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 Kunststoffteilen

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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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