DE10351579A1

DE10351579A1 - Method for checking weld seams during a welding process and an apparatus for carrying out this method

Info

Publication number: DE10351579A1
Application number: DE2003151579
Authority: DE
Inventors: Arndt Brodowski; Joseph Burke; Michael Noss; Kai Zirk; Sieglinde Dr. Borchert
Original assignee: SES Entwicklung GmbH
Current assignee: SES Entwicklung GmbH
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2005-06-02
Also published as: WO2005044503A1

Abstract

Erfindungsgemäß werden die skizzierten Probleme durch ein Verfahren gelöst, bei dem ein Teil der Strahlungsintensität, die vom Lichtbogen erzeugt wird, nach dem Durchdringen eines Intensitätsminderers von einem fotoempfindlichen Detektor erfasst wird und das Signal des Detektors von einer digitalen Rechnereinheit mathematisch aufbereitet und daraus ein digitales Muster erzeugt wird, welches mit einem im Speicher abgelegten Referenzmuster verglichen und eine Abweichung über einen Signalgeber gemeldet wird.According to the invention, the problems outlined are solved by a method in which a part of the radiation intensity generated by the arc is detected by a photosensitive detector after passing through an intensity reducer and the signal of the detector is processed mathematically by a digital computer unit and from this a digital pattern is generated, which is compared with a stored in the memory reference pattern and a deviation is signaled by a signal generator.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4 zur Durchführung dieses Verfahrens, für die Erkennung und Meldung von fehlerhaften Schweißnähten während des Schweißvorgangs eines Schweißautomaten.object The invention is a method having the features of the claim 1 and a device with the features of claim 4 for carrying out this Procedure, for the detection and reporting of faulty welds during the welding a welding machine.

In der Automobilindustrie, aber auch bei der Herstellung von Stahlrohren, Containern und Bauelementen werden Bauteile und Komponenten häufig durch Lichtbogenschweißen mittels Schweißautomaten mit einander verbunden. Dabei wird die Schweißnaht durch die extreme Hitze eines zwischen einer Elektrode und der Naht zwischen den zu verbindenden Komponenten gezogenen elektrischen Lichtbogen erzeugt. Der Lichtbogen lässt die aneinanderliegenden Oberflächen der einzelnen Komponenten zusammenschmelzen.In the automotive industry, but also in the production of steel pipes, Containers and components are often replaced by components and components Arc welding by means of welding machines connected with each other. In doing so, the weld will be affected by the extreme heat one between an electrode and the seam between them Components generated electric arc generated. The arc lets the adjacent surfaces of the individual components melt together.

Weisen jedoch beispielsweise die zu verbindenden Komponenten gekrümmte Formen auf, kommt es immer wieder zu Fehlpositionierungen dieser Komponenten bei der Bestückung des Schweißautomaten, was eine Abweichung der Schweißnaht vom Sollverlauf zur Folge hat. Häufig kommt es dann zu einer Unterbrechung und damit zu einer fehlerhaften Scheißnaht.Point however, for example, the components to be curved curved shapes On, it comes again and again to incorrect positioning of these components at the assembly the welding machine, what a deviation of the weld from Target course has the consequence. Often Then it comes to an interruption and thus to a faulty Shit seam.

Aber auch Intensitätsschwankungen des elektrischen Lichtbogens – die durch Variation des Abstandes zwischen Elektrode und Material hervorgerufen werden können – und Abriss des Elektrodenmaterials können eine thermische Schädigung des zu schweißenden Materials bzw. lückenhafte Schweißnähte zur Folge haben.But also intensity fluctuations of the electric arc - the caused by variation of the distance between electrode and material can be - and demolition of the electrode material a thermal damage to be welded Materials or incomplete welds for Episode.

Es ist daher notwendig, die beim Lichtbogenschweißen auftretenden Produktionsprobleme durch ein entsprechendes Überwachungssystem zu kontrollieren, das lückenlos alle Schweißnähte erfasst. Gegenwärtig erfolgt, insbesondere in der Automobilindustrie, die Prüfung meist über eine (fehlerbehaftete) visuelle und damit kostenintensive – weil personalintensive – Kontrolle im Anschluss zu dem Schweißvorgang.It is therefore necessary, the production problems occurring during arc welding through an appropriate monitoring system to control that completely all welds detected. At present, especially in the automotive industry, the test mostly over a (faulty) visual and thus cost-intensive - because personnel-intensive - control following the welding process.

Aus diesem Grund wäre es von Vorteil, ein Verfahren zu haben, das die Schweißnähte während des Schweißvorgangs des Schweißautomaten überprüfte und im Falle einer fehlerhaften Schweißnaht eine Meldung machte.Out that's why it is advantageous to have a method that welds during the welding the welding machine checked and in the case of a faulty weld made a message.

Hierzu werden im Stand der Technik keine Patentschriften genannt, die eine Erkennung und Meldung von fehlerhaften Schweißnähten während des Schweißvorgangs eines Schweißautomaten beschreiben.For this In the prior art, no patents are called, the one Detection and reporting of faulty welds during the welding process a welding machine describe.

Lediglich bei der Prüfung von längsnahtgeschweißten Rohren werden Vorrichtungen, basierend auf Ultraschallmessungen, anstelle einer visuellen Kontrolle eingesetzt, wie beispielsweise in DE 101 34 696 C1 dargelegt. Jedoch ist bei diesem Verfahren die Prüfung erst nach Abschluss des Schweißvorgangs möglich, was aber mit einem zusätzlichen Verfahrensschritt und damit mit einem finanziellen Mehraufwand verbunden ist.Only in the testing of longitudinally welded pipes are devices based on ultrasonic measurements used instead of visual control, such as in DE 101 34 696 C1 explained. However, in this method, the test is possible only after completion of the welding process, but this is associated with an additional process step and thus with a financial overhead.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher die Aufgabe, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erkennung und Meldung von fehlerhaften Schweißnähten während des Schweißvorgangs eines Schweißautomaten zu schaffen.outgoing It is therefore the task of this prior art to provide a method and a device for detecting and reporting faulty Welds during the Welding process one welding machines to accomplish.

Die verfahrenstechnische Lösung erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1, vorteilhafte Vorgehensweisen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 und 3.The procedural solution carried by the characterizing features of claim 1, advantageous Procedures emerge from the subclaims 2 and 3.

Eine Vorrichtung gemäß der genannten Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 4 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen einer solchen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 5 bis 16 gekennzeichnet.A Device according to said The object is achieved by the characterizing features of claim 4 solved. Advantageous embodiments Such a device are characterized in claims 5 to 16.

Anwendungen einer derartigen Vorrichtung finden sich gemäß des Anspruchs 17.applications Such a device can be found according to claim 17.

Die Intensität und Charakteristik der Strahlung 1 des bei einem Schweißprozess auftretenden Lichtbogens 2 zwischen Roboterarm 3 und der zu schweißenden Komponente 4 hängt sowohl vom Lichtbogen als auch von der Oberfläche (Form) der Komponente ab.The intensity and characteristics of the radiation 1 of the arc occurring in a welding process 2 between robotic arm 3 and the component to be welded 4 Depends on both the arc and the surface (shape) of the component.

Reißt beispielsweise durch fehlendes Elektrodenmaterial der Lichtbogen 2 kurzzeitig ab, ist keine Strahlungsintensität mehr bis zum Wiederaufbau des Lichtbogens wahrnehmbar. Steigt die Intensität des Lichtbogens 2 – beispielsweise durch Verkleinerung des Abstands zwischen der Komponente und der Elektrode – steigt die Intensität der Strahlung stark an. Aber auch die Form 4.1, 4.2 und 4.3 und die räumliche Orientierung der zu schweißenden Komponenten haben Auswirkungen auf die räumliche Verteilung der Intensität der Strahlung 1.1, 1.2 und 1.3. Ändert sich die Form und/oder Lage – beispielsweise durch falsches positionieren in der Haltevorrichtung 5 – der Komponenten während des Schweißvorgangs, ändert sich auch die Intensitätsverteilung der Strahlung.Tear, for example, by missing electrode material of the arc 2 short-term, no radiation intensity is perceptible until the reconstruction of the arc. Increases the intensity of the arc 2 - For example, by reducing the distance between the component and the electrode - the intensity of the radiation increases sharply. But also the form 4.1 . 4.2 and 4.3 and the spatial orientation of the components to be welded affect the spatial distribution of the intensity of the radiation 1.1 . 1.2 and 1.3 , The shape and / or position changes - for example due to incorrect positioning in the holding device 5 - The components during the welding process, also changes the intensity distribution of the radiation.

Erfindungsgemäß wird die Intensität der Strahlung während des Schweißprozesses mittels eines direkt am Roboterarm 3 angebrachten Sensors 6 erfasst und mit einem (im Vorfeld aufgenommenen, für den zu kontrollierenden Prozess typischen) Referenz-Intensitätsprofil im laufenden Prozess verglichen. Im Falle einer Abweichung vom Referenzprofil wird eine Meldung erfolgen, so dass die Komponente, die möglicherweise mit einer fehlerhaften Schweißnaht versehen ist, ausgesondert werden kann. Dabei kann die Intensität und der Spektralbereich der Strahlung, die bzw. der vom Sensor erfasst wird, durch geeignete Bauteile auf den jeweiligen Prozess angepasst werden. Darüber hinaus können mit einem Sensor mehrere Intensitätsprofile gleichzeitig aufgenommen und mit den gespeicherten Referenz-Intensitätsprofilen verglichen werden.According to the invention, the intensity of the radiation during the welding process by means of egg directly at the robot arm 3 attached sensor 6 and compared with a (previously recorded, typical for the process to be controlled) reference intensity profile in the current process. In the event of a deviation from the reference profile, a message will be issued so that the component, which may be provided with a faulty weld, can be discarded. In this case, the intensity and the spectral range of the radiation which is detected by the sensor can be adapted to the respective process by means of suitable components. In addition, several intensity profiles can be recorded simultaneously with one sensor and compared with the stored reference intensity profiles.

Anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Ausführungen sei das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zu seiner Durchführung näher beschrieben.Based the drawings and the subsequent embodiments is the inventive method and the device for its implementation described in more detail.

Anhand der beigefügten Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und Vorrichtungen zu seiner Durchführung im Einzelnen beschrieben.Based the attached Drawings are preferred embodiments of the method according to the invention and devices for its implementation described in detail.

Dabei ist:there is:

1 Prinzipdarstellung eines Schweißautomaten, mit einem am Roboterarm montierten Sensor. 1 Schematic representation of a welding machine with a sensor mounted on the robot arm.

2 Prinzipdarstellung der räumlichen Intensitätsverteilung der Strahlung in Abhängigkeit von der Form und Lage der zu schweißenden Komponenten. 2 Schematic representation of the spatial intensity distribution of the radiation as a function of the shape and position of the components to be welded.

3 Schema des Verfahrens zur Erkennung und Meldung von fehlerhaften Schweißnähten während eines Schweißvorgangs. 3 Scheme of the method for detecting and reporting defective welds during a welding operation.

4 Schema des erweiterten Verfahrens zur Erkennung und Meldung von fehlerhaften Schweißnähten während eines Schweißvorgangs. 4 Scheme of the advanced method for detecting and reporting faulty welds during a welding operation.

5 Schema des bevorzugten Verfahrens zur Erkennung und Meldung von fehlerhaften Schweißnähten während eines Schweißvorgangs. 5 Scheme of the preferred method for detecting and reporting faulty welds during a welding operation.

6 Prinzipdarstellung einer Vorrichtung, 6 Schematic representation of a device

7 und 8 alternative Bauformen für Vorrichtungen. 7 and 8th alternative designs for devices.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines prozessüberwachenden Schweißautomaten, der im Wesentlichen aus einem Roboterarm 3, einer zu schweißenden Komponente 4, einer Haltevorrichtung 5 und einem Sensor 6 besteht. Außerdem ist die räumliche Intensitätsverteilung der Strahlung 1, der Lichtbogen 2 und die Schweißnaht 7 dargestellt. 1 shows a schematic representation of a process monitoring welding machine, which essentially consists of a robot arm 3 , a component to be welded 4 , a holding device 5 and a sensor 6 consists. In addition, the spatial intensity distribution of the radiation 1 , the arc of light 2 and the weld 7 shown.

2 zeigt mögliche Ausprägungen der räumlichen Intensitätsverteilung 1.1, 1.2 und 1.3 der Strahlung in Abhängigkeit von der Form und Lage (auch abhängig von der Haltevorrichtung 5) der zu schweißenden Komponenten 4.1, 4.2 und 4.3 und dem Ort der Schweißnaht 7.1, 7.2 und 7.3. 2 shows possible manifestations of the spatial intensity distribution 1.1 . 1.2 and 1.3 the radiation depending on the shape and position (also depending on the holding device 5 ) of the components to be welded 4.1 . 4.2 and 4.3 and the location of the weld 7.1 . 7.2 and 7.3 ,

3 zeigt die Vorgehensweise zur Erkennung und Meldung von fehlerhaften Schweißnähten während eines Schweißvorgangs. Dabei treffen Teile der Strahlungsintensität 1, die vom Lichtbogen erzeugt wird, nach dem Durchdringen eines Intensitätsminderers 6.1 auf einen fotoempfindlichen Detektor 6.2. Das elektrische Signal des Detektors wird an eine Rechnereinheit 6.3 weitergegeben. Diese Rechnereinheit bereitet das Signal mathematisch auf und erzeugt ein digitales Muster. Anschließend wird dieses Muster mit einem bestehenden – für den Prozessschritt typischen und im Datenspeicher abgelegten – Muster verglichen. Im Falle einer Nicht-Übereinstimmung des aktuell aufgenommenen und des abgelegten Musters, erfolgt eine Signalübermittlung direkt an die Prozesssteuerung und/oder an eine optische und/oder akustische Meldeinheit 6.4. 3 shows the procedure for the detection and reporting of faulty welds during a welding process. It hit parts of the radiation intensity 1 generated by the arc after passing through an intensity reducer 6.1 on a photosensitive detector 6.2 , The electrical signal of the detector is sent to a computer unit 6.3 passed. This computer unit mathematically processes the signal and generates a digital pattern. Subsequently, this pattern is compared with an existing pattern typical for the process step and stored in the data memory. In the case of a non-conformity of the currently recorded and the stored pattern, a signal is transmitted directly to the process control and / or to an optical and / or acoustic message unit 6.4 ,

Im Falle, dass ein neuer Prozessschritt aufgezeichnet und im Datenspeicher abgelegt werden soll, wird die Strahlungsintensität und damit das Signal, wie zuvor beschrieben, als "Referenzmuster" im Datenspeicher abgelegt.in the Trap that recorded a new process step and in the data store is to be stored, the radiation intensity and thus the signal, as described above, stored as a "reference pattern" in the data memory.

4 zeigt eine erweiterte Vorgehensweise. Dabei werden Teile des Frequenzspektrums der Strahlung durch ein Ausschlussverfahren 6.5 vor dem Auftreffen auf den fotoempfindlichen Detektor 6.2 ausgeblendet. 4 shows an advanced approach. In this case, parts of the frequency spectrum of the radiation by an exclusion process 6.5 before hitting the photosensitive detector 6.2 hidden.

5 zeigt eine bevorzugte Vorgehensweise. Dabei treffen unterschiedliche Anteile der Strahlungsintensität 1 auf mehrere (mindestens zwei) räumlich voneinander getrennte fotoempfindliche Detektoren 6.2, deren Signale die Rechnereinheit 6.3 zeitgleich erfasst und, abhängig von der Anzahl der Detektoren, digitale Muster erzeugt. 5 shows a preferred procedure. Here, different proportions of the radiation intensity meet 1 on several (at least two) spatially separated photosensitive detectors 6.2 whose signals are the computer unit 6.3 detected at the same time and, depending on the number of detectors, generates digital patterns.

6 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, wie sie zur Erkennung und Meldung von fehlerhaften Schweißnähten während eines Schweißvorgangs verwendet werden kann. Die Vorrichtung umfasst dabei eine Reinigungsvorrichtung 6.6 (z. B. einen Scheibenwischer und/oder eine Luftdüse) die direkt an einer optisch transparenten Schutzeinrichtung 6.7 (z. B. ein hitzebeständiger Kunststoff oder ein Glas) angebracht ist. Diese Schutzeinrichtung soll mögliche – beim Schweißprozess entstehende – Schweißperlen vom fotoempfindlichen Detektor fern halten. Um einen möglichst großen Strahlquerschnitt zu erfassen und damit Störeinflüsse, die durch Verunreinigungen auf der Schutzeinrichtung hervorgerufen werden können, zu minimieren, ist hinter der Schutzeinrichtung ein Abbildungssystem 6.8 (z. B. eine oder mehrere optische Linsen) angebracht. Danach folgen ein Intensitätsminderer 6.1, (z. B. eine optische Blende oder ein Neutralfilter) und ein fotoempfindlicher Detektor 6.2 (z. B. eine Fotodiode). Das elektrische Signal des Detektors wird an eine anschließende Rechnereinheit 6.3 weitergegeben. Diese Rechnereinheit besteht aus einem Signalwandler (z. B. A/D-Wandler) und einem Rechner (z. B. Prozessor), der das gewandelte Signal mathematisch (z. B. digitale Filterung) aufbereitet und ein digitales Muster erzeugt, welches mit dem im Datenspeicher abgelegten verglichen wird. Das Ausgangssignal des Rechners wird direkt an die Prozesssteuerung weitergegeben und/oder dient der direkten Ansteuerung eines Signalgebers 6.4 (z. B. eines Blinklichts oder Signalhorns). 6 shows a schematic representation of a device, as it can be used for detecting and reporting of defective welds during a welding operation. The device comprises a cleaning device 6.6 (For example, a windshield wiper and / or an air nozzle) directly on an optically transparent protective device 6.7 (eg a heat-resistant plastic or a glass) is attached. This protective device is intended to - possible - during the welding process - welding beads from fotoempfind keep the detector away. In order to detect the largest possible beam cross-section and thus to minimize interference that can be caused by contaminants on the protective device, behind the guard is an imaging system 6.8 (eg, one or more optical lenses). This is followed by an intensity reducer 6.1 , (eg, an optical shutter or a neutral filter) and a photosensitive detector 6.2 (eg a photodiode). The electrical signal of the detector is sent to a subsequent computer unit 6.3 passed. This computer unit consists of a signal converter (eg A / D converter) and a computer (eg processor), which processes the converted signal mathematically (eg digital filtering) and generates a digital pattern, which with which is stored in the data memory is compared. The output signal of the computer is passed on directly to the process control and / or serves for the direct control of a signal generator 6.4 (eg a flashing light or horn).

7 zeigt eine Gestaltung der Vorrichtung ähnlich 6, bei der sich jedoch zwischen dem Intensitätsminderer 6.1 und dem fotoempfindlichen Detektor 6.2 ein Ausschlusselement 6.5 (z. B. ein optisches Frequenzfilter) befindet. 7 shows a design of the device similar 6 in which, however, between the intensity reducer 6.1 and the photosensitive detector 6.2 an exclusion element 6.5 (eg an optical frequency filter).

8 zeigt eine Gestaltung der Vorrichtung ähnlich 7, bei der sich jedoch hinter dem Intensitätsminderer 6.1 mehrere (mindestens zwei) fotoempfindliche Detektoren 6.2 befinden, deren Signale zeitgleich an eine anschließende Rechnereinheit 6.3 weitergegeben werden. 8th shows a design of the device similar 7 , but behind the intensity reducer 6.1 several (at least two) photosensitive detectors 6.2 whose signals are sent simultaneously to a subsequent computer unit 6.3 be passed on.

Claims

Method for detecting and reporting defective weld seams during the welding process of an automatic welding machine, characterized in that a part of the radiation intensity ( 1 ), the arc ( 2 ) after passing through an intensity reducer ( 6.1 ) from a photosensitive detector ( 6.2 ) and the signal of the detector from a digital computer unit ( 6.3 ) is mathematically processed and from this a digital pattern is generated which is compared with a reference pattern stored in the memory and a deviation via a signal generator ( 6.4 ) is reported.

Method according to Claim 1, characterized in that the frequency spectrum of the detected radiation is determined by an exclusion method ( 6.5 ) is limited.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that different proportions of the radiation intensity ( 1 ) on a plurality of spatially separated photosensitive detectors ( 6.2 ), and their signals from the computer unit ( 6.3 ) are recorded at the same time.

Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 3 for the detection and reporting of defective welds during the welding process of a welding machine, comprising a cleaning device ( 6.6 ), an optically transparent protective device ( 6.7 ), an imaging system ( 6.8 ), an intensity reducer ( 6.1 ), a photosensitive detector ( 6.2 ), a computer unit ( 6.3 ) and a signal generator ( 6.4 ).

Apparatus according to claim 4, characterized in that the cleaning device ( 6.6 ) consists of a windscreen wiper, an air nozzle or a brush.

Apparatus according to claim 4, characterized in that the protective device ( 6.7 ) consists of a heat-resistant plastic, a glass or a heat-resistant network.

Device according to claim 4, characterized in that the imaging system ( 6.8 ) consists of one or more lenses.

Apparatus according to claim 4, characterized in that the intensity reducer ( 6.1 ) consists of an optical shutter, a neutral filter or a gray filter.

Device according to Claim 4, characterized in that the photosensitive detector ( 6.2 ) consists of a photodiode, a photoresistor, a photocell, a photomultiplier or a diode array.

Apparatus according to claim 4, characterized in that the computer unit ( 6.3 ) consists of an A / D converter, as well as a processor, a DSP (Digital Signal Processor), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or an FPGA (Field Programmable Gate Array).

Device according to claim 4, characterized in that the signal generator ( 6.4 ) consists of a flashing light, a horn or a vibration alarm.

Apparatus according to claim 4, characterized in that the signal of the computer unit ( 6.3 ) is passed on directly to the process control.

Apparatus according to claim 4, characterized in that between the intensity reducer ( 6.1 ) and the photosensitive detector ( 6.2 ) an exclusion element ( 6.5 ) is located.

Device according to claim 13, characterized in that the exclusion element ( 6.5 ) consists of an optical frequency filter or a filter array.

Apparatus according to claim 4, characterized in that behind the intensity reducer ( 6.1 ) several photosensitive detectors ( 6.2 ), the signals from the computer unit ( 6.3 ) are recorded at the same time.

Apparatus according to claim 15, characterized in that in front of the photosensitive detectors ( 6.2 ) identical or different exclusion elements ( 6.5 ) are located.

Device according to Claims 4 to 16, characterized that it finds use on a welding machine.