Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Prüfsystem zur
zerstörungsfreien Prüfung von Fügestellen auf
Werkstücken, insbesondere von Widerstandspressschweißverbindungen
zwischen Strukturbauteilen im Karosserie-Rohbau.The
The invention relates to a method and a test system for
non-destructive testing of joints
Workpieces, in particular resistance-pressure welded joints
between structural components in the bodyshell.
Ein
zerstörungsfreies Prüfverfahren von Schweißverbindungen
mit Hilfe der Infrarotthermographie ist aus der WO 01/50116 A1 bekannt.
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.A nondestructive test method of welds using infrared thermography is from the WO 01/50116 A1 known. In this case, the area of the weld is briefly heated by means of an excitation source; the heat intensity radiated from the joining area as a result of this heating is measured by a high-resolution, spatially resolving electronic thermographic camera whose measured values are evaluated in a computer. Like in the WO 01/50116 A1 proposed, different histograms can be determined from the time course of the radiated heat intensity, which is recorded by the camera pixels, which are to be a measure of the heat flow through the welding zone.
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.Another approach in the quality control of welded joints by evaluation of thermographic data is in the DE 101 50 633 A1 described. Again, the weld is subjected to a momentary energy pulse, in particular illuminated with a flashlamp; the heat intensity emitted by the spot weld is recorded by imaging and evaluated in a data processing system. In this case, the time of the maximum temperature increase is calculated and represented for each pixel as a so-called "run-time" image The evaluation is carried out by quotient of the imaginary part and the real part of a fast Fourier transformation of the time series and a qualification of the investigated weld point according to the transit time / Phase image with respect to the lens diameter, the homogeneity of the welded joint and the thickness of the weld nugget.
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 jedoch nicht immer der Fall.Both the WO 01/50116 A1 as well as the DE 101 50 633 A1 When evaluating the measured intensity profile as a function of time, it is assumed that the heat intensity received by the camera pixels goes through a maximum within the observation period. However, this is not always the case.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Auswerteverfahren thermographischer
Daten eines Schweißbereichs bereitzustellen, mit dessen
Hilfe eine zerstörungsfreie, automatisierbare Qualitätskontrolle von
Widerstandspressschweißverbindungen von Mehrblechverbindungen,
z. B. von Dreiblechverbindungen, durchgeführt werden kann.Of the
Invention is based on the object, an evaluation thermographic
To provide data of a weld area with which
Help a non-destructive, automated quality control of
Resistance-pressure welded joints of multi-sheet joints,
z. B. of Dreiblechverbindungen, can be performed.
Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.The
The object is achieved by the features
of claim 1.
Danach
wird die Fügestelle impulsartig erwärmt. Mit Hilfe
einer Thermographie-Kamera wird eine zeitliche Folge bildhafter
Intensitätsdaten der Fügestelle aufgenommen, 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. Aus den Intensitätsverläufen
werden Informationen über die Qualität der Schweißverbindung
und über die Lage des Schweißpunkts relativ zu
den Werkstückrändern gewonnen.After that
The joint is heated pulse-like. With help
A thermographic camera becomes a temporal consequence pictorial
Intensity data of the joint was added, the
a measure of the time dependence of
Heat distribution of the joint are. To the results
This pictorial data is used for defined areas, so-called "regions
of interest "(ROI) the time course of the intensity
measured and evaluated. From the intensity gradients
Be informed about the quality of the welded joint
and about the position of the welding point relative to
won the workpiece edges.
Dieses
Verfahren ermöglicht eine zerstörungsfreie automatisierbare
Bewertung der Qualität von Widerstandpressschweißpunkten
an Automobil-Rohbaukarosserien oder Untergruppen mittels Wärmeflussthermographie.
Mit dem Prüfsystem können unterschiedliche Schweißpunktfehler
verlässlich erkannt und klassifiziert werden. Insbesondere
liefert das Prüfsystem Messergebnisse, die mit den Schweißpunktdurchmessern einer
zerstörenden Prüfung nach DIN EN ISO 14273 korrelieren.This method enables a nondestructive, automatable evaluation of the quality of resistance pressure welds on automotive body shells or subassemblies by means of heat flow thermography. With the test system different welding spot errors can be reliably detected and classified. In particular, the test system provides measurement results that match the weld spot diameters of a destructive test DIN EN ISO 14273 correlate.
Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert.in the
The following is the invention with reference to an embodiment
explained in more detail.
Dabei
zeigen:there
demonstrate:
1 eine
schematische Schnittdarstellung eines Fügebereichs zweier
Bleche während des Widerstandsschweißens; 1 a schematic sectional view of a joining region of two sheets during resistance welding;
2 Schnittdarstellungen (2a–2e)
und Aufsichten (2f–2g)
von ordnungsgemäßen Widerstandsschwei-ungen (2a)
und Schweißfehlern (2b–2g); 2 Sectional views ( 2a - 2e ) and supervision ( 2f - 2g ) of proper resistance welding ( 2a ) and welding defects ( 2 B - 2g );
3 eine
schematische Darstellung des Messprinzips bei der Transmissions-Infrarotthermographie einer
Fügestelle; 3 a schematic representation of the measuring principle in the transmission infrared thermography of a joint;
4 eine
schematische Darstellung eines Gesamtssystems zur Qualitätskontrolle
von Widerstandsschweißverbindungen im Fahrzeug-Rohbau; 4 a schematic representation of an overall system for quality control of resistance welding joints in the vehicle body shell;
5a ein
von einer Thermographie-Kamera aufgenommenes Intensitätsbild
eines Fügebereichs mit (als Kästchen angedeuteten)
Regions of Interest (ROI), in denen die Auswertung erfolgt; 5a an intensity image of a joining region recorded by a thermographic camera with regions of interest (ROI) (indicated as boxes) in which the evaluation takes place;
5b eine
Schnittansicht des Fügebereichs der 5a gemäß der
Schnittlinie Vb-Vb in 5a. 5b a sectional view of the joining region of 5a according to the section line Vb-Vb in 5a ,
6 die
von einer Thermographie-Kamera gemessenen Intensitäten
als Funktion der Zeit für die ROI in 5a; 6 the intensities measured by a thermographic camera as a function of time for the ROI in 5a ;
7 die
von einer Thermographie-Kamera gemessenen Intensitäten
als Funktion der Zeit für ROI in einem Fügebereich
ohne Anbindung der Fügepartner; 7 the intensities measured by a thermographic camera as a function of time for ROI in a joint area without connection of the joining partners;
8 die
von einer Thermographie-Kamera gemessenen Intensitäten
als Funktion der Zeit für ROI in einem Fügebereich
mit Lötung oder Klebung; 8th the intensities measured by a thermographic camera as a function of time for ROI in a joint area with soldering or gluing;
9 eine
schematische Darstellung der Ermittlung unterschiedlicher Parameter
aus einem Intensitätsverlauf; 9 a schematic representation of the determination of different parameters from an intensity profile;
10 einen
charakteristischen Kurvenverlauf für einen offenen Spalt
(siehe 2b); 10 a characteristic curve for an open gap (see 2 B );
11 einen
charakteristischen Kurvenverlauf für einen Fügebereich
mit Lötung oder Klebung (siehe 2c und 2d); 11 a characteristic curve for a joining area with soldering or gluing (see 2c and 2d );
12 einen
charakteristischen Kurvenverlauf für einen nicht ausreichend
angebundenen Fügebereich; 12 a characteristic curve for a not sufficiently connected joining area;
13–18 charakteristische
Kurvenverläufe für Schweißlinsen mit
unterschiedlicher Eindrucktiefe und Lage des Schweißpunktes; 13 - 18 characteristic curves for welding lenses with different indentation depth and position of the welding point;
19 eine
schematische Darstellung des Wärmeflusses bei einem an
einem Blechrand gelegenen Schweißpunkt; 19 a schematic representation of the heat flow at a location at a sheet edge welding point;
20 eine
schematische Darstellung zweier sich schneidender Temperaturkurven. 20 a schematic representation of two intersecting temperature curves.
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. 1 shows a schematic sectional view of two components 1 . 1' which are in a joining area 2 be connected by means of a resistance pressure welding process, in particular spot welding. The components 1 . 1' consist of high-strength sheet steel, with one or both sides with a corrosion protection layer 3 . 3 ' (for example, zinc or an aluminum-iron intermetallic compound) may be provided; Alternatively, the sheets can also consist of (coated or uncoated) aluminum or an aluminum alloy. At least one of the components 1 . 1' can in the joining area 2 with glue 4 be coated, whereby after connecting the components 1 . 1' an increase in strength in the joining area 2 can be achieved. Instead of two components 1 . 1' can in the joining area 2 also three or more sheet metal layers are present, which are welded together; If in the following of compounds of two sheets or components is mentioned, this should also refer to three and more sheet metal connections.
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.For welding the two components 1 . 1' becomes a known spot welding gun 5 with two electrodes 6 . 6 ' used, which is an electrode force 7 on the two components 1 . 1' in the joining area 2 exercise and the components 1 . 1' by pressing on each other. By one between the electrodes 6 . 6 ' flowing welding current become the compressed components 1 . 1' then welded locally. In the process, the components become 1 . 1' heated to melting temperature at the point of contact; as a result, arises between the components 1 . 1' a nugget 8th with diameter 9 ' which, when the welding has been carried out correctly, have a predetermined minimum diameter 9 not lower ( 2a ). The presence and size of this weld nugget 9 ' is crucial for the strength of the weld junction produced 18 ,
Beim
Punktschweißen beschichteter Bauteile 1, 1' können
unterschiedliche Fehler auftreten, die in den 2b–2g schematisch
dargestellt sind.When spot welding coated components 1 . 1' Different errors can occur in the 2 B - 2g are shown schematically.
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.Is the electrode force 7 too small, or are the components 1 . 1' too much tolerance, so the components 1 . 1' not be strongly enough approximated or pressed together to achieve a connection. Between the components 1 . 1' then remains in the 2 B illustrated open gap 10 , For coated sheets 1 . 1' can also be in 2c shown welding errors occur: Here are the components 1 . 1' in the joining area 2 Although connected, but it has no welding, but only a soldering 11 of the coating material 3 . 3 ' occurred. Are the components 1 . 1' with glue 4 provided that a weak connection can occur, if an only near-surface welding takes place (see 2d ); even such a welded joint is faulty. Furthermore, the weld nugget 8th be very small (see 2e ); such a weld is classified as an error when the lens diameter 9 '' smaller than a predetermined minimum value 9 (eg less than four times the root of the sheet thickness 12 in mm), since in such a case the required strength of the welded joint is no longer given.
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.Finally, in the case of component tolerances, inaccuracies in positioning or errors in programming, the welding robots can be used in 2f and 2g in a view of the joint 2 shown errors occur: namely that at the intended location 17 no spot of welding at all 18 is present, or that the weld point 18 by more than a tolerance amount 19 opposite the intended position 17 is moved.
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.For on-line detection and classification of such welding defects during spot welding on bodyshells in production becomes a test system 20 used that schematically in 3 is shown. The test system 20 includes an excitation source 21 (Hereinafter also called heat source) for pulsed heating of the joint 2 (ie the welding point 18 and its immediate surroundings), a thermography camera 22 for time- and location-resolved measurement of the joint 2 emitted heat radiation and an evaluation unit 23 for further processing of the measured values and classification / visualization of the welding result. The test is carried out at any time after completion of the spot welding, preferably in a (further) workstation following the welding station in the course of production.
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.Preferably, the thermographic measurement - as in 3 shown - in transmission; that means the excitation source 21 the one side 24 the connected components 1 . 1' irradiated while the thermography camera 22 on the other, the excitation source 21 opposite side 24 ' the connected components 1 . 1' is arranged. - As an alternative to the transmission measurement, the thermographic measurement can also be done in reflected light, which means that source of excitation 21 and thermography camera 22 on the same page 24 ' the connected components 1 . 1' are arranged. Although the measured values obtained in principle contain similar information to those obtained in transmission, they show different characteristics. The evaluation and classification procedures described below refer to measured data obtained in transmission.
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. 4 shows a schematic representation of an overall construction for production-accompanying series testing of spot welds in the vehicle shell. To the at different places on the shell body 25 (or a module to be joined) located joints 2 Being able to reach are the excitation source 21 and the thermography camera 22 expediently to manipulators 26 , especially industrial robots, attached to them over the joint 2 position. Instead of using separate manipulators 26 for excitation source 21 and thermography camera 22 can also - as shown schematically in 4 shown - both together by the hand 27 a single manipulator 26 be attached, if the accessibility of the joints to be assessed 2 this is permitted. The welds 18 the body to be tested 25 or assembly are by the manipulator 26 one after the other automatically approached according to a predetermined test plan, so that the welding points 18 between each thermographic camera 22 and source of inspiration 21 are located. The camera 22 provides a temporal sequence of image data of the joint 2 , These data are stored in the evaluation unit 23 automatically processed and evaluated to test statements on the quality of the welded joint 18 to obtain. The test results are displayed on a monitor 28 of the test system 20 visualized and to document a database 29 fed. To control the entire system is a control unit 30 provided, which control commands and / or measurement or test data with a production control system 31 exchanges.
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.The excitation source 21 is a water-cooled flashlamp with a spatially homogeneous optical power of> 1 J / cm 2 at the joint 2 , Preferably, a commercially available Xe flash lamp is used, which has a low weight and is very compact. Such a Xe flash lamp can easily with the help of a manipulator 26 , in particular an industrial robot, be moved and positioned and can also be introduced in confined spaces. It is thus particularly suitable for use in test tasks in vehicle body shop, where critical spot welds on the entire bodyshell body 25 - even in hard-to-reach areas - need to be reviewed. Alternatively, the light energy can be provided by an air-cooled flashlamp with a fiber optic attachment; In this case, a fiber optic guides the light energy from the location of the flashlamp to the joint 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.The test system 20 measures the through the joint 2 passed amount of heat as a function of place and time. Such a time-resolved measurement of the joint 2 Outgoing infrared radiation first requires that the excitation source 21 a temporally defined, short light pulse (in particular infrared light pulse) outputs, which marks the starting point of the measurement. The thinner the sheets to be examined 1 . 1' are, the shorter and more concise the lightning impulse must be. In the present test system, the light energy becomes the test object 1 . 1' supplied over a period of <20 ms.
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.The test system 20 is used in particular for the control of three-sheet joints on bodyshells 25 used, wherein the structural components to be examined 1 . 1' usually coated high strength steel sheets are. The sheet metal composite to be joined by spot welding typically has a comparatively large overall thickness here 12 from 2 mm to 5 mm. The requirements, in this case to the length of the excitation source 21 emitted pulses or to the speed of the thermographic camera 22 are therefore lower than in cases of lesser sheet thickness. In the case of thick sheets, for example, a camera frequency of 20-50 Hz is sufficient to make reliable statements about the quality of the welded joint. For thinner sheets 1 . 1' The refresh rate should be at least 50 Hz. Possible detector types for the thermographic camera 22 are CMT (HgCdTe), InSb and microbolometer.
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.That for the evaluation of the data of the thermography camera 22 used method is based on an analysis of the time course of a camera area 32 received (infrared) light intensity (see 3 ). This light intensity is a measure of the temperature of this camera area 32 pictured area 33 the joint 2 , but also by other component and environmental parameters, in particular the emissivity of the considered sheets 1 . 1' , influenced.
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.To give a reliable statement about the quality of the weld in the welding point 18 or to be able to make a decision about the nature of the error that occurred, it is not enough, just a single area 33 the joint 2 consider; rather, it is necessary to know the time course of the intensity in a variety of areas 33 To observe, so-called "Regions of Interest" (ROI), in a selective way over the joint 2 are distributed.
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 des eigentlichen Schweißpunkts 18 liegen,
während die restlichen ROI (33e–33r) über
den Schweißpunkt 18 hinweg verteilt sind. 5b zeigt
die Fügestelle 2 der 5a und
die darüber verteilten ROI 33a–33t in
einer Schnittdarstellung.As an example of this shows 5a one from the thermography camera 22 recorded snapshot of a joint 2 with a spot weld 18 ; the different local temperatures in the area of the joint 2 are characterized by different shades of gray. In 5a is a linear chain 14 of approximately quadratic ROI 33a - 33t indicated in which an evaluation of the time courses of the local temperature takes place. This necklace 14 from ROI spans the weld spot 18 in such a way that some of the ROI ( 33a - 33d and 33s - 33t ) outside the actual welding point 18 while the remaining ROI ( 33e - 33r ) over the spot weld 18 are distributed across. 5b shows the joint 2 of the 5a and the ROI spread across it 33a - 33t in a sectional view.
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.The ROI 33a - 33t be in the camera 22 on camera areas 32a - 32t displayed; the on a lightning pulse of the excitation source 21 following time course of in these camera areas 32a - 32t measured intensity forms the basis for the quality statement about the spot weld 18 , 6 shows measured time / intensity curves 34a - 34t for the (on the ROI 33a - 33t directed) camera areas 32a - 32t ; the different curves 34a - 34t thus correspond to temperature gradients at different locations 33a - 33t the joint 18 ; doing so is for each ROI 33a - 33t the mean temperature change relative to the first result image, measured in Kelvin, plotted as a function of time. To reduce the noise, the ROI 33a - 33t dimensioned in such a way that the associated camera areas 32a - 32t contain multiple camera pixels.
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.The lightning impulse 35 the excitation source 21 occurs at a time t = 50 ms. Before the lightning pulse 35 be with the camera 22 taken several pictures to determine a reliable zero line of intensity. Starting from the lightning impulse 35 needs that from the excitation source 21 emitted heat energy, that on the excitation source 21 facing first page 24 the sheets 1 . 1' is irradiated, some Milliseconds before passing through the joint 2 through the opposite side 24 ' the sheets 1 . 1' reached and from there towards thermography camera 22 is emitted. Then follows a more or less steep increase in the heat energy registered by the camera; this increase is - more or less pronounced - in all corners 34a - 34t of the 6 to observe.
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.
The example of 5 and 6 shows the conditions using the example of two with adhesive 4 provided sheets 1 . 1' passing through a high quality weld 18 are connected. With such a "good" spot weld 18 takes the quality of the connection from the inside out continuously, until no connection is available. Very roughly you can distinguish three different areas: the interior 13 the actual weld nugget 8th , the annular adhesive area 14 and the outdoor area 15 without connection between the two sheets 1 . 1' , Accordingly differ - as in the 6 by way of example with reference to the curve 34k indicated - the time courses 34a - 34t of the 6 by - - a different slope 37k and curvature at the beginning of the rise 36 ;
- - The existence or non-existence of a maximum curve 38k ;
- - the time 39k at which the maximum curve 38k is achieved;
- - the intensity or temperature value 40k of the maximum curve 38k ;
- - the corner drop 41k after reaching the maximum curve 38k or the absence of such a curve drop.
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. 7 shows the camera areas 32a - 32t corresponding curves 44a - 44t in a measurement in a joint area in which no connection of the sheets 1 . 1' is done (according to the in 2 B and 2f illustrated welding defects). In this case, that of the thermographic camera remains 22 measured intensity for all ROI almost constant at the zero line.
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). 8th shows the camera areas 32a - 32t corresponding curves 45a - 45t in a measurement in a joint area, in which only a small connection of the sheets 1 . 1' has taken place since the sheets 1 . 1' are glued in this area (see 2d ) or - coated sheets 1 . 1' - Soldering has taken place in this area (see 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.Selected or all features 37 . 38 . 39 . 40 . 41 in the examples of the 6 to 8th shown curves 34a - 34t respectively. 44a - 44t respectively. 45a - 45t can be used for a systematic evaluation to obtain from the time histories statements about the quality of the connection at the place of the ROI 33a - 33t or about the type of error that has occurred. 9 shows two parameters that are used in the analysis of such a curve 34 a special meaning, namely the slope 55 in the area of the curve rise 56 and the slope 55 ' at the end 56 ' of the measuring range. In the curve 34 of the 9 were these two parameters 55 . 55 ' by regression lines over the areas 36 respectively. 53 determined.
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 dienen daher
ausschließlich der Veranschaulichung und müssen
für jede neue Blechkombination empirisch ermittelt werden.From a systematic comparison of the measured curves with the results of the destructive test, the in 6 to 8th shown different curves and the parameters determined from these curves different connection qualities are assigned. The parameters used as distinguishing criteria (initial slope, saturation value) are strongly dependent on the material, the thickness and the surface quality of the sheets 1 . 1' as well as a variety of other boundary conditions. The parameter values mentioned below by way of example therefore serve only to illustrate and must be determined empirically for each new sheet metal combination.
Im
Interesse einer klaren Darstellung sind im Folgenden die einzelnen
Kurventypen schematisch in den 10 bis 18 dargestellt:
- 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 daran liegen, dass – bei
beschichteten Blechen 1, 1' – 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.
In the interest of a clear presentation, the individual curve types are shown schematically in the following 10 to 18 shown: - 1. Time courses in which the intensity remains (almost) constant on the zero line (curve type 60 of the 10 or curves 44a - 44t of the 7 ), are characteristic of ROI, in which no connection of the sheets 1 . 1' present (see 2 B . 2f ). Between the sheets 1 . 1' So there is an insulating air gap 10 , which is a propagation of the in the sheets 1 . 1' radiated heat energy prevented.
- 2. Time courses (curve type 61 in 11 ), which increase continuously, their slope 71 ' at the end 81 ' of the observation period is greater than 0.2 K / sec and its saturation index (ie the quotient of the slope 71 at the beginning of the curve increase 81 and the slope 71 ' at the end 81 ' of the observation period) <35, are characteristic of ROI, in which only a small binding of the two sheets 1 . 1' took place. On the one hand, this low connection may be due to the fact that the sheets are only glued into this ROI and not welded (see 2d ); On the other hand, this may be due to the fact that - in coated sheets 1 . 1' - a soldering has taken place (see 2c ). As a rule, the temperature values achieved within the given observation period are lower for this ROI than for ROI with good connectivity. Such a low connection is in the Intensitätsverläufen 45a - 45t in 8th to observe. Also the time courses 34a - 34f and 34q - 34t in 6 show such behavior, suggesting that in the corresponding ROI 33a - 33f and 33q - 33t no welding, but a soldering or gluing is present.
- 3. Time courses (curve type 62 in 12 ), which have a relatively low intensity over the entire observation period, also indicate a poor connection z. B. gluing like 2d or soldering as in 2c ). In order to identify such time courses, at a good welding point (see 6 ) the ROI 33k determined, at the maximum curve 38k the highest intensity value 40k having; this intensity value 40k is for the given sheet metal combination 1 . 1' stored as "typical" maximum value of MaxIntens. Is when measuring another welding point on this sheet metal combination 1 . 1' (at the same given flash intensity and flash position) the entire intensity profile is below 60% of this "typical" maximum value MaxIntens (line 92 in 12 ), this is taken as an indication of a bad connection.
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 18, also bei guter Anbindung
der Bleche, unterschiedliche Kurventypen auf. 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. Im Bereich der Schweißlinse 8 sind
in Abhängigkeit von der Eindrucktiefe und der Lage des Schweißpunktes
in der Blechmitte oder Blechrand folgende Kurventypen zu beobachten:
- 4. Zeitverläufe, die kein Maximum,
jedoch eine sehr starke 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).
- 7. Zeitverläufe, die kein Maximum, jedoch eine sehr
starke Sättigung erreichen, wobei ab einem bestimmten Zeitpunkt
die Steigung der Kurve wieder zunimmt (siehe den in 16 schematisch
dargestellten Kurventyp 66). Dabei ist die Steigung 76'' im
Sättigungsbereich 86'' ≤ 0,2 K/sec, während
der Sättigungskennwert (d. h. der Quotient aus der Steigung 76 am
Beginn 86 des Kurvenanstiegs und der Steigung 76' am Ende 86' des
Beobachtungszeitraums) ≥ 35 ist.
- 8. Zeitverläufe, die ein Maximum 97 (Steigung
= 0) erreichen, danach zunächst eben weiterlaufen und ab einem
bestimmten Zeitpunkt weiter ansteigen (siehe den in 17 schematisch
dargestellten Kurventyp 67).
- 9. Zeitverläufe, die ein Maximum 98 (Steigung
= 0) erreichen, danach zunächst abfallen und nach Ablauf eines Zeitintervalls 88'' wieder
ansteigen (siehe den in 18 schematisch
dargestellten Kurventyp 68).
In addition to the curves described above 60 . 61 . 62 which indicates a non-existent or poor connection of the sheets 1 . 1' in the area of the associated ROI, also occur in the area of the weld nugget 18 , so with good connection of the sheets, different types of curves on. Basically, when determining the weld nugget 8th associated ROI ( 33g - 33p in 5a ) assume that areas within a homogeneous material have similar temperature profiles. In the area of the weld nugget 8th Depending on the indentation depth and the position of the spot weld in the center of the sheet metal or sheet edge, the following curve types are to be observed: - 4. Time courses that do not reach a maximum, but a very strong saturation (see the in 13 schematically illustrated type of curve 63 ): The temperature profile 63 increases continuously until the end of the observation period. Here is the slope 73 ' at the end 83 ' of the observation period is less than 0.2 K / sec during the saturation parameter (ie the quotient of the slope 73 at the beginning of the curve increase 83 and the slope 73 ' at the end 83 ' of the observation period) ≥ 35.
- 5. Time courses, the maximum 94 (Slope = 0) and reach the end 84 ' of the observation period (see in 14 schematically illustrated type of curve 64 ).
- 6. Time courses, the maximum 95 (Slope = 0) and then to the end 85 ' fall during the observation period (see in 15 schematically illustrated type of curve 65 ).
- 7. Time courses that do not reach a maximum, but a very strong saturation, whereby at a certain point in time the slope of the curve increases again (see the in 16 schematically illustrated type of curve 66 ). Here is the slope 76 '' in the saturation region 86 '' ≤ 0.2 K / sec, while the saturation value (ie the quotient of the slope 76 at the beginning 86 the curve rise and the slope 76 ' at the end 86 ' of the observation period) ≥ 35.
- 8. Time courses, the maximum 97 (Slope = 0), then continue to run first and continue to increase at a certain time (see the in 17 schematically illustrated type of curve 67 ).
- 9. Time courses, the maximum 98 (Slope = 0), then drop first and after a time interval 88 '' rise again (see the in 18 schematically illustrated type of curve 68 ).
Einen
entscheidenden Einfluss auf die Art des Zeitverlaufs hat dabei die
Lage des Schweißpunktes 18 relativ zu einem Blechrand 50 (siehe 19):
Während bei qualitativ guten Schweißungen 18 in
randfernen Gebieten auf den Blechen 1, 1' nur
die Kurventypen 63, 64 und 65 der 13–15 auftreten,
kommen die Kurventypen 66, 67 und 68 der 16–18 ausschließlich
bei Schweißpunkten 18 vor, die nahe eines Blechrands 50 liegen
(siehe 19). Bei diesen Punkten wird
nicht nur das der Anregungsquelle 21 gegenüber
liegende Unterblech 1', sondern auch das der Anregungsquelle 21 abgewandte
Oberblech 1 (bzw. bei Dreiblechverbindungen auch beide
Oberbleche) direkt von der Anregungsquelle 21 erwärmt.
Das hat zur Folge, dass an der der Thermographie-Kamera 22 zugewandten
Blechseite dem „normalen", im Fügebereich 2 von Blech 1 zu
Blech 1' verlaufenden Wärmefluss (Pfeil 51 in 19)
ein lateraler, zeitlich verzögerter Wärmefluss (Pfeil 52 in 19) überlagert
wird. Dadurch kommt es zu einem nachträglichen Anstieg
der Temperaturkurven 66, 67, 68, nachdem
entweder bereits ein Maximum (Steigung = 0) oder zumindest eine
sehr starke Sättigung erreicht wurde.The position of the welding point has a decisive influence on the type of time course 18 relative to a sheet edge 50 (please refer 19 ): While with good quality welds 18 in outlying areas on the sheets 1 . 1' only the curve types 63 . 64 and 65 of the 13 - 15 occur, come the curve types 66 . 67 and 68 of the 16 - 18 only at welding points 18 in front of a tin edge 50 lie (see 19 ). At these points not only that of the excitation source becomes 21 opposite lower plate 1' but also that of the excitation source 21 remote upper sheet 1 (or in the case of three-sheet connections both upper sheets) directly from the excitation source 21 heated. As a result, at the thermography camera 22 facing sheet side of the "normal", in the joining area 2 of sheet metal 1 to sheet metal 1' extending heat flow (arrow 51 in 19 ) a lateral, temporally delayed heat flow (arrow 52 in 19 ) is superimposed. This leads to a subsequent increase in the temperature curves 66 . 67 . 68 after either a maximum (slope = 0) or at least a very strong saturation has been reached.
Die
Kurventypen 63, 64 und 65 der 13–16,
die bei Schweißpunkte 18 in der Blechmitte auftreten,
können aber neben den Kurventypen 66, 67, 68 auch
bei Schweißpunkten im Bereich von Blechrändern 50 vorkommen.
Umgekehrt kann aus dem Vorhandensein von Kurventypen 66, 67, 68 in
Messungen eines Schweißpunkts 18 zwischen zwei
Blechen 1, 1' darauf geschlossen werden, dass
sich der Schweißpunkt 18 nahe eines Randes 50 eines
der Bleche 1 befindet.The curve types 63 . 64 and 65 of the 13 - 16 that at weld points 18 can occur in the middle of the sheet, but in addition to the curve types 66 . 67 . 68 also at weld points in the area of sheet metal edges 50 occurrence. Conversely, from the presence of curve types 66 . 67 . 68 in measurements of a welding point 18 between two sheets 1 . 1' be concluded that the weld point 18 near a border 50 one of the sheets 1 located.
Es
besteht nun die Aufgabe, aus der Schar von Messkurven (siehe z.
B. 6), die für einen zu untersuchenden Fügebereich 2 aufgenommen
wurden, diejenigen ROI zu bestimmen, die zur Schweißlinse 18 gehören.
Aus der Zahl der ROI lässt sich dann die Größe
der Schweißlinse 18 ermitteln, die ein Maß für
die Qualität der Schweißung ist. Zur Bestimmung
der zur Schweißlinse gehörenden ROI werden aus
der Gesamtmenge der ROI in einem im folgenden beschriebenen Aussonderungsverfahren
schrittweise diejenigen ROI ausgeschlossen, die, aufgrund spezieller
Eigenschaften ihrer Zeitverläufe, nicht zur Schweißlinse 18 gehören können.
Die ROI, die bei diesem Verfahren nicht ausgesondert werden, beschreiben
die geometrische Gestalt und Größe der Schweißlinse.The task now consists of the set of measuring curves (see eg 6 ), which for a too un examining joining area 2 were taken to determine those ROI that became the weld nugget 18 belong. From the number of ROI can then be the size of the weld nugget 18 which is a measure of the quality of the weld. In order to determine the ROI associated with the weld nugget, those ROIs are progressively excluded from the total amount of ROI in a sequestering process described below which, due to specific characteristics of their time courses, do not become a nugget 18 can belong. The ROI, which are not eliminated in this process, describe the geometric shape and size of the weld nugget.
Das
Verfahren zur Aussonderung der nicht zur Schweißlinse 18 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 Klebeverbindung aufweisen.
- 2. Schritt: Charakterisierung der Art/Lage des Fügebereichs:
Im
Unterschied zu den im 1. Schritt ausgesonderten ROI besteht bei
solchen ROI, deren Kurve einen der Kurventypen 63–68 besitzen,
grundsätzlich die Möglichkeit, dass sie zu Schweißlinse 8 gehören.
Ein wichtiges Kriterium bei der Entscheidung, ob die zugehörigen
ROI tatsächlich zur Schweißlinse 8 gehören,
ist der Eindruck 43, den die Punktschweißzange
auf den Blechen 1,1' hinterlassen hat (siehe 5b).
Ist dieser Eindruck 43 groß, so weisen die zum
Schweißpunkt 8 gehörigen ROI Intensitätsverläufe
am Ende 85' des Beobachtungszeitraums eine stark negative
Steigung auf (d. h. sind Kurven des Typs 65, 15);
die Kurven 34j–34n in 6 zeigen
diese Charakteristik. Je tiefer der Eindruck 43 ist, desto
steiler fallen zu den ROI im Eindrucksbereich gehörenden
Kurven am Ende des Beobachtungszeitraums ab. Ist hingegen der Eindruck 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 einem sehr geringen Eindruck 43 kann die kleinste Steigung
am Ende des Beobachtungszeitraums sogar leicht positiv sein.
The process of rejecting the non-weld nugget 18 The associated ROI includes the following four steps: - 1st step: Exclusion of ROI with bad connection: ROI, whose temperature curve is the curve type 60 ( 10 ) corresponds to the open area of the joining area 2 and are excluded. Furthermore, ROI, the temperature profile of the curve type 61 or 62 excluded, since they have the characteristic of an adhesive bond.
- 2nd step: Characterization of the type / position of the joining area: In contrast to the ROI eliminated in step 1, such a ROI has its curve with one of the curve types 63 - 68 possess, in principle, the possibility that they become nuggets 8th belong. An important criterion in deciding whether the associated ROI actually to the nugget 8th belong, is the impression 43 The spot welding gun on the sheets 1 . 1' left behind (see 5b ). Is this impression 43 big, they point to the welding point 8th associated ROI intensity gradients at the end 85 ' of the observation period show a strongly negative slope (ie curves of the type 65 . 15 ); the curves 34j - 34n in 6 show this characteristic. The deeper the impression 43 is the steeper fall to the ROI in the impression area belonging curves at the end of the observation period. Is the impression, on the other hand 43 the spot welding gun small, so have the welding point 8th associated ROI intensity gradients that in the end 84 ' of the observation period are flat (ie curves of the type 64 . 14 are); at a very small impression 43 For example, the smallest slope at the end of the observation period may even be slightly positive.
Unter
der Grundprämisse, dass ROI in einem homogenen Bereich ähnliche
Kurvenverläufe aufweisen, können nicht alle Kurventypen
nebeneinander im Linsenbereich 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 den Effekt
der Eindrucktiefe 43 aus den Messergebnissen herauszurechnen,
wird also die Kurvenschar 34a–34t der
ROI 33a–33t auf diejenige Kurve hin analysiert,
deren minimale Steigung im Beobachtungszeitraum den niedrigsten
Wert hat (wobei Kurven mit abfallenden Bereichen, wie die Kurve 65 der 15 im
Bereich 85' bzw. die Kurve 68 der 18 im
Bereich 88'', in diesem abfallenden Bereich eine negative
Steigung 75', 78'' haben).Under the basic premise that ROI have similar curves in a homogeneous region, not all curve types can coexist in the lens area. This means that the existence of one type of curve excludes the simultaneous existence of another type of curve, because the similarity is not sufficiently given. To the effect of the depth of impression 43 to calculate out of the measurement results, so the set of curves 34a - 34t the ROI 33a - 33t is analyzed for the curve whose minimum slope has the lowest value in the observation period (curves with sloping areas, such as the curve 65 of the 15 in the area 85 ' or the curve 68 of the 18 in the area 88 '' , in this sloping area a negative slope 75 ' . 78 '' to have).
Bei
der Beurteilung, welche ROI zur Schweißlinse 8 gehören,
besteht bei den Kurventypen 63–68 die folgende
Rangfolge:
- – Wenn es ROI mit Kurventypen 65 und/oder 68 gibt,
kommen nur diese in die engere Auswahl für den Linsenbereich 8.
- – Wenn es keine ROI mit Kurventypen 65 und/oder 68 gibt,
jedoch ROI der Kurventypen 64 und/oder 67 auftreten,
so kommen nur diese ROI in die engere Auswahl für den Linsenbereich 8.
- – Wenn es keine ROI mit Kurventypen 64, 65, 67 oder 68 gibt,
jedoch ROI der Kurventypen 63 und/oder 66 auftreten,
so kommen diese in die engere Auswahl für den Linsenbereich 8.
In assessing which ROI to weld nugget 8th belong, exists with the curve types 63 - 68 the following ranking: - - If there is ROI with curve types 65 and or 68 Only these are shortlisted for the lens area 8th ,
- - If there is no ROI with curve types 65 and or 68 There are, however, ROI of the curve types 64 and or 67 occur, so only these ROI are in the shortlist for the lens area 8th ,
- - If there is no ROI with curve types 64 . 65 . 67 or 68 There are, however, ROI of the curve types 63 and or 66 occur, so these are shortlisted for the lens area 8th ,
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 einem Schweißpunkt 18 die engere Auswahl aufgenommen
werden: ROI
mit Kurventyp 65, 68 im Fügebereich vorhanden? ROI
mit Kurventyp 64, 67 im Fügebereich vorhanden? ROI
mit Kurventyp 63, 66 im Fügebereich vorhanden? ROI
der engeren Auswahl als zum Linsenbereich gehörig
nein nein nein keine
nein nein ja ROI
mit Kurventyp 63 und/oder 66
nein ja nein ROI
mit Kurventyp 64 und/oder 67
nein ja ja ROI
mit Kurventyp 64 und/oder 67
ja nein nein ROI
mit Kurventyp 65 und/oder 68
ja nein ja ROI
mit Kurventyp 65 und/oder 68
ja ja nein ROI
mit Kurventyp 65 und/oder 68
ja ja ja ROI
mit Kurventyp 65 und/oder 68
This type of selection is shown in the following table, which covers all possible combinations of in the ROI of a joint area 2 Curves that occur indicate which ROI turns into a weld point during the membership test 18 the shortlist will be included: ROI with curve type 65 . 68 available in the joining area? ROI with curve type 64 . 67 available in the joining area? ROI with curve type 63 . 66 available in the joining area? ROI of the narrower range than belonging to the lens area
No No No none
No No Yes ROI with curve type 63 and or 66
No Yes No ROI with curve type 64 and or 67
No Yes Yes ROI with curve type 64 and or 67
Yes No No ROI with curve type 65 and or 68
Yes No Yes ROI with curve type 65 and or 68
Yes Yes No ROI with curve type 65 and or 68
Yes Yes Yes ROI with curve type 65 and or 68
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, 65, 67 oder 68 (d.
h. Kurventypen, die ein Maximum 94, 95, 97 oder 98 durchlaufen),
so werden von den in Schritt 2 nicht ausgeschlossenen ROI
zusätzlich alle diejenigen ROI ausgeschlossen, deren Zeitverläufe
ihr Kurvenmaximum nach einer vorgegebenen Zeit (im vorliegenden
Beispiel nach 0,9 sec) noch nicht erreicht haben.
Der Zeitpunkt
des Kurvenmaximums charakterisiert generell die Güte der
Schweißung: Je später die Kurven 64, 65, 67 bzw. 68 ihr
Kurvenmaximum 94, 95, 97 bzw. 98 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 38 früh,
andere aber spät 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
Kurven vom Typ 65 oder 68 vorhanden, so gehören,
ausgehend von der ROI mit dem steilsten Kurvenabfall 75'MIN , 78'MIN ,
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 ROI des Kurventyps 65 die Steigung 75' am
Ende 85' des Beobachtungszeitraums und vergleicht diese
mit der Steigung 75'MIN der am
steilsten abfallenden Kurve;
- – für ROI des Kurventyps 68 die höchste
negative Steigung 78' im Zeitintervall 88'', in
dem die Kurve 68 eine negative Steigung aufweist, und vergleicht
diese mit der Steigung 78'MIN der
am steilsten abfallenden Kurve;
Alle ROI, deren maximale (negative)
Steigungen sich stärker als der vorgegebene Prozentsatz
von der (negativen) Maximalsteigung unterschieden, werden als nicht
zur Schweißlinse 8 gehörig ausgeschlossen.
- 5. Schritt: Ausschluss derjenigen ROI, deren Temperaturkurven
sich in unzulässiger Weise schneiden:
Sind im Fügeberech 2 ROI
mit Kurven vom Typ 65 oder 68 vorhanden, so 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 20).
Mathematisch
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 107 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.
All ROI that is not shortlisted for the lens area 8th belong are excluded. - Step 3: Characterization according to the quality of the weld: Contains the joining area ROI with curve type 64 . 65 . 67 or 68 (ie curve types, the maximum 94 . 95 . 97 or 98 go through), so from the in step 2 not excluded ROI additionally excluded all those ROI whose time curves their curve maximum after a predetermined time (in the present example after 0.9 sec) have not yet reached. The point in time of the curve maximum generally characterizes the quality of the weld: the later the curves 64 . 65 . 67 respectively. 68 their curve maximum 94 . 95 . 97 respectively. 98 reach, the less protrudes the weld nugget 8th in the sheets 1 . 1' into it. If all curves reach their maximum late, it indicates that the weld point is 18 on the edge of the glue (see 2c and 2d ) is located. Some curves reach their maximum curve 38 early, others but late that means the edges 42 the weld nugget 8th not vertical, but - as in 5b shown - fall down elliptical.
- Step 4: Exclusion of those ROIs whose time courses fall too flat after reaching a maximum: Are curves of the type in the joint area 65 or 68 exist, so, starting from the ROI with the steepest curve drop 75 ' MIN . 78 ' MIN , those ROI to the weld nugget 8th which have a similar steepness of the curve drop, ie their slopes at the turn drop differ only to a certain percentage (eg 30%) from the steepest sloping curve. To select the weld nugget 8th The relevant, relevant ROI is determined
- - for ROI of the curve type 65 the slope 75 ' at the end 85 ' of the observation period and compares this with the slope 75 ' MIN the steepest slope;
- - for ROI of the curve type 68 the highest negative slope 78 ' in the time interval 88 '' in which the curve 68 has a negative slope and compares this with the slope 78 ' MIN the steepest slope; All ROIs whose maximum (negative) slopes differ more than the predetermined percentage from the (negative) maximum slope become non-nebular 8th properly excluded.
- 5th step: Exclusion of those ROI whose temperature curves intersect in an inadmissible way: are in the joining ruler 2 ROI with curves of the type 65 or 68 In addition, the timing of the individual ROI must be examined for impermissible cut and the relevant ROI must be excluded. An impermissible intersection of two temperature curves is present when at the intersection of the one curve 101 rises while the other curve 100 drops or runs flat in the curve maximum (see 20 ). Mathematically, an impermissible cut can be described as follows:
- - The curve 101 reaches its maximum 105 at a later time 103 as the curve 100 that's their maximum 104 already at the time 102 reached.
- - The value 106 the temperature curve 101 at the time 102 (where the curve 100 reached its maximum) is smaller than the maximum value 104 the temperature curve 100 at this time.
- - The value 105 the temperature curve 101 at the time 103 (Maximum value of the curve 101 ) is greater than the value 107 the temperature curve 100 at the time 103 , In such a case, all ROI will be with curves 101 due to one at a later time 103 reached maximum the curves 100 Cutting the "faster" ROI, as not excluded from the weld nugget.
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 18 angegeben.All those ROIs that have not been discarded in the five steps described above are considered to be the nugget 8th properly. From the number and relative position of the weld nugget ROI can be the connection strength of the two sheets 1 . 1' determine; the connection strength corresponds to the area between the two sheets 1 . 1' , on which a cohesive connection of the sheets 1 . 1' is reached. As a measure, the diameter 9 ' the weld nugget 18 specified.
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 18 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, müssen 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.To calculate the connection strength - as in 5a shown - over the joining area 2 several equal ROIs 33a - 33t Are defined. According to the above rules, those are ROI 33g - 33p that determines the weld nugget 18 belong. Those ROI ( 33f and 33q ), located in the edge area of the weld nugget 8th may also contain lens components whose temperature history 34f . 34q by the influence of the beginning glue area 14 is superimposed. To get the exact size of the weld nugget from the measurement data 8th to determine these marginal ROIs 33f . 33q be gradually reduced to check the presence of portions of the weld nugget. From the ROI, as the nebula 8th were duly identified and their (can be determined by camera calibration) size, the lens diameter 9 ' be determined.
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.For the evaluations described so far, the absolute intensity is that of the thermographic camera 22 registered heat radiation used. This heat intensity, that of the camera pixels 32 is registered per unit time, is a measure of the temperature of the joint 2 , but also depends on other parameters such as the emissivity of the considered sheets 1 . 1' , the set flash intensity and the distance of the flash to the DUT.
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.The emissivity of the sheets 1 . 1' is determined by one (or the type of) coating 3 . 3 ' affected; Steel sheets with an aluminum-iron intermetallic layer, for example, exhibit higher emissivity and thus - with the same geometry and quality of the weld - consistently higher measured intensity values than galvanized steel sheets. Furthermore, it can in the course of resistance welding - depending on the impact of the welding electrodes 6 . 6 ' , Quality of welding etc. - to a local oxidation of the components 1 . 1' come what is the local emissivity of the components 1 . 1' influenced: so have intensively welded sheets 1 . 1' in the area of the welding point 18 a higher emissivity than less strongly welded.
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.Accordingly
must before examining a welding point in the frame
the parameters are set, which temperatures at a
proper welding at a given
Material combination, sheet thickness, set flash intensity
and flash distance are expected.
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 (=
Imax) (siehe 6).The classification method is described below by way of example:
A joint to be tested 2 on a shell body 25 is for a defined camera position in several equal ROI 33a - 33t divided. Then, at a given flash intensity and flash position, you create a proper weld at that joint 2 the temperature curves 34a - 34t and determines the largest curve maximum 38k (= I max ) (see 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 SA 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 SA, aber unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts SB = x·Imax,
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 SB 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 SB liegen,
so sind diese ROI Teil der Schweißlinse 18,
- – wenn die zugehörigen Kurvenverläufe
zum Kurventyp 65 oder 68 gehören, bzw.
- – wenn die zugehörigen Kurvenverläufe
zum Kurventyp 64 oder 67 gehören UND
im Fügebereich keine ROI mit Kurventypen 65 oder 68 vorhanden
sind, bzw.
- – wenn die zugehörigen Kurvenverläufe
zum Kurventyp 63 oder 66 gehören UND
im Fügebereich keine ROI mit Kurventypen 64, 65, 67 oder 68 vorhanden
sind.
Aus der Zahl der ROI, die einen solchen Temperaturverlauf
aufweisen, kann die Größe der Schweißlinse 18 bestimmt
werden.In a subsequent test of a spot weld at this point, the following cases are distinguished: - - Group A, corresponding to an open item ( 2 B ) or a missing spot weld ( 2f ): When the temperature gradients 34 all ROI 33 over the entire period of time considered below a predetermined threshold S A , there is no substance connection of the two sheets; the weld is not ok or is missing completely.
- - Group B, according to a bond ( 2d ) or a soldering ( 2c ): When the temperature gradients 34 all ROI 33 above SA but below a predetermined threshold S B = x * I max , 0 <x <1, the two sheets are 1 . 1' not sufficiently connected. X was determined empirically as lying between 0.5 and 0.7.
- - Group C corresponding to a bond ( 2d ) or a soldering ( 2c ): When the temperature curves of some ROI 33 are above a certain point in time above S B , but none of the curves reaches a maximum within the considered time range, the slope 56 at the end 53 of the observation period ( 19 ) greater than 0.2 K / sec and their saturation index (ie the quotient of the slope 55 at the beginning of the curve increase 36 and the slope 56 at the end 53 of the observation period) <35, are the two sheets 1 . 1' connected by gluing or soldering.
- - group D corresponding to a nugget ( 2a . 2e and 2g ): When the temperature curves of some ROI 33 from a certain point in time above S B , these ROI are part of the weld nugget 18 .
- - if the associated curve curves to the curve type 65 or 68 belong, or
- - if the associated curve curves to the curve type 64 or 67 AND in the joining area no ROI with curve types 65 or 68 are present, or
- - if the associated curve curves to the curve type 63 or 66 AND in the joining area no ROI with curve types 64 . 65 . 67 or 68 available.
From the number of ROI, which have such a temperature profile, the size of the weld nugget 18 be determined.
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.In the embodiment of 5 to 8th the invention is based on a group of rectangular ROI 33a - 33t shown in the form of a chain 14 are linearly strung together and the area of the weld 18 span. In general, the ROI 33 have any shape and size and in any way over the area of the joint 2 be arranged away; In particular, the ROI may comprise exactly one pixel and be arranged in the form of a matrix over the entire result image. The noise is then suppressed by applying a suitable filter to the measurement data.
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.The classification method exemplified above allows a quick, reliable evaluation of the type of connection of the components 1 . 1' , The resulting ratings of the ROI 33 or the camera areas 32 For example, as in 4 indicated schematically, online on a monitor 28 and then allow a quick visualization of the weld: For visualization of the measurement results in the joining area 2 The individual ROI can be color-coded on the monitor according to their affiliation to any of the above classes 28 be reproduced. An observer can draw direct conclusions about the quality of the welds or the functioning of the welding system from the viewing of the monitor images. Furthermore, the intensity data evaluated in this way are also suitable for automatic quality control.
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.Next
the non-destructive quality inspection
or control of resistance welding connections
the invention also applies to the investigation of joints,
made using other welding techniques,
and for testing solder joints.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
- WO 01/50116
A1 [0002, 0002, 0004] WO 01/50116 A1 [0002, 0002, 0004]
-
- DE 10150633 A1 [0003, 0004] - DE 10150633 A1 [0003, 0004]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
-
- DIN EN ISO
14273 [0008] - DIN EN ISO 14273 [0008]