, da diese beträchtlich auf die Ableitgeschwindigkeit der Wärme einwirken, die durch die LichtbogeneLektrode auf das Werkstück übertragen wird.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit denen die an einem ein unregelmäßiges Schweißfugenprofil aufweisenden Werkstück durchzuführendne Schweißvorgänge in Echtzeit wirkungsvoll gesteuert werden können, so daß die Schweißfuge in Übereinstimmung mit der tatsächlichen Fugenbreite geschweißt wird. Außerdem soll eine wirksame Steuerung der Schweißvorgänge und der Qualität der sich ergebenden Schweißnaht ohne Rücksich auf das Vorliegen von irgendwelchen Elementen oder Quellen, die auf den zu verschweißenden Platten vorhanden sind und die Wärmeableitungsgeschwindigkeit durch das erhitzte Werkstück beeinträchtigen, ermöglicht werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt verfahrensgemäß durch die im Patentanspruch 28 aufgeführten Maßnahmen und vorrichtungsgemäß durch die in den Patentansprüchen 1, 15 und 18 beschriebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen hiervon sind Gegenstand weiterer Ansprüche.

Bei der Erfindung handelt es sich somit um ein Verfahren und eine Vorrichtung, die in besonderer Weise zur Erfassung und Bestimmung der Menge an Infrarotstrahlen ausgelegt ist, die unmittelbar vor einem Schweißelement von den Kanten einer zu verschweißenden Werkstückfuge emittiert werden, indem man mit Hilfe einer auf Infrarotstrahlenenergie ansprechenden Einrichtung entlang einer quer zur längs verlaufenden Schweißfuge verlaufenden Linie eine Abtastung vor-

nimmt, um zur Steuerung der Betriebsdaten des Schweißelements der Schweißmaschine das vorliegende TemperaturprofiL entlang der querverIaufenden Linie in Echtzeit zu erfassen.

Aus einer breiten Perspektive gesehen,sieht die Erfindung eine Vorrichtung zum Steuern eines relativ zu einer Schweinfuge eines Werkstücks bewegbaren Schweißelements vor, wobei diese Vorrichtung folgende Bauteile aufweist: eine Warmestrahlungserfassungseinrichtung, die die von einer erhitzten Werkstückfuge emittierte Strahlung erfaßt und in Erwiderung dieser Strahlung elektrische Signale erzeugt, die für die erfaßte Strahlenmenge repräsentativ sind, wobei diese Wärmestrahlungserfassungseinrichtung in räumlicher Beziehung vor dem Schweißelement angeordnet ist; eine mit der Wärmestrahlungserfassungseinrichtung verbundene Einrichtung, mit deren Hilfe die Wärmestrah lungserfassungseinrichtung eine Abtastung entlang einer quer zum Fahrweg des Schweißelements verlaufenden Linie vornimmt, um längs der querverlaufenden Abtastlinie ein Wärmestrahlungsprofil zu erfassen und

einen Schaltkreis zur· Verarbeitung der Strahlungsenergiesignale in Ausgangsbefehlssignale, die zur Steuerung vorbestimmter Betriebsdaten des Schweißelements dienen.

Entsprechend einem anderen weitreichenden Aspekt sieht die Erfindung ein Verfahren zum Steuern des Verschweißens einer Fug eines Werkstücks vor, das relativ zu einem Schweißelement bewegbar ist. Dieses Verfahren weist folgende Schritte auf: Man ordnet eine Wärmestrahlungserfassungseinrichtung in räumlicher Beziehung zu einem Heizelement des Schweißelements an, und zwar über der Werkstückfuge und vor dem Heizelement, man tastet mit Hilfe der Wärmestrahlungserfassungseinrichtung eine quer zu den Schweißfugenkanten verlaufende Linie ab, um ein Strahlungsprofil entlang dieser querverlaufenden Ab-

-U-

tasttinie.sowie diesem entsprechende elektrische Signale zu erhalten und

man verarbeitet diese elektrischen Signale mit Hilfe eines Schaltkreises und erzeugt Befehlssignale zur Steuerung ν ο r bestimmter Betriebsdaten des Schweißelements.

Bei einem AusführungsbeispieL der Erfindung weist die Wärmestrahlung serfassu η gsein richtung ein Pyrometer auf, das auf Temperaturänderungen anspricht, die längs des Temperaturprofils der Abtastlinie definiert sind, wobei die erfaßten Signale zur Steuerung der Fahrgeschwindigkeit des Schweißelements oder des Werkstücks, der Vorschubgeschwindigkeit der Schweißelektrode bzw. des Schweißstabes oder der Schweißdrähte verwendet werden.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist ein Kollimator vorgesehen, der aus einem Bündel optischer Fasern (Lichtleitern) besteht, die ihrerseits wirksam mit Fotozellen in Verbindung stehen, um die Mengen an Wärmeenergie, die von dem erhitzten Werkstück emittiert werden, zu erfassen. Dieser Kollimator ist gegen Streustrahlung entsprechend abgeschirmt und wird hinreichend gekühlt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein unregelmäßiges Schweißfugenprofil in perspektivischer Ansicht, das man bei einem 5 Schweißvorgang antreffen kann;

Fig. 2 Wärmeenergieverteilungsquellen entlang einer Werkstückfuge in perspektivischer Ansicht, die auf die Ableitungsgeschwindigkeit der von einem SchweißeLement erzeugten Wärme einwirken;

Fig. 3 ein BLockschaLtbi ld eines Schaltkreises zum Erfassen und Verarbeiten von Signalen, die von einer Wärmestrahlungsenergieerfassungseinrichtung erfaßt werden und zum Steuern bestimmter Betriebsdaten eines Schweißelements

bzw. -mechanismus dienen;

Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Wärmestrahlungsenergieerfassungseinrichtung gemäß der Erf i ndung;

Fig. 5a ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Temperaturerfassungseinrichtung, dessen erfaßte Werte in Fig. 5b dargestellt sind;

Fig. 6 das Verfahren der Ausrichtung der Schweißelektrode in schematischer Darstellung unter Berücksichtigung der WärmeabIeitfaktoren eines

Werkstücks;

Fig. 7 ein Flußdiagramm, das die zu ergreifenden Korrekturmaßnahmen schematisch darstellt, mit denen den in Fig. 6 verdeutlichten verschiedenen Zuständen entgegengetreten werden kann;

Fig. 8a ein Verfahren zum Bestimmen der Abkühlgeschwindigkeit der Schweißnaht, wohingegen die Fig. 8b und 8c schematisch die Beziehung zwischen der Änderung der Abkühlgeschwindigkeit und der effektiven Fahrgeschwindigkeit verdeutlichen und

Fig. 9 ein zusätzliches Flußdiagramm, das zu dem in Fig. 7 dargestellten Flußdiagramm hinzugefügt werden kann, um die Abkühlgeschwindigkeit der Schweißnaht zu berücksichtigen.

Wie vorstehend erwähnt, besteht das Arbeitsprinzip, auf dem die Erfindung hauptsächlich beruht, in der Erfassung eines Temperaturprofils, das entlang einer Abtastlinie aufgenommen wird, die quer zur Längsachse des Stoßes oder der Fuge des aus zwei Metallstücken bestehenden Werkstücks verläuft. Diese Er fassung, wird dabei vor dem Schweißelement vorgenommen. Das Temperaturprofil wird mit Hilfe einer auf Infrarotstrahlenenergie ansprechenden Erfassungseinrichtung gemessen, die eine Abtastung längs der Querachse der Schweißfuge durchführt, um exakt die Breite der Werkstückfuge durch eine Lokalisierung der genauen Lage der beiden Kanten entlang dieser Abtast I i n.i en zu bestimmen. Das gegenwärtige Erfassung sv erfahren ist selbstverständlich auch bei einem Fall anwendbar, bei dem die zu verschweißende Fuge geradlinig verläuft und die Fugenbreite konstant ist. Jedoch zeigt dieses Verfahren eine durchgreifende Wirkung in den beiden besonderen in Fig. 1 und 2 dargestellten Fällen, bei denen die üblichen Steuer- und Erfassungseinrichtungen hingegen keine hochqualitative Schweißnaht ermöglichen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht das Werkstück aus zwei Metallplatten M und N, die Ende an Ende miteinander verbunden sind und jeweils ein quasi-sinusförmiges Kantenprofil aufweisen, wodurch eine Fuge bzw. Spalt 1 mit einer unregelmäßigen sich hinsichtlich der Breite ändernden Struktur und Form ausgebildet wird. Im vorliegenden Fall verringert sich die Breite der Schweißfuge in dem mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichneten Bereich, wohingegen sie sich in dem mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichneten Bereich ausweitet, so daß die Verwendung eines üblichen Steuerverfahrens in der Ausbildung einer nicht annehmbaren Schweißnaht resultiert, wie dies anhand der Phantom Iinien 4 dargestellt ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, zeigt die Schweißfuge zwar eine

konstante Breite, jedoch weist die PLatte M und N Hemmelemente, beispielsweise in Form von Bohrlöchern 5 auf, die verhindern, daß die mittels der Elektrode erzeugte Wärme gleichmäßig durch die geschweißten Platten abgeleitet wird. In dieser Fig. wird die sich mit Hilfe eines bekannten Verfahrens und die sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ergebende Schweißnaht gegenübergestellt. Die an der Stelle 6 gezeigte Naht wurde dabei von einer Schweißvorrichtung erzeugt, die nicht entsprechend gesteuert wurde, wohingegen die Naht an der Stelle 7 wirksam in Echtzeit durch Einstellen der Geschwindigkeit der Schweißelektrode entsprechend dem Wechsel oder den Änderungen der Wärmeableitkapazitat des Werkstücks in der Nähe der Löcher 5 gesteuert wurde. Erreicht die Schweißelektrode die Punkte A oder C, so ist die Wärmeableitgeschwindigkeit normal und die resultierende Schweißnaht zeigt einen regelmäßigen Aufbau bzw. ein gleichmäßiges Profil. Jedoch ist in der Nähe der Punkte B und D die Wärmeableitung infolge der Bohrlöcher beträchtlich gestört bzw. behindert. Wird demzufolge die zugeführte Wärmeleistung nicht entsprechend modifiziert, so tritt eine überhitzung des Schweißmaterials auf, die Temperatur an der SchmeIzzone nimmt dadurch zu und die Wärmedurchdringung ändert sich dann. Steuert man im Gegensatz dazu die zugeführte Wärmeleistung in der Weise, wie dies von der Erfindung vorgeschlagen wird, so bleibt die Schweißnaht 7 stets regulär und gleichförmig, und zwar selbst in den Bereichen, die sich entlang der Bohrlöcher 5 erstrecken, wie z.B. in dem Bereich D.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer entsprechend angepaßten, erfindungsgemäßen Steuerung für den Schweißvorgang. Wie gezeigt, wird die elektrische Lichtbogenelektrode 11 in geeigneter Weise entlang der zwischen den Metallplatten M und N ausgebildeten Fuge 1 bewegt, die durch die

Kanten 9 und 10 begrenzt wird. Der E lektrodenantriebsmechanismus kann irgendein geeigneter, im Handel erhältlicher Mechanismus sein, der für eine Standardschweißmaschine angepaßt ist. Ein optisches Pyrometer 14, das auf Infrarotstrahlen anspricht, die von ;einer Oberfläche eines erhitzten Werkstücks emittiert werden, ist in bestimmter Weise an dem Elektrodenhalter 8 befestigt und derart fokussiert, daß es mit Hilfe einer daran befestigten Abtasteinrichtung 15 die Schweißfuge 1 entlang der sich quer zur Fuge 1 erstreckenden Linie 13-13 und die Innenseite jeder Plattenkante auf mechanische oder elektronische Weise abtasten kann. Das Pyrometer 14 ist dabei in einem geringen Abstand vor der Zone 12 aus geschmolzenem Metall angeordnet, die an der Spitze der Elektrode 11 erzeugt wird. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, breitet sich die von der flüssigen Schweißnaht als auch von der Lichtbogenelektrode erzeugte Wärme in Form von Wärmewellen durch die Metallplattenkörper in radialer Weise aus. Auf diese Weise werden Isotherme mit progressiv absinkenden Temperaturwerten bei zunehmendem Abstand von der 0 Wärmequelle erzeugt. Demzufolge nimmt dos Pyormeter 14 Infrarotstrahlen auf, die von den Oberflächen der erhitzten Platten ausströmen. Dadurch wird eine Temperaturprofi I verteilung zu einem Zeitpunkt gebildet, der den tatsächlichen Wärmeverteilungszustand, der vor der Schmelzzone 12 vorherrscht, wiedergibt, so daß die Betriebsdaten der Elektrode 11 an irgendwelche Umgebungstemperaturänderungen angepaßt werden können. Die Anpassung der Elektrodendaten kann eine proportionale Änderung der Fahrgeschwindigkeit der Elektrode 8 entlang der Fuge 1 erforderlich machen, oder die Elektrode 8 kann seitlich zu der Kante 9 oder 10 im Verhältnis .der Temperatur- bzw. Wärmezustände bewegt werden, oder die Elektrodenspitze kann zusätzliche zu der kühlsten Kante verschwenkt werden. Es ist außerdem zu bemerken, daß infolge des bekannten Poynting-Effekts die Menge an Infrarot-

strahlen, die von den Kanten 9 und 10 emittiert wird, größer ist als diejenige Menge, die von der unmittelbaren Umgebung bzw. den Plattenoberflächen abstrahlt. Demzufolge können aus dem Wärmestrahlungsprofil, das von der eine Abtastung durchführenden Wärmestrah lungserfassungseinrichtung 14 erzeugt wird, Temperatursignale mit Temperaturspitzen 15b und 15c erhalten werden, wie dies in dem Kasten 15 dargestellt ist. Diese Temperaturspitzen 15b und 15c entsprechen dabei exakt der genauen Lage der unmittelbar vor der Schmelzzone 12 liegenden Kanten 9 und 10, was die Bestimmung der Breite der zwischen den zu verschweißenden beiden Metallplatten ausgebildeten Fuge ermöglicht. Um eine hochwirksame Steuerung der Betriebsdaten der Schweißmaschine vorzusehen, führt die Strahlungserfassungseinrichtung 14 eine Abtastung entlang einer quer zum Fahrweg der Elektrode 11 verlaufenden Linie durch, die mit einer größeren Geschwindigkeit als die Fahrgeschwindigkeit dieser Elektrode erfolgt. Durch eine quer zur Fuge erfolgende Abtastung und eine bezüglich der Schweißflächen schräge Ausrichtung des Pyrometers 14 kann der Ab-0 stand zwischen Elektrode und Werkstück und ein senkrechter Fluchtungsfehler zwischen den Platten M und N bestimmt werden. Auf diese Weise kann man einen konstanten Elektrode-Werkstück-Abstand für alle Schweißvorgänge erzielen und für auftretende Fluchtungsfehler Korrekturmaßnahmen vorsehen.

Ein konstanter Herausstreck-Vorgang wird bei Verwendung eines MIG-Lichtbogenschweißverfahrens möglich und sichert Schweißungen von besserer Qualität.

In dem vorliegenden Beispiel ist in der Nähe der Kante 10 der Platte N ein Loch 5 dargestellt. Das Vorhandensein dieses Loches 5 hemmt die Wärmeableitung in dem zwischen der Kante 10 und dem Loch 5 gelegenen Raum. Ein derartiger Wärmestau ruft einen Temperaturanstieg an der Kante 10 hervor. Dieser Temperaturanstieg erzeugt wiederum eine beträchtliche

überhitzung entlang des entsprechenden Teils der Kante 10 und ruft dadurch eine Schweißmaschinenreaktion hervor, die in Änderungen der Größe und auch der Lage der Schmelzzone und der Eindringtiefe dieser Schmelzzone resultiert, so daß sich eine unregelmäßige Schweißnaht ergibt. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Echt zeit-Steuerung wird ein Temperaturanstieg bei der Kante 10 durch eine Wärmestrahtungserfassungseinrichtung 1A frühzeitig erfaßt und eine sofortige Korrekturmaßnahme durch den Verarbeitungsschaltkreis eingeleitet. Eine derartige Korrekturmaßnahme kann in Form einer Fahrgeschwindigkeitszunahme der Elektrode 11 bis zu einem Punkt bestehen, an dem wieder eine symmetrische Temperaturverteilung zwischen den Kanten 9 und 10 vorherrscht. Gesondert von einer Änderung der Geschwindigkeit der Elektrode 11 können andere Korrekturmaßnahmen, wie z.B. die Verschiebung der Elektrode über die kältere Kante oder ein Schwenken der Elektrodenspitze zur Kante 9 im vorliegenden Fall durchgeführt werden.

In dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist auch ein Schaltkreis dargestellt, der sowohl die Fahrg^schwindigkeit der Elektrode steuern wie auch für die Schweißdrahtzufuhrgeschwindigkeit Befehle geben kann. Das von dem

_- abtastenden optischen Pyrometer 14 erfaßte Wärmestrahlungsprofil, wie z.B. das in dem Kasten 15 gezeigte Profil, wird einem A/D-Wandler zugeführt, der mit einem Mikrocomputer 16A verbunden ist, der das Signal in eine der Wärmeaufnahme-' proportionale Größe verarbeitet. Diese Größe wird einem Vergleicher 17 zugeführt, der die empfangene Information mit einer vorbestimmten Bezugsgröße vergleicht, die in einem Bezugsschaltkreis 18 voreingeste 111 ist. Das Vergleichsergebnis wird einer Logikschaltung 19 zugeführt, die mit programmierbaren Ausgängen versehen ist, um Steuersignale sowohl für die Elektrodengcschwindigkeits- und Elektrodenlagesteuerse haltung 20 als auch für die Schweiß-

drahtzufuhrgeschwindigkeitssteuerschaLtung zu erzeugen.
Diese Signale dienen der individuellen Steuerung der verschiedenen Mechanismen (nicht dargestellt), die für die
Festsetzung der Fahrgeschwindigkeit, der seitlichen Lage
und des Winkels der Elektrode als auch der Zufuhrgeschwindigkeit des SchweiRdrahts verantwortlich sind. Demzufolge
ist festzustellen, daß die erfindungsgemäße Steuervorrichtung neben einer genauen und zuverlässigen Bestimmung der
Schweißfugenbreite zusätzlich eine fortlaufende Führung der Elektrodenlage relativ zu der zu verschweißenden Fuge vorsieht, und zwar unter Berücksichtigung aller Änderungen der Fugenbreite und der Gegenwart von Elementen, die die Wärmeableitung hemmen oder gar fördern, und entlang der Fugenkanten auftreten, um auf diese Weise eine homogene und regel· mäßige Naht 22 auszubilden.

Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Strahlungserfassungseinrichtung ist in Fig. 4 verdeutlicht. In dem vorliegenden Fall ist ein Kollimator 23 vorgesehen, der in unmittelbarer Nähe vor cinor Schweißelektrode B angeordnet i s t und sich

längs des Fahrwegs der Schweißelektrode 8 bewegt. Mit Hilfe aes Kollimators 23 werden diejenigen Infrarotstrahlen exakt und sofort gesammelt, die gleichzeitig von der Lichtbogenelektrodenspitze 30, dem geschmolzenen Schweißmaterial, das die gleichförmige Schweißnaht 22 ausbildet, und von der erhitzten Werkstückfuge 1 ausgesendet werden. Der Kollimator
23 besteht aus einem Bündel von drei optischen Fasern 33,
34 und 35, deren jeweilige äußersten Enden 25, 26 bzw. 27
in einem abgeschirmten Kupfergehäuse 39 untergebracht sind, das mit einer Kühlkammer versehen ist, durch die eine Kühlflüssigkeit, wie z.B. Wasser, fließt. Diese Kühlflüssigkeit wird durch ein Einlaßrohr 29 zugeführt und über ein Auslaßrohr 28 abgeführt. Um die Infrarotstrahlen gleichzeitig erfassen zu können, die von der Elektrodenspitze 30, der

Schweißzone 12 bzw. der Werkstückfuge 1 emittiert werden, sind die drei optischen Fasern 33, 34 und 35 ent Lang einer durch die Vorderseite des Gehäuses 39 verlaufenden senkrechten Ebene übereinander angeordnet, wobei diese Fasern parallel ausgerichtet von der GehäuseoberfLache vorstehen und in gleichem Abstand voneinander angeordnet sind.J Es ist zu bemerken, daß jedes äußerste Ende 25, 26 und 27 der optischen Fasern 33, 34 und 35 mit einer Kupferhülse abgedeckt ist. Diese Kuperhülsen verhindern zusammen mit dem Kupfergehäuse 39 auf zuverlässige Weise die Erfassung und übertragung irgendwelcher St reustrahLungen durch die optischen Fasern. Das Gehäuse 39 steht mit Hilfe einer Welle 31 mit einer mechanischen Einrichtung 32 in Verbindung. Diese Welle 31 überträgt eine Abtastbewegung auf den Kollimator 23, die in einer Richtung quer zur Fugen- und Elektrodenbahn verläuft oder in einer Drehbewegung besteht. Die Abtastgeschwindigkeit des Kollimators 23 ist dabei viel größer als die Fahrgeschwindigkeit der Elektrode, so daß ein repräsentatives Wärmestrahlungsprofil mit Hilfe der Fotozellen 36, 3 7 bzw. 38 erfaßt werden kann, die mit den optischen Fasern 34, 35 und 36 in Verbindung stehen und die von diesen Fasern übertragenen Infrarotstrahlen empfangen. Infolge der Kühlung der in dem Gehäuse 39 aufgenommenen optischen Fasern bzw. Lichtleitern können die Faserenden so nahe wie möglich an der Schweißzone 12 angeordnet werden. Jedoch kann auf eine Kühlung der optischen Fasern verzichtet werden, falls eine Linse oder ein Linsensatz mit einer geeigneten Brennweite vor den Faserenden angeordnet wird und demzufolge die Faserenden in einem größeren Abstand von der Hochtemperatur-Schweißzone angeordnet werden können. Was die verschiedenen Signale anbetrifft, die von den optischen Fasern übertragen und von den Fotozellen erfaßt werden, so weisen die Wärmesignale, die von der Schweißzone gesammelt und mit Hilfe der Fotozelle 36 erfaßt werden, drei Spitzenwerte auf, näm-

lieh eine mittlere Spitze, die den Infrarotstrahlen entspricht, die von dem Elektroden Iichtbogen und dem Anodenansatzpunkt in der Schweißung erzeugt werden, sowie zwei seitliche Spitzen, die repräsentativ für die beiden Grenzen der Schweißzone sind. Das von der Fotozelle 38 erfaßte Signal steht in Beziehung zur Lage der Werkstückfuge 1 und zeigt zwei Spitzenwerte, die die Fugenkanten definieren, wobei der minimale Wert dazwischen exakt die Mitte der Fuge darstellt. Demzufolge kann mit dieser Anordnung die Schweiß- zonenbreite, die Lage der letzteren in Verbindung mit der Werkstückfuge und die Fugengeometrie als Funktion des Wärmestrahlungsprofils in Echtzeit geregelt und ebenso die Lage der Lichtbogenelektrode durch Feststellen der von der Elektrode erzeugten hohen Strahlungsintensität mit Hilfe der Fotozelle 37 entsprechend erfaßt werden. Obwohl dies nicht dargestellt ist, könnte man bei der vorliegenden Anordnung auch eine zusätzliche optische Faser an der Rückseite des Werkstücks vorsehen, um somit die Eindring- bzw. Einbrandtiefe des Schweißmaterials in die Fuge zu erfassen. Weiter-

ί'.Ο hin i % t es vorutcl I Ihir, dnß m;in d i ο optische» F .ι ■■, r r "55, cJjs Faserende 2 7 und die Fotozelle 37 vom Kollimator 23 entfernt und stattdessen die Lage der Lichtbogenelektrode mit Hilfe des mittleren Spitzenwerts der Fotozelle 36 bestimmt, der die Strahlungsintensität darstellt, die von den Infrarotstrahlen des E lektroden I ichtbogens erzeugt wird. Ebenso ist es bezüglich der Funktion der Anpassung der Lage der Elektrode vorstellbar, daß man die optische Faser 34 und das Faserende 26 vom Kollimator 23 entfernt und stattdessen die Lage der Lichtbogenelektrode mechanisch durch ihre bekannte geometrische Beziehung zum Schweißbrenner bestimmt. Alle von den verschiedenen Fotozellen 36, 37 und 38 erfaßten Signale können nachfolgend mit Hilfe von Mikroprozessoren analysiert werden, die zur Steuerung der Schweißparameter wie auch der Schweißelektroden lage dienen. Eine derartige

Steuerung ermöglicht in Echtzeit eine wirksame Fugenuerfο L-¹^ gung zusammen mit einer korrekten Bestimmung der Schweißzonenbreite und einer einwandfreien Ausrichtung der Materialschmelze in der Schweißfuge.

In Fig. 5a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Temperaturerfassungseinrichtung zum Empfangen der von der Schweißzone ausströmenden Infrarotstrahlen dargestellt, mit dem man die Werkstück fuge in der Nähe des Schweißelements elektronisch abtasten und dadurch ein genaues Temperaturvertei lungsprofiI aufnehmen kann. Im Gegensatz zu der Anordnung gemäß Fig. 4, bei der die Abtastung völlig mechanisch erfolgt, wird in diesem Fall die Abtastung mit Hilfe einer elektronischen Abtastschaltung 41 vorgenommen. Diese Abtastschaltung 41 empfängt verschiedene Temperaturdaten, die von einer reihenförmigen Anordnung 40 bestehend aus mehreren linear angeordneten, optischen Fasern zugeführt bzw. übertragen werden. Dabei sind die optischen Fasern entlang einer Abtastlinie angeordnet, die quer zur Längsachse der Schweißnaht verläuft. D i f? re i hen f ü rm i ge Anordnung 40 ist vor dem Schweißelement 8 befestigt. Die von der Abtastschaltung 41 gesammelten Daten werden einem Infrarotstrahlendetektor 42, zugeführt, um in Echtzeit das aktuelle Temperaturprofil zu bestimmen, das mit der in Fig. 5b dargestellten Verteilungsfunktion T(X) übereinstimmt. Durch Integration dieser Funktion T(X) ist es möglich, genau den Bereich der relevanten Teile der Funktion zu bestimmen und dadurch das Schweißelement exakt in die Materia I schme I ze zu richten, wobei irgendwelche Änderungen der Wärmeableitgeschwindigkeit in jeder Werkstückplatte entsprechend berücksichtigt werden. Urn somit einen konstanten Wärmefluß in der Nähe der Materialschmelze aufrechtzuerhalten, wird das folgende Integral berechnet:

I= (^C T(X) dx, wobei I die Fläche der Funktion

( T(X)
^a T(X) darstellt

und ein Steuersignal dem Schweißstrom zugeführt, um das obige Integral konstant zu halten.

ι ι χ j ην = ι

Bezug

I = Γ T ( X )' d χ ■ = I

Da das Erhitzen der Platten eine Zunahme des Wertes I und eine Änderung des Wärmeflusses in der Nähe der Schweißzone hervorruft, muß die an die Schweißstelle zugeführte Wärme gesteuert werden. Mißt man den Wert von I in Echtzeit und steuert den Schweißstrom derart, daß man einen konstanten Wert I zur Verfügung stellt, so erhält man dann einen konstanten Wärmefluß entlang der ganzen Schweißnaht.

Vergleicht man andererseits die Flächenwerte von I₁ und I_?, wobei

I₁---- S T (X) ei χ

T(X) dx

gilt und b dem minimalen Punkt der Funktion T(X) entspricht, so ist es nicht nur möglich eine zuverlässige Schweißfugenfο Igevorrichtung vorzusehen, die das Schweißelement genau in der Mitte der Werkstückfuge hält, sondern es kann auch irgendeine Asymmetrie in der Wärmeableitgeschwindigkeit durch jede Platte festgestellt werden und somit eine Korrekturmaßnahme in bezug auf den Schweißelementmechanis — mus vorgesehen werden, die in einer seitlichen Verschiebung oder in einer Verschwenkung bzw. Neigung des Schweißelementmechanismus zur Wiederherstellung eines symmetrischen Wärmeflusses besteht.

In Fig. 6 sind verschiedene,mit 6A bis 6E gekennzeichnete Fälle dargestellt, bei denen eine Wiedereinstellung bzw. eine entsprechende Ausrichtung des Schweißelements entsprechend dem vorstehend erläuterten allgemeinen Prinzip erzielt wird. Ferner wird auch auf die Fig. 7 Bezug genommen, in der ein schematisch dargestelltes Flußdiagramm verdeutlicht ist, das verschiedene Steuersignale abgibt, um jeder der in Fig. 6 gezeigten Situationen begegnen zu können. Im Fall 6A ist die allgemeine Form der Funktion T(X) dargestellt, falls das Schweißelement exakt zentriert ist, wobei keine asymmetrische Wärmeableitung auftritt und die Schweißbetriebsbedingungen optimal sind. In diesem Fall befindet sich der minimale Wert von T(X) am Mittelpunkt und somit gilt

ab = bc, I = I_ und I„ = I -,. Der Schwe i ße lement mechan i s-Bezug 1 2

mus erhält dann kein Steuersignal. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, ruft eine Abweichung oder Änderung der dem Fall 6A entsprechenden Betriebsbedingungen Korrekturmaßnahmen hervor, die infolge von Steuersignalen entweder auf den Schweißstrom einwirken, eine seitliche Verschiebung des Schweiß-

?fl ο I omen tr. hervorrufen oder dd·.; Verschwenken dei.> Schweißelements mit Hilfe geeigneter mechanischer Einrichtungen bewirken.

Sobald das Schweißelement W außerhalb der Mitte und, wie im Beispiel des Falles 6B gezeigt, auf der linken Seite angeordnet ist, befindet sich der minimale Punkt der Funktion T(X) auch außerhalb de5; Zentrums, wodurch ab größer als bc ist. Daraufhin wird ein Steuersignal erzeugt, um don Schweißelement nach rechts zu verschieben, wie .dies in Fig. 7 ersichtlich ist. Werden die Platten zusätzlich überhitzt, so ist I größer als I_ und ein Steuersignal wirkt auf den

Bezug

Schweißstrom ein, um I = I wieder herzustellen.

' Bezug

In den Fällen 6 C , 6D und 6E werden generell Beispiele von

Situationen dargestellt, bei denen das Schweißelement sich außerhalb der Mitte befindet und ein Wärmeabfuhrelement in Berührung mit der Platte M steht, das eine Zunahme der Wärmeableitungsgeschwindigkeit auf der linken Seite hervorruft. Der minimale Wert der Funktion T(X) befindet sich außerhalb der Mitte, I ist kleiner als I , und in den meisten Fällen unterscheidet sich I₁ von I_?, obwohl es ebenso möglich ist, daß I₁ = I_?, falls die seitliche Verschiebung des Schweißelements momentan den Wärmeabfuhreffekt kompensiert (Fall 6C). Wie jedoch aus Fig. 7 ersichtlich ist, besteht die allererste Handlung, die auf das Schweißelement ausgeübt wird, in einer Rückführung zum Mittelpunkt, so daß ab = bc gilt. Ist das Schweißelement zentriert und die Wärmesenke bzw. das Wärmeabfuhrelement noch auf der linken Seite angeordnet, so ist 1_Λ kleiner als I_n und I kleiner I_n, , ^a ' 1 2 Bezug'

wie im Fall 6D gezeigt. Ein Steuersignal wird dann zur Steuerung des Schweißstromes ausgegeben, so daß I=I gilt und der Schweißelementmechanismus nach links verschwenkt, um die Beziehung I₁ = I_ zu erhalten, wie dies 0 im Fall 6 Λ wie riwch in dem P I ußH i ,ι rj γλπιπι i!er Mq. 7 d<~3rc3 ►;-stellt ist.

Kurz zusammengefaßt zeigt das Flußdiagramm der Fig. 7 verschiedene Handlungen in der Reihenfolge ihres Auftretens, die auf den Schweißelementmechanismus ausgeübt werden, um somit eine gewünschte Schweißnaht zu erhalten. Die erste Handlung besteht in der Ausrichtung des Schweißelements auf die Mitte der Schweißfuge, dann wird der Schweißstrom derart eingestellt, daß man eine konstante Wärmeableitgeschwindigkeit aufrechterhält und schließlich wird das Schweißelement so ausgerichtet, daß irgendein asymmetrischer Wärmefluß berücksichtigt wird.

Eine geeignete Korrelation zwischen I und der Fahrge-

schwindigkeit des Schwe. ißelements ist vollständig ausreichend, um eine gefahrlose Abkühlgeschwindigkeit der hinter der Scheißelektrode sich verfestigenden Schweißstelle sicherzustellen und demzufolge eine Schweißnaht von guter Qualität zu erhalten.

Fig. 8a zeigt schematisch wie man den Wert I „ anhand

Bezug

einer Echtzeitmessung zweier hinter dem Schweißelement aufgenommener Temperaturen T1 und T2 bestimmen kann, wohingegen Fig. 9 ein zusätzliches Flußdiagramm darstellt, um zu verdeutliehen, wie man die gemessenen Werte in das Flußdiagramm der Fig. 7 integrieren kann. Die Anordnung gemäß Fig. 8a gestattet die exakte Bestimmung der Erstarrungsgeschwindigkeit der Schweißnaht, wobei diese Geschwindigkeit durch T1 - T2

d/v ausgedrückt wird und T1 die an einem ersten Punkt erfaßte Temperatur, T2 die an einem zweiten Punkt erfaßte Temperatur, d der Abstand zwischen den beiden Temperatür punk ten und ν die Fahrgeschwindigkeit des Schweißelements ist. Durch eine g e picjnete Au·; w η hl von el i :; t e <- möcjlii.h dl"/dt innr-rhcilb dec kritischen Zone zu bestimmen und durch Änderung der Geschwindigkeit ν kann mit Sicherheit erzielt werden, daß die momentane Erstarrungsgeschwindigkeit die kritische Geschwindigkeit des Metalls nicht überschreitet, oberhalb derer Risse in der resultierenden Schweißnaht auftreten wurden.

Die Fig. 8b und 8c zeigen deutlich, daß eine echte Korrelation zwischen dT/dt und I besteht, da die Isotherme L bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit ν immer näher kommen. Demzufolge ist I bei einer niedrigen Geschwindigkeit relativ groß, wohingegen dT/dl dann niedrig ist. Die entgegengesetzte Situation tritt bei hohen Geschwindigkeiten auf. Hält man demzufolge den Wert I größer als I, . . , , so besteht

Kritisch

eine ausreichende Sicherheit, daß die Abküh I ges c hwi nd i gkei t der

Naht innerhalb der Sicherheitsgrenzen bleibt.

Fig. 9 zeigt ein Flußdiagramm, das man dem der Fig. 3 hinzufügen kann, um eine geeignete Qua I itatsschweißung durch eine Definition eines sicheren Werts I „ sicherzustellen.

Bezug

Claims

v.FÜNER EBBINGHAUS FINCK

PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

MARIAHILFPLATZ 2*3. MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O. D-8OOO MÖNCHEN 95

CANADIAN PATENTS AND DEAB-31631.4

DEVELOPMENT LIMITED 31. Januar 1984

Verfahr en und Vorrichtung zum Steuern von Schweißvorgängen

Patentansprüche :

y'chtzeit-Steuervorrichtung zum Steuern der Betriebsdaten /eines entlang einer zu verschweißenden Werkstückfuge beweglichen Schweißmechanismus, gekennzeichnet du r ch

- eine Wärmest rahluniiior fassurujse inri chtung (14), die auf die von einer erhitzten Werkstückfuge (1) abstrahlende Wärmestrahlungsenergie anspricht, entlang eines Fahrwegs eines Schweißelements (8) sowie in unmittelbarer Nähe des Schweißelements (8) in Stellung gebracht wird und elektrische Signale erfaßt, die für den erfaßten Wärmeenergiebetrag repräsentativ sind,

- eine mit der Wärmestrahlungserfassungseinrichtung (14) verbundene Einrichtung (15), mit deren Hilfe die Wärmest rah lungserf assungse i nri chtung (14) eine Abtastung entlang einer quer zum Fahrweg verlaufenden Linie zur Erfassung eines Wärmestrahlungsprofils längs dieser querverlaufenden Abtastlinie vornimmt und

- einen Schaltkreis (16, 17, 18, 19) zur Verarbeitung der von der Wärmestrahlungserfassungseinrichtung (14) erfaßten elektrischen Signale und zur Ausgabe von Steuersignalen,

die vorbestimmte Betriebsdaten des Schweißmechanismus steuern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die WärmestrahLungserfassungseinrichtung (14) eine optische Einrichtung aufweist, die auf Infra rot st rah L en anspricht, die von der erhitzten Werkstück-

> fuge (1) und von dem SchweißeLement (8) des Schweißmechanismus emittiert werden, wobei die Erfassungseinrichtung vor dem Schweißelement (8) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η -

ζ e i c h η e t , daß die optische Einrichtung ein optisches Pyrometer (14) aufweist, das mit Fotozellen ausgestattet ist, die die Infrarotstrahlen sammeln und Ausgangssignale erzeugen, die stellvertretend für das erfaßte Wärmestrahlungs- prof iI sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η -

ζ e i c h η e t , daß die optische Einrichtung in einem Winkel an dem Schweißmechanismus befestigt und entlang eines Weges bewegbar ist, der parallel zu dem Fahrweg des Schweißelements (8) verläuft.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmestrahlungserfassungseinrichtung (14) entsprechend dem Wärmestrahlungsprofil Spitzensignale vorsieht, die stellvertretend für die relative Lage der Kanten (9, 10) der Werkstückfuge (1) sind, um die momentane Fugenbreite zu bestimmen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η -

ζ e i c h η e t , daß der Schaltkreis eine Einrichtung (16) zur Verarbeitung der Spitzensignale über einen Ver-

gLeicher (17)- aufweist, der mit einer LogikschaLtung (19) zur Regelung der Betriebsdaten des Schweißmechanismus verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmestrahlungserfassungseinrichtung (14) einen Kollimator (23) aufweist, der auf Infrarotstrahlen anspricht, die von der erhitzten Fuge (1), dem Schweißelement (8) und von einem an einer Schweißzone befindlichen geschmolzenen Schweißmaterial emittiert werden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimator (23) ein Bündel optischer Fasern (33, 34, 35) aufweist, die wirksame entlang der Werkstückfuge (1) und in bezug zum Schweißelement

(8) angeordnet sind und die emittierten Infrarotstrahlen Fotozellen (36, 37, 38) zuleiten, die an einem von der Schmelzmaterialzone entfernten Ort vorgesehen sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Länge des Bündels optischer Fasern (33, 34, 35) mit Hilfe eines Metallgehäuses (39) abgeschirmt ist, um eine übertragung von gestreuten Infrarotstrahlen über die Fasern auszuschließen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgehäuse (39) eine Kammer einschließt, durch die zum Kühlen der vom Metallgehäuse (39) abgeschirmten Fasern (33, 34, 35) eine Kühlflüssigkeit fließt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kollimator (23)

und der Werkstückfuge (1) eine optische Linseneinrichtung eingesetzt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische Einrichtung (32) an dem Abschirmgehäuse (39) mit Hilfe einer Welle (31) befestigt ist, um das Gehäuse (39) und die optischen Fasern (33_/ 34/ 35) zur Abtastung der Werkstückfuge (1) zu versch i eben.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß die Wärmestrahlungserfassungseinrichtung (14) eine reihenförmige Anordnung (40) mehrerer optischer Fasern aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 7 oder 13, dadurch gekennzei c h η e t , daß eine Einrichtung zur Bestimmung der Erstarrungsgeschwindigkeit einer entstehenden Schweißnaht vorgesehen ist.
15. Echtzeitsteuervorrichtung zum Steuern der Betriebsdaten eines entlang einer zu verschweißenden Werkstückfuge beweglichen Schweißmechanismus, gekennzeichnet durch

- eine optische Einrichtung (14)/.die die von einer erwärmten Werkstückfuge (1) abstrahlende Wärmestrahlungsenergie erfaßt und Fotozellen einschließt, die auf die Strahlungsenergie ansprechen/ um Signale zu erzeugen, die stellvertretend für den Betrag der erfaßten Wärmestrahlungsenergie sind,

- eine Einrichtung (15), die eine Abtastbewegung auf die optische Einheit (14) entlang einer quer zum Fahrweg des Schweißelements (8) des SchweiBmechanismus verlaufenden Linie übertragt, wobei die optische Einrichtung

in unmittelbarer Nähe des Schweißelements (8) angeordnet ist, um ein Wärmestrahlungsprofil entlang der querverlaufenden Linie aufzunehmen und

- einen Schaltkreis (16, 17, 18, 19) zur Verarbeitung der von den Fotozellen der optischen Einrichtung gelieferten Signale und zur Abgabe von Steuersignalen, die Betriebsdaten des Schweißmechanismus steuern.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung ein optisches Pyrometer (14) aufweist, das unmittelbar vor dem Schweißelement (8) angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverarbeitungsschaltkreis einen Ana logsignaIverarbeitungsscha11kreis (16) aufweist, der die von den Fotozellen abgegebenen Signale empfängt und mit einem Vergleicher (17) in Verbindung steht, der eine Logikschaltung (19) speist, um wenigstens einen Betriebskennwert des Schweißmechanismus entsprechend den dem Vergleicher zugeführten, vorein gestellten Betriebswerten zu steuern.
18. Echtzeit-Steuervorrichtung zum Steuern der Betriebsdaten eines entlang einer zu verschweißenden Werkstückfuge beweglichen Schweißmechanismus, gekennzeichnet durch

- einen Kollimator (23), der auf die von der erhitzten Werkstückfuge (1) abstrahlende Wärmestrahlungsenergie anspricht und mit Fotozellen (36, 37, 38) in Verbindung steht, die Signale liefern, die stellvertretend für den vom Kollimator (23) erfaßten Wärmeenergiebetrag sind, wobei der Kollimator (23) in unmittelbarer Nähe eines Schweißelements (8) des Schweißmechanismus ange-

ordnet ist,

- eine Einrichtung (32), die eine Abtastbewegung auf den Kollimator (23) zum Abtasten der Werkstückfuge (1) und des Schweißelements (8) längs einer quer zur Fuge (1) verlaufenden Linie überträgt, um ein Wärmestrahlungsprofil entlang dieser Querlinie zu erfassen und

- einen Schaltkreis (16, 17, 18, 19) zum Verarbeiten der von den Fotozellen (36, 37, 38) gelieferten Signale und zur Ausgabe von Steuersignalen, die die Betriebsdaten des Schweißmechanismus steuern.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß der Kollimator (23) wenigstens zwei optische Fasern (35, 33) aufweist, um die von dem Schweißelement (8) und der erhitzten Werkstückfuge (1) emittierten Infrarotstrahlen individuell zu ihren entsprechenden Fotozellen (37, 38) zu übertragen, um die relative Lage des Schweißelements (8) und der Werkstückfuge (1) zu bestimmen, wobei der Kollimator (23) vor dem Schweißelement (8) angeordnet ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimator (23) eine dritte optische Faser (34) aufweist, die die von einem geschmolzenen Schweißmaterial (12) emittierten Infrarotstrahlen sammelt und mit Hilfe der Abtasteinrichtung (32) bewegbar ist, um die Breite der Schme I zmateria I zone (12) zu bestimmen.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch g e k e η η zeichnet, daß ein Teil der Länge der optischen Fasern (33, 34, 35) mit Hilfe eines Metallgehäuses (39) abgeschirmt ist, um zu verhindern, daß die- Fasern g e streute Infrarotstrahlen übertragen.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18, 19 oder 21, dadurch gekennzei chnet, daß zwischen dem Kollimator (23) und der Werkstückfuge (1) eine optische Einrichtung vorgesehen ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (32) mechanische Mittel aufweist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch g e k e η η -

ζ e i c h η e t , daß die Abtasteinrichtung (32) elektronische Mittel aufweist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgehäuse (39) eine Kammer aufweist, durch die eine Kühlflüssigkeit zum geeigneten Abkühlen der in dem Gehäuse enthaltenen Teile der optischen Fasern fließt.
26. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Kollimator (23) eine reihenförmige Anordnung (40) mehrerer optischer Fasern aufweist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Signa I verarbeitungseiηrichtung Mikroprozessoren (16A) zum Analysieren der Signale aufweist, die von den Fotozellen geliefert werden, um die Betriebsdaten des Schweißmechanismus zu steuern.
28. Verfahren zum Steuern der Betriebsdaten einer Schweißung einer relativ zu einem Schweißmechanismus bewegbaren Werkstückfuge in Echtzeit, dadurch gekennzeichnet, daß man

- eine Wärmestrahlungsenergieerfassungseinrichtung in

räumlicher Beziehung zu einem Heizelement des Schweißmechanismus über der Werkstückfuge und in unmittelbarer Nähe des Heizelements anordnet, - mit Hilfe der Wärmestrahlungserfassungseinrichtung längs einer Linie eine Abtastung vornimmt, die quer zu den Kanten der Werkstückfuge verläuft, um ein Strahlungsprofil längs dieser querverlaufenden Abtastlinie zu bestimmen und dem Profil entsprechende elektrische Signale auszugeben und - diese elektrischen Signale mit Hilfe eines Schaltkreises verarbeitet, um Steuersignale zur Steuerung vorbestimmter Betriebsdaten des Schweißmechanismus auszugeben -
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß das Strahlungsprofil Spitzenwerte aufweist, die einer hohen Wärmestrahlungsemission an jeder Kante der Werk stück fuge entsprechen, um die F ii genbreite exakt zu be st im men und die Betriebsdaten demgemäß zu modifizieren.
30. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß der Signalverarbeitungsschritt den Vergleich der Strahlungsprofilwerte mit Bezugswerten enthält, um somit immer die Fahrgeschwindigkeit des Schweißelements zu modifizieren, falls sich die durch die Erfassungseinrichtung festgestellte Wärmeenergie ändert.
31. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch g e k e η η zeichnet, daß man die Strahlungsenergie des Schweißelements, die Lage der Werkstückfuge und die Breite einer geschmolzenen Schweißmaterialzone gleich-

zeitig mit Hilfe eines Kollimators erfaßt, der gegen Streustrahlung abgeschirmt und vor dem Heizelement angeordnet ist.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlflüssigkeit durch ein abgeschirmtes Gehäuse des Kollimators fließt.
33. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch g e k e η η zei chnet, daß der Abtastschritt eine kreisende Bewegung des Kollimators einschließt.
34. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlungsprofil zwei Temperaturverteilungsflächen aufweist und der Steuer sch ritt die Ausrichtung des Schweißelements des Schweißmechanismus in die Mitte der Werkstück fuge durch eine seitliche oder kreisende Bewegung des Schweißelements um einen Betrag einschließt, der ausreicht, daß die beiden Flächen gleiche Werte aufweisen.
35. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch g e k e η η zeichnet, daß man die Erstarrungsgeschwindigkeit der entstehenden Schweißnaht nach dem Schweißmechanismus bestimmt.
36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Erstarrungsgeschwindigkeit das individuelle Erfassen der Temperaturwerte an zwei Stellen einschließt, die entlang der Längsachse der Schweißnaht und im vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind.