DE3930208A1 - Rapid sensor system for welding process - esp. for visualising droplet transfer in pulsed arcs - Google Patents

Rapid sensor system for welding process - esp. for visualising droplet transfer in pulsed arcs

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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters
    • B23K9/0956—Monitoring or automatic control of welding parameters using sensing means, e.g. optical

Abstract

A sensor system for detecting welding processes, esp. droplet transfer in pulsed arcs, comprises a television camera (10), positioned behind a rapid shutter (11) which is opened by arc voltage excursions, and a computer system (12) which processes the camera image to form a standardised television signal for feeding to a video recorder (14) and/or display screen (13). USE/ADVANTAGE - The sensor system is useful in MIG/MAG pulsed arc welding for visualisation of droplet transfer. It is inexpensive, provides detailed precision monitoring of the welding process and allows simple optimisation of parameters.

Description

Das MIG/MAG-Impulslichtbogenschweißen hat sich in den vergangenen Jahren vom spezialisierten Verfahren für das Schweißen von hochfesten Stählen, Aluminium und anderen NE-Metallen zum breit eingesetzten Standardver­ fahren entwickelt. Wesentliche Merkmale der Impuls­ technik sind:MIG / MAG pulsed arc welding has developed into the past years from the specialized process for welding high-strength steels, aluminum and other non-ferrous metals to the widely used standard ver driving developed. Essential characteristics of the impulse technology are:

  • - Der feintropfige, kurzschluß- und spritzerfreie Werkstoffübergang.- The fine droplet, short-circuit and splash-free Material transfer.
  • - Die im Vergleich zum Sprühlichtbogen geringe Wärme­ einbringung. - The low heat compared to the spray arc contribution.  
  • - Die gute Eignung für Schweißungen in Zwangslagen.- The suitability for welding in constrained positions.

Um optimale Ergebnisse zu erzielen, ermöglichen moderne Schweißstromquellen die Wahl der Stromquellenparameter in weiten Grenzen und damit eine optimale Anpassung an unterschiedlichste Schweißaufgaben.To achieve optimal results, modern Welding power sources the choice of power source parameters within wide limits and therefore an optimal adaptation different welding tasks.

Diese Variationsbreite stellt gleichzeitig ein wesent­ liches Problem beim Einsatz der Impulstechnik dar. Aufgrund der nicht ohne weiteres erfaßbaren Vorgänge im Lichtbogen - insbesondere des Werkstoffübergangs - einerseits und der Vielzahl der Parameter andererseits ist die Optimierung der Stromquellenparameter eine schwierige Aufgabe.At the same time, this range of variation is an essential one problem when using pulse technology. Because of the processes that are not readily ascertainable in the arc - especially the material transfer - on the one hand and the multitude of parameters on the other the optimization of the power source parameters is one difficult task.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Sensorsystem zur Erfassung des Schweißvorgangs zur Verfügung zu stellen, das kostengünstig ist und mit dem eine detailgenaue Überwachung des Schweißvorganges und davon ausgehend eine Optimierung der Parameter in einfachster Art und Weise möglich ist.The object of the present invention is therefore a Sensor system for recording the welding process for To provide that is inexpensive and with that a detailed monitoring of the welding process and assuming an optimization of the parameters in simplest way is possible.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Sensorsystem nach dem Anspruch 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbil­ dungen sind in den Unteransprüchen angegeben.A sensor system is used to solve this task the claim 1 proposed. Advantageous training Applications are specified in the subclaims.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung näher er­ läutert. Es veranschaulichenBased on the drawings, the invention he he purifies. Illustrate it

Fig. 1 Diagramm, betreffend Lichtbogenspannung Werkstoffübergang und Zustand des Kurz­ zeitverschlusses, Fig. 1 diagram, concerning the arc voltage material transition and state of the short time the closure,

Fig. 2 Blockschaltbild. Fig. 2 block diagram.

Das erfindungsgemäße Sensorsystem nutzt eine wesent­ liche Eigenschaft des Impulslichtbogenschweißens: Der Werkstoffübergang ist in seinem zeitlichen Verlauf (mehr oder minder) eng an den periodischen Verlauf der Lichtbogenspannung gekoppelt (gesteuerter Werkstoff­ übergang) und verläuft daher ebenfalls periodisch.The sensor system according to the invention uses an essential Characteristic of pulsed arc welding: The material transition is over time (more or less) closely related to the periodic course of the Arc voltage coupled (controlled material transition) and therefore also runs periodically.

Zur Beobachtung schneller periodischer Vorgänge ist es vorteilhaft ausreichend, nur ein kleines Zeitfenster pro Periode zu betrachten (Momentaufnahme). Durch die periodische Wiederholung dieser Momentaufnahme können langsame Änderungen des Vorgangs sichtbar gemacht werden; Zeitdehner-Effekte zur Erfassung der gesamten Periode können durch die geeignete Steuerung des Be­ obachtungszeitpunkts erzielt werden.It is for observing fast periodic events advantageously sufficient, only a small time window to be viewed per period (snapshot). Through the periodic repetition of this snapshot can slow changes in the process made visible will; Time stretching effects to capture the entire Period can be controlled by the appropriate control of the loading time of observation can be achieved.

Ein bekanntes optisches Verfahren nach diesem Prinzip des synchronen Abtastens (Sampling) ist die strobos­ kopische Beleuchtung rotierender Teile.A well-known optical method based on this principle synchronous sampling is the strobos copied lighting of rotating parts.

Das Sensorsystem nach der Erfindung stellt eine Umkeh­ rung des Stroboskops dar: Es basiert auf einer Fern­ sehkamera 10 mit einem vorgeschalteten, elektrooptischen Kurzzeitverschluß 11. Dieser Kurzzeitverschluß 11 wird - gesteuert durch den Verlauf der Lichtbogenspannung - geöffnet (s. Fig. 1), dadurch entsteht die gewünschte Momentaufnahme vom Werkstoffübergang im Lichtbogen (s. Fig. 1). Diese auch als Fast-Motion-Kamera zu bezeich­ nende Anordnung liefert somit pro Periode der Licht­ bogenspannung ein Bild vom Werkstoffübergang. Im Gegen­ satz zu einer an sich bekannten Hochgeschwindigkeits­ kamera wird durch diese Beschränkung auf eine Moment­ aufnahme und die damit verbundene Reduktion der Bild­ frequenz der Werkstoffübergang bereits während des Schweißens sichtbar gemacht.The sensor system according to the invention represents a reversal of the stroboscope: It is based on a television camera 10 with an upstream, electro-optical short-time shutter 11 . This short-term closure 11 is opened (controlled by the course of the arc voltage) (see FIG. 1), thereby creating the desired snapshot of the material transition in the arc (see FIG. 1). This arrangement, also known as a fast motion camera, thus provides an image of the material transition per period of the arc voltage. In contrast to a high-speed camera known per se, this limitation to a snapshot and the associated reduction in the image frequency make the material transition visible already during welding.

Die Fast-Motion-Kamera 10 nach der Erfindung, weist eine variable Bildfrequenz auf und ist vorteilhaft eine Halbleiter- (CCD-) Kamera mit einer Bildfrequenz von max. 180 Hz. Der Kurzzeitverschluß 11 ist bevorzugt als faseroptisch gekoppelter, gepulster Nahfokusdioden- Bildverstärker mit einer Öffnungsdauer von 50 µsec aus­ gebildet. Wesentliche Vorteile von Nahfokusdioden-Bild­ verstärkern sind die Unempfindlichkeit gegenüber elek­ tromagnetischen Feldern, das hohe Schließverhältnis und die geringe Baugröße. Aufgrund der variablen Bildfre­ quenz können die von der Kamera 10 gelieferten Bilder nicht unmittelbar auf einem nachgeschalteten On-Line- Bildschirm o. dgl. dargestellt werden. Sie werden daher in ein nachgeschaltetes Prozeßrechensystem 12 über­ tragen, im Echtzeitbetrieb in einem Rasterbildspeicher zwischengespeichert und schließlich als normgerechtes Fernsehsignal ausgegeben. Dadurch kann neben einem Bild­ schirm 13 zur Darstellung der Bilder auch ein üblicher Videorecorder 14 zur Archivierung verwendet werden. Neben dieser Aufbereitung der Bilddaten übernimmt das Prozeßrechensystem 12 auch die Steuerung der Kamera 10 und des Kurzzeitverschlusses 11.The fast motion camera 10 according to the invention has a variable frame rate and is advantageously a semiconductor (CCD) camera with a frame rate of max. 180 Hz. The short-term shutter 11 is preferably formed as a fiber-optically coupled, pulsed near-focus diode image intensifier with an opening duration of 50 microseconds. Significant advantages of near focus diode image intensifiers are the insensitivity to electromagnetic fields, the high closing ratio and the small size. Due to the variable image frequency, the images supplied by the camera 10 cannot be displayed directly on a downstream online screen or the like. They are therefore transferred to a downstream process computing system 12, temporarily stored in a raster image memory in real-time operation and finally output as a television signal conforming to standards. As a result, in addition to a screen 13 for displaying the images, a conventional video recorder 14 can also be used for archiving. In addition to this processing of the image data, the process computing system 12 also controls the camera 10 and the short-time shutter 11 .

Die weitere Struktur des Sensorsystems und dessen Ver­ bindung mit einer Schweißeinrichtung ist in Bild 2 dargestellt, wobei der Brenner zum Lichtbogenschweißen mit abschmelzender Elektrode mit 15, die Schweißma­ schine mit 16, der Fernregler zum Einstellen der Schweißmaschine mit 17, die Kombination (Blendschutz­ schild, Spritzerschutzscheibe und Filterkombination) zwischen Brenner 15 und Kamera 10 mit 18 sowie eine dem Kurzzeitverschluß 11 vorgeschaltetes Endoskop mit 19 bezeichnet ist.The further structure of the sensor system and its connection to a welding device is shown in Figure 2 , with the torch for arc welding with a melting electrode at 15 , the welding machine at 16 , the remote control for setting the welding machine at 17 , the combination (anti-glare shield, Splash guard and filter combination) between burner 15 and camera 10 with 18 and an endoscope upstream of the short-term shutter 11 is designated 19 .

Neben einer einfachen, benutzerfreundlichen Handhabung des Sensorsystems liegt ein weiterer Vorteil des rechnergestützten Konzepts darin, daß die Bilddaten durch Methoden der grafischen Datenverarbeitung und der Bildverarbeitung ausgewertet werden können. Ein entsprechendes Softwarepaket bietet eine Vielzahl von derartigen Funktionen. Dazu gehören u. a.In addition to simple, user-friendly handling another advantage of the sensor system computer-aided concept in that the image data through methods of graphic data processing and the image processing can be evaluated. A corresponding software package offers a variety of such functions. These include a.

  • - Einzelbildaufnahmen,- single images,
  • - die Beschriftung von Bildern für Dokumentations­ zwecke u. dgl.,- the labeling of images for documentation purposes u. the like,
  • - die Archivierung von Bildern ohne Qualitätsverlust auf Diskette bzw. Festplatte,- the archiving of images without loss of quality on diskette or hard disk,
  • - die Messung geometrischer Größen wie Lichtbogenlänge, Tropfendurchmesser und Tropfenposition,- the measurement of geometric quantities such as arc length, Drop diameter and drop position,
  • - Histogrammorientierte Funktionen zur Kontrastmani­ pulation und zur Falschfarbendarstellung,- Histogram-oriented functions for contrast mani population and for false color representation,
  • - Bildfilterung.- Image filtering.

Das beschriebene Sensorsystem ermöglicht es, die Ein­ flüsse unterschiedlicher Schweißparameter, Werkstoffe und Schutzgase auf den Werkstoffübergang im Impuls­ lichtbogen während des Schweißvorgangs sichtbar zu machen. Damit ergeben sich neue Untersuchungsmöglich­ keiten für die Stromquellenentwicklung, die Werkstoff­ und Gaseentwicklung sowie die Anwendungstechnik. The sensor system described enables the On flows of different welding parameters, materials and protective gases on the material transfer in the impulse arc visibly closed during the welding process do. This opens up new possibilities for investigation for power source development, the material and gas development as well as application technology.  

Ein weiteres Anwendungsgebiet ergibt sich bei Verwen­ dung eines flexiblen Endoskops als Kameraoptik. Damit läßt sich das Sensorsystem in vorhandene Schweißan­ lagen integrieren und zur Überwachung und Dokumentation von Schweißoperationen einsetzen.Another field of application is with Verwen flexible endoscope as camera optics. In order to the sensor system can be welded into existing integrated and for monitoring and documentation of welding operations.

In vorteilhafter Weiterbildung weist darüberhinaus das Sensorsystem nach der Erfindung eine in Fig. 2 mit 20 bezeichnete Kamerabildauswerteinrichtung zur Messung von spezifischen Schweißparametern, wie beispielsweise Lichtbogenlänge, Anzahl der abgelösten Tropfen, deren Position, Durchmesser und dgl. auf. Damit können vor­ teilhaft im Echtzeitbetrieb diese Größen prozeßbe­ gleitend gemessen und als Istwert zur Bewertung/Rege­ lung von Schweißprozessen, z. B. der Regeleinrichtung der Schweißmaschine 16 (wie in Fig. 2 gestrichelt an­ gegeben) zugeführt werden.In an advantageous further development, the sensor system according to the invention also has a camera image evaluation device, designated 20 in FIG. 2, for measuring specific welding parameters, such as, for example, arc length, number of detached drops, their position, diameter and the like. This can be measured in part in real-time operation pro cessing process and as an actual value for evaluation / control of welding processes, z. B. the control device of the welding machine 16 (as given in Fig. 2 in dashed lines).

Claims (4)

1. Sensorsystem zur Erfassung des Schweißvorgangs, insbesondere des Werkstoffübergangs im Impulslicht­ bogen mit einer Fernsehkamera (10), einem der Kamera vorgeschalteten, durch den Verlauf der Lichtbogen­ spannung geöffneten Kurzzeitverschluß (11) sowie einer die Bilder der Kamera (10) in ein normgerechtes Fernsehsignal aufarbeitendes Prozeßrechensystem (12), an dessen Ausgang ein Videorecorder (14) und/oder Bildschirm (13) angeschlossen ist.1. Sensor system for detecting the welding process, in particular the material transition in the pulsed light arc with a television camera ( 10 ), one upstream of the camera, opened by the course of the arc voltage short-term shutter ( 11 ) and one of the images of the camera ( 10 ) in a standard television signal refurbishing process computing system ( 12 ), to the output of which a video recorder ( 14 ) and / or monitor ( 13 ) is connected. 2. Sensorsystem nach Anspruch 1, mit einer als Halbleiter (CCO-) Kamera ausgebildeten Fernsehkamera.2. Sensor system according to claim 1, with a semiconductor (CCO) camera Television camera. 3. Sensorsystem nach Anspruch 1 oder 2, mit einem als faseroptisch gekoppelten, gepulsten Nahfokusdioden-Bildverstärker ausgebildeten Kurz­ zeitverschluß.3. Sensor system according to claim 1 or 2, with a pulsed coupled as fiber optic Short focus diode image intensifier trained short time lock. 4. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Kamerabildauswerteinrichtung (20) zur Messung von spezifischen Schweißparametern, wie Lichtbogenlänge, Zahl der abgelösten Tropfen, deren Position, Durchmesser und dergleichen während des Schweißens, deren Meßgrößen als Istwerte einer Regeleinrichtung der Schweißstromquelle (16) zuführ­ bar sind.4. Sensor system according to one of claims 1 to 3, with a camera image evaluation device ( 20 ) for measuring specific welding parameters, such as arc length, number of detached drops, their position, diameter and the like during welding, the measured variables as actual values of a control device of the welding current source ( 16 ) can be fed.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2742287A1 (en) * 1995-12-08 1997-06-13 Labo Tele 34 Sarl Simultaneous display method for electrical arc welding
DE19816051A1 (en) * 1998-04-09 1999-10-14 Volkswagen Ag Positioning welding head to guarantee exact weld seam formation along weld gap substantially independently of measurement tolerances
DE19818795A1 (en) * 1998-04-27 1999-10-28 Volkswagen Ag Optical image scanning during welding
DE19913756A1 (en) * 1999-03-26 2000-09-28 Audi Ag Arrangement for teaching program-controlled robot has optical detector integrated into teaching tool and directed towards working or path points to acquire positions for robot control
CN1074335C (en) * 1998-04-10 2001-11-07 太原理工大学 Method of measuring metal droplet transition shape of welding rod

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4733051A (en) * 1987-08-25 1988-03-22 Canadian Patents And Development Limited Method and apparatus for controlling root pass weld penetration in open butt joints
US4737614A (en) * 1986-04-22 1988-04-12 The Ohio State University Research Foundation Optical image control for automated arc welding system vision system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4737614A (en) * 1986-04-22 1988-04-12 The Ohio State University Research Foundation Optical image control for automated arc welding system vision system
US4733051A (en) * 1987-08-25 1988-03-22 Canadian Patents And Development Limited Method and apparatus for controlling root pass weld penetration in open butt joints

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Marks, M., "Blendfreie Bilder beim Schweißen", in "Bild der Wissenschaft", 1983, H. 5, S. 29 *
Niepold, R., "Fernsehüberwachung von Schutzgas- schweißungen mit abschmelzender Elektrode MIG-MAG", Springer Verl., Berlin, u.a., S. 52-62,70,71,92-97,157,171-173 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2742287A1 (en) * 1995-12-08 1997-06-13 Labo Tele 34 Sarl Simultaneous display method for electrical arc welding
DE19816051A1 (en) * 1998-04-09 1999-10-14 Volkswagen Ag Positioning welding head to guarantee exact weld seam formation along weld gap substantially independently of measurement tolerances
CN1074335C (en) * 1998-04-10 2001-11-07 太原理工大学 Method of measuring metal droplet transition shape of welding rod
DE19818795A1 (en) * 1998-04-27 1999-10-28 Volkswagen Ag Optical image scanning during welding
DE19818795B4 (en) * 1998-04-27 2006-05-04 Volkswagen Ag Method for optical image scanning during welding
DE19913756A1 (en) * 1999-03-26 2000-09-28 Audi Ag Arrangement for teaching program-controlled robot has optical detector integrated into teaching tool and directed towards working or path points to acquire positions for robot control

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