DE102007017027A1

DE102007017027A1 - Verfahren und Prüfsystem zur zerstörungsfreien Prüfung von Materialverbindungen, insbesondere von Widerstandsschweißverbindungen

Info

Publication number: DE102007017027A1
Application number: DE102007017027A
Authority: DE
Inventors: Claudia Dipl.-Inform. Greiner
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2007-04-11
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. Zur Beurteilung der Schweißqualität werden die Intensitätsverläufe (34a - 34t) in mehreren Bereichen (33a - 33t) des Fügebereichs (2) ausgewertet.

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 toleranz behafteten 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 sogenanntes „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 Beobachtungs zeitraums ein Maximum durchläuft. Dies ist jedoch nicht immer der Fall. An den Stellen, die einen Schweißkleber oder eine Verlötung darstellen, und bei Schweißpunkten mit geringem Eindruck wird erfahrungsgemäß innerhalb des Beobachtungszeitraums das Intensitätsmaximum nicht erreicht.
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 6 gelöst.
Danach 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 definierte Bereiche, sogenannte „Regions of Interest" (ROI) der zeitliche Verlauf der Intensität gemessen und ausgewertet.
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–2g 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–2e) und Aufsichten (2f–2g) von ordnungsgemäßen Widerstandsschweißungen (2a) und Schweißfehlern (2b–2g);
3 eine schematische Darstellung des Messprinzips bei der Transmissions-Infrarotthermographie einer Fügestelle;
4 eine schematische Darstellung eines Gesamtssystems zur Qualitätskontrolle von Widerstandsschweißverbindungen im Fahrzeug-Rohbau;
5a ein von einer Thermographie-Kamera aufgenommenes Intensitätsbild eines Fügebereichs mit (als Kästchen angedeuteten) Regions of Interest (ROI), in denen die Auswertung erfolgt;
5b eine Schnittansicht des Fügebereichs der 5a gemäß der Schnittlinie Vb-Vb in 5a.
6 die von einer Thermographie-Kamera gemessenen Intensitäten als Funktion der Zeit für die ROI in 5a;
7 die von einer Thermographie-Kamera gemessenen Intensitäten als Funktion der Zeit für ROI in einem Fügebereich ohne Anbindung der Fügepartner;
8 die von einer Thermographie-Kamera gemessenen Intensitäten als Funktion der Zeit für ROI in einem Fügebereich mit Lötung oder Klebung;
9 eine schematische Darstellung der Ermittlung unterschiedlicher Parameter aus einem Intensitätsverlauf;
10 einen charakteristischen Kurvenverlauf für einen offenen Spalt (siehe 2b);
11 einen charakteristischen Kurvenverlauf für einen Fügebereich mit Lötung oder Klebung (siehe 2c und 2d);
12 einen charakteristischen Kurvenverlauf für einen nicht ausreichend angebundenen Fügebereich;
13–15 charakteristische Kurvenverläufe für Schweißlinsen mit unterschiedlicher Eindrucktiefe und Lage des Schweißpunktes;
16 eine schematische Darstellung zweier sich schneidender Temperaturkurven;
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 aufeinanderdrücken. 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–2g 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. aufeinandergepresst 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 als 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.
Schließlich können im Falle von Bauteiltoleranzen, Ungenauigkeiten in der Positionierung oder Fehler bei der Programmierung der Schweißroboter die in 2f und 2g 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 Anregungs quelle 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; in diesem Fall führt eine Faseroptik 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 reicht 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 (siehe 3). 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.
Um eine verlässliche Aussage über die Qualität der Schweißung im Schweißpunkt 18 bzw. über die Art des dabei aufgetretenen Fehlers treffen zu können, reicht es nicht aus, nur einen einzigen Bereich 33 der Fügestelle 2 zu betrachten; vielmehr ist es notwendig, den Zeitverlauf der Intensität in einer Vielzahl von Bereichen 33, sogenannten „Regions of Interest" (ROI) zu beobachten, die in ausgewählter Weise über die Fügestelle 2 verteilt sind.
Als Beispiel hierfür zeigt 5a eine von der Thermographie-Kamera 22 aufgenommene Momentaufnahme einer Fügestelle 2 mit einem Schweißpunkt 18; die unterschiedlichen lokalen Temperaturen im Bereich der Fügestelle 2 sind durch unterschiedliche Graustufen gekennzeichnet. In 5a ist eine lineare Kette 14 von näherungsweise quadratischen ROI 33a–33t angedeutet, in denen eine Auswertung der Zeitverläufe der lokalen Temperatur erfolgt. Diese Kette 14 von ROI überspannt den Schweißpunkt 18 in einer solchen Weise, dass einige der ROI (33a–33d und 33s–33t) außerhalb der eigentlichen Schweißlinse 8 liegen, während die restlichen ROI (33e–33r) über die Schweißlinse 8 hinweg verteilt sind. 5b zeigt die Fügestelle 2 der 5a und die darüber verteilten ROI 33a–33t in einer Schnittdarstellung.
Die ROI 33a–33t werden in der Kamera 22 auf Kamerabereiche 32a–32t abgebildet; der auf einen Blitzimpuls der Anregungsquelle 21 folgende zeitliche Verlauf der in diesen Kamerabereichen 32a–32t gemessenen Intensität bildet die Basis für die Qualitätsaussage über den Schweißpunkt 18. 6 zeigt gemessene Zeit-/Intensitäts-Verläufe 34a–34t für die (auf die ROI 33a–33t gerichteten) Kamerabereiche 32a–32t; die unterschiedlichen Kurven 34a–34t entsprechen somit Temperaturverläufen an verschiedenen Stellen 33a–33t der Fügestelle 18; dabei ist für die einzelnen ROI 33a–33t die mittlere Temperaturänderung relativ zum ersten Ergebnisbild, gemessen in Kelvin, als Funktion der Zeit aufgetragen. Um das Rauschen zu reduzieren, sind die ROI 33a –33t in einer solchen Weise bemessen, dass die zugehörigen Kamerabereiche 32a–32t mehrere Kamerapixel enthalten.
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; dieser Anstieg ist – mehr oder weniger stark ausgeprägt – in allen Kurven 34a–34t der 6 zu beobachten.
Das Beispiel der 5 und 6 zeigt die Verhältnisse am Beispiel zweier mit Klebstoff 4 versehener Bleche 1, 1', die durch eine qualitativ hochwertige Schweißung 18 verbunden sind. Bei einem solchen „guten" Schweißpunkt 18 nimmt die Qualität der Anbindung von innen nach außen hin kontinuierlich ab, bis keinerlei Anbindung mehr vorhanden ist. Ganz grob kann man drei verschiedene Bereiche unterscheiden: Den Innenbereich 13 der eigentlichen Schweißlinse 8, den ringförmigen Kleberbereich 14 und den Außenbereich 15 ohne Anbindung zwischen den beiden Blechen 1, 1'. Dementsprechend unterscheiden sich – wie in der 6 beispielhaft anhand der Kurve 34k angedeutet – die Zeitverläufe 34a–34t der 6 durch

– eine unterschiedliche Steigung 37k und Krümmung am Beginn des Anstiegs 36;
– die Existenz bzw. Nicht-Existenz eines Kurvenmaximums 38k;
– den Zeitpunkt 39k, an dem das Kurvenmaximum 38k erreicht wird;
– den Intensitäts- bzw. Temperaturwert 40k des Kurvenmaximums 38k;
– den Kurvenabfall 41k nach Erreichen des Kurvenmaximums 38k bzw. das Fehlen eines solchen Kurvenabfalls.

7 zeigt die den Kamerabereichen 32a–32t entsprechenden Kurvenverläufe 44a–44t bei einer Messung in einem Fügebereich, in dem keine Anbindung der Bleche 1, 1' erfolgt ist (entsprechend der in 2b und 2f dargestellten Schweißfehler). In diesem Fall verbleibt die von der Thermographie-Kamera 22 gemessene Intensität für alle ROI fast konstant auf der Nulllinie.
8 zeigt die den Kamerabereichen 32a–32t entsprechenden Kurvenverläufe 45a–45t bei einer Messung in einem Fügebereich, in dem nur eine geringe Anbindung der Bleche 1, 1' stattgefunden hat, da die Bleche 1, 1' in diesem Bereich verklebt sind (siehe 2d) oder – bei beschichteten Blechen 1, 1' – in diesem Bereich eine Lötung stattgefunden hat (siehe 2c).
Ausgewählte oder alle Merkmale 37, 38, 39, 40, 41 der in den Beispielen der 6 bis 8 gezeigten Kurvenverläufe 34a–34t bzw. 44a–44t bzw. 45a–45t können für eine systematische Auswertung herangezogen werden, um aus den Zeitverläufen Aussagen über die Qualität der Anbindung am Ort des ROI 33a–33t bzw. über die Art des aufgetretenen Fehlers zu treffen. 9 zeigt zwei Parameter, denen bei der Analyse eines solchen Kurvenverlaufs 34 eine besondere Bedeutung zukommt, nämlich die Steigung 55 im Bereich des Kurvenanstiegs 56 und die Steigung 55' am Ende 56' des Messbereichs. Im Kurvenverlauf 34 der 9 wurden diese beiden Parameter 55, 55' durch Regressionsgeraden über die Bereiche 36 bzw. 53 ermittelt.
Aus einem systematischen Vergleich der gemessenen Kurvenverläufe mit den Ergebnissen der zerstörenden Prüfung können den in 6 bis 8 dargestellten verschiedenen Kurvenverläufen und den aus diesen Kurven ermittelbaren Parametern unterschiedliche Anbindungsqualitäten zugeordnet werden. Die dabei als Unterscheidungskriterien verwendeten Parameter (Anfangssteigung, Sättigungswert) sind stark von dem Werkstoff, der Dicke und der Oberflächenbeschaffenheit der Bleche 1, 1' sowie von einer Vielzahl anderer Randbedingungen abhängig. Die im Folgenden exemplarisch genannten Parameterwerte wurden an Blechverbindungen aus Stahlblechen 1, 1' mit Einzelblechdicken von 0,7–1,5 mm und mit einer Gesamtdicke 12 des Verbindungsbereichs von 1,9–3,6 mm ermittelt. Sie dienen daher ausschließlich der Veranschaulichung und müssen für jede neue Blechkombination empirisch ermittelt werden.
Im Interesse einer klaren Darstellung sind im Folgenden die einzelnen Kurventypen schematisch in den 10 bis 15 dargestellt; der gesamte Beobachtungszeitraum überspannt dabei etwa 1,2 sec:

1. Zeitverläufe, bei denen die Intensität (fast) konstant auf der Nulllinie verbleibt (Kurventyp 60 der 10 bzw. Kurvenverläufe 44a–44t der 7), sind charakteristisch für ROI, in denen keine Verbindung der Bleche 1, 1' vorliegt (siehe 2b, 2f). Zwischen den Blechen 1, 1' liegt also ein isolierender Luftspalt 10, der eine Fortpflanzung der in die Bleche 1, 1' eingestrahlten Wärmeenergie verhindert.
2. Zeitverläufe (Kurventyp 61 in 11), die kontinuierlich ansteigen, deren Steigung 71' am Ende 81' des Beobachtungszeitraums größer als 0,2 K/sec ist und deren Sättigungskennwert (d.h. der Quotient aus der Steigung 71 am Beginn des Kurvenanstiegs 81 und der Steigung 71' am Ende 81' des Beobachtungszeitraums) < 35 ist, sind charakteristisch für ROI, in denen nur eine geringe Anbindung der beiden Bleche 1, 1' stattgefunden hat. Diese geringe Anbindung kann einerseits daran liegen, dass die Bleche in diesen ROI nur verklebt und nicht verschweißt sind (siehe 2d); andererseits kann dies aber auch – bei beschichteten Blechen 1, 1' – daran liegen, dass eine Lötung stattgefunden hat (siehe 2c). In der Regel sind die innerhalb des vorgegebenen Beobachtungszeitraums erreichten Temperaturwerte bei diesen ROI geringer als bei ROI mit guter Anbindung. Eine solche geringe Anbindung ist in den Intensitätsverläufen 45a–45t in 8 zu beobachten. Auch die Zeitverläufe 34a–34f und 34q–34t in 6 zeigen ein solches Verhalten, was darauf hindeutet, dass in den entsprechenden ROI 33a–33f und 33q–33t keine Verschweißung, sondern eine Lötung bzw. eine Klebung vorliegt.
3. Zeitverläufe (Kurventyp 62 in 12), die über den gesamten Beobachtungszeitraum hinweg eine vergleichsweise geringe Intensität aufweisen, deuten ebenfalls auf eine schlechte Anbindung z.B. Klebung wie 2d oder Verlötung wie in 2c) hin. Um solche Zeitverläufe zu identifizieren, wird bei einem guten Schweißpunkt (siehe 6) diejenige ROI 33k bestimmt, die am Kurvenmaximum 38k den höchsten Intensitätswert 40k aufweist; dieser Intensitätswert 40k wird für die vorgegebene Blechkombination 1, 1' als „typischer" Maximalwert MaxIntens gespeichert. Liegt bei der Messung eines anderen Schweißpunkts auf dieser Blechkombination 1, 1' (bei gleicher vorgegebener Blitzintensität und Blitzposition) der gesamte Intensitätsverlauf unterhalb von 60% dieses „typischen" Maximalwerts MaxIntens (Linie 92 in 12), so wird das als Indiz für eine schlechte Anbindung genommen. Neben den oben beschriebenen Kurvenverläufen 60, 61, 62, die auf eine nichtexistente oder eine schlechte Anbindung der Bleche 1, 1' im Bereich der zugehörigen ROI hindeuten, treten auch im Bereich der Schweißlinse 8, also bei guter Anbindung der Bleche, unterschiedliche Kurventypen auf. Ein Vergleich gemessener Temperaturkurven mit Ergebnissen der zerstörenden Prüfung zeigt, dass prinzipiell können im Bereich der Schweißlinse 8 folgende Kurventypen auftreten können:
4. Zeitverläufe, die kein Maximum, jedoch eine Sättigung erreichen (siehe den in 13 schematisch dargestellten Kurventyp 63): Der Temperaturverlauf 63 steigt kontinuierlich bis zum Ende des Beobachtungszeitraums an. Dabei ist die Steigung 73' am Ende 83' des Beobachtungszeitraums kleiner als 0,2 K/sec während der Sättigungskennwert (d.h. der Quotient aus der Steigung 73 am Beginn des Kurvenanstiegs 83 und der Steigung 73' am Ende 83' des Beobachtungszeitraums) ≥ 35 ist.
5. Zeitverläufe, die ein Maximum 94 (Steigung = 0) erreichen und bis zum Ende 84' des Beobachtungszeitraums eben weiterverlaufen (siehe den in 14 schematisch dargestellten Kurventyp 64).
6. Zeitverläufe, die ein Maximum 95 (Steigung = 0) erreichen und danach bis zum Ende 85' des Beobachtungszeitraums abfallen (siehe den in 15 schematisch dargestellten Kurventyp 65).

Jeder in einer ROI in einem Fügebereich 2 gewonnene Temperaturverlauf als Funktion der Zeit kann – sofern der Fügebereich 2 in einer randfernen Zone der Bleche 1, 1' liegt – einem der oben beschriebenen Kurventypen 60–65 zugeordnet werden. Zur Berechnung der Größe einer konkreten Schweißlinse 8, die ein Maß für die Qualität der Schweißung ist, müssen die zur Schweißlinse 8 gehörigen ROI bestimmt werden. Dazu werden aus der Gesamtmenge der ROI in einem im Folgenden beschriebenen Aussonderungsverfahren diejenigen ROI ausgeschlossen, die aufgrund spezieller Eigenschaften ihrer Zeitverläufe nicht zur Schweißlinse 8 gehören können. Diejenigen ROI, die bei diesem Verfahren nicht ausgesondert werden, beschreiben dann die geometrische Gestalt und Größe der Schweißlinse 8. Grundsätzlich ist bei der Bestimmung der zur Schweißlinse 8 gehörigen ROI (33g–33p in 5a) davon auszugehen, dass Bereiche innerhalb eines homogenen Materials ähnliche Temperaturverläufe haben.
Das Verfahren zur Aussonderung der nicht zur Schweißlinse 8 gehörigen ROI umfasst die folgenden vier Schritte:

1. Schritt: Ausschluss von ROI mit schlechter Anbindung: ROI, deren Temperaturverlauf dem Kurventyp 60 (10) entspricht, gehören zum offenen Bereich des Fügebereichs 2 und werden ausgeschlossen. Weiterhin werden ROI, deren Temperaturverlauf dem Kurventyp 61 oder 62 entsprechen, ausgeschlossen, da sie das Charakteristikum einer Klebe- bzw. Lötverbindung aufweisen.
2. Schritt: Charakterisierung der Art des Fügebereichs: Im Unterschied zu den im 1. Schritt ausgesonderten ROI besteht bei solchen ROI, deren Kurve einen der Kurventypen 63–65 besitzen, grundsätzlich die Möglichkeit, dass sie zu Schweißlinse 8 gehören. Ob in den ROI eines konkreten Schweißpunkts Temperaturverläufe der Typen 63, 64 und/oder 65 auftreten, hängt unmittelbar von der Eindrucktiefe 43 ab, den die Punktschweißzange im Bereich dieses Schweißpunkts auf den Blechen 1, 1' hinterlassen hat (siehe 5b). Ist diese Eindrucktiefe 43 groß, so weisen die zum Schweißpunkt 8 gehörigen ROI Intensitätsverläufe auf, die durch eine stark negative Steigung 75' am Ende des Beobachtungszeitraums 85' gekennzeichnet sind (d.h. sind Kurven des Typs 65, 15); die Kurven 34j–34n in 6 zeigen diese Charakteristik. Je tiefer der Zangeneindruck 43 ist, desto steiler fallen zu den ROI im Eindrucksbereich gehörenden Kurven am Ende des Beobachtungszeitraums ab. Ist hingegen die Eindrucktiefe 43 der Punktschweißzange klein, so haben die zum Schweißpunkt 8 gehörigen ROI Intensitätsverläufe, die am Ende 84' des Beobachtungszeitraums flach verlaufen (d.h. sind Kurven des Typs 64, 14 sind); bei einer sehr geringen Eindrucktiefe 43 kann die kleinste Steigung am Ende des Beobachtungszeitraums sogar leicht positiv sein (Kurven des Typs 63, 13). Das zentrale Unterscheidungskriterium dieser Kurventypen 63, 64 und 65 ist somit die Steigung 73', 74', 75' am Ende des Beobachtungszeitraums 83', 84', 85'. Unter der Grundprämisse, dass ROI in einem homogenen Bereich ähnliche Kurvenverläufe aufweisen, können nicht alle Kurventypen 63, 64, 65 nebeneinander im Linsenbereich 8 auftreten. Das bedeutet, dass die Existenz eines bestimmten Kurventyps die gleichzeitige Existenz eines anderen Kurventyps ausschließt, weil eben die Ähnlichkeit nicht in ausreichendem Maße gegeben ist. Um festzustellen, ob in dem betrachteten Fügebereich eine Schweißung mit geringer, mittlerer oder großer Eindrucktiefe 43 vorliegt, wird daher zunächst die Kurvenschar 34a–34t der ROI 33a–33t auf diejenige Kurve hin analysiert, die am Ende des Beobachtungszeitraums die geringste Steigung hat.
– Wenn es (mindestens) eine ROI mit negativer Steigung 75' (d.h. Zugehörigkeit zum Kurventyp 65) gibt, kommen nur diejenigen ROI in die engere Auswahl für den Linsenbereich 8, die ebenfalls den Kurventyp 65 aufweisen.
– Wenn es keine ROI mit Kurventyp 65 gibt, jedoch ROI mit Kurventyp 64 (d.h. einem flachen Bereich mit Steigung = 0) auftreten, so kommen nur diese ROI in die engere Auswahl für den Linsenbereich 8, deren minimale Steigungen ebenfalls (näherungsweise) Null sind.
– Wenn es keine ROI mit Kurventypen 64 oder 65 gibt, jedoch ROI des Kurventyps 63 (d.h. einer minimalen positiven Steigung 73' kleiner als 0,2 K/sec) auftreten, so kommen diejenigen ROI in die engere Auswahl für den Linsenbereich 8, deren Steigungen 73' ebenfalls kleiner als 0,2 K/sec sind. Diese Art der Auswahl ist in der folgenden Tabelle dargestellt, die für alle möglichen Kombinationen der in den ROI eines Fügebereichs 2 auftretenden Kurvenverläufe angibt, welche ROI bei der Zugehörigkeitsprüfung zu einer Schweißlinse 8 die engere Auswahl aufgenommen werden:
Alle ROI, die nicht zur engeren Auswahl für den Linsenbereich 8 gehören, werden ausgeschlossen.
3. Schritt: Charakterisierung nach der Güte der Schweißung: Enthält der Fügebereich ROI mit Kurventyp 64 oder 65 (d.h. Kurventypen, die ein Maximum 94, 95 durchlaufen bzw. erreichen), so werden von den in Schritt 2 nicht ausgeschlossenen ROI zusätzlich alle diejenigen ROI ausgeschlossen, deren Zeitverläufe ihr Kurvenmaximum nach 0,9 sec noch nicht erreicht haben. Der Zeitpunkt des Kurvenmaximums charakterisiert generell die Güte der Schweißung: Je später die Kurven 64, 65 ihr Kurvenmaximum 94, 95 erreichen, desto weniger ragt die Schweißlinse 8 in die Bleche 1, 1' hinein. Wenn alle Kurven ihr Maximum spät erreichen, deutet das darauf hin, dass sich der Schweißpunkt 18 am Rande zum Kleber (siehe 2c und 2d) befindet. Erreichen einige Kurven ihr Kurvenmaximum 94, 95 früh, andere aber spät, so bedeutet das, dass die Ränder 42 der Schweißlinse 8 nicht senkrecht, sondern – wie in 5b dargestellt – elliptisch nach unten abfallen.
4. Schritt: Ausschluss derjenigen ROI, deren Zeitverläufe nach Erreichen eines Maximums zu flach abfallen: Sind im Fügebereich ROI mit Kurven vom Typ 65 vorhanden, so gehören, ausgehend von der ROI mit dem steilsten Kurvenabfall 75' _MIN, nur diejenigen ROI zur Schweißlinse 8, die eine ähnliche Steilheit des Kurvenabfalls aufweisen, d.h. deren Steigungen beim Kurvenabfall sich nur zu einem bestimmten Prozentsatz (z.B. 30%) von der am steilsten abfallenden Kurve unterscheiden. Zur Auswahl der zur Schweißlinse 8 gehörigen, relevanten ROI bestimmt man für jede ROI die Steigung 75' am Ende 85' des Beobachtungszeitraums und vergleicht diese mit der Steigung 75' _MIN der am steilsten abfallenden Kurve. Alle ROI, deren Endsteigungen 75' sich stärker als der vorgegebene Prozentsatz von der Steigung 75' _MIN der am steilsten abfallenden Kurve unterschieden, werden als nicht zur Schweißlinse 8 gehörig ausgeschlossen.
5. Schritt: Ausschluss derjenigen ROI, deren Temperaturkurven sich in unzulässiger Weise schneiden: Sind im Fügebereich ROI mit Kurven vom Typ 65 vorhanden, müssen außerdem die Zeitverläufe der einzelnen ROI auf unzulässigen Schnitt untersucht werden und die betreffenden ROI ausgeschlossen werden. Ein unzulässiger Schnitt zweier Temperaturkurven liegt dann vor, wenn im Schnittpunkt die eine Kurve 101 ansteigt, während die andere Kurve 100 abfällt oder im Kurvenmaximum eben verläuft (siehe 16). Mathematisch/geometrisch lässt sich ein unzulässiger Schnitt wie folgt beschreiben:
– Die Kurve 101 erreicht ihr Maximum 105 zu einem späteren Zeitpunkt 103 als die Kurve 100, die ihr Maximum 104 bereits zum Zeitpunkt 102 erreicht.
– Der Wert 106 der Temperaturkurve 101 zum Zeitpunkt 102 (bei dem die Kurve 100 ihr Maximum erreicht) ist kleiner als der Maximalwert 104 der Temperaturkurve 100 zu diesem Zeitpunkt.
– Der Wert 105 der Temperaturkurve 101 zum Zeitpunkt 103 (Maximalwert der Kurve 101) ist größer als der Wert der Temperaturkurve 100 zum Zeitpunkt 103. In einem solchen Fall werden alle ROI mit Kurvenverläufen 101, die aufgrund eines zu einem späteren Zeitpunkt 103 erreichten Maximums die Kurvenverläufe 100 der „schnelleren" ROI schneiden, als nicht zur Schweißlinse gehörig ausgeschlossen.

Alle diejenigen ROI, die in den oben beschriebenen fünf Schritten nicht ausgesondert wurden, gelten als zur Schweißlinse 8 gehörig. Aus der Zahl und relativen Lage der zur Schweißlinse gehörigen ROI lässt sich die Anbindungsstärke der beiden Bleche 1, 1' ermitteln; die Anbindungsstärke entspricht der Fläche zwischen den beiden Blechen 1, 1', auf der eine stoffschlüssige Verbindung der Bleche 1, 1' erreicht wird. Als Maß wird der Durchmesser 9' der Schweißlinse 8 angegeben.
Zur Berechnung der Anbindungsstärke werden – wie in 5a gezeigt – über den Fügebereich 2 hinweg mehrere gleich große ROI 33a–33t definiert. Gemäß den obigen Regeln werden diejenigen ROI 33g–33p bestimmt, die zur Schweißlinse 8 gehören. Diejenigen ROI (33f und 33q), die sich im Randbereich der Schweißlinse 8 befinden, können ebenfalls Linsenanteile enthalten, deren Temperaturverlauf 34f, 34q durch den Einfluss des beginnenden Kleberbereichs 14 überlagert wird. Um aus den Messdaten die genaue Größe der Schweißlinse 8 zu ermitteln, können diese im Randbereich befindlichen ROI 33f, 33q sukzessive verkleinert werden, um das Vorhandensein von Anteilen der Schweißlinse zu prüfen. Aus den ROI, die als zur Schweißlinse 8 gehörig identifiziert wurden und deren (durch Kamerakalibration ermittelbaren) Größe kann der Linsendurchmesser 9' bestimmt werden.
Für die bisher beschriebenen Auswertungen wird die Absolutintensität der von der Thermographie-Kamera 22 registrierten Wärmestrahlung verwendet. Diese Wärmeintensität, die von den Kamerapixeln 32 pro Zeiteinheit registriert wird, ist ein Maß für die Temperatur der Fügestelle 2, hängt jedoch auch von weiteren Parametern wie zum Beispiel der Emissivität der betrachteten Bleche 1, 1', der eingestellten Blitzintensität und dem Abstand des Blitzes zum Prüfling 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.
Dementsprechend muss vor der Prüfung eines Schweißpunktes im Rahmen der Parametrierung festgelegt werden, welche Temperaturen bei einer ordnungsgemäßen Schweißung bei gegebener Materialkombination, Blechstärke, eingestellter Blitzintensität und Blitzabstand erwartet werden.
Im Folgenden wird beispielhaft die Klassifizierungsmethode beschrieben:
Eine zu prüfende Fügestelle 2 auf einer Rohbaukarosserie 25 wird für eine definierte Kameraposition in mehrere gleich große ROI 33a–33t unterteilt. Anschließend erzeugt man bei gegebener Blitzintensität und Blitzposition für eine ordnungsgemäße Schweißung an dieser Fügestelle 2 die Temperaturkurven 34a–34t und bestimmt das größte Kurvenmaximum 38k (=I_max) (siehe 6).
Bei einer nachfolgenden Prüfung eines Schweißpunktes an dieser Stelle werden folgende Fälle unterschieden:

– Gruppe A, entsprechend einem offenen Punkt (2b) oder einem fehlenden Schweißpunkt (2f): Wenn die Temperaturverläufe 34 aller ROI 33 über den gesamten berücksichtigten Zeitbereich hinweg unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts S_A liegen, liegt keine Stoffverbindung der beiden Bleche vor; die Schweißung ist nicht in Ordnung oder fehlt ganz.
– Gruppe B, entsprechend einer Klebung (2d) oder einer Verlötung (2c): Wenn die Temperaturverläufe 34 aller ROI 33 oberhalb von S_A, aber unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts S_B = x·I_max, 0 < x < 1, liegen, sind die beiden Bleche 1, 1' nicht in ausreichendem Maße miteinander verbunden. X wurde empirisch als zwischen 0,5 und 0,7 liegend ermittelt.
– Gruppe C entsprechend einer Klebung (2d) oder einer Verlötung (2c): Wenn die Temperaturverläufe einiger ROI 33 ab einem gewissen Zeitpunkt oberhalb von S_B liegen, aber keine der Kurven innerhalb des berücksichtigten Zeitbereichs ein Maximum erreicht, die Steigung 56 am Ende 53 des Beobachtungszeitraums (19) größer als 0,2 K/sec und deren Sättigungskennwert (d.h. der Quotient aus der Steigung 55 am Beginn des Kurvenanstiegs 36 und der Steigung 56 am Ende 53 des Beobachtungszeitraums) < 35 ist, sind die beiden Bleche 1, 1' durch eine Klebung oder Verlötung miteinander verbunden.
– Gruppe D entsprechend einer Schweißlinse (2a, 2e und 2g): Wenn die Temperaturverläufe einiger ROI 33 ab einem gewissen Zeitpunkt oberhalb von S_B liegen und die zugehörigen ROI weiterhin nicht in einem der oben beschriebenen fünf Schritt ausgeschlossen werden, so sind diese ROI Teil der Schweißlinse 8. Aus der Zahl der ROI, die einen solchen Temperaturverlauf aufweisen, kann die Größe der Schweißlinse 8 bestimmt werden.

Im Ausführungsbeispiel der 5 bis 8 ist die Erfindung anhand einer Gruppe von rechteckigen ROI 33a–33t dargestellt, die in Form einer Kette 14 linear aneinandergereiht sind und den Bereich des Schweißpunkts 18 überspannen. Ganz allgemein können die ROI 33 jede beliebige Form und Größe haben und in beliebiger Weise über den Bereich der Fügestelle 2 hinweg angeordnet sein; insbesondere können die ROI genau ein Pixel umfassen und in Form einer Matrix über das gesamte Ergebnisbild angeordnet sein. Das Rauschen wird dann durch Anwendung eines geeigneten Filters auf die Messdaten unterdrückt.
Die oben beispielhaft aufgeführte Klassifizierungsmethode ermöglicht eine schnelle, verlässliche Bewertung der Art der Verbindung der Bauteile 1, 1'. Die resultierenden Bewertungen der ROI 33 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: Zur Visualisierung der Messergebnisse im Fügebereich 2 können die einzelnen ROI entsprechend ihrer Zugehörigkeit zu einer der oben aufgeführten Klassen farbcodiert auf dem Monitor 28 wiedergegeben werden. 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 Intensitätsdaten auch für eine automatische Qualitätskontrolle.
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 (Intensitätsverläufe 34, 44, 45) ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensitätsverläufe (34, 44, 45) in mehreren, über den Fügebereich (2) verteilten Bereichen (33) ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (33) rechteckig sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (33a–33t) in Form einer Kette (14) linear aneinandergereiht sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (33a–33t) eine zweidimensionale Matrix bilden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (33a–33t) jeweils genau ein Pixel umfassen.
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 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungsquelle (21) und die Thermographie-Kamera (22) an Manipulatoren (26), insbesondere an Industrierobotern, befestigt sind.
Prüfsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfsystem (20) einen Monitor (28) zur Visualisierung der von der Auswerteeinheit (23) erzeugten Daten, insbesondere von Qualitätsdaten, umfasst.