DE3708959C2

DE3708959C2 - Schweissüberwachungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3708959C2
Application number: DE3708959A
Authority: DE
Inventors: Morihide Mizumoto
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1986-03-19
Filing date: 1987-03-19
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2007-03-20
Also published as: US4730096A; JPS6326265A; DE3708959A1; JP2528095B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen eines Schweißvorganges oder dergleichen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 33 39 182 C1 bekannt.

In der Schweißtechnik ist das Bogenschweißen besonders verbreit et. Da jedoch hierbei von dem Lichtbogen äußerst helles Licht abgegeben wird, ist es erforderlich, die Augen des Arbeiters zu schützen.

Die Japanische Patentoffenlegungsschrift 11 755/1982 offenbart eine Anordnung, bei der ein Filter mit nicht gleichförmiger Durch lässigkeit vor einer Bildröhre einer Monitorfernsehkamera ange ordnet ist, wobei die Lichtdurchlässigkeit zur Mitte hin geringer wird. Mit einer derartigen Anordnung kann zwar das vom Lichtbogen ausgehende Licht hoher Lichtstärke durch das Filter gedämpft werden, da jedoch das Filter vor der Bildformungsebene des das Bild aufnehmenden optischen Systems angeordnet ist, wird das Licht nicht nur im lichtstarken Bereich, sondern auch in Umfangsbereichen mit niedriger Leuchtstärke gedämpft. Die Anordnung ist deshalb als Schweißüberwachungsvorrichtung nicht gut geeignet und hat den Nachteil, daß während des Schweißens das Sichtfeld dunkler wird und der Umfangsbereich nicht mehr erkennbar ist.

Die Japanische Patentoffenlegungsschrift 142 528/1983 offenbart eine Anordnung, bei der ein teilweise abgeschirmtes Filter be weglich angeordnet ist. Hierbei treten jedoch dieselben Nach teile auf wie bei der Anordnung, die zuvor beschrieben wurde.

Die Japanische Patentoffenlegungsschrift 202 189/182 offenbart eine Anordnung, bei der ein Lichtdämpfungsfilter vorgesehen ist, das durch Drehung aus dem einfallenden Licht entfernbar ist. Wird bei Verwendung dieser bekannten Anordnung nicht geschweißt, dann tritt der vorgenannte Nachteil nicht auf. Während des Schweißens jedoch wird von dem Umfangsbereich mit niedriger Leuchtstärke einfallendes Licht ebenfalls gedämpft, so daß wie bei der vorstehend beschriebenen Anordnung der Umfangsbereich dunkler wird und schwer zu beobachten ist.

Die US-PS 4,225,771 beschreibt eine An ordnung, bei der ein Filter an der Stirnfläche einer Fernseh kamera angebracht ist und mit der der Einfluß des Lichtbogens bei der Beobachtung ausgeschlossen werden soll. Diese bekannte Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß nur ein einfarbiges Bild erzeugt wird, was die Unterscheidung schwierig macht.

Aus der US 4 397 524 sind elementare Bildleiterfasern mit ungleichförmiger Brechungsindexverteilung bekannt. Diese ungleichförmige Brechungsindexverteilung ist durch den speziellen Aufbau dieser einzelnen Bildleiterfasern bedingt. Jede Bildleiterfaser besteht aus einem Kern, einer Überzugsschicht und einem Quarzmantel. Obwohl die einzelne elementare Faser zwar eine ungleiche Brechungsindexverteilung aufweist, ist, da das Faserbündel insgesamt aus gleichartigen Elementarfasern aufgebaut ist, in bezug auf die Stirnfläche eines derartigen Faserbündels jedoch keine ungleichmäßige Verteilung des Brechungsindex festzustellen.

Aus der eingangs erwähnten DE 33 39 182 C1 ist eine Vorrichtung zum Überwachen eines eine hohe Lichtstärke erzeugenden Schweißvorganges bekannt, bei der zwischen einem ein optisches Bild einer zu beobachtenden Stelle erzeugenden Objektiv und einem Kameraobjektiv zur Vergrößerung und Beobachtung des optischen Bildes ein Bildübertragungselement angeordnet ist. Dieses Bildübertragungselement enthält einen flexiblen Faserbildleiter. Ferner ist zwischen dem Kameraobjektiv und der Empfangsfläche der Fernsehkamera ein optisches Filter angeordnet. Dieses Filter absorbiert während des Schweißvorgangs die vom Schweißlichtbogen ausgehende starke Strahlung im ultravioletten und sichtbaren Teil des Spektrums, so daß das Bild nur mit Hilfe der vom Arbeitsbereich ausgehenden Infrarot-Strahlung erzeugt wird. D. h. dieses Filter dämpft das gesamte Bild, das auf der Empfangsfläche der Fernsehkamera erzeugt wird. Dies hat zur Folge, daß Bildanteile mit geringer Lichtstärke nur sehr schlecht wahrgenommen werden können.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, die Vorrichtung der vorstehend genannten Art derart weiterzubilden, daß sich insgesamt ein deutliches Bild ergibt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 16.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung des Aufbaus eines Teiles einer Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 eine Ansicht des Aufbaus eines Teiles einer Vorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4a eine Darstellung eines Lichtführungselements vom Okular aus gesehen,

Fig. 4b eine graphische Darstellung der Durchlässigkeitsverteilung,

Fig. 5 eine Ansicht des prinzipiellen Aufbaus des vierten Ausführungsbeispiels,

Fig. 6 eine Ansicht eines Teiles einer Vorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel,

Fig. 7 eine Perspektivansicht einer elektrochromen Vorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel,

Fig. 8 eine Ansicht der Ausbildung eines Teiles einer Vorrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel,

Fig. 9a eine graphische Darstellung der Leuchtstärkenverteilung eines beim Bogenschweißen entstehenden Bildes und

Fig. 9b eine graphische Darstellung der Durchlässigkeitsverteilung bei der Vorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels.

Wie Fig. 1 zeigt, weist eine Schweißüberwachungsvorrichtung 51 des ersten Ausführungsbeispiels ein Bildführungselement 3 als Bildübertragungseinrichtung, beschichtet oder umgeben von einem Schlauch 2, ein Spitzenelement 5, in dem ein das Bild eines Gegenstandes auf der einen Stirnfläche des Bildführungselements 3 bildendes Objektiv 4 untergebracht ist, und eine Okulareinheit 7 auf, in der ein Okular 6 zur Verrgrößerung und Beobachtung des durch das Bildführungselement 3 übertragenen Bildes untergebracht ist.

Das Bildführungselement 3 besteht aus einem optischen Faserbün del 52 mit hoher Durchlässigkeit, das durch Bündeln zahlreicher sehr feiner optischer Fasern gebildet ist, und dient dazu, das an seiner einen Stirnfläche, andere Stirnfläche, nämlich die okularseitige Stirnfläche zu übertragen.

Es sei daraufhingewiesen, daß die vordere Stirnfläche dieses Bildführungselements 3 in die Brennebene des Objektivs 4 ge setzt ist, so daß ein vor diesem Objektiv liegender Gegenstand durch das Objektiv 4 scharf auf die vordere Stirnfläche des Bildführungselements 3 abgebildet wird.

Ein scheibenförmiges Lichtdämpfungsfilter 53 ist auf den mittleren Bereich einer dem Objektiv 4 gegenüberliegenden Stirnfläche 52A des optischen Faserbündels 52 aufgesetzt und derart positioniert, daß es in der Brennebene des Objektivs 4 liegt.

Die Durchlässigkeitsverteilung gesehen am Okularelement 7 bei Verwendung des Lichtdämpfungsfilters 53 entspricht derjenigen gemäß Fig. 9b, während Fig. 9a im Vergleich dazu die Leuchtstärkeverteilung eines beim Bogenschweißen entstehenden Bildes wiedergibt.

Fig. 2 zeigt einen Teil der Vorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels mit einem Lichtdämpfungsfilter 54, das durch Ankleben, Ankitten oder dergleichen an den mittleren Bereich einer okularseitigen Stirnfläche 52B des optischen Faserbündels 52 angebracht ist.

Funktion und Wirkungsweise der Vorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel sind im wesentlichen gleich denjenigen der Vorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist für eine Schweißüberwachungsvorrich tung 61 jeweils ein Lichtdämpfungsfilter 62 bzw. 63 an der objektivseitigen Stirnfläche 52A bzw. an der okularseitigen Stirnfläche 52B des optischen Faserbündels 52 angebracht, wo bei diese Lichtdämpfungsfilter 62 und 63 scheibenförmig sind. Hierbei kann beispielsweise das Lichtdämpfungsfilter 62 eine geringere Fläche besitzen als das Lichtdämpfungsfilter 63. Die Durchlässigkeitsverteilung vom Okular 6 her gesehen bei der Bildübertragung durch das Bildführungselement 3 (Fig. 4a) bei Verwendung dieser beiden Lichtdämpfungsfilter 62 und 63 ist in Fig. 4b dargestellt.

Hierbei zeigt sich, daß die Lichtdurchlässigkeit in demjenigen Bereich, in dem sich die beiden Lichtdämpfungsfilter 62 und 63 überlappen, sehr gering ist. Die Durchlässigkeit in demjenigen Bereich, der nur von einer Umfangsringfläche des größeren Filters 63 abgedeckt wird, ist größer und wird im wesentlichen überhaupt nicht gedämpft in dem restlichen von den Filtern nicht abgedeckten Bereich.

Bei dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 weist eine Schweißüberwachungsvorrichtung 71 Lichtdämpfungselemente 72 und 73 auf, die an den beiden Stirnflächen 52A und 52B des optischen Faserbündels 52 beweglich in Richtung der Pfeile B angebracht sind.

Das Lichtdämpfungselement 72 bzw. 73 wird durch ein Licht dämpfungsfilter 72a bzw. 73a und ein dieses umgebendes Licht durchlaßelement 72b bzw. 73b gebildet.

Da die Lichtdämpfungselemente bei diesem Ausführungsbeispiel be weglich sind, ergibt sich eine flexiblere Anordnung. Es sei darauf hingewiesen, daß auch nur eines der Lichtdämpfungselemente, z. B. 73, beweglich und das andere fest angeordnet sein kann. Außerdem sei darauf hingewiesen, daß ein Lichtdämpfungselement in der Nähe der jeweiligen Brennebene angeordnet sein kann.

Bei der Schweißüberwachungsvorrichtung 81 des fünften Aus führungsbeispiels gemäß Fig. 6 wird als Lichtdämpfungselement eine elektrochrome Vorrichtung 82, beispielsweise okularseitig verwendet, deren Lichtdurchlässigkeitsgrad veränderbar ist. Gemäß Fig. 7 ist die elektrochrome Vorrichtung 82 derart aus gebildet, daß ein Elektrolyt 85 beispielsweise ein film förmiges Lithium in Kontakt mit einem elektrochromen Film 86 in einer abgedichteten Hülle ist, die durch transparente Platten 83, etwa Glasplatten und einen Abstandsring 84 gebildet wird. Der Elektrolyt 85 und der elektrochrome Film 86 werden zwischen transparenten Elektroden 87 und 88 gehalten.

Die eine transparente Elektrode 87 erstreckt sich über die ge samte Stirnfläche, während die andere Elektrode 88 ringförmig und konzentrisch in transparente Elektroden 88a, 88b, 88c und 88d aufgeteilt ist, wobei der innere Bereich 88a kreisförmig ist. Mittels Schalter Sa, Sb, Sc und Sd kann von einer Batterie 89 Spannung an die transparente Elektrode 87 als gemeinsame Elektrode und die transparenten Elektrodenabschnitte 88a, 88b, 88c und 88d angelegt werden.

Der genannte elektrochrome Film 86 besteht beispielsweise aus amorphem WO₃, wobei der Elektrolyt 85 dazu dient, das elektro chrome Material zu färben. Wird eine Spannung derart ange legt, daß die Elektrolytseite positiv ist, dann ist die ge färbte Dicke im wesentlichen proportional der durch die Ein heitsfläche fließenden Elektrizitätsmenge und die durchge lassene Lichtmenge verringert sich. Wird beispielsweise beim Schweißen der Schalter Sa für den zentralen Bereich 88a ge schlossen, um die durchgelassene Lichtmenge nur für den zen tralen Bereich zu reduzieren, dann wird dieser auf den stark leuchtenden Bereich gerichtete zentrale Bereich gedämpft. Ist dieser Bereich zu klein, dann können weitere Schalter S_b, S_c bzw. S_d eingeschaltet werden. Somit kann die übertragene Licht menge abhängig von der Größe des stark leuchtenden Bereichs ge steuert werden. Findet kein Schweißvorgang statt, dann kann der mittlere Bereich bei geöffneten Schaltern S_a, S_b, S_c und S_d ohne Dämpfung des Lichts beobachtet werden.

Je mehr konzentrische ringförmige Elektroden 88a, 88b, 88c und 88d vorgesehen sind, um so feiner kann die übertragene Licht menge geregelt werden.

Fig. 8 zeigt eine Schweißüberwachungsvorrichtung 91 eines sechsten Ausführungsbeispiels, bei dem die Schalter Sa, Sb und Sc (Sd ist der Übersicht halber weggelassen) der elektro chromen Vorrichtung 82 des fünften Ausführungsbeispiels auto matisch ein- und ausgeschaltet werden können.

Insbesondere ist zwischen der elektrochromen Vorrichtung 82 und dem Okular 6 ein Strahlenteiler 92 angeordnet, so daß ein ge wisser Lichtanteil, beispielsweise einige Prozent, nach unten reflektiert und über eine Sammellinse 93 auf einen Fotosensor 94 gerichtet wird. Diese Fotosensor 94 besitzt beispielsweise ringförmige konzentrische Elemente 94a, 94b und 94c, von denen das Element 94a kreisförmig ist. Und die Ausgangssignale dieser Elemente werden entsprechenden Vergleichern 95a, 95b und 95c zugeführt. An den anderen Eingängen dieser Vergleicher ist eine Bezugsspannung V eingeprägt. Die Ausgangssignale dieser Ver gleicher werden an die Schaltersteuereingänge von Analog schaltern S_a, S_b und S_c angelegt, die beim Erreichen eines hohen Pegels geschaltet werden.

Tritt bei diesem Ausführungsbeispiel ein Bereich hoher Leucht stärke, also ein blitzender Bereich beim Schweißen auf, dann färbt sich der elektrochrome Film des Elektrodenbereichs des abgebildeten Bereichs, so daß das Licht entsprechend gedämpft wird.

Es ist somit nicht notwendig, daß der Arbeiter die jeweiligen Schalter selektiv ein- oder ausschaltet.

Es sei erwähnt, daß bei dem sechsten Ausführungsbeispiel der Pegel des durchgelassenen Lichts nur stufenweise mit Schaltern eingestellt wird, der Pegel der eingeprägten Spannung kann je doch ebenfalls variiert werden, um den Färbungspegel, das heißt die durchgelassene Lichtmenge zu variieren.

An die Stelle der elektrochromen Vorrichtung des fünften und sechsten Ausführungsbeispiels kann auch eine Flüssigkristall anordnung treten. Auch können die Anordnungen des fünften und sechsten Ausführungsbeispiels entfernbar angebracht sein.

Die vorliegende Erfindung ist auch nicht nur für die Über wachung des Schweißens anwendbar, sondern auch überall dort wo der Kontrast des Sichtfeldes zu groß ist.

Claims

1. Vorrichtung zum Überwachen eines Schweißvorganges oder dergleichen, bei dem eine hohe Lichtstärkeentwicklung auftritt, mit

- einem Objektiv (4), das ein optisches Bild einer zu beobachtenden Stelle erzeugt,
- einem aus einem optischen Faserbündel bestehenden Bildleiter (52), dessen eine Stirnfläche in der Brennebene des Objektivs (4) angeordnet ist und zu dessen anderer Stirnfläche das optische Bild übertragen wird,
- einem Okular (6) zur Vergrößerung und Beobachtung des über den Bildleiter (52) übertragenen optischen Bildes und
- einem Lichtdämpfungsfilter (53; 54; 62, 63; 72, 73; 82), dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtdämpfungsfilter (53; 54; 62, 63; 72, 73; 82) an zumindest einer der beiden Stirnflächen (52A, 52B) des Bildleiters (52) unter teilweise Abdeckung dieser Stirnfläche angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtdämpfungsfilter (72, 73) bezüglich der Stirnfläche (52A, 52B) parallel bewegbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtdämpfungsfilter (53; 54; 62, 63; 72, 73; 82) scheibenförmig ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtdämpfungsfilter aus mehreren Filterabschnitten (72a, 72b, 73a, 73b) mit unterschiedlicher Lichtdurchlässigkeit gebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der anderen Stirnfläche des Bildleiters (52) ein zweites Lichtdämpfungsfilter (62, 63; 72, 73) angeordnet ist, wobei beide Filter unterschiedliche Flächengröße oder unterschiedliche Lichtdurchlässigkeitsverteilung aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtdämpfungsfilter (54, 82) okularseitig an dem Faserbündel (52) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtdämpfungsfilter ein Filter (82) ist, dessen Lichtdurchlässigkeit beim Anlegen einer Spannung veränderbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (82) eine elektrochrome Vorrichtung ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (82) eine Flüssigkristallvorrichtung ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (82) mit veränderbarer Durchlässigkeit in mehrere Abschnitte (88a, 88b, 88c, 88d) aufgeteilt ist, die selektiv elektrisch zur Änderung der Lichtdurchlässigkeit erregbar sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterabschnitte (88a, 88b, 88c, 88d) konzentrische Ringe sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterbereiche (88a, 88b, 88c, 88d) mittels Schalter (S_a, S_b, S_c, S_d) an- und abschaltbar sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (S_a, S_b, S_c, S_d) von Hand betätigbar sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (S_a, S_b, S_c) abhängig von einer Einrichtung (92, 93, 94, 95a, 95b, 95c) zum Feststellen der Lichtstärke des durch das Filter (82) mit veränderbarer Lichtdurchlässigkeit laufenden Lichtes geschaltet werden.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Feststellen der Lichtstärke einen Strahlenteiler (92) zum Abteilen einer Lichtmenge vom durch das Filter (82) mit veränderbarer Durchlässigkeit laufenden Lichts, einen das abgeteilte Licht empfangenden Fotosensor (94) und Lichtstärkepegelvergleichsvorrichtungen (95a, 95b, 95c) aufweist, die Ausgangssignale des Fotosensors (94) mit einem Bezugspegel (V) vergleichen und einen entsprechenden der Schalter (S_a, S_b, S_c) bei Überschreiten eines bestimmten Bezugspegels schließen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotosensor (94) aus so vielen Fotosensorelementen (94a, 94b, 94c) besteht, wie das Filter (82) Filterabschnitte (88a, 88b, 88c) aufweist, so daß eine stufenweise Zuschaltung der Filterabschnitte (88a, 88b, 88c) erfolgt.