CN105241375B - 对接焊接的无接触检查 - Google Patents

Abstract

一种用于塑料管和配件的接头焊接的无接触检查的装置及与其相关联的方法，包含载体装置、照明单元以及用于监测待焊接的管端或配件端和焊缝的至少一个传感器，其中传感器为优选地为数码相机的电子感光传感器，并且此传感器用于检查。

Description

对接焊接的无接触检查

技术领域

本发明涉及一种用于塑料管和配件(fitting)的对接(butt)焊接的无接触检查的装置及方法，其中装置具有载体装置、照明单元、以及至少一个传感器，其中管端借助于已知的对接焊接方法来焊接，并且焊缝的无接触检查和管端或配件端的可选检查在焊接之前借助于传感器来执行。

背景技术

对接焊接的检查用来确保焊接的质量。哪一种方法用于使管或配件对接焊接都不起作用，不论其是否借助于无接触IR焊接方法、借助于通过触碰热镜的经典对接焊接方法、或另一方法。根据待焊接的管或配件，即，其大小、其塑料、应用的焊接技术等，焊缝都将具有可目视检查的特定形状或尺寸。存在与其对应的指南或标准，指南或标准联系管或配件和焊接性质精确地限定了接缝必须看起来怎样或可允许的大小必须为怎样，以便它们满足要求。到现在为止，人工目视判断常由负责任的技术人员来执行，他们基于对其已知的标准和指南来比较和判断所得的焊缝。

在此情况下，不利的是由技术人员作出判断是非常耗时的，并且因此非常昂贵的。另外，此类判断也并非始终相同，因为人为因素起到显著的作用，并且检查并非总是由同一技术人员执行。

JP 2000289115 A公开了一种借助于超声波传感器的塑料管的焊接的检查，由此还可实现关于不可见的内部中的管壁的熔化的陈述。

高花费在此检查中是不利的，因为此类检查是非常耗时的，尤其因为焊接在可举行此类检查之前必须为完全冷的，这对于具有多样的焊缝的管线的安装而言并不理想。

发明内容

本发明的目的在于提出一种装置和与其相关联的方法，其使得能够在对接焊接的塑料管的情况下进行焊接的非破坏或无接触的一致质量检查，而没有由较高的时间花费所导致的经济缺点。

此目的根据本发明来实现，在于用于焊接的无接触检查的传感器为电子感光传感器，优选地数码相机，并且无接触检查借助于电子感光传感器来执行，优选地数码相机。

根据本发明的装置包含载体装置，其中载体装置根据装置的应用或其使用的领域来设计和具体化，由此根据本发明的装置可制造为自主(autonomous)检查装置，或可实施为模块，其可改造(retrofit)来用于现有的对接焊接机器。

当然，根据本发明的装置还可实施为使得其已经固定地整体结合在对接焊接机器上。

根据本申请，操作单元也可提供或可省略，因为可能地可使用焊接机器的操作单元。

另外，装置具有照明单元，以在检查期间照亮焊缝或管端，或借助于传感器的记录，以便焊缝或焊珠以及管端的轮廓在焊接过程之前可清楚地识别。

传感器或数码相机进行焊接或焊缝的记录，并且还在焊接之前进行待焊接的管端的记录。具有紧凑构造的CCD传感器、CMOS传感器或从现有技术已知的另一电子感光传感器可安装来作为电子感光传感器。当然，还可使用数码相机，因为这些常包含此类传感器。另外，从现有技术已知的数码相机小到它们可使用而对于本发明没有问题。焊缝或管端的记录可作为胶片或连续地运行，或还可取得个别的图像记录，个别地取得的图像记录可在焊缝的检查期间个别地选定。传感器或数码相机布置成以便其可移动或在传感器载体上移动，或如果需要的话就可因此对准。

作为优选实施例，根据本发明的装置具有传感器载体。传感器优选地布置在传感器载体上，并且传感器载体继而又布置在载体装置上。

有利的是，如果传感器载体布置成以便其可在载体装置上移动或旋转，则传感器载体因此可在载体装置上围绕轴线旋转，其中载体装置形成固定底座。

本发明的区别在于传感器载体可围绕管或焊接部旋转360°。布置在传感器载体上的传感器因此也围绕管移动，并且可在焊接之前记录或检查整个焊缝或管端。

传感器载体优选地具有C形形状。这使传感器载体能够围绕管圆周简单定位，在于C形形状的传感器载体在管圆周上移动，因为C形形状的开口是足够大的，可使用根据本发明的装置来检查的最大管直径可推过C形形状的开口，或传感器载体可在管之上推动。待焊接的管端然后由传感器载体同心地包围。传感器载体的此形状使传感器载体且因此还使传感器能够环绕管或焊缝360°。

传感器优选地布置在传感器载体上，使得传感器的观察角或视场使其能够使用根据本发明的同一装置来获取和检查不同的管大小，而不必执行装置的改动或调整。如已经描述的那样，传感器优选地布置在传感器载体上，以便其为可动的，优选地可枢转，由此传感器的微调是可能的。

传感器优选地以证实的方式在管圆周上切向地对准，如上文已经描述的那样，可使用一个装置或一个传感器设置来获取尽可能多的管的大小。

另外有利的是如果照明单元也布置成在至传感器载体上的传感器的限定的距离处，并且还围绕管或焊缝移动。优选实施例在于照明单元布置在传感器载体上，使得其形成用于传感器的背光。

将注意的是，在其中照明单元用作背光的优选实施例的情况中，装置可适用的不同的管直径也可在这里覆盖。也就是说，在装置上可检查到的最小和最大直径的情况下，其形成用于传感器的背光。照明单元因此优选地实施为光屏，即，照明单元延伸过特定范围。照明单元布置在传感器载体上，其中传感器载体优选地具有C形形状，在C形形状上延伸过特定长度，以便任何管直径因此都可由光屏良好地照亮。光屏尤其可分段地开启或关闭，以便在各个情况下，仅光屏的区段被照亮，这形成了用于传感器的最佳背光。例如，LED可用于照明单元，其沿传感器载体布置，使得它们形成光屏并且可分段地开启或关闭。

优选实施例在于根据本发明的装置具有镜，其中镜优选地布置在传感器载体上。有利的是如果镜布置成以便其可在传感器载体上移动，这使镜能够微调。镜使用来扩大传感器与待记录的焊缝之间的光程(optical path)。另外，传感器与焊缝之间的观察角是变化的。在根据本发明的装置的此实施例中，传感器并未直接切向地定向在管圆周上，而是其经由镜来间接切向地定向在管线圆周上。已经示出为有利的是，镜和/或传感器布置成使得它们可在传感器载体上移动，以便可执行微调。照明单元布置成使得形成背光，即，背光切向地照射在管圆周上，并且直接地照射到镜中，镜将光再引导至传感器。背光与切向地照亮的焊缝之间的距离因此像没有镜那样保持相等，但在进行记录的位置处的在传感器或数码相机与焊缝或管圆周之间的距离与没有镜的布置相比是扩大的。背光的可察觉的宽度因此扩大，并且使得能够进行整个焊缝的照明或借助于背光来覆盖焊珠的整个宽度，由此焊缝从后方完全地照亮，假设背光至焊缝的距离保持恒定。这继而用于在记录期间清楚地识别和获得焊缝或焊珠的轮廓。

根据本发明的装置的另一实施例在于照明单元布置为传感器载体上的入射灯，并且传感器或数码相机还垂直地或大致垂直于管线或焊缝的外直径来定向。因此，传感器大致垂直地对准，以便可避免焊缝上的照明单元的反射，由此所得的记录是更清楚的。待检查的位置的表面成分可通过传感器和照明单元的此布置来确定。其中，带有背光的切向或间接切向的传感器的实施例以及带有入射光的垂直于圆周定向的传感器的实施例可组合且又分离地布置在传感器载体上。

用于塑料管的对接焊接的无接触检查的根据本发明的方法通过以下步骤来区分：待焊接的管端优选地借助于在对接焊接机器上的管夹具来紧固，以便待焊接的两个端侧与彼此相对。管端随后平面化(planed)，以便提供干净和平面的端侧，并且因此准备用于焊接。

例如，一旦它们在对接焊接机器上的管夹具中紧固和平面化，则待焊接的管端优选地已经以无接触方式来检查。例如，如果需要，则待焊接的管端的外直径和它们的椭圆性和它们与彼此的相互偏移可检查和校正。或至少管或它们的缺陷因此可早期地识别且弃置或替换。另外，存在的可能性是在此时间点处借助于根据本发明的方法已经来识别待焊接的管端的表面是否足够干净和光滑。进一步的检查和识别(如材料识别、颜色识别、管的平行度等)也可通过根据本发明的方法来构想出。

随后，可执行焊接，其中管端的之前执行的无接触检查并未代表在用于检查焊缝的方法中的要求。

从现有技术已知的任何方法都可应用于焊接，例如，IR焊接、借助于热镜上的触碰的对接焊接等。

随后，进行焊缝或焊珠的无接触检查。在此情况中的大的优点在于，由于检查是无接触的，故检查可已经在冷却工序期间执行，由此可避免用于冷却之后的随后检查的附加的时间花费，这使管线能够快速和敏捷地放置。无接触检查借助于电子感光传感器(优选地数码相机)来执行，用于焊缝的检查以及检查管端的可选工序。当然，如上文参考装置来描述的可能的实施例也可适用于该方法。传感器获取焊缝或焊珠的轮廓，例如宽度、形状等，由此焊缝的横截面面积也可确定。如果管端的检查已在焊接之前发生，则管端的轮廓以及其其它性质也被获取，并且可能借助于控制器来分析。传感器连续地或作为胶片获取数据，或沿圆周的个别记录也是可能的。出于此目的，传感器围绕管圆周或围绕焊缝旋转，由此在不改变其位置中的管的情况下获取和检查整个缝。

为了使确定的记录导致清晰(sharp)且清楚的轮廓，优选地通过在切向地或间接切向地定向的传感器上的背光来照亮焊缝，这清楚地强调了焊缝或焊珠或管端的轮廓，并且使它们可良好地识别。

由传感器确定的这些数据然后与储存在控制器中的数据进行比较并且以储存在控制器中的数据来检查，这基于标准和/或指南，标准和/或指南指定了焊缝针对使用焊接塑料管的特定要求必须具有的大小和形状，以便它们满足要求。然后可基于此分析来陈述焊缝是否对应于要求。另外，还可由垂直地定向在管圆周或焊缝上且由入射光照亮的传感器来确定可能还导致焊接的弱化的刺激物或污染物是否存在于焊缝或焊珠的表面上。所有这些分析都可借助于控制器基于针对焊缝来建立的边界条件来执行，边界条件大致由标准限定。或者数据(大小和面积规格)提供给使用者来用作决策协助。

由装置获取的数据还可储存来文档记录焊接过程或焊接结果，且/或使得能够进行焊缝的后续判断。

附图说明

本发明的示例性实施例将基于图来描述，其中本发明不仅限于示例性实施例。在图中：

图1示出了根据本发明的装置的示意性视图，

图2示出了根据本发明的装置的示意性视图，其中仅示出了没有载体装置的传感器载体，

图3示出了穿过管夹具和焊接的管端的示意性纵向截面，

图4示出了根据本发明的装置的示意性图示，其中照明单元布置为入射光，

图5示出了根据本发明的装置的示意性图示，其中照明单元布置为背光，

图6示出了具有背光和镜的根据本发明的装置的示意性图示，

图7示出了具有光屏的根据本发明的装置的示意性图示，其中光屏仅区域性地照亮，

图8示出了传感器载体的移动顺序的示意性图示，

图9示出了传感器、管和照明单元的示意性布置，带有由传感器获取的记录，以及

图10仅示出了转换成轮廓的记录，以使比较能够进行。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的装置1的示意性图示，其中用于对接焊接的无接触检查的装置1包含载体装置2。图1中图示的装置1只是示意性的，因此载体装置2也仅图示为矩形板2。当然，载体装置2可具有不同的形状，并且还可具有其它特征，例如，显示器或开关。另外，其还根据装置1的应用来设计，以便例如其实施为以便其可适用于对接焊接机器，并且例如可通过枢接在图3中的管夹具10之间来置于对接焊接机器中，类似于热镜。当然，对焊接机器的其它修改也是可构想的。通过根据本发明的装置1的模块构造，其像期望的那样是可使用的，并且还适合于改造。装置1还可实施为自主的，并且可具有分离的控制器和显示器。传感器载体3布置在载体装置2上。传感器载体3布置成使得其可围绕待焊接的管或焊接的管或焊缝来旋转，优选地旋转360°，因此围绕整个管。这利用图1中图示的实施例来实现，在于传感器载体3由优选地同步运行的两个驱动器8驱动，并且在传感器载体3围绕其中心轴线或围绕管线轴线的旋转期间，至少一个驱动器8在各个情况中与传感器载体3接合，因此，驱动器8和传感器载体3优选地具有齿轮齿(未示出)，其中传感器载体3还能以其它方式来驱动。

传感器载体3优选地具有C形形状。除良好的旋转能力的优点之外，这还提供了传感器载体3可容易地在待焊接的管端上移动或在已经焊接的管上移动的优点，如可在图2中识别到的那样，并且随后关于管5同心地布置，由此具有布置在其上的传感器4的传感器载体3的环绕可容易实施，以使得能够进行整个焊缝的检查。C形形状实施为使得对于传感器载体3有可能甚至在最大管直径将在对应装置1上检查的情况下在管上行进。

电子感光传感器4布置在传感器载体3上。此类传感器4已知为来自现有技术的CCD传感器，或还已知为来自现有技术的CMOS传感器，其中此类传感器4在数码相机中得到使用，并且替代与光学系统组合的传感器4，还可使用包含此类传感器4的数码相机。对于带有对于此目的所需的光学系统的此类传感器4或数码相机的安装来说重要的是，带有光学系统或数码相机的传感器紧凑地构造。根据本发明的用于装置1的空间条件可在图3中识别出。根据本发明的装置1必须可插入管夹具10之间，并且这要求窄的传感器4，并且载体装置2和传感器载体3还必须设计为非常薄的，因为这些也仍在管夹具10之间突出，并且管夹具10由于焊接工艺而相对紧密地移动到一起。另外，根据本发明的装置1具有照明单元6，以便由传感器4记录的焊缝或焊珠可清楚地识别，并且轮廓清楚地突出。在图1中，照明单元6公开为背光6，其中背光6实施为图1中的光屏6。因此，可在装置1上检查的所有大小的管直径都理想地由背光6照亮。在图1中，虚线代表理论最小管直径，其中管5的中心用作这里的最小直径的代表。因此，从图1可认识到的是，借助于传感器4和通过背光6的对应照明来从最小管直径直到这里示出的最大管直径获取焊缝是可能的，而不必在装置1上执行改变，其中传感器4或数码相机4和/或镜7可布置成使它们一方面在传感器载体3上可动或移动，以扩展可获取的管直径的范围，并且另一方面，能够执行对于最优纪录的微调。另外，有利的是如果装置1具有镜7，因为其扩大了从传感器4到焊缝的光程，如在图1中显而易见的那样。

图4示出了体现为入射光的照明单元6。入射光在记录的位置处照亮焊缝，其中由传感器4或数码相机进行的焊缝的记录在焊缝或管5的圆周上垂直地执行。通过此类型的记录，表面上的主要污染物或刺激物被识别，且/或管或配件材料被认出。

图5示出了在使用背光6的情况下的示意性图示。焊缝或焊珠的轮廓由于使用背光6而清楚地突出。在使用背光6的情况下，传感器4必须与管直径或焊缝切向地定向。背光6因此在相反方向上发射。当然，背光和入射光的实施例两者都可紧固在传感器载体3上，以执行不同的检查，并且还存在只使用背光或入射光的可能性。在图5中，各自示出了装置1所适用的最小和最大管直径。因此，传感器4具有对应的大视角α，以覆盖可能的管直径的最大可能范围，这可使用装置1来检查。由于背光6的位置也根据管直径而变化，并且此背光也固定地布置在传感器载体3上，然而，背光6由光屏6形成，其关于管圆周同心地延伸或沿传感器载体3的C形形状的内表面延伸。对应的光屏6可在图1中良好地识别。连成串的(concatenated)LED可用作可能的发光体，其中其它发光体也是可构想出的。

图7图示了光屏6的区域性开启和关闭，其中在图7中示出的根据本发明的装置的实施例仍具有镜7，并且传感器4经由镜7来间接地执行焊缝的记录。然而，背光6也在这里在相反方向上发射，其中仅背光6的照亮区域12是开启的，由此垂直地关于焊缝的照明单元的反射可避免，并且因此记录不被干扰，并且可更清楚地识别。在此情况下，必须总是考虑的是传感器载体3围绕焊缝或管端旋转360°，同时传感器4进行记录。图6再次图示了镜7的优点。如已经描述的那样，记录通过使用背光6由传感器4来切向地执行。为了使焊缝或焊珠的整个宽度由背光6照亮或包围，有利的是如果从传感器4到焊缝的记录点的距离是相对大的，这扩大了背光6的察觉宽度，并且使得能够借助于背光6来完全覆盖焊缝宽度，由此焊缝或焊珠的轮廓清楚地突出，这也可在来自图9的图示中良好地识别。

传感器与焊缝之间的距离的扩大也引起相对地考虑的最大管大小与最小管大小之间的路径差(光程)变得更小。因此，可省略景深的调整。图像在每个大小的情况下仍保持为清晰的且可清楚地识别。

图6中还示出了可能的最小和最大管直径的变型，尽管最小直径仅借助于在假想的最小直径上画出的虚线切线来指示，其中可获取的范围的扩展这里也通过可移动的传感器和/或镜而是可能的，如图7中那样。

图8图示了用于传感器载体3的围绕管的布置以及其检查的顺序。首先，传感器载体3在管5上移动，这由传感器载体3的C形形状使得可能。另外，所示出的是带有布置在其上的传感器4、镜7和这里实施为背光6的照明单元6的传感器载体3可围绕管5旋转，优选地旋转360°，以便可完全地检查焊缝或管端。

图9图示了焊接之前的管端的根据本发明的示意性检查，以及在焊接之后通过焊缝的检查来进行的检查。传感器4在焊接之后切向地定向在待焊接的管端5的管直径或其焊缝上，并且由背光6切向地照射。传感器4获取记录13、14。记录13代表了焊接之前的两个管端5，并且通过可连续地或作为个别记录来执行的传感器4的记录使得能够获取直径、椭圆度、相互偏移、表面成分等。焊缝可类似地获取，这在记录14中呈现。在此类情况下，焊缝9或焊珠9的几何形状、形状、尺寸、面积以及可能的刺激物和污染物也可由记录确定。

这些获取的数据随后由控制器转换，使得仅轮廓仍成像为像图10中那样，进一步处理，或用于数据比较。这些确定的轮廓随后可与储存在控制器中的标准和/或比较值或边界条件来比较，并且导致焊缝或管端的可靠性或不可靠性，在于其基于其确定的性质和大小来判断对应的焊缝是否满足或不满足要求。获得的数据还可储存来用于文件归档目的。

参考标号列表

1 用于对接焊接的无接触检查的装置

2 载体装置

3 传感器载体

4 传感器、电子感光传感器、数码相机

5 管、管端或配件、配件端

6 照明单元/光屏/背光/入射光

7 镜

8 驱动器

9 焊缝

10 管夹具或配件夹具

11 对接焊缝

12 光屏的照亮区域

13 由传感器在焊接前记录的管端

14 由传感器记录的焊缝

α 传感器的视角

Claims (17)

1.用于塑料管和配件(5)的对接焊接的无接触检查的装置(1)，包含载体装置(2)、照明单元(6)、传感器载体(3)以及用于监测待焊接的管端或配件端(5)和焊缝(9)的至少一个传感器(4)，其中所述传感器(4)布置在所述传感器载体(3)上，其特征在于，所述传感器载体(3)布置成以便其能在所述载体装置(2)上移动或旋转，其中传感器载体（3）布置成使得其可围绕待焊接的管或焊接的管或焊缝来旋转，其中所述传感器(4)为电子感光传感器(4)。

2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述传感器(4)为数码相机(4)。

3.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述传感器载体(3)能围绕待焊接的所述管(5)或所述焊缝(9)旋转360°。

4.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述传感器载体(3)具有C形形状。

5.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述照明单元(6)布置在所述传感器载体(3)上。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述传感器(4)在所述管圆周或所述焊缝上切向地或间接切向地定向。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述照明单元(6)布置为背光(6)。

8.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述装置具有镜(7)。

9.根据权利要求8所述的装置(1)，其特征在于，所述镜(7)布置在所述传感器载体(3)上。

10.根据权利要求1-5中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述照明单元(6)布置为入射光，并且所述传感器(4)垂直地或大致垂直地定向在待记录的位置上。

11.根据权利要求1-5中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)布置在对接焊接机器(11)上，或实施为自主模块，其中所述模块还能适于在对接焊接机器(11)上改造。

12.用于塑料管和配件(5)的对接焊接的无接触检查的方法，其具有以下步骤：

-将待焊接的管端(5)卡接或固定在相对的端侧处，

-使所述管端平面化，

-借助于已知的对接焊接方法来焊接所述管端(5)，

-在冷却操作期间执行焊缝(9)的无接触检查，

其特征在于，所述无接触检查借助于电子感光传感器(4)来执行，所述传感器(4)围绕所述管端(5)或所述焊缝(9)旋转来用于所述无接触检查。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述电子感光传感器(4)为数码相机(4)。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在步骤“使所述管端平面化”与步骤“借助于已知的对接焊接方法来焊接所述管端(5)”之间进行步骤：执行所述管端(5)的无接触检查。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述传感器(4)围绕所述管端(5)或所述焊缝(9)旋转360°来用于所述无接触检查。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述管(5)或所述焊缝(9)被照亮。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述管(5)或所述焊缝(9)借助于背光或入射光(6)被照亮。

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