DE102010023663A1

DE102010023663A1 - Tester for online inspection of welding and/or soldering connection of components, has independent measuring modules for detecting process parameters of welding and/or soldering process, and produced welding/soldering connection

Info

Publication number: DE102010023663A1
Application number: DE201010023663
Authority: DE
Inventors: Jan Barthel; Dipl.-Ing. Class Rainer; Dipl.-Ing. Lumpp Norbert; Dr. Zürn Michael
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-06-12
Filing date: 2010-06-12
Publication date: 2011-12-15

Abstract

The tester (1) has a measuring unit (2) that includes independent measuring modules (4,5) for detecting electrical signals indicating process parameters of welding and/or soldering process, and produced welding/soldering connection of components (12,13). An evaluating device (11) evaluates and classifies the process parameters, and performs corrective measures based on comparison of the process parameters with predefined tolerance range. An independent claim is included for method for online inspection of welding and/or soldering connection of component.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung zur Online-Prüfung einer durch eine Schweiß- und/oder Lötvorrichtung hergestellten Schweiß- und/oder Lötverbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Online-Prüfung einer durch einen Schweiß-/Lötroboter hergestellten Schweiß-/Lötverbindung.The present invention relates to a testing device for online testing of a welded and / or soldered joint produced by a welding and / or soldering device according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a method for online testing of a welding / soldering robot produced welding / solder joint.

Aus der DE 10 2007 009 275 A1 ist ein Fertigungsrobotersystem mit einem korrigierenden Regelsystem bekannt, welches nach einer durch den Fertigungsroboter durchgeführten Bearbeitung eine automatische Prüfung des hergestellten Werkstückes vornimmt. Darüber hinaus wird aufgrund der bei der Prüfung ermittelten Messdaten eine mögliche Abweichung von vorgegebenen Solldaten ermittelt. Bei einer vorliegenden Abweichung werden dabei von der Steuereinheit Korrekturdaten bestimmt, die die Steuerparameter des Fertigungsroboters automatisch korrigieren, wodurch ein erneutes Auftreten der Abweichung bei der Bearbeitung der nachfolgenden Werkstücke vermieden werden soll.From the DE 10 2007 009 275 A1 a manufacturing robot system with a corrective control system is known, which carries out an automatic examination of the workpiece produced after processing performed by the manufacturing robot. In addition, based on the measurement data determined during the test, a possible deviation from specified target data is determined. In the case of an existing deviation, the control unit determines correction data which automatically corrects the control parameters of the production robot, thereby avoiding a recurrence of the deviation in the processing of the following workpieces.

Generell arbeiten derzeit verfügbare, Prozessdaten verarbeitende Prüfsysteme an Schweiß- bzw. Lötrobotern überwiegend mit einer sogenannten Strom-/Spannungsanalyse, mit Hilfe welcher die Prüfeinrichtungen jedoch nicht in der Lage sind, sämtliche Fehler, insbesondere bei komplexen Nahtgeometrien, zu erkennen.Generally, currently available, process data processing test systems on welding or soldering robots work mainly with a so-called current / voltage analysis, with the help of which the test facilities are not able to detect all errors, especially in complex seam geometries.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine Prüfeinrichtung für einen Schweiß- bzw. Lötprozess anzugeben, die eine Online-Prüfung einer durch einen Schweiß- bzw. Lötroboter hergestellten Schweiß- bzw. Lötverbindung ermöglicht und eine sehr fehlerarm arbeitende Prüfung der hergestellten Schweiß- bzw. Lötverbindung gewährleistet.The present invention is concerned with the problem of specifying a testing device for a welding or soldering process, which enables an online examination of a welding or soldering joint produced by a welding or soldering robot and a test of the produced welding process which operates with very little error. or soldered guaranteed.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Prüfeinrichtung zur Überprüfung einer von einem Schweiß- bzw. Lötroboter hergestellten Schweiß- bzw. Lötverbindung mit zumindest zwei unabhängig voneinander arbeitenden Messmodulen auszustatten, welche unterschiedliche und sich nicht gegenseitig beeinflussende Messgrößen bzw. Prozessparameter erfassen. Die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung weist dabei zusätzlich eine Auswerteeinrichtung auf, die die von den Messmodulen ermittelten Werte auswertet und klassifiziert. Bei den unabhängig voneinander arbeitenden Messmodulen handelt es sich um ein erstes Messmodul, das die elektrischen Signale des Schweiß- bzw. Lötprozesses analysiert und ein zweites Messmodul, das die hergestellte Schweiß- bzw. Lötverbindung optisch analysiert. Durch die unabhängig voneinander arbeitenden Messmodule, mit deren Hilfe Messwerte erfasst werden, die sich nicht gegenseitig beeinflussen, kann eine besonders exakte Prüfung der Schweiß- bzw. Lötverbindung erfolgen, wobei diese Prüfung zu dem eine sehr kleine Fehlerrate aufweist. Die Prüfeinrichtung ermöglicht eine Online-Prüfung des Schweiß- bzw. Lötergebnisses, so dass eine zeitlich bzw. örtlich nachgelagerte Qualitätsprüfung nicht mehr erforderlich ist. Dies gewährleistet eine prozessoptimierte und kostengünstige Herstellung der Schweiß- bzw. Lötverbindung.The invention is based on the general idea of equipping a testing device for checking a welding or soldering connection produced by a welding or soldering robot with at least two measuring modules operating independently of one another, which detect different measured variables or process parameters that do not influence each other. The test device according to the invention additionally has an evaluation device that evaluates and classifies the values determined by the measurement modules. The independently operating measuring modules are a first measuring module that analyzes the electrical signals of the welding or soldering process and a second measuring module that optically analyzes the welded or soldered connection that is produced. The independently operating measuring modules, which are used to record measured values that do not influence one another, can be used to carry out a particularly exact check of the weld or solder joint, whereby this test has a very low error rate. The testing device allows an online examination of the welding or soldering result, so that a temporally or locally downstream quality inspection is no longer required. This ensures a process-optimized and cost-effective production of the weld or solder joint.

Aus den von den Messmodulen gewonnenen Messwerten werden charakteristische Merkmale extrahiert, die nach Weiterverarbeitung Auskunft über die Qualität des Schweiß- bzw. Lötprozesses geben. Wenn die charakteristischen Merkmale einen vorgegebenen Toleranzbereich verlassen oder mindestens ein aus diesen Merkmalen berechneter Fehlerindex einen vorgegeben Grenzwert überschreitet, erkennt die Prüfeinrichtung dies als Prozessfehler bzw. als Prozessinstabilität, so dass ggf. Korrekturmaßnahmen erfasst werden. Der Toleranzbereich bzw. Grenzwert wird dabei von vorab definiert und grenz üblicherweise den Bereich für eine Gutschweißung bzw. eine Gutlötung ab. Aus dem Überschreiten des Toleranzbereiches bzw. Grenzwertes kann dann online (d. h. prozessbegleitend) auf einen Schweiß- bzw. Lötfehler geschlossen werden.From the measured values obtained by the measuring modules, characteristic features are extracted which provide information on the quality of the welding or soldering process after further processing. If the characteristic features leave a predefined tolerance range or at least one error index calculated from these features exceeds a predetermined limit value, the testing device recognizes this as a process error or as a process instability so that corrective measures may be detected. The tolerance range or limit value is defined in advance and usually limits the range for a good welding or a good soldering. If the tolerance range or limit value is exceeded, a welding or soldering fault can then be concluded online (that is to say during the process).

Bei einigen störenden Prozessbeeinflussungen (im Falle des MSG-Schweißens beispielsweise bei seitlichem Brennerversatz und/oder Änderung des Kontaktrohrabstandes und/oder zu großer oder zu kleiner Spaltbreite) ist die Prüfeinrichtung in der Lage, eine adaptive Korrektur des die Schweiß- bzw. Lötverbindung herstellenden Roboters und/oder der Stromquelle durchzuführen: Erkennt die Auswerteeinrichtung, dass die charakteristischen Merkmale (bzw. Kombination von Merkmalen – ein sogenanntes „Merkmalsmuster”), die dieser Prozessbeeinflussung zugeordnet sind, den ihnen zugewiesenen Toleranzbereich verlassen, so ist die Auswerteeinrichtung in der Lage, den Roboter und/oder die Stromquelle in einer solchen Weise regelnd anzusteuern, dass die entsprechenden Merkmale (bzw. Merkmalsmuster) wieder in den Toleranzbereich verschoben werden. Die Auswerteeinrichtung kann dabei beispielsweise auf vorab festgelegte Grenzwerte bzw. Toleranzbereiche zurückgreifen und/oder sogar lernfähig ausgebildet sein, so dass sie während der Prüfung der hergestellten Schweiß- bzw. Lötverbindung einen stetigen Lernprozess durchläuft und dadurch zur Optimierung der herzustellenden Schweiß- bzw. Lötverbindung beiträgt.In the case of some interfering process influences (in the case of MSG welding, for example in the case of lateral burner replacement and / or change in the contact tube distance and / or too large or too small gap width), the testing device is capable of adaptive correction of the welding or solder joint producing robot and / or to perform the current source: If the evaluation recognizes that the characteristic features (or combination of features - a so-called "feature pattern"), which are associated with this process influence, leave the tolerance range assigned to them, the evaluation is able to Controlling robot and / or the current source in such a way that the corresponding features (or feature pattern) are moved back into the tolerance range. In this case, the evaluation device can, for example, fall back on predetermined limit values or tolerance ranges and / or even be capable of learning, so that it undergoes a continuous learning process during the testing of the produced welding or soldering connection and thereby contributes to the optimization of the welding or soldering connection to be produced ,

Alternativ zu der oben beschriebenen Ausführungsform, bei der für die charakteristischen Merkmale Toleranzbereiche vorgegeben sind, in dem sich diese Merkmale bewegen sollen, können beispielsweise auch Schwellwerte definiert sein, die von den Merkmalen nicht überschritten werden sollen. Weiterhin können Kombinationen bzw. Korrelationen mehrerer Merkmale betrachtet werden: Wenn beispielsweise die Verteilung der ermittelten Werte nicht einem vorab festgestellten Verhältnis bzw. Muster entspricht, so deutet dies ein fehlerhaftes Schweiß- bzw. Lötergebnis an; dabei kann es insbesondere vorkommen, dass mehrere Merkmale um einen geringen Betrag von ihrem jeweiligen Sollwert abweichen, so dass keiner von ihnen seine Toleranzgrenzen überschreitet, wobei die Abweichungen dieser mehreren Merkmale jedoch – im Zusammenhang betrachtet – einen Hinweis auf eine Instabilität bzw. einen Prozessfehler geben. As an alternative to the embodiment described above, in which tolerance ranges are specified for the characteristic features in which these features are to move, threshold values can also be defined, for example, which should not be exceeded by the features. Furthermore, combinations or correlations of several features can be considered: If, for example, the distribution of the determined values does not correspond to a previously established ratio or pattern, this indicates a faulty welding or soldering result; In this case, it may in particular occur that a plurality of features deviates from their respective nominal value by a small amount, so that none of them exceeds its tolerance limits, but the deviations of these multiple features - when considered in context - give an indication of an instability or a process error ,

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Dabei zeigen, jeweils schematischShow, each schematically

1 eine Schweißvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung zur Prüfung der hergestellten Schweißverbindung, 1 a welding device with a test device according to the invention for testing the weld produced,

2 einen möglichen Schweißstrom- und -spannungsverlauf, 2 a possible welding current and voltage curve,

3a eine Aufsicht auf eine konkrete Schweißung entlang einer Schweißbahn; 3a a view of a concrete weld along a welding path;

3b eine Detailansicht eines Bereichs IIIb der Schweißung der 3a; 3b a detailed view of a portion IIIb of the weld 3a ;

3c ein Diagramm der Abweichungen eines für den Schweißprozess charakteristischen Merkmals entlang einer Schweißbahn, für die konkrete Schweißung der 3a; 3c a diagram of the deviations of a characteristic characteristic of the welding process along a welding path, for the concrete welding of the 3a ;

3d ein Diagramm der kumulierten Abweichungen mehrerer Merkmale von zugehörigen Referenzwerten entlang einer Schweißbahn, für die konkrete Schweißung der 3a; 3d a diagram of the cumulative deviations of several features from associated reference values along a welding path, for the concrete welding of the 3a ;

3e ein Diagramm von Fehlerindizes, welche unterschiedlichen Fehlertypen bzw. Störungstypen der Schweißung der 3a zugeordnet sind; 3e a diagram of error indices, which different types of errors or types of disturbances of the weld 3a assigned;

3f ein Diagramm der Abweichungen ausgewählter Einzelmerkmal von zugehörigen Referenzwerten entlang einer Schweißbahn, für die konkrete Schweißung der 3a; 3f a diagram of the deviations of selected individual feature from associated reference values along a welding path, for the concrete welding of the 3a ;

4 Beispiele von Kamerabildern eines vor bzw. hinter der Schweißstelle angeordneten Lichtschnittsensors; 4 Examples of camera images of a light section sensor arranged in front of or behind the weld;

5 eine beispielhafte Darstellung von Toleranzbereichen der Merkmalsabweichungen für einen bestimmten Fehlertyp. 5 an exemplary representation of tolerance ranges of the feature deviations for a particular type of error.

1 zeigt schematisch eine an einem (in 1 nicht dargestellten) Schweißroboter befestigte MSG-Schweißvorrichtung 10 mit einer Prüfeinrichtung 1 zur Online-Prüfung einer durch die Schweißvorrichtung 10 hergestellten Schweißverbindung 3 zwischen zwei schematisch angedeuteten Bauteilen 12, 13. Die Schweißvorrichtung 10 wird dabei mit Hilfe des Schweißroboters entlang einer Bahnkurve in einer Schweißrichtung 6 über die Bauteile 12, 13 geführt. Die Prüfeinrichtung 1 umfasst eine Messeinrichtung 2 zum Erfassen von Prozessparametern des Schweißprozesses und/oder der Schweißverbindung 3. Die Prüfeinrichtung 1 umfasst weiterhin eine Auswerteeinrichtung 11, in der die von der Messeinrichtung 2 ermittelten Messwerte ausgewertet und klassifiziert werden. Um eine möglichst hohe Prüfgenauigkeit und eine möglichst geringe Fehlerrate erzielen zu können, weist die Messeinrichtung 2 zumindest zwei unabhängig voneinander arbeitende Messmodule 4 und 5 auf. Das erste Messmodul 4 wertet beim Schweißprozess auftretende elektrische Signale der Schweißvorrichtung 10 aus, während das zweite Messmodul 5 optische Messwerte der hergestellten Schweißverbindung 3 aufnimmt und analysiert. Diese optische Analyse erfolgt im Ausführungsbeispiel der 1 mittels zweier in Schweißrichtung 6 nacheinander angeordneter Bilderfassungseinrichtungen 7 und 8; im vorliegenden Ausführungsbeispiel zeichnet die erste Bilderfassungseinrichtung 7 einen ersten Messbereich 17 auf, der in Schweißrichtung 6 unmittelbar vor der momentanen – durch die Position des Lichtbogens 19 charakterisierten – Schweißstelle gelegen ist, während die zweite Bilderfassungseinrichtung 8 einen zweiten Bereich 18 aufzeichnet, der der Position des Lichtbogens 19 in Schweißrichtung 6 nachgelagert ist. Die Bilderfassungseinrichtungen 7 und 8 können dabei jeweils von einem Laser 9 ausgesandte und von den zugeordneten Bereichen 17, 18 auf den Bauteilen 12 bzw. 13 reflektierte Strahlung erfassen, wobei zur verbesserten Erfassung ein optisches Filter 14 vor die Bilderfassungseinrichtungen 7 und/oder 8 gesetzt werden kann. Weiterhin kann zur besseren Beleuchtung der Szenerie ein Stroboskop 15 vorgesehen sein welches definierte Lichtblitze in regelmäßig zeitlichen Abständen abgibt. Eine solche Stroboskopbeleuchtung, bei der in einer ansonsten dunkler Umgebung Bewegungen abgehackt als eine Abfolge von stehenden Bildern erscheinen, was die Auswertung der erfassten Signale erleichtert. 1 schematically shows a at a (in 1 not shown) welding robot mounted MSG welding device 10 with a testing device 1 for online examination of one by the welding device 10 welded joint produced 3 between two schematically indicated components 12 . 13 , The welding device 10 is doing with the help of the welding robot along a trajectory in a welding direction 6 about the components 12 . 13 guided. The testing device 1 includes a measuring device 2 for detecting process parameters of the welding process and / or the welded connection 3 , The testing device 1 furthermore comprises an evaluation device 11 in which the of the measuring device 2 measured values are evaluated and classified. In order to achieve the highest possible accuracy and the lowest possible error rate, the measuring device 2 at least two independently operating measuring modules 4 and 5 on. The first measuring module 4 evaluates the welding process occurring electrical signals of the welding device 10 off while the second measurement module 5 optical measurements of the welded joint produced 3 absorbs and analyzes. This optical analysis is carried out in the embodiment of 1 by means of two in the welding direction 6 successively arranged image capture devices 7 and 8th ; In the present embodiment, the first image capture device draws 7 a first measuring range 17 on, in the welding direction 6 immediately before the momentary - by the position of the arc 19 characterized - welding site is located, while the second image capture device 8th a second area 18 records the position of the arc 19 in welding direction 6 is downstream. The image capture devices 7 and 8th can each be from a laser 9 sent out and from the assigned areas 17 . 18 on the components 12 respectively. 13 detect reflected radiation, wherein for improved detection optical filter 14 in front of the image capture devices 7 and or 8th can be set. Furthermore, for better illumination of the scenery a stroboscope 15 be provided which emits defined light flashes at regular intervals. Such a stroboscopic lighting, in which appear in an otherwise dark environment movements choppy as a sequence of still images, which facilitates the evaluation of the detected signals.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung 1 ist es möglich, zur Klassifizierung von Fehlertypen Messwerte bzw. Ergebnisse aus zwei unabhängig voneinander arbeitenden Messsystemen 4, 5 heranzuziehen, nämlich einerseits die Analyse der elektrischen Signale des Schweißprozesses und andererseits die Daten eines optischen Messmoduls 5, das Bereiche 17, 18 vor und hinter dem Lichtbogen, also außerhalb der eigentlichen Schweißung, beobachtet. Aus der Vielfalt der möglichen Messwerte werden dabei diejenigen ermittelt, die den wesentlichen Merkmalen des Schweiß-/Lötprozesses entsprechen, die also das Schweißergebnis charakterisieren und eine eindeutige Klassifizierung des Prozesssignals gestatten. Dabei kann der Verlauf eines jeden Merkmals als Funktion der Zeit ermittelt werden. Die Schweißung erfolgt dabei an Bauteilen 12, 13 entlang einer 3D-Bahnkurve, so dass die Variable „Zeit” der Position entlang der Bahnkurve entspricht. Zunächst werden bei der Prüfung hierbei Merkmalsverläufe für Gutschweißungen gemessen, welche im späteren Prüfverfahren als Referenzen dienen. Da die Schweißbahnen üblicherweise komplexen 3D-Bahnkurven an realen Bauteilen 12, 13 entsprechen, variieren die Merkmale typischerweise entlang der Referenzbahnkurve. Zur Klassifizierung werden dabei die Merkmalsverläufe aktueller Schweißungen entlang der Bahnkurve mit den Gutschweißungen entlang der Bahnkurve verglichen, wobei die Abweichungen, sofern sie einen vorgegebenen Toleranzbereich verlassen, Auskunft über Vorhandensein, Art und Schwere von Fehlern geben.With the aid of the test device according to the invention 1 It is possible to classify error types measured values or results from two independently operating measuring systems 4 . 5 on the one hand the analysis of the electrical signals of the welding process and on the other hand the data of an optical measuring module 5 , the areas 17 . 18 in front of and behind the arc, ie outside the actual weld. From the variety of possible measured values, those are determined which correspond to the essential characteristics of the welding / soldering process, which thus characterize the welding result and permit a clear classification of the process signal. The course of each feature can be determined as a function of time. The welding takes place on components 12 . 13 along a 3D trajectory such that the variable "time" corresponds to the position along the trajectory. First of all, during the test, characteristic curves for good welds are measured, which serve as references in the later test procedure. As the welding paths usually complex 3D trajectories on real components 12 . 13 The features typically vary along the reference trajectory. For classification, the characteristic curves of current welds along the trajectory are compared with the welds along the trajectory, the deviations, if they leave a predetermined tolerance range, providing information on the presence, type and severity of errors.

Das erste Messmodul 4 ermittelt dabei während des Schweißprozesses entlang der Bahnkurve prozessbegleitend (d. h. online) unterschiedliche elektrische Parameter, wie beispielsweise (Schweiß-)Spannung und (Schweiß-)Strom. Diese elektrischen Signale werden dann mit Referenzsignalen einer Gutschweißung verglichen; sind die Abweichungen zu groß, werden ggf. Korrekturmaßnahmen ergriffen.The first measuring module 4 determines during the welding process along the trajectory process-accompanying (ie online) different electrical parameters, such as (welding) voltage and (welding) current. These electrical signals are then compared with reference signals of a Gutschweißung; if the deviations are too large, corrective action may be taken.

Das zweite Messmodul 5 weist – wie oben erwähnt – zwei Bilderfassungseinrichtungen 7 und 8 (d. h. CCD-Kamera zur Erfassung von 2D-Bilddaten) auf, welche üblicherweise zusätzlich jeweils einen Lasertriangulationssensor umfassen. Bei solchen Triangulationssensoren können – beispielsweise mit Hilfe eines aufgeweiteten Laserstrahls – sogenannte Lichtschnitte hergestellt werden, aus denen ein Höhenprofil ermittelt werden kann. Durch die Aufnahme optischer Informationen im Bereich 17 unmittelbar vor dem Lichtbogen 19 und im Bereich 18 unmittelbar hinter dem Lichtbogen 19 erhält man zwei Bilder, welche in der Auswerteeinrichtung 11 ausgewertet werden, zum einen mit dem Ziel der Nahtfehlerdetektion und zum anderen mit dem Ziel, Korrekturgrößen für eine Prozessregelung/-optimierung zu gewinnen. Aus den Bildern aus Bereich 17 lassen sich zum einen Prozesseingangsgrößen (Brennerversatz, Spaltbreite) extrahieren, zum anderen enthalten sie Informationen über den vorderen Teil des Schmelzbades. Die Bilder aus Bereich 18 enthalten Informationen über den hinteren Teil des Schmelzbades, die Schmelzbaderstarrung sowie die erstarrte Nahtoberfläche.The second measuring module 5 has - as mentioned above - two image capture devices 7 and 8th (ie CCD camera for capturing 2D image data), which usually additionally each comprise a laser triangulation sensor. In such triangulation sensors, for example with the aid of an expanded laser beam, so-called light sections can be produced, from which a height profile can be determined. By recording optical information in the field 17 immediately before the arc 19 and in the area 18 immediately behind the arc 19 you get two pictures, which are in the evaluation 11 be evaluated, on the one hand with the aim of seam defect detection and the other with the aim of gaining correction variables for process control / optimization. From the pictures from area 17 On the one hand, it is possible to extract process input variables (burner offset, gap width), and on the other hand, they contain information about the front part of the molten bath. The pictures from area 18 contain information about the back part of the molten bath, the molten bath solidification and the solidified seam surface.

Zur Fehlerklassifikation an sich werden sowohl Merkmale aus der Analyse des ersten Messmoduls 4 als auch Merkmale aus der Analyse des zweiten Messmoduls 5 herangezogen. Durch beide Prüfmodule 4 und 5 erhält man jedoch eine gewisse Redundanz und damit Sicherheit der Aussage, insbesondere dann, wenn eines der beiden Messmodule 4 oder 5 temporär nicht auswertbare Daten liefert oder das Analyseergebnis eines der Messmodule 4 oder 5 nicht eindeutig ermittelt werden kann.For error classification per se, both features from the analysis of the first measurement module 4 as well as features from the analysis of the second measurement module 5 used. Through both test modules 4 and 5 However, one obtains a certain degree of redundancy and thus certainty of the statement, in particular if one of the two measuring modules 4 or 5 temporarily not evaluable data supplies or the analysis result of one of the measurement modules 4 or 5 can not be determined clearly.

Gemäß 2 werden für die Referenz die Zeitverläufe unterschiedlicher Parameter (Spannung, Strom, etc.) entlang der Bahnkurve bei einer Gutschweißung gemessen und daraus verschiedene, diese Parameterverläufe beschreibende Merkmale berechnet. Dann werden dieselben Zeitverläufe für eine weitere Schweißung gemessen. Zur Beurteilung, ob die weitere Schweißung Fehler aufweist, können unterschiedliche Auswertestrategien zum Einsatz kommen:

(a) Eine erste Auswertestrategie sieht vor, für jeden Zeitpunkt die untereinander auf einen gemeinsamen Wert normierten und vorzeichenbehafteten Abweichungen aller gebildeten Merkmalsverläufe gegenüber den Messwerten der Gutschweißung zu berechnen und aufzusummieren. Diese Summe von Abweichungen entspricht einem Fehlerindex. Es können mehrere Fehlerindizes, welche üblicherweise unterschiedlichen Fehlertypen entsprechen, definiert werden. Dabei wird jedes Merkmal entsprechend seiner Relevanz für einen Fehlertyp mit einem Gewichtungsfaktor versehen. Je mehr der Merkmale Abweichungen aufweisen, desto größer ist die summierte Abweichung, was die Aussage bezüglich einer Abweichung und/oder eines Fehlers verstärkt.
(b) Eine alternative Auswertestrategie sieht vor, für einige (oder alle) der erfassten Merkmalsverläufe Toleranzbereiche zu definieren und jedes Verlassen dieser Toleranzbereiche als Fehler zu bewerten. Zur Fehlerbeurteilung können insbesondere auch Abweichungen bestimmter Merkmalskombinationen verwendet werden.
(c) Eine besonders effektive Auswertestrategie sieht vor, die Merkmalsverläufe mit Hilfe von Klassifikatoren (d. h. Rechenmodellen) zu bewerten, z. B. k-nächster-Nachbar, Support Vector Machine, neuronale Netze, Gauß-Klassifikatoren etc.

According to 2 For the reference, the time profiles of different parameters (voltage, current, etc.) along the trajectory are measured during a good weld and from this, different characteristics describing these parameter curves are calculated. Then the same time courses are measured for another weld. To evaluate whether the further welding has errors, different evaluation strategies can be used:

(a) A first evaluation strategy envisages calculating and totaling, for each time point, the deviations of all formed characteristic curves standardized against each other to a common value and signed with respect to the measured values of the material welding. This sum of deviations corresponds to an error index. Several error indices, which usually correspond to different error types, can be defined. Each feature is provided with a weighting factor according to its relevance to an error type. The more of the features have deviations, the greater is the summed deviation, which amplifies the statement regarding a deviation and / or an error.
(b) An alternative evaluation strategy envisages defining tolerance ranges for some (or all) of the recorded characteristic curves and evaluating each departure from these tolerance ranges as errors. For error assessment can In particular, deviations of certain feature combinations can be used.
(c) A particularly effective evaluation strategy is to evaluate the characteristic curves with the help of classifiers (ie calculation models), eg. K-nearest-neighbor, support vector machine, neural networks, Gaussian classifiers, etc.

Wird bei der Schweißung ein Fehler diagnostiziert, dann gestattet die Analyse der Abweichungen der Merkmale das Aufstellen einer Korrelation Abweichung/Fehlerart/Fehlerausmaß. Der Zeitpunkt, an dem der Fehler aufgetreten ist, entspricht einem Ort entlang der Schweißbahn.If an error is diagnosed at the weld, then the analysis of the deviations of the features allows the establishment of a correlation deviation / type of error / amount of error. The time at which the fault occurred corresponds to a location along the welding path.

Ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Online-Auswertung einer linienhaften Schweißung ist in 3a–3d dargestellt: 3a zeigt eine Aufsicht auf zwei Bauteile 12, 14, die mit einer Schweißnaht 3 verbunden wurden, wobei der Pfeil 16 die Schweißrichtung andeutet. 3b zeigt eine Detaildarstellung eines Ausschnitts der 3a, in dem die Schweißnaht 3 einen Schweißfehler in Form einer Einschnürung 3' der Schweißnaht 3 vorliegt. In 3c ist ein der Schweißnaht 3 der 3a entsprechender Zeitverlauf einer Schweißspannungs-/Stromverlaufsauswertung (kurz: U/I-Auswertung) dargestellt; die Grafik zeigt die aktuelle (bei der in 3a gezeigten Schweißung ermittelte) Messkurve A der U/I-Abweichungen sowie eine Schwellenkurve B, die den bei einer Gutschweißung anzutreffenden Maximalwerten für diese Abweichungen entspricht. Der Zeitverlauf (insgesamt 14 sec.) entspricht dem Kurvenverlauf der vom Schweißroboter geführten Schweißvorrichtung 10 entlang der in 3a gezeigten Schweißnaht 3. Im Zeitfenster 9,5–11 sec (entsprechend einer bestimmten, dazugehörigen Position entlang der Schweißnaht 3) überschreitet die Messkurve A die Schwellenkurve B, was auf einen Schweißfehler hindeutet.A first exemplary embodiment for an online evaluation of a line-like weld is in 3a - 3d shown: 3a shows a plan view of two components 12 . 14 that with a weld 3 were connected, the arrow 16 indicates the welding direction. 3b shows a detailed representation of a section of the 3a in which the weld 3 a welding defect in the form of a constriction 3 ' the weld 3 is present. In 3c is one of the weld 3 of the 3a Corresponding time course of a welding voltage / current profile evaluation (in short: U / I evaluation) is shown; the graph shows the current (at the in 3a shown curve) of the U / I deviations and a threshold curve B, which corresponds to the maximum values for these deviations encountered in a Gutschweißung. The time course (14 seconds in total) corresponds to the curve of the welding robot guided by the welding robot 10 along the in 3a shown weld 3 , In the time window 9.5-11 sec (corresponding to a certain, associated position along the weld 3 ), the measurement curve A exceeds the threshold curve B, which indicates a welding defect.

Während 3c die Messkurve A für ein spezifisches Merkmal zeigt, ist in 3d die Summe der Abweichungen mehrerer Merkmale (bzw. Merkmalskombinationen) von Sollwerten (die einer Gutschweißung entsprechen) entlang dieser Schweißbahn dargestellt: Kurve A' zeigt den Zeitverlauf der aufsummierten Abweichungen der Merkmale für die aktuelle Schweißung 3. Bei der Aufsummierung dieser aus der aktuellen Messung gewonnenen Abweichungen wurden die unterschiedlichen Merkmale mit unterschiedlichen Faktoren (Gewichtungen) versehen, die ihre Relevanz für eine Fehleraussage beschreiben. Jedem Merkmal ist in 3d eine andere Farbe zugeordnet. Um Schweißfehler zu erkennen, müssen die aufsummierten gemessenen Abweichungen (Kurve A') unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts liegen. In einer ersten Ausgestaltung wird als Schwellwert für die gesamte Schweißkurve ein konstanter Wert angenommen werden (Kurve B'). In einer weiteren (und realitätsnäheren) Auswertung ist dieser Schwellenwert, also die Summe der zulässigen Maximalwerte der Abweichungen, zeit- und ortsabhängig (Kurve B''), so dass in verschiedenen Bereichen der Schweißbahn 3 unterschiedlich hohe Toleranzen gestattet sind. Die Referenzkurve B'' ist damit dem wirklichen Verlauf der Schweißnaht 3 angepasst, beispielsweise muss die Frequenz größer/kleiner werden dürfen, wenn der Spalt zwischen den zu verschweißenden Bauteilen größer/kleiner wird). Für beide Arten der Schwellwertfestsetzung ist erkennbar, dass im Zeitfenster 9,5–11 sec die aufsummierten gemessenen Abweichungen besonders groß (größer als der Schwellwert B', B'' für die maximal zulässige Abweichung) sind.While 3c the trace A for a specific feature shows is in 3d the sum of the deviations of several features (or feature combinations) of setpoints (corresponding to a Gutschweißung) along this welding path shown: curve A 'shows the time course of the cumulative deviations of the characteristics for the current weld 3 , When summing up these deviations derived from the current measurement, the different features were given different factors (weights) that describe their relevance for an error statement. Each feature is in 3d assigned a different color. In order to detect weld defects, the accumulated measured deviations (curve A ') must be below a predetermined threshold value. In a first embodiment, the threshold value for the entire welding curve will be a constant value (curve B '). In a further (and more realistic) evaluation, this threshold value, that is to say the sum of the permissible maximum values of the deviations, is time- and location-dependent (curve B "), so that in different regions of the welding path 3 different tolerances are allowed. The reference curve B '' is thus the actual course of the weld 3 adapted, for example, the frequency must be greater / smaller, if the gap between the components to be welded larger / smaller). For both types of threshold setting it can be seen that in the time window 9.5-11 sec the accumulated measured deviations are particularly large (greater than the threshold value B ', B "for the maximum permissible deviation).

Eine alternative Online-Auswertung für die linienhafte Schweißung der 3a und 3b ist in 3e und 3f dargestellt. 3f zeigt Abweichungen einzelner Merkmale von einem jeweiligen, diesem Merkmal zugeordneten, Referenzwert entlang der Schweißkurve; es ist ersichtlich, dass in dem der Einschnürung 3' entsprechenden Bereich C entlang der Schweißkurve einige der Merkmale deutliche Abweichungen von ihrem Referenzwert aufweisen, während andere keine Reaktion zeigen. Anhand der Verteilung der Abweichungen der einzelnen Merkmale zu einem bestimmten Zeitpunkt (d. h. dem „Abweichungsmuster”) wird mit Hilfe eines Klassifikators zwischen „Naht gut” und „Naht nicht gut” unterschieden. Im Fall „Naht nicht gut” wird weiterhin mit demselben oder einem anderen Klassifikator zwischen verschiedenen eingelernten Schweißnahtfehlertypen bzw. Prozessstörungen unterschieden. Das Ergebnis solcher Fehlerindizes, die aus der Verrechnung einzelner Merkmalsabweichungen von der jeweiligen Referenz gebildet werden, ist in 3e gezeigt. Aus 3e ist ersichtlich, dass der in der Schweißung der 3a dargestellte Fehler detektiert und als „Einschnürung” klassifiziert wurde. Zum Einlernen des Klassifikators oder der Klassifikatoren werden Beispielschweißungen von Gut-Nähten und fehlerbehafteten Nähten mit Repräsentationen der zu unterscheidenden Fehlertypen benötigt. Für jeden definierten Fehlertyp wird ein Fehlerindex berechnet, der nach einer individuellen und durch den Einlernvorgang des Klassifikators festgelegten Kombination der Merkmalsabweichungen gebildet wird. Beispiele für Klassifikatoren sind: Linearkombination (unterschiedlich gewichtete Summierungen von normierten Merkmalsabweichungen zu den Fehlerindizes), Support-Vector-Machine, k-nächster-Nachbar, neuronales Netz, Gauß-Klassifikator u. a.An alternative online evaluation for the linear welding of the 3a and 3b is in 3e and 3f shown. 3f shows deviations of individual features from a respective reference value associated with this feature along the welding curve; it can be seen that in the constriction 3 ' Corresponding region C along the welding curve some of the features have significant deviations from their reference value, while others show no reaction. Based on the distribution of the deviations of the individual features at a certain point in time (ie the "deviation pattern"), a distinction is made between "seam good" and "seam not good" with the aid of a classifier. In the case of "seam not good", the same or another classifier is used to differentiate between different taught-in weld fault types or process faults. The result of such error indices, which are formed from the offsetting of individual feature deviations from the respective reference, is in 3e shown. Out 3e It can be seen that in the welding of the 3a detected error was detected and classified as "constriction". To learn the classifier or classifiers, sample welds of good stitches and faulty seams with representations of the types of defects to be distinguished are needed. For each defined error type, an error index is calculated, which is formed according to an individual combination of the characteristic deviations determined by the learning process of the classifier. Examples of classifiers are: linear combination (differently weighted summations of normalized feature deviations to the error indices), support vector machine, k nearest neighbor, neural network, Gaussian classifier, and others

Gemäß 1 umfasst das zweite (optisch messende) Messmodul 5 zwei Bilderfassungseinrichtungen 7 und 8, die in Schweißrichtung 16 vor bzw. hinter dem Lichtbogen 19 angeordnet sind und Triangulationssensoren 7', 8' umfassen. 4 zeigt die Prüfeinrichtung der 1 zusammen mit Momentaufnahmen der von den Kameras der Triangulationssensoren 7' und 8' aufgenommenen Bilder. Das vom vorlaufenden Sensor 7' aufgenommene Bild (links) enthält als Linie C das Abbild einer auf zwei parallel ausgerichtete, ebene Bauteile 12, 13 projizierten Lichtlinie, nämlich eine gerade Linie mit einer Unterbrechung 20, die der Spaltbreite zwischen den Bauteilen 12, 13 entspricht. Das vom nachlaufenden Sensor 8' aufgenommene Bild (rechts) enthält als Linie D das Abbild einer Lichtlinie, die auf die zwischen den Bauteilen 12, 13 erzeugten Schweißnaht 3 projiziert wurde. Dabei kann aus Lage, der Länge und der Höhe des Kurventeils auf Lage/Volumen/Fehler der Schweißnaht 3 zurückgeschlossen werden.According to 1 includes the second (optically measuring) measuring module 5 two image capture devices 7 and 8th in the welding direction 16 before or behind the arc 19 are arranged and triangulation sensors 7 ' . 8th' include. 4 show the Testing device of 1 together with snapshots of the cameras of the triangulation sensors 7 ' and 8th' taken pictures. That of the leading sensor 7 ' taken picture (left) contains as line C the image of a two parallel aligned, planar components 12 . 13 projected light line, namely a straight line with an interruption 20 that is the gap width between the components 12 . 13 equivalent. That of the trailing sensor 8th' taken picture (right) contains as line D the image of a light line, which is on the between the components 12 . 13 generated weld 3 was projected. It can from position, the length and the height of the curve part on position / volume / error of the weld 3 be closed back.

Wird die Prüfeinrichtung 1 zur Überwachung eines MSG-Schweißprozesses verwendet, so wird die Messwertaufnahme des vorlaufenden Sensors 7' vorteilhafterweise in einer solchen Weise getaktet, dass der Sensor 7' immer dann ein Bild aufnimmt, wenn beim Schweißprozess ein Kurzschluss eingetreten ist, also der Lichtbogen ausgeschaltet ist. Dadurch werden Überblendungen des Kamerabilds aufgrund des Lichtbogens vermieden. Als Auslöser für die Bildaufnahme wird die im Kurzschluss abfallende Spannung (fallende Flanke) verwendet. Der Kurzschluss (und somit die Bildaufnahme) erfolgt typischerweise 60 bis 100 mal pro Sekunde. Um ein störungsfreies Kamerabild zu erzeugen, ist ein Zeitintervall > 1 ms nötig. Sehr kurze Kurzschlüsse (< 1 ms) sind ungeeignet für die Bildaufnahme und werden daher ignoriert. Die beim MSG-Schweißen auftretenden Kurzschlüsse sind üblicherweise entweder sehr kurz (< 1 ms) oder „normal” lang (3–4 ms). Um qualitativ hochwertige Kamerabilder zu erzeugen, wird im Anschluss an den Spannungsabfall (fallende Flanke) zunächst eine Wartezeit von etwa 1 ms eingeschoben, bevor ein Kamerabild aufgenommen wird; dadurch ist sichergestellt, dass der zugehörige Kurzschluss lang genug dauert, um ein qualitativ hochwertiges Kamerabild zu gewinnen.Will the test facility 1 used to monitor a GMA welding process, so is the measured value recording of the leading sensor 7 ' advantageously clocked in such a way that the sensor 7 ' always takes a picture if a short circuit has occurred during the welding process, ie the arc is switched off. This avoids blurring of the camera image due to the arc. As a trigger for the image acquisition, the voltage dropping in the short circuit (falling edge) is used. The short circuit (and thus the image acquisition) is typically 60 to 100 times per second. To generate a trouble-free camera image, a time interval> 1 ms is necessary. Very short shorts (<1 ms) are unsuitable for image acquisition and are therefore ignored. The short circuits that occur during GMA welding are usually either very short (<1 ms) or "normal" long (3-4 ms). In order to produce high-quality camera images, after the voltage drop (falling edge), a waiting time of about 1 ms is first inserted before a camera image is taken; This ensures that the associated short circuit takes long enough to obtain a high-quality camera image.

5 zeigt eine beispielhafte Darstellung für eine Fehlerklassifikation eines MSG-Schweißprozesses, bei der sowohl Merkmale aus der U/I-Analyse als auch Merkmale aus der Bildanalyse herangezogen werden. Die Bildauswertung ist dabei aussagekräftiger als die U/I-Analyse. Man erhält eine gewisse Redundanz der Aussagen. Die U/I-Analyse „ersetzt” beispielsweise die Bildanalyse, wenn fehlerhafte Messungen vorliegen, z. B. wenn Rauch durch das Bild geht. Aus der U/I-Analyse (d. h. aus dem ersten Messmodul 4) und der Bildanalyse (d. h. aus dem zweiten Messmodul 5) werden diejenigen Merkmale ausgewählt, die die höchste Aussagekraft bei der Beurteilung von Fehlern haben. Für jeden Zeitpunkt (entsprechend einem Punkt entlang der Schweißbahn 3) wird die in 3f gezeigte eine Analyse nach diesen Merkmalen durchgeführt. Jedes der in 5 dargestellten, farbig hinterlegten Kästchen entspricht einem Wahrscheinlichkeitsbereich, in dem ein bestimmtes Merkmal für einen bestimmten Fehlertyp zu erwarten ist, wogegen ein strichpunktierter Kasten eine Dynamisierung des Bereichs in Abhängigkeit der Ausprägung einer/mehrer anderer Merkmale oder Prozesseinflussgrößen (Spaltbreite, Brennerabstand, Brennerversatz u. a.) darstellt. 5 shows an exemplary representation for an error classification of a MSG welding process, in which both features of the U / I analysis and features of the image analysis are used. The image analysis is more meaningful than the U / I analysis. One receives a certain redundancy of the statements. For example, the U / I analysis "replaces" the image analysis if there are erroneous measurements, e.g. When smoke passes through the picture. From the U / I analysis (ie from the first measurement module 4 ) and the image analysis (ie from the second measurement module 5 ) those features are selected which have the highest significance in the assessment of errors. For each time point (corresponding to one point along the welding path 3 ) is the in 3f shown an analysis performed on these characteristics. Each of the in 5 The boxes shown in color correspond to a probability range in which a certain feature is to be expected for a certain type of error, whereas a dot-dash box represents a dynamization of the range depending on the expression of one or more other features or process variables (gap width, burner spacing, burner inter alia) ,

Generell ist die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung 1 sowohl für Lichtbogenschweißverfahren als auch für andere Schweißverfahren, beispielsweise Laserhybridschweißverfahren, sowie für Lötverfahren einsetzbar, wobei je nach angewendetem Schweiß- bzw. Lötverfahren unterschiedliche Merkmale ausgewertet werden. Dabei gilt, dass zur Erlangung einer höheren Auswertegenauigkeit mehr Merkmale ausgewertet werden als unbedingt erforderlich. Die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung 1 kann dabei für nahezu beliebige Schweiß-/Lötgeometrien, beispielsweise einen T-Stoß, einen Überlappungsstoß, einen Stumpfstoß, etc. eingesetzt werden.In general, the test device according to the invention 1 can be used both for arc welding and for other welding methods, such as laser hybrid welding, as well as for soldering, depending on the applied welding or soldering different characteristics are evaluated. It is true that to achieve a higher evaluation accuracy more features are evaluated as strictly necessary. The test device according to the invention 1 can be used for almost any welding / Lötgeometrien, for example, a T-joint, a lap joint, a butt joint, etc.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007009275 A1 [0002]

Claims

Testing device ( 1 ) for online testing of a by a welding and / or soldering device ( 10 ) produced welding and / or solder joint ( 3 ) on a component ( 12 . 13 ), comprising - a measuring device ( 2 ) for detecting process parameters of the welding and / or soldering process and / or the welding and / or soldering connection ( 3 ) and - an evaluation device ( 11 ) for the evaluation and classification of the measuring equipment ( 2 ), characterized in that the measuring device ( 2 ) at least two independently operating measuring modules ( 4 . 5 ), namely a first, electrical signals of the welding and / or soldering process analyzing measuring module ( 4 ) and a second, the produced welding / soldering connection ( 3 ) optically analyzing measuring module ( 5 ).

Testing device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the evaluation device ( 11 ) is designed to take appropriate corrective actions, provided that the measuring equipment ( 2 ) values leave a predefined tolerance range.

Testing device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the second measuring module ( 5 ) two in the welding / soldering direction ( 6 ) successively arranged image acquisition devices ( 7 . 8th ), wherein the first image capture device ( 7 ) for recording a welding or soldering direction ( 6 ) before the welding / soldering connection ( 3 ) area ( 17 ) and the second image capture device ( 8th ) for recording a welding or soldering direction ( 6 ) after the welding / soldering connection ( 3 ) Area ( 18 ) is trained.

Welding and / or soldering device ( 10 ) with a test device ( 1 ) according to one of claims 1 to 3.

Method for online testing of a welding and / or soldering device ( 10 ) produced welding and / or solder joint ( 3 ), in which - by a first measuring module ( 4 ) of a measuring device ( 2 ) Process parameters of the welding / soldering process are generated and analyzed, and - by a second measuring module ( 5 ) of the measuring device (13) optical measurement data of the produced welding / soldering connection ( 3 ) are generated and analyzed, and - by means of an evaluation device ( 11 ) provided by the measuring device ( 2 ) values are evaluated and classified.