DE2356491B2 - Steueranordnung fuer eine schweisseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Steueranordnung für die Durchführung von kontinuierlichen Schweißarbeiten an einem relativ zur Schweißeinrichtung bewegtem Werkstück, mit einer der Schweißeinrichtung in Bewegungsrichtung des Werkstückes vorgeschalteten Beleuchtungseinrichtung mit Strahlenquelle zur Erzeugung eines Kontrastbildes mit einer scharfen Kontrastlinie auf der der Schweißeinrichtung zugewandten Oberfläche beider Werkstückteile und mit einem auf die der Schweißeinrichtung zugewandten Oberfläche des Werkstückes gerichteten, das Kontrastbild messenden sowie ein dementsprechendes elektrisches Signal abgebenden Strahlendetektor als Eingabeglied für eine Steuerkette zum Steuern der Schweißeinrichtung, wobei die Beleuchtungseinrichtung unter einem anderen Winkel zur Normalen der Oberfläche des Werkstückes als der Strahlendetektor auf die der Schweißeinrichtung zugewandte Oberfläche des Werkstückes gerichtet ist.

Bei einer bekannten gattungsgemäßen Steueranordnung (US-PS 3135 857) wird von der Lichtquelle lediglich ein Strahlenbündel auf die Oberfläche der Werkstückteile gerichtet. Die durch das Strahlenbündel _ho im Bereich von Überlappungen oder Stoßfugen hervorgerufenen Schattenlinien im Konlrastbild werden zur Steuerung der Schweißeinrichtung benutzt. Auf diese Weise können insbesondere Bruchstellen mit verhältnismäßig unregelmäßigem Verlauf durch eine ^ entsprechende zusätzliche seitliche Steuerung der Schweißeinrichtung verschweißt werden. Bei diesen bekannten Anordnungen stört, daß eine definierte dreidimensionale Erfassung der Gegenstände nicht erzielbar ist. Insoweit ist also keine Steuerung des Schv/eißvorganges erreichbar. Insbesondere kann mit dem Lichtdetektor keine Aussage getroffen werden, welche Dickenunterschiede die miteinander zu verschweißenden Werkstückteile an der Oberseite aufweisen und in welche Art und Weise sie orthogonal zur Bewegungsrichtung einander zugeordnet sind. Danach müssen jedoch Schweißparameter eingerichtet werden. Bei der bekannten Steueranordnung lassen sich somit zwar Informationen über die Lage der Trennlinie zwischen den beiden Werkstückteilen ermitteln, die zur Führung der Schweißeinrichtung ausgenutzt werden, eine Steuerung der Schweißparameter, wie Spannung, Strom, Zuführgeschwindigkeit der Elektrode, Vorschubgeschwindigkeit usw. ist jedoch nicht erzielbar. Das gilt auch für eine gattungsfremde Steuereinrichtung (K. M. Demchenko »Automatic Electrode Guidance System for Butt Joints«, Svar Proitz 1970, Nr. 2, S. 19—20 und S. V a i s b a η d, A. B. V ο i t s c h k ο ν s k i und A. P. Zhurishkin»A Television System for Automatically Guiding Electrodes Along Butt Welds«, Avt. Svarka. 1971, No. 7. S. 49—52) bei der die Lichtquelle unter den durch eine Stoßnaht zu verbindenden Werkzeugteilen angeordnet ist. Auch bei diesem Aufbau wird lediglich der Verlauf der Stoßfuge markiert und die so erhaltene Aussage zur Steuerung der Schweißeinrichtung ausgenutzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Steueranordnung so weiter auszubilden, daß nicht nur eine Führung der Schweißeinrichtung, sondern eine Steuerung der Schweißparameter ermöglicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Beleuchtungsanordnung eine die Strahlen der Strahlenquelle teilweise abschirmende Blende aufweist, die eine quer zur Bewegungsrichtung verlaufende Kontrastlinie erzeugt.

Die erreichten Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß quer über die Trennlinie der beiden Werkstückteile eine scharfe Kontrastlinie erzeugt wird, deren vom Lichtdetektor gemessene Verformung in ein elektrisches Steuersignal umgewandelt wird. Überraschenderweise enthält diese Kontrastlinie und enthält daher auch das Steuersignal Informationen nicht nur für die Lage der Trennlinie der beiden Werkstückteile, sondern auch ausreichende Informationen über Breite und Tiefe der Schweißnaht, so daß nicht nur eine Führung der Schweißeinrichtung, sondern auch eine Steuerung der Schweißparameter (wie Spannung, Strom, Zuführgeschwindigkeiten der Elektrode, Vorsclhubgeschwindigkeit usw.) durchgeführt werden kann. Zu besonders deutlichen Signalen kommt man dann, wenn der Abstand der Blende v<->n der Werkstückoberfläche kleiner ist als der Abstand von der Strahlenquelle. Der Strahlendetektor kann aus einer Fernsehkamera bestehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. I schematisch im Schnitt die Beleuchtungseinrichtung und den zugeordneten Lichtdetektor,

F i g. 2 eine Steueranordnung nach der Erfindung mit einem mit Auftragschweißung versehenen Werkstück,

F i g. 3 eine Steueranordnung nach der Erfindung zur Steuerung einer anderen Schweißeinrichtung,

Fig.4 eine weitere Ausführungsform der Steueranordnung, bei welcher ein durch kohärente Strahlen erzeugte Schattenbild zur Herstellung von Hologram-

men verwendet werden kann.

ρ i e. 1 zeigt schematisch, daß die Steueranordnung im Prinzip eine Lichtquelle 1 aufweist, welche auf einem Werkstück 4, dessen Oberfläche untersucht werden soll, einfallendes Licht erzeugt. Eine Blende 2 ist zwischen dieser Lichtquelle 1 und dem Werkstück 4, und zwar so nahe wie möglich am Gegenstand, angeordnet, um ein Schattenbild mit scharf abgegrenzten Umrissen zwischen erleuchteten und abgeschirmten Flächen auf der Oberfläche des Werkstückes zu erzeugen. Eine Einrichtung zur fotoelektrischen Umwandlung, vorzugsweise eine Fernsehkamera als Lichtdetektor 3, ist auf dieses Schattenbild auf der Oberfläche ausgerichtet. Das Schattenbild kann sich längs der Oberfläche des Gegenstandes bewegen, indem die Lichtquelle und/oder die Abschirmung gegenüber dem Werkstück 4 bewegt wird. Durch die Relativbewegung zwischen dem Werkstück 4 und einem oder mehreren Teilen der Beleuchtungseinrichtung 1, 2 oder 3 der Steueranordnung kann man Fernsehbilder über eine Zeitspanne erhalten, welche eine vollständige dreidimensionale Beschreibung der Oberfläche ergeben.

F i g. 2 zeigt ein spezielles Ausführungsbeispiel einer Steueranordnung. Um zu erreichen, daß der Umriß des Schattenbildes auf dem Werkstück 4 scharf ist, wird die Lichtquelle 1 nach Möglichkeit als Punktlichtquelle ausgebildet, während die Blende 2 in beträchtlichem Abstand von der Lichtquelle 1 angeordnet ist, jedoch dicht an der zu untersuchenden Oberfläche des Werkstückes 4. Die Blende 2 besitzt einen geraden jo Schlitz 2A₁ welcher durch die einfallenden Lichtstrahlen 1/1 seitens der Lichtquelle 1 beleuchtet wird. Die Kante dieses Schlitzes 2A ergibt infolgedessen einen scharfen Umriß einer beleuchteten Fläche auf der Oberfläche des Werkstückes 4, welche von Schatten umgeben ist. Diese helle Fläche zeigt sich als geradliniges Band an den Stellen, an denen die Oberfläche des Werkstückes eben ist während außerhalb der ebenen Bereiche das Band die Unregelmäßigkeiten der Oberfläche aufzeigt. Eine Fernsehkamera 3 als fotoelektrischer Wandler ist auf das Schattenbild ausgerichtet, um es auf dem Bildschirm wiederzugeben, wodurch diese Kamera Videosignale erzeugt, die einer Einrichtung 7 zur Signalverarbeitung zugeleitet werden, welche die zeitlichen Veränderungen in den Videosignalen aufzeichnet. Diese Einrichtung 7 gibt dann ein elektrisches Ausgangssignal ab, welches ein direkter Ausdruck der Gestaltung und der Stelle des Schattenbildes innerhalb des Fernsehbildes ist. Das Oszilloskop 6 und der Monitor 5 sind nicht unbedingt für die erfindungsgemäße Steueranordnung erforderlich, sind jedoch äußerst praktisch zur Überwachung des Videosignals und des Fernsehbildes selbst. Die Lichtquelle 1, die Blende 2 und die Fernsehkamera 3, welche insgesamt auf der Einrichtung G angeordnet sind, können als Einheit gegenüber dem Werkstück 4 v, verschoben werden.

Ein spezielles Anwendungsbeispid einer Vorrichtung ist in F i g. 3 dargestellt, wobei eine Lichtquelle 1 senkrecht über einer geraden Kante der Blende 2 angeordnet ist, so daß die Fernsehkamera 3 ein _Ki Schattenbild aufzeichnen kann, welches einen Umriß besitzt, welcher die Form der Fläche des Werkstückes 4 rechtwinklig zum Verlauf der herzustellenden Schweißnaht wiedergibt. Dies wird mittels des Monitors 5 wiedergegeben, welcher ein Schattenbild mit V-förmi- .,·, gern Umriß zeigt, welches der Verbindungsstelle zwischen zwei zu verschweigenden Werkstückteilen 4, in diesem Fall von zwei Platten 4, entspricht. Die Wellenform des Videosignals seitens der Fernsehkamera 3 wird am Oszilloskop 6 sichtbar gemacht. Dieses Videosignal wird in der Einrichtung 7 zur Signalverarbeitung umgewandelt, welche über eine gewisse Zeitspanne eine vollständige dreidimensionale Beschreibung der Form der Plattenoberfläche für den Computer 8 erzeugen kann. Aufgrund dieser Information bezüglich der Form und der Stelle der herzustellenden Schweißnaht kann der Computer 8 die Schweißmaschine It führen. Die zwischengeschalteten Signalüberträger 9 und 10 sind vorgesehen, um Signale über Kabel vom Computer 8 zur Schweißmaschine 11 zu übertragen. Eine Abschirmung 12 auf der Schweißmaschine verhindert, daß der SchweiBbogen das durch die Fernsehkamera aufzuzeichnende Schattenbild stört. Die Führung der Steueranordnung längs der herzustellenden Schweißnaht gemäß F i g. 3 ergibt eine vollständige Beschreibung der Oberfläche des Werkstückes. Dies setzt eine schnelle und vollständige Aufzeichnung der von der Fernsehkamera erzeugten Information im Computer 8 voraus, was sich ohne weiteres durch allgemein bekannte technische Anordnungen erzielen läßt Auf diese Weise werden mit Hilfe der Steueranordnung eine Aufzeichnung der Stelle, der Form und der Abmessung der herzustellenden Schweißnaht sowie vorhandener Heftstellen, jegliche Verschiebung oder Divergenz der Platten, der Winkel zwischen den Platten und die Geometrie vorher angebrachter Schweißungen unter anderem erreicht. Auf diese Weise kann die Vorrichtung die Arbeit einer großer Anzahl spezialisierter handelsüblicher Indikatoren ausführen, gleichgültig, ob sie mechanisch, pneumatisch, magnetisch oder elektronisch arbeiten.

Ganz allgemein läßt sich feststellen, daß sich mit Hilfe der Steueranordnung, d. h. des Schattenbildindikators, die Geometrie der vollständigen Oberfläche des Werkstückes aufzeichnen läßt. Dies läßt sich sehr schnell durchführen, da die Fernsehkamera alle 0,02 see ein Schattenbild an den Computer liefert.

Wie bereits erwähnt und wie dies im Fernsehbild auf dem Monitor 5 in Fig. 3 zu sehen ist, ergibt der Schattenbildumriß eine Information über die Form der Verbindungsstelle (im Bild V-förmig), über ihre Abmessung und ihren lokalen Verlauf. Dadurch lassen sich die Arbeitsparameter wie Spannung, Strom, Zuführgeschwindigkeit der Elektrode, Vorschubgeschwindigkeit usw. der automatischen Schweißmaschine ebenso steuern wie die Führung dieser Schweißmaschine längs der Verbindungsstelle. Unter allen Umständen muß in das Computerprogramm ein Verzögerungsmechanismus eingebaut werden, welcher der Zeitspanne entspricht, die zwischen der Aufzeichnung eines bestimmten Querschnittes durch das Schattenbild und das Eintreffen der Schweißmaschine an dieser Stelle abgelaufen ist. Zu diesem Zweck kann man die Fernsehkamera längs der gesamten Verbindungsstelle vorlaufen lassen und die Information zwecks nachfolgender Führung der Schweißmaschine speichern.

Bei einer Führung der Vorrichtung selbst längs der Verbindungsstelle wird zweckmäßigerweise eine kleine Einkerbung in der Abdeckkante 2A der Blende 2 vorgesehen. Diese Einkerbung kann V-förmig sein, was sich auf dem Monitor 5 in F i g. 3 als Einkerbung in der rechter. Kante des beleuchteten Bereiches zeigen würde. Die Führung kann dann vom Computer oder von einer Bedienungsperson durchgeführt werden, welche die Steueranordnung derart anordnet, daß sie ständig gegenüber beiden V-'örmigen Spuren im Bild ausge-

richtet ist.

F i g. 4 zeigt, wie eine Steueranordnung zur Erzeugung eines Hologramms verwendet werden kann. Von einem Laser 1 werden durch das Loch in einem Schirm 17 kohärente Strahlen projiziert, welche durch eine Linse 16 hindurchfallen. Ein Teil der Strahlen wird von einem Spiegel 14 auf einen fotografischen Film 15 reflektiert, während der Rest das zu überprüfende Werkstück 4 erreicht, mit Ausnahme der Strahlen, welche von einem beweglichen Schirm 2, dessen Schatten auf dem Gegenstand erscheint, unterbrochen werden. Durch Interferenz zwischen der Sitreustrahlung 1B von der Oberfläche des Werkstückes 4 und der vom Spiegel 14 zeichnet der Film 15 ein dreidimensionales holografisches Bild auf.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Steueranordnung für die Durchführung von kontinuierlichen Schweißarbeiten an einem relativ zur Schweißeinrichtung bewegtem Werkstück — mit einer der Schweißeinrichtung in Bewegungsrichtung des Werkstückes vorgeschalteten Beleuchtungseinrichtung mit Strahlenquelle zur Erzeugung eines Kontrastbildes mit einer scharfen Kontrastlinie auf der der Schweißeinrichtung zugewandten Oberfläche beider Werkstückteile und mit einem auf die der Schweißeinrichtung zugewandten Oberfläche des Werkstückes gerichteten, das Kontrastbild messenden sowie ein dementsprechendes elektrisches Signal abgebenden Strahlendetektor als Eingabeglied für eine Steuerkette zum Steuern der Schweißeinrichtung, wobei die Beleuchtungseinrichtung unter einem anderen Winkel zur Normalen der Oberfläche des Werkstückes als der Strahlendetektor auf die der Schweißeinrichtung zugewandte Oberfläche des Werkstückes gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsanordnung (1, 2, 13) eine die Strahlen der Strahlenquelle (1,13) teilweise abschirmende Blende

(2) aufweist, die eine quer zur Bewegungsrichtung verlaufende Kontrastlinie erzeugt.

2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Blende (2) von der Werkstückoberfläche kleiner ist als der Abstand von der Strahlenquelle (1,13).

3. Steueranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlendetektor

(3) aus einer Fernsehkamera besteht.

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