DE4412093A1

DE4412093A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Laserschweißmaschine

Info

Publication number: DE4412093A1
Application number: DE4412093A
Authority: DE
Inventors: Detlev Dipl Ing Fuest
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-04-08
Filing date: 1994-04-08
Publication date: 1995-10-12

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Laserschweißmaschine und eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.

Aus J. Schneegans "Untersuchungen zum Laserstrahl schweißen mit Zusatzdrahtzuführung an un- und nied riglegierten Stählen" Aachener Berichte Fügetechnik Bd. 93.2 S. 67-69, Verlag Shaker, 1993 ist eine Höhenposi tionsregelung des Zusatzdrahtes bei Laserschweißmaschi nen bekannt.

Darin wird vorgeschlagen, ein Signal, das beim Anlegen einer Spannung zwischen dem Zusatzwerkstoff und dem Werkstück gewonnen wird, als Größe für die Beurteilung des Prozeßverlaufes zu verwenden. Dies erfolgt dadurch, daß ein Regler dieses Signal als Führungsgrößen-Span nung verwendet und nach einem Vergleich mit einer Sollwertspannung in eine Stellwert-Spannung für eine Positioniereinheit der Zuführeinrichtung für den Zu satzwerkstoff umwandelt. Die bekannte Vorrichtung läßt ausschließlich die Nachstellung des Zusatzwerkstoffes bei einer zu hohen Position des Zusatzwerkstoffes oberhalb des Werkstückes zu.

Da sich diese Vorrichtung im wesentlichen nur für ideal glatte und ebene Bleche eignet, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine genaue Führung der Laserschweiß maschine auch dann zu gewährleisten, wenn die Werk stücke keine ideal ebene Oberfläche haben oder selbst gekrümmt sind. Dies erfordert aber eine Zustellung des Brennpunktes (Fokus) des Laserstrahl es innerhalb eines sich ändernden Abstandes von einer idealen Ebene bei gleichzeitiger Zustellung des Zusatzwerkstoffes.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die entsprechend zur Ausführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 2 umschrieben.

Gegenüber dem Stand der Technik wird hierbei nicht allein der Zusatzwerkstoff, sondern der gesamte Fokus sierkopf mit der Zuführeinrichtung für den Zusatzwerk stoff senkrecht zum Werkstück bewegt. Dabei wird der Fokus (Brennpunkt) des Laserstrahles je nach Bedarf innerhalb eines vorgegebenen Regelbereiches zum Werk stück oder vom Werkstück weg bewegt, derart, daß er sich stets an der gewollten Schweißstelle befindet.

Dabei steuert die Führungsgrößen-Spannung den Zustell motor für den Fokussierkopf hinsichtlich seiner Dreh richtung und seiner Betriebsdauer innerhalb der Soll werte eines gegebenen Regelbereiches.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltun gen der Erfindung.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung in zwei Arbeitsphasen und

Fig. 2 einen Schaltplan.

Fig. 1 zeigt einen Teil einer Laserschweißmaschine, nämlich eine Zustelleinrichtung 1 für einen Fokussier kopf 2 und eine damit verbundene Zuführeinrichtung 3 für den Zusatzwerkstoff 4. Die Zustelleinrichtung 1 wird von einem reversiblen Zustellmotor 5 senkrecht zum Werkstück 6 bewegt.

Das Werkstück 6 hat hier eine wellige Form, wobei seine Maxima und Minima einen Regelbereich begrenzen, inner halb dessen sich der Fokus (Brennpunkt) 7 eines vom Fokussierkopf 2 ausgehenden Laserstrahl es 8 bewegen kann.

Die Zuführung des Zusatzwerkstoffes 4, der als Pulver, Band oder Draht vorliegen kann, erfolgt in bekannter Weise so, daß sich seine Spitze 9 stets im Fokus 7 befindet.

Wie der linke und der rechte Teil der Fig. 1 zeigen, bewegt sich der gesamte Fokussierkopf 2 entsprechend der Form des zu schweißenden Werkstückes 6 innerhalb des Regelbereiches 10 auf und ab in Richtung des Pfeiles 11.

Die Steuerung des Fokussierkopfes 2 erfolgt mit einer Steuer- und Regeleinrichtung 12, die in Fig. 2 schema tisch dargestellt ist.

Wie Fig. 2 zeigt, ist an eines der zusammenzuschweißen den Werkstücke 6, 6′ und an den Zusatzwerkstoff 4 bzw. dessen Zuführeinrichtung 3 eine Spannung U_F angelegt, die nachstehend als "Führungsgrößen-Spannung" U_F be zeichnet wird. Ihr Abgriff 13 ist mit zwei parallelen Vergleichern 14, 15 verbunden. Der Vergleicher 14 wird mit einer Sollwertspannung U_V1 für einen Maximalwert, und der Vergleicher 15 wird mit einer Sollwertspannung U_V2 für einen Minimalwert des Regelbereiches 10 beaufschlagt. Beide Vergleicher 14, 15 vergleichen die ihnen zugeführten Sollwertspannungen jeweils mit der Führungsgrößen-Spannung U_F. Die jeweils erzielte resul tierende Spannung, die Stellwert-Spannungen U_S1, U_S2 wirken auf einen Leistungssteller 16 ein, der über eine Leistungseinheit 17 und eine Motorfreigabe 18 die Drehrichtung und den Betrieb des Zustellmotors be stimmt, so daß der Fokussierkopf 2 senkrecht zum oder vom Werkstück 6 bewegt wird.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung einer Laserschweißmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß eine an den Zusatzwerkstoff (4) und das Werkstück (6) angelegte Führungsgrößen-Spannung (U_F) mit Sollwertspannungen (U_V1, U_V2) für einen Maximal- und einen Minimalwert eines Regelbereiches (10) verglichen wird und daß mit der jeweils resultieren de Stellwert-Spannung (U_S1, U_S2) die Drehrichtung sowie den Betrieb eines reversiblen Zustellmotors (5) für einen Fokussierkopf (2) mit der Zuführ einrichtung (3) für den Zusatzwerkstoff (4) bestimmt wird.

2. Vorrichtung zur Steuerung einer Laserschweißmaschi ne, insbesondere zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein reversibler Zustellmotor (5) für den Fokus sierkopf (2) und die daran befestigte Zuführeinrich tung (3) für den Zusatzwerkstoff (4) vorgesehen ist, daß zwischen dem Zusatzwerkstoff (4) bzw. seiner Zuführeinrichtung (3) einerseits und dem Werkstück (6) andererseits eine Führungsgrößen-Spannung (U_F) angelegt ist, deren Abgriff (13) mit zwei parallelen Vergleichern (14, 15) verbunden ist, von denen der eine (14) mit einer Sollwert-Spannung (U_S1) für einen Maximalwert und der andere (15) mit einer Sollwertspannung (U_S2) für einen Minimalwert eines Regelbereiches (10) verbunden ist und daß beide Vergleicher (14, 15) auf einen Leistungs steller (16) einwirken, der seinerseits die ge wünschte Drehrichtung und den Betrieb des Zustellmo tors (5) bestimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzwerkstoff (4) in beliebiger Form, d. h. als Pulver, Band oder Draht aus elektrisch leitfähi gem Werkstoff vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Fokussierkopf (2) entlang der Achse des Laserstrahles (8) geführt ist.