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Title:
METHOD AND DEVICE FOR SCANNING A WORKPIECE SURFACE OF A METAL WORKPIECE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/002141
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device and to a method for scanning a workpiece surface (2A) of a metal workpiece (2), in which method a welding torch (3) having a welding wire electrode (4) is moved relative to the workpiece surface (2A) in order to determine scanning values and a wire end (4A) of the welding wire electrode (4) is moved toward the workpiece surface (2A) in a recurring manner until contact with the metal workpiece (2) is detected at the scanning position (P) in question on the workpiece surface (2A) of the metal workpiece (2) and subsequently the wire end (4A) of the welding wire electrode (4) is moved back, scanning values (d) being sensed multiple times at some scanning positions (P) by means of the welding torch (3) in order to determine scanning measurement errors.

Inventors:
MAYER, Manuel (Fluchtwang 27, 4650 Edt bei Lambach, 4650, AT)
WALDHÖR, Andreas (Emesbergstraße 22, 4643 Pettenbach, 4643, AT)
ARTELSMAIR, Josef (Hiersdorf 59, 4552 Wartberg, 4552, AT)
SÖLLINGER, Dominik (Bahnhofplatz 3, 4631 Krenglbach, 4631, AT)
Application Number:
EP2018/066798
Publication Date:
January 03, 2019
Filing Date:
June 22, 2018
Export Citation:
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Assignee:
FRONIUS INTERNATIONAL GMBH (Froniusstrasse 1, 4643 Pettenbach, 4643, AT)
International Classes:
B23K9/12; B23K9/173; B23K9/32
Foreign References:
JP2007090390A2007-04-12
US20020011474A12002-01-31
US5399837A1995-03-21
US20060157533A12006-07-20
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
ISARPATENT - PATENT- UND RECHTSANWÄLTE BEHNISCH BARTH CHARLES HASSA PECKMANN UND PARTNER MBB (Friedrichstraße 31, München, 80801, DE)
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Claims:
A SPRÜCHE

1. Verfahren zum Abtasten einer Werkstückoberfläche (2A) ei¬ nes metallischen Werkstückes (2), bei dem ein Schwei߬ brenner (3) mit einer Schweißdrahtelektrode (4) zur Be¬ stimmung von Abtastwerten relativ zur Werkstückoberfläche (2A) bewegt und ein Drahtende (4A) der Schweißdrahtelekt¬ rode (4) wiederkehrend zu der Werkstückoberfläche (2A) hinbewegt wird, bis jeweils ein Kontakt mit dem metalli¬ schen Werkstück (2) an einer Abtastposition (P) auf der Werkstückoberfläche (2A) des metallischen Werkstückes (2 ) detektiert wird und das Drahtende (4A) der Schweißdraht¬ elektrode (4) anschließend zurückbewegt wird,

wobei durch den Schweißbrenner (3) Abtastwerte (d) an Ab¬ tastpositionen (P) zumindest teilweise mehrfach zur Er¬ mittlung von Abtastmessfehlern erfasst werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

wobei das Drahtende (4A) der Schweißdrahtelektrode (4) aus dem Schweißbrenner (3) herausragt und mit einem ein¬ stellbaren Bewegungsprofil und/oder einer einstellbaren Bewegungsfrequenz hin- und zurückbewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

wobei der Schweißbrenner (3) mit der Schweißdrahtelektro¬ de (4) auf einer Abtastspur relativ zur Werkstückoberflä¬ che (2A) des metallischen Werkstückes (2) zur Bestimmung erster Abtastwerte an Abtastpositionen und anschließend auf der gleichen Abtastspur zur Bestimmung zweiter Ab¬ tastwerte an den Abtastpositionen bewegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3,

wobei die entlang der Abtastspur bestimmten ersten Ab¬ tastwerte (d) und die entlang der Abtastspur bestimmten zweiten Abtastwerte (d') zur Ermittlung von Abtastmess¬ fehlern verglichen werden.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schweißdrahtelektrode (4) durch Antriebsrollen (10A, 10B) zur Reduzierung von Abtastmessfehlern in Ab¬ hängigkeit der ermittelten Abtastmessfehler ein Bewe¬ gungsprofil und/oder eine Bewegungsfrequenz der Schwei߬ drahtelektrode angepasst wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Bewegung der Schweißdrahtelektrode (4) zur Überwachung einer durch Antriebsrollen (10A, 10B) auf die Schweißdrahtelektrode (4) an einer Andrucksteile einer Drahtoberfläche der Schweißdrahtelektrode (4) erfolgten Kraftübertragung erfasst wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6,

wobei auf Grundlage der erfassten Drahtbewegung der

Schweißdrahtelektrode (4) eine durch die Antriebsrollen

(10A, 10B) bewirkte Oberflächenabnutzung an der Andruck¬ steile der Drahtoberfläche der Schweißdrahtelektrode (4) automatisch detektiert wird und die Schweißdrahtelektrode

(4) zur Reduzierung von hierdurch hervorgerufenen Abtast¬ messfehlern durch die Antriebsrollen (10A, 10B) zu einer anderen Andrucksteile befördert wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,

wobei die zur Beförderung der Schweißdrahtelektrode (4) vorgesehenen Antriebsrollen (10A, 10B) durch einen Elekt¬ romotor (9) angetrieben werden, dessen Motordrehzahl und/oder dessen Motorstromsignal zur Erfassung der Draht¬ bewegung der Schweißdrahtelektrode (4) überwacht wird.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,

wobei ein durch die Antriebsrollen (10A, 10B) an einer Andrucksteile der Schweißdrahtelektrode (4) bewirkte Oberflächenabnutzung der Drahtoberfläche der Schwei߬ drahtelektrode (4) anhand eines markanten Rauschens in einem Motordrehzahlsignal und/oder in dem Motorstromsig¬ nal detektiert wird.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,

wobei nach Ablauf einer vorgegebenen Abtastbetriebszeit , nach Erreichen einer vorgegebenen Abtaststrecke und/oder nach Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Abtastwerten die aus dem Schweißbrenner (3) herausragende Schwei߬ drahtelektrode (4), die zur Abtastung der Werkstückober¬ fläche (2A) verwendet wird, um eine vorgegebene Länge aus dem Schweißbrenner (3) herausbefördert und abgeschnitten wird .

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,

wobei nach Detektion einer Oberflächenabnutzung der

Drahtoberfläche der Schweißdrahtelektrode (4) die aus dem Schweißbrenner (3) herausragende Schweißdrahtelektrode (4), die zur Abtastung der Werkstückoberfläche (2A) ver¬ wendet wird, um eine vorgegebene Länge aus dem Schwei߬ brenner (3) herausbefördert und abgeschnitten wird.

12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,

wobei ein mechanischer Kontakt des Drahtendes (4A) der Schweißdrahtelektrode (4) mit der Werkstückoberfläche (2A) des Werkstückes (2) elektrisch erfasst wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

wobei eine mechanische Kontaktierung der Werkstückober¬ fläche (2A) durch das Drahtende (4A) der Schweißdraht¬ elektrode (4) durch Auswertung eines Motordrehzahlsignals und/oder eines Motorstromsignals des für den Antrieb der Antriebsrollen (10A, 10B) vorgesehenen Elektromotors (9) detektiert wird.

14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 13,

wobei ein Bewegungsprofil und/oder eine Bewegungsfrequenz der Schweißdrahtelektrode (4) in Abhängigkeit eines Mate¬ rials der Schweißdrahtelektrode (4) eingestellt wird.

15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 14,

wobei das Drahtende (4A) der Schweißdrahtelektrode (4) einen Werkzeugbezugspunkt, TCP, bildet, der mittels eines Kalibrierkörpers (32) zur Reduzierung von Abtastmessfeh¬ lern kalibriert wird.

16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 15,

wobei die an dem Drahtende (4A) der Schweißdrahtelektrode (4) anliegende elektrische Spannung (U) vor der Abtastung der Werkstückoberfläche (2A) auf einen definierten Wert eingestellt wird und während der Abtastung der Werkstück¬ oberfläche (2A) des Werkstückes (2) die elektrische Span¬ nung (U) ungeregelt an dem Drahtende (4A) der Schwei߬ drahtelektrode (4) anlegt, sodass nach Detektion eines elektrischen Kontaktes des Drahtendes (4A) mit der Werk¬ stückoberfläche (2A) durch den aufgrund eines elektri¬ schen Kurzschlusses fließenden elektrischen Strom (I) die thermische Belastung der Schweißdrahtelektrode (4) gering gehalten wird.

17. Abtastvorrichtung für ein Schweißgerät (SG) zur Abtastung einer Werkstückoberfläche (2A) eines metallischen Werk¬ stückes (2 ) ,

wobei die Abtastvorrichtung (1) geeignet ist, zur Bestim¬ mung von Abtastwerten (d) einen Schweißbrenner (3) mit einer Schweißdrahtelektrode (4) relativ zur abzutastenden Werkstückoberfläche (2A) des Werkstückes (2) zu bewegen und dabei ein Drahtende (4A) der Schweißdrahtelektrode (4) bezüglich der Werkstückoberfläche (2A) wiederkehrend zunächst hinzubewegen, bis jeweils ein Kontakt mit dem metallischen Werkstück (2) an einer Abtastposition auf der Werkstückoberfläche (2A) des metallischen Werkstückes (2) detektiert wird und anschließend das Drahtende (4A) der Schweißdrahtelektrode (4) zurückzubewegen,

wobei durch den Schweißbrenner (3) Abtastwerte an Abtast¬ positionen auf der Werkstückoberfläche (2A) des metalli¬ schen Werkstückes (2) zumindest teilweise mehrfach zur automatischen Ermittlung von Abtastmessfehlern erfasst werden .

Description:
Verfahren und Vorrichtung zur Abtastung einer Werkstückoberfläche eines metallischen Werkstückes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtasten einer Werkstückoberfläche eines metallischen Werk ¬ stückes mittels einer Schweißdrahtelektrode.

Es sind herkömmliche AbtastSysteme bekannt, bei denen mittels mechanischer Bewegung eines Drahtstückes relativ zu einer Werkstückoberfläche eines Werkstückes die Werkstückoberfläche abgetastet und vermessen wird. Das Drahtstück eines derarti ¬ gen herkömmlichen AbtastSystems kann mithilfe von Antriebs ¬ rollen wiederkehrend vorwärts- und zurückbewegt werden. So ¬ bald ein Kontakt eines Drahtendes des Drahtstückes mit der Werkstückoberfläche des Werkstückes detektiert wird, wird das Drahtende des Drahtstückes zurückbewegt. Bei dieser Vorwärts- und Rückwärtsbewegung dieses Drahtstückes können hohe Be ¬ schleunigungskräfte auftreten, insbesondere beim Auftreffen des Drahtendes auf der Werkstückoberfläche. Darüber hinaus wirken auf das mechanisch bewegte Drahtstück Druckkräfte, welche durch die Antriebsrollen hervorgerufen werden. Die An ¬ presskräfte, welche auf das zur Vermessung herangezogene Drahtstück wirken, führen dabei zu einer Abnutzung der Draht ¬ oberfläche, insbesondere bei Drähten, die aus einem relativ weichen Material bestehen, beispielsweise bei Aludrähten oder dergleichen. Diese Drähte können sich unter Druck verformen, sodass die durch die Antriebsrollen aufgebrachten Klemmkräfte zunehmend nachlassen. Durch die hohen Beschleunigungen und die Oberflächenabnutzung entsteht ein Schlupf zwischen dem zur Abtastung bzw. Vermessung verwendeten Drahtes und den An ¬ triebsrollen, wodurch die Messergebnisse bei der Abtastung der Werkstückoberfläche des Werkstückes beeinträchtigt wer ¬ den. Aufgrund des Verschleißes des zur Ausmessung bzw. Abtas ¬ tung verwendeten Drahtstückes werden somit die Messergebnisse verfälscht bzw. beeinträchtigt. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtastung einer Werkstück ¬ oberfläche eines Werkstückes zu schaffen, bei der die Mess ¬ genauigkeit erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch ei ¬ ne Abtastvorrichtung mit den in Patentanspruch 17 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die Erfindung schafft demnach gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Abtasten einer Werkstückoberfläche eines metal ¬ lischen Werkstückes, bei dem ein Schweißbrenner mit einer Schweißdrahtelektrode zur Bestimmung von Abtastwerten relativ zur Werkstückoberfläche bewegt und ein Drahtende der Schweiß ¬ drahtelektrode wiederkehrend zu der Werkstückoberfläche hin ¬ bewegt wird, bis jeweils ein Kontakt mit dem metallischen Werkstück an einer Abtastposition auf der Werkstückoberfläche des metallischen Werkstückes detektiert wird und das Drahten ¬ de der Schweißdrahtelektrode anschließend zurückbewegt wird, wobei durch den Schweißbrenner Abtastwerte an Abtastpositio ¬ nen zumindest teilweise mehrfach zur Ermittlung von Abtast ¬ messfehlern erfasst werden.

Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ragt das Drahtende der Schweißdrahtelektrode aus dem Schweißbrenner heraus und wird mit einem einstellbaren Bewegungsprofil und/oder einer einstellbaren Bewegungsfre ¬ quenz hin- und zurückbewegt.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs ¬ gemäßen Verfahrens wird der Schweißbrenner mit der Schweiß ¬ drahtelektrode auf einer Abtastspur relativ zur Werkstück ¬ oberfläche des metallischen Werkstückes zur Bestimmung erster Abtastwerte an Abtastpositionen und anschließend auf der gleichen Abtastspur zur Bestimmung zweiter Abtastwerte an den Abtastpositionen bewegt. Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die entlang der Abtastspur bestimmten ers ¬ ten Abtastwerte und die entlang der Abtastspur bestimmten zweiten Abtastwerte zur Ermittlung von Abtastmessfehlern ver ¬ glichen .

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs ¬ gemäßen Verfahrens wird die Schweißdrahtelektrode durch An ¬ triebsrollen zur Reduzierung von Abtastmessfehlern in Abhän ¬ gigkeit der ermittelten Abtastmessfehler befördert.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs ¬ gemäßen Verfahrens wird eine Bewegung der Schweißdrahtelekt ¬ rode zur Überwachung einer durch Antriebsrollen auf die

Schweißdrahtelektrode an einer Andrucksteile einer Drahtober ¬ fläche der Schweißdrahtelektrode erfolgten Kraftübertragung erfasst .

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs ¬ gemäßen Verfahrens wird auf Grundlage der erfassten Drahtbe ¬ wegung der Schweißdrahtelektrode eine durch die Antriebsrol ¬ len bewirkte Oberflächenabnutzung an der Andrucksteile der Drahtoberfläche der Schweißdrahtelektrode automatisch detek- tiert und die Schweißdrahtelektrode zur Reduzierung von hier ¬ durch hervorgerufenen Abtastmessfehlern durch die Antriebs ¬ rollen zu einer anderen Andrucksteile befördert. Dies kann durch eine Änderung der Distanz zwischen Schweißbrenner und Werkstückoberfläche erreicht werden. Ebenso kann die Schweiß ¬ drahtelektrode weiter aus dem Schweißbrenner herausbefördert und abgeschnitten werden.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs ¬ gemäßen Verfahrens werden die zur Beförderung der Schweiß ¬ drahtelektrode vorgesehenen Antriebsrollen durch einen Elekt ¬ romotor angetrieben, dessen Motordrehzahl und/oder dessen Mo- torstromsignal zur Erfassung der Drahtbewegung der Schweiß ¬ drahtelektrode überwacht wird.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs ¬ gemäßen Verfahrens wird ein durch die Antriebsrollen an einer Andrucksteile der Schweißdrahtelektrode bewirkte Oberflächen ¬ abnutzung der Drahtoberfläche der Schweißdrahtelektrode an ¬ hand eines markanten Rauschens in einem Motordrehzahlsignal und/oder in dem Motorstromsignal detektiert.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs ¬ gemäßen Verfahrens wird nach Ablauf einer vorgegebenen Ab- tastbetriebszeit , nach Erreichen einer vorgegebenen Abtast ¬ strecke und/oder nach Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Abtastwerten die aus dem Schweißbrenner herausragende

Schweißdrahtelektrode, die zur Abtastung der Werkstückober ¬ fläche verwendet wird, um eine vorgegebene Länge aus dem Schweißbrenner herausbefördert und abgeschnitten.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs ¬ gemäßen Verfahrens wird nach Detektion einer Oberflächenab ¬ nutzung der Drahtoberfläche der Schweißdrahtelektrode die aus dem Schweißbrenner herausragende Schweißdrahtelektrode, die zur Abtastung der Werkstückoberfläche verwendet wird, um eine vorgegebene Länge aus dem Schweißbrenner herausbefördert und abgeschnitten .

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs ¬ gemäßen Verfahrens wird ein mechanischer Kontakt des Drahten ¬ des der Schweißdrahtelektrode mit der Werkstückoberfläche des Werkstückes elektrisch erfasst.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs ¬ gemäßen Verfahrens wird eine mechanische Kontaktierung der Werkstückoberfläche durch das Drahtende der Schweißdrahtelek ¬ trode durch Auswertung eines Motordrehzahlsignals und/oder eines Motorstromsignals des für den Antrieb der Antriebsrol ¬ len vorgesehenen Elektromotors detektiert.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs ¬ gemäßen Verfahrens wird ein Bewegungsprofil und/oder eine Be ¬ wegungsfrequenz der Schweißdrahtelektrode in Abhängigkeit ei ¬ nes Materials der Schweißdrahtelektrode eingestellt.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs ¬ gemäßen Verfahrens bildet das Drahtende der Schweißdrahtelek ¬ trode einen Werkzeugbezugspunkt, der mittels eines Kalibrier ¬ körpers zur Reduzierung von Abtastmessfehlern kalibriert wird .

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs ¬ gemäßen Verfahrens wird die an dem Drahtende der Schweiß ¬ drahtelektrode anliegende elektrische Spannung vor der Abtas ¬ tung der Werkstückoberfläche auf einen definierten Wert ein ¬ gestellt und während der Abtastung der Werkstückoberfläche des Werkstückes die elektrische Spannung ungeregelt an dem Drahtende der Schweißdrahtelektrode angelegt, sodass nach De- tektion eines elektrischen Kontaktes des Drahtendes mit der Werkstückoberfläche durch den aufgrund eines elektrischen Kurzschlusses fließenden elektrischen Strom (I) die thermi ¬ sche Belastung der Schweißdrahtelektrode gering gehalten wird. Die geringe thermische Belastung bei elektrischem Kurz- schluss kann durch einen hohen Innenwiderstand der ungeregel ¬ ten Spannungsquelle erreicht werden.

Die Erfindung schafft ferner gemäß einem weiteren Aspekt eine Abtastvorrichtung für ein Schweißgerät zur Abtastung einer Werkstückoberfläche eines metallischen Werkstückes, wobei die Abtastvorrichtung geeignet ist, zur Bestimmung von Abtastwer ¬ ten einen Schweißbrenner mit einer Schweißdrahtelektrode re ¬ lativ zu der abzutastenden Werkstückoberfläche des Werkstü ¬ ckes zu bewegen und dabei ein Drahtende der Schweißdrahtelek ¬ trode bezüglich der Werkstückoberfläche wiederkehrend zu- nächst hinzubewegen, bis jeweils ein Kontakt mit dem metalli ¬ schen Werkstück an einer Abtastposition auf der Werkstück ¬ oberfläche des metallischen Werkstückes detektiert wird und anschließend das Drahtende der Schweißdrahtelektrode zurück ¬ zubewegen, wobei durch den Schweißbrenner Abtastwerte an Ab ¬ tastpositionen auf der Werkstückoberfläche des metallischen Werkstückes zumindest teilweise mehrfach zur automatischen Ermittlung von Abtastmessfehlern erfasst werden.

Im Folgenden werden mögliche Ausführungsformen des erfin ¬ dungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abtasten einer Werkstückoberfläche eines metallischen Werkstückes unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren de ¬ tailliert beschrieben.

eine schematische Darstellung einer möglichen Aus ¬ führungsform einer erfindungsgemäßen Abtastvor ¬ richtung zur Abtastung einer Werkstückoberfläche; eine weitere schematische Darstellung zur Erläute ¬ rung der Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abtasten einer Werkstückoberfläche;

Fig. 3, 4 schematische Darstellungen möglicher exemplari ¬ scher Abtastspuren, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Abtasten einer Werkstückoberfläche verwendet werden können;

Fig. 5 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines

Schweißgerätes, bei dem das erfindungsgemäße Ver ¬ fahren zum Abtasten einer Werkstückoberfläche ein ¬ gesetzt werden kann;

Fig. 6 schematische Darstellung zur Erläuterung ei

Kalibriervorganges, der bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgenommen werden kann.

Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer erfindungs ¬ gemäßen Abtastvorrichtung 1 zur Abtastung einer Werkstück ¬ oberfläche. Die in Fig. 1 dargestellte Abtastvorrichtung 1 kann zur Abtastung einer Werkstückoberfläche 2A eines metal ¬ lischen Werkstückes 2 eingesetzt werden. Bei einer möglichen Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Abtastvorrichtung 1 in einem Schweißgerät eingesetzt. Dieses Schweißgerät weist einen Schweißbrenner 3 auf. Diesem Schweißbrenner 3 wird eine Schweißdrahtelektrode 4 zugeführt. Die Abtastvorrichtung 1 ist geeignet, den Schweißbrenner 3 der Schweißdrahtelektrode 4 zur Bestimmung von Abtastwerten relativ zu der Werkstück ¬ oberfläche 2A des Werkstückes 2 zu bewegen, wobei ein Drah ¬ tende 4A der Schweißdrahtelektrode 4 wiederkehrend zu der Werkstückoberfläche 2A des Werkstückes hinbewegt wird, bis jeweils ein Kontakt mit dem metallischen Werkstück 2 an einer Abtastposition auf der Werkstücküberfläche 2A des metalli ¬ schen Werkstückes 2 detektiert wird und wobei das Drahtende 4A der Schweißdrahtelektrode 4 anschließend zurückbewegt wird. Besonders geeignet für eine derartige Abtastvorrichtung ist ein Schweißbrenner mit Push/Pull Antrieb zur Durchführung der Hin- und Zurückbewegung der Schweißdrahtelektrode 4. Da ¬ bei werden Abtastwerte d an Abtastpositionen P zumindest teilweise mehrfach zur Ermittlung von Abtastmessfehlern auto ¬ matisch erfasst. Wie man in Fig. 1 erkennen kann, ragt die zugeführte Schweißelektrode 4 aus dem Schweißbrenner 3 bis zum Drahtende 4A mit einer Stick-out-Länge L heraus. Der Ab ¬ stand zwischen Schweißbrenner 3 und der Werkstückoberfläche 2A des Werkstückes 2 ist der Abstand bzw. die Distanz D, wie in Fig. 1 erkennbar. Gemäß dem in Fig. 1 ebenfalls darge ¬ stellten Koordinatensystem wird die Schweißdrahtelektrode 4 im Wesentlichen in z-Richtung, d.h. im Wesentlichen recht ¬ winklig zur Werkstückoberfläche 2A des Werkstückes 2, hin- und zurückbewegt. Durch die im Wesentlichen rechtwinklige Be ¬ wegungsrichtung der Schweißdrahtelektrode 4 zur Werkstück- Oberfläche 2A kann ein Verbiegen des Drahtes minimiert wer ¬ den. Dennoch sind auch andere Bewegungsrichtungen der

Schweißdrahtelektrode 4 durch Schwenken des Schweißbrenners 3 einstellbar. Das Drahtende 4A der Schweißdrahtelektrode 4 wird bezüglich der Werkstückoberfläche 2A wiederkehrend zu ¬ nächst hin auf die Werkstückoberfläche 2A zubewegt, bis ein Kontakt mit dem metallischen Werkstück 2 an einer bestimmten Abtastposition detektiert wird, und anschließend wird das Drahtende 4A der Schweißdrahtelektrode 4 weg von der Werk ¬ stückoberfläche 2A zurückbewegt. Der Schweißbrenner 3 erfasst dabei Abtastwerte d an Abtastpositionen P auf der Werkstück ¬ oberfläche 2A des metallischen Werkstückes 2 mehrfach zur au ¬ tomatischen Ermittlung von Abtastmessfehlern. Die Abtastwerte d geben ein Oberflächenprofil der Werkstückoberfläche 2A an. Zur Ermittlung von Absolut-Positionen des Oberflächenprofils muss die Stick-Out Länge L vor Beginn des Abtastvorgangs be ¬ kannt sein. Dies kann beispielsweise über eine Kalibrierungs ¬ vorrichtung, welche die Schweißdrahtelektrode 4 in einem de ¬ finierten Abstand zum Schweißbrenner 3 abschneidet, erreicht werden. Bei bekanntem Stick-Out zu Beginn des Abtastvorgangs können aufgrund des Bewegungsprofils der Schweißdrahtelektro ¬ de 3 und der Erkennung des Kontakts der Schweißdrahtelektrode 3 mit der Werkstückoberfläche die Abtastwerte d ermittelt werden. Mithilfe der bekannten Absolut-Position des Schweiß ¬ brenners 3 kann dann das Oberflächenprofil der Werkstückober ¬ fläche 2A erstellt werden. Ist die Stick-Out Länge L nicht bekannt bzw. werden keine Absolutpositionen der Oberfläche benötigt, können Relativposition vom ersten Abtastpunkt aus ermittelt werden.

Das Drahtende 4A der Schweißdrahtelektrode 4 ragt aus dem Schweißbrenner 3 heraus und wird mit einem einstellbaren Be ¬ wegungsprofil und/oder einer einstellbaren Bewegungsfrequenz hin- und zurückbewegt, d.h. im Wesentlichen in z-Richtung, wie in Fig. 1 schematisch angedeutet.

Der Schweißbrenner 3 des Schweißgerätes wird mit der sich hin- und herbewegenden Schweißdrahtelektrode 4 auf einer Ab- tastspur AS relativ zu der Werkstückoberfläche 2A des metal ¬ lischen Werkstückes 2 zur Bestimmung erster Abtastwerte di an Abtastpositionen P und anschließend zur Bestimmung zweiter Abtastwerte d2 an den gleichen Abtastpositionen P bewegt.

Beispielhafte Abtastspuren AS sind in den Figuren 3, 4 darge ¬ stellt. Die entlang der Abtastspur bestimmten ersten Abtast ¬ werte di und die entlang der Abtastspur bestimmten zweiten Abtastwerte d±', die an den gleichen Abtastpositionen erfasst werden, werden bei einer möglichen Ausführungsform zur Er ¬ mittlung von Abtastmessfehlern Ad verglichen. Wie in Fig. 1 dargestellt, kann in dem Schweißbrenner 3 eine Messeinrich ¬ tung 5 enthalten sein, die Abtastwerte d± über eine Signal ¬ leitung 6 an einen Prozessor bzw. eine Berechnungseinheit 7 liefert. Die Berechnungseinheit 7 hat Zugriff auf einen Da ¬ tenspeicher 8, in dem die Abtastwerte d± gespeichert werden können. Bei einer möglichen Ausführungsform werden die erhal ¬ tenen Abtastwerte d± zusammen mit den Koordinaten der Abtast ¬ positionen P in dem Datenspeicher 8 zur weiteren Datenverar ¬ beitung gespeichert.

Die Berechnungseinheit 7 dient bei einer möglichen Ausfüh ¬ rungsform auch als Steuereinheit für einen Elektromotor 9, welcher Antriebsrollen 10A, 10B antreibt. An Andrucksteilen A, B erfolgt durch die rotierenden Antriebsrollen 10A, 10B eine Kraftübertragung auf die Schweißdrahtelektrode 4, welche entsprechend in Längsrichtung bewegt wird. Die Steuereinrich ¬ tung 7 steuert ferner über Steuerleitungen 11 die Bewegung des Schweißbrenners 3. Dabei kann die Bewegung des Schweiß ¬ brenners 3 bei einer möglichen Ausführungsform entsprechend einer programmierten Abtastspur AS erfolgen.

Der Schweißbrenner 3 wird relativ zu der Werkstückoberfläche 2A des Werkstückes 2 bewegt. Dabei kann bei einer möglichen Ausführungsform das Werkstück 2 fest eingespannt sein und der Schweißbrenner 3 wird entsprechend der programmierten Abtast ¬ spur AS relativ zu der Werkstückoberfläche 2A bewegt. Bei ei ¬ ner alternativen Ausführungsform bleibt der Schweißbrenner 3 unbewegt während das eingespannte Werkstück 2 relativ zu dem Schweißbrenner 3 bewegt wird. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform werden sowohl der Schweißbrenner 3 als auch das Werkstück 2 angesteuert, um eine Relativbewegung zwischen dem Schweißbrenner 3 und der Werkstückoberfläche 2A des Werk ¬ stückes 2 zu bewirken.

Bei einer möglichen Ausführungsform wird ein Bewegungsprofil und/oder eine Bewegungsfrequenz der Hin- und Zurückbewegung der Schweißdrahtelektrode 4 durch die Antriebsrollen 10A, 10B zur Reduzierung von Abtastmessfehlern Ad in Abhängigkeit der durch die Berechnungseinheit 7 berechneten Abtastmessfehler automatisch angepasst. Insbesondere wird durch die Anpassung des Bewegungsprofils und/oder der Bewegungsfrequenz bei Ab ¬ tastmessfehlern der maximale Betrag der Beschleunigung der Schweißdrahtelektrode 4 reduziert. Bei einer möglichen Aus ¬ führungsform wird eine Bewegung der Schweißdrahtelektrode 4 zur Überwachung einer durch die Antriebsrollen 10A, 10B auf die Schweißdrahtelektrode 4 an Andrucksteilen A, B einer Drahtoberfläche der Schweißdrahtelektrode 4 erfolgten Kraft ¬ übertragung erfasst. Auf Grundlage der erfassten Drahtbewe ¬ gung der Schweißdrahtelektrode 4 wird eine durch die An ¬ triebsrollen 10A, 10B bewirkte Oberflächenabnutzung an den Andrucksteilen A, B der Drahtoberfläche der Schweißdrahtelek ¬ trode 4 automatisch detektiert und die Schweißdrahtelektrode 4 wird zur Reduzierung von hierdurch hervorgerufenen Abtast ¬ messfehlern durch die Antriebsrollen 10A, 10B bei einer ande ¬ ren Andrucksteile befördert. Hierbei wird der Elektromotor 9 für den Antrieb der Antriebsrollen 10A, 10B entsprechend durch die Berechnungs- bzw. Steuereinheit 7 der Abtastvor ¬ richtung 1 über Steuerleitungen 12 angesteuert. Die zur Be ¬ förderung der Schweißdrahtelektrode 4 vorgesehenen Antriebs ¬ rollen 10A, 10B werden durch den Elektromotor 9 angetrieben, wobei bei einer möglichen Ausführungsform dessen Motordreh ¬ zahl und/oder dessen Motorstromsignal zur Erfassung der

Drahtbewegung der Schweißdrahtelektrode 4 seitens der Steuer ¬ einheit 7 überwacht wird. Bei einer möglichen Ausführungsform wird eine durch die Antriebsrollen 10A, 10B an Andrucksteilen A, B der Schweißdrahtelektrode 4 bewirkte Oberflächenabnut ¬ zung der Drahtoberfläche der Schweißdrahtelektrode 4 anhand eines markanten Rauschens in einem Motordrehzahlsignal oder einem Motorstromsignal des Elektromotors 9 detektiert. Eine Abnutzung der Drahtoberfläche der Schweißdrahtelektrode 4 kann zu einer zeitweisen Reduzierung der Antriebskraft füh ¬ ren. Wenn dieser Zustand eintritt, kommt es zu einem markan ¬ ten Rauschen auf dem Drehzahlsignal bzw. Stromsignal des elektrischen Antriebs 9, da sich die Beschleunigungs- und Bauteilkontaktkräfte plötzlich ändern. Diese Änderung des Mo ¬ tordrehzahlsignals bzw. des Motorstromsignals des Elektromo ¬ tors 9 wird bei einer möglichen Ausführungsform durch die Steuereinheit 7 detektiert. Das detektierte markante Rauschen in dem Motordrehzahlsignal und/oder in dem Motorstromsignal weist auf eine Oberflächenabnutzung des Schweißdrahtes 4 an den Andrucksteilen A, B hin. Bei einer möglichen Ausführungs ¬ form wird nach Detektion einer Oberflächenabnutzung der

Drahtoberfläche der Schweißdrahtelektrode 4 die aus dem

Schweißbrenner 3 herausragende Schweißdrahtelektrode 4, die zur Abtastung der Werkstückoberfläche 2A verwendet wird, um eine vorgegebene Länge Q aus dem Schweißbrenner 3 automatisch weiter herausbefördert und anschließend abgeschnitten. Alter ¬ nativ ist eine Erhöhung des Abstands zwischen Schweißbrenner 3 und Werkstückoberfläche 2A möglich. So kann beispielsweise entlang einer Abtastspur AS der Abstand zwischen Schweißbren ¬ ner 3 und Werkstückoberfläche 2A kontinuierlich vergrößert oder verkleinert werden, um mit den Antriebsrollen 10A, 10B an unterschiedlichen Stellen A, B die Drahtelektrode zu för ¬ dern. Wie in Fig. 1 schematisch angedeutet, wird beispiels ¬ weise der Schweißdraht 4 nach Erkennung einer Oberflächenab ¬ nutzung der Schweißdrahtelektrode 4 an den Andrucksteilen A, B um eine Länge Q vorwärts bewegt, sodass sich die abgenutz ¬ ten Stellen bzw. Andrucksteilen A, B zur Beförderung an den Stellen A', B' befinden, wie in Fig. 1 dargestellt. An den An ¬ drucksteilen A, B befindet sich nach der Beförderung eine un ¬ verbrauchte Oberfläche der Schweißdrahtelektrode 4. Diese nicht abgenutzte Oberfläche der Schweißdrahtelektrode 4 ver ¬ mindert den Schlupf zwischen den Antriebsrollen 10A, 10B und der Schweißdrahtelektrode 4 und erhöht somit die Präzision bzw. Genauigkeit bei der Bestimmung der Abtastwerte d± .

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungs ¬ gemäßen Abtastvorrichtung 1 wird nach Ablauf einer vorgegebe ¬ nen Abtastbetriebszeit , nach Erreichen einer vorgegebenen Ab ¬ taststrecke und/oder nach Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Abtastwerten die aus dem Schweißbrenner 3 herausragende Schweißdrahtelektrode 4, die zur Abtastung der Werkstückober ¬ fläche 2A des Werkstückes 2 verwendet wird, um eine vorgege ¬ bene Länge aus dem Schweißbrenner 3 herausbefördert und an ¬ schließend abgeschnitten. Bei dieser Ausführungsform wird so ¬ mit regelmäßig die Andrucksteile zwischen der Schweißdraht ¬ elektrode 4 und den Antriebsrollen 10A, 10B verändert, sodass es zu keiner übermäßigen Oberflächenabnutzung an der Draht ¬ oberfläche der Schweißdrahtelektrode 4 kommen kann.

Die Antriebsrollen 10A, 10B zur Beförderung der Schweißdraht ¬ elektrode 4 werden durch die Steuereinheit 7 derart angesteu ¬ ert, dass ein möglicher Schlupf zwischen der Drahtoberfläche der Schweißdrahtelektrode 4 und der Antriebsrollen minimiert wird. Dies ist insbesondere bei Schweißdrahtelektroden 4 hilfreich, die aus einem relativ weichen Material bestehen, beispielsweise aus Aluminium. Bei einer möglichen Ausfüh ¬ rungsform wird ein möglicher auftretender Schlupf detektiert, beispielsweise durch Auswertung des Motordrehzahlsignals und/oder durch Auswertung des Motorstromsignals des Elektro ¬ motors 9, welcher die Antriebsrollen 10A, 10B antreibt. Al ¬ ternativ kann in regelmäßigen Abständen die Schweißdrahtelek ¬ trode 4 automatisch zu einer anderen Andrucksteile bewegt werden, um präventiv eine Abnutzung der Schweißdrahtoberflä ¬ che zu verhindern.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform kann ein mögli ¬ cher auftretender Schlupf auf Grundlage der ermittelten Ab- tastwerte d± detektiert werden. Werden beispielsweise an ei ¬ ner Abtastposition, bei der sich der Schweißbrenner 3 an be ¬ stimmten Koordinaten x, y der Werkstückoberfläche 2A des Werkstückes 2 befindet, stark variierende Abtastwerte d er ¬ mittelt, kann dies auf einen auftretenden Schlupf zwischen der Schweißdrahtelektrode 4 und den Antriebsrollen 10A, 10B zurückgeführt werden. Wird ein auftretender Schlupf auf diese Weise detektiert, kann die Schweißdrahtelektrode 4 automa ¬ tisch zu einer anderen Andrucksteile bewegt werden und das überstehende Schweißdrahtende automatisch abgeschnitten wer ¬ den, um die Messung an der betreffenden Abtastposition erneut vorzunehmen. Anschließend wird festgestellt, ob die zuvor aufgetretene Abtastwertvarianz, die auf den mechanischen Schlupf zurückgeführt worden ist, noch vorhanden ist oder nicht. Bei dieser Ausführungsvariante wird der mechanische Schlupf zwischen der Schweißdrahtelektrode 4 und den An ¬ triebsrollen 10A, 10B somit durch Auswertung der Abtastwerte d± an einer Abtastposition P detektiert. Die erfindungsgemäße Abtastvorrichtung 1 besitzt bei einer möglichen Ausführungs ¬ form somit eine Vorrichtung zur Erkennung eines mechanischen Schlupfes zwischen der Schweißdrahtelektrode 4 und den An ¬ triebsrollen 10A, 10B zur Beförderung der Schweißdrahtelekt ¬ rode 4. Diese Erkennungsvorrichtung zur Detektion eines

Schlupfes zwischen einer Schweißdrahtelektrode 4 und An ¬ triebsrollen 10A, 10B beruht bei einer möglichen Ausführungs ¬ form auf der Auswertung eines Motordrehzahlsignals oder eines Motorstromsignals des Elektromotors 9, welcher die Antriebs ¬ rollen 10A, 10B antreibt. Bei einer alternativen Ausführungs ¬ form weist die Erkennungsvorrichtung zur Erkennung eines Schlupfes zwischen der Schweißdrahtelektrode 4 und den An ¬ triebsrollen 10A, 10B eine Auswerteeinheit zur Auswertung von Abtastwerten an einer Abtastposition auf, wobei stark vonei ¬ nander abweichende Abtastwerte an einer Abtastposition auf das Vorhandensein eines mechanischen Schlupfes hindeuten, welcher durch Verschleiß der Schweißdrahtelektrodenoberfläche hervorgerufen wird. Damit ein mechanischer Schlupf zwischen der zur Abtastung herangezogenen Schweißdrahtelektrode 4 und den Antriebsrollen 10A, 10B verhindert wird, kann präventiv der Schweißdraht 4A in regelmäßigen Abständen zu einer ande ¬ ren Andrucksteile befördert werden.

Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ab ¬ tastvorrichtung 1 wird ein Bewegungsprofil und/oder eine Be ¬ wegungsfrequenz der Schweißdrahtelektrode 4 in Abhängigkeit eines Materials der Schweißdrahtelektrode 4 eingestellt. Die Bewegungsfrequenz ist die Frequenz der Schweißdrahtelektrode 4 in z-Richtung, d.h. die Anzahl der Hin- und Herbewegungen relativ zu der Werkstückoberfläche 2A. Weiterhin wird die Schweißdrahtelektrodenspit ze 4A entsprechend dem Bewegungs ¬ profil entlang einer Abtastspur AS in x- und y-Richtung be ¬ wegt. Eine an dem Drahtende 4A der Schweißdrahtelektrode 4 anliegende elektrische Spannung U kann vor der Abtastung der Werkstückoberfläche 2A auf einen vordefinierten Wert einge ¬ stellt werden. Während der Abtastung der Werkstückoberfläche 2A des Werkstückes 2 liegt die elektrische Spannung U an dem Drahtende 4A der Schweißdrahtelektrode 4 an, sodass nach De- tektion eines elektrischen Kontaktes des Drahtendes 4A mit der Werkstückoberfläche 2A des Werkstückes 2 durch den auf ¬ grund eines elektrischen Kurzschlusses fließenden elektri ¬ schen Stromes I eine thermische Belastung der Schweißdraht ¬ elektrode 4 verursacht wird.

Bei der Hin- und Herbewegung der Schweißdrahtelektrode 4 im Wesentlichen senkrecht zu der zu vermessenden Werkstückober ¬ fläche 2A kommt es zu einem mechanischen Kontakt zwischen dem Drahtende 4A der Schweißdrahtelektrode 4 und der Werkstück ¬ oberfläche 2A. Dieser Kontakt wird bei einer bevorzugten Aus ¬ führungsform elektrisch detektiert. Da an der Schweißdraht ¬ elektrode 4 eine elektrische Spannung U anliegt, führt der mechanische Kontakt zwischen dem Schweißdrahtende 4A und der Werkstückoberfläche 2A des metallischen Werkstückes 2 zu ¬ gleich zu einem elektrischen Kontakt, der detektiert wird. Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Kontakt zwi ¬ schen dem Schweißdrahtende 4A der Schweißdrahtelektrode 4 und der Werkstückoberfläche 2A des Werkstückes 2 auch mechanisch detektiert werden. Dies kann beispielsweise über eine Auswer ¬ tung der Drahtbewegung bzw. der auf die Antriebsrollen über ¬ tragenen Kräfte erfasst werden.

Um die thermische Belastung der Schweißdrahtelektrode 4 auf ¬ grund des bei der elektrischen Detektion fließenden Stromes I so gering wie möglich zu halten, können bei einer möglichen Ausführungsform entsprechende Maßnahmen vorgenommen werden, insbesondere wenn die Stromquelle des Schweißgeräts zur Er ¬ zeugung der AbtastSpannung mittels Pulsweitenmodulation ver ¬ wendet wird. Zunächst wird festgestellt, ob das Schweißdrah ¬ tende 4A der Schweißdrahtelektrode 4 die Bauteiloberfläche bzw. die Werkstückoberfläche 2A des Werkstückes 2 berührt hat, d.h., es wird festgestellt, ob ein elektrischer Kontakt aufgetreten ist. Sobald ein Kontakt festgestellt worden ist, wird das Drahtende 4A der Schweißdrahtelektrode 4 so lange rückwärtsbefördert, bis der detektierte Kurzschluss aufgelöst ist. Nach Beendigung bzw. Auflösung des Kurzschlusses wird die Pulsweite des Strom- bzw. Spannungssignals auf 0 % redu ¬ ziert und anschließend in regelmäßigen Zeitabständen erhöht, bis eine vorgegebene Spannung überschritten wird. Beispiels ¬ weise wird die Pulsweite alle 100 psec um 0,1 % erhöht, bis eine Spannung von beispielsweise 20 V erreicht wird. Die er ¬ reichte Pulsweite wird anschließend gespeichert und für den weiteren Prozess verwendet. Dieses Herantasten an die ent ¬ sprechende Pulsweite kann aufgrund von Bauteiltoleranzen der Stromquelle des Schweißgeräts notwendig sein. Die Stromquelle des Schweißgeräts ist im Allgemeinen für hohe Leistungen aus ¬ gelegt und wird hier aber bei sehr geringen Leistungen einge ¬ setzt, bei denen die erwähnten Bauteiltoleranzen bzw. Exemp ¬ larstreuungen einen deutlichen Einfluss auf die Ausgangsspan ¬ nung haben. Diese minimale Pulsweite, welche eine durch die Steuereinheit detektierbare Spannung, vorzugsweise im Bereich von 5V bis 30V, erzeugt, wird eingestellt und während des Ab ¬ tastvorgangs nicht mehr verändert. Aufgrund des Innenwider ¬ stands der nun ungeregelten Strom- bzw. Spannungsquelle bricht bei Kurzschluss die Spannung ein und es wird nur ein geringer Stromfluss bewirkt. Durch diese Prozedur wird er ¬ reicht, dass eine minimale Pulsweite an dem Leistungsteil des Schweißgerätes eingestellt wird, um zu gewährleisten, dass während der Abtastung ein möglichst geringer elektrischer Strom I fließt und kein elektrischer Lichtbogen entstehen kann. Hierdurch wird die thermische Belastung der Schweiß ¬ drahtelektrode 4 so gering wie möglich gehalten und somit ein Verschleiß der Schweißdrahtelektrode 4 während der Abtastung reduziert. Die Einstellung der Pulsweite erfolgt dabei der ¬ art, dass ein elektrischer Kurzschluss zwischen dem Schweiß ¬ drahtende 4 der Schweißdrahtelektrode und der Werkstückober ¬ fläche 2A des metallischen Werkstückes 2 noch sicher detek- tiert werden kann.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungs ¬ gemäßen Abtastvorrichtung 1 kann ein spezielles Drahtstück zur Abtastung verwendet werden, das eine verschleißfeste Oberfläche besitzt. Beispielsweise kann bei einer möglichen Ausführungsform ein Stahldraht zum Scannen bzw. zur Abtastung der Werkstückoberfläche 2A des Werkstückes 2 verwendet wer ¬ den. Für den eigentlichen Schweißvorgang wird anschließend bei einer möglichen Ausführungsform eine Schweißdrahtelektro ¬ de verwendet, die aus einem anderen Material besteht, bei ¬ spielsweise Aluminium oder dergleichen. Bei einer möglichen Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Schweißgerätes kön ¬ nen dem Schweißbrenner 3 einerseits eine Schweißdrahtelektro ¬ de 4 für den Schweißvorgang und zusätzlich eine separate Ab ¬ tastelektrode zur Vornahme von Abtastvorgängen zugeführt wer ¬ den. Diese Abtastelektrode besteht beispielsweise aus einem verschleißfreien Stahldraht zum Scannen der Werkstückoberflä ¬ che 2A des Werkstückes 2. Bei einer bevorzugten Ausführungs ¬ form der Abtastvorrichtung 1 wird jedoch derselbe Draht bzw. dieselbe Elektrode 4 sowohl für den Abtastvorgang als auch für den Schweißvorgang verwendet. Befindet sich auf der Werkstückoberfläche 2A des metallischen Werkstückes 2 eine isolierende Schicht, kann es vorkommen, dass ein elektrischer Kurzschluss zwischen dem Schweißdrah ¬ tende 4A und der Werkstückoberfläche 2A nicht detektiert wird, da die isolierende Schicht einen derartigen Kurzschluss verhindert. Um in diesem Falle zu verhindern, dass die An ¬ triebsrollen 10A, 10B den Schweißdraht weiter an die Werk ¬ stückoberfläche 2A des Werkstückes 2 andrücken, kann bei ei ¬ ner möglichen Ausführungsform das Motordrehzahlsignal

und/oder das Motorstromsignal des Elektromotors 9 überwacht werden. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der er ¬ findungsgemäßen Abtastvorrichtung 1 werden die Reglerparame ¬ ter des Elektromotors 9 in Abhängigkeit von dem Material der eingespannten Schweißdrahtelektrode 4 angepasst bzw. einge ¬ stellt. Beispielsweise wird bei einer Schweißdrahtelektrode 4, die aus einem relativ weichen Material besteht, wie bei ¬ spielsweise Aluminium, die Scanfrequenz bzw. Abtastfrequenz der Schweißdrahtelektrode 4 abgesenkt, um zu hohe Beschleuni ¬ gungskräfte, welche zu einem übermäßigen Verschleiß der aus einem Weichmaterial bestehenden Schweißelektrode 4 führen, zu vermeiden. Durch die Verringerung der Beschleunigungskräfte aufgrund der gesenkten Scan- bzw. Abtastfrequenz kommt es zu einem reduzierten Verschleiß der Schweißdrahtelektrode 4 und somit auch zu einer Verringerung eines möglichen mechanischen Schlupfes zwischen der Oberfläche der Schweißdrahtelektrode 4 und den Antriebsrollen 10A, 10B der Abtastvorrichtung 1.

Bei einer möglichen Ausführungsform wird vor und nach einem Scan- bzw. Abtastvorgang der Schweißbrenner 3 an einer Ab ¬ tastposition gestoppt und es wird geprüft, ob ein mechani ¬ scher Schlupf vorliegt. Bei einer möglichen Ausführungsform erfolgt das durch Auswertung der an der Abtastposition ermit ¬ telten Abtastwerte. Bei einer möglichen Ausführungsform wird der ermittelte Abtastfehler kompensiert bzw. der detektierte mechanische Schlupf korrigiert. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungs ¬ gemäßen Abtastvorrichtung 1 wird die Temperatur T der

Schweißdrahtelektrode 4 überwacht. Bei einer möglichen Aus ¬ führungsform wird die Schweißdrahtelektrode 4 in Abhängigkeit von der überwachten Drahttemperatur gekühlt, um einen Ver ¬ schleiß der Schweißdrahtelektrode 4 und/oder einen möglichen mechanischen Schlupf zu reduzieren. Bei einer weiteren mögli ¬ chen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Abtastvorrich ¬ tung 1 kann auch die Kraftübertragung auf die Schweißdraht ¬ elektrode 4 überwacht werden, beispielsweise die mechanische Andruckskraft der Antriebsrollen 10A, 10B auf die Oberfläche der Schweißdrahtelektrode 4 an den Andrucksteilen A, B.

Fig. 2 zeigt schematisch das Abtasten einer Werkstückoberflä ¬ che 2A eines metallischen Werkstückes 2 mithilfe des erfin ¬ dungsgemäßen Abtastverfahrens. Bei dem dargestellten Beispiel wird ein Schweißbrenner 3 mit einer darin geführten Schweiß ¬ drahtelektrode 4 zur Bestimmung von Abtastwerten d relativ zu der Werkstückoberfläche 2A des Werkstückes 2 bewegt. Der Schweißbrenner 3 wird in dem dargestellten Ausführungsbei ¬ spiel in x-Richtung relativ zu der leicht geneigten Werk ¬ stückoberfläche 2A des Werkstückes 2 bewegt. Dabei berührt die Schweißdrahtelektrodenspit ze 4A der Schweißdrahtelektrode 4 in bestimmten Abständen Δχ die Oberfläche des Werkstückes 2. Die Berührung der Werkstückoberfläche 2A des Werkstückes 2 durch das Schweißdrahtende 4A der Schweißdrahtelektrode 4 kann beispielsweise anhand eines auftretenden elektrischen Kurzschlusses detektiert werden. Bei dem in Fig. 2 darge ¬ stellten Beispiel werden entlang der Werkstückoberfläche 2A Abtastwerte dO, dl, ... d n an verschiedenen Abtastpositionen in x-Richtung entlang einer Abtastspur AS detektiert und der Auswerteeinheit 7 der Abtastvorrichtung 1 zugeführt. Tritt kein mechanischer Schlupf zwischen der Schweißdrahtelektrode 4 und den Antriebsrollen 10A, 10B auf, entsprechen die Ab ¬ tastwerte di dem Abstand zwischen dem Schweißbrenner 3 und der Werkstückoberfläche 2A unter Berücksichtigung der Länge L, mit der die Schweißdrahtelektrode 4 aus dem Schweißbrenner 3 an der oberen Endposition herausragt. Durch mechanischen Schlupf kann es allerdings zu Messfehlern kommen. Zur Vermei ¬ dung dieser Abtastmessfehler wird der Schweißbrenner 3 bei dem erfindungsgemäßen Abtastverfahren zumindest teilweise mehrfach zu einer oder mehreren Abtastpositionen P bewegt, um dort Abtastwerte d zu erfassen. Durch den Schweißbrenner 3 werden Abtastwerte d an einer oder mehreren Abtastpositionen P zumindest teilweise mehrfach zur Ermittlung von Abtastfeh ¬ lern erfasst, die beispielsweise durch mechanischen Schlupf hervorgerufen werden können. Beispielsweise wird in dem in Fig. 2 dargestellten einfachen Beispiel der Schweißbrenner 3 nach Bestimmung des Abtastwertes d N an der Abtastposition P N zurück an die Abtastposition P 0 zurückbewegt, um einen zwei ¬ ten Abtastwert do' an der Abtastposition P 0 zu bestimmen. Der Schweißbrenner 3 wird mit der darin bewegten Schweißdraht ¬ elektrode 4 gemäß einer Abtastspur AS relativ zu der Werk ¬ stückoberfläche 2A zur Bestimmung erster Abtastwerte di an Abtastpositionen P und anschließend zur Bestimmung zweiter Abtastwerte d 2 an den gleichen Abtastpositionen P bewegt.

Beispielsweise wird der Schweißbrenner 3 derart bewegt, dass er alle Abtastpositionen zweimal anfährt, um für jede Abtast ¬ position P zwei Abtastwerte d, d' zu gewinnen. Die beiden an der gleichen Abtastposition P gewonnenen Abtastwerte d, d' werden miteinander verglichen, um einen Abtastmessfehler Ad zu bestimmen. Beispielsweise wird der beim zweiten Anfahren der Abtastposition bestimmte zweite Abtastwert d' von dem beim ersten Anfahren der Abtastposition gewonnenen ersten Ab ¬ tastwert d subtrahiert, um einen Abtastmessfehler Ad zu be ¬ rechnen .

Ad = di - di'

Die an den verschiedenen Abtastpositionen P berechneten Ab ¬ tastmessfehler können bei einer möglichen Ausführungsform zur Erkennung und Korrektur eines mechanischen Schlupfes zwischen der Schweißdrahtelektrode 4 und den Antriebsrollen 10A, 10B herangezogen werden. Weiterhin können die ermittelten Abtast- messfehler zur Korrektur der Abtastwerte und somit zu einer präziseren Erfassung der Werkstückoberfläche 2A des Werkstü ¬ ckes 2 durch die Auswerteeinheit 7 ausgewertet werden. Durch die mehrfache Messung von Ad kann über ein Modell des Schlup ¬ fes die Messgenauigkeit im Nachhinein verbessert werden. In einem einfachen Modell wird beispielsweise ein lineares Auf ¬ treten des Schlupfes angenommen. Nach der mehrfachen Abtas ¬ tungen können auf Basis der zeitlichen Abfolge und dem

Schlupfmodell die tatsächlichen Distanzen d± und die daraus folgende Oberflächengeometrie rückgerechnet werden.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs ¬ gemäßen Verfahrens kann der Schweißbrenner 3 an eine Refe ¬ renzabtastposition bewegt werden, bevor der eigentliche Ab ¬ tastvorgang begonnen wird. An der Referenzabtastposition kön ¬ nen anschließend Abtastwerte d ermittelt werden, um Abtast ¬ messfehler zu erfassen.

Figuren 3, 4 zeigen beispielhaft mögliche Abtastspuren, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Abtasten einer Werk ¬ stückoberfläche 2A eines metallischen Werkstückes 2 verwendet werden können. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel wird bei der oberen Abtastspur der Schweißbrenner 3 entlang einer Linie von einer Anfangsabtastposition P 0 zu einer Endabtast ¬ position P n bewegt, wobei das Drahtende 4A der Schweißdraht ¬ elektrode 4 mit einer einstellbaren Bewegungsfrequenz f in z- Richtung hin- und zurückbewegt wird. Auf diese Weise können n + 1 Abtastwerte d 0 , di, ... d N bestimmt werden. Nach Erreichen der Abtastposition P N kann der Schweißbrenner 3 gemäß der oberen Abtastspur in Fig. 3 entlang der gleichen Abtastspur zurückbewegt werden, bis er die Ausgangsabtastposition P 0 wieder erreicht hat. Die bei dem Abtasten ermittelten Abtast ¬ werte d an verschiedenen Abtastpositionen P können paarweise in den Datenspeicher 8 der Abtastvorrichtung 1 zusammen mit den Koordinaten der Abtastpositionen P zwischengespeichert werden. Aus den Differenzen Ad zwischen den Abtastwerten d, d', die an den gleichen Abtastpositionen P erfasst worden sind, können Abtastmessfehler abgeleitet werden.

Bei der zweiten in Fig. 3 dargestellten unteren Abtastspur AS wird der Schweißbrenner 3 aus der Anfangsabtastposition P 0 in die Endabtastposition P n linear bewegt, um Abtastwerte d± zu ermitteln. Sobald die Endabtastposition P n erreicht wird, wird nach Erfassung des dortigen Abtastwertes der Schweiß ¬ brenner 3 zurück in die Ausgangsabtastposition P 0 bewegt und ein zweites Mal in gleicher Richtung entlang der Abtastspur zu der Endabtastposition P n bewegt. Bei diesem Abtastvorgang wird somit der Schweißbrenner 3 zweimal entlang der gleichen Abtastspur AS bewegt, um zwei Abtastwerte d, d' für jede Ab ¬ tastposition P zu gewinnen und daraus Abtastmessfehler zu be ¬ rechnen .

Die Anzahl der an der gleichen Abtastposition P gewonnenen Abtastwerte kann je nach Anwendungsfall variieren. Bei einer möglichen Ausführungsform werden mindestens zwei Abtastwerte an jeder Abtastposition P erfasst, um Abtastmessfehler zu er ¬ mitteln. Bei möglichen Anwendungsfällen können auch mehr Ab ¬ tastwerte pro Abtastposition erfasst werden, um Abtastmess ¬ fehler präziser zu ermitteln. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform erfolgt die mehrfache Abtastung an einer Ab ¬ tastposition nur stichprobenartig, um Abtastmessfehler, die beispielsweise durch den Verschleiß einer Schweißdrahtober ¬ fläche hervorgerufen werden, zu detektieren.

Bei einer möglichen Ausführungsform werden die ermittelten Abtastmessfehler in dem Datenspeicher 8 aufgezeichnet. Die ermittelten Abtastmessfehler können bei einer möglichen Aus ¬ führungsform mit einem vorgegebenen bzw. vorkonfigurierten Schwellenwert verglichen werden. Sobald die Abtastmessfehler diesen Schwellenwert überschreiten, wird bei einer möglichen Ausführungsform die Schweißdrahtelektrode 4 zu einer anderen Andrucksteile automatisch bewegt, um einen möglicherweise aufgetretenen mechanischen Schlupf zu verringern. Nach der Beförderung der Schweißdrahtelektrode 4 zu einer anderen An ¬ drucksteile können anschließend wieder Abtastmessfehler er ¬ mittelt werden, um festzustellen, ob die aufgetretenen Mess ¬ fehlerverfälschung beseitigt worden ist oder nicht.

Fig. 4 zeigt beispielhaft eine weitere mögliche Abtastspur AS, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Abtasten ei ¬ ner Werkstückoberfläche 2A verwendet werden kann. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel bewegt sich der Schweißbrenner 3 zunächst von einer Ausgangsabtastposition linear zu einer Endabtastposition P N und springt anschließend auf eine Ab ¬ tastposition P 0 ' für die nächste Abtastzeile. Nach Erreichen der Endposition P N "' in der letzten bzw. vierten Abtastzeile springt der Schweißbrenner 3 zurück zu der Ausgangsposition Po und die Werkstückoberfläche 2A wird ein zweites Mal abge ¬ tastet, um Abtastmessfehler zu ermitteln.

Je nach Anwendungsfall können verschiedene vorprogrammierte Abtastspuren AS verwendet werden, beispielsweise ein zeilen ¬ weises Abtasten wie in Fig. 4 oder andere Abtastspuren, ins ¬ besondere ein meanderförmiges Abtasten der Werkstückoberflä ¬ che 2A. Bei einer möglichen Ausführungsform kann die verwen ¬ dete Abtastspur AS je nach Anwendungsfall ausgewählt werden. Neben dem Bewegungsprofil bzw. Abtastprofil AS kann auch die Bewegungsfrequenz f der Schweißdrahtelektrode 4 je nach An ¬ wendungsfall eingestellt werden.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Schweißgerätes SG, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zum Abtasten einer Werkstückoberfläche 2A eines metallischen Werkstückes 2 ver ¬ wendet werden kann.

Das in Fig. 5 dargestellte Schweißgerät SG besitzt eine

Stromquelle 13 mit einem Leistungsteil 14. Die Stromquelle 13 enthält eine Steuervorrichtung 15 mit einem Steuerventil 16. Ein Umschaltglied 17 ist mit dem Steuerventil 16 verbunden. Dieses Steuerventil 16 ist in einer Versorgungsleitung 18 für ein Schutzgas 19 zwischen einem Gasspeicher 20 und einem Schweißbrenner 3 des Schweißgerätes SG angeordnet.

Das Schweißgerät SG enthält ein Drahtvorschubgerät 21, wobei über eine Versorgungsleitung 22 ein Schweißdraht 4 in einer Vorratstrommel 23 zugeführt werden kann, wie in Fig. 5 darge ¬ stellt .

In Fig. 5 ist schematisch einen Schweißvorgang nach Abschluss eines Abtastens der Werkstückoberfläche 2A dargestellt. Der in Fig. 5 dargestellte Schweißdraht bzw. die Schweißelektrode 4 besitzt ein Schweißdrahtende 4A, welches zum Abtasten der Werkstückoberfläche des Werkstückes 2 entsprechend dem erfin ¬ dungsgemäßen Abtastverfahren hin- und herbewegt werden kann. Nach Abschluss des Abtastvorganges wird das Schweißgerät SG zum Schweißen verwendet. Dabei wird ein elektrischer Strom zum Aufbauen eines Lichtbogens 24 zwischen der Schweißdraht ¬ elektrode 4 und dem Werkstück 2 über eine Schweißstromleitung 27 von dem Leistungsteil 14 der Stromquelle 13 dem Schweiß ¬ brenner 3 bzw. der Schweißdrahtelektrode 4 zugeführt. Dabei kann das zu verschweißende Werkstück 2 über eine weitere Schweißleitung 26 mit dem Schweißgerät SG, insbesondere mit dessen Stromquelle, verbunden sein, damit für den Lichtbogen 24 ein Stromkreis aufgebaut werden kann. Zum Kühlen des

Schweißbrenners 3 kann über einen Kühlkreislauf 27 der

Schweißbrenner 3 mit einem Flüssigkeitsbehälter 28 verbunden sein .

Das Schweißgerät SG weist bei dem dargestellten Ausführungs ¬ beispiel eine Ein- und/oder Ausgabeeinrichtung 29 auf, über die unterschiedliche Schweißparameter und/oder Betriebsarten des Schweißgerätes SG eingestellt werden können. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schweißbren ¬ ner 3 über ein Schlauchpaket 30 mit dem Schweißgerät SG ver ¬ bunden. In dem Schlauchpaket 30 können sich verschiedene Lei ¬ tungen befinden, die das Schweißgerät SG mit dem Schweißbren ¬ ner 3 verbinden. Bei einer möglichen Ausführungsform befinden sich Komponenten der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung 1 einerseits in der Steuervorrichtung 15 der Schweißstromquelle 13 und andererseits in dem Drahtvorschubgerät 21 des Schweiß ¬ gerätes SG. Bei einer möglichen Ausführungsform sind in dem Drahtvorschubgerät 21 der Elektromotor 9 und die Antriebsrol ¬ len 10A, 10B zur Bewegung der Schweißdrahtelektrode 4 vorge ¬ sehen. Die Auswerteeinheit 7 der Abtastvorrichtung 1 befindet sich bei einer möglichen Ausführungsform in der Steuereinheit 15 des Schweißgerätes SG. Der Schweißbrenner 3 meldet bei ei ¬ ner möglichen Ausführungsform lokal ermittelte Abtastwerte über eine Signalleitung 6, die beispielsweise in dem

Schlauchpaket verläuft, an die Steuer- bzw. Auswerteeinheit 7 der Abtastvorrichtung 1. Die Steuereinheit 7 der Abtastvor ¬ richtung 1 kann bei einer möglichen Ausführungsform die Bewe ¬ gung des Schweißbrenners 3 des Schweißgerätes SG steuern. Hierzu kann sich der Schweißbrenner 3 in einem ansteuerbaren Roboterarm des Schweißgerätes SG bzw. der Schweißanlage be ¬ finden .

Das in Fig. 5 dargestellte Schweißgerät SG eignet sich nicht nur zum Schweißen, sondern auch zum Abtasten einer Werkstück ¬ oberfläche 2A des Werkstückes 2. Dieses Abtasten kann bei ei ¬ ner möglichen Ausführungsform vor Durchführung des eigentli ¬ chen Schweißvorganges vorgenommen werden. Bei einer möglichen Ausführungsform kann das Schweißgerät SG über die Ein- und Ausgabeeinrichtung 29 in einen Betriebsmodus zum Vornehmen eines Abtastens versetzt werden. In diesem Abtastbetriebsmo- dus des Schweißgerätes SG wird die Schweißdrahtelektrode 4 nicht zum Schweißen, sondern zum Abtasten des Werkstückes 2 verwendet .

Der Schweißbrenner 3 befindet sich bei einer möglichen Aus ¬ führungsform an einem Roboterarm 31, wie in Fig. 6 schema ¬ tisch dargestellt. Das Drahtende 4A der Schweißdrahtelektrode 4 bildet einen Werkzeugbezugspunkt TCP. Dieser Werkzeugbe ¬ zugspunkt TCP kann wie in Fig. 6 dargestellt mittels eines Kalibrierkörpers 32 zur Reduzierung von Abtastmessfehlern ka- libriert werden. Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungs ¬ beispiel ist der Kalibrierkörper 32 konisch ausgebildet. Der in Fig. 6 dargestellte konische bzw. kegelförmige Kalibrier ¬ körper 32 wird durch die Abtastvorrichtung 1 zur Kalibrierung des Werkzeugbezugspunktes TCP abgetastet. Beispielsweise wird der kegelförmige Abtastkörper 32 an verschiedenen Höhen Z entlang eines Kreises abgetastet. Bleibt die gemessene Höhe Z konstant, ist der Werkzeugbezugspunkt TCP korrekt kalibriert. Die Kalibrierung des Werkzeugbezugspunktes TCP erfolgt vor ¬ zugsweise an der Kalibrierfläche eines Referenz- bzw. Kalib ¬ rierkörpers 32. Die Kalibrierung wird vorzugsweise durchge ¬ führt, bevor der Abtastvorgang zum Abtasten der Werkstück ¬ oberfläche 2A beginnt. Nach erfolgreicher Kalibrierung des Werkzeugbezugspunktes TCP erfolgt anschließend die Abtastung der Werkstückoberfläche 2A insbesondere eines metallischen Werkstückes 2. Mit dem erfindungsgemäßen Abtastverfahren kann die Bauteiloberfläche des Werkstückes 2 vermessen werden. Beispielsweise kann eine Lage eines bestimmten Werkstückes 2 genau bestimmt werden. Insbesondere bei bekannter Position des Kalibrierkörpers 32 kann die Absolutposition der Werk ¬ stückoberfläche 2A ermittelt werden, indem die Werkstückober ¬ fläche 2A relativ zum Kalibrierkörper 32 bestimmt wird. Wei ¬ terhin kann auch die relative Lage bzw. Anordnung von zwei verschiedenen Werkstücken 2 zueinander bestimmt werden. Bei ¬ spielsweise kann ein zwischen zwei zu verschweißenden Bautei ¬ len bzw. Werkstücken 2 bestehender Hohlraum bzw. Spalt mit dem erfindungsgemäßen Abtastverfahren vermessen werden und anschließend die beiden Werkstücke an dieser Stelle miteinan ¬ der verschweißt werden. Bei einem möglichen Anwendungsfall wird beispielsweise eine zwischen zwei Bauteilen bestehender Spalt vor Durchführung des Schweißvorganges abgetastet bzw. vermessen und anschließend in einem nachfolgenden Schweißpro- zess entsprechend den ermittelten Messdaten werden die beiden Bauteile miteinander verschweißt. Bei dem erfindungsgemäßen Abtastverfahren werden mögliche Abtastfehler erfasst und vor ¬ zugsweise ausgeglichen bzw. korrigiert. Hierdurch ist die Ge ¬ nauigkeit bei der Abtastung bzw. Vermessung der Werkstück- oberflache 2A und/oder von Hohlräumen zwischen Werkstücken 2 hoch, sodass auch die Qualität einer nachfolgend erzeugten Schweißverbindung erhöht werden kann. Mithilfe des erfin ¬ dungsgemäßen Abtastverfahrens können beispielsweise Bauteil ¬ toleranzen von Werkstücken 2 erkannt und ausgeglichen werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Verschleiß der beim Abtasten eingesetzten Schweißdrahtelektrode 4 minimiert und somit die Messergebnisse bei Vermessung des Werkstückes 2 verbessert. Weiterhin ist es möglich die beim Schweißvorgang entstehende Schweißnaht mit Hilfe der Abtastvorrichtung 1 ab ¬ zutasten, um Informationen über deren Qualität zu erhalten.