DE202018006108U1 - System for determining a welding or soldering speed - Google Patents
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Abstract
System (2, 50) zur Bestimmung einer Schweiß- oder Lötgeschwindigkeit,
- mit einer Detektionseinrichtung (3, 52), eingerichtet zur Montage an oder zur Integration in ein Gerät, insbesondere Handgerät (30, 54), zum Schweißen oder Löten,
- wobei die Detektionseinrichtung (3, 52) eine Beleuchtungseinrichtung (4, 58) aufweist, die zum Beleuchten einer Werkstückoberfläche (6) mit Licht (16) eingerichtet ist, das ausreichend kohärent ist, um Speckle-Muster (24) zu erzeugen, und
- wobei die Detektionseinrichtung (3, 52) eine optische Erfassungseinrichtung (12, 60) aufweist, die dazu eingerichtet ist, Speckle-Muster (24) des von der Werkstückoberfläche (6) reflektierten Lichts zu erfassen, und
- mit einer Berechnungseinrichtung (14, 64), die dazu eingerichtet ist aus den erfassten Speckle-Mustern (24) eine Schweiß- oder Lötgeschwindigkeit zu bestimmen.
with a detection device (3, 52), set up for mounting on or for integration into a device, in particular a hand-held device (30, 54), for welding or soldering,
- The detection device (3, 52) has an illumination device (4, 58) which is set up to illuminate a workpiece surface (6) with light (16) which is sufficiently coherent to generate speckle patterns (24), and
- The detection device (3, 52) has an optical detection device (12, 60) which is set up to detect speckle patterns (24) of the light reflected from the workpiece surface (6), and
- With a calculation device (14, 64), which is set up to determine a welding or soldering speed from the detected speckle patterns (24).
Description
Die Erfindung betrifft ein System zur Bestimmung einer Schweiß- oder Lötgeschwindigkeit.The invention relates to a system for determining a welding or soldering speed.
Bei nicht automatisierten Schweiß- oder Lötprozessen ist die Einhaltung der Schweiß- bzw. Lötgeschwindigkeit in der Regel besonders kritisch für die Qualität des Prozesses. Im Folgenden bezieht sich die Beschreibung der Einfachheit halber auf Schweißprozesse, gilt jedoch für Lötprozesse entsprechend. Bei automatisierten Schweißprozessen ist die Schweißgeschwindigkeit anhand des Verfahrwegs des Schweißkopfes bzw. der Erfassung der Relativbewegung des Werkstücks gegenüber dem Schweißkopf leicht nachvollziehbar, so dass man die Schweißgeschwindigkeit zum Beispiel zur Regelung des Schweißstroms und damit auch der Schweißqualität verwenden kann. Beim Handschweißen ist die Schweißgeschwindigkeit hingegen nicht ohne weiteres messbar, so dass sich die Streckenenergie (d.h. die eingebrachte Energie pro Strecke)
Es sind bereits verschiedene Ansätze bekannt, um die Schweißgeschwindigkeit zu bestimmen.Various approaches are already known for determining the welding speed.
Beispielsweise wird in der
Weiterhin ist aus der
Weiterhin beschreibt
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein System und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen sich die Schweiß- oder Lötgeschwindigkeit, insbesondere auch beim Handschweißen oder Handlöten, einfach und zuverlässig messen lässt.Against this background, the present invention is based on the object of providing a system and a method with which the welding or soldering speed, in particular also during manual welding or hand soldering, can be measured simply and reliably.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein System zur Bestimmung einer Schweiß- oder Lötgeschwindigkeit, mit einer Detektionseinrichtung, eingerichtet zur Montage an oder zur Integration in ein Gerät, insbesondere Handgerät, zum Schweißen oder Löten, wobei die Detektionseinrichtung eine Beleuchtungseinrichtung aufweist, die zum Beleuchten einer Werkstückoberfläche mit Licht eingerichtet ist, das ausreichend kohärent ist, um Speckle-Muster zu erzeugen, und wobei die Detektionseinrichtung eine optische Erfassungseinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, Speckle-Muster des von der Werkstückoberfläche reflektierten Lichts zu erfassen, und mit einer Berechnungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, aus den erfassten Speckle-Mustern eine Schweiß- oder Lötgeschwindigkeit zu bestimmen.This object is achieved according to the invention by a system for determining a welding or soldering speed, with a detection device, set up for mounting on or for integration into a device, in particular a hand-held device, for welding or soldering, the detection device having an illumination device which is used to illuminate a Workpiece surface is set up with light that is sufficiently coherent to generate speckle patterns, and wherein the detection device comprises an optical detection device that is set up to detect speckle patterns of the light reflected from the workpiece surface, and with a calculation device that is set up to determine a welding or soldering speed from the detected speckle patterns.
Es wurde erkannt, dass sich mit einem solchen System die Schweiß- oder Lötgeschwindigkeit bei Durchführung eines Schweiß- bzw. Lötverfahrens mit einem Gerät, insbesondere Handgerät, zum Schweißen bzw. Löten auf einfache Weise zuverlässig messen lässt.It was recognized that such a system can be used to reliably measure the welding or soldering speed in a simple manner when carrying out a welding or soldering process with a device, in particular a hand-held device, for welding or soldering.
Entsprechend wird die oben genannte Aufgabe weiterhin gelöst durch die Verwendung des zuvor beschriebenen Systems zum Bestimmen einer Schweiß- oder Lötgeschwindigkeit, insbesondere bei Durchführung eines Schweiß- bzw. Lötvorgangs mit einem Gerät, insbesondere Handgerät, zum Schweißen bzw. Löten.Accordingly, the above-mentioned object is further achieved by using the system described above for determining a welding or soldering speed, in particular when performing a welding or soldering process with a device, in particular a hand-held device, for welding or soldering.
Das System kann vorzugsweise beim Metallschutzgasschweißen (MSG-Schweißen), insbesondere Metallaktivgasschweißen (MAG-Schweißen) oder Metallinertgasschweißen (MIG-Schweißen), beim Wolfram-Inertgasschweißen (WIG-Schweißen oder auch beim Elektro- oder Plasmaschweißen verwendet werden.The system can preferably be used in gas metal arc welding (MSG welding), in particular metal active gas welding (MAG welding) or metal inert gas welding (MIG welding), in tungsten inert gas welding (TIG welding or also in electrical or plasma welding).
Verfahrensmäßig wird die oben genannte Aufgabe weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Schweiß- oder Lötgeschwindigkeit, insbesondere unter Verwendung des zuvor beschriebenen Systems, bei dem eine Werkstückoberfläche mit Licht beleuchtet wird, das ausreichend kohärent ist, um Speckle-Muster zu erzeugen, bei dem Speckle-Muster des von der Werkstückoberfläche zurückreflektierten Lichts erfasst werden und bei dem aus den erfassten Speckle-Mustern eine Schweiß- oder Lötgeschwindigkeit berechnet wird. das zuvor beschriebene Verfahren kann insbesondere beim Handschweißen oder Handlöten verwendet werden.In terms of method, the above-mentioned object is further achieved by a method for determining a welding or soldering speed, in particular using the system described above, in which a workpiece surface is illuminated with light which is sufficiently coherent in order to produce speckle patterns, in which Speckle patterns of the light reflected back from the workpiece surface are recorded and a welding or soldering speed is calculated from the recorded speckle patterns. the method described above can be used in particular for hand welding or hand soldering.
Das System und das Verfahren nutzen die bei Beleuchtung einer Werkstückoberfläche mit hinreichend kohärentem Licht entstehenden Speckle-Muster zur Messung der Schweiß- bzw. Lötgeschwindigkeit. Ein vergleichbares Prinzip ist grundsätzlich aus dem Bereich der Laser-Computermäuse bekannt, bei denen ein mit einem Laserstrahl erzeugtes Speckle-Muster erfasst wird, um die Mausbewegung über eine Oberfläche zu erfassen. Es wurde festgestellt, dass sich dieses Prinzip in vorteilhafter Weise auf die Messung einer Schweiß- oder Lötgeschwindigkeit übertragen lässt.The system and the method use the speckle patterns that occur when a workpiece surface is illuminated with sufficiently coherent light to measure the welding or soldering speed. A comparable principle is basically over known in the field of laser computer mice, in which a speckle pattern generated with a laser beam is detected in order to detect the mouse movement over a surface. It was found that this principle can advantageously be transferred to the measurement of a welding or soldering speed.
Die Anforderungen an die Werkstückoberfläche zur Messung der Schweiß- bzw. Lötgeschwindigkeit sind sehr gering. Insbesondere ist es nicht erforderlich, dass die Werkstückoberfläche besonders stark strukturiert ist oder Markierungen aufweist. Es ist lediglich erforderlich, dass die Werkstückoberfläche in Bezug auf den Wellenlängenbereich des verwendeten Lichts nicht perfekt spiegelnd ist (d.h. keine gegenüber der Wellenlänge des verwendeten Lichts sehr kleine Rauhigkeit aufweist), sondern eine gewisse Rauhigkeit aufweist, so dass das kohärente Licht, mit dem die Werkstückoberfläche bestrahlt wird, Speckle-Muster erzeugt. In Versuchen wurde festgestellt, dass diese Anforderung bei metallischen technischen Werkstückoberflächen im Allgemeinen erfüllt ist.The requirements on the workpiece surface for measuring the welding or soldering speed are very low. In particular, it is not necessary for the workpiece surface to be particularly strongly structured or to have markings. It is only necessary that the workpiece surface is not perfectly reflective with respect to the wavelength range of the light used (i.e. does not have a very small roughness compared to the wavelength of the light used), but rather has a certain roughness so that the coherent light with which the Workpiece surface is irradiated, speckle pattern is generated. Tests have shown that this requirement is generally met for metallic technical workpiece surfaces.
Die Schweiß- oder Lötgeschwindigkeit wird aus den erfassten Speckle-Mustern bestimmt. Zu diesem Zweck werden insbesondere mehrere Speckle-Muster nacheinander erfasst. Anhand der nacheinander erfassten Speckle-Muster kann zur Bestimmung der Schweiß- oder Lötgeschwindigkeit zum Beispiel eine Verschiebung eines Speckle-Muster-Ausschnitts bestimmt werden. Die Analyse der Speckle-Muster kann insbesondere eine Korrelation mehrerer Speckle-Muster oder Autokorrelationen von Speckle-Mustern umfassen.The welding or soldering speed is determined from the recorded speckle patterns. For this purpose, several speckle patterns in particular are recorded one after the other. A shift of a speckle pattern section can be determined, for example, on the basis of the speckle patterns recorded in succession in order to determine the welding or soldering speed. The analysis of the speckle patterns can in particular comprise a correlation of several speckle patterns or auto-correlations of speckle patterns.
Die Bestimmung einer Geschwindigkeit anhand von Speckle-Mustern ist grundsätzlich aus dem technischen Bereich von Laser-Computermäusen bekannt und muss daher an dieser Stelle nicht im Einzelnen erläutert werden.The determination of a speed on the basis of speckle patterns is fundamentally known from the technical area of laser computer mice and therefore need not be explained in detail here.
Das System und das Verfahren dienen zur Bestimmung einer Schweiß- oder Lötgeschwindigkeit. Unter der Schweiß- oder Lötgeschwindigkeit wird insbesondere die Relativgeschwindigkeit zwischen dem zum Schweißen bzw. Löten verwendeten Gerät (z.B. Schweiß- oder Lötkopf), insbesondere Handgerät (z.B. Schweißbrenner oder Lötkolben), und der Werkstückoberfläche eines zu fügenden Werkstücks verstanden.The system and the method serve to determine a welding or soldering speed. The welding or soldering speed is understood to mean in particular the relative speed between the device used for welding or soldering (e.g. welding or soldering head), in particular hand-held device (e.g. welding torch or soldering iron), and the workpiece surface of a workpiece to be joined.
Entsprechend ist die Detektionseinrichtung zur Montage an ein Gerät, insbesondere Handgerät, zum Schweißen oder Löten oder zur Integration in ein Gerät, insbesondere Handgerät, zum Schweißen oder Löten eingerichtet. Beispielsweise kann die Detektionseinrichtung als Aufsatz für ein Gerät, insbesondere Handgerät, zum Schweißen oder Löten ausgebildet sein, mit der sich ein Gerät, insbesondere Handgerät, zum Schweißen oder Löten bei dessen Herstellung oder im Nachhinein ausrüsten lässt. Zu diesem Zweck kann die Detektionseinrichtung insbesondere Montagemittel zur Montage der Detektionseinrichtung an ein Gerät, insbesondere Handgerät, aufweisen. Weiterhin kann die Detektionseinrichtung auch direkt in das Gerät, insbesondere Handgerät, integriert sein, beispielsweise in den Griff des Handgeräts.Accordingly, the detection device is set up for mounting on a device, in particular a hand-held device, for welding or soldering or for integration into a device, in particular a hand-held device, for welding or soldering. For example, the detection device can be designed as an attachment for a device, in particular a hand-held device, for welding or soldering, with which a device, in particular a hand-held device, for welding or soldering can be equipped during manufacture or afterwards. For this purpose, the detection device can in particular have mounting means for mounting the detection device on a device, in particular a hand-held device. Furthermore, the detection device can also be integrated directly into the device, in particular a hand-held device, for example in the handle of the hand-held device.
Unter einem Gerät zum Schweißen oder Löten wird insbesondere ein Schweiß- oder Lötkopf, wie zum Beispiel für einen Schweiß- oder Lötroboter, verstanden oder insbesondere ein Handgerät zum Schweißen oder Löten.A device for welding or soldering is understood in particular to mean a welding or soldering head, such as for a welding or soldering robot, or in particular a hand-held device for welding or soldering.
Ein Handgerät zum Schweißen oder Löten dient zur manuellen Durchführung eines Schweiß- oder Lötvorgangs, wobei das Handgerät von der Hand des Schweißers geführt wird. Unter einem Handgerät zum Schweißen wird insbesondere ein Schweißbrenner verstanden. Unter einem Handgerät zum Löten wird insbesondere ein Lötbrenner oder Lötkolben verstanden.A handheld device for welding or soldering is used for the manual execution of a welding or soldering process, the handheld device being guided by the hand of the welder. A handheld device for welding is understood to mean in particular a welding torch. A handheld device for soldering is understood in particular to be a soldering torch or soldering iron.
Die Berechnungseinrichtung des Systems kann ebenfalls an das Gerät, insbesondere Handgerät, montiert oder in das Gerät, insbesondere Handgerät, integriert sein. Insbesondere können die Berechnungseinrichtung und die Detektionseinrichtung als gemeinsame Einheit, beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse, ausgebildet sein. Alternativ ist es aber auch denkbar, die Berechnungseinrichtung separat von der Detektionseinrichtung vorzusehen, beispielsweise integriert in eine Schweißkomponente, mit der das Gerät, insbesondere Handgerät, verbunden ist, wie zum Beispiel in eine Schweißstromquelle.The calculation device of the system can also be mounted on the device, in particular a hand-held device, or integrated into the device, in particular a hand-held device. In particular, the calculation device and the detection device can be designed as a common unit, for example in a common housing. Alternatively, however, it is also conceivable to provide the calculation device separately from the detection device, for example integrated into a welding component to which the device, in particular a hand-held device, is connected, such as a welding current source.
Wenn die Berechnungseinrichtung separat von der Detektionseinrichtung angeordnet ist, so ist insbesondere eine Datenleitung zwischen der Detektionseinrichtung und der Berechnungseinrichtung vorgesehen, um die von der Erfassungseinrichtung erfassten Speckle-Muster an die Berechnungseinrichtung zu übermitteln.If the calculation device is arranged separately from the detection device, in particular a data line is provided between the detection device and the calculation device in order to transmit the speckle patterns detected by the detection device to the calculation device.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen des Systems, der Verwendung und des Verfahrens beschrieben, wobei die einzelnen Ausführungsformen jeweils unabhängig für das System, die Verwendung und das Verfahren anwendbar sind. Weiterhin können die einzelnen Ausführungsformen auch untereinander kombiniert werden.Various embodiments of the system, the use and the method are described below, the individual embodiments being applicable independently for the system, the use and the method. Furthermore, the individual embodiments can also be combined with one another.
Bei einer Ausführungsform ist die Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung einer Werkstückoberfläche mit Laserlicht eingerichtet. Bei einer entsprechenden Ausführungsform des Verfahrens wird die Werkstückoberfläche mit Laserlicht beleuchtet. Laserlicht weist eine ausreichende Kohärenz auf, um zuverlässig ein kontrastreiches Speckle-Muster zu erzeugen.In one embodiment, the lighting device is set up to illuminate a workpiece surface with laser light. In a corresponding embodiment of the method illuminated the workpiece surface with laser light. Laser light has sufficient coherence to reliably produce a high-contrast speckle pattern.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung einer Werkstückoberfläche mit Licht einer Wellenlänge im sichtbaren oder an den sichtbaren angrenzenden Bereich, vorzugsweise im Bereich von 450 nm bis 680 nm, weiter bevorzugt von 500 nm bis 650 nm, eingerichtet. Bei einer entsprechenden Ausführungsform des Verfahrens hat das Licht eine Wellenlänge im sichtbaren oder an den sichtbaren angrenzenden Bereich, vorzugsweise im Bereich von 450 nm bis 680 nm, weiter bevorzugt von 500 nm bis 650 nm. Es hat sich gezeigt, dass die Störeinflüsse durch die Lichtemission eines Schweißprozesses in diesem Wellenlängenbereich vergleichsweise gering sind.In a further embodiment, the illumination device is designed to illuminate a workpiece surface with light of a wavelength in the visible or adjacent region, preferably in the range from 450 nm to 680 nm, more preferably from 500 nm to 650 nm. In a corresponding embodiment of the method, the light has a wavelength in the visible or in the visible adjacent region, preferably in the range from 450 nm to 680 nm, more preferably from 500 nm to 650 nm. It has been shown that the interference caused by the light emission of a welding process in this wavelength range are comparatively small.
Lötprozesse und insbesondere Schweißprozesse mittels Lichtbogen erzeugen ein breites intensives Spektrum optischer Emission, dass das Erfassen und Auswerten von Speckle-Mustern erschweren oder verhindern kann. Es wurde festgestellt, dass viele Lichtbogenschweißprozesse im Bereich des sichtbaren Lichts oder des unmittelbar daran angrenzenden Wellenlängenbereichs, insbesondere von 450 nm bis 680 nm, vorzugsweise 500 nm bis 650 nm, eine vergleichsweise geringe Lichtemission erzeugen. Durch die Wahl des Lichts zur Erzeugung des Speckle-Musters in diesem Wellenlängebereich, lässt sich der Störeinfluss durch die Lichtemission des Schweißprozesses reduzieren.Soldering processes, and in particular welding processes using an arc, generate a broad, intensive spectrum of optical emissions that can make it difficult or impossible to detect and evaluate speckle patterns. It has been found that many arc welding processes in the range of visible light or the immediately adjacent wavelength range, in particular from 450 nm to 680 nm, preferably 500 nm to 650 nm, produce a comparatively low light emission. By selecting the light to generate the speckle pattern in this wavelength range, the interference caused by the light emission from the welding process can be reduced.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Detektionseinrichtung einen auf das Licht der Beleuchtungseinrichtung abgestimmten und vor der Erfassungseinrichtung angeordneten Farbfilter auf. Auf diese Weise wird das Licht gefiltert, bevor es von der Erfassungseinrichtung erfasst wird. Dadurch lässt sich Störlicht, insbesondere durch den Löt- oder Schweißprozess emittiertes Licht, aus anderen Wellenlängenbereichen abschirmen, so dass ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis erreicht werden kann. Vorzugsweise wird ein Farbfilter verwendet, der einen Durchlassbereich im Wellenlängenbereich des Lichts der Beleuchtungseinrichtung aufweist und einen Sperrbereich bei größeren und/oder kleineren Wellenlängen. Bei dem Farbfilter handelt es sich vorzugsweise um einen schmalbandigen Filter, um den Anteil von Umgebungs- und Prozess-, insbesondere Schweißprozessleuchten möglichst weit zu verringern.In a further embodiment, the detection device has a color filter which is matched to the light of the illumination device and arranged in front of the detection device. In this way, the light is filtered before it is detected by the detection device. Interference light, in particular light emitted by the soldering or welding process, can thereby be shielded from other wavelength ranges, so that a higher signal-to-noise ratio can be achieved. A color filter is preferably used which has a passband in the wavelength range of the light from the lighting device and a blocking range for larger and / or smaller wavelengths. The color filter is preferably a narrow-band filter in order to reduce the proportion of ambient and process lights, in particular welding process lights, as far as possible.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Erfassungseinrichtung einen Bildsensor auf, insbesondere einen CCD-Sensor. Auf diese Weise kann ein räumlich ausgedehntes Speckle-Muster erfasst werden, wodurch die Schweiß- bzw. Lötgenauigkeit genauer bestimmt werden kann. Weiterhin kann auf diese Weise auch eine Bewegungsrichtung ermittelt werden.In a further embodiment, the detection device has an image sensor, in particular a CCD sensor. In this way, a spatially extended speckle pattern can be detected, whereby the welding or soldering accuracy can be determined more precisely. Furthermore, a direction of movement can also be determined in this way.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Detektionseinrichtung eine Laser-Optik auf, die dazu eingerichtet ist, die Position des Auftreffpunkts des Lichts auf der Werkstückoberfläche einzustellen. Zusätzlich oder alternativ kann die Detektionseinrichtung eine Abbildungs-Optik aufweisen, die dazu eingerichtet ist, den von der Erfassungseinrichtung erfassten Bereich der Werkstückoberfläche einzustellen. Auf diese Weise lässt sich der Auftreffpunkt bzw. der mit der Erfassungseinrichtung erfasste Bereich der Werkstückoberfläche an die jeweilige Prozessgeometrie bzw. an die jeweiligen Prozessbedingungen anpassen. Es kann auch eine für beide Zwecke eingerichtete Optik vorgesehen sein, d.h. eine Optik, die sowohl als Laser-Optik als auch als Abbildungs-Optik fungiert.In a further embodiment, the detection device has laser optics which is set up to set the position of the point of incidence of the light on the workpiece surface. Additionally or alternatively, the detection device can have imaging optics which are set up to set the area of the workpiece surface which is detected by the detection device. In this way, the point of impact or the area of the workpiece surface detected by the detection device can be adapted to the respective process geometry or to the respective process conditions. Optics set up for both purposes can also be provided, i.e. optics that function both as laser optics and imaging optics.
Um den dauerhaften Betrieb des Systems zu gewährleisten, kann eine Reinigung der Abbildungs-Optik und/oder der Laser-Optik erforderlich werden. Dies kann beispielsweise händisch erfolgen, etwa durch den Einsatz von Reinigungstüchern oder Reinigungsmitteln. Alternativ können auch automatische Reinigungsmittel zur Reinigung der Abbildungs- und/oder Laser-Optik vorgesehen sein, beispielsweise eine Reinigungsdüse, aus der ein Reinigungsmittel und/oder ein Gasstrahl, zum Beispiel ein Luftstrahl, austritt, um die Abbildungs- und/oder Laser-Optik zu reinigen. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein auswechselbares, lichtdurchlässiges Schutzelement, beispielsweise eine Glasplatte oder eine Kunststofffolie, vor der Abbildungs- und/oder Laser-Optik angeordnet sein, um diese gegen Verunreinigungen, insbesondere durch das Schweißen bzw. Löten, zu schützen.In order to ensure the permanent operation of the system, it may be necessary to clean the imaging optics and / or the laser optics. This can be done manually, for example, by using cleaning cloths or cleaning agents. Alternatively, automatic cleaning agents can also be provided for cleaning the imaging and / or laser optics, for example a cleaning nozzle from which a cleaning agent and / or a gas jet, for example an air jet, emerges around the imaging and / or laser optics to clean. Additionally or alternatively, an exchangeable, translucent protective element, for example a glass plate or a plastic film, can also be arranged in front of the imaging and / or laser optics in order to protect them against contamination, in particular by welding or soldering.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das System, vorzugsweise die Detektionseinrichtung, insbesondere die Berechnungseinrichtung, dazu eingerichtet, den Kontrast des Speckle-Musters zu überwachen und bei einem Abfall des Speckle-Muster-Kontrasts unter einen vorgegebenen Grenzwert die Ausgabe eines Hinweises an den Nutzer zu bewirken. Beispielsweise kann die Berechnungseinrichtung bei Abfall des Speckle-Muster-Kontrasts unter einen vorgegebenen Grenzwert die Ausgabe eines Signals bewirken, die eine angeschlossene Komponente, beispielsweise ein Handgerät zum Schweißen oder Löten oder ein daran angeschlossenes Schweißgerät, zur Ausgabe eines entsprechenden Hinweises über eine Nutzerschnittstelle veranlasst. Auf diese Weise kann der Benutzer auf den reduzierten Speckle-Muster-Kontrast bzw. auf eine ggf. erforderliche Reinigung der Abbildungs- und/oder Laser-Optik zur Verbesserung des Speckle-Muster-Kontrasts hingewiesen.In a further embodiment, the system, preferably the detection device, in particular the calculation device, is set up to monitor the contrast of the speckle pattern and to output a message to the user when the speckle pattern contrast drops below a predetermined limit value . For example, if the speckle pattern contrast falls below a predetermined limit value, the calculation device can output a signal that causes a connected component, for example a hand-held device for welding or soldering or a welding device connected to it, to output a corresponding message via a user interface. In this way, the user can be made aware of the reduced speckle pattern contrast or of any necessary cleaning of the imaging and / or laser optics to improve the speckle pattern contrast.
Die Abbildungs-Optik ist vorzugsweise derart einstellbar, dass sie eine scharfe Abbildung von Speckle-Mustern aus verschiedenen Abständen der Detektionseinrichtung zur Werkstückoberfläche erlaubt. Beispielsweise kann die Abbildungs-Optik eine einstellbare Brennweite aufweisen. Auf diese Weise kann der Arbeitsabstand an die jeweilige Schweißsituation angepasst werden. Insbesondere kann der Arbeitsabstand auf diese Weise hinreichend groß gewählt werden, um Ablagerungen auf der Abbildungs-Optik durch beim Schweißen bzw. Löten zu vermeiden. The imaging optics are preferably adjustable in such a way that they allow sharp imaging of speckle patterns from different distances between the detection device and the workpiece surface. For example, the imaging optics can have an adjustable focal length. In this way, the working distance can be adapted to the respective welding situation. In particular, the working distance can be chosen to be sufficiently large in this way to avoid deposits on the imaging optics due to welding or soldering.
Die Abbildungs-Optik ist vorzugsweise als sogenannte „Long distance“-Optik ausgebildet, beispielsweise als „Long distance“-Objektiv. Eine solche Optik kann das Speckle-Muster, ähnlich einer Tele-Optik bzw. einem Tele-Objektiv mit größerer Brennweite, von einer Werkstückoberfläche in hinreichender Distanz auf einen Sensor, insbesondere Bildsensor der Erfassungseinrichtung abbilden, so dass die Detektionseinrichtung in größerem Abstand von der Werkstückoberfläche positioniert werden kann, wodurch Verunreinigungen der Detektionseinrichtung, insbesondere der Optik, beim Schweißen oder Löten reduziert werden können. Die „Long distance“-Optik weist vorzugsweise eine Autofokus-Automatik auf, um auch bei größerem Abstand zur Werkstückoberfläche eine scharfe Abbildung des Speckle-Musters zu gewährleisten.The imaging optics are preferably designed as so-called "long distance" optics, for example as a "long distance" objective. Such optics can image the speckle pattern, similar to a telephoto lens or a telephoto lens with a larger focal length, from a workpiece surface at a sufficient distance to a sensor, in particular an image sensor of the detection device, so that the detection device is at a greater distance from the workpiece surface can be positioned, whereby contamination of the detection device, in particular the optics, can be reduced during welding or soldering. The "long distance" optics preferably have an automatic focus function in order to ensure that the speckle pattern is shown clearly even at a greater distance from the workpiece surface.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Abbildungs-Optik eine Autofokus-Automatik auf, auf diese Weise kann eine scharfe Abbildung des Speckle-Patterns zur Erfassung durch die Erfassungseinrichtung erreicht werden.In a further embodiment, the imaging optics have an automatic focus, in this way a sharp imaging of the speckle pattern can be achieved for detection by the detection device.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst das System weiter ein Gerät zum Schweißen oder Löten, insbesondere ein Handgerät zum Schweißen oder Löten, wobei die Detektionseinrichtung an dem Gerät, insbesondere Handgerät, montiert oder in dieses integriert ist. Durch die Kopplung von Detektionseinrichtung und Gerät, insbesondere Handgerät, kann die Schweiß- bzw. Lötgeschwindigkeit bei einem mit dem Gerät durchgeführten Schweiß- bzw. Lötvorgang bestimmt werden.In a further embodiment, the system further comprises a device for welding or soldering, in particular a hand-held device for welding or soldering, the detection device being mounted on or integrated in the device, in particular a hand-held device. By coupling the detection device and the device, in particular the hand-held device, the welding or soldering speed can be determined during a welding or soldering process carried out with the device.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die berechnete Schweiß- oder Lötgeschwindigkeit zur Steuerung eines Schweiß- bzw. Lötvorgangs verwendet. In a further embodiment of the method, the calculated welding or soldering speed is used to control a welding or soldering process.
Durch das Verfahren bzw. das System lässt sich die Schweiß- bzw. Lötgeschwindigkeit zuverlässig bestimmen, so dass diese zur Steuerung eines Schweiß- bzw. Lötprozesses verwendet werden kann. Beispielsweise kann die Leistung abhängig von der berechneten Schweiß- oder Lötgeschwindigkeit eingestellt werden, zum Beispiel um den Energieeintrag in das Werkstück, insbesondere die Streckenenergie
Weitere Vorteile und Merkmale des Systems, der Verwendung und des Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbespielen, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird.Further advantages and features of the system, the use and the method result from the following description of exemplary embodiments, reference being made to the attached drawing.
In der Zeichnung zeigen
-
1 Ausführungsbeispiele des Systems und des Verfahrens, -
2 ein Beispiel für ein Speckle-Muster, -
3 ein Beispiel für das bei einem Schweißprozess emittierte Lichtspektrum -
4 weitere Ausführungsbeispiele des Systems und des Verfahrens und -
5 weitere Ausführungsbeispiele des Systems und des Verfahrens.
-
1 Embodiments of the system and the method, -
2nd an example of a speckle pattern, -
3rd an example of the light spectrum emitted during a welding process -
4th further exemplary embodiments of the system and the method and -
5 further exemplary embodiments of the system and the method.
Das System
Die Beleuchtungseinrichtung
Da die Werkstückoberfläche
Derartige Speckle-Muster werden durch die Optik
Im vorliegenden Beispiel fungiert die Optik
Die Berechnungseinrichtung
Das erfasste Speckle-Muster hängt sensitiv von dem beleuchteten Bereich der Werkstückoberfläche
Die Detektionseinrichtung
Da die Detektionseinrichtung
Die Optik
Da die Messung der Schweiß- bzw. Lötgeschwindigkeit während des laufenden Schweiß- oder Lötvorgangs ausgeführt wird, kann die durch den Schweiß- bzw. Lötvorgang hervorgerufene Lichtemission
Um die Beeinträchtigung der Speckle-Muster-Erfassung durch die Lichtemission
Weiterhin wird vorzugsweise ein wellenlängenselektiver, insbesondere schmalbandiger Filter
Das System
Die Detektionseinrichtung
Das System
Die von der Erfassungseinrichtung
Die von der Berechnungseinrichtung
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist eine in den Aufsatz
Das System
Es kann eine zusätzliche Laser-Optik
Durch die Trennung der Strahlgänge des Laserstrahls
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102007036505 A1 [0004]DE 102007036505 A1 [0004]
- EP 1077784 B1 [0005]EP 1077784 B1 [0005]
- DD 142677 A1 [0006]DD 142677 A1 [0006]
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170095873A1 (en) * | 2012-02-10 | 2017-04-06 | Illinois Tool Works Inc. | Optical-based weld travel speed sensing system |
| DE102017111250A1 (en) * | 2017-05-23 | 2018-11-29 | Vse Ag | Shearography device and method for non-destructive material testing by shearography |
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2018
- 2018-12-07 DE DE202018006108.5U patent/DE202018006108U1/en active Active
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