DE10113238C1

DE10113238C1 - Verfahren zum Prüfen von Schweißpunkten mittels einer Robotervorrichtung mit einer an einem Roboterarm angebrachten Ultraschall-Prüfsonde und entsprechende Robotervorrichtung

Info

Publication number: DE10113238C1
Application number: DE10113238A
Authority: DE
Inventors: Johannes Stelter; Matej Leskovar
Original assignee: KUKA Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2021-03-20
Also published as: WO2002075299A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Prüfen von Schweißpunkten (SP) mittels einer Robotervorrichtung (1) mit einer an einem Roboterarm angebrachten Ultraschall-Prüfsonde (10), wobei ausgehend von einer Ausgangsorientierung in Bezug auf einen jeweiligen zu prüfenden Schweißpunkt (SP) Prüfmessungen solange in unterschiedlichen Orientierungen nacheinander durchgeführt werden, bis ein von einer mit der Ultraschall-Prüfsonde (10) verbundenen Klassifizierungseinrichtung klassifizierbares Ultraschallsignal für den zu prüfenden Schweißpunkt (SP) vorliegt oder der zu prüfende Schweißpunkt (SP) von der Klassifizierungseinrichtung als nicht klassifizierbar eingestuft wird, mit den Schritten: Ermitteln einer ersten Änderungsrichtung der Orientierung entsprechend einem ersten Freiheitsgrad (beta) des Roboterarms in der Ausgangsorientierung, in der ein vorbestimmter Paramter (A) des Ultraschallsignals eine größer werdende Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt; und Aufnehmen weiterer Ultraschallsignale bei Ändern der Orientierung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad (beta) in der ersten Änderungsrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von Schweißpunkten mittels einer Robotervorrichtung mit einer an einem Roboterarm angebrachten Ultraschall-Prüfsonde und ei ne entsprechende Robotervorrichtung.

Die DE 43 15 794 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrich tung zur zerstörungsfreien Prüfung von Gegenständen mit Ultra schall.

Die JP 93 25 136 A offenbart die Abtastung von Gegenständen mit einer Robotervorrichtung mit einer am ober der Arm ange brachten Ultraschall-Prüfsonde.

Die EP 0 074 457 A2 offenbart ein Meßverfahren zur Fehlerbe stimmung in Schweißnähten mittels Ultraschall.

Obwohl auf beliebige Roboter anwendbar, werden die vorlie gende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf einen Industrieroboter zur Ultraschall-Prüfung von Schweißpunkten von Fahrzeug-Karosserieteilen erläutert.

In der Automobilindustrie ist heutzutage die Materialver bindung von Blechen durch Punktschweißen weit verbreitet. So finden sich an einer Automobilkarosserie durchschnitt lich etwa 3000 bis 3500 Schweißpunkte. Viele davon liegen an mechanisch kritischen Stellen, so daß die höchsten Qua litätsansprüchen genügen müssen. Daher spielt die Quali tätssicherung von Punktschweißungen eine wichtige Rolle in der Produktion. Heute wird eine Prüfung durch eine Kombina tion der konventionellen "Hammer & Meißel-Technik" mit der inzwischen bewährten Ultraschallprüfung durchgeführt. Auf grund des meisten sehr hohen Produktionsaufkommens ist man in der Regel nicht in der Lage, sämtliche Schweißpunkte ma nuell zu prüfen, sondern muß sich auf Stichproben beschrän ken.

Allgemein kommen für die Prüfung von Bauteilen, insbesonde re Fahrzeug-Karosserieteilen in der Automobilindustrie, zu nehmend Industrieroboter zum Einsatz. Diese Roboter sind mit einem beispielsweise optischen Meßsystem ausgestattet und können sehr flexibel für komplizierte Prüfaufgaben, insbesondere an schwer zugänglichen Stellen eingesetzt wer den.

Eine Automatisierung der Prüfung von Schweißpunkten mittels einer an einem Roboterarm angebrachten Ultraschall-Prüf sonde gestaltet sich insofern schwierig, als daß zunächst eine Orientierung der Prüfsonde zum Schweißpunkt gefunden werden muß, in der ein brauchbares klassifizierbares Ultra schallsignal erhältlich ist. Eine derart geeignete Orien tierung ist in der Regel nicht eine zur Ebene des Schweiß punktes senkrechte Orientierung.

Vielmehr muß zum Erhalten eines guten Prüfechos die Ultra schallsonde gegenüber der Flächennormalen in einer bestimm ten Richtung um einem bestimmten Winkel verkippt werden. Bei der manuellen Prüfung geschieht das Auffinden einer solchen geeigneten Orientierung durch ein visuelles Feed backverfahren. Diese Methode würde sich jedoch bei Roboter armen als zeitaufwendig und umständlich gestalten.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Prüfen von Schweißpunkten mittels einer Robo tervorrichtung mit einer an einem Roboterarm angebrachten Ultraschall-Prüfsonde und eine entsprechende Robotervor richtung zu schaffen, die es ermöglichen, schnell und prä zise eine geeignete Prüfposition zu finden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren bzw. die in Anspruch 20 angegebene Ro botervorrichtung gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die entsprechende Robo tervorrichtung weisen gegenüber den bekannten Lösungsansät zen den Vorteil auf, daß eine geeignete Prüfposition schnell und robust aufgefunden werden kann. Die Prüfergeb nisse sind nicht abhängig von der jeweiligen Tagesform des Prüfers. Dadurch ist eine hohe Reduzierbarkeit gewährlei stet. Gegenüber menschlichen Prüfern hat der Roboter einen wesentlichen Geschwindigkeitsvorteil, und gegebenenfalls können mehr Punkte bzw. alle Punkte in die Prüfung einge schlossen werden. Auch sind die laufenden Kosten wesentlich geringer. Die Anschaffungskosten fallen unter Umständen ebenfalls geringer aus, da für den gleichen Prüfumfang we niger Prüfeinheiten benötigt werden. Beim Einsatz in der Fertigungslinie kann während der Fertigung automatisch auf die Schweißparameter der vorangegangen Schweißroboter Ein fluß genommen werden. So kann beispielsweise auch ein not wendiger Wechsel der Elektroden frühezeitig bemerkt und durchgeführt werden und dadurch eine Qualitätssicherung vollzogen werden.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee be steht darin, daß ein einfacher Verstellweg zum Auffinden eines geeigneten Prüfpunktes angegeben wird, ohne daß stets der gesamte Verstellbereich vollständig abgesucht werden muß. Als Kriterium für die Verstellung der Orientierung dient ein vorbestimmter Parameter des Ultraschallsignals, vorzugsweise ein Amplitudenparameter, der eine Wahrschein lichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbil dungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung werden weitere Ultra schallsignale bei Ändern der Orientierung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad in der ersten Änderungsrichtung aufge nommen werden, bis eine erste Orientierung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad erreicht ist, an der der Parameter ein lokales Maximum der Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgen ein Ermitteln einer zweiten Änderungsrichtung der Orientierung entsprechend einem zweiten Freiheitsgrad des Roboterarms in der ersten Orientierung, in der der vorbestimmte Parameter des Ultraschallsignals eine größer werdende Wahrscheinlich keit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt; und ein Aufnehmen weiterer Ultraschallsignale bei Ändern der Orientierung entsprechend dem zweiten Freiheitsgrad in der zweiten Änderungsrichtung, bis eine zweite Orientierung entsprechend dem zweiten Freiheitsgrad erreicht ist, an der der Parameter ein lokales Maximum der Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgen ein Ermitteln einer dritten Änderungsrichtung der Orientierung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad des Roboterarms in der ersten Orientierung entsprechend dem ersten Freiheits grad und der zweiten Orientierung entsprechend dem zweiten Freiheitsgrad, in der der vorbestimmte Parameter (A) des Ultraschallsignals eine größer werdende Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt; und ein Aufnehmen weiterer Ultraschallsignale bei Ändern der Orien tierung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad in der ersten Änderungsrichtung, bis eine dritte Orientierung entspre chend dem ersten Freiheitsgrad erreicht ist, an der der Pa rameter ein lokales Maximum der Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgen ein Ermitteln einer vierten Änderungsrichtung der Orientierung entsprechend dem zweiten Freiheitsgrad des Roboterarms in der ersten Orientierung entsprechend dem ersten Freiheits grad und der zweiten Orientierung entsprechend dem zweiten Freiheitsgrad, in der der vorbestimmte Parameter des Ultra schallsignals eine größer werdende Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt; und ein Auf nehmen weiterer Ultraschallsignale bei Ändern der Orientie rung entsprechend dem zweiten Freiheitsgrad in der vierten Änderungsrichtung, bis eine vierte Orientierung entspre chend dem zweiten Freiheitsgrad erreicht ist, an der der Parameter ein lokales Maximum der Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der er ste Freiheitsgrad eine Verdrehung um eine erste Achse in der Ebene des Schweißpunktes.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der zweite Freiheitsgrad eine Verdrehung um eine zweite Achse in der Ebene des Schweißpunktes, welche senkrecht zur er sten Achse liegt, ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Aus gangsorientierung eine im wesentlichen senkrechte Orientie rung bezüglich der Ebene des Schweißpunktes.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der vor bestimmte Parameter ein Amplitudenparameter, der sich aus einem oder mehreren Echoamplituden des Ultraschallsignals zusammensetzt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der vor bestimmte Parameter die Summe des Eintrittsechos (EEA) und des größten der folgenden Echos.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgen ein Einstellen der Orientierung für den zweiten Freiheitsgrad auf einen vorbestimmten Wert; ein Aufnehmen weiterer Ultra schallsignale bei Ändern der Orientierung für den ersten Freiheitsgrad über einen ersten vorgegebenen Verstellbe reich; und ein Speichern aller Orientierungen des ersten Freiheitsgrades, an denen der Parameter ein lokales Maximum der Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizie rung anzeigt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgen ein Einstellen der Orientierung für den ersten Freiheitsgrad auf einen vorbestimmten Wert; ein Aufnehmen weiterer Ultra schallsignale bei Ändern der Orientierung für den zweiten Freiheitsgrad über einen zweiten vorgegebenen Verstellbe reich; und ein Speichern aller Orientierungen des zweiten Freiheitsgrades, an denen der Parameter ein lokales Maximum der Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizie rung anzeigt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt ein Durchführen vom Prüfmessungen an den Orientierungen des er sten bzw. zweiten Freiheitsgrades, an der der Parameter ein lokales Maximum der Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt, in einer Rangfolge abnehmender Wahrscheinlichkeit.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden an der jeweiligen Orientierung des ersten bzw. zweiten Frei heitsgrades, an der der Parameter ein lokales Maximum der Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt, folgende Schritte durchgeführt: Ermitteln einer fünften Änderungsrichtung der Orientierung entsprechend ei nem ersten Freiheitsgrad des Roboterarms, in der der vorbe stimmte Parameter (A) des Ultraschallsignals eine größer werdende Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassi fizierung anzeigt; und Aufnehmen weiterer Ultraschallsigna le bei Ändern der Orientierung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad in der fünften Änderungsrichtung.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden wei tere Ultraschallsignale bei Ändern der Orientierung ent sprechend dem ersten Freiheitsgrad in der fünften Ände rungsrichtung aufgenommen werden, bis eine fünfte Orientie rung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad erreicht ist, an der der Parameter ein lokales Maximum der Wahrscheinlich keit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgen ein Ermitteln einer sechsten Änderungsrichtung der Orientierung entsprechend einem zweiten Freiheitsgrad des Roboterarms in der fünften Orientierung, in der der vorbestimmte Parameter des Ultraschallsignals eine größer werdende Wahrscheinlich keit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt; und ein Aufnehmen weiterer Ultraschallsignale bei Ändern der Orientierung entsprechend dem zweiten Freiheitsgrad in der sechsten Änderungsrichtung, bis eine sechste Orientierung entsprechend dem zweiten Freiheitsgrad erreicht ist, an der der Parameter ein lokales Maximum der Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgen ein Ermitteln einer siebenten Änderungsrichtung der Orientie rung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad des Roboterarms in der fünften Orientierung entsprechend dem ersten Frei heitsgrad und der sechsten Orientierung entsprechend dem zweiten Freiheitsgrad, in der der vorbestimmte Parameter des Ultraschallsignals eine größer werdende Wahrscheinlich keit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt; und ein Aufnehmen weiterer Ultraschallsignale bei Ändern der Orientierung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad in der siebenten Änderungsrichtung, bis eine siebente Orientierung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad erreicht ist, an der der Parameter ein lokales Maximum der Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgen ein Ermitteln einer achten Änderungsrichtung der Orientierung entsprechend dem zweiten Freiheitsgrad des Roboterarms in der sechsten Orientierung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad und der siebenten Orientierung entsprechend dem zweiten Freiheitsgrad, in der der vorbestimmte Parameter des Ultraschallsignals eine größer werdende Wahrscheinlich keit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt; und ein Aufnehmen weiterer Ultraschallsignale bei Ändern der Orientierung entsprechend dem zweiten Freiheitsgrad in der achten Änderungsrichtung, bis eine achte Orientierung ent sprechend dem zweiten Freiheitsgrad erreicht ist, an der der Parameter ein lokales Maximum der Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Ausgangsorientierung dadurch eingestellt, daß ein bestimm ter Schweißpunkt ohne aufgesetzte Ultraschall-Prüfsonde an gefahren, wobei ein Aufsetzen mit geeignetem Aufsetzdruck unter Berücksichtigung der Ultraschall-Prüfsignale einge stellt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Robotersy stemaufbaus zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 einen Fließplan zur Darstellung einer Ausfüh rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Prüfen von Schweißpunkten;

Fig. 3 einen weiteren Fließplan zur Darstellung der Aus führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Prüfen von Schweißpunkten;

Fig. 4 die anfängliche Lage bzw. Anfangsorientierung der Ultraschall-Prüfsonde auf dem Schweißobjekt;

Fig. 5 den Zeitverlauf eines Ultraschall-Prüfsignals;

Fig. 6 die Winkelabhängigkeit des Amplitudenparameters A des Ultraschallsignals vom Drehwinkel β um die y- Achse bei nicht vorhandener Verdrehung um die x- Achse;

Fig. 7 die Winkelabhängigkeit des Amplitudenparameters A des Ultraschallsignals vom Drehwinkel γ um die x- Achse bei Verdrehung von β = 1,5° um die y-Achse; und

Fig. 8 eine Darstellung einer typischen Topologie des Amplitudenparameters A(%) für verschiedene Werte der Winkel β und γ.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus ei ner erfindungsgemäßen Robotervorrichtung zum Prüfen von Schweißpunkten.

Die Robotervorrichtung gemäß Fig. 1 umfaßt einen Meßrobo ter 1 mit einer Ultraschall-Prüfsonde 10 und einer Bildver arbeitungsvorrichtung 5. Ein Schweißobjekt B, zum Beispiel eine Blechstruktur, wird einem Schweißroboter 7 zugeführt, dort verschweißt, und über die Fertigungslinie L dem Meßro boter 1 zugeführt, welcher die eigentliche Prüfung der Schweißpunkte vornimmt, um ein geprüftes Objekt GB zu er stellen. Der Schweißroboter 7 und der Meßroboter 1 sind mit einer gemeinsamen Datenbank 6 verbunden, welche unter ande rem Informationen über die Lage der Schweißpunkte enthält, so daß der Meßroboter 1 in der Lage ist, unter gleichzeiti ger Zuhilfenahme der Bildverarbeitungsvorrichtung 5, sämt liche Schweißpunkte SP auf dem Schweißobjekt B anzufahren.

Fig. 2 zeigt einen Fließplan zur Darstellung einer Ausfüh rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Prüfen von Schweißpunkten.

Zunächst erfolgt unter Verwendung der Informationen aus der Datenbank 6 und unter Verwendung der Bildverarbeitungsvor richtung 5 ein Anfahren des zu prüfenden Schweißpunktes SP in Schritt S10. Am zu prüfenden Schweißpunktes SP erfolgt dann ein Aufsetzen der Ultraschall-Prüfsonde 10 in einer Anfangsorientierung in Schritt S20.

Fig. 4 zeigt diese anfängliche Lage bzw. Anfangsorientie rung der Ultraschall-Prüfsonde 10 auf dem Schweißobjekt B, welches hier aus zwei Blechen B1, B2 besteht, die durch ei nen Schweißpunkt SP miteinander verbunden sind.

Die Ultraschall-Prüfsonde 10 weist eine Gummimembran 100 an ihrem unteren Ende auf, mittels dem sie auf den Schweißpunkt SP aufsetzbar und elastisch andrückbar ist. Dabei sorgt die Gummimembran 100 für eine gute Schalleinleitung. Beim Aufsetzen wird der Gummimembran 100 mit einem bestimm ten Druck auf den Schweißpunkt SP aufgedrückt. SIG in Fig. 4 bezeichnet eine nicht näher erläuterte Signalleitung zum Weiterleiten der Ultraschall-Prüfsignale der Ultraschall- Prüfsonde 10 an eine Einrichtung zur Klassifikation der Prüfung.

Die Klassifizierungseinrichtung kann anhand der Ultra schallechos eine Klassifizierung vornehmen, ob eine Klassi fizierung überhaupt möglich ist und, falls ja, der jeweili ge Schweißpunkt ein guter Schweißpunkt ist oder nicht. Um diese Klassifizierung überhaupt durchführen zu müssen, muß die Form des Ultraschallsignals bestimmten Voraussetzungen unterlegen.

Beim Anfahren, das in Fig. 2 mit Schritt S10 bezeichnet ist, erfolgt also ein Ausrichten des Roboterarms mit der Ultraschall-Prüfsonde 10 in die Ausgangsorientierung, wel che bei dem vorliegenden Beispiel eine senkrechte Orientie rung bezüglich der Ebene des Schweißpunktes SP ist. Sollte der Schweißpunkt auf einer gekrümmten Fläche liegen, so sei unter der Ebene des Schweißpunktes die entsprechende Tan gentialebene verstanden.

Die Ebene des Schweißpunktes liegt, wie Fig. 4 entnehmbar, in der x/y-Ebene des in Fig. 4 gezeigten Koordinatensy stems. Mit anderen Worten ist die Prüfsonde bei diesem Bei spiel in der Ausgangsorientierung parallel zur z-Achse an geordnet.

Ein geeigneter Aufsetzdruck kann unter Zuhilfenahme der Ul traschall-Prüfsignale eingestellt werden. Fig. 5 zeigt den Zeitverlauf eines typischen Ultraschall-Prüfsignals, wenn die Gummimembran 100 korrekt parallel zur z-Achse angeord net ist. Insbesondere weist das Ultraschall-Prüfsignal dann ein ausgeprägtes Eintrittsecho EEA auf. Ist die Gummimem bran 100 nicht korrekt aufgesetzt, so liegt das erste Echo zeitlich später und ist viel geringer in seiner Amplitude. So kann das Aufsetzen durch Analysieren des ersten Echos einfach gesteuert werden.

Weiterhin hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, eine gewisse weitere Erhöhung des Anpressdrucks vorzusehen, z. B. durch eine kontante weitere Annäherung um eine kleine Wegstrecke, z. B. 1 mm, wenn bereits die Sollform des ersten Echos vorhanden ist.

Weiterhin ist Fig. 5 entnehmbar, daß das Signal eine Reihe von weiteren Echos RWEA1, RWEA2, . . . aufweist, welche ent weder Rückwandechos oder Fehlerechos sein können. Anhand der Form und des Zeitverlauf dieser Echos erstellt die Klassifikationseinrichtung eine Klassifikation oder beur teilt den Schweißpunkt als unklassifizierbar.

Als nächstes folgt, wie in Fig. 2 mit Schritt S30 bezeich net, das Aufnehmen eines ersten Ultraschallsignals in der Ausgangsorientierung. Dieses erste aufgenomme Ultraschall signal liefert eine bestimmte Form des auszuwertenden Ul traschallsignals. Ist das Signal klassifizierbar, bricht die Prozedur ab. Dies gilt auch für alle folgenden Prüfmes sungen. Falls das Signal nicht klassifizierbar ist, wird eine Veränderung der Orientierung der Ultraschall-Prüfsonde 10 mittels des Roboterarms eingeleitet.

Dazu wird der Amplitudenparameter

A = EEA + Max(RWEA1, RWEA2, . . .)

herangezogen, der ein Maß für die Wahrscheinlichkeit ist, daß eine Klassifizierung durchgeführt werden kann.

Somit wird zunächst in Schritt S30 der Winkel γ = 0° beibe halten und der Winkel β unter Aufnahme zweier Messungen um +/-0,5° um den Nullpunkt variiert. Dadurch kann ermittelt werden, in welcher Drehrichtung für den Winkel β der Ampli tudenparameter A und damit die Wahrscheinlichkeit ist, daß eine Klassifizierung durchgeführt werden kann, ansteigt.

Als nächstes wird in Schritt S30 der Roboterarm um die y- Achse, welche in der Ebene des Schweißpunktes SP liegt, kontinuierlich in der zuvor festgelegten Drehrichtung ver dreht und ein weiteres Ultraschallsignal aufgenommen, wel ches einen weiteren Amplitudenparameterwert A für das zu analysierende Signal liefert.

Es erfolgt ein Aufnehmen weiterer Ultraschallsignale bei sukzessivem Verschwenken des Roboterarms in dieselbe Dreh richtung, bis eine erste Winkeleinstellung β' ermittelt ist, an der ein Ultraschallsignal mit einem lokalen Maximum MAX1 des Amplitudenparameters A vorliegt.

Die Winkelabhängigkeit des Amplitudenparameters A des Ul traschallsignals vom Drehwinkel β um die y-Achse bei nicht vorhandener Verdrehung um die x-Achse ist in Fig. 6 ge zeigt.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich, gibt eine Anzahl lokaler Maxi ma MAX1, MAX2, MAX3, MAX4, welche prinzipiell mit größer werdendem Drehwinkel β anfahrbar wären. Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfolgt jedoch die Verstellung um die y-Achse jedoch nur solange, bis das er ste lokale Maximum MAX1 gefunden ist. Dieser Wert der Ver stellung um die y-Achse, hier β' = 1,5°, wird dann konstant gehalten.

Erneut mit Bezug auf Fig. 2 erfolgt hierauf unter Kon stanthaltung des Winkels β entsprechend dem ersten lokalen Maximum MAX1, hier β' = 1,5°, in Schritt S40 die Aufnahme weiterer Messungen bei Variation des Winkels γ um 0°. Da durch kann ermittelt werden, in welcher Drehrichtung für den Winkel β der Amplitudenparameter A und damit die Wahr scheinlichkeit ist, daß eine Klassifizierung durchgeführt werden kann, ansteigt.

Dann erfolgt ein Verschwenken der Ultraschall-Prüfsonde 10 um die x-Achse, welche zur y-Achse orthogonal verläuft und, wie oben erwähnt, ebenfalls in der Ebene des Schweißpunktes liegt. Auch hinsichtlich dieser Verschwenkung um die x- Achse wird solange ausgehend von einer Verschwenkung um die x-Achse von Null Grad weiter gedreht, bis ein erstes loka les Maximum MAX5 bei dieser Verdrehung gefunden ist.

Fig. 7 zeigt die Winkelabhängigkeit des Amplitudenparame ters A des Ultraschallsignals vom Drehwinkel γ um die x- Achse bei Verdrehung von β = 1,5° um die y-Achse.

Auch hier können je nach Verstellwinkel um die x-Achse ver schiedene lokale Maxima MAX5, MAX6, MAX7 erreicht werden, doch stoppt das Verfahren gemäß dieser Ausführungsform beim Winkel γ' = 2°, an dem das erste lokale Maximum MAX5 er reicht ist.

Bei dieser Ausführungsform wird dann in Schritt S50 beim Winkel γ' = 2° erneut ermittelt, in welcher Drehrichtung für den Winkel β der Amplitudenparameter A zunimmt und dann eine weitere Verstellung um die y-Achse in dieser Drehrich tung geführt, bis ein weiteres lokales Maximum an einem weiteren Wert des Winkels β erreicht wird.

Dann in Schritt S60 beim so ermittelten weiteren Wert des Winkels β ermittelt, in welcher Drehrichtung für den Winkel γ der Amplitudenparameter A zunimmt und dann eine weitere Verstellung um die x-Achse in dieser Drehrichtung geführt, bis ein weiteres lokales Maximum an einem weiteren Wert des Winkels γ erreicht wird.

In der Mehrzahl der Fälle ist die hier gezeigte Verstell prozedur derart robust, daß bis zu diesem Punkt längst ein klassifizierbares Signal gefunden wurde, also bereits vor her abgebrochen wurde. Es kann jedoch in gewissen Fällen vorkommen, daß man bis zum Schritt S60 kein klassifizierba res Signal aufgefunden hat. Dann wird eine ausgedehntere Suche in Schritt S70 eingeleitet, welche nachstehend mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben wird.

Zur Darstellung der allgemeinen Problematik hinsichtlich des Auffindens von geeigneten Maxima findet sich in Fig. 8 eine Darstellung einer typischen Topologie des Amplituden parameters A(%) für verschiedene Werte der Winkel β und γ. Wie gezeigt, gibt es ein ausgeprägtes Hauptmaximum, doch ist es möglich, das die Verstellung bis zum Schritt S60 zu einem unklassifizierbaren Nebenmaximum führt.

Mit anderen Worten müßte die Robotervorrichtung, wenn sie das Hauptmaximum jedesmal finden sollte, eine komplette Ab tastung des gesamten β/γ-Gebietes mit einem bestimmten Ra ster durchgeführen. Eine solche vollständige Abtastung wäre jedoch sehr zeitaufwendig und daher nicht gewünscht. Daher ist es zweckmäßiger, wie der vorliegenden Ausführungsform zunächst bestimmte lokalen Maximalwerte anzufahren und dort auszuprobieren, ob eine Ultraschall-Prüfmessung dort ein klassifizierbares Signal liefert oder nicht.

Sollte dies mit dem in Bezug auf Fig. 2 erläuternden Ver fahren nicht gelingen, so kann man sich mit einer verein fachten weiteren Abtastung des β/γ-Gebietes behelfen, wel che nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 3 näher erläutert wird.

Gemäß Fig. 3 wird bei Schritt S100 zunächst der Winkel γ auf einen vorgegebenen Wert eingestellt, beispielsweise 0°. Dann erfolgt in Schritt S100 eine Verschwenkung mit jewei ligen Ultraschall-Meßpunkten über den gesamten Verstellbereich um die y-Achse also den Winkel β, und zwar typischer weise von -2° bis 2°. Hier werden die Winkeleinstellungen des Winkel β aller lokalen Maximalwerte MAX1, MAX2, MAX3 des Amplitudenparameters A bei einem derartigen β-Scan in Schritt S110 gespeichert. Im vorliegenden Fall wären das die Werte β', β" und β''' entsprechend MAX1, MAX2, MAX3 in Fig. 6.

In analoger Weise dazu wird als nächstes gemäß Schritt S120 eine Verstellung um die x-Achse vorgenommen, wobei der Wert von β auf einem vorbestimmten Wert konstant gehalten wird, beispielsweise 0°.

Die Verschwenkung mit jeweiligen Ultraschall-Meßpunkten geht ebenfalls über den gesamten Verstellbereich um die x- Achse also den Winkel γ, und zwar typischerweise von -2° bis 2°. Hier werden die Winkeleinstellungen des Winkel γ aller lokalen Maximalwerte des Amplitudenparameters A bei einem derartigen γ-Scan in Schritt S130 gespeichert.

Anschließend erfolgt in Schritt S140 das Anfahren des größ ten Maximums, hier beispielsweise MAX3 bei β = 7,7° und γ = 0°.

Dort werden im Schritt S150 von Fig. 3 erneut die Schritte S30 bis S60 gemäß Fig. 2 durchgeführt, also Richtungser mittlung und Ermitteln des nächsten lokalen Maximums in der ermittelten Richtung für β-γ-β-γ.

Ist man bis dahin immer noch nicht am Ziel, erfolgt in Schritt S160 das Anfahren des nächstgrößten Maximums, hier beispielsweise MAX4 bei β = 10° und γ = 0°.

Dort werden im Schritt S170 von Fig. 3 erneut die Schritte S30 bis S60 gemäß Fig. 2 durchgeführt, also Richtungser mittlung und Ermitteln des nächsten lokalen Maximums in der ermittelten Richtung für β-γ-β-y.

Weitere Ultraschall-Prüfmessungen in der Reihenfolge der Größe der aufgefundenen Maxima erfolgen dann solange, bis ein Prüfpunkt mit ausreichender Signalamplitude zur Klassi fizierung gefunden ist.

Sollte bei keinem der gespeicherten Maxima eine Klassifi zierung möglich sein, wird der entsprechende Schweißpunkt als nicht klassifizierbar eingestuft.

Claims

1. Verfahren zum Prüfen von Schweißpunkten (SP) mittels einer Robotervorrichtung (1) mit einer an einem Roboterarm angebrachten Ultraschall-Prüfsonde (10), wobei ausgehend von einer Ausgangsorientierung in Bezug auf einen jeweili gen zu prüfenden Schweißpunkt (SP) Prüfmessungen solange in unterschiedlichen Orientierungen nacheinander durchgeführt werden, bis ein von einer mit der Ultraschall-Prüfsonde (10) verbundenen Klassifizierungseinrichtung im Hinblick auf eine aktuelle Prüfmessung klassifizierbares Ultra schallsignal für den zu prüfenden Schweißpunkt (SP) vor liegt oder der zu prüfende Schweißpunkt (SP) von der Klas sifizierungseinrichtung als nicht klassifizierbar einge stuft wird, mit den Schritten:
Aufnehmen eines ersten Ultraschallsignals in der Ausgangs orientierung;
Ermitteln einer ersten Änderungsrichtung der Orientierung entsprechend einem ersten Freiheitsgrad (β) des Roboter arms, der zwei Änderungsrichtungen aufweist, ausgehend von der Ausgangsorientierung, in der ein vorbestimmter Parame ter (A) des Ultraschallsignals eine größer werdende Wahr scheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung an zeigt, durch Verändern der Orientierung in mindestens eine der beiden Änderungsrichtungen und Aufnehmen eines jeweili gen Ultraschallsignals; und
Aufnehmen weiterer Ultraschallsignale bei Ändern der Orien tierung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad (β) in der ersten Änderungsrichtung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Ultraschallsignale bei Änderung Orientierung ent sprechend dem ersten Freiheitsgrad (β) in der ersten Ände rungsrichtung aufgenommen werden, bis eine erste Orientie rung (β') entsprechend dem ersten Freiheitsgrad erreicht ist, an der der Parameter (A) ein lokales Maximum (MAX1) der Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizie rung anzeigt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Schritte:
Ermitteln einer zweiten Änderungsrichtung der Orientierung entsprechend einem zweiten Freiheitsgrad (γ) des Roboter arms, der zwei weitere Änderungsrichtungen aufweist, ausge hend von der ersten Orientierung (β'), in der der vorbe stimmte Parameter (A) des Ultraschallsignals eine größer werdende Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassi fizierung anzeigt, durch Verändern der Orientierung in min destens eine der beiden weiteren Änderungsrichtungen und Aufnehmen eines jeweiligen Ultraschallsignals; und
Aufnehmen weiterer Ultraschallsignale bei Ändern der Orien tierung entsprechend dem zweiten Freiheitsgrad (γ) in der zweiten Änderungsrichtung, bis eine zweite Orientierung (γ') entsprechend dem zweiten Freiheitsgrad erreicht ist, an der der Parameter ein lokales Maximum (MAX5) der Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung an zeigt.

4. Verfähren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Schritte:
Ermitteln einer dritten Änderungsrichtung der Orientierung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad (β) des Roboterarms ausgehend von der ersten Orientierung (β') entsprechend dem ersten Freiheitsgrad und der zweiten Orientierung (γ') ent sprechend dem zweiten Freiheitsgrad, in der der vorbestimm te Parameter (A) des Ultraschallsignals eine größer werden de Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizie rung anzeigt, durch Verändern der Orientierung in minde stens eine der beiden Änderungsrichtungen und Aufnehmen ei nes jeweiligen Ultraschallsignals; und
Aufnehmen weiterer Ultraschallsignale bei Änderung der Orien tierung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad (β) in der ersten Änderungsrichtung, bis eine dritte Orientierung ent sprechend dem ersten Freiheitsgrad erreicht ist, an der der Parameter (A) ein lokales Maximum der Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Schritte:
Ermitteln einer vierten Änderungsrichtung der Orientierung entsprechend dem zweiten Freiheitsgrad (γ) des Roboterarms ausgehend von der ersten Orientierung (β") entsprechend dem ersten Freiheitsgrad und der zweiten Orientierung (γ') entsprechend dem zweiten Freiheitsgrad, in der der vorbe stimmte Parameter (A) des Ultraschallsignals eine größer werdende Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassi fizierung anzeigt, durch Verändern der Orientierung in min destens eine der beiden weiteren Änderungsrichtungen und Aufnehmen eines jeweiligen Ultraschallsignals;
Aufnehmen weiterer Ultraschallsignale bei Änderung der Orien tierung entsprechend dem zweiten Freiheitsgrad in der vier ten Änderungsrichtung, bis eine vierte Orientierung ent sprechend dem zweiten Freiheitsgrad erreicht ist, an der der Parameter (A) ein lokales Maximum der Wahrscheinlich keit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste Freiheitsgrad eine Verdrehung um eine erste Achse (y) in der Ebene des Schweißpunktes (SP) ist.

7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich net, daß der zweite Freiheitsgrad eine Verdrehung um eine zweite Achse (x) in der Ebene des Schweißpunktes (SP), wel che senkrecht zur ersten Achse (y) liegt, ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Ausgangsorientierung eine im wesentlichen senkrechte Orientierung bezüglich der Ebene des Schweißpunktes (SP) ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Parameter (A) ein Amplitudenparameter ist, der sich aus einem oder mehre ren Echoamplituden des Ultraschallsignals zusammensetzt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Parameter (A) die Summe des Eintrittsechos (EEA) und des größten der folgenden Echos (RWEA1, RWEA2, . . .) ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 10, gekennzeichnet durch die Schritte:
Einstellen der Orientierung für den zweiten Freiheitsgrad (γ) auf einen vorbestimmten Wert (0°);
Aufnehmen weiterer Ultraschallsignale bei Änderung der Orien tierung für den ersten Freiheitsgrad (β) über einen ersten vorgegebenen Verstellbereich; und
Speichern aller Orientierungen des ersten Freiheitsgrades (β), an denen der Parameter (A) ein lokales Maximum der Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Schritte:
Einstellen der Orientierung für den ersten Freiheitsgrad (β) auf einen vorbestimmten Wert (0°);
Aufnehmen weiterer Ultraschallsignale bei Änderung Orien tierung für den zweiten Freiheitsgrad (γ) über einen zwei ten vorgegebenen Verstellbereich; und
Speichern aller Orientierungen des zweiten Freiheitsgrades (γ), an denen der Parameter (A) ein lokales Maximum der Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch die Schritte:
Durchführen von Prüfmessungen an den Orientierungen des er sten bzw. zweiten Freiheitsgrades (β, γ), an der der Para meter (A) ein lokales Maximum der Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt, in einer Rang folge abnehmender Wahrscheinlichkeit.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von der jeweiligen Orientierung des ersten bzw. zweiten Freiheitsgrades (β, γ), an der der Parameter (A) ein lokales Maximum der Wahrscheinlichkeit für die Mög lichkeit der Klassifizierung anzeigt, folgende Schritte durchgeführt werden:
Ermitteln einer fünften Änderungsrichtung der Orientierung entsprechend einem ersten Freiheitsgrad (β) des Roboter arms, in der der vorbestimmte Parameter (A) des Ultra schallsignals eine größer werdende Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt, durch Verän dern der Orientierung in mindestens eine der beiden Änderungsrichtungen und Aufnehmen eines jeweiligen Ultraschall signals; und
Aufnehmen weiterer Ultraschallsignale bei Ändern der Orien tierung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad (β) in der fünften Änderungsrichtung.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Ultraschallsignale bei Ändern der Orientierung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad (β) in der fünften Änderungsrichtung aufgenommen werden, bis eine fünfte Ori entierung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad erreicht ist, an der der Parameter (A) ein lokales Maximum der Wahr scheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung an zeigt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch die Schritte:
Ermitteln einer sechsten Änderungsrichtung der Orientierung entsprechend einem zweiten Freiheitsgrad (γ) des Roboter arms ausgehend von der fünften Orientierung, in der der vorbe stimmte Parameter (A) des Ultraschallsignals eine größer werdende Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassi fizierung anzeigt, durch Verändern der Orientierung in min destens eine der beiden weiteren Änderungsrichtungen und Aufnehmen eines jeweiligen Ultraschallsignals; und
Aufnehmen weiterer Ultraschallsignale bei Änderung der Orien tierung entsprechend dem zweiten Freiheitsgrad (γ) in der sechsten Änderungsrichtung, bis eine sechste Orientierung entsprechend dem zweiten Freiheitsgrad erreicht ist, an der der Parameter ein lokales Maximum (MAX5) der Wahrschein lichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch die Schritte:
Ermitteln einer siebenten Änderungsrichtung der Orientie rung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad (β) des Roboter arms ausgehend von der fünften Orientierung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad und der sechsten Orientierung ent sprechend dem zweiten Freiheitsgrad, in der der vorbestimm te Parameter (A) des Ultraschallsignals eine größer werden de Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizie rung anzeigt, durch Verändern der Orientierung in minde stens eine der beiden Änderungsrichtungen und Aufnehmen ei nes jeweiligen Ultraschallsignals;
Aufnehmen weiterer Ultraschallsignale bei Änderung der Orien tierung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad (β) in der siebenten Änderungsrichtung, bis eine siebente Orientierung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad erreicht ist, an der der Parameter (A) ein lokales Maximum der Wahrscheinlich keit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt.

18. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch die Schritte:
Ermitteln einer achten Änderungsrichtung der Orientierung entsprechend dem zweiten Freiheitsgrad (γ) des Roboterarms ausgehend von der sechsten Orientierung entsprechend dem ersten Freiheitsgrad und der siebenten Orientierung ent sprechend dem zweiten Freiheitsgrad, in der der vorbestimm te Parameter (A) des Ultraschallsignals eine größer werden de Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizie rung anzeigt, durch Verändern der Orientierung in minde stens eine der beiden weiteren Änderungsrichtungen und Auf nehmen eines jeweiligen Ultraschallsignals;
Aufnehmen weiterer Ultraschallsignale bei Änderung der Orien tierung entsprechend dem zweiten Freiheitsgrad in der ach ten Änderungsrichtung, bis eine achte Orientierung entspre chend dem zweiten Freiheitsgrad erreicht ist, an der der Parameter (A) ein lokales Maximum der Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit der Klassifizierung anzeigt.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Ausgangsorientierung dadurch eingestellt wird, daß ein bestimmter Schweißpunkt (SP) ohne aufgesetzte Ultraschall-Prüfsonde (10) angefahren wird, und ein Aufsetzen mit geeignetem Aufsetzdruck unter Berücksich tigung der Ultraschall-Prüfsignale eingestellt wird.

20. Robotervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit:
einer an einem Roboterarm angebrachten Ultraschall-Prüf sonde (10);
einer mit der Ultraschall-Prüfsonde (10) verbundenen Klas sifizierungseinrichtung zur Klassifizierung der Prüfmessun gen;
einer Verstelleinrichtung zum Verstellen des Roboterarms; und
einer Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln der jeweiligen Änderungsrichtung entsprechend dem betreffenden Freiheits grad (β, γ).