DE102006057802A1

DE102006057802A1 - Verfahren und Prüfsystem zur zerstörungsfreien Prüfung von Materialverbindungen, insbesondere von Widerstandsschweißverbindungen

Info

Publication number: DE102006057802A1
Application number: DE102006057802A
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl.-Ing. Beyer; Mathias Dr. rer. nat. Böhmisch; Jörn Dr. rer. nat. Göres; Claudia Dipl.-Inform. Greiner; Cornelius Dr. Haas
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2006-12-06
Publication date: 2007-10-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Prüfsystem (20) zur zerstörungsfreien Prüfung von Fügebereichen (2) auf Werkstücken (1, 1'), insbesondere von Punktschweißverbindungen (18) zwischen Strukturbauteilen im Karosserie-Rohbau. Der Fügebereich (2) wird mit einer robotergeführten Anregungsquelle (21) impulsartig erwärmt, und die dabei im Fügebereich (2) entstehende Wärmeverteilung wird mit Hilfe einer roboterpositionierten Thermographie-Kamera (22) aufgenommen. Die gewonnenen Daten stellen eine zeitliche Folge von Intensitätsbildern des Fügebereichs (2) dar, deren Auswertung eine Qualitätsaussage der Fügestelle und eine Klassifikation der bei der Schweißung auftretenden Schweißfehler ermöglicht. Um eine Unabhängigkeit von Oberflächeneffekten, insbesondere der Emissivität der Werkstücke (1, 1'), zu erreichen, wird zur Auswertung eine normierte Intensität (I/I<SUB>e</SUB>) verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Prüfsystem zur zerstörungsfreien Prüfung von Fügestellen auf Werkstücken, insbesondere von Widerstandspressschweißverbindungen zwischen Strukturbauteilen im Karosserie-Rohbau.
Widerstandspressschweißverbindungen, insbesondere Punktschweißverbindungen, sind im Fahrzeugbau weit verbreitet. Sie werden beispielsweise im Karosserie-Rohbau zum Fügen von sicherheitsrelevanten Bauteilen/Baugruppen verwendet und dürfen dann eine bestimmte vorgegebene Festigkeit nicht unterschreiten. Ein verlässlicher Schweißprozess setzt voraus, dass alle Schweißpunkte prozesssicher eine gleich bleibende hohe Qualität haben. – Allerdings können beim Punktschweißen von Blechbauteilen verschiedene Störungen auftreten, die eine Reduktion der Festigkeit der Fügeverbindung zur Folge haben: So können – bei vorgegebener Presskraft und vorgegebenem Schweißstrom – Schwankungen in der Materialdicke und Beschichtung der zu verschweißenden Bleche (z.B. aufgrund eines Material-/Lieferantenmixes) zu Schweißfehlern führen. Weiterhin unterliegen Schweißelektroden Verschleiß, und es können Schwankungen der Zangenkräfte an Schweißelektroden auftreten. Außerdem können bei toleranzbehafteten Bauteilen, Passungsprobleme und – insbesondere bei kurz dimensionierten Flanschen – Nebenschlüsse auftreten. Zudem können – wenn die Bleche zur Festigkeitserhöhung im Verbindungsbereich mit Klebstoff versehen sind – beim Punktschweißen Fehlschweißungen auftreten, insbesondere dann, wenn zu viel Klebstoff im Schweißbereich vorliegt. Wegen der Sicherheitsrelevanz der Punktschweißverbindungen besteht ein großes Interesse an einer produktionsnahen Erkennung und Klassifizierung solcher Schweißfehler, um Fehlerquellen im Serienbetrieb schnell und zuverlässig erkennen und beseitigen zu können.
Herkömmlicherweise wird zur zerstörungsfreien Qualitätskontrolle von Widerstandspressschweißverbindungen eine Ultraschallprüfung eingesetzt, bei der die mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung durch Laufzeitmessungen von Schallwellen ermittelt werden. Eine solche Messung versagt jedoch, wenn Schweißverbindungen beschichteter Bleche, beispielsweise Punktschweißverbindungen hochfester Stahlbleche mit zink- oder aluminiumbasierten Beschichtungen, überprüft werden sollen. Beim Verschweißen dieser Bleche bildet sich nämlich neben (bzw. eventuell auch anstelle) der Schweißverbindung der Stahlbleche eine Lötverbindung zwischen den Beschichtungswerkstoffen; eine solche Lötverbindung kann durch eine Ultraschall-Untersuchung nicht prozesssicher von einer Schweißverbindung unterschieden werden. Da eine Lötverbindung jedoch eine wesentlich geringere Festigkeit aufweist als die Schweißverbindung, besteht dann die Gefahr, eine Lötung für eine Schweißung zu halten und somit die Festigkeit der Verbindung zu überschätzen. Weiterhin liefert die Ultraschallprüfung unzuverlässige Ergebnisse, wenn die Bleche vor dem Verschweißen im Fügebereich mit Klebstoff versehen wurden.
Eine Alternative zur Ultraschallprüfung stellt die Infrarotthermographie dar, die beispielsweise in der WO 01/50116 A1 beschrieben ist. Dabei wird mit Hilfe einer Anregungsquelle der Bereich der Schweißung kurzzeitig erwärmt; die infolge dieser Erwärmung vom Fügebereich abgestrahlte Wärmeintensität wird von einer ortsauflösenden elektronischen Thermographie-Kamera mit einer hohen Bildwiederholrate gemessen, deren Messwerte in einem Computer ausgewertet werden. Wie in der WO 01/50116 A1 vorgeschlagen, können aus dem Zeitverlauf der abgestrahlten Wärmeintensität, der von den Kamerapixeln aufgenommenen wird, unterschiedliche Histogramme ermittelt werden, die ein Maß für den Wärmefluss durch die Schweißzone sein sollen.
Eine andere Vorgehensweise bei der Qualitätskontrolle von Schweißverbindungen durch Auswertung thermographischer Daten ist in der DE 101 50 633 A1 beschrieben. Auch hier wird die Schweißstelle mit einem kurzzeitigen Energiepuls beaufschlagt, insbesondere mit einer Blitzlampe beleuchtet; die vom Schweißpunkt abgestrahlte Wärmeintensität wird bildgebend erfasst und in einem Datenverarbeitungssystem ausgewertet. Dabei wird der Zeitpunkt der maximalen Temperaturerhöhung berechnet und für jeden Bildpunkt als so genanntes „Laufzeit"-Bild dargestellt. Die Auswertung erfolgt durch Quotientenbildung des Imaginärteils und des Realteils einer Fast-Fourier-Transformation der Zeitserie und eine Qualifizierung des untersuchten Schweißpunkts gemäß des Laufzeit-/Phasenbildes hinsichtlich des Linsendurchmessers, der Homogenität der Schweißverbindung und der Dicke der Schweißlinse.
Sowohl die WO 01/50116 A1 als auch die DE 101 50 633 A1 gehen bei der Auswertung des gemessenen Intensitätsverlaufs als Funktion der Zeit davon aus, dass die von den Kamerapixeln empfangene Wärmeintensität innerhalb des Beobachtungszeitraums ein Maximum durchläuft. Dies ist bei dünnen Blechen in der Regel der Fall. Dieses Verfahren versagt jedoch bei Blechverbindungen höherer Materialstärke, insbesondere bei Mehrblechverbindungen, da erfahrungsgemäß in diesen Fällen das Intensitätsmaximum bei ordnungsgemäßen Schweißungen innerhalb der Beobachtungszeit nicht erreicht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur zerstörungsfreien Prüfung von Fügebereichen weiterzuentwickeln. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Prüfsystem bereitzustellen, mit deren Hilfe eine zerstörungsfreie, automatisierbare Qualitätskontrolle von Widerstandspressschweißverbindungen von Mehrblechverbindungen, z.B. von Dreiblechverbindungen, durchgeführt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst.
Danach wird umfasst das Prüfsystem eine Anregungsquelle zur impulsartigen Erhitzung des Fügebereichs der verbundenen Bleche, eine Thermographie-Kamera zur Aufnahme einer zeitlichen Folge von Intensitätsbildern des Fügebereichs und eine Auswerteeinheit zur Auswertung und Speicherung der zeitlichen Folge der Intensitätsbilder. Anregungsquelle und Thermographie-Kamera sind vorteilhafterweise an Manipulatoren, insbesondere an Industrierobotern, befestigt, um sie gegenüber dem zu untersuchenden Prüfobjekt, z.B. einer Rohkarosserie oder einer Baugruppe zu positionieren. Zur Visualisierung der ausgewerteten Daten ist zweckmäßigerweise ein Monitor vorgesehen.
Die Thermographie-Kamera liefert eine zeitliche Folge bildhafter Intensitätsdaten der Fügestelle, die ein Maß für die zeitliche Abhängigkeit der Wärmeverteilung der Fügestelle sind. Zur Auswertung dieser bildhaften Daten wird für alle (oder für ausgewählte) Pixel (bzw. für ausgewählte, mehrere Pixel umfassende Kamerabereiche) ein normierter Intensitätsverlauf berechnet. Aufgrund der Normierung ist dieser Intensitätsverlauf unabhängig von Oberflächeneigenschaften der betrachteten Bleche, insbesondere von der Emissivität. Dies führt zu einer verbesserten Vergleichbarkeit der Messdaten und zu einer zuverlässigeren Auswertung. Zur Normierung wird vorteilhafterweise ein Intensitätswert verwendet, der am Ende eines vorgegebenen Beobachtungszeitraums erreicht wird. Die Auswertung kann auf einer Beurteilung der normierten Intensität zu zwei vorgegebenen Zeitpunkten beruhen. Alternativ kann zur Auswertung auch Steigungen der Intensitätsverläufe zu bestimmten vorgegebenen Zeitpunkten verwendet werden. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, das Rauschen der normierten Intensitätsverläufe zur Qualitätsbewertung der Schweißverbindung zu verwenden.
Dieses Prüfsystem bzw. Verfahren ermöglicht eine zerstörungsfreie automatisierbare Bewertung der Qualität von Widerstandpressschweißpunkten an Automobil-Rohbaukarosserien oder Untergruppen mittels Wärmeflussthermographie. Mit dem Prüfsystem können die schematisch in 2b–2k dargestellten Schweißpunktfehler verlässlich erkannt und klassifiziert werden. Insbesondere liefert das Prüfsystem Messergebnisse, die mit den Schweißpunktdurchmessern einer zerstörenden Prüfung nach DIN EN ISO 14273 korrelieren.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert Dabei zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung eines Fügebereichs zweier Bleche während des Widerstandsschweißens;
2 Schnittdarstellungen (2a–2h) und Aufsichten (2j–2k) von ordnungsgemäßen Widerstandsschweißungen (2a) und Schweißfehlern (2b–2k);
3 Schematische Darstellung des Messprinzips bei der Transmissions-Infrarotthermographie einer Fügestelle;
4 Schematische Darstellung eines Gesamtssystems zur Qualitätskontrolle von Widerstandsschweißverbindungen im Fahrzeug-Rohbau;
5 die von einem Kamerabereich gemessene Intensität als Funktion der Zeit für unterschiedliche Schweißpunkte;
6 eine graphische Darstellung der Eindrucktiefe am Schweißpunkt und der Zeitpunkt der Erreichung der halben Endintensität für unterschiedliche Schweißpunkte;
7 Kamerabilder für unterschiedliche Schweißpunkte mit hell markierten Kamerabereichen, in denen innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls eine oberhalb eines Schwellwerts liegende Intensität registriert wurde;
8 die aufsummierten Flächen der hellen Bereiche der Kamerabilder aus 7 für unterschiedliche Schweißpunkte;
9 die von einem Kamerabereich gemessene normierte Intensität I/I_e als Funktion der Zeit für unterschiedliche Schweißpunkte;
10 Kamerabilder für einen Schweißpunkt mit markierten geschweißten und verklebten Bereichen (10a) bzw. mit einem Auswurf (10b).
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung zweier Bauteile 1, 1', die in einem Fügebereich 2 mit Hilfe eines Widerstandspressschweißverfahrens, insbesondere des Punktschweißens, verbunden werden. Die Bauteile 1, 1' bestehen aus hochfestem Stahlblech, das ein- oder beidseitig mit einer Korrosionsschutzschicht 3, 3' (beispielsweise aus Zink oder einer intermetallischen Aluminium-Eisen-Verbindung) versehen sein kann; alternativ können die Bleche auch aus (beschichtetem oder unbeschichtetem) Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen. Mindestens eines der Bauteile 1, 1' kann im Fügebereich 2 mit Klebstoff 4 beschichtet sein, wodurch nach dem Verbinden der Bauteile 1, 1' eine Festigkeitserhöhung im Fügebereich 2 erreicht werden kann. Anstelle von zwei Bauteilen 1, 1' können im Fügebereich 2. auch drei oder mehr Blechschichten vorliegen, die miteinander verschweißt werden; wenn im Folgenden von Verbindungen zweier Bleche bzw. Bauteile die Rede ist, so soll sich dies auch auf Drei- und Mehrblechverbindungen beziehen.
Zur Verschweißung der beiden Bauteile 1, 1' wird eine bekannte Punktschweißzange 5 mit zwei Elektroden 6, 6' eingesetzt, die eine Elektrodenkraft 7 auf die beiden Bauteile 1, 1' im Fügebereich 2 ausüben und die Bauteile 1, 1' dadurch aufeinander drücken. Durch einen zwischen den Elektroden 6, 6' fließenden Schweißstrom werden die zusammengepressten Bauteile 1, 1' dann lokal verschweißt. Dabei werden die Bauteile 1, 1' an der Berührungsstelle auf Schmelztemperatur erhitzt; als Folge davon entsteht zwischen den Bauteilen 1, 1' eine Schweißlinse 8 mit Durchmesser 9', die – wenn die Schweißung ordnungsgemäß durchgeführt wurde – einen vorgegebene Minimaldurchmesser 9 nicht unterschreitet (2a). Das Vorhandensein und die Größe dieser Schweißlinse 9' ist von entscheidender Bedeutung für die Festigkeit der erzeugten Verbindung des Schweißpunkts 18.
Beim Punktschweißen beschichteter Bauteile 1, 1' können unterschiedliche Fehler auftreten, die in den 2b–2k schematisch dargestellt sind.
Ist die Elektrodenkraft 7 zu gering, oder sind die Bauteile 1, 1' zu stark toleranzbehaftet, so können die Bauteile 1, 1' nicht stark genug angenähert bzw. aufeinander gepresst werden, um eine Anbindung zu erreichen. Zwischen den Bauteilen 1, 1' verbleibt dann der in 2b dargestellte offene Spalt 10. Bei beschichteten Blechen 1, 1' kann auch der in 2c gezeigte Schweißfehler auftreten: Hier sind die Bauteile 1, 1' im Fügebereich 2 zwar verbunden, aber es hat keine Verschweißung, sondern nur eine Verlötung 11 des Beschichtungsmaterials 3, 3' stattgefunden. Sind die Bauteile 1, 1' mit Klebstoff 4 versehen, so kann eine schwache Anbindung entstehen, wenn eine ausschließlich oberflächennahe Verschweißung stattfindet (siehe 2d); auch eine solche Schweißverbindung ist fehlerhaft. Weiterhin kann die Schweißlinse 8 sehr klein sein (siehe 2e); eine solche Schweißung wird als Fehler klassifiziert, wenn der Linsendurchmesser 9'' kleiner ein vorgegebener Minimalwert 9 (z.B. kleiner als das Vierfache der Wurzel der Blechdicke 12 in mm) ist, da in einem solchen Fall die geforderte Festigkeit der Schweißverbindung nicht mehr gegeben ist.
Während in den Fällen der 2b bis 2e die Elektrodenkräfte 7 tendenziell zu gering sind, so zeigt 2f das umgekehrte Problem: Hier ist die Elektrodenkraft 7 so groß, dass die Elektroden 6, 6' im Fügebereich 2 einen starken Eindruck 13 in den Bauteilen 1, 1' hinterlassen; die Bauteile 1, 1' sind dadurch lokal geschwächt. Eine solche Einschnürung 14 wird als Fehler bewertet, wenn der Eindruck 13 tiefer als ein bestimmter vorgegebener Prozentsatz der Blechdicke 12 ist.
Weitere Fehler können entstehen, wenn während des Schweißens verflüssigtes Material aus dem Schweißbereich entweicht, indem Material entweder zwischen den Blechen 1, 1' (2g) oder durch ein Loch 15 in der Bauteiloberfläche (2h) herausgeschleudert wird und deswegen im Schweißbereich fehlt. Aufgrund der damit einhergehenden Schwächung der Bauteile 1, 1' im Bereich der Fügestelle 2 werden Schweißstellen mit solchen Auswürfen 16 immer als fehlerhafte Schweißungen klassifiziert.
Schließlich können im Falle von Bauteiltoleranzen, Ungenauigkeiten in der Positionierung oder Fehler bei der Programmierung der Schweißroboter die in 2j und 2k in einer Aufsicht auf die Fügestelle 2 gezeigten Fehler auftreten: dass nämlich an der vorgesehenen Stelle 17 überhaupt kein Schweißpunkt 18 vorhanden ist, oder dass der Schweißpunkt 18 um mehr als einen Toleranzbetrag 19 gegenüber der vorgesehenen Position 17 verschoben ist.
Zur Online-Erkennung und Klassifikation solcher Schweißfehler beim Punktschweißen an Rohbaukarosserien in der Produktion wird ein Prüfsystem 20 eingesetzt, das schematisch in 3 dargestellt ist. Das Prüfsystem 20 umfasst eine Anregungsquelle 21 (im Folgenden auch Wärmequelle genannt) zur impulsförmigen Erwärmung der Fügestelle 2 (d.h. des Schweißpunktes 18 und seiner unmittelbaren Umgebung), eine Thermographie-Kamera 22 zur zeit- und ortsaufgelösten Messung der von der Fügestelle 2 ausgesandten Wärmestrahlung und eine Auswerteeinheit 23 zur Weiterverarbeitung der Messwerte und Klassifikation/Visualisierung des Schweißergebnisses. Die Prüfung erfolgt zu einem beliebigen Zeitpunkt nach Fertigstellung der Punktschweißung, vorzugsweise in einer im Produktionsablauf auf die Schweißstation folgenden (weiteren) Arbeitsstation.
Vorzugsweise erfolgt die thermografische Messung – wie in 3 dargestellt – in Transmission; das bedeutet, dass die Anregungsquelle 21 die eine Seite 24 der verbundenen Bauteile 1, 1' bestrahlt, während die Thermographie-Kamera 22 auf der anderen, der Anregungsquelle 21 abgewandten Seite 24' der verbundenen Bauteile 1, 1' angeordnet ist. – Alternativ zur Transmissions-Messung kann die thermografische Messung auch in Auflicht erfolgen, was bedeutet, dass Anregungsquelle 21 und Thermographie-Kamera 22 auf derselben Seite 24' der verbundenen Bauteile 1, 1' angeordnet sind. Die hierbei gewonnenen Messwerte enthalten zwar prinzipiell ähnliche Informationen wie die in Transmission gewonnenen, zeigen jedoch andere Charakteristika. Die im Folgenden beschriebenen Auswerte- und Klassifikationsverfahren beziehen sich auf Messdaten, die in Transmission gewonnen wurden.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Gesamtaufbaus zur produktionsbegleitenden Serienprüfung von Punktschweißungen im Fahrzeug-Rohbau. Um die an unterschiedlichen Stellen auf der Rohbaukarosserie 25 (bzw. einer zu fügenden Baugruppe) befindlichen Fügestellen 2 erreichen zu können, sind die Anregungsquelle 21 und die Thermographie-Kamera 22 zweckmäßigerweise an Manipulatoren 26, insbesondere Industrierobotern, befestigt, die sie gegenüber der Fügestelle 2 positionieren. Anstelle der Verwendung separater Manipulatoren 26 für Anregungsquelle 21 und Thermographie-Kamera 22 können auch – wie schematisch in
4 gezeigt – beide gemeinsam an der Hand 27 eines einzigen Manipulators 26 befestigt sein, falls die Zugänglichkeit der zu beurteilenden Fügestellen 2 dies gestattet. Die Schweißpunkte 18 der zu prüfenden Karosserie 25 bzw. Baugruppe werden durch den Manipulator 26 nacheinander automatisch nach einem vorher festgelegten Prüfplan angefahren, so dass sich die Schweißpunkte 18 jeweils zwischen Thermographie-Kamera 22 und Anregungsquelle 21 befinden. Die Kamera 22 liefert eine zeitliche Folge von Bilddaten der Fügestelle 2. Diese Daten werden in der Auswerteeinheit 23 automatisch weiterverarbeitet und ausgewertet, um Prüfaussagen über die Qualität der Schweißverbindung 18 zu erhalten. Die Prüfergebnisse werden auf einem Monitor 28 des Prüfsystems 20 visualisiert und zur Dokumentation einer Datenbank 29 zugeführt. Zur Steuerung des Gesamtsystems ist eine Steuereinheit 30 vorgesehen, welche Steuerbefehle und/oder Mess- bzw. Prüfdaten mit einem Produktionssteuersystem 31 austauscht.
Die Anregungsquelle 21 ist eine wassergekühlte Blitzlampe mit einer räumlich homogenen optischen Leistung von > 1 J/cm² an der Fügestelle 2. Vorzugsweise wird eine marktübliche Xe-Blitzlampe verwendet, die ein geringes Gewicht hat und sehr kompakt ist. Eine solche Xe-Blitzlampe kann problemlos mit Hilfe eines Manipulators 26, insbesondere eines Industrieroboters, bewegt und positioniert werden und kann auch in räumlich beengte Bereiche eingeführt werden. Sie eignet sich also insbesondere zum Einsatz für Prüfaufgaben im Fahrzeugrohbau, wo kritische Punktschweißverbindungen an der gesamten Rohbau-Karosserie 25 – auch in schwer zugänglichen Bereichen – überprüft werden müssen. – Alternativ kann die Lichtenergie von einer luftgekühlten Blitzlampe mit einem faseroptischen Aufsatz bereitgestellt werden; eine Faseroptik führt die Lichtenergie vom Ort der Blitzlampe an die Fügestelle 2.
Das Prüfsystem 20 misst die durch die Fügestelle 2 hindurchgeleitete Wärmemenge als Funktion des Ortes und der Zeit. Eine solche zeitaufgelöste Messung der von der Fügestelle 2 ausgehenden Infrarotstrahlung setzt zunächst voraus, dass die Anregungsquelle 21 einen zeitlich definierten, kurzen Lichtpuls (insbesondere Infrarotlichtimpuls) abgibt, der den Startpunkt der Messung kennzeichnet. Je dünner die zu untersuchenden Bleche 1, 1' sind, desto kürzer und prägnanter muss der Blitzimpuls sein. Im vorliegenden Prüfsystem wird die Lichtenergie dem Prüfobjekt 1, 1' über eine Zeitraum von < 20 ms zugeführt.
Das Prüfsystem 20 wird insbesondere zur Kontrolle von Dreiblechverbindungen an Rohbaukarosserien 25 eingesetzt, wobei die zu untersuchenden Strukturbauteile 1, 1' in der Regel beschichtete hochfeste Stahlbleche sind. Der mittels Punktschweißen zu verbindende Blechverbund hat hier typischerweise eine vergleichsweise große Gesamtdicke 12 von 2 mm bis 5 mm. Die Anforderungen, die in diesem Fall an die Länge der von der Anregungsquelle 21 ausgesandten Pulse bzw. an die Geschwindigkeit der Thermographie-Kamera 22 gestellt werden, sind daher niedriger als in Fällen geringerer Blechdicke. Im Fall dicker Bleche genügt beispielsweise eine Kamerafrequenz von 20–50 Hz aus, um verlässliche Aussagen über die Qualität der Schweißverbindung zu treffen. Bei dünneren Blechen 1, 1' sollte die Bildwiederholrate bei mindestens 50 Hz liegen. Mögliche Detektortypen für die Thermographie-Kamera 22 sind CMT (HgCdTe), InSb und Mikrobolometer.
Das zur Auswertung der Daten der Thermographie-Kamera 22 genutzte Verfahren beruht auf einer Analyse des zeitlichen Verlaufs der von einem Kamerabereich 32 empfangenen (Infrarot-)Lichtintensität. Diese Lichtintensität ist ein Maß für die Temperatur des auf diesen Kamerabereich 32 abgebildeten Bereichs 33 der Fügestelle 2, wird jedoch auch durch andere Bauteil- und Umgebungsparameter, insbesondere die Emissivität der betrachteten Bleche 1, 1', beeinflusst. Beispiele solcher von einem Kamerabereich 32 gemessenen Zeit-/Intensitäts-Verläufe 34a–34k sind im 5 dargestellt; hier sind die vom Kamerabereich 32 empfangenen Lichtmengen, gemessen in Detektoreinheiten, als Funktion der Zeit aufgetragen. Um das Rauschen zu reduzieren, ist jede dieser Kurven 34a–34k über einen Kamerabereich 32 von mehreren Kamerapixeln gemittelt. Der Kamerabereich 32 ist dabei auf die Mitte des zu untersuchenden Schweißpunkts 18 ausgerichtet; die unterschiedlichen Kurven 34a–34k entsprechen Messungen, die an Widerstandsschweißverbindungen unterschiedlicher Qualität durchgeführt wurden.
Der Blitzimpuls 35 der Anregungsquelle 21 erfolgt bei einer Zeit t = 50 ms. Vor dem Blitzimpuls 35 werden mit der Kamera 22 mehrere Bilder aufgenommen, um eine verlässliche Nulllinie der Intensität zu bestimmen. Ausgehend von dem Blitzimpuls 35 braucht die von der Anregungsquelle 21 ausgesandte Wärmeenergie, die auf der der Anregungsquelle 21 zugewandten ersten Seite 24 der Bleche 1, 1' eingestrahlt wird, einige Millisekunden, bevor sie durch die Fügestelle 2 hindurch die gegenüberliegenden Seite 24' der Bleche 1, 1' erreicht und von dort aus in Richtung Thermographie-Kamera 22 abgestrahlt wird. Dann folgt ein mehr oder weniger steiler Anstieg der von der Kamera registrierten Wärmeenergie. Entsprechend der Art bzw. Qualität der Widerstandsschweißverbindungen unterscheiden sich die Zeitverläufe 34a–34k durch einen unterschiedlichen Beginn 36a–36k des Anstiegs und einer unterschiedlichen (maximalen) Steigung 37a–37k. Weiterhin durchlaufen einige Zeitverläufe 34a–34k innerhalb des Beobachtungszeitfensters (zwischen 0 ms und 500 ms) ein Intensitätsmaximum 38h–38k, während andere Zeitverläufe 34a–34g kontinuierlich ansteigen. Diese Merkmale können für eine systematische Auswertung genutzt werden, um aus den Zeitverläufen 34a–34k Aussagen über die Qualität der Schweißverbindung bzw. über die Art des aufgetretenen Fehlers zu treffen. Wie ein Vergleich der Kurven 34a–34k mit den Ergebnisse einer zerstörenden Prüfung der zugehörigen Schweißpunkte 18a–18k zeigt, dass sich die unterschiedlichen Fehler, die beim Widerstandspunktschweißen auftreten können, diesen Zeitverläufen zuordnen lassen:

– Zeitverläufe 34a–34b, bei denen die Intensität (fast) konstant auf der Nulllinie verbleibt, sind charakteristisch für Fügestellen 2, in denen keine Verbindung der Bleche 1, 1' vorliegt (siehe 2b). Zwischen den Blechen 1, 1' liegt also ein isolierender Luftspalt 10, der eine Fortpflanzung der in die Bleche 1, 1' eingestrahlten Wärmeenergie verhindert.
– Zeitverläufe 34c–34e mit einem sehr spät einsetzenden und langsam fortschreitenden Intensitätsanstieg entsprechen Fügestellen 2, in denen nur eine geringe Anbindung der beiden Bleche 1, 1' stattgefunden hat. Dies kann einerseits daran liegen, dass im Bereich der Fügestelle 2 Schweißkleber vorliegt, so dass die Bleche nur verklebt und nicht verschweißt sind (siehe 2d); andererseits kann dies aber auch daran liegen, dass die Fügestelle 2 zwar verschweißt ist, dass aber nur eine sehr kleine Schweißlinse ausgebildet wurde (siehe 2e) oder dass – bei beschichteten Blechen 1, 1' – eine Lötung stattgefunden hat (siehe 2c).
– Zeitverläufe 34f–34g, die im Zeitfenster zwischen 0 ms und 500 ms einen steileren Anstieg zeigen, der aber zum Abschluss des Beobachtungszeitraums noch nicht abgeschlossen ist, entsprechen Fügestellen 2, in denen ordnungsgemäße Verschweißungen vorliegen (siehe 2a).
– Zeitverläufe 34h–34k, die im Zeitfenster zwischen 0 ms und 500 ms zunächst einen sehr steilen zeitlichen Anstieg gefolgt von einer Maximum 38h–38k und einen anschließenden langsamen Abfall der Intensität zeigen, können Fügestellen 2 zugeordnet, werden, bei denen ein starker Eindruck 13 der verschweißten Bleche 1, 1' durch die Schweißelektroden 6, 6' erfolgt ist (siehe 2f).

Die Eindrucktiefe 13 kann aus den Zeitverläufen 34a–34k direkt ermittelt werden. Hierzu wird die Endintensität 39a–39k verwendet, die zum Zeitpunkt 500 ms (d.h. 450 ms nach dem Blitzimpuls 35) erreicht wurde. Daraus wird anschließend der Zeitpunkt 40a–40k ermittelt, zu dem die halbe Endintensität 39a–39k erreicht wurde. Im Falle des Zeitverlaufs 34g wurde beispielsweise zum Zeitpunkt 500 ms ein End-Intensitätswert 39g von 110 Detektoreinheiten erreicht; die halbe Endintensität (55 Detektoreinheiten) war zu einem Zeitpunkt 40g von etwa 155 ms (also 105 ms nach dem Bestrahlungspuls 35) erreicht. Trägt man die auf diese Weise ermittelten Zeitpunkte 40a–40k in einem Diagramm gegenüber den an den zugehörigen Schweißpunkten 18a–18k mit einer Messuhr gemessenen Eindrucktiefen 13 auf, so erhält man die in 6 gezeigte, näherungsweise lineare Abhängigkeit: Man erkennt, dass bei Schweißpunkten mit einer großen Eindrucktiefe 13 die halbe Endintensität sehr viel schneller erreicht wird als bei Schweißungen mit geringer Eindrucktiefe 13. Dies dient zur Erkennung von Schweißungen, die mit einem (zu) starken Eindruck 13 einhergehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden alle Schweißungen, bei denen die halbe Endintensität nach weniger als 145 ms erreicht wird, als Fehlschweißungen klassifiziert (da dort eine zu große Eindrucktiefe 13 vorliegt). Zur Erkennung von Punktschweißverbindungen mit zu hoher Eindrucktiefe genügt daher die Auswertung eines einzigen Kamerabereichs 32, der einen Blechbereich 33 innerhalb des Schweißpunkts 18 abbildet.
Ein weiteres Kriterium bei der Beurteilung der Qualität eines Schweißpunkts 18 ist die Anbindungsstärke; dies entspricht der Fläche zwischen den beiden Blechen 1, 1', auf der eine stoffschlüssige Verbindung der Bleche 1, 1' erreicht wird.
Zur Berechnung der Anbindungsstärke aus den Messdaten der Thermographie-Kamera 22 wird für jedes Pixel des Kamerabilds zu einem vorgegebenen Zeitpunkt nach dem Blitzimpuls 35 der Anregungsquelle 21 (im vorliegenden Fall zum Zeitpunkt 200 ms) die Intensität in Detektoreinheiten ermittelt. Jedes Pixel, dessen Intensität zu diesem Zeitpunkt oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts (z.B. bei > 40 Detektoreinheiten) liegt, wird auf den Wert „hell" gesetzt, während jedes Pixel, dessen Intensität zu diesem Zeitpunkt ≤ 40 Detektoreinheiten beträgt, auf den Wert „dunkel" gesetzt wird. Die räumliche Verteilung der „hellen" und „dunklen" Pixel für die ken Kurven 34a–34k entsprechenden unterschiedlichen Schweißpunkte 18a–18k ist in 7 dargestellt. Wie Schliffbilder der zugehörigen Bleche 1, 1' zeigen, hat bei den Schweißpunkten 18f–18k eine Verschweißung mit zunehmendem Linsendurchmesser stattgefunden. Bei den Schweißpunkten 18c–18e liegen Verklebungen der beiden Bleche 1, 1' (entsprechend 2d) vor, während bei den Schweißpunkten 18a–18b überhaupt keine Verbindung der Bleche 1, 1' stattgefunden hat (entsprechend 2b).
Die Gesamtfläche der „hellen" Pixel bzw. Kamerabereiche ist ein Maß für die Anbindungsfläche der Bauteile 1, 1'. 8 zeigt die Zahl der „hellen" Pixel für die unterschiedlichen Schweißpunkte 18a–18k der 7. Durch Setzung einer Minimalschwelle kann man die Schweißpunkte mit einer guten Anbindung von denen einer ungenügenden Anbindung trennen.
Für die bisher beschriebenen Auswertungen wurde die Absolutintensität der von der Thermographie-Kamera 22 registrierten Wärmestrahlung verwendet. Diese Strahlungsintensität, von den Kamerapixeln 32 pro Zeiteinheit registriert wird, ist ein Maß für die Temperatur der Fügestelle 2, hängt jedoch auch von weiteren Parametern, insbesondere der Emissivität der betrachteten Bleche 1, 1', ab. Die Emissivität der Bleche 1, 1' wird maßgeblich durch eine (bzw. die Art der) Beschichtung 3,3' beeinflusst; so zeigen beispielsweise Stahlbleche mit einer intermetallischen Alu-Eisen-Schicht eine höhere Emissivität und somit – bei gleicher Geometrie und Qualität der Schweißung – durchweg höhere gemessene Intensitätswerte als verzinkte Stahlbleche. Weiterhin kann es im Zuge des Widerstandsschweißens – je nach Auftreffen der Schweißelektroden 6, 6', Qualität der Schweißung etc. – zu einer lokalen Oxidierung der Bauteile 1, 1' kommen, was die lokale Emissivität der Bauteile 1, 1' beeinflusst: so weisen intensiv verschweißte Bleche 1, 1' im Bereich des Schweißpunkts 18 eine höhere Emissivität auf als weniger stark verschweißte. Um die von der Thermographie-Kamera 22 empfangenen Messsignale von diesen (lokalen und bauteilübergreifenden) Effekten zu befreien, werden die von den Kameralpixeln aufgenommenen Messkurven normiert.
Hierzu wird für jedes auszuwertende Pixel bzw. jeden auszuwertenden Kamerabildbereich 32 die Strahlungsintensität I_e (entsprechend den Bezugszeichen 39a–39k in 5) am zeitlichen Ende t_e des Beobachtungszeitraums (entsprechend dem Zeitpunkt 500 ms in 5) ermittelt. Um die Unsicherheit aufgrund von Rauschen zu reduzierten, wird I_e vorteilhafterweise als Mittelwert mehrerer Intensitätswerte in einem Zeitintervall kurz vor der Zeit t_e verwendet. Anschließend wird der gesamte Intensitätsverlauf dieses Pixels normiert, indem jeder Intensitätsmesswert durch I_e geteilt wird. Liegt die gemittelte Intensität I_e am Ende des Beobachtungszeitraums t_e unterhalb eines vorgegebenen (geringen) Schwellwerts I_min so werden die Messwerte stattdessen durch I_min geteilt; solch ein Pixel (Kurven 34a–34b in 5) bildet einen Bereich der Fügestelle 2 ab, in dem keine Verbindung der zu verschweißenden Bleche 1, 1' vorliegt, weswegen im Beobachtungszeitraum keine nennenswerte Lichtmenge zum Kamerapixel hin gelangt.
Einige auf diese Weise für unterschiedliche Pixel ermittelten, auf die Endintensität I_e normierten Kurven 41A–41E sind in 9 dargestellt. Diese Kurven ... beginnen alle bei Intensität I/I_e = 0 (zu dem in 5 mit dem Bezugszeichen 35 gekennzeichneten Anfangszeitpunkt t_a) und enden bei normierten Intensität I/I_e = 1 (zum Endzeitpunkt t = t_e), unterscheiden sich jedoch bezüglich des dazwischen liegenden Kurvenverlaufs. Diese Unterschiede werden zur Klassifizierung der Widerstandsschweißungen bzw. zur Fehlererkennung verwendet. Im Folgenden werden beispielhaft einige mögliche Klassifizierungsmethoden beschrieben:
1. Auswertung durch Messung der normierten Intensität I/I_e zu zwei vorgegebenen Zeitpunkten t₁ und t₂
In einer ersten Klassifizierungsmethode werden die normierten Intensitäten I/I_e an zwei Zeitpunkten t₁ und t₂ ausgewertet, die beide im Zeitintervall zwischen t_a und t_e liegen. Durch eine Schwellwertbildung an diesen beiden Zeitpunkten t₁, t₂ werden die folgenden Fallgruppen unterschieden:

– Gruppe A („Auswurf", siehe 2g und 2h): Wenn die normierte Intensität I/I_e zum früheren Zeitpunkt t₁ oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts S_A liegt (Kurve 41A in 9), bildet das zugehörige Pixel einen Schweißauswurf ab; die Schweißung ist im Bereich dieses Pixels nicht in Ordnung.
– Gruppe B („offener Spalt", siehe 2b): Wenn die normierte Intensität I/I_e zum früheren Zeitpunkt t₁ unterhalb des vorgegebenen Schwellwerts S_A und zum späteren Zeitpunkt t₂ unterhalb eines Schwellwerts S_B liegt (d.h. wenn die Kurve I/I_e über den gesamten berücksichtigten Zeitbereich hinweg sehr niedrig ist, Kurve 41B in 9), liegt im Sichtbereich des zugehörigen Pixels keine Stoffverbindung der beiden Bleche vor; die Schweißung ist im Bereich dieses Pixels nicht in Ordnung.
– Gruppe C („starker Eindruck", siehe 2f): Wenn die normierte Intensität I/I_e zum früheren Zeitpunkt t₁ unterhalb des vorgegebenen Schwellwerts S_A und zum späteren Zeitpunkt t₂ größer als 1 ist (d.h. wenn die Kurve I/I_e im Bereich des späteren Zeitpunkts t₂ einen Überschwinger aufweist, Kurve 41C in 9), bildet das zugehörige Pixel einen Bereich der Schweißung ab, in dem die Schweißelektroden tief eingedrückt wurden; die Schweißung ist im Bereich dieses Pixels nicht in Ordnung.
– Gruppe D („Klebung", siehe 2d): Wenn die normierte Intensität I/I_e zum früheren Zeitpunkt t₁ unterhalb des vorgegebenen Schwellwerts S_A und zum späteren Zeitpunkt t₂ zwischen den beiden Werten S_B und S_C liegt (Kurve 41D in 9), sind die beiden Bleche 1, 1' in dem vom Pixel erfassten Bereich durch eine Klebung verbunden (oder durch eine andere Verbindung, die die eingestrahlte Wärme nur langsam transmittiert); die Schweißung ist im Bereich dieses Pixels nicht in Ordnung.
– Gruppe E („geschweißt", siehe 2a): Wenn die normierte Intensität I/I_e zum früheren Zeitpunkt t₁ unterhalb des vorgegebenen Schwellwerts S_A und zum späteren Zeitpunkt t₂ zwischen den beiden Werten S_C und 1 liegt (Kurve 41E in 9), sind die Bleche im Sichtbereich des zugehörigen Pixels ordnungsgemäß verschweißt.

Zur Visualisierung der Messergebnisse im Fügebereich 2 können die einzelnen Pixel entsprechend ihrer Zugehörigkeit zu einer der oben aufgeführten Klassen farbcodiert auf dem Monitor 28 wiedergegeben werden. Dies ermöglicht eine schnelle Erkennung von Schweißfehlern durch den Beobachter. 10a zeigt als Beispiel hierfür das Abbild einer Fügestelle 2, im Bereich derer zwei mit Klebstoff 4 versehene Bleche 1, 1' punktgeschweißt wurden. Man erkennt einen näherungsweise kreisförmigen inneren Bereich 42E, in dem eine ordnungsgemäße Verschweißung der Bleche stattgefunden hat („geschweißt"); die diesem Bereich 42E entsprechenden Pixel wurden als zur oben beschriebenen Gruppe E zugehörig klassifiziert. Dieser innere Bereich 42E ist umgeben von einem ringförmigen Bereich 42D, in dem Klebstoff 4 zwischen den Blechen vorliegt („Klebung"); die diesem Bereich 42D entsprechenden Pixel wurden als zur oben beschriebenen Gruppe D zugehörig klassifiziert. Außerhalb dieses Ringbereichs 42D sind die Bleche nicht verbunden („offener Spalt"); die diesem Bereich 42B entsprechenden Pixel wurden als zur oben beschriebenen Gruppe B zugehörig klassifiziert. Die in 10 dargestellte Schweißverbindung ist als Ganzes ordnungsgemäß, da der innere (durch Schweißen verbundene) Bereich 42E eine ausreichend große Fläche aufweist, der auf eine gute Verbindung der Bleche 1, 1' hinweist. – 10b zeigt als weiteres Beispiel das Abbild einer Fügestelle 2 mit einem Auswurf 16 (Bereich 42A) im Bereich der Schweißstelle (ordnungsgemäß geschweißter Bereich 42E). Diese Schweißverbindung ist nicht ordnungsgemäß, da die Bleche 1, 1' im Bereich der Schweißverbindung aufgrund des Auswurfs 16 geschwächt sind.
Die in 10a und 10b beispielhaft gezeigte Bewertung ist unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit und der lokalen Oxidation der betrachteten Bleche 1, 1' im Bereich der Fügestelle 2, da solche Effekte durch die Normierung herausgenommen wurden.
2. Auswertung durch Messung der normierten Intensität I/I_e zu einem Zeitpunkt t₁ und der differentiellen Intensitätsänderung in einem Zeitintervall t_L < t < t_R
In einer alternativen Klassifizierungsmethode werden die normierten Intensitäten I/I_e an dem frühen Zeitpunkt t₁ ausgewertet; außerdem werden die normierten Intensitäten I/I_e in einem vorgegebenen Zeitintervall (zwischen den Zeitpunkten t_L und t_R) durch eine Ausgleichsgerade genähert. In 9 sind diese Ausgleichsgeraden 43A–43E gestrichelt dargestellt. Die Steigungen und Ordinatendurchgänge 44A–44E dieser Ausgleichsgeraden 43A–43E geben Aufschluss über die im Bereich des zugehörigen Pixels vorliegende Art der Verbindung und können wiederum in verschiedene Klassen unterteilt werden:

– Gruppe A („Auswurf", siehe 2g und 2h): Wenn die normierte Intensität I/I_e zum früheren Zeitpunkt t₁ oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts S_A liegt, bildet das zugehörige Pixel einen Schweißauswurf ab; die Schweißung ist im Bereich dieses Pixels nicht in Ordnung.
– Gruppe B („offener Spalt", siehe 2b): Wenn die normierte Intensität I/I_e zum Zeitpunkt t₁ unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts S_D liegt (d.h. wenn die Kurve I/I_e über den gesamten berücksichtigten Zeitbereich hinweg sehr niedrig ist), liegt im Sichtbereich des zugehörigen Pixels keine Stoffverbindung der beiden Bleche 1, 1' vor; die Schweißung ist im Bereich dieses Pixels nicht in Ordnung.
– Gruppe C („starker Eindruck", siehe 2f): Wenn die Steigung der Ausgleichsgerade negativ ist (wie z.B. bei der Ausgleichsgerade 43C) bzw. wenn der Ordinatendurchgang bei I/I_e > 1 erfolgt (wie z.B. der Ordinatendurchgang 44C), dann weist die Schweißung im Bereich des Pixels einen tiefen Eindruck 13 der Elektroden 6, 6' auf; die Schweißung ist im Bereich dieses Pixels nicht in Ordnung.
– Gruppe D („Klebung", siehe 2d): Wenn der Ordinatendurchgang bei I/I_e < 1 erfolgt (wie z.B. der Ordinatendurchgang 44D), oder wenn die Steigung der Ausgleichsgerade einen bestimmten vorgegebenen Wert überschreitet, d.h. wenn die Kurve I/I_e im Zeitbereich zwischen t_L und t_R vergleichsweise steil ist (siehe z.B. Ausgleichgerade 43D), dann sind die beiden Bleche 1, 1' in dem vom Pixel erfassten Bereich durch eine Klebung verbunden (oder durch eine andere Verbindung, die die eingestrahlte Wärme nur langsam transmittiert); die Schweißung ist im Bereich dieses Pixels nicht in Ordnung.
– Gruppe E („geschweißt", siehe 2a): Wenn der Ordinatendurchgang bei I/I_e < 1 erfolgt (wie z.B. der Ordinatendurchgang 44E), oder wenn die Steigung der Ausgleichsgerade in einen bestimmten vorgegebenen Intervall liegt (siehe z.B. Ausgleichgerade 43E), dann sind die Bleche 1, 1' im Sichtbereich des zugehörigen Pixels ordnungsgemäß verschweißt.

3. Auswertung durch Ermittlung des Rauschens der normierten Intensität I/I_e
Eine weitere alternative Klassifizierungsmethode nutzt das Rauschen der normierten Kurven I/I_e zur Beurteilung der Qualität der Schweißverbindung. Es zeigt sich, dass die I/I_e-Kurve von Pixeln, die Bereiche guter Anbindung abbilden, ein vergleichsweise geringes Rauschen aufweisen, während die I/I_e-Kurven von Pixeln in Klebebereichen bzw. Bereichen mit offenem Spalt merklich stärker verrauscht sind. Dies ist in 9 beispielhaft und schematisch in den vergrößerten Ausschnitten 45B, 45D und 45E dargestellt, die das Rauschen einer an einem „offenen Spalt" (Detaildarstellung 45B), an einer „Klebung" (Detaildarstellung 45D) und an einer „ordnungsgemäß geschweißten Stelle" (Detaildarstellung 45E) zeigen. Das Rauschen der ordnungsgemäßen Schweißung ist gegenüber den fehlerhaften Stellen merklich geringer. Daher kann eine Messung des Rauschens der I/I_e-Kurve (über den gesamten Zeitbereich zwischen t_a und t_e, oder über ein ausgewähltes Intervall) ebenfalls zur Bewertung der Fügestelle 2 benutzt werden.
Die oben beispielhaft aufgeführten Klassifizierungsmethoden ermöglichen eine schnelle, verlässliche Bewertung der Art der Verbindung der Bauteile 1, 1' in dem vom Pixel bzw. Kamerabereich 32 abgebildeten Bereich 33 der Fügestelle 2. Anstelle von bzw. zusätzlich zu den oben beschriebenen Methoden sind auch Kombinationen dieser Methoden denkbar. Die resultierenden Bewertungen der Pixel bzw. der Kamerabereiche 32 können beispielsweise, wie in 4 schematisch angedeutet, Online auf einem Monitor 28 dargestellt werden und ermöglichen dann eine schnelle Visualisierung der Schweißstelle: Ein Beobachter kann aus der Betrachtung der Monitorbilder unmittelbare Rückschlüsse auf die Qualität der Verschweißungen bzw. die Funktionsweise des Schweißsystems ziehen.
Weiterhin eignen sich die auf diese Weise ausgewerteten Pixeldaten auch für eine automatische Qualitätskontrolle. So gibt beispielsweise im Bereich einer Fügestelle 2 die Zahl der als „geschweißt" klassifizierten Pixel unmittelbar Aufschluss auf die räumliche Ausdehnung der Schweißlinse und somit auf die Qualität der Schweißung. Weist der Datensatz einer Schweißstelle hingegen mehrere Pixel auf, die als „Auswurf" (siehe 2g und 2h) oder als „starker Eindruck" (siehe 2f) klassifiziert wurden, so ist die betreffende Schweißstelle geschwächt. Auch eine graduelle Bewertung (z.B. durch eine Feinklassifikation nach „Eindruck", „starker Eindruck" und „sehr starker Eindruck") ist denkbar, um die Schwächung einer Schweißstelle mit Eindruck 13 zu quantifizieren.
Neben der zerstörungsfreien Qualitätsprüfung bzw. -kontrolle von Widerstandsschweißverbindungen eignet sich die Erfindung auch zur Untersuchung von Fügestellen, die mit Hilfe anderer Schweißverfahren hergestellt wurden, sowie zur Prüfung von Lötverbindungen.

Claims

Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Fügebereichen (2) auf Werkstücken (1, 1'), insbesondere von Punktschweißverbindungen (18) zwischen Strukturbauteilen im Karosserie-Rohbau, bei dem – der Fügebereich (2) impulsartig erwärmt wird, – mit Hilfe einer Thermographie-Kamera (22) eine zeitliche Folge von Intensitätsbildern des Fügebereichs (2) aufgenommen wird, – wobei in mindestens einem Kamerabereich (32) bzw. Pixel die zeitliche Abhängigkeit der gemessenen Intensität ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung eine normierte Intensität (I/I_e) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Normierung die am Ende eines Beobachtungszeitraums (t_e) erreichte Endintensität (I_e) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung Werte der normierten Intensität (I/I_e) zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten (t₁, t₂) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung Werte der normierten Intensität (I/I_e) zu einem vorgegebenen Zeitpunkt (t₁) und differentielle Intensitätsänderung (43C, 43D, 43E) in einem vorgegebenen Zeitintervall (t_L, t_R) verwendet werden.
Prüfsystem zur zerstörungsfreien Prüfung von Fügebereichen (2) auf Werkstücken (1, 1'), insbesondere von Punktschweißverbindungen zwischen Strukturbauteilen im Karosserie-Rohbau, – mit einer Anregungsquelle (21) zur impulsartigen Erhitzung des Fügebereichs (2), – mit einer Thermographie-Kamera (22) zur Aufnahme einer zeitlichen Folge von Intensitätbildern des Fügebereichs (2), – und mit einer an die Thermographie-Kamera (22) angeschlossenen Auswerteeinheit (23) zur Speicherung und/oder Auswertung der zeitlichen Folge der Intensitätsbilder.
Prüfsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungsquelle (21) und die Thermographie-Kamera (22) an Manipulatoren (26), insbesondere an Industrierobotern, befestigt sind.
Prüfsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfsystem (20) einen Monitor (28) zur Visualisierung der von der Auswerteeinheit (23) erzeugten Daten, insbesondere von Qualitätsdaten, umfasst.