DE19818795B4 - Verfahren zur optischen Bildabtastung beim Schweißen - Google Patents

Abstract

Verfahren zur optischen Bildabtastung beim Schweißen, bei dem der Öffnungsspaltbereich zwischen den zu verschweißenden Teilen mit mindestens einem Lichtstrahl abgetastet wird und der Verlauf einer Bezugskante mindestens eines der Ränder der zu verschweißenden Teile durch einen Reflexionssprung der reflektierten Lichtlinien angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, daßvor dem Schweißen mindestens der die Bezugskante (4) bildende Rand (5) mindestens eines der zu verschweißenden Teile (1, 2) mit einer zumindest im wesentlichen über die Breite und Länge dieses Randes (5) zumindest im wesentlichen gleichmäßig lichtreflektierenden Schicht versehen wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Bildabtastung beim Schweißen, bei dem der Öffnungsspaltbereich zwischen den zu verschweißenden Teilen mit mindestens einem Lichtstrahl abgetastet wird und der Verlauf einer Bezugskante mindestens eines der Ränder der zu verschweißenden Teile durch einen Reflexionssprung der reflektierten Lichtlinien angezeigt wird.
• Aus der DE 86 11 849 U1 ist eine Vorrichtung zur Markierung von Längsnahtrohren bekannt, mit welcher parallel zu den zu verschweißenden Kanten Markierungslinien in einem genau vorbestimmten Abstand zu den Kanten aufgebracht wird. Die Markierungslinien dienen der Erfassung und Nachführung der Abweichung des Schlitzes zwischen den Kanten in der Umfangsrichtung und in seiner Breite. Die Markierungslinien weisen dabei eine von der Rohroberfläche abweichende Reflexion auf, werden angeleuchtet und durch Auswertung der Lichtreflexion detektiert.
• Das Schweißen mit vorangehender optischer Bildabtastung zur Detektion des von den miteinander zu verbindenden Teilen gebildeten Schweißspaltes oder der Spaltöffnung mittels Lichtstrahlen (z. B. Laserstrahlen) ist bekannt. Bei dem dabei verbreitet eingesetzten Lichtschnitt-Verfahren werden an einer Bezugskante im Öffnungsspaltbereich, das heißt dem Schweißnahtbereich, den Kantenverlauf anzeigende Reflexionssprünge oder Höhensprünge (sog. Kantensprünge) der Lichtlinien erzeugt, die von Lichtsensoren (z. B. einer CCD-Kamera) erfaßt und in einer Lichtschnitt-Lichtprojektion dargestellt und ausgewertet werden und so dem Benutzer die genaue Verfolgung des Schweißspaltes bzw. der Schweißbahn ermöglichen.
• Ein wesentlicher Nachteil der beschriebenen optischen Bildabtastung beim Schweißen besteht jedoch darin, daß die auf den Schweißnahtbereich gestrahlten Lichtlinien – bedingt durch eine sich ändernde Oberflächenausbildung in dem abzutastenden Kantenbereich der miteinander zu verschweißenden Werkstücke und damit verbundene unterschiedliche Reflexionsbedingungen für die Lichtstrahlen – mehr oder weniger stark reflektiert werden. Beispielsweise sind die Stirnränder von durch einen Stanzvorgang hergestellten Blechabschnitten in einen Schneidbereich und einen Abrißbereich unterteilt, die aufgrund der unterschiedlichen Oberflächenstruktur auch unterschiedliche Reflexionseigenschaften aufweisen. Infolge des dadurch ungleichmäßig reflektierten Lichts werden die Lichtlinien oft nicht als durchgängig erkannt bzw. die Reflexionssprünge an der gewählten Bezugskante des Schweißspaltes werden oft nicht oder nicht vollständig dargestellt. Es besteht z. B. die Gefahr, daß die Bildverarbeitungseinrichtung nicht den tatsächlichen Öffnungsspalt zwischen den zu verbindenden Teilen als zu verschweißende Linie „erkennt", sondern die Trennlinie zwischen dem Schneidbereich und dem Abrißbereich eines Stanzteilstimrands (wenn das Stanzteil eines der zu verbindenden Teile ist) als zu verschweißende Linie „ansieht".
• Das heißt, bei derartigen Stanzteilen (als mindesens eines der zu verschweißenden Teile) mit sich über die Stanzfläche ändernden Reflexionseigenschaften geht die Bezugskante zur Verfolgung der Schweißnaht „verloren", so daß eine exakte Zuordnung der Schweißnaht zu dem zwischen den beiden miteinander zu verschweißenden Teilen bestehenden Schweißspalt nicht möglich und eine saubere Verbindung der beiden Teile nicht gesichert ist.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur optischen Bildabtastung beim Schweißen anzugeben, das eine kontinuierliche und exakte Kantenverfolgung entlang des Öffnungsspaltbereichs der zu verbindenden Teile und eine dementsprechend genaue Schweißnahtführung gewährleistet, und zwar insbesondere auch dann, wenn mindestens eines der zu verbindenden Teile ein Stanzteil ist, dessen Stirnrand in Richtung des abtastenden Lichtstrahls weist.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren zur optischen Bildabtastung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 in der Weise gelöst, daß vor dem Schweißen mindestens der die Bezugskante bildende Rand mindestens eines der zu verschweißenden Teile mit einer zumindest im wesentlichen über die Breite und Länge dieses Randes zumindest im wesentlichen gleichmäßig lichtreflektierenden Schicht versehen wird.
• Durch diese einheitliche, zumindest im wesentlichen gleichmäßig reflektierende Beschichtung wird das Abtastlicht über die Breite des Randes in gleicher Stärke reflektiert, und der Reflexionssprung (Kantensprung) an der den Schweißspalt- bzw. Nahtverlauf bestimmenden Bezugskante kann sicher erfaßt und dargestellt werden. Damit ist eine genaue Kantenverfolgung im Spaltbereich und eine entsprechend exakte Schweißnahtführung sowie eine feste Verbindung der zu verbindenden Teile gesichert.
• Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht die auf den betreffenden Rand mit der Bezugskante aufzutragende lichtreflektierende Schicht aus einer Farbschicht, die vorzugsweise weiß, gleichmäßig farbig oder auch schwarz sein kann.
• Die Anwendung der Erfindung erfolgt vorzugsweise beim Verschweißen von Blechen oder Blechteilen in Stirn- oder Ecknahtlage, z. B. im Kraftfahrzeugkarosseriebau.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine schematische Teilansicht einer mit einem Verstärkungsblech verbundenen B-Säule einer Kraftfahrzeugkarosserie im Schnitt; und
• 2 eine Draufsicht nach 1, jedoch mit zum Teil weggeschnittener Farbschicht.
• In 1 ist im Schnitt schematisch ein Teil einer B-Säule 1 einer Kraftfahrzeugkarosserie dargestellt. Die B-Säule 1 soll in Stirnnahtlage mit einem Verstärkungsblech 2 verbunden werden. Oberhalb des durch eine Spaltöffnung zwischen dem Verstärkungsblech 2 und einer Seitenfläche der B-Säule 1 gebildeten Schweißnahtbereichs 3 (Öffnungsspaltbereich) befindet sich eine Lichtquelle 6, z. B. eine Halbleiterlaserdiode mit Mehrfach-Streifenprojektionsoptik. Die von der angestrahlten Oberfläche reflektierten Laserlichtlinien erzeugen an einer als Bezugskante 4 gewählten Kante des Stirnrandes oder Stanzrandes 5 einen Reflexionssprung, der mit einer CCD-Kamera (nicht dargestellt) erfaßt und in einer Lichtschnitt-Lichtprojektion wiedergegeben und ausgewertet wird und zur Verfolgung des Schweißnahtbereichs beim Schweißen dient (Lichtschnitt-Verfahren).
• Aus der in 2 dargestellten Draufsicht nach 1 ist die unterschiedliche Oberflächenausbildung des Stanzrandes 5 des Verstärkungsblechs 2 erkennbar. Im unteren Teil der Zeichnung ist die Oberfläche des Stanzrandes 5 mit der Oberflächenstruktur nach dem Stanzen wiedergegeben. Dabei ist der zur B-Säule 1 gerichtete (in der Zeichnung linke) Oberflächenteil ein Abrißbereich 5b des Stanzrandes 5 mit einer vergleichsweise groben Struktur, an den sich in der Zeichnung auf der rechten Seite ein Schneidbereich 5a mit glatter Oberfläche anschließt. Aufgrund dieser unterschiedlichen Oberflächenausbildung werden die von der Laserlichtquelle 6 erzeugten Laserlichtlinien nicht in gleicher Weise reflektiert, so daß sie nicht als durchgängig erkannt und der Reflexionssprung nicht sichtbar ist bzw. der Kantensprung nicht zugeordnet werden kann.
• In der Zeichnung ist die auf den Stanzrand 5 des Verstärkungsblechs 1 aufgetragene Farbschicht 5c erkennbar, die über die Breite und die Länge des Stanzrandes für eine gleichmäßige und durchgängige Reflexion der Laserlinien und demzufolge für eine exakte Darstellung und Erkennung des Höhensprunges der Laserlinien an der Bezugskante 4 des Stanzrandes 5 sorgt, und zwar unabhängig von der durch das Stanzen bedingten ursprünglichen (unregelmäßigen) Oberflächenausbildung des Stanzrandes 5. Dadurch kann während des Schweißvorgangs die Bezugskante 4 nicht „verlorengehen", und es ist eine exakte Kantenverfolgung und Schweißnahtführung entlang des Schweißspaltes 3 möglich. Da es bei der hier beschriebenen optischen Bildabtastung lediglich auf eine gleichmäßige Reflexion des Laserlichts vom Stanzrand 5 ankommt, kann die Art des Farbauftrags und des Farbmittels bzw. dessen Färbung in Abhängigkeit von der Stärke der Lichtquelle 6 frei gewählt werden.

1

B-Säule

2

Verstärkungsblech

3

Schweißnahtbereich (Schweißspalt, Öffnungsspaltbereich)

4

Bezugskante

5

Stanzrand

5a

glatter Schneidbereich

5b

grober Abrißbereich

5c

Farbschicht

6

Lichtquelle

Claims (3)

1. Verfahren zur optischen Bildabtastung beim Schweißen, bei dem der Öffnungsspaltbereich zwischen den zu verschweißenden Teilen mit mindestens einem Lichtstrahl abgetastet wird und der Verlauf einer Bezugskante mindestens eines der Ränder der zu verschweißenden Teile durch einen Reflexionssprung der reflektierten Lichtlinien angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, daßvor dem Schweißen mindestens der die Bezugskante (4) bildende Rand (5) mindestens eines der zu verschweißenden Teile (1, 2) mit einer zumindest im wesentlichen über die Breite und Länge dieses Randes (5) zumindest im wesentlichen gleichmäßig lichtreflektierenden Schicht versehen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Rand (5) als lichtreflektierende Schicht eine Farbschicht (5c) aufgetragen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbschicht (5c) weiß, gleichmäßig farbig oder schwarz ist.