DD243452A1 - Verfahren zur dreidimensionalen schweissfugenabtastung und sensorfuehler zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schweissfugenabtastung beim automatischen Schutzgasschweissen und einen Sensorfuehler zur Durchfuehrung des Verfahrens, der geeignet ist, die Schweissfugenmasse gleichzeitig in drei Dimensionen zu ermitteln und fuer eine Korrektur toleranz- und fertigungsbedingter Abweichungen der Schweissnaht bei automatischer Brennerfuehrung zu nutzen. Das erfolgt, indem der Schweissfugenverlauf durch Abtasten der Oberflaechenmitte der vorangegangenen Lage als auch die Hoehe der bereits geschweissten Lagen und die Schweissfugenbreite erfasst, mittels bekannter Wegaufnehmer aufgenommen, verstaerkt und als Ansteuersignale fuer die Stellmotoren zur Brennerpositionierung zur Verfuegung gestellt werden. Figur

Description

von der Höhenbewegung der Kugel der Nahtbreite über axiale Verschiebungen der Bundrollen zueinander und die Nahtmitte durch die Auslenkung beider Bundrollen mit Hilfe an sich bekannter Wegaufnehmer registriert werden kann. Die Erfassung dieser genannten Daten ist insbesondere als Voraussetzung für einen automatischen Schweißvorgang notwendig. Mit der Entwicklung wird ein direkt wirkender, vor dem Brenner laufender Fühler bereitgestellt, der einen bedienarmen Betrieb, z. B. von Rohrumlaufschweißgeräten ermöglicht. Infolge des höheren Automatisierungsgrades durch Kopplung des Sensorfühlers mit den Stellmotoren wird in Verbindung mit geeigneten Überwachungssensoren Mehrgerätebedienung und damit eine erhebliche Steigerung der Arbeitsproduktivität ermöglicht.

Zweckmäßigerweise erfolgt die konstruktive Vereinigung von Wegaufnehmer A6 und Wegaufnehmer B7 zu einem doppelwirkendem Wandlerelement mit um 90° versetzter Wirkungsrichtung, welches als Baueinheit zur Befestigung am Festpunkt 5 des Fahrwagens vorgesehen ist. Die Schweißfugenbreite wird durch den Abstand der beiden Bundrollen 1 bestimmt, die axial verschiebbar sind und durch die Druckfeder 4 nach außen gedrückt werden. Über Hebel wird die axiale Bewegung 1 auf ein Gleitstück 10 übertragen, welches mit dem Wegaufnehmer C8 gekoppelt ist. Die von diesem ausgehenden elektrischen Signale bewirken die elektromotorische Verstellung der Pendelamplitude entsprechend dem voreingestellten Wert. Der zwangläufig bedingte räumliche Abstand des Brenners vom Sensorfühler führt zu verfrühter Korrektur und wird deshalb durch eine Zeitverzögerungsschaltung ausgeglichen.

Die zweidimensional Erfassung des Schweißfugenquerschnittes durch Wegaufnehmer B7 (Tiefe) und Wegaufnehmer C8 (Breite) ermöglicht gleichzeitig eine Steuerung der übrigen Parameter des Schweißvorganges wie Fahrgeschwindigkeit, Pendelfrequenz und Drahtvorschubgeschwindigkeit entsprechend dem Schweißfugenvolumen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhandder Zeichnung durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Der Sensorfühler ist am Fahrwagen in der Weise befestigt, daß der mit konstantem Abstand während des Schweißvorganges vor dem Brenner läuft.

Mittels zweier Bundrollen 1, die auf der Schweißfugenkante abrollen und des Tasters 2, der auf der Wurzellage bzw. auf der jeweils vorher geschweißten Lage läuft, wird der Schweißfugenverlauf, -breite und -tiefe erfaßt.

Mittels Zugfeder 3 wird der Sensorfühler so in Richtung Schweißfuge gezogen, daß die Bundrollen 1 auf der Schweißfugenkante abrollen. Eine Druckfeder 4 bewirkt eine seitliche Kraftkomponente in Richtung der Bundrollen 1, die den Kontakt der Bundrollen 1 mit der Schweißfugenkante herbeiführt.

Bei Richtungsänderung des Verlaufes der Schweißfuge wandern die Bundrollen 1 seitlich aus und bewegen damit den gesamten Sensorfühler in seitlicher Richtung um den Festpunkt 5. Damit spricht der an dieser Stelle installierte Wegaufnehmer A6 an, der die Wegauslenkung des Fühlers in ein elektrisches Signal umsetzt. Dieses wird mit einem Sollwert verglichen und löst über die nachfolgende Elektronik die Verstellung des Brennerkopfes durch Stellmotoren aus. Ist die voreingestellte oder neutrale Lage erreicht, ergibt der Spannungsvergleich Null und die Bewegung des Stellmotors wird beendet.

Die Brennerhöhe wird durch den Kugeltaster 2 gesteuert. Bei Abweichungen vom voreingestellten Abstand wird über Kugeltaster 2 und Hebel, Wegaufnehmer B7 gegen den Federdruck der Druckfeder 9 betätigt. (Federkonstante C3 der Zugfeder 3> Federkonstante C9 der Druckfeder 9). Die Vorstellung des Brenners erfolgt in gleicher Weise über Stellmotor, wobei hier ein bestimmmter Spannungswert des Wegaufnehmers B7 einer bestimmten Höheneinstellung des Brennerkopfes zugeordnet ist.

Claims (3)

1. Verfahren zur dreidimensionalen Schweißfugenabtastung beim Schweißen der Füllagen mit vorzugsweise Umlauf-Schweißautomaten unter Verwendung eines Kugeltasters, gekennzeichnet dadurch, daß sowohl der Schweißfugenverlauf durch Abtasten der Oberflächenmitte der vorangegangenen Lage, als auch die Höhe der bereits geschweißten Lagen und die Schweißfugenbreite erfaßt, einem Wandlerelement zugeführt, durch bekannte Wegaufnehmer aufgenommen, elektronisch verstärkt und als Ansteuersignale für die Stellmotoren der Brennerpositionierung zur Verfügung gestellt werden.

-1-Patentansprüche:

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die von den Wegaufnehmern (7; 8) bereitgestellte Spannung als analoger Wert für die Schweißfugenbreite und -tiefe (Schweißfugenquerschnitt) zur Summe zusammengefaßt als proportionaler Wert für die automatische Steuerung der Schweißparameter „Fahrgeschwindigkeit", „Pendelfrequenz" und „Drahtvorschubgeschwindigkeit" dient.

3. Sensorfühler zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der exakt auf der Oberflächenmitte der jeweils vorangegangenen Schweißlage vorlaufende Kugeltaster (2) über einen Hebelmechanismus, Federn (3; 4) und Gleitstück (10) mit einem, auf der Schweißfugenkante geführten Bundrollenpaar (1) so gekoppelt ist, daß unabhängig von der Höhenbewegung der Kugel (2), die Nahtbreite über axiale Verschiebung der Bundrollen zueinander und die Nahtmitte durch die Auslenkung beider Bundrollen (1) registriert werden kann.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ermöglicht beim Schutzgasschweißen mit kontinuierlich abschmelzender Drahtelektrode das automatische Führen des Schweißbrenners entsprechend dem Verlauf der Schweißfuge bei gleichzeitiger Anpassung des Brennerabstandes und der Pendelamplitude und ist besonders geeignet für das automatische Schweißen der Füllagen bei Schweißautomaten, insbesondere Umlaufschweißautomaten.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für die Schweißfugenabtastung beim Schutzgasschweißen sind im wesentlichen zwei Verfahren bekannt. Das erste beruht auf dem Prinzip der berührungslosen, z. B. induktiven Abtastung. Die erfaßten Werte werden während eines Kaltlaufes im Rechner gespeichert, beim Schweißvorgang positionsgleich zum Kaltlauf abgerufen und im Programm verarbeitet z. B. DD-WP 0156423. Für das Verfahren ist die Verfügbarkeit elektronischer Rechentechnik an der jeweiligen Arbeitsstelle nötig. Durch den erforderlichen Kaltlauf ist ein unproduktiver Zeitanteil technologisch erforderlich. Das zweite Prinzip beruht auf berührender Abtastung und Umwandlung der dabei erfolgten Wegauslenkung in elektrische Signale durch Wegaufnehmer. Zum Beispiel ist mit DD-WP B 23 Q/247740.0 ein zweidimensionaler Schweißfugenabtaster vorgeschlagen worden, der auf diesem Prinzip beruht. Tastelement ist hier eine Kugel, die in der Schweißfuge längs einer Nahtflanke läuft. Damit wird der Höhen- und Seitenverlauf erfaßt. Bedingt durch toleranzbehaftete Nahtvorbereitung, insbesondere stark unterschiedliche Flankenwinkel und Fugenbreite wird der Wert für die Höhe jedoch entscheidend verfälscht. Die Fugenbreite kann damit nicht erfaßt werden. Damit wird ein automatisches Arbeiten ohne das Eingreifen von Bedienkräften, besonders unter Baustellenbedingungen, wo eine exakte Nahtvorbereitung nicht gegeben ist, unmöglich.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, beim Schutzgasschweißen mit abschmelzender Drahtelektrode eine genaue, dem Schweißfugenverlauf entsprechende Nachführung des Brenners auch unter Baustellenbedingungen, zu gewährleisten. Ziel der Erfindung ist damit gleichzeitig die weitere Erhöhung des Automatisierungsgrades und Steigerung der Arbeitsproduktivität beim Schutzgasschweißen von Rohren großer Nennweite. · .

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt der Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Schweißfugenabtastung sowie einen Sensorfühler zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln, der geeignet ist, die Schweißfugenmaße gleichzeitig in drei Dimensionen zu ermitteln und für eine Korrektur toleranz-und fertigungsbedingter Abweichungen der Schweißnaht bei automatischer Brennerführung zu nutzen. Erfindungsgemäß wird dazu durch einen Sensorfühler als Meßglied sowohl der Schweißfugenverlauf durch Abtasten der Oberflächenmitte der vorangegangenen Lage, die Höhe der bereits geschweißten Lagen und die Schweißfugenbreite erfaßt und einem Wandlerelement zugeführt. Die Werte werden durch bekannte Wegaufnehmer, beispielsweise auf der Basis von Halbleiter-Dehnmeßstreifen, aufgenommen, elektronisch ausgewertet, verstärkt und als Ansteuersignal für die Stellmotoren der Brennerpositionierung zur Verfügung gestellt. Gleichzeitig wird die von den Wegaufnehmern bereitgestellte Spannung; die als analoger Wert für Schweißfugenbreite und -tiefe (Schweißfugenquerschnitt) zur Verfügung steht, zur Steuerung der Schweißparameter „Fahrgeschwindigkeit", „Pendelfrequenz" und „Drahtvorschubgeschwindigkeit" genutzt. Der räumliche Abstand desSonsorfühlersvom Brenner wird durch eine Zeitverzögerungsschaltung kompensiert, so daß das Ansprechen der Stellmotoren an der richtigen Stelle erfolgt. Der beispielsweise an einem als Vorschubgerät dienenden Fahrwagen befestigte Sensorfühler besteht aus einem, exakt auf der .Oberflächenmitte der vorangegangenen Lage verlaufenden Kugeltaster der über einen Hebelmechanismus, Federn und ein Gleitstück erfindungsgemäß mit einem auf der Schweißfugenkante geführten Bundrollenpaar so gekoppelt ist, daß unabhängig