DE4311320A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle der Schweißnahtqualität bei der Verbindung von Kunststoffteilen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle der Schweißnahtqualität bei der Verbindung von KunststoffteilenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Kontrolle der Schweißnahtqualität bei der Verbindung von
Kunststoffteilen.
Bei bekannten Schweißverfahren wird der Werkstoff der zu
verbindenden Teile in der Berührungszone aufgeschmolzen, so
daß ein Ineinanderfließen im Berührungsbereich stattfinden
kann. Während des Schweißens wird eine bestimmte Fügekraft
aufgebracht, und die Fügeteile werden unter Zurücklegen
eines Fügeweges aufeinanderzubewegt, worauf beim Abkühlen
eine stoffschlüssige Verbindung entsteht. Das Aufschmelzen
kann z. B. durch Infrarotstrahlung mit beheizten Schweißspie
geln oder durch Reibungsschweißen erfolgen, bei dem die
Fügeteile in einer oszillierenden, translatorischen oder
orbitalen Relativbewegung gegeneinander getrieben werden.
Das Reibungsschweißen eignet sich insbesondere auch zum
Verbinden großflächiger und komplexer Fügeteile.
Um feste Verbindungen zu erzielen, muß der Werkstoff ausrei
chend aufgeschmolzen werden, und es muß ein entsprechender
Fügedruck vorhanden sein. In der Praxis wird diesen Forde
rungen oft dadurch Rechnung getragen, daß ein Mindestfügeweg
(Mindestschweißtiefe) eingehalten wird. Eine visuelle Begut
achtung der Schweißnaht ist nur bei einfachen Fügeteilgeo
metrien möglich. Komplizierte Fügeteile weisen dagegen oft
innenliegende Fügezonen auf.
Es ist bekannt (DE 38 15 003), die Fügekraft und die
Schweißtiefe während des Vibrationsvorgangs zu messen und in
zeitlicher Abhängigkeit den Vibrationsvorgang zu beenden.
Bei größeren geometrischen Teilen bedeutet dies die Verwen
dung vieler Sensoren zur Aufnahme von Druck und Schweiß
tiefe. Toleranzen der Teile zueinander, wie auch kleine
Abweichungen der Schweißqualität, sind aber auch bei dem
bekannten Verfahren nicht oder nur unter großem Aufwand
feststellbar.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die
Schweißnahtqualität mit einfachen Mitteln und wünschens
werter Zuverlässigkeit zu prüfen.
Erfindungsgemäß ist die genannte Aufgabe mit einem Verfahren
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Zum Durch
führen des Verfahrens sind erfindungsgemäß die Vorrichtungen
gemäß den dem Verfahrensanspruch nachgeordneten Patent
ansprüchen vorgesehen.
Erfindungsgemäß dienen zur Beurteilung der Schweißnahtquali
tät Wärmedetektoren, z. B. Infrarotsensoren oder Infrarot
kameras, die so angebracht werden, daß sie die komplette
Schweißnaht und die darin entstehende Wärme erfassen. Dies
kann während des Schweißprozesses oder, wegen der endlichen
Wärmeleitung der Kunststoffe, auch im Anschluß an den
Schweißprozeß erfolgen. Eine gute Schweißverbindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß eine gleichmäßige Wärmeentwick
lung von vorbestimmter Größe in der Schweißnaht entsteht. Es
läßt sich also mittels einer Infrarotkamera in einer einzi
gen Aufnahme die komplette Temperaturverteilung in den ver
schweißten Teilen aufnehmen und abbilden. Damit läßt sich
die Schweißnahtqualität in sehr einfacher Weise optisch
begutachten. Die Schweißnahtkontrolle läßt sich auch auto
matisieren, wenn die von den Wärmedetektoren erfaßte Tem
peraturverteilung mit einer gespeicherten bzw. im voraus
festgelegten Temperaturverteilung verglichen wird. Anstelle
einer Infrarotkamera können die Schweißnähte der zu fügenden
Teile auch mit einem Temperaturstrahlungssensor abgefahren
werden. Ferner können Temperatursensoren auch in dem Halte
teil eingebettet werden, in dem das zu verschweißende Bau
teil eingelegt wird. Dabei ergibt sich eine hohe Ortsauflö
sung und eine besonders hohe Qualität der Prüfung. Insgesamt
ermöglicht die Erfindung eine relativ preiswerte Qualitäts
kontrolle, insbesondere im Vergleich zum bekannten Kontroll
verfahren mit Ermittlung des Fügeweges, da die bei der
Erfindung zur Anwendung kommenden Infrarotsensoren oder
Temperatursensoren sehr preiswert sind.
Zusätzlich läßt sich die erfindungsgemäße Temperaturerfas
sung mit weiteren Qualitätskriterien kombinieren, z. B. mit
dem Fügedruck, der Schweißzeit oder der Schweißtiefe, um
möglichst umfassende Aussagen zu ermöglichen und die
thermische Qualitätskontrolle abzusichern.
Ausführungsbeispiele verschiedener Vorrichtungen sind anhand
der Zeichnungen im folgenden erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Vorrichtung unter Zuhilfenahme einer Infra
rotkamera,
Fig. 2 eine Vorrichtung mit Temperatursensoren,
Fig. 3 eine Vorrichtung mit einem Pyrometer und
Fig. 4 eine abgeänderte Ausführungsform der Fig. 3.
In Fig. 1 ist perspektivisch ein Armaturenbrett für ein
Kraftfahrzeug dargestellt, bei dem zwei Kunststoffbauteile A
und B übereinandergelegt und längs der Schweißnähte 1 in
einer Reibschweißmaschine miteinander verschweißt werden.
Unmittelbar nach Entfernen aus der nicht dargestellten
Reibschweißmaschine wird das fertige Bauteil in das Blick
feld einer Infrarotkamera gebracht. Diese ermöglicht eine
gleichzeitige und vollständige Erfassung der Temperatur
verteilung in allen Schweißnähten und liefert ein Infrarot
bild, das Fehlerstellen unschwer erkennen läßt.
In Fig. 2 ist eine Vorrichtung dargestellt, die es ermög
licht, die Schweißqualität während des Schweißvorgangs zu
prüfen. In Fig. 2 ist ein unterer Teilehalter 4 einer Reib
schweißmaschine (nicht gezeigt) dargestellt, in deren Aus
nehmung ein Kunststoffbauteil 5 eingelegt und gehalten ist.
Das mit dem Teil 5 zu verschweißende Kunststoffbauteil ist
in einem oberen nicht dargestellten Teilehalter eingelegt.
Die Verbindung erfolgt längs der Schweißnähte 6. Unterhalb
der Schweißnähte 6 sind im Teilehalter 4 im Bereich der
Schweißnähte Temperatursensoren 8 eingebettet. Während des
Schweißvorgangs messen die Temperatursensoren die in der
Schweißnaht entstehende Wärme unmittelbar und liefern damit
ein Abbild der Temperaturverteilung längs der Schweißnähte.
Das Ergebnis kann beispielsweise tabellarisch dargestellt
werden oder mit vorbestimmten Werten verglichen werden.
Diese Ausführung ermöglicht eine zeitgleich mit dem
Schweißprozeß erfolgende Schweißnahtkontrolle.
In Fig. 3 wird die Temperaturverteilung in dem Kunststoff
bauteil mit einem Pyrometer 10 erfaßt, das von einem
Mehrachsensteuersystem 12 über die Schweißnähte geführt
wird. Solche Mehrachsensysteme, denen das Abfahren der
Schweißnähte mit dem Pyrometer 10 möglich ist, sind bekannt
und werden hier nicht näher erläutert. Es kann sich bei
spielsweise um einen Roboter oder Goniometer handeln.
In Fig. 4 ist eine Abwandlung insofern gezeigt, als das
Pyrometer 10 stationär angeordnet ist und das Abfahren der
Schweißnähte 1 durch einen Spiegel 15 erfolgt, der anstelle
des Pyrometers 10 von dem Mehrachsensystem 12 bewegt wird.
Claims (10)
1. Verfahren zur Kontrolle der Schweißnahtqualität
bei der Verbindung von Kunststoffteilen, dadurch gekenn
zeichnet, daß die beim Verschweißen der Kunststoffteile
entstehende Wärme, nämlich die Temperaturverteilung in der
Schweißnaht, erfaßt und ausgewertet wird.
2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Infrarotkamera
(2) vorgesehen ist, von der die Temperaturverteilung in
allen Schweißnähten (1) der Kunststoffbauteile abgebildet
wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Infrarotkamera stationär angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Infrarotkamera über die Kunststoffbauteile
schwenkbar angeordnet ist.
5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatur
strahlungssensor (10) vorgesehen ist, der längs der
Schweißnaht (1) geführt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, daß der Temperaturstrahlungssensor stationär ist und
ein beweglich gelagerter Spiegel (15) zum Führen des
Abtaststrahls längs der Schweißnähte vorgesehen ist.
7. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Temperatursensoren
(8) vorgesehen sind, die im Bereich der vorzusehenden
Schweißnähte in einem das zu verbindende Kunststoffteil
aufnehmenden Teilehalter (4) eingebettet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßwerte längs der
Schweißnaht mit gespeicherten Sollwerten verglichen werden.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmebild zur optischen
Kontrolle hergestellt wird.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßwerte mit
anderen Schweißparametern, wie Fügedruck, Schweißzeit
und/oder Schweißweg kombiniert werden.
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Publications (1)
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DE4311320A1 true DE4311320A1 (de) | 1994-10-13 |
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