DE29707777U1 - Optische Schweißnaht-Prüfeinrichtung - Google Patents
Optische Schweißnaht-PrüfeinrichtungInfo
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Description
&EEgr;.,;!·; J;;v:-Y:":: IPP
Beschreibung "Optische Schwei&nark-Prufemnchturig"* Seite 1 I
&Lgr;
&Igr;
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur automatischen, berührungslosen, optischen Prüfung von
vorzugsweise Schweißnähten oder ähnlichen Strukturen, wobei die Prüfstelle je nach Ausformung erfindungsgemäß
mit einer oder mehreren Leuchtquellen mit gerichtetem Licht, hier Strahler genannt,
kurzzeitig angeleuchtet wird und das reflektierte Licht von einem oder mehreren positionsempfindlichen
optischen Sensoren, vorzugsweise Flächen-CCD-Kameras, aufgenommen wird. Durch definierte
Anordnung der Leuchtquellen und optischen Sensoren in einem Gestell und deren Anschluß an einen
geeigneten Steuer- und Bildverarbeitungsrechner entsteht eine automatisch arbeitende, leistungsfähige
optische Prüfeinrichtung für Schweißnähte.
Der Stand der Technik zur Prüfung von Schweißnähten weist vielerlei bekannte und gebräuchliche Methoden
auf, wobei bevorzugt Röntgenstrahlung, Ultraschall oder Magnetpulver zum Einsatz kommen.
Hierbei steht die Prüfung der Schweißnaht auf Inhomogenitäten (Risse, Einschlüsse, Materialveränderungen)
im Vordergrund, was im allgemeinen einen großen technischen Aufwand zur Realisierung der Prüfung,
insbesondere hinsichtlich Strahlenschutz bei Röntgenuntersuchungen, erfordert und deshalb nur bei
hohen Sicherheitsanforderungen durchgeführt wird. Bei weniger hohen Anforderungen wird die Schweißnaht-Prüfung
im aligemeinen durch einfache menschliche Sichtkontrolle durchgeführt.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß bei der Serienproduktion wie z.B. im Automobilbau
mit automatisierten Schweißstraßen zwar eine gleichmäßige Schweißnahtqualität erreicht wird, durch seltene
Störfälle aber eine einzelne Schweißnaht nicht vollständig oder gar nicht ausgeführt ist. Trotz üblicher
Sichtkontrolle kann bei der Vielzahl der Einzeinähte und menschlicher Unzulänglichkeit ein derartiger Fehler
übersehen werden, was zu fatalen Sicherheitsmängeln an der Schweißkonstruktion führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die menschliche Sichtkontrolle durch eine automatische Prüfeinrichtung
zu ersetzen und gleichzeitig den hohen gerätetechnischen Aufwand bekannter Prüfsysteme zu vermeiden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zu prüfende Schweißnaht je nach Ausformung
erfindungsgemäß mit einer oder mehreren Leuchtquellen mit gerichtetem Licht, hier Strahler
genannt, kurzzeitig angeleuchtet wird und das reflektierte Licht von einem oder mehreren positionsempfindlichen
optischen Sensoren, vorzugsweise Flächen-CCD-Kameras, aufgenommen wird. Durch definierte Anordnung der Leuchtquellen und optischen Sensoren in einem Gestell und deren
Anschluß an einen geeigneten Steuer- und Bildverarbeitungsrechner entsteht eine automatisch arbeitende,
leistungsfähige optische Prüfeinrichtung für Schweißnähte (Anspruch 1),
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Leuchtquellen mit
gerichtetem Licht, hier Strahler genannt, so geschickt angeordnet werden, daß abhängig von
Schweißnahtform und -lage im zugehörigen optischen Sensor, vorzugsweise einer CCD-Kamera, nur
ein helles Bild der Schweißnaht durch das reflektierte Licht entsteht, jedoch das unmittelbare Umfeld
unsichtbar bleibt, ähnlich der sogenannten Dunkelfeldbeleuchtung in der Mikroskopie.
UO^vQ^ IPP
In besonderen Fällen kann vorteilhaft auch mit sog. Hellfeld gearbeitet werden, wobei das Umfeld hell
in die Kamera reflektiert, die Schweißnaht aber dunkel erscheint (Anspruch 2). Hierzu bedarf es keiner
aufwendigen Strahler, im Gegenteil können diese sehr einfach und preiswert gestaltet sein
(Anspruch 3), so können z.B. Halogenstrahler, aber auch LED-Strahler vorteilhaft zum Einsatz kommen.
Außerdem wird durch die nur kurzzeitige Betätigung beim Prüfvorgang eine sehr hohe Lebensdauer
erreicht (Anspruch 9).
Ebenso können die optischen Sensoren, vorzugsweise CCD-Kameras, sehr einfach und preiswert
gestaltet sein, z.B. mit geringer Auflösung und geringer Dynamik, da sich das helle Bild der Schweißnaht
vom dunklen Umfeld sehr deutlich abhebt (Anspruch 4).
Durch diesen Effekt ist auch die anschließende Bildverarbeitung und Prüfentscheidung einfacher und
schneller als bei üblichen optischen Verfahren (Anspruch 11).
ist die Schweißnaht unvollständig oder fehlt gänzlich, so fehlt die entsprechende Reflexion im Sensorbild,
und es erfolgt eine entsprechende Prüfmeldung. Damit ist bei jedem Prüfvorgang auch die
Selbsdiagnose möglich (Anspruch 12).
Die Strahler und Sensoren werden in einem den Prüfling umgebenden Gestell variabel angeordnet
(Anspruch 6) und nach außen gegen störendes Fremdlicht abgeschirmt (Anspruch 5). Durch angepaßte
Optik an Strahler und Sensoren entfallen besondere Anforderungen an bestimmte Abstände
zum Prüfling (Anspruch 7), dadurch kann der Aufbau und die Bedienung sehr einfach gestaltet und
die Anpassung an verschiedene Prüflinge sehr einfach gehandhabt werden. Dabei wird die Leuchtdichte
der Strahler und die Empfindlichkeit der Kameras auf die jeweilige Prüfsituation so eingestellt,
daß ein deutlicher Kontrast entsteht (Anspruch 8). Dazu können die Strahler und Kameras an geeigneten
Stellen in die Ringleitung für Stromversorgung, Steuerung und Signalleitung auf einfache Weise
eingekuppelt bzw. wieder getrennt werden (Anspruch 10).
Die Einrichtung läßt sich außer für Schweißnähte auch für die Prüfung anderer Strukturen einsetzen
(Anspruch 13).
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur 1 bis 10 erläutert:
Figur 1 zeigt schematisch das Prüfobjekt (0), das durch passende Stützarme im Gestell (G) gelagert
wird.
Schweißnaht 1 wird durch Strahler S1 kurz beleuchtet und das reflektierende Bild mit Kamera C1 aufgefangen,
ebenso wird bei Schweißnaht 2 und 4 verfahren. Bei der umlaufenden Schweißnaht 3
kommen zur vollständigen Erfassung mehrere Strahler (S3, S5.1, S5.2, S6.1, S6.2) und Kameras (C3,
C5, C6) zum Einsatz.
Sämtliche Strahier und Kameras werden am Gesteil an geeigneter Stelle montiert, ausgerichtet und
fixiert und über die Ringleitung (R) mit dem Steuerrechner (ST) verbunden. Im Rechner für die Bildverarbeitung
(BV) werden die aufgenommenen Bilder der Schweißnähte interpretiert und das Prüfergebnis
auf dem Monitor (M) angezeigt sowie über die Vernetzung (V) an den übergeordneten Leitrechner
übergeben.
Figur 2 bis 5 zeigt verschieden ausgeformte Schweißnähte aus einer automatischen Serienfertigung,
aufgenommen mit einer CCD-Flächenkamera bei üblicher Beleuchtung. Hiermit wird deutlich sichtbar,
daß die automatische Prüfung der Schweißnähte mit Methoden der Bildverarbeitung so nicht möglich
ist, da sich die Schweißnähte nicht eindeutig von ihrer Umgebung unterscheiden lassen.
Figur 2 zeigt eine gewölbte Naht, die erst durch die erfindungsgemäße Beleuchtung in voller Breite
und Ausdehnung deutlich sichtbar wird (Figur 6).
Figur 3 zeigt eine typische Kehlnaht, die erst mit der Spezialbeleuchtung deutlich sichtbar
(Figur 7).
Figur 4 zeigt eine umlaufende Naht, die erst durch mehrere Strahler vollständig sichtbar gemacht
wird (Figur 8).
Figur 5 zeigt eine größere, vollständig umlaufende Ringnaht und daneben eine kleinere, unvollständig
umlaufende Ringnaht. Beide Nähte werden in Figur 9 mit 4 Strahlern vollständig hell im Dunkelfeld
dargestellt, in Figur 10 mit einem Strahler vollständig im Hellfeid dargestellt.
IPP
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur 1 erläutert:
Figur 1 zeigt schematisch das Prüfobjekt (P), das durch passende Stützarme im Gesteli (G) gelagert
wird.
Schweißnaht 1 wird durch Strahler S1 kurz beleuchtet und das reflektierende Bild mit Kamera C1
aufgefangen, ebenso wird bei Schweißnaht 2 und 4 verfahren. Bei der umlaufenden Schweißnaht 3
kommen zur vollständigen Erfassung mehrere Strahler (S3, S5.1, S5.2, S6.1, S6.2) und Kameras (C3,
C5, C6) zum Einsatz.
Sämtliche Strahier und Kameras werden am Gesteil an geeigneter Stelle montiert, ausgerichtet und
fixiert und über die RingSeitung (R) mit dem Steuerrechner (ST) verbunden. Im Rechner für die
Bildverarbeitung (BV) werden die aufgenommenen Bilder der Schweißnähte interpretiert und das
Prüfergebnis auf dem Monitor (M) angezeigt sowie über die Vernetzung (V) an den übergeordneten
Leitrechner übergeben.
Claims (13)
1. Einrichtung zur automatischen, berührungslosen, optischen Prüfung von Schweißnähten, wobei
der Prüfling auf geeigneten Haltern in der Prüfstation fixiert wird und dabei die Schweißnähte aus
unterschiedlichen Richtungen beleuchtet und mit positionsempfindlichen optischen Sensoren,
vorzugsweise Flächen-CCD-Kameras beobachtet werden und diese Beobachtungen an eine automatische
Auswertstation übergeben werden,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Beleuchtung eine oder mehrere Leuchtqueilen mit eng gebündeltem,
gerichteten Licht, hier Strahler genannt, so auf die jeweils zu prüfenden Schweißnaht
ausgerichtet werden, daß das reflektierte Licht von der Schweißnahtoberfläche direkt in eine jeweils
beobachtende Kamera fällt, jedoch die unmittelbare Schweißnahtumgebung nicht in die
Kamera reflektiert, so daß nur die vorhandene Schweißnaht als helles Bild in dunkler Umgebung
deutlich erkannt wird, eine teilweise oder gänzlich fehlende Schweißnaht dagegen dunkel bleibt
(sog. Dunkelfeldbeleuchtung).
2. Einrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, daß im Bedarfsfalle die Strahler so ausgerichtet werden, daß die Umgebung
der jeweiligen Schweißnaht direkt in die Kamera reflektiert und hell erscheint, während
die Schweißnahtoberfläche an der beobachtenden Kamera vorbei reflektiert und dadurch dunkel
erscheint (sog. Hellfeldeleuchtung).
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2
dadurch gekennzeichnet, daß als Strahler einfache Leuchtmittel wie Halogenstrahler oder LED-Strahler
zum Einsatz kommen, die einzeln oder in Reihen entsprechend der Schweißnahtform angeordnet sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3
dadurch gekennzeichnet, daß als Sensoren einfache Flächen-CCD-Kameras mit geringer Auflösung
und geringer Dynamik zum Einsatz kommen.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4
dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfstation als einfaches Gestell ausgeführt ist, das nach außen
gegen störendes Fremdlicht abgeschirmt ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5
dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfstation als einfaches Gestell ausgeführt ist, das auf den
Innenseiten mit geeigneten, variablen Befestigungspunkten für die Strahler und Kameras ausgestattet
ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6
dadurch gekennzeichnet, daß Strahler und Sensoren durch angepaßte Optik in jedem gewünschten
bzw. vom Gestell her vorgegebenen Abstand zum Prüfling angeordnet werden können.
Schutzanspruch "Optische SchweiGTniaht-PVüffeinrichtun^" Seite
IPP
8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7
dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdichte der Strahler und die Empfindlichkeit der Kameras
auf die jeweilige Prüfsituation einstellbar sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8
dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltdauer der Strahler auf den Moment der Kamera-Belichtung
beschränkt ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 9
dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler und Kameras an geeigneten Steilen in die Ringleitung
für Stromversorgung, Steuerung und SignalJeitung auf einfache Weise eingekuppelt bzw. wieder
getrennt werden können.
11. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 10
dadurch gekennzeichnet, daß die deutlichen Kamerasignale durch einfache Bildinterpretation sicher
aufbereitet werden können.
12. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 11
dadurch gekennzeichnet, daß mit jedem Prüfvorgang eine Selbstdiagnose stattfindet.
13. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 12
dadurch gekennzeichnet, daß diese außer für Schweißnähte auch für andere Strukturen als
Prüfeinrichtung eingesetzt werden kann.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29707777U DE29707777U1 (de) | 1997-04-30 | 1997-04-30 | Optische Schweißnaht-Prüfeinrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29707777U DE29707777U1 (de) | 1997-04-30 | 1997-04-30 | Optische Schweißnaht-Prüfeinrichtung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29707777U1 true DE29707777U1 (de) | 1997-08-28 |
Family
ID=8039752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29707777U Expired - Lifetime DE29707777U1 (de) | 1997-04-30 | 1997-04-30 | Optische Schweißnaht-Prüfeinrichtung |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29707777U1 (de) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002090953A1 (de) * | 2001-05-05 | 2002-11-14 | Huf Tools Gmbh | Verfahren zur kontrolle einer schweissnaht in einem aus schweissfähigem kunststoff bestehenden werkstück und vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens |
| DE102008011349A1 (de) * | 2008-02-27 | 2009-09-03 | Volkswagen Ag | Zerstörungsfreie Prüfung einer Schweißnaht |
| DE19837084B4 (de) * | 1998-08-17 | 2009-10-08 | Volkswagen Ag | Verfahren zur optischen Erkennung von Schweißnähten zwischen einer Radschüssel und einer Radfelge eines Kfz-Rades |
| DE102010036508A1 (de) | 2010-07-20 | 2012-01-26 | Koki Technik Transmission Systems Gmbh | Verfahren zur Ermittlung einer Geometrie einer Schweissnaht |
-
1997
- 1997-04-30 DE DE29707777U patent/DE29707777U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19837084B4 (de) * | 1998-08-17 | 2009-10-08 | Volkswagen Ag | Verfahren zur optischen Erkennung von Schweißnähten zwischen einer Radschüssel und einer Radfelge eines Kfz-Rades |
| WO2002090953A1 (de) * | 2001-05-05 | 2002-11-14 | Huf Tools Gmbh | Verfahren zur kontrolle einer schweissnaht in einem aus schweissfähigem kunststoff bestehenden werkstück und vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens |
| US7268866B2 (en) | 2001-05-05 | 2007-09-11 | Huf Tools Gmbh | Method for inspecting a weld seam in a workpiece made of weldable plastic and device for carrying out this method |
| DE102008011349A1 (de) * | 2008-02-27 | 2009-09-03 | Volkswagen Ag | Zerstörungsfreie Prüfung einer Schweißnaht |
| DE102010036508A1 (de) | 2010-07-20 | 2012-01-26 | Koki Technik Transmission Systems Gmbh | Verfahren zur Ermittlung einer Geometrie einer Schweissnaht |
| DE102010036508B4 (de) * | 2010-07-20 | 2017-02-23 | Koki Technik Transmission Systems Gmbh | Verfahren zur Ermittlung einer Geometrie einer Schweissnaht |
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Effective date: 19971009 |
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