DD253201B1

DD253201B1 - Sensoranordnung zur schweissbrennerfuehrung

Info

Publication number: DD253201B1
Application number: DD29513286A
Authority: DD
Inventors: Otto Prof Dr Sc Nat Fiedler; Karsten Dipl-Ing Kruse; Thomas Dipl-Ing Luschtinetz
Original assignee: Luschtinetz Thomas Dipl Ing
Priority date: 1986-10-09
Filing date: 1986-10-09
Publication date: 1992-11-26
Also published as: DD253201A1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Sensoren zur Führung von Schweißbrennern längs vorgegebener Werkstückkanten, insbesondere zum Schweißen von Stegen, Gurten und Profilblechen auf zu versteifende Unterlagen.

Die Anordnung wird vorteilhaft dort eingesetzt, wo geringe Abstände zwischen den Versteifungen und zwischen Versteifung und Wand vorhanden sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Literatur gibt es zahlreiche Vorschläge zur Realisierung und Anwendung von Führungssensoren für Schweißroboter. (Schweißtechnik Jahrgang 32,1982, Heft 7; Wiss. Zeitschrift W.-P.-Universität Rostock 34. Jahrgang 1985, Heft 3). In der Mehrzahl sind es induktive Sensoren, mit denen die Umgebung durch ein magnetisches Wechselfeld abgetastet wird. Der magnetische Fluß wird durch magnetisierbares Wandmaterial verstärkt, zum anderen durch Wirbelstrombildung in elektrisch leitender Wand geschwächt. Nach dem Verstärkungseffekt arbeiten vornehmlich Transformator- und Differentialtransformator-Sensoren, die Wirbelstromdämpfung nutzen induktive Oszillatorsensoren. Mehrere Oszillatorsensoren können z. B. als Zeile nach DE-PS 3100486 oder für Kehlnahtsensierung nach DD-PS 251304 angeordnet werden. Die Abmessungen des einzelnen Gebers als auch die gegenseitige Beeinflussung erlauben jedoch keine kleinmaßigen Anordnungen. Bei Transformatorensensoren ist die Anpassung des flußführenden hochpermebeablen Kerns an die Sensieraufgabe nach DE 3326476 und nach DD-PS 214316 üblich. Wie in der Erfindung nach DE-OS 3326476 dargelegt, erhöht eine Annäherung der Schenkelenden bei Differentialtransformatoren mit Ε-Kern die Empfindlichkeit, damit verbunden ist jedoch bekanntermaßen eine Verringerung der maximalen Sensierentfernung. Dieser Mangel ist durch die Geberausführung als Differentialmeßspule nach DD-PS 214316 nur für eindimensionale Abstandssensoren behebbar

Sind kleine Abtastflächen gefordert, so müßten kapazitive Sensoren den Vorzug erhalten.

Die bekannten induktiven Sensorführungssysteme haben somit den Mangel, daß sie in engen Passagen, z. B. in einer dichten Folge von Versteifungselementen oder an Stegblechen, die in Wandnähe zu verschweißen sind, nicht oder nur teilweise einsetzbar sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Automatisierung von Schweißarbeiten auch für geringe geometrischen Abmessungen und Strukturen der Werkstücke, enge Passagen und Toleranzen zu ermöglichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Sensoranordnung zu schaffen, die dichte Folgen von Versteifungselementen und enge Passagen erfaßt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer spitzwinkligen Anordnung zweier induktiver Sensoren in einer tragenden Halterung über dem Brenner gelöst, wobei die Köpfe der beiden Sensoren, von denen einer die Führung in x-Richtung und der andere in y-Richtung sichert, dicht zusammengeführt sind und sich ihre Sensierräume innerhalb und außerhalb des Bauteils überlagern. Beide Sensoren sind mit unterschiedlicher Arbeitsfrequenz beaufschlagt. Es sind Stabsensoren mit kleinem Durchmesser deren Arbeitsfrequenzen im Bereich von 1 bis 4kHz liegen und in diesem Bereich für Eisen und Nichteisenmetalle

nahezu die gleiche Abstandsempfindlichkeit haben. Die Arbeitsfrequenzen der beiden Sensoren unterscheiden sich um mindestens eine Bandbreite des oder der Bandfilter (s) der anschließenden Sensorauswerteelektronik.

Das spitzwinklige Sensorpaar ist auf eine der oberen Kanten des zu schweißenden Bauteiles ausgerichtet oder auf die rückseitige Kehle dieses Teiles.

Die induktiven Sensoren sind angeschlossen an jeweils bekannte elektronische Auswerteschaltungen mit an sich bekannten Korrekturschaltungen.

Vorteil der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ist, daß ein automatisiertes Schweißen von kleinmaßigen oder in einer dichten Folge angeordneten Versteifungselementen oder Stegblechen mittels eines induktiven Sensorführungssystems ermöglicht werden kann.

Ausführungsbeispiet

An Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 bis 3: Prinzipanordnung induktiver Stabsensoren zur Abstandssensierung an den Oberkanten eines Versteifungssteges Fig. 4: Prinzipanordnung induktiver Stabsensoren zur Abstandsmessung an der rückseitigen Kehle des Steges

Fig. 5: Frequenzabhängigkeit der Empfindlichkeit induktiver Stabsensoren für Eisen und Aluminium.

In Figur 1 ist eine Anordnung zweier induktiver Stabsensoren 1 in einer tragbaren Halterung 2, die am Brennerhals 3 befestigt ist, dargestellt. Die Achsen beider Sensoren laufen spitzwinklig zusammen, so daß die Sensierköpfe einen kleinen Abstand zueinander haben. In dieser Zusammenführung gewährleisten sie eine Kantendetektion mit kleinen zusammenliegenden Abtastflächen. Der Sensor für die y-Richtung ist senkrecht auf die schmale Stegfläche des Versteifungssteges 4 und der Sensor für die x-Richtung schräg auf dessen Seitenflächen ausgerichtet. Beide Sensoren arbeiten bei Überlagerung ihrer Sensorräume im Bereich der oberen rechten Kante des Steges 4, der auf der Unterlage 5 geschweißt wird. In Fig. 2 und Fig. 3 sind Steganordnungen gezeichnet, wo eine rückseitige Sensierung schwer möglich ist. Hier erfolgt die Sensierung im Bereich der dem Brenner zugewandten Kante des Steges 4. In Fig. 3 ist auch der y-Sensor zur y-Achse geneigt.

Die Überlappung der Sensierräume für die x- und y-Richtung ist mit einer gegenseitigen Beeinflussung der Induktionsflüsse verbunden. Um diesen Einfluß auf das Meßergebniszu eliminieren, arbeiten beide Sensoren mit unterschiedlicher Frequenz. Die Differenz ihrer Arbeitsräume ist größer als die Bandbreite des Bandfilters der anschließenden Auswerteelektronik. Unterschiedliche Arbeitsfrequenz bedeutet jedoch unterschiedliche Empfindlichkeit. In Figur 5 ist die Frequenzabhängigkeit der Empfindlichkeit von induktiven Stabsensoren mit Trafoblechkernen für Eisen und Aluminium angegeben. Ein Maß für die Empfindlichkeit ist der Faktor K in der Abstandscharakteristik.

u₂ = Ku,/x² U₂ Meßspannung

Ui Erregerspannung χ Abstand zur Wand

K ist für Eisen positiv und für Nichteisenmetalle negativ. Man erkennt, daß es für die induktiven Sensoren einen optimalen Arbeitsfrequenzbereich gibt, nämlich größer als 1 kHz und kleiner als 4 kHz. Darin ist die Änderung des Betrages von K hinsichtlich der Arbeitsfrequenz und des Materials gering.

Fig. 4 zeigt die Prinzipanordnung eines induktiven Stabsensorpaares lan der Rückseite des zu schweißenden Steges 4 zur Sensierung in x- und y-Richtung in einem kleinen Bereich der Kehle. Diese Anordnung wird angewendet, wenn z. B. die Stegbleche unterschiedliche Höhen haben oder die oberen Kanten zur Sensierung nicht geeignet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

DD-PS 214316,251304 (B 23 к 9/12);

Schweißtechnische Information aus dem Zentralinstitut für Schweißtechnik der DDR M 702-84, Teil 1,1984, Abschnitt 3.4.3, Bild 14

Claims

1. Sensoranordnung zur Schweißbrennerführung für das automatisierte Schweißen von kleinmaßigen oder in einer dichten Folge angeordneten Versteifungselementen oder Stegblechen unter Verwendung von an einer tragenden Halterung angebrachten induktiven Stabsensoren für die Führung des Schweißbrenners in x- und y-Richtung, gekennzeichnet durch zwei einen spitzen Winkel einschließende, mit ihren Stirnflächen auf die zu sensierenden Flächen gerichtete induktive Stabsensoren, die an einem am Brenner (3) angeordneten auskragenden Halter befestigt und mit jeweils unterschiedlicher Arbeitsfrequenz beaufschlagt sind.

2. Sensoranordnung nach Anspruch !,gekennzeichnet durch Ausrichtung der Stabsensoren (1) auf eine der oberen Kanten des zu verschweißenden Bauteiles oder auf die rückseitige Kehle dieses Bauteiles.

3. Sensoranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Arbeitsfrequenzen der Sensoren im Bereich von 1 bis 4 kHz.

4. Sensoranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Arbeitsfrequenzen, die sich voneinander um mindestens eine Bandbreite des Bandfilters der anschließenden Sensorauswerteelektronik unterscheiden.