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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung zur Online-Prüfung einer durch eine Schweiß- und/oder Lötvorrichtung hergestellten Schweiß- und/oder Lötverbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Online-Prüfung einer durch einen Schweiß-/Lötroboter hergestellten Schweiß-/Lötverbindung.
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Aus der
DE 10 2007 009 275 A1 ist ein Fertigungsrobotersystem mit einem korrigierenden Regelsystem bekannt, welches nach einer durch den Fertigungsroboter durchgeführten Bearbeitung eine automatische Prüfung des hergestellten Werkstückes vornimmt. Darüber hinaus wird aufgrund der bei der Prüfung ermittelten Messdaten eine mögliche Abweichung von vorgegebenen Solldaten ermittelt. Bei einer vorliegenden Abweichung werden dabei von der Steuereinheit Korrekturdaten bestimmt, die die Steuerparameter des Fertigungsroboters automatisch korrigieren, wodurch ein erneutes Auftreten der Abweichung bei der Bearbeitung der nachfolgenden Werkstücke vermieden werden soll.
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Generell arbeiten derzeit verfügbare, Prozessdaten verarbeitende Prüfsysteme an Schweiß- bzw. Lötrobotern überwiegend mit einer sogenannten Strom-/Spannungsanalyse, mit Hilfe welcher die Prüfeinrichtungen jedoch nicht in der Lage sind, sämtliche Fehler, insbesondere bei komplexen Nahtgeometrien, zu erkennen.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine Prüfeinrichtung für einen Schweiß- bzw. Lötprozess anzugeben, die eine Online-Prüfung einer durch einen Schweiß- bzw. Lötroboter hergestellten Schweiß- bzw. Lötverbindung ermöglicht und eine sehr fehlerarm arbeitende Prüfung der hergestellten Schweiß- bzw. Lötverbindung gewährleistet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Prüfeinrichtung zur Überprüfung einer von einem Schweiß- bzw. Lötroboter hergestellten Schweiß- bzw. Lötverbindung mit zumindest zwei unabhängig voneinander arbeitenden Messmodulen auszustatten, welche unterschiedliche und sich nicht gegenseitig beeinflussende Messgrößen bzw. Prozessparameter erfassen. Die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung weist dabei zusätzlich eine Auswerteeinrichtung auf, die die von den Messmodulen ermittelten Werte auswertet und klassifiziert. Bei den unabhängig voneinander arbeitenden Messmodulen handelt es sich um ein erstes Messmodul, das die elektrischen Signale des Schweiß- bzw. Lötprozesses analysiert und ein zweites Messmodul, das die hergestellte Schweiß- bzw. Lötverbindung optisch analysiert. Durch die unabhängig voneinander arbeitenden Messmodule, mit deren Hilfe Messwerte erfasst werden, die sich nicht gegenseitig beeinflussen, kann eine besonders exakte Prüfung der Schweiß- bzw. Lötverbindung erfolgen, wobei diese Prüfung zu dem eine sehr kleine Fehlerrate aufweist. Die Prüfeinrichtung ermöglicht eine Online-Prüfung des Schweiß- bzw. Lötergebnisses, so dass eine zeitlich bzw. örtlich nachgelagerte Qualitätsprüfung nicht mehr erforderlich ist. Dies gewährleistet eine prozessoptimierte und kostengünstige Herstellung der Schweiß- bzw. Lötverbindung.
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Aus den von den Messmodulen gewonnenen Messwerten werden charakteristische Merkmale extrahiert, die nach Weiterverarbeitung Auskunft über die Qualität des Schweiß- bzw. Lötprozesses geben. Wenn die charakteristischen Merkmale einen vorgegebenen Toleranzbereich verlassen oder mindestens ein aus diesen Merkmalen berechneter Fehlerindex einen vorgegeben Grenzwert überschreitet, erkennt die Prüfeinrichtung dies als Prozessfehler bzw. als Prozessinstabilität, so dass ggf. Korrekturmaßnahmen erfasst werden. Der Toleranzbereich bzw. Grenzwert wird dabei von vorab definiert und grenz üblicherweise den Bereich für eine Gutschweißung bzw. eine Gutlötung ab. Aus dem Überschreiten des Toleranzbereiches bzw. Grenzwertes kann dann online (d. h. prozessbegleitend) auf einen Schweiß- bzw. Lötfehler geschlossen werden.
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Bei einigen störenden Prozessbeeinflussungen (im Falle des MSG-Schweißens beispielsweise bei seitlichem Brennerversatz und/oder Änderung des Kontaktrohrabstandes und/oder zu großer oder zu kleiner Spaltbreite) ist die Prüfeinrichtung in der Lage, eine adaptive Korrektur des die Schweiß- bzw. Lötverbindung herstellenden Roboters und/oder der Stromquelle durchzuführen: Erkennt die Auswerteeinrichtung, dass die charakteristischen Merkmale (bzw. Kombination von Merkmalen – ein sogenanntes „Merkmalsmuster”), die dieser Prozessbeeinflussung zugeordnet sind, den ihnen zugewiesenen Toleranzbereich verlassen, so ist die Auswerteeinrichtung in der Lage, den Roboter und/oder die Stromquelle in einer solchen Weise regelnd anzusteuern, dass die entsprechenden Merkmale (bzw. Merkmalsmuster) wieder in den Toleranzbereich verschoben werden. Die Auswerteeinrichtung kann dabei beispielsweise auf vorab festgelegte Grenzwerte bzw. Toleranzbereiche zurückgreifen und/oder sogar lernfähig ausgebildet sein, so dass sie während der Prüfung der hergestellten Schweiß- bzw. Lötverbindung einen stetigen Lernprozess durchläuft und dadurch zur Optimierung der herzustellenden Schweiß- bzw. Lötverbindung beiträgt.
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Alternativ zu der oben beschriebenen Ausführungsform, bei der für die charakteristischen Merkmale Toleranzbereiche vorgegeben sind, in dem sich diese Merkmale bewegen sollen, können beispielsweise auch Schwellwerte definiert sein, die von den Merkmalen nicht überschritten werden sollen. Weiterhin können Kombinationen bzw. Korrelationen mehrerer Merkmale betrachtet werden: Wenn beispielsweise die Verteilung der ermittelten Werte nicht einem vorab festgestellten Verhältnis bzw. Muster entspricht, so deutet dies ein fehlerhaftes Schweiß- bzw. Lötergebnis an; dabei kann es insbesondere vorkommen, dass mehrere Merkmale um einen geringen Betrag von ihrem jeweiligen Sollwert abweichen, so dass keiner von ihnen seine Toleranzgrenzen überschreitet, wobei die Abweichungen dieser mehreren Merkmale jedoch – im Zusammenhang betrachtet – einen Hinweis auf eine Instabilität bzw. einen Prozessfehler geben.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch
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1 eine Schweißvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung zur Prüfung der hergestellten Schweißverbindung,
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2 einen möglichen Schweißstrom- und -spannungsverlauf,
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3a eine Aufsicht auf eine konkrete Schweißung entlang einer Schweißbahn;
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3b eine Detailansicht eines Bereichs IIIb der Schweißung der 3a;
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3c ein Diagramm der Abweichungen eines für den Schweißprozess charakteristischen Merkmals entlang einer Schweißbahn, für die konkrete Schweißung der 3a;
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3d ein Diagramm der kumulierten Abweichungen mehrerer Merkmale von zugehörigen Referenzwerten entlang einer Schweißbahn, für die konkrete Schweißung der 3a;
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3e ein Diagramm von Fehlerindizes, welche unterschiedlichen Fehlertypen bzw. Störungstypen der Schweißung der 3a zugeordnet sind;
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3f ein Diagramm der Abweichungen ausgewählter Einzelmerkmal von zugehörigen Referenzwerten entlang einer Schweißbahn, für die konkrete Schweißung der 3a;
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4 Beispiele von Kamerabildern eines vor bzw. hinter der Schweißstelle angeordneten Lichtschnittsensors;
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5 eine beispielhafte Darstellung von Toleranzbereichen der Merkmalsabweichungen für einen bestimmten Fehlertyp.
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1 zeigt schematisch eine an einem (in 1 nicht dargestellten) Schweißroboter befestigte MSG-Schweißvorrichtung 10 mit einer Prüfeinrichtung 1 zur Online-Prüfung einer durch die Schweißvorrichtung 10 hergestellten Schweißverbindung 3 zwischen zwei schematisch angedeuteten Bauteilen 12, 13. Die Schweißvorrichtung 10 wird dabei mit Hilfe des Schweißroboters entlang einer Bahnkurve in einer Schweißrichtung 6 über die Bauteile 12, 13 geführt. Die Prüfeinrichtung 1 umfasst eine Messeinrichtung 2 zum Erfassen von Prozessparametern des Schweißprozesses und/oder der Schweißverbindung 3. Die Prüfeinrichtung 1 umfasst weiterhin eine Auswerteeinrichtung 11, in der die von der Messeinrichtung 2 ermittelten Messwerte ausgewertet und klassifiziert werden. Um eine möglichst hohe Prüfgenauigkeit und eine möglichst geringe Fehlerrate erzielen zu können, weist die Messeinrichtung 2 zumindest zwei unabhängig voneinander arbeitende Messmodule 4 und 5 auf. Das erste Messmodul 4 wertet beim Schweißprozess auftretende elektrische Signale der Schweißvorrichtung 10 aus, während das zweite Messmodul 5 optische Messwerte der hergestellten Schweißverbindung 3 aufnimmt und analysiert. Diese optische Analyse erfolgt im Ausführungsbeispiel der 1 mittels zweier in Schweißrichtung 6 nacheinander angeordneter Bilderfassungseinrichtungen 7 und 8; im vorliegenden Ausführungsbeispiel zeichnet die erste Bilderfassungseinrichtung 7 einen ersten Messbereich 17 auf, der in Schweißrichtung 6 unmittelbar vor der momentanen – durch die Position des Lichtbogens 19 charakterisierten – Schweißstelle gelegen ist, während die zweite Bilderfassungseinrichtung 8 einen zweiten Bereich 18 aufzeichnet, der der Position des Lichtbogens 19 in Schweißrichtung 6 nachgelagert ist. Die Bilderfassungseinrichtungen 7 und 8 können dabei jeweils von einem Laser 9 ausgesandte und von den zugeordneten Bereichen 17, 18 auf den Bauteilen 12 bzw. 13 reflektierte Strahlung erfassen, wobei zur verbesserten Erfassung ein optisches Filter 14 vor die Bilderfassungseinrichtungen 7 und/oder 8 gesetzt werden kann. Weiterhin kann zur besseren Beleuchtung der Szenerie ein Stroboskop 15 vorgesehen sein welches definierte Lichtblitze in regelmäßig zeitlichen Abständen abgibt. Eine solche Stroboskopbeleuchtung, bei der in einer ansonsten dunkler Umgebung Bewegungen abgehackt als eine Abfolge von stehenden Bildern erscheinen, was die Auswertung der erfassten Signale erleichtert.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung 1 ist es möglich, zur Klassifizierung von Fehlertypen Messwerte bzw. Ergebnisse aus zwei unabhängig voneinander arbeitenden Messsystemen 4, 5 heranzuziehen, nämlich einerseits die Analyse der elektrischen Signale des Schweißprozesses und andererseits die Daten eines optischen Messmoduls 5, das Bereiche 17, 18 vor und hinter dem Lichtbogen, also außerhalb der eigentlichen Schweißung, beobachtet. Aus der Vielfalt der möglichen Messwerte werden dabei diejenigen ermittelt, die den wesentlichen Merkmalen des Schweiß-/Lötprozesses entsprechen, die also das Schweißergebnis charakterisieren und eine eindeutige Klassifizierung des Prozesssignals gestatten. Dabei kann der Verlauf eines jeden Merkmals als Funktion der Zeit ermittelt werden. Die Schweißung erfolgt dabei an Bauteilen 12, 13 entlang einer 3D-Bahnkurve, so dass die Variable „Zeit” der Position entlang der Bahnkurve entspricht. Zunächst werden bei der Prüfung hierbei Merkmalsverläufe für Gutschweißungen gemessen, welche im späteren Prüfverfahren als Referenzen dienen. Da die Schweißbahnen üblicherweise komplexen 3D-Bahnkurven an realen Bauteilen 12, 13 entsprechen, variieren die Merkmale typischerweise entlang der Referenzbahnkurve. Zur Klassifizierung werden dabei die Merkmalsverläufe aktueller Schweißungen entlang der Bahnkurve mit den Gutschweißungen entlang der Bahnkurve verglichen, wobei die Abweichungen, sofern sie einen vorgegebenen Toleranzbereich verlassen, Auskunft über Vorhandensein, Art und Schwere von Fehlern geben.
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Das erste Messmodul 4 ermittelt dabei während des Schweißprozesses entlang der Bahnkurve prozessbegleitend (d. h. online) unterschiedliche elektrische Parameter, wie beispielsweise (Schweiß-)Spannung und (Schweiß-)Strom. Diese elektrischen Signale werden dann mit Referenzsignalen einer Gutschweißung verglichen; sind die Abweichungen zu groß, werden ggf. Korrekturmaßnahmen ergriffen.
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Das zweite Messmodul 5 weist – wie oben erwähnt – zwei Bilderfassungseinrichtungen 7 und 8 (d. h. CCD-Kamera zur Erfassung von 2D-Bilddaten) auf, welche üblicherweise zusätzlich jeweils einen Lasertriangulationssensor umfassen. Bei solchen Triangulationssensoren können – beispielsweise mit Hilfe eines aufgeweiteten Laserstrahls – sogenannte Lichtschnitte hergestellt werden, aus denen ein Höhenprofil ermittelt werden kann. Durch die Aufnahme optischer Informationen im Bereich 17 unmittelbar vor dem Lichtbogen 19 und im Bereich 18 unmittelbar hinter dem Lichtbogen 19 erhält man zwei Bilder, welche in der Auswerteeinrichtung 11 ausgewertet werden, zum einen mit dem Ziel der Nahtfehlerdetektion und zum anderen mit dem Ziel, Korrekturgrößen für eine Prozessregelung/-optimierung zu gewinnen. Aus den Bildern aus Bereich 17 lassen sich zum einen Prozesseingangsgrößen (Brennerversatz, Spaltbreite) extrahieren, zum anderen enthalten sie Informationen über den vorderen Teil des Schmelzbades. Die Bilder aus Bereich 18 enthalten Informationen über den hinteren Teil des Schmelzbades, die Schmelzbaderstarrung sowie die erstarrte Nahtoberfläche.
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Zur Fehlerklassifikation an sich werden sowohl Merkmale aus der Analyse des ersten Messmoduls 4 als auch Merkmale aus der Analyse des zweiten Messmoduls 5 herangezogen. Durch beide Prüfmodule 4 und 5 erhält man jedoch eine gewisse Redundanz und damit Sicherheit der Aussage, insbesondere dann, wenn eines der beiden Messmodule 4 oder 5 temporär nicht auswertbare Daten liefert oder das Analyseergebnis eines der Messmodule 4 oder 5 nicht eindeutig ermittelt werden kann.
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Gemäß 2 werden für die Referenz die Zeitverläufe unterschiedlicher Parameter (Spannung, Strom, etc.) entlang der Bahnkurve bei einer Gutschweißung gemessen und daraus verschiedene, diese Parameterverläufe beschreibende Merkmale berechnet. Dann werden dieselben Zeitverläufe für eine weitere Schweißung gemessen. Zur Beurteilung, ob die weitere Schweißung Fehler aufweist, können unterschiedliche Auswertestrategien zum Einsatz kommen:
- (a) Eine erste Auswertestrategie sieht vor, für jeden Zeitpunkt die untereinander auf einen gemeinsamen Wert normierten und vorzeichenbehafteten Abweichungen aller gebildeten Merkmalsverläufe gegenüber den Messwerten der Gutschweißung zu berechnen und aufzusummieren. Diese Summe von Abweichungen entspricht einem Fehlerindex. Es können mehrere Fehlerindizes, welche üblicherweise unterschiedlichen Fehlertypen entsprechen, definiert werden. Dabei wird jedes Merkmal entsprechend seiner Relevanz für einen Fehlertyp mit einem Gewichtungsfaktor versehen. Je mehr der Merkmale Abweichungen aufweisen, desto größer ist die summierte Abweichung, was die Aussage bezüglich einer Abweichung und/oder eines Fehlers verstärkt.
- (b) Eine alternative Auswertestrategie sieht vor, für einige (oder alle) der erfassten Merkmalsverläufe Toleranzbereiche zu definieren und jedes Verlassen dieser Toleranzbereiche als Fehler zu bewerten. Zur Fehlerbeurteilung können insbesondere auch Abweichungen bestimmter Merkmalskombinationen verwendet werden.
- (c) Eine besonders effektive Auswertestrategie sieht vor, die Merkmalsverläufe mit Hilfe von Klassifikatoren (d. h. Rechenmodellen) zu bewerten, z. B. k-nächster-Nachbar, Support Vector Machine, neuronale Netze, Gauß-Klassifikatoren etc.
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Wird bei der Schweißung ein Fehler diagnostiziert, dann gestattet die Analyse der Abweichungen der Merkmale das Aufstellen einer Korrelation Abweichung/Fehlerart/Fehlerausmaß. Der Zeitpunkt, an dem der Fehler aufgetreten ist, entspricht einem Ort entlang der Schweißbahn.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Online-Auswertung einer linienhaften Schweißung ist in 3a–3d dargestellt: 3a zeigt eine Aufsicht auf zwei Bauteile 12, 14, die mit einer Schweißnaht 3 verbunden wurden, wobei der Pfeil 16 die Schweißrichtung andeutet. 3b zeigt eine Detaildarstellung eines Ausschnitts der 3a, in dem die Schweißnaht 3 einen Schweißfehler in Form einer Einschnürung 3' der Schweißnaht 3 vorliegt. In 3c ist ein der Schweißnaht 3 der 3a entsprechender Zeitverlauf einer Schweißspannungs-/Stromverlaufsauswertung (kurz: U/I-Auswertung) dargestellt; die Grafik zeigt die aktuelle (bei der in 3a gezeigten Schweißung ermittelte) Messkurve A der U/I-Abweichungen sowie eine Schwellenkurve B, die den bei einer Gutschweißung anzutreffenden Maximalwerten für diese Abweichungen entspricht. Der Zeitverlauf (insgesamt 14 sec.) entspricht dem Kurvenverlauf der vom Schweißroboter geführten Schweißvorrichtung 10 entlang der in 3a gezeigten Schweißnaht 3. Im Zeitfenster 9,5–11 sec (entsprechend einer bestimmten, dazugehörigen Position entlang der Schweißnaht 3) überschreitet die Messkurve A die Schwellenkurve B, was auf einen Schweißfehler hindeutet.
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Während 3c die Messkurve A für ein spezifisches Merkmal zeigt, ist in 3d die Summe der Abweichungen mehrerer Merkmale (bzw. Merkmalskombinationen) von Sollwerten (die einer Gutschweißung entsprechen) entlang dieser Schweißbahn dargestellt: Kurve A' zeigt den Zeitverlauf der aufsummierten Abweichungen der Merkmale für die aktuelle Schweißung 3. Bei der Aufsummierung dieser aus der aktuellen Messung gewonnenen Abweichungen wurden die unterschiedlichen Merkmale mit unterschiedlichen Faktoren (Gewichtungen) versehen, die ihre Relevanz für eine Fehleraussage beschreiben. Jedem Merkmal ist in 3d eine andere Farbe zugeordnet. Um Schweißfehler zu erkennen, müssen die aufsummierten gemessenen Abweichungen (Kurve A') unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts liegen. In einer ersten Ausgestaltung wird als Schwellwert für die gesamte Schweißkurve ein konstanter Wert angenommen werden (Kurve B'). In einer weiteren (und realitätsnäheren) Auswertung ist dieser Schwellenwert, also die Summe der zulässigen Maximalwerte der Abweichungen, zeit- und ortsabhängig (Kurve B''), so dass in verschiedenen Bereichen der Schweißbahn 3 unterschiedlich hohe Toleranzen gestattet sind. Die Referenzkurve B'' ist damit dem wirklichen Verlauf der Schweißnaht 3 angepasst, beispielsweise muss die Frequenz größer/kleiner werden dürfen, wenn der Spalt zwischen den zu verschweißenden Bauteilen größer/kleiner wird). Für beide Arten der Schwellwertfestsetzung ist erkennbar, dass im Zeitfenster 9,5–11 sec die aufsummierten gemessenen Abweichungen besonders groß (größer als der Schwellwert B', B'' für die maximal zulässige Abweichung) sind.
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Eine alternative Online-Auswertung für die linienhafte Schweißung der 3a und 3b ist in 3e und 3f dargestellt. 3f zeigt Abweichungen einzelner Merkmale von einem jeweiligen, diesem Merkmal zugeordneten, Referenzwert entlang der Schweißkurve; es ist ersichtlich, dass in dem der Einschnürung 3' entsprechenden Bereich C entlang der Schweißkurve einige der Merkmale deutliche Abweichungen von ihrem Referenzwert aufweisen, während andere keine Reaktion zeigen. Anhand der Verteilung der Abweichungen der einzelnen Merkmale zu einem bestimmten Zeitpunkt (d. h. dem „Abweichungsmuster”) wird mit Hilfe eines Klassifikators zwischen „Naht gut” und „Naht nicht gut” unterschieden. Im Fall „Naht nicht gut” wird weiterhin mit demselben oder einem anderen Klassifikator zwischen verschiedenen eingelernten Schweißnahtfehlertypen bzw. Prozessstörungen unterschieden. Das Ergebnis solcher Fehlerindizes, die aus der Verrechnung einzelner Merkmalsabweichungen von der jeweiligen Referenz gebildet werden, ist in 3e gezeigt. Aus 3e ist ersichtlich, dass der in der Schweißung der 3a dargestellte Fehler detektiert und als „Einschnürung” klassifiziert wurde. Zum Einlernen des Klassifikators oder der Klassifikatoren werden Beispielschweißungen von Gut-Nähten und fehlerbehafteten Nähten mit Repräsentationen der zu unterscheidenden Fehlertypen benötigt. Für jeden definierten Fehlertyp wird ein Fehlerindex berechnet, der nach einer individuellen und durch den Einlernvorgang des Klassifikators festgelegten Kombination der Merkmalsabweichungen gebildet wird. Beispiele für Klassifikatoren sind: Linearkombination (unterschiedlich gewichtete Summierungen von normierten Merkmalsabweichungen zu den Fehlerindizes), Support-Vector-Machine, k-nächster-Nachbar, neuronales Netz, Gauß-Klassifikator u. a.
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Gemäß 1 umfasst das zweite (optisch messende) Messmodul 5 zwei Bilderfassungseinrichtungen 7 und 8, die in Schweißrichtung 16 vor bzw. hinter dem Lichtbogen 19 angeordnet sind und Triangulationssensoren 7', 8' umfassen. 4 zeigt die Prüfeinrichtung der 1 zusammen mit Momentaufnahmen der von den Kameras der Triangulationssensoren 7' und 8' aufgenommenen Bilder. Das vom vorlaufenden Sensor 7' aufgenommene Bild (links) enthält als Linie C das Abbild einer auf zwei parallel ausgerichtete, ebene Bauteile 12, 13 projizierten Lichtlinie, nämlich eine gerade Linie mit einer Unterbrechung 20, die der Spaltbreite zwischen den Bauteilen 12, 13 entspricht. Das vom nachlaufenden Sensor 8' aufgenommene Bild (rechts) enthält als Linie D das Abbild einer Lichtlinie, die auf die zwischen den Bauteilen 12, 13 erzeugten Schweißnaht 3 projiziert wurde. Dabei kann aus Lage, der Länge und der Höhe des Kurventeils auf Lage/Volumen/Fehler der Schweißnaht 3 zurückgeschlossen werden.
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Wird die Prüfeinrichtung 1 zur Überwachung eines MSG-Schweißprozesses verwendet, so wird die Messwertaufnahme des vorlaufenden Sensors 7' vorteilhafterweise in einer solchen Weise getaktet, dass der Sensor 7' immer dann ein Bild aufnimmt, wenn beim Schweißprozess ein Kurzschluss eingetreten ist, also der Lichtbogen ausgeschaltet ist. Dadurch werden Überblendungen des Kamerabilds aufgrund des Lichtbogens vermieden. Als Auslöser für die Bildaufnahme wird die im Kurzschluss abfallende Spannung (fallende Flanke) verwendet. Der Kurzschluss (und somit die Bildaufnahme) erfolgt typischerweise 60 bis 100 mal pro Sekunde. Um ein störungsfreies Kamerabild zu erzeugen, ist ein Zeitintervall > 1 ms nötig. Sehr kurze Kurzschlüsse (< 1 ms) sind ungeeignet für die Bildaufnahme und werden daher ignoriert. Die beim MSG-Schweißen auftretenden Kurzschlüsse sind üblicherweise entweder sehr kurz (< 1 ms) oder „normal” lang (3–4 ms). Um qualitativ hochwertige Kamerabilder zu erzeugen, wird im Anschluss an den Spannungsabfall (fallende Flanke) zunächst eine Wartezeit von etwa 1 ms eingeschoben, bevor ein Kamerabild aufgenommen wird; dadurch ist sichergestellt, dass der zugehörige Kurzschluss lang genug dauert, um ein qualitativ hochwertiges Kamerabild zu gewinnen.
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5 zeigt eine beispielhafte Darstellung für eine Fehlerklassifikation eines MSG-Schweißprozesses, bei der sowohl Merkmale aus der U/I-Analyse als auch Merkmale aus der Bildanalyse herangezogen werden. Die Bildauswertung ist dabei aussagekräftiger als die U/I-Analyse. Man erhält eine gewisse Redundanz der Aussagen. Die U/I-Analyse „ersetzt” beispielsweise die Bildanalyse, wenn fehlerhafte Messungen vorliegen, z. B. wenn Rauch durch das Bild geht. Aus der U/I-Analyse (d. h. aus dem ersten Messmodul 4) und der Bildanalyse (d. h. aus dem zweiten Messmodul 5) werden diejenigen Merkmale ausgewählt, die die höchste Aussagekraft bei der Beurteilung von Fehlern haben. Für jeden Zeitpunkt (entsprechend einem Punkt entlang der Schweißbahn 3) wird die in 3f gezeigte eine Analyse nach diesen Merkmalen durchgeführt. Jedes der in 5 dargestellten, farbig hinterlegten Kästchen entspricht einem Wahrscheinlichkeitsbereich, in dem ein bestimmtes Merkmal für einen bestimmten Fehlertyp zu erwarten ist, wogegen ein strichpunktierter Kasten eine Dynamisierung des Bereichs in Abhängigkeit der Ausprägung einer/mehrer anderer Merkmale oder Prozesseinflussgrößen (Spaltbreite, Brennerabstand, Brennerversatz u. a.) darstellt.
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Generell ist die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung 1 sowohl für Lichtbogenschweißverfahren als auch für andere Schweißverfahren, beispielsweise Laserhybridschweißverfahren, sowie für Lötverfahren einsetzbar, wobei je nach angewendetem Schweiß- bzw. Lötverfahren unterschiedliche Merkmale ausgewertet werden. Dabei gilt, dass zur Erlangung einer höheren Auswertegenauigkeit mehr Merkmale ausgewertet werden als unbedingt erforderlich. Die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung 1 kann dabei für nahezu beliebige Schweiß-/Lötgeometrien, beispielsweise einen T-Stoß, einen Überlappungsstoß, einen Stumpfstoß, etc. eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007009275 A1 [0002]
