DE102008043172A1

DE102008043172A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Anzeigen und zur Kontrolle des Profils einer Schweißnaht im Inneren einer zwischen zwei metallischen Teilen vorgesehenen Abfasung

Info

Publication number: DE102008043172A1
Application number: DE102008043172A
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Ferlay; Jean-Mathieu Mestre-Bresson
Original assignee: Areva NP SAS
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2009-05-28
Also published as: US8426769B2; FR2923295B1; US20090141965A1; FR2923295A1; ZA200809095B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anzeige und Kontrolle des Profils einer Schweißnaht (4), bei dem man im Inneren der Abfasung eine Einheit (10) bewegt, die in Gegenüberlage Bildaufnahmemittel (11), eine Lichtquelle (12), deren Bündel auf die Bildaufnahmemittel gerichtet ist, und zwischen den Bildaufnahmemitteln und der Lichtquelle eine Maske (13) aufweist, man die optische Achse der Bildaufnahmemittel (11) im Wesentlichen parallel zu den Seitenwänden (5, 6) der Abfasung (3) ausrichtet, man in Richtung der Maske (13) und der Bildaufnahmemittel (11) ein Lichtbündel durch die Lichtquelle (12) erzeugt, man über den Lichtstrahl und die Maske (13) eine zentrale Schattenzone und einen umfänglichen Lichthof bildet, der im Wesentlichen senkrecht die Schweißnaht (4) und die Seitenwände (5, 6) beleuchtet, man das Profil der Schweißnaht (4) und die Seitenwände (5, 6) auf einem Anzeige- und Kontrollmittel anzeigt und die Einheit (10) im Inneren der Abfasung (3) längs und parallel zu den Seitenwänden (5, 6) bewegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anzeigen und zur Kontrolle des Profils einer Schweißnaht im Inneren einer Abfasung, die zwischen zwei metallischen Teilen vorgesehen ist.
Bei zahlreichen industriellen Anwendungen werden metallische Teile miteinander durch eine Schweißnaht verbunden, die von dem Kopf eines manuellen oder automatischen Schweißbrenners aufgebracht wird.
Bei bestimmten Anwendungen muss die Schweißnaht in einer tiefen und engen Abfasung abgelagert werden, die zwischen den zwei fest zu verbindenden Teilen eingerichtet ist.
Das ist zum Beispiel der Fall von Dampfgeneratoren von Primärkreisläufen von Kernreaktoren, wenn man an Ort und Stelle zwei Ersatz-Dampfgeneratorteile bei Vorgängen der Ersetzung verbrauchter Dampfgeneratoren zusammenfügen muss.
Diese Ersatz-Dampfgeneratoren weisen nämlich einen äußeren Mantel bestehend aus zwei Teilen, einem oberen und einem unteren Teil, auf, wobei der obere Teil an den unteren Teil angesetzt wird.
Der obere Teil des Mantels wird an den unteren Teil durch Stumpfnahtschweißen dieser zwei röhrenförmigen zylindrischen Teile mit sehr großem Durchmesser, deren gegenüberliegende Verbindungsflächen im Wesentlichen horizontal sind, angesetzt.
Diese zwei Teile bilden miteinander an ihrer Verbindungsebene eine schmale und tiefe Schweißabfasung, die horizontal ausgerichtet ist, aus.
Das Schweißen kann manuell oder automatisch unter Ablagern aufeinander folgender Zusatzmetallschichten entlang der Breite der Abfasung erfolgen, bis die Abfasung komplett gefüllt ist.
Beim Ablagern unterschiedlicher Schichten des Zusatzmetalls aufeinander in der Abfasung, können aus unterschiedlichen Gründen ein schlechtes Positionieren des Schweißbrenners, Verteilungsfehler des Schweißzusatzmetalls auftreten, die Vorsprünge oder Einbrüche der Schweißnaht bewirken.
Um dieser Art von Defekten abzuhelfen und zu vermeiden, dass Schweißnähte den technischen Spezifikationen nicht entsprechen, werden Kontrollen der aufeinander folgenden Schichten der Schweißnaht ausgeführt.
Eine der Hauptschwierigkeiten, die zu bewältigen sind, liegt aber in der hohen Temperatur, die im Inneren der Abfasung herrscht, und die von der Größenordnung von 200°C ist.
Aufgrund dieser Zwangslage und, in bestimmten Fällen, der Enge der Abfasung, kann der Gebrauch von Beleuchtungs- und Bildaufnahmemitteln nur in Betracht gezogen werden, wenn sie außerhalb der Abfasung angeordnet werden.
Das ist zum Beispiel der Fall des Gebrauchs eines punktförmigen oder ebenen Laserstrahls, der außerhalb der Abfasung im Wesentlichen senkrecht zu dieser Abfasung als Beleuchtung des Abfasungsbodens abgegeben wird.
In diesem Fall wird der Boden der Abfasung schlecht ausgeleuchtet, was es einem Bediener nicht erlaubt, die von den Bildaufnahmemitteln übertragenen Bilder richtig zu interpretieren und zu analysieren und dadurch zum Beispiel einen Defekt vom Typ Einbrandkerbe oder einen möglicherweise vorhandenen lokalen Einbruch der Schweißnaht zu erkennen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, die es durch einfach umzusetzende Mittel erlauben, das Profil einer Schweißnaht im Inneren einer Abfasung, die zwischen zwei metallischen Teilen eingerichtet ist, anzuzeigen und präzise zu kontrollieren.
Die Erfindung hat daher ein Verfahren zum Anzeigen und zur Kontrolle des Profils einer Schweißnaht im Inneren einer Abfasung, die zwischen zwei metallischen Teilen eingerichtet ist, zum Gegenstand, das dadurch gekennzeichnet ist, dass:

– im Inneren der Abfasung eine Einheit, die in Gegenüberlage Bildaufnahmemittel und eine Lichtquelle, deren Bündel auf die Bildaufnahmemittel gerichtet ist, und zwischen den Bildaufnahmemitteln und der Lichtquelle eine Maske aufweist, angeordnet wird,
– die optische Achse der Bildaufnahmemittel im Wesentlichen parallel zu den Seitenwänden der Abfasung ausrichtet wird,
– mit der Lichtquelle in Richtung der Maske und der Bildaufnahmemittel ein Lichtbündel mit der Lichtquelle erzeugt wird,
– mittels des Lichtbündels und der Maske eine zentrale Schattenzone und ein umfänglicher Lichthof gebildet wird, der die Schweißnaht und die Seitenwände im Wesentlichen senkrecht beleuchtet,
– das Profil der Schweißnaht und der Seitenwände auf Anzeige- und Kontrollmitteln angezeigt wird, und
– die Einheit im Inneren der Abfasung längs und parallel zu den Seitenwänden bewegt wird.

Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung:

– wird die Einheit möglichst nahe an der Schweißnaht angeordnet,
– wird die Einheit, die die Bildaufnahmemittel, die Lichtquelle und die Maske aufweist, mit einem Schweißbrennerkopf verbunden und werden beim Ablagern der Schweißnaht im Inneren der Abfasung mit dem Schweißbrennerkopf die Einheit und der Schweißbrennerkopf gleichzeitig im Inneren der Abfasung längs und parallel zu den Seitenwänden bewegt,
– wird das Profil der Schweißnaht nach ihrem Erstarren kontrolliert,
– werden das Profil der Schweißnaht während ihrer Ausbildung und Erstarrung kontrolliert und bei Bedarf in Abhängigkeit von den vordefinierten Schweißparametern die Einstellparameter des Schweißbrennerkopfs korrigiert,
– werden vor dem Anbringen der Einheit im Inneren der Abfasung koaxial die Bildaufnahmemittel, die Lichtquelle und die Maske angeordnet,
– werden die Entfernung zwischen der Lichtquelle und der Maske derart eingestellt, dass der Lichthof, der die Schweißnaht und die Seitenwände beleuchtet, optimiert wird,
– wird auf einem Kontrollbildschirm das Profil der Schweißnaht und der Seitenwände fernangezeigt,
– wird ein eventueller Defekt der Schweißnaht bemessen, indem auf dem Kontrollbildschirm direkt oder nach Verarbeitung der Bilder das Profil des Defekts mit den Maßen der Maske verglichen wird, und
– werden die Bilder des Profils der Schweißnaht auf einem entsprechenden Datenträger gespeichert.

Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zur Anzeige und Kontrolle einer Schweißnaht, die im Inneren einer Abfasung, die zwischen zwei metallischen Teilen eingerichtet wird, abgelegt ist, zum Gegenstand, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Folgendes aufweist:

– im Inneren der Abfasung eine Einheit, die in Gegenüberlage Bildaufnahmemittel, eine Lichtquelle, deren Bündel auf die Bildaufnahmemittel gerichtet ist, und, zwischen den Bildaufnahmemitteln und der Lichtquelle, eine Maske aufweist, um so eine zentrale Schattenzone und einen umfänglichen Lichthof, der im Wesentlichen senkrecht die Schweißnaht und die Seitenwände beleuchtet, auszubilden, und
– außerhalb der Abfasung Fernanzeigemittel für das Profil der Schweißnaht und der Seitenwände.

Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung:

– ist die Einheit mit einem manuellen oder automatischen Schweißbrenner verbunden,
– ist die Einheit bezüglich seiner Bewegungsrichtung stromabwärts des Schweißbrenners in der Abfasung in einer Entfernung kleiner als 100 cm angeordnet,
– bestehen die Bildaufnahmemittel aus einer Kamera,
– integriert die Kamera einen Mikroprozessor zum Analysieren der empfangenen Bilder in Abhängigkeit von vorbestimmten Schweißparametern,
– erzeugt der Mikroprozessor nach der Analyse der empfangenen Bilder bezüglich vorbestimmter Schweißparametern Korrektursignale für die Schweißparameter des automatischen Schweißbrenners,
– ist ein Endoskop zwischen der Maske und der Kamera eingefügt, und
– weist die Vorrichtung Mittel zum Herstellen von Warnsignalen auf, die dazu bestimmt sind, ein Abweichen der Parameter der Schweißnaht einem Bediener zu melden, so dass eine Korrektur der Schweißparameter vorgenommen werden kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich bei der Lektüre der folgenden Beschreibung, die beispielhaft und unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen gegeben wird, auf welchen:
1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Abfasung zwischen zwei zu verschweißenden Teilen ist, und bei der eine Anzeige- und Kontrollvorrichtung für das Profil einer Schweißnaht im Inneren der Abfasung angeordnet ist,
2 eine schematische Querschnittansicht einer Schweißnaht mit Beispielen für Defekte ist,
3 eine schematische perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeige- und Kontrollvorrichtung ist,
4 eine schematische perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeige- und Kontrollvorrichtung ist,
5 eine Darstellung eines Bilds des Profils der Schweißnaht ist, die mittels der erfindungsgemäßen Anzeige- und Kontrollvorrichtung erzeugt wird,
6 eine schematische perspektivische Ansicht eines Dampfgenerators und einer automatischen Schweißvorrichtung ist, die mit der erfindungsgemäßen Anzeige- und Kontrollvorrichtung ausgestattet ist, und
7 eine schematische Ansicht der automatischen Schweißvorrichtung ist, die mit der erfindungsgemäßen Anzeige- und Steuervorrichtung ausgestattet ist.
In 1 sind schematisch und teilweise zwei Teile 1 und 2, die zu verbinden sind, dargestellt, die Verbindungsflächen in Gegenüberlage aufweisen, die miteinander eine Schweißfase 3 mit einer präzisen und konstanten Form entlang der ganzen Länge oder des ganzen Umfangs der Teile 1 und 2 abgrenzen, in der man eine Schweißnaht 4 herstellt.
Beispielhaft sind die Teile 1 und 2 derart hergestellt, dass sie über Auflageabsätze, 1a bzw. 2a, gegeneinander zur Anlage kommen, wobei die Abfasung 3 eine schmale bzw. enge Abfasung sein kann, deren Seitenwände 5 und 6 der Teile 1 und 2 im Wesentlichen parallel sind oder miteinander einen sehr kleinen Winkel, beispielsweise kleiner als 5°, bilden, oder eine weite Abfasung, deren Seiten einen Winkel von 5° bis 90° bilden.
Je nach Anwendung kann das Schweißen der Teile 1 und 2 horizontal flach oder durch Stumpfnahtschweißen in q-Position („en corniche”) oder auch vertikal mit Hilfe eines nicht dargestellten manuellen oder automatischen Schweißbrennerkopfs ausgeführt werden.
Außerdem kann die Schweißung geradlinig oder orbital sein.
Beim Ablagern der aufeinander folgenden Zusatzmetallschichten in der Abfasung 3, kann sich aus verschiedenen Gründen, wie zum Beispiel in 2 gezeigt, ein Defekt des Typs Einbrandkerbe 4a oder Rinne auf der Wand 5 oder 6 oder ein Einbruch 4b der Schweißnaht oder eine schlechte Verteilung des Zusatzmetalls ergeben.
Um diese Art von Defekt zu korrigieren und um Schweißnähte zu vermeiden, die den technischen Spezifikationen nicht entsprechen, werden mittels einer Vorrichtung zur Anzeige und Kontrolle des Profils dieser Schweißnaht 4 Kontrollen der aufeinander folgenden Schichten der Schweißnaht 4 ausgeführt.
Diese Anzeige- und Kontrollvorrichtung weist eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 bezeichnete Einheit auf.
Die Einheit 10 wird im Inneren der Abfasung 3 angeordnet und entweder manuell oder automatisch gleichzeitig mit der Bewegung eines Schweißbrennerkopfs bewegt, wie unten erklärt wird, um das Profil der Schweißnaht 4 und die Seitenwände 5 und 6 der Abfasung 3 anzuzeigen.
Im Allgemeinen und wie schematisch in 1 gezeigt, weist die Einheit 10 drei Elemente auf, die in Gegenüberlage angeordnet sind, jeweils Bildaufnahmemittel 11, eine Lichtquelle 12 und eine Maske 13, die zwischen den Bildaufnahmemitteln 11 und der Lichtquelle 12 angeordnet ist.
Das Bündel der Lichtquelle 12 wird auf die Bildaufnahmemittel 11 gerichtet, und die optische Achse dieser Bildaufnahmemittel 11 ist im Wesentlichen parallel zu den Seitenwänden 5 und 6 der Abfasung 3 ausgerichtet.
Wie üblich, ist die Lichtquelle 12 durch ein Kabel mit einer Stromversorgung, nicht dargestellt, verbunden, und sie besteht zum Beispiel aus einer Glühlampe, einer Leuchtdiode oder aus einem flachen Laser in einem sichtbaren oder nicht sichtbaren Spektrum, oder aus jedem anderen geeigneten Mittel eines bekannten Typs.
Die aus den Bildaufnahmemitteln 11, der Lichtquelle 12 und der Maske 13 gebildete Einheit 10 wird von einem Träger 20 gehalten, der aus einer Platte 21 (3 und 4) besteht, deren Stärke so festgelegt wird, dass ihr Positionieren im Inneren der Abfasung 3 möglich ist.
Wie auf den 3 und 4 gezeigt, weist die Maske 13 vorzugsweise die Form eines Kegelstumpfs auf, wobei andere Formen, wie zum Beispiel die Form eines vollständigen Kegels oder die Form einer Scheibe mit geringer Stärke in Betracht gezogen werden können.
In dem Fall einer Maske 13 mit der Form eines Kegelstumpfs oder eines Kegels wird seine Basis der Lichtquelle 12 zugekehrt angeordnet.
Diese Lichtquelle 12 befindet sich möglichst nahe zu der gegenüber liegenden Seite der Maske, so dass in Richtung der Maske 13 und der Bildaufnahmemittel 11 ein Lichtbündel erzeugt wird, dessen resultierender Lichtstrom zu der Schweißnaht 4 und den Seitenwänden 5 und 6 gerichtet ist.
Gemäß einer ersten Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, bestehen die Bildaufnahmemittel aus einer Kamera 11, die von der Platte 21 des Trägers 20 gehalten wird und koaxial in Bezug zu der Lichtquelle 12 und der Maske 13 angeordnet ist.
Bei dieser Ausführungsform wird die von der Platte 21 des Trägers 20 gehaltene Einheit, die aus der Kamera 11, der Lichtquelle 12 und der Maske 13 besteht, im Inneren der Abfasung 3 angeordnet, um die Kontrolle des Profils der Schweißnaht 4 und der Seitenwände 5 und 6 dieser Abfasung 3 auszuführen.
Gemäß einer zweiten, in 4 dargestellten Ausführungsform sind die Lichtquelle 12 und die Maske 13 koaxial angeordnet, und die Bildaufnahmemittel bestehen aus einer Kamera 16, die senkrecht zu der Lichtquelle 12 angeordnet ist.
Bei dieser Ausführungsform ist ein Zwischenelement, das es erlaubt, das Bild zu übertragen, zwischen der Lichtquelle 12 und der Kamera 16 angeordnet. Dieses Zwischenelement besteht zum Beispiel aus einem Mittel des Typs Endoskop 17, das eine Röhre 18 aufweist, von der ein erstes Ende 18a mit einem Fenster 19 versehen ist, das in der Achse der Lichtquelle 12 angeordnet ist, und von der ein zweites Ende 18b mit der Kamera 16 verbunden ist. Die Röhre 18 des Endoskops 17 enthält die erforderlichen optischen Organe bekannten Typs, wie zum Beispiel Prismen oder Spiegel, die es erlauben, das Bild auszurichten und bis zu der Kamera 16 zu übertragen. Dieses Endoskop 17 enthält keine Lichtquelle.
Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform werden bei der Kontrolle des Profils der Schweißnaht 4 und der Seitenwände 5 und 6 nur die Lichtquelle 11, die Maske 13 und das Ende 18a der Röhre 18 des Endoskops 17 im Inneren der Abfasung 3 in der Nähe der Schweißnaht 4 angeordnet.
Die Kamera 11 oder 16 ist durch ein Kabel mit Mitteln für die Anzeige- und Kontrolle von Bildern, vorzugsweise gebildet durch einen Bildschirm, nicht dargestellt, verbunden, was es erlaubt, das Profil der Schweißnaht 4 und der Seitenwände 5 und 6 fern anzuzeigen.
Die Kontrolle des Profils der Schweißnaht 4 und der Seitenwände 5 und 6 der Abfasung 3 erfolgt wie unten beschrieben.
Vor der Durchführung der Kontrolle des Profils der Schweißnaht 4 ordnet man koaxial zu der Kamera 11, die Lichtquelle 12 und die Maske 13 auf der Platte 21 des Trägers 20 in dem Fall der in 3 dargestellten Ausführungsform an, oder man ordnet koaxial das Ende 18a der Röhre 18 des Endoskops 17, die Lichtquelle 12 und die Maske 13 auf der Platte 21 des Trägers 20 in dem Fall der in 4 dargestellten Ausführungsform an.
Dann platziert man die Einheit 10 in die Abfasung 3, orientiert die optische Achse der Kamera 11 oder die optische Achse des Fensters 19 des Endoskops 17 parallel zu den Seitenwänden 5 und 6 der Abfasung 3, und justiert die Entfernung zwischen der Lichtquelle 12 und der Maske 13 derart, dass die Beleuchtung der Schweißnaht 4 und der Seitenwände 5 und 6 optimiert wird.
5 zeigt das Bild, das man auf einem Kontroll- und Anzeigebildschirm erzielt, wenn die Einheit 10 in der Abfasung 3 angeordnet ist und sich parallel zu der Schweißnaht 4 bewegt.
Die Lichtquelle 12 erzeugt in Richtung der Maske 12 ein Lichtbündel, das, wie in 5 gezeigt, die Ausbildung einer zentralen Schattenzone A hat, die dem Teil der Lichtquelle 12 entspricht, der von der Maske 13 verdeckt wird, und einen umfänglichen Lichthof B, der dem Teil der Lichtquelle 12 entspricht, der für die Kamera um die Maske 13 herum sichtbar ist, wobei der umfängliche Lichthof B die Schweißnaht 4 und die Seitenwände 5 und 6 der Abfasung 3 im Wesentlichen senkrecht beleuchtet.
In 5 entspricht die dunkele Zone C, die zwischen dem Lichthof B einerseits und dem beleuchteten und von den Abschnitten der beleuchteten Wände 5 und 6 umrahmten Profilabschnitt andererseits liegt, den Oberflächen der Schweißnaht 4 und den Oberflächen der Wände 5 und 6, die nicht beleuchtet sind und sich im Hintergrund der Lichtquelle 13 befinden.
Die Einheit 10 wird im Inneren der Abfasung 3 entlang und parallel zu den Wänden 5 und 6 bewegt, was es erlaubt, das Profil der Schweißnaht 4 und der Seitenwände 5 und 6 anzuzeigen und zu kontrollieren.
Diese Kontrolle kann nach dem Erstarren der Schweißnaht 4 oder während ihrer Ausbildung und Erstarrung erfolgen, so dass es bei Bedarf möglich ist, die Einstellparameter des Schweißbrennerkopfs in Abhängigkeit von den vorbestimmten maßlichen oder qualitativen Kriterien der Schweißnaht zu korrigieren.
Das Anzeigen des Profils der Schweißnaht 4 erlaubt es, einen eventuellen Defekt dieser Schweißnaht 4 zu bemessen, indem direkt auf dem Kontrollbildschirm das Profil des Defekts mit den Maßen der Maske 13 verglichen wird.
Die Bilder des Profils der Schweißnaht 4 können aufgezeichnet werden.
Wie in 5 gezeigt, erlaubt es der Kontrast, den man so zwischen der Schattenzone und den von dem Lichthof beleuchteten Zonen erzielt, einem Bediener, der die Bilder auf dem Kontrollbildschirm anzeigt, sofort einen Defekt der Schweißnaht zu erkennen.
Die Einheit 10 ist im Inneren der Abfasung 3 mit einem manuellen Schweißbrenner oder einem automatischen Schweißbrenner verbunden.
Unter Bezugnahme auf 6 und 7 wird nun ein Gebrauchsbeispiel der Einheit 10 mit einem automatischen Schweißbrennerkopf zum Schweißen in einer schmalen Abfasung und Stumpfnahtschweißung in q-Position („en corniche") von zwei großdurchmessrigen röhrenförmigen zylindrischen Teilen eines Bauteils eines Kernreaktors, wie zum Beispiel eines Dampferzeugers, beschrieben.
In 6 ist ein Dampferzeuger 30 dargestellt, dessen Außenmantel wie herkömmlich aus zwei Teilen, 31 bzw. 32, besteht, die getrennt in einem Dampferzeugerraum 33 eingeführt werden, wobei der obere Teil 31 des Dampferzeugers 30 an den unteren Teil 32, der zuvor in Stellung gebracht und am Hauptkreislauf des Reaktors angeschlossen wurde, angesetzt wird.
Zum Durchführen des Anschließens werden die zwei zusammenzufügenden Teile 31 und 32 Ende an Ende angeordnet, so dass sie Verbindungsoberflächen in Gegenüberlage aufweisen, die sorgfältig so bearbeitet sind, dass zwischen ihnen eine Schweißabfasung, nicht dargestellt, mit einer präzisen und konstanten Form entlang des ganzen Umfangs der Teile 31 und 32, entlang dessen man eine Schweißnaht verwirklicht, bestimmt wird.
Beispielhaft hat die Abfasung eine Tiefe von 90 mm und ist in der Größenordnung von 10 mm schmal.
Die Ausführung der Schweißnaht zwischen den Teilen 31 und 32, die in eine überlagerte Fügeanordnung platziert sind, die geläufig mit dem Ausdruck Stumpfnahtschweißung in q-Position („en corniche") bezeichnet wird, erfordert den Einsatz einer geeigneten Schweißvorrichtung sowie von Bewegungs- und Steuermitteln, die es erlauben, Schweißvorgänge vollautomatisch mit Fernsteuerung auszuführen und gleichzeitig eine perfekte Qualität der Schweißung sicherzustellen.
Eine derartige automatische Schweißvorrichtung, die insgesamt in 6 das Bezugszeichen 40 trägt, ist in der französischen Patentanmeldung Nr. 2 877 246 beschrieben.
In dem vorliegenden Fall ist die automatische Schweißvorrichtung 30 mit einer Anzeige- und Kontrollvorrichtung für das Profil der Schweißnaht, die im Inneren der Abfasung, die zwischen den zwei Teilen 31 und 32 eingerichtet ist, abgelegt ist, verbunden.
Wie auf 7 gezeigt, besteht die mit dem allgemeinen Bezugszeichen 40 bezeichnete automatische Schweißvorrichtung insbesondere aus einem Schweißkopf 41 und einer Schiene 42 zum Umlaufenlassen dieses Schweißkopfs 41. Die Schiene 42 ist zu dem Teil 31 konzentrisch und weist auf ihrer Außenseite, der gegenüber dem Teil 31 entgegen gesetzten, eine Zahnstange 43 auf.
Diese Schiene 42, die aus mehreren nebeneinander liegenden Abschnitten aufgebaut ist, die untereinander durch entsprechende herkömmliche Mittel, nicht dargestellt, verbunden sind, ist an dem Teil 31 mit gleichmäßig verteilten Füßen 44 befestigt.
Das Bewegen des Schweißkopfs 41 auf der Schiene 42 um die Teile 31 und 32 erfolgt durch einen Wagen 45, der insbesondere den Schweißkopf 41 trägt und mit Rollen 46 ausgestattet ist, die jeweils auf dem oberen Rand und dem unteren Rand der Schiene 42 angeordnet sind. Die Bewegung des Wagens 45 wird von einem Elektromotor, nicht dargestellt, sichergestellt, der auf diesem Wagen 45 sitzt und dessen Ausgangswelle ein Ritzel, nicht dargestellt, das in die Zahnstange 43 der Schiene 42 eingreift, antreibt.
Die Trageinheit des Schweißbrenners 41 weist Mittel 47 zum Bewegen dieses Schweißbrenners 41 in Richtung der Tiefe der Abfasung und in Richtung der Breite dieser Abfasung auf.
Der Kopf des Schweißbrenners 41 weist einen vorderen Teil 50 auf, der dazu bestimmt ist, in die Abfasung zwischen den Teilen 31 und 32 eingefügt zu werden, und dieser Kopf weist eine Stärke auf, die im Wesentlichen kleiner ist als die Breite dieser Abfasung.
Herkömmlich wird der Schweißbrenner 41 mit einem Auftragsmetalldraht, nicht dargestellt, versorgt, in dem ein elektrischer Strom läuft, um sein Schmelzen im Inneren der Abfasung durch einen Lichtbogen auszuführen.
Der Auftragsmetalldraht ist auf einer Lagerspule 51 angeordnet, und eine Antriebsvorrichtung 52 erlaubt es, den Schweißbrenner 41 mit dem Auftragsmetalldraht zu versorgen.
Wie auf 7 gezeigt, ist der Schweißkopf 41 mit einer Einheit 10 zur Kontrolle und zum Anzeigen des Profils der Schweißnaht im Inneren der Abfasung, die zwischen den Teilen 31 und 32 eingerichtet ist, verbunden. Diese Einheit 10 ist wie bei einer der vorhergehenden Ausführungsformen und weist eine Lichtquelle 12, eine Maske 13 und entweder eine Kamera 11 (3) oder eine Kamera 16 verbunden mit einem Endoskop 17 (4) auf.
Diese Einheit 10 ist stromabwärts des Schweißbrenners 41 in Bezug auf seine Bewegungsrichtung in der Abfasung in einer Entfernung von weniger als 100 cm angeordnet.
Beim Bilden der Schweißnaht im Inneren der Abfasung durch den Kopf des Schweißbrenners 41 erlaubt es die Einheit 10, das Profil der Schweißnaht und der Seitenwände der Abfasung, die zwischen den Teilen 31 und 32 eingerichtet ist, zu kontrollieren und anzuzeigen.
Diese Kontrolle des Profils der Schweißnaht erfolgt während ihrer Ausbildung und Erstarrung und die Einstellparameter des Kopfs des Schweißbrenners 41 können in Abhängigkeit von vordefinierten Schweißparametern korrigiert werden.
Dazu kann die Kamera 11 oder 16 einen Rechner oder einen Mikroprozessor integrieren, der das Analysieren der empfangenen Bilder in Abhängigkeit von den vorbestimmten Schweißparametern erlaubt.
Gemäß einer Variante kann der Rechner oder der Mikroprozessor von der Kamera 11 oder 16 unabhängig sein.
Nach der Analyse der empfangenen Bilder im Vergleich zu den vorbestimmten Schweißparametern, kann der in die Kamera integrierte oder nicht integrierte Mikroprozessor Korrektursignale der Schweißparameter des automatischen Schweißbrenners erzeugen.
Im Allgemeinen können mit der erfindungsgemäßen Kontroll- und Anzeigevorrichtung, die mit einem Kopf eines Schweißbrenners gebunden ist, zwei Arten von Korrekturen an einer Schweißnaht in Betracht gezogen werden.
In dem Fall, in dem ein Defekt auf dem Bild, das aus der Kamera hervorgeht, oder das direkt von dieser Kamera analysiert wird, erkannt wird, kann man in Abhängigkeit von bestimmten Kriterien einen Bediener warnen, der das Schweißen stoppt und behebende Aktionen auslöst.
Wenn ein Defekt als wenig bedeutsam betrachtet wird, kann der Bediener beschließen, das Aufbringen der Schweißnaht so fortzusetzen, dass der Defekt beim zweiten Durchgang, beim nächsten Mal, vorteilhafterweise weggeschmolzen wird, ohne dass ein lokales Stoppen und Wiederaufnehmen der Schweißnaht erforderlich ist.
In dem Fall eines automatischen Schweißens ist es möglich, Korrekturbefehle der Schweißparameter an den Schweißbrenner zu senden, um zu vermeiden, dass sich ein Trend zu einer schlechten Qualität der Schweißnaht, die dadurch den Kriterien nicht mehr entspricht, verstarkt.
Das Erfassen des allmählichen Verlagerns bestimmter Schweißparameter zu inakzeptablen Werten kann entweder von einem Prüfer, der einen Kontrollbildschirm überwacht, auf dem er über die Aufnahme durch die Kamera und über dem Bild überlagerte visuelle Mittel verfügt, die es ihm erlauben, die Formabweichung der Schweißnaht zu beurteilen, oder durch den in die Kamera integrierten oder nicht integrierten Rechner in Abhängigkeiten von Variationswerten bestimmter Parameter, die vorab ausgewählt werden, analysiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- FR 2877246 [0066]

Claims

Verfahren zur Anzeige und Kontrolle des Profils einer Schweißnaht (4) im Inneren einer Abfasung (3), die zwischen zwei metallischen Teilen (1, 2; 31, 32) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass: – im Inneren der Abfasung (3) eine Einheit (10) angeordnet wird, die in Gegenüberlage Bildaufnahmemittel (11; 16, 17), eine Lichtquelle (12), deren Lichtbündel auf die Bildaufnahmemittel (11; 16, 17) gerichtet ist, und zwischen den Bildaufnahmemitteln (11; 16, 17) und der Lichtquelle (12) eine Maske (13) aufweist, – die optische Achse der Bildaufnahmemittel (11; 16, 17) im Wesentlichen parallel zu den Seitenwänden (5, 6) der Abfasung (3) ausgerichtet wird, – in Richtung der Maske (13) und der Bildaufnahmemittel (11; 16, 17) ein Lichtbündel mit der Lichtquelle (12) erzeugt wird, – über das Lichtbündel und die Maske (13) eine zentrale Schattenzone und ein umfänglicher Lichthof gebildet wird, der im Wesentlichen senkrecht die Schweißnaht (4) und die Seitenwände (5, 6) beleuchtet, – das Profil der Schweißnaht (4) und der Seitenwände (5, 6) auf dem Anzeige- und Kontrollmittel angezeigt werden, und – die Einheit (10) im Inneren der Abfasung (3) längs und parallel zu den Seitenwänden (5, 6) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (10) möglichst nahe an der Schweißnaht (4) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass: – die Einheit (10), die die Bildaufnahmemittel (11; 16, 17), die Lichtquelle (12), und die Maske (13) aufweist, mit einem Kopf eines Schweißbrenners verbunden wird, und – im Inneren der Abfasung (3) längs und parallel zu den Seitenwänden (5, 6) die Einheit (10) und der Kopf des Schweißbrenners gleichzeitig bewegt werden, während die Schweißnaht im Inneren der Abfasung (3) mit dem Kopf des Schweißbrenners abgelagert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der Schweißnaht (4) nach deren Erstarren kontrolliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der Schweißnaht (4) während ihrer Ausbildung und Erstarrung kontrolliert und in Abhängigkeit von vorbestimmten Schweißparametern bei Bedarf die Einstellparameter des Kopfs des Schweißbrenners korrigiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Anbringen der Einheit (10) im Inneren der Abfasung (3) das Bildaufnahmemittel (11), die Lichtquelle (12) und die Maske (13) koaxial angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung zwischen der Lichtquelle (12) und der Maske (13) derart justiert wird, dass der Lichthof, der die Schweißnaht (4) und die Seitenwände (5, 6) beleuchtet, optimiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Kontrollbildschirm das Profil der Schweißnaht (4) und der Seitenwände (5, 6) fernangezeigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein eventueller Defekt der Schweißnaht (4) gemessen wird, indem direkt auf dem Kontrollbildschirm oder nach einer digitalen Verarbeitung der Bilder das Profil des Defekts mit den Maßen der Maske (13) verglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilder des Profils der Schweißnaht (4) aufgezeichnet werden.
Vorrichtung zur Anzeige und Kontrolle des Profils einer Schweißnaht (4), die im Inneren einer Abfasung (3), die zwischen zwei metallischen Teilen (1, 2; 31, 32) eingerichtet ist, abgelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie Folgendes aufweist: – im Inneren der Abfasung (3) eine Einheit (10), die in Gegenüberlage Bildaufnahmemittel (11; 16, 17) und eine Lichtquelle (12), deren Bündel auf die Bildaufnahmemittel (11; 16, 17) gerichtet ist, und, zwischen den Bildaufnahmemitteln (11; 16, 17) und der Lichtquelle (12), eine Maske (13) zur Ausbildung einer zentralen Schattenzone und eines umfänglichen Lichthofs, der im Wesentlichen senkrecht die Schweißnaht (4) und die Seitenwände (5, 6) beleuchtet, aufweist und – außerhalb der Abfasung (3) Mittel zum dezentralen Anzeigen des Profils der Schweißnaht (4) und der Seitenwände (5, 6).
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (10) mit einem manuellen Schweißbrenner verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (10) mit einem automatischen Schweißbrenner verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (10) stromabwärts des Schweißbrenners in Bezug auf seine Bewegungsrichtung in einer Entfernung, die kleiner ist als 100 cm, in der Abfasung (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmemittel aus einer Kamera (11; 16) gebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (11; 16) einen Mikroprozessor integriert, um so die empfangenen Bilder in Abhängigkeit von vorbestimmten Schweißparametern zu analysieren.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor nach dem Analysieren der empfangenen Bilder im Vergleich zu vorbestimmten Schweißparametern Korrektursignale für die Schweißparameter des automatischen Schweißbrenners erzeugt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endoskop (17) zwischen die Maske (13) und die Kamera (16) eingefügt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zum Erzeugen von Warnsignalen aufweist, die dazu bestimmt sind, eine Verschiebung der Parameter der Schweißnaht (4) einem Bediener zum Durchführen einer Korrektur der Schweißparameter zu melden.