DE4211305C1 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum berührungs
losen Erfassen von Daten einer thermischen Bearbeitungs
maschine mit mindestens einem Bearbeitungswerkzeug und
einem Werkstück, das an einen Wechselspannungsgenerator
angeschlossen und mit einem Wechselspannungssignal be
aufschlagt ist, der mit einer Auswerteeinheit verbunden
ist, die Feldveränderungen erfaßt nach DE-Patent
41 32 65.
Bei thermischen Bearbeitungsverfahren einschließlich der
Lasertechnik müssen zur Erreichung optimaler Schnitt
qualität vor Schneidbeginn und während des Schnittes
die Abstände Unterkante Düsenspitze zur Werkstückober
fläche konstant bleiben. Gleichzeitig besteht die For
derung, daß der Bedienmann freie Sicht zum Bearbeitungs
ort haben muß, um in Fehlerfällen, die nicht automatisch
erkannt werden, manuell reagieren zu können. Desgleichen
sind Anbauten im Bereich der Düsenspitzen hinderlich
für das Schneiden nicht ebener Werkstücke, da die
Schneidgeschwindigkeiten und zulässigen Blechschrägen
beschränkt werden müssen.
Die Forderungen der Schneidanwendungstechnik können da
her nur realisiert werden, wenn die Störkontur der Bren
ner bzw. Schneidköpfe nicht durch Abtastorgane vergrö
ßert werden.
Die kostengünstigsten Abstandsmeßmethoden sind kapazi
tive Verfahren. Dabei ist bekannt, koaxial um die Düse
angebaute Ringe als Sensierelement zu benutzen, um keine
Richtungsabhängigkeit in der X-Y-Schneidebene zu erhal
ten.
Weiterhin gibt es Signalauswertemethoden, die mit Schwing
kreisen arbeiten, deren Frequenzverschiebung infolge
Kapazitäts- bzw. Abstandsänderung der Sensierelemente
zum Werkstück gemessen wird. Bei einem solchen Verfahren
müssen dicht an der Düsenspitze LC-Glieder eingebaut
werden, um die Mittenfrequenz des Schwingkreises kon
stant zu halten.
Bei diesen schwingkreisgestützten Meßsystemen ist ein
hoher technischer Aufwand notwendig, um LC-Glieder in
Form von feinen, im Betrieb nicht beweglichen Draht
windungen nahe der Düsenspitze zu positionieren (DE
27 47 539 C2, DE 28 29 851 A1). Besonders empfindlich
reagieren solche Systeme mit Driften auf Temperaturein
flüsse, so daß hier weiterer Aufwand für die Temperatur
kompensation (EP 02 94 324 B1) aufgewendet werden muß.
Übergangswiderstände sind bei solchen Methoden stark
signalbeeinflussend, so daß Trennstellen im eigentlichen
Sensierelement nicht erlaubt sind. Durch manuellen oder
durch automatischen Düsenwechsel werden bei schwing
kreisgestützten Systemen die zuverlässige Kontaktierung
des Sensierelementes gestört, da aufgebrachte dünne
Leitschichten auf dem keramischen Isolator zur Maschine
beschädigt werden. Der Systemarbeitspunkt verschiebt
sich bei Änderung der Zuleitungslänge und deren Kapa
zität infolge von Temperatur- oder Vorformungseinfluß.
Gleicher negativer Effekt wird durch in der Nähe befind
liche Metallteile gebildet, da zusätzliche Parasitär
kapazitäten entstehen. Durch all diese Effekte entsteht
eine große Zahl von speziellen Abtastsystemen verbunden
mit einer großen Teilevielfalt und Empfindlichkeit auf
Toleranzen und Verschleißzustände, die im praktischen
Betrieb auftreten. Es müssen stets teure Düsen mit be
sonderer Oberflächengüte eingesetzt werden.
Desweiteren gibt es die Vorrichtung nach dem DE-Patent
41 32 651, die das Werkstück als
Sender benutzt und das Sensierelement als Empfänger,
wobei auftretende Phasenverschiebungen zwischen dem
Sende- und Empfangssignal ein Maß für den Abstand sind.
Diese Vorrichtung mit einem Empfänger wird für ring-
und plättchenförmige Sensierelemente eingesetzt. Hier
bei treten keine Temperatureinflüsse und Driften bzw.
Betriebspunktverschiebungen auf. Parasitärkapazitäten
lassen sind per Offset mit ein und derselben elektro
nischen Ausrüstung kompensieren. Gleiches gilt für die
Änderung der Zuleitungslänge, die typischerweise bis
20 m unkritisch ist. Die Teilevielfalt ist nicht ge
geben. Mit dem Verfahren nach dem DE-Patent
41 32 651 können somit wesentliche Verbesserungen gegen
über dem Stand der Technik erzielt werden, wobei die
Vergrößerung der Störkontur des Bearbeitungswerkzeuges
noch nachteilig ist.
Weitere Schwierigkeiten bringen Zusatzsysteme für die
Erkennung von Hindernissen bzw. abgekippten Bauteilen,
da bei hohen Maschinengeschwindigkeiten und entsprechen
den Bremszeiten Havariegefahr mit Beschädigungen oder
zumindest mit Maschinenstillstandzeiten die Folge sind.
Ferner stören große Schnittfugen, die signalverfälschend
auf kleine Sensierelemente wirken.
Ausgehend von dem zuletzt genannten Stand der Technik
nach der DE-PS 41 32 651, der im Oberbegriff des Hauptan
spruches berücksichtigt ist, liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die
bei mannarmen Schneidanlagen ohne häufige Betriebs
störungen eingesetzt werden kann.
Durch die Erfindung werden Anbauten im Düsenbereich des
Bearbeitungswerkzeuges vermieden, weil die an sich be
kannte Düse eines Autogen- oder Plasmabrenners oder ei
nes Laserschneidkopfes ohne zusätzlich angebrachte Emp
fangsteile der Empfänger ist. Dabei ist das als Werk
stücksender-/Empfänger-Vorrichtung aufgebaute ther
mische Bearbeitungswerkzeug aufgrund der Strommessung
so robust, daß es im rauhen Schneidbetrieb keine Sonder
behandlung braucht, da Übergangswiderstände nicht be
rücksichtigt werden müssen. Dies führt einerseits dazu,
daß die für eine "zuverlässige" Kontaktierung beim Stand
der Technik aufgebrachte dünne Leitschicht entfallen
kann, was die Handhabung erleichtert und die Sensierung
verbessert und es andererseits erlaubt, mehrere, bei
spielsweise zwei Teile des thermischen Bearbeitungswerk
zeuges elektrisch leitend und mechanisch lösbar mitein
ander zu verbinden. Durch diese Aufteilung des Sensier
elementes in zwei oder mehrere Teile des Bearbeitungs
werkzeuges ist es möglich, das der Düse nachfolgende
Teil mit der Auswerteeinheit zu verbinden, so daß das
"Verschleißteil" Düse frei ist von Anschlüssen und ein
fach manuell oder automatisch ausgetauscht werden kann.
Dies geht nur, wie bereits eingangs erläutert wurde,
weil die Übergangswiderstände, wie sie z. B. die Ver
schraubung der Düse mit dem nachfolgenden, elektrisch
leitenden Teil darstellen, das Meßsignal nicht ver
fälschen. Diese Übergangswiderstände können unberück
sichtigt bleiben, weil sie die Signalamplitude reduz
ieren, diese jedoch nicht ausgewertet wird. Die para
sitären Kapazitäten infolge des Gewindes werden über
den Nullabgleich des Sensors kompensiert.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, elek
trisch leitende Teile des thermischen Bearbeitungswerk
zeuges voneinander isoliert anzuordnen, beispielsweise
durch das Anordnen von Isolatoren zwischen den Teilen,
so daß jedes Teil ein Sensierelement bildet. Die ein
zelnen Sensierelemente können bei Bedarf auch wieder
aus mehreren lösbaren Teilen bestehen. Dies ist beson
ders dann wichtig, wenn wie oben bereits beschrieben,
ein Sensierelement aus einem Verschleißteil, z. B. der
Düse besteht, welches gewechselt werden muß. Auf diese
Weise kann der komplette Schneidbrenner oder der Laser
schneidkopf als Multisensor ausgebildet werden, wobei
die Teile über eine Umschalteinrichtung einzeln oder ge
meinsam aktiv geschaltet werden können. In der Auswerte
einheit erfolgt dabei eine automatische Anpassung an die
aktiv geschalteten Teile des Bearbeitungswerkzeuges.
Die aktiv geschalteten Teile des Laserschneidkopfes oder
des Schneidbrenners können zu unterschiedlichen elek
trischen Funktionen für die Bearbeitungsmaschine heran
gezogen werden, wie Abstandsmessung, Havarieerkennung,
Fernhavarieerkennung etc. oder für zusätzliche mecha
nische Funktionen, wie Schutz des Laserschneidkopfes
oder des Schneidbrenners gegen vom Werkstück rückge
strahlte Energie aus dem eigentlichen Schneidprozeß.
So kann der Schutz gegen rückgestrahlte Energie bei
spielsweise durch größeren oder zumindest gleichen
Durchmesser des oberen Teils des unteren Sensierele
nentes wie die weiter oben liegenden Brennerteile bzw.
Schneidkopfteile und/oder geeignete Materialwahl mit
großem Reflektionskoeffizienten für die betreffende
Wellenlänge erreicht werden, während die Abstandsmessung
mit der Düse/dem Schutz als Empfänger realisiert wird
und das der Düse/dem Schutz nachfolgende Teil mit
größerem Erfassungsbereich für die Havarieerkennung
eingesetzt wird. Aufgrund des größeren Erfassungs
bereiches des nachfolgenden Teiles kann die Düse vor
Havarie z. B. mit abgekippten Bauteilen sicher geschützt
werden.
Isolierte Teile und elektrisch miteinander verbundene
Teile können gleichzeitig Bestandteil eines Bearbeitungs
werkzeuges sein, wobei Teile des Laserschneidkopfes je
nach technologischer Erfordernis für eine Funktion elek
trisch verbunden werden und so ein Sensierelement mit
größerer Integrationswirkung bilden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich
nung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Bearbeitungswerkzeug mit zwei elektrisch
leitenden Teilen die lösbar miteinander ver
bunden sind.
Fig. 2 ein Bearbeitungswerkzeug mit zwei elektrisch
leitenden Teilen die über einen Isolator lös
bar verbunden sind.
In den Figuren ist ein Bearbeitungswerkzeug für eine
technische Bearbeitungsmaschine dargestellt und mit 10
bezeichnet. Das Bearbeitungswerkzeug kann beispiels
weise ein Plasma- oder Autogenschneidbrenner oder ein
Laserschneidkopf sein, deren Aufbau und Funktion an
sich bekannt sind und daher nicht näher beschrieben
werden müssen. Bestandteil des Bearbeitungswerkzeuges
10 ist die Brennerdüse 11, die mechanisch lösbar über
ein Gewinde oder eine vergleichbare Verbindung an dem
zum Werkstück 12 weisenden Brennerkopf befestigt ist.
Zur Erreichung optimaler Schnittqualität ist es bei
thermischen Bearbeitungsverfahren einschließlich der
Lasertechnik erforderlich, vor Schneidbeginn und wäh
rend des Schnittes die Abstände von der Unterkante der
Düse 11 zur Oberfläche des Werkstückes 12 konstant zu
halten. In dem DE-Patent 41 32 651 wird
hierzu das Werkstück 12 als Sender benutzt und das Sen
sierelement als Empfänger, wobei auftretende Phasenver
schiebungen zwischen dem Sende- und Empfangssignal ein
Maß für den Abstand sind.
Die Erfindung macht von dem im Hauptpatent beschriebenen
Sensierverfahren gebrauch, wobei gemäß der Erfindung
der Empfänger die Düse 11, das Bearbeitungswerkzeug 10
und/oder Teile 13, 14 des thermischen Bearbeitungswerk
zeuges sind. In Fig. 1 ist eine elektrisch leitende
Düse 11 mit einem elektrisch leitenden Teil 13 mechanisch
lösbar verbunden. An dem Teil 13 ist über Anschluß 15
und die geschirmte Meßleitung 26 die Auswerteeinheit 16
angeschlossen. Die geschirmte Meßleitung 26 kann auch
koaxial zum Schneidsauerstoffkanal bzw. zur Werkzeug
mittelachse geführt werden.
Da der Aufbau und die Funktion der Auswerteeinheit im DE-
Patent 41 32 651 näher beschrieben ist bedarf es hierzu
keinerlei Ausführungen.
Über einen Isolator 17 ist die Düse 11 und das Teil 13
gegenüber den verbleibenden Teilen des Bearbeitungswerk
zeuges isoliert. Durch die Verbindung der Auswerteein
heit 16 mit dem Teil 13 und die elektrisch leitende Ver
bindung des Teiles 13 mit der Düse 11 ist ein einfacher
manueller oder automatischer Düsenwechsel möglich, da
keine Anschlüsse an der Düse vorhanden sind. Hinzu kommt,
daß durch das im Hauptpatent beschriebene Sensierver
fahren nach einem Düsenwechsel ohne Justierarbeiten wei
tergearbeitet werden kann, da die auftretenden Übergangs
widerstände die auszuwertenden Phasenverschiebungen
zwischen Sende- und Empfängersignal nicht verändern.
In Fig. 2 ist die elektrisch leitende Düse 11 über
einen Isolator 18 mit einem weiteren elektrisch leiten
den Teil 14 mechanisch lösbar verbunden, das seinerseits
über einen Isolator 19 gegenüber den verbleibenden Teilen
20 des thermischen Bearbeitungswerkzeuges 10 isoliert
ist. Teil 14 und Düse 11 sind über die Anschlüsse 21, 22
und die geschirmten Meßleitungen 27, 28 an eine elek
trische Umschaltung 23 angeschlossen und wirken so als
Sensierelemente bzw. Empfänger einzeln oder gemeinsam.
Dabei ist es selbstverständlich auch möglich, der Düse
11 ein mit ihr elektrisch leitend verbundenes Teil 13
zuzuordnen, um die im Zusammenhang mit Fig. 1 be
schriebenen Vorteile bei einem Düsenwechsel beizube
halten.
In der Auswerteeinheit 16 ist eine automatische An
passung 24 an die aktiv geschalteten Teile 11, 14 des
Bearbeitungswerkzeuges 10 vorgesehen. Die automatische
Anpassung 24 besteht aus einer Verstärkungsanpassung an
die geometrischen und physikalischen Umgebungsverhält
nisse und bewirkt einen weiterverarbeitbaren Nutzsi
gnalbereich. Die aktiv geschalteten Teile 11, 13, 14
des Bearbeitungswerkzeuges 10 werden zu unterschied
lichen elektrischen Funktionen für die Gesamtschneid
maschine herangezogen wie Abstand, Havarie, Fernhavarie,
etc. oder für zusätzliche mechanische Funktionen, wie
Schutz des Bearbeitungswerkzeuges gegen vom Werkstück 12
rückgestrahlte Energie aus dem eigentlichen Schneidprozeß.
So hat beispielsweise Teil 14 einen größeren Erfassungs
bereich wie die im Durchmesser schmälere Düse 11 (Fig. 2)
und erkennt daher z. B. gekippte Bauteile bevor diese
mit der Düse 11 kollidieren können. Selbstverständlich
können die isolierten Teile 11, 13, 14 des Bearbeitungs
werkzeuges 10 je nach technologischem Erfordernis für
eine Funktion elektrisch verbunden werden und so ein
Sensierelement mit größerer Integrationswirkung bilden.
Hierdurch werden kleine Störungen im Erfassungsbereich
gemittelt und aufgrund der Größenverhältnisse schein
bar ausgeblendet.
Claims (8)
1. Vorrichtung zum berührungslosen Erfassen von Daten
einer thermischen Bearbeitungsmaschine mit mindestens
einem Bearbeitungswerkzeug und einem Werkstück, das
an einen Wechselspannungsgenerator angeschlossen und
mit einem Wechselspannungssignal beaufschlagt ist,
wodurch es als Sender wirkt und dem Werkstück gegen
überliegend ein Empfänger angeordnet ist, der mit
einer Auswerteeinheit verbunden ist, die Feldver
änderungen erfaßt, nach DE-Patent 41 32 651,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Empfänger mindestens ein elektrisch von der
Bearbeitungsmaschine isoliertes Teil (11, 13, 14)
des Bearbeitungswerkzeuges (10) ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das elektrisch von der Bearbeitungsmaschine isolierte Teil die Düse (11) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das elektrisch von der Bearbeitungsmaschine isolierte Teil der Brenner (10) ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei oder mehr Teile (11, 13) lösbar und elek
trisch leitend miteinander verbunden sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das eine elektrisch von der Bearbeitungsmaschine isolierte Teil die Düse (11) ist und das andere
Teil (13) mit der Auswerteeinheit (16) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei oder mehr Teile (11, 14) elektrisch leitend
sind und über einen Isolator (18) miteinander ver
bunden sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Auswerteeinheit (16) eine elektrische Um
schalteinrichtung (23) zugeordnet ist, mittels der
die einzelnen Teile (11, 14) des Bearbeitungswerk
zeuges (10) einzeln oder gemeinsam aktiv schaltbar
sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteeinheit (16) eine Anpasschaltung
aufweist, mittels der die Auswerteeinheit (16) auf
die aktiv geschalteten Teile (11, 14) einstellbar
ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4211305A DE4211305C1 (de) | 1992-04-06 | 1992-04-06 | |
EP93104008A EP0564838A1 (de) | 1992-04-06 | 1993-03-12 | Vorrichtung zum berührungslosen Erfassen von Daten einer thermischen Bearbeitungsmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4211305A DE4211305C1 (de) | 1992-04-06 | 1992-04-06 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=6456049
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DE4211305A Expired - Fee Related DE4211305C1 (de) | 1992-04-06 | 1992-04-06 |
Country Status (2)
Country | Link |
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EP (1) | EP0564838A1 (de) |
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Also Published As
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EP0564838A1 (de) | 1993-10-13 |
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