DE69818275T2

DE69818275T2 - Qualitätsmessung der schweissung

Info

Publication number: DE69818275T2
Application number: DE69818275T
Authority: DE
Inventors: Walter Stephen SIMPSON
Original assignee: University of Sydney
Current assignee: University of Sydney
Priority date: 1997-04-08
Filing date: 1998-04-08
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2018-04-09
Also published as: CA2285561C; EP1007263A1; DK1007263T3; AUPO607397A0; PT1007263E; DE69818275D1; KR100503778B1; ES2202826T3; EP1007263B1; KR20010006180A; ATE249906T1; US6288364B1; CA2285561A1; EP1007263A4; WO1998045078A1

Description

Diese Erfindung betrifft die Qualitätsmessung der Schweißung. Genauer gesagt, betrifftt sie eine Vorrichtung und ein Verfahren zur prozessgekoppelten Messung des Qualitätsergebnisses der Schweißkonstruktion, während das Schweißverfahren gerade im Gange ist. Die Erfindung ist anwendbar auf Gasmetallbogenschweißen, Wolfram-Inertgas-Schweißen, Impulsschweißen, Widerstandsschweißen, Unterpulverschweißen, und auf weitere Schweißverfahren, in denen ein Bogenplasma vorgegeben ist.
Stand der Technik
Die wissenschaftliche Untersuchung des Schweiß- und Schnittbogenphänomens beinhaltet die Überwachung sowohl der Spannungs- als auch der Stromsignale, die eine Periodendauer von Millisekunden bis Sekunden oder sogar Mikrosekunden aufweisen. Ein Verfahren zur Monitorüberwachung dieser Signale umfasst den Einsatz von Hochfrequenzphotographie und ein weiteres beinhaltet den Einsatz von Oszillogrammen. Die einhergehenden Beschränkungen bei den Überwachungstechniken und die Probleme bei der Analyse der Ergebnisdaten machen es schwierig, eine Qualitätsmessung der Schweißung in Realzeit zur Verfügung zu stellen. Hierzu kann ein weiteres Verfahren zur Monitorüberwachung des Schweißwiderstandes aus der Patentanmeldung FR-A-2694899 entnommen werden.
Zusammenfassung der Erfindung
In einer ersten Ausführungsform ist die Erfindung eine Vorrichtung zur Qualitätsmessung der Schweißung. Die Vorrichtung umfasst:
Ein Sensorsystem zum Abtasten entweder des Schweißstroms oder der Schweißspannung zur Bereitstellung einer Reihe von Messwerten für ein erstes Signal.
Ein sekundäres Sensorsystem kann zum Messen der anderen Variablen eingesetzt werden, um eine Reihe von Messwerten für ein zweites Signal bereitzustellen. Alternativ dazu verwendet ein Signalgenerierungssystem das erste Signal zum Generieren einer Reihe von Messwerten für ein synthetisches, zweites Signal, das von zumindest einigen Messwerten des ersten Signals entweder direkt oder über eine zyklische Relation abhängt. Beispielsweise kann ein synthetischer Strom I', wobei die Spannung V gemessen wird, mathematisch generiert werden, indem zur Anwendung kommt: I'n = e–Δt/τI'n–1 – Vn (1) wobei τ eine Konstante ist, die gewählt werden kann und n eine Stichprobenanzahl bedeutet. Dieser Näherungswertsatz kann den üblicherweise, induktiven Widerstandsschaltkreis einer Stromversorgung gestalten, muss jedoch keine akkurate Ausgestaltung darstellen, da das synthetische Signal lediglich Informationen über den zeitlichen Verlauf der Sequenz benötigt.
Unter Zuhilfenahme der Symbole D_n für die Realdatensequenz und A_n für die synthetische Sequenz sind zwei anwendbare Möglichkeiten: An = e–Δt/τ(An–1 – Dn–1) (2) An = Dn–k (3) wobei die Ganzzahl k > 0 ist. Der erste dieser vorstehenden Sätze ist dem Gleichungssatz (1) ähnlich. Die zweite Möglichkeit ist eine einfache wiederkehrende Variable.
Paarbildungssysteme identifizieren die korrespondieren Werte des ersten und zweiten Signals.
Datenerfassungssysteme erfassen Wertepaare, die zur Qualitäts-Monitorüberwachung in Gruppierungen oder Bereiche anwendbar sind. Die erfassten Paare könnten als jene visualisiert werden, die in die ausgewählten Bereiche eines Zwei-Größen-Punktdiagramms bezüglich der Werte des ersten und zweiten Signals fallen. Die Bereiche könnten solch eine Visualisierung in Anspruch nehmen.
Die Bereiche müssen nicht von gleicher Größe sein, sie können kleiner sein, wo die Populationsdichte am größten ist, und sie können in der Dimension exponentiell größer sein, sowohl in Richtung der Spannung als auch in der des Stroms, da diese vom Punkt der größten Populationsdichte weiter fortschreiten. Sobald die Bereiche ausgewählt worden sind, werden sie während des Monitor-Prüfverfahrens festgehalten.
Im Falle eines „Abfalls" oder Kurzschluss-Metallleitens bei einem Gasmetallbogenschweißen gibt es große Spannungs- und Stromschwankungen.
Die ausgewählten Bereiche werden in der Regel jene sein, welche um den Bereich der größten Dichte bei den Stichprobenpunkten liegen. Die ausgewählten Bereiche müssen jedoch nicht angrenzend und fortlaufend sein.
Die Population der Stichprobenpunkte für jeden ausgewählten Bereich kann mittels einer Dichtefunktion f_τ einer Zwei-Größen-Population für einen Satz von Bereichen mit r = 1 zu m dargestellt werden.
Multiplikationssysteme multiplizieren den Satz der Populationen f_q mittels Gewichtungswerten w_qr, die für den gleichen Satz von Bereichen definiert werden, und Addierungssysteme addieren dann die Ergebnisse, um dann einen Satz von neuen Parameterwerten für G_r zu erzeugen, und zwar:
Zur Erzeugung der endgültigen Abgleichs-Bereichspopulationen P_r wird eine Funktion F auf jeden der G_r-Werte angewendet: Pr = F(Gr) ... r = 1 zu m (5) F ist eine eindeutig bestimmte, monotone Funktion.
Der vollständige Satz {P₁ .... P_m} der erfassten P_r ist die Schweißsignatur. Die Gewichtungswerte w_qr werden zur Erzeugung einer Schweißsignatur ausgewählt, die so viele Informationen wie möglich über die Eigenschaften der endgültigen Schweißqualität für eine vorzugebende Abtastfrequenz und -größe enthält. Dies kann mittels einer Versuchs- oder Fehleranpassung oder mittels eines Fachwissens über den physikalischen Prozess experimentell ausgeführt werden. Da in der Abtastausführung einige statistische Geräusche vorhanden sind, ist es hilfreich, die Gewichtungswerte w_qr zu verwenden, um die Schweißsignatur auszugleichen. Die Funktion F wird gewählt, um die Ansprechsensitivität der Schweißsignatur bezüglich Änderungen in der Qualität des endgültigen Schweißergebnisses zu maximieren.
Das Sensorsystem stellt wiederholt eine Reihe von Werten bereit, und eine erneuerte Schweißsignatur wird für jede Reihe erzeugt. Das Speichersystem hält eine Schweißsignatur R = {P₁ P_m} fest, die unter zufrieden stellenden Schweißkonditionen erfasst worden ist, und dabei wird eine hochqualitative Schweißkonstruktion erzeugt. Diese Signaturen sind für einige Zeit abgespeicherte Referenzdaten, oder es könnten Daten sein, die zu Beginn eines Schweißbetriebsvorgangs erfasst wurden. Im Falle eines Roboterschweißens, wobei eine Sequenz von Schweißungen unter Konditionen ausgeführt wird, die variieren können, kann eine Sequenz von Referenzsignaturen abgespeichert und bei Bedarf abgerufen werden.
Die Referenzsignatur kann während des Schweißvorgangs ebenso aus einem vorausgehenden Abtastverfahren kontinuierlich errechnet werden. In so einem Fall ist die Referenz ein bewerteter Durchschnitt der x-Signaturen S₁, S₂, S₃ .... S_x, wobei S₁ die zuletzt errechnete Signatur und S₂ die zuvor errechnete Signatur ist, und so weiter. Die Referenzsignatur R wird aus dem bewerteten Gewichtungsdurchschnitt bestimmt: rj = W1 S qj + W2 S 2j + W3 S 3j + ...... + Wx S xj .... j = 1 zu m (6) wobei r_j zur Abgleichs-Bereichspopulation wird und in der Referenzsignatur R mit j aufgezählt wird; ^S _1j bis ^S _xj sind die Abgleichs-Bereichspopulationen, die in den Signaturen S₁ bis S_x mit j aufgezählt sind, die aus dem vorhergehenden Abtastverfahren errechnet wurden, und W₁ bis W_x sind Signatur-Gewichtungsfaktoren. Die Auswahl der Signatur-Gewichtungsfaktoren W₁ bis W_x bestimmt darüber, ob die Referenz einen Durchschnitt des Schweißsigna turverhaltens über einen relativ langen Zeitraum darstellt oder das allerletzte Schweißverhalten repräsentiert.
Wenn Signaturen mittels einer Zahl multipliziert oder geteilt werden, sollte selbstverständlich jede Abgleichs-Bereichspopulation in der Signatur mittels der gleichen Zahl multipliziert oder geteilt werden, um damit eine neue Signatur zu erzeugen. In ähnlicher Weise verhält es sich, wenn Signaturen addiert oder subtrahiert werden, dann werden die zusammenpassenden Abgleichs-Bereichspopulationen jeder Signatur addiert oder subtrahiert, das heißt, die aufgezählte j-Abgleichs-Bereichspopulation in einer einzigen Signatur wird addiert oder subtrahiert von der Abgleichs-Bereichspopulation, die in der anderen Signatur mit j aufgezählt worden ist: j = 1,2 bis zu m. Die obere Gleichung kann dann prägnanter beschrieben werden als: R = W1S1 + W2S2 + W3S3 + .... + WxSx (7)
Das Berechnungssystem für das Schweißqualitätsergebnis vergleicht dann die Schweißsignaturen mit der Referenzschweißsignatur, um eine Maßeinheit für die Schweißqualität herzustellen.
Der Anteil U einer Schweißsignatur S, der nicht mit der Referenzsignatur R zusammenpasst, wird vorgegeben durch
wobei A·B das innere Produkt der zwei Signaturen A und B ist. Falls U gleich Null ist, gibt es eine perfekte Zusammenpassung.
Der Qualitätsfaktor q kann definiert werden durch:
Die Qualität q ist einheitlich, wenn U gleich Null ist und Null, wenn U = S und S·R = 0 ist. Ein Wert von q = 1 würde eine perfekte Qualität anzeigen. Da die Schweißkonditionen vom Idealwert auf Grund von Fehlern im Schweißprozess abweichend sind, stimmt S nicht mehr mit R und q < 1 überein.
Das innere Produkt oder Skalarprodukt von jeder der zwei Signaturen A und B wird definiert durch:
wobei a_j und b_j die Abgleichs-Bereichspopulationen Pτ der Signaturen A bzw. B ergeben.
Bei einer weiteren Ausführungsform, als zu der vorstehend ins Auge gefassten, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Qualitätsmessung der Schweißung zur Verfügung, welches folgende Schritte umfasst:
Abtasten entweder des Schweißstroms oder der Schweißspannung zur Bereitstellung einer Reihe von Messwerten für ein erstes Signal.
Abtasten der weiteren variablen Schweißspannung oder des Schweißstroms, um eine Reihe von Messwerten für ein zweites Signal bereitzustellen.
Alternativ dazu: Generieren einer Reihe von Messwerten für ein zweites Signal, das von zumindest einigen Messwerten des ersten Signals entweder direkt oder über eine zyklische Relation abhängt.
Paarbildung von korrespondierenden Messwerten des ersten und zweiten Signals.
Erfassen von Messwertpaaren, die für die Qualitäts-Monitorüberwachung in Gruppen verwendbar sind. Dieser Schritt könnte ins Auge gefasst werden, um das Plotten eines Zwei-Größen-Punktdiagramms bezüglich der Werte des ersten und zweiten Signals aufzunehmen. Das Plot wird dann in Bereiche unterteilt. Die Bereiche müssen nicht von gleicher Größe sein, sie können kleiner sein, wo die Populationsdichte am größten ist, und sie können in der Dimension exponentiell größer sein, sowohl in Richtung der Spannung als auch in der des Stroms, da diese vom Punkt der größten Populationsdichte weiter fortschreiten.
Sobald die Bereiche ausgewählt worden sind, werden sie während des Monitor-Prüfverfahrens festgehalten. Die ausgewählten Bereiche werden in der Regel jene sein, welche um den Bereich der größten Dichte in den Stichprobenpunkten liegen. Die ausgewählten Bereiche müssen jedoch nicht angrenzend und fortlaufend sein.
Der Verfahrensprozess läuft dann weiter, indem die Population von Stichprobenpunkten für jeden ausgewählten Bereich mittels einer Dichtefunktion f_τ einer Zwei-Größen-Population für einen Satz von Bereichen mit r = 1 zu m dargestellt wird.
Multiplizieren des Wertesatzes der Populationen f_q durch Gewichtungswerte w_qr, die für den gleichen Satz von Bereichen bereits definiert worden sind. Addieren der Ergebnisse, um einen Satz von neuen Parameterwerten für G_r zu erzeugen, welcher ergibt:
Anwenden einer Funktion F auf jeden G_r-Wert, um die Abgleichs-Bereichspopulationen P_r zu erzeugen: Pr = F(Gr) ... r = 1 zu m (13)
Festlegen des vollständigen Satzes {P₁ .... P_m} der erfassten P_r als Schweißsignatur.
Wiederholtes Abtasten einer Reihe von Werten zur Erzeugung von sukzessiven Schweißsignaturen.
Speichern einer Schweißsignatur R = {P₁ .... P_m}, die unter zufrieden stellenden Schweißkonditionen erfasst worden ist, und Herstellen einer hochqualitativen Schweißkonstruktion, oder alternativ dazu: Errechnen einer gewichteten Durchschnittsreferenz aus vorhergehenden Signaturen.
Vergleichen der Schweißsignaturen mit der Referenzschweißsignatur zur Herstellung einer Maßeinheit für die Schweißqualität.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Endung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme der zugehörigen Zeichnungen beschrieben, welche zeigen:
1 ist ein Zwei-Größen-Punktdiagramm von einer gemessenen Spannung und einem synthetischen Strom.
2 ist eine Populationsdichteverteilung der ausgewählten Bereiche der 1.
3 ist eine gewichtete Version der Populationsdichte der 2.
4 ist eine abgeglichene Version der Populationsdichte der 3.
5 ist eine grafische Darstellung des Zwei-Größen-Unterschritts der Referenzsignaturen.
Der beste Modus zur Ausführung der vorliegenden Erfindung
Bei einer Kurzschlussübertragung beim Gasmetallbogenschweißen tritt ein Kurzschluss wiederholt auf. Die Spannungswellenform zeigt als Resultat allgemein Rechteckimpulse bei etwa 20 Volt, die durch Bereiche getrennt werden, in denen die Spannung auf nahe Null fällt. Diese Spannung wird 1.024mal mit einem Abtastzeitintervall (Δt) von 0,5 Millisekunden über einen Abtastzeitraum (T) von 0,5115 Sekunden (T = (s – 1)·Δt) abgetastet (s).
Es wäre nicht zweckmäßig, Stromsignale gleichzeitig erfassen zu wollen, da das Messen des Bogenstromes eine teure Gerätschaft erforderlich machen würde, wie beispielsweise einen Transformator.
Ein synthetisches Stromsignal A_n wird aus dem abgetasteten Spannungssignal D_n generiert, das unter Verwendung folgender Formel ausgemessen worden ist: An = e–Δt/τ(An–1 – Dn–1) (14) wobei τ die ausgewählte Schweißzeitschalt-Konstante ist, die viermal dem Abtastintervall entsprechen soll, etwa 2 Millisekunden. Der erste synthetische Wert A₁ kann auf Null gesetzt werden.
Die synthetischen Stromwerte können dann anhand der Spannungswerte grafisch übertragen werden, wie in 1 dargestellt ist, um den Prozess visualisierbar zu machen.
Das in 1 dargestellte, grafische Diagramm wird dann in rechteckige Bereiche mit unterschiedlichen Größen aufgeteilt.
Die Bereiche werden auf Grundlage der Daten selbst adaptiv ausgewählt. Aus einem vorgegebenen Satz von Referenzdaten wird ein Punkt (D₀, A₀₎) als Modalwert der abgetasteten Distribution ausgewählt; das ist der Punkt, an dem die meisten Daten vorliegen. Die Bereiche werden mit einer Weite in die D -Richtung gewählt, die am kleinsten neben dem Modalwert ist und zur Unendlichkeit an den Randbereichen neigt. Dies bedeutet, dass die Auflösungsanalyse dort verbessert wird, wo viele Datenpunkte vorhanden sind. Die Weitefunktion ist dergestalt, dass die Weite des bei D_w angeordneten Intervalls verhältnisgleich ist: eα(Dw – Do)2/(ΔD)2 (15) wobei ΔD die Standard-Abweichung von D_n ist, dem Satz von Werten des abgetasteten Spannungssignals, und wobei α eine Konstante (in diesem Beispiel zu Eins gesetzt) ist. Ein analoges Verfahren wird angewendet, um die Höhe der rechteckigen Populationen in die A-Richtung festzustellen, wobei es hier eine Gesamtsumme von m (27 × 27) gibt, die 729 rechteckigen Populationsbereichen entspricht.
Die sich ergebende, unbearbeitete Populationsdichteverteilung ist in 2 dargestellt.
Sobald die Populationsbereiche ausgewählt worden sind, werden sie während des Monitor-Prüfprozesses festgehalten, wobei das Gleiche sowohl für die Referenzsignatur als auch den Monitor-Prüfsignaturen gilt.
Gewichtungen w_qr werden eingestellt, um die Populationsdistribution der ausgewählten Bereiche in zwei Größen einzurichten, und die Gewichtungen werden gewählt entsprechend: wqr = e – β(Dq – Dr)2/(ΔD)2 – β(Aq – Ar)2/(ΔA)2 (16) wobei ΔA die Standard-Abweichung von A_n ist, dem Satz der errechneten Werte des synthetischen Stroms, und β eine Konstante ist, welche den Grad der Ausgleichung bestimmt (in diesem Beispiel auf 25 festgelegt). (D_q – D_r) und (A_q – A_r) sind die Positionen der zwei Bereiche q und r.
Sobald die Gewichtungen ausgewählt worden sind, werden sie während des Monitor-Prüfprozesses festgehalten, wobei das Gleiche sowohl für die Referenzsignatur als auch für die Monitor-Prüfsignatur gilt.
Die ausgeglichene Verteilung, der Satz der Bereichspopulationen {G₁.... G_m}, ist in 3 dargestellt. Der Satz der Abgleichs-Bereichspopulation P_r wird dann unter Anwendung der Funktion F auf die G_r-Werte errechnet: Pr = F(Gr) ... r = 1 zu m (17)
Die eindeutig bestimmte, monotone Funktion F wird gewählt, um die Ansprechsensitivität der Schweißsignatur bezüglich Änderungen in der Qualität des endgültigen Schweißergebnisses zu maximieren. Die Funktion F kann als Leistungsgesetz gewählt werden: F(x) = x^λ, wobei λ feststehend ist, mit dem zusätzlichen Spezialwert F(0) = 0. Falls sich 0 < λ < 1 ergibt, werden Bereiche mit geringen Populationen in der Schweißsignatur hervorgehoben, was die Ansprechsensitivität der Verfahrenstechnik erhöhen kann. Es ist festgestellt worden, dass λ = 0,6 ein geeignetes Auswahlkriterium ist.
Der Satz der Abgleichs-Bereichspopulationen {P₁... P_m}, der die endgültige Schweißsignatur darstellt, ist in 4 aufgezeigt. Diese kann mit der Signatur aus einer Referenzschweißung verglichen werden.
Die Schweißqualität kann durch eine Qualitätsprüfung der 4 ermittelt werden; es ist jedoch zweckmäßig, einen Qualitätsindikator q zu errechnen, welcher definiert wird durch:
wobei R eine Referenzschweißsignatur darstellt, S ist eine gemessene Schweißsignatur, und das innere Produkt oder Skalarprodukt von jeder der zwei Signaturen A und B wird dabei definiert durch:
wobei a_j und b_j die Abgleichs-Bereichspopulationen der Signaturen A bzw. B ergeben.
Die Qualitätsmessung der Schweißung könnte, falls gewünscht, zur Kontrolle des Schweißvorgangs auf irgendeine Weise rückgekoppelt werden.
Die vorliegende Erfindung kann auch für Situationen eingesetzt werden, worin multiple Referenzen zur Anwendung kommen.
Angenommen R₁ und R₂ sind die zwei Referenzsignaturen, die während eines Schweißvorgangs aufgezeichnet und abgespeichert worden sind, wobei eine hochqualitative Schweißkonstruktion produziert wurde: Die Referenzsignaturen sollten dann den Bereich der zu erwartenden, normalen Variationsbreite während des Schweißvorgangs reflektieren.
Beispiele hierfür sind:

(a) Veränderungen in der Dichtungs-/Gelenkgeometrie, Oberflächenkondition und Schweißkopfausrichtung, wie sie beispielsweise beim Roboterschweißen eines komplexen Arbeitsstückes auftreten können.
(b) Programmführung in Betriebs- oder Außerbetriebssequenzen oder programmierte Änderungen in den Betriebskonditionen.
(c) unvorhergesehene Veränderungen beim Schweißen, zum Beispiel auf Grund eines Erhitzens des Werkstücks beim Schweißvorgang, was aber trotzdem nicht die Schweißqualität mindern darf.

Eine Signatur S ist während eines weiteren Schweißvorgangs ausgewählt worden und wird mit R₁ und R₂ verglichen.
Definition:
Eine Standard- oder Einheitssignatur U' wird aus irgendeiner Signatur U errechnet als:
Eine Signatur P – orthogonal zu R₁ – wird vorgegeben durch:
P ergibt ungleich Null, vorausgesetzt dass R₁ und R₂ unabhängige Signaturen sind, das heißt, dass sie nicht die gleiche Signatur bzw. Signaturen sind, deren Elemente – die Abgleichs-Bereichspopulationen – sich voneinander durch einen konstanten Multiplikationsfaktor unterscheiden.
P' und R₁' sind orthogonale Einheitssignaturen im zweidimensionalen Linearsignatur-Unterschritt, der durch R₁ und R₂ definiert wird. Die Komponente B von S', die in dem Unterschritt liegt, ergibt: B = (S'·R')R'1 + (S'·P')P' (22)
Die Komponente C von S', die orthogonal zum Unterschritt ist, ergibt: C = S'– B (23)
Wenn C ungleich Null ist, dann weichen die Schweißkonditionen vom Idealwert ab, und C kann als Teil einer Maßeinheit für eine Schweißqualität eingesetzt werden.
5 veranschaulicht den zweidimensionalen Unterschritt der Referenzsignaturen mit drei möglichen Positionen bezüglich B. Wenn B im Innern des Winkels ist, der zu R'₁ und R'₂ (Position 2) jeweils gegenüberliegend angrenzt, ist die Qualität der Schweißung zufriedenstellend, soweit es die Komponente B betrifft, da von der Standard-Schweißsignatur zu erwarten ist, dass sie sich zwischen R'₁ und R'₂ während des normalen Schweißens bewegt, so wie sich die Bedingungen verändern. Wenn sich B jedoch entweder in Position 1 oder 3 befindet, stellt dies eine Diskrepanz vom Idealwert dar, zusätzlich zur Diskrepanz, die mit ungleich Null C verbunden ist. Mit der Tatsache, dass die Abgleichs-Bereichspopulationen, welche die Signaturen vorgeben, niemals negativ sind, kann die Kondition, in welcher B zwischen R'₁ und R'₂ liegt, wie folgt geschrieben werden: (R'2 – R'1)·(B' – R'1) > 0 und (R'1 – R'2)·(B' – R'2) > 0 (24)
Wenn diese Kondition erfüllt wird, dann ergibt C den Teil der Maßeinheits-Signatur, die sich von den Referenzsignaturen unterscheidet und die Qualität q, wird zu
Umgekehrt, wenn die vorgenannten Konditionen beide nicht erfüllt werden, dann wird entweder R₁ oder R₂ zur S' am nächsten liegen, und die Qualität q sollte als die höhere von R₁'·S' und R₂'·S' genommen werden. Dieses ergibt die gleichen Werte, als ob sie von der Anwendung der einzelnen Referenz von R₁ bzw. R₂ verwendet würden.
Die vorgenannten Berücksichtigungen können erweitert werden auf ein Dreifach-Referenz-System: R₁, R₂ und R₃. Die Komponente von S' in dem dreidimensionalen Unterschritt, der durch R₁, R₂ und R₃ erzeugt wurde, ergibt: B = (S'·R'1)R'1 + (S'·P'1)P'1 + (S'·P'12)P'12 (26) wo P1 = R2 – (R'1·R2)R'1 P12 = P2 – (P'1·R2)R'1 mit P2 = R3 – (R'1·R3)R'1
Die Komponente wiederum von S', orthogonal zum Unterschritt, ist C = S' – B. Ein Näherungswertsatz der Konditionen bezüglich Vektor B', der innerhalb des durch R₁, R₂ und R₃ gebildeten, soliden Volumenbereiches liegen soll, ergibt:
Wenn sämtliche dieser Konditionen erfüllt werden, dann wird die Qualität q vorgegeben durch
Umgekehrt, wenn sämtliche drei Konditionen nicht erfüllt werden, dann wird die Qualität für die drei Referenzpaare R₁ und R₂; R₂ und R₃ und R₁ und R₃ sukzessive errechnet, wobei das bereits definierte Verfahren für Paarreferenzen angewendet wird. Der größte von den drei Resultante-Qualitätswerfen wird als endgültiger Qualitätswert verwendet.
Es wird bei den Fachleuten auf dem Gebiet positiv bewertet werden, dass zahlreiche Variationen und/oder Modifikationen bezüglich der vorliegenden Erfindung angewendet werden können, wie auch in den speziellen Ausführungsformen dargestellt ist, ohne dass dabei der Inhalt oder Schutzumfang der Erfindung aufgegeben wird, die umfassend beschrieben worden ist. Die dargestellten Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht lediglich als Veranschaulichung anzusehen und werden dadurch nicht eingeschränkt.

Claims

Vorrichtung zur Qualitätsmessung der Schweißung, welche umfasst: Sensorsystem zum Abtasten entweder des Schweißstroms oder der Schweißspannung zur Bereitstellung einer Reihe von Messwerten für ein erstes Signal; ein sekundäres Sensorsystem zum Abtasten der Schweißspannung oder des Schweißstroms, welcher noch nicht zuvor vom Sensorsystem erfasst worden ist, um eine Reihe von Messwerten für ein zweites Signal bereitzustellen; Datenerfassungssystem zum Erfassen von Wertepaaren des ersten und zweiten Signals, die für die Qualitätsüberwachung in Signalgruppen anwendbar sind; Berechnungssystem zum Multiplizieren der Messwerte von zwei Gruppen-Populationsgrößen für jede Signalgruppe mittels eines Gewichtungsfaktors sowie zum Addieren der Ergebnisse für jede Signalgruppe; Speichersystem zum Abspeichern eines Referenzsatzes der Resultante-Abgleichs-Gruppenpopulationen, die für eine hochqualitative Schweißkonstruktion erfasst worden sind; Vergleichssystem zum Vergleichen des Referenzsatzes der Abgleichs-Gruppenpopulationen mit einem anderen Parametersatz, der mittels des Berechnungssystems erzeugt worden ist, für die Bereitstellung eines Messwertes der Schweißqualität für die Schweißung, von welcher der andere Parametersatz erzeugt worden ist.
Vorrichtung zur Qualitätsmessung der Schweißung, welche umfasst: Sensorsystem zum Abtasten entweder des Schweißstroms oder der Schweißspannung zur Bereitstellung einer Reihe von Messwerten für ein erstes Signal; ein Signalgenerierungssystem unter Verwendung des ersten Signals zum Generieren einer Reihe von Messwerten für ein synthetisches, zweites Signal, das von zumindest einigen Messwerten des ersten Signals entweder direkt oder über eine zyklische Relation abhängt; Datenerfassungssystem zum Erfassen von Wertepaaren des ersten und zweiten Signals, die für die Qualitätsüberwachung in Signalgruppen anwendbar sind; Berechnungssystem zum Multiplizieren der Messwerte von zwei Gruppen-Populationsgrößen für jede Signalgruppe mittels eines Gewichtungsfaktors sowie zum Addieren der Ergebnisse für jede Signalgruppe; Speichersystem zum Abspeichern eines Referenzsatzes der Resultante-Abgleichs-Gruppenpopulationen, die für eine hochqualitative Schweißkonstruktion erfasst worden sind; Vergleichssystem zum Vergleichen des Referenzsatzes der Abgleichs-Gruppenpopulationen mit einem anderen Parametersatz, der mittels des Berechnungssystems erzeugt worden ist, zur Bereitstellung einer Maßeinheit der Schweißqualität für die Schweißung, von welcher der andere Parametersatz erzeugt worden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Messwerte A_n des synthetischen Signals vorgegeben werden von: An = e–Δt/τAn–1 – Dn wobei D_n die Messwerte des ersten Signals sind, wobei τ eine Zeitkonstante und n eine Stichprobenanzahl ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Messwerte A_n des synthetischen Signals vorgegeben werden von: An = e–Δt/τ[An–1 – Dn] wobei τ eine Schweißzeitschalt-Konstante und n eine Stichprobenanzahl ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Messwerte A_n des synthetischen Signals vorgegeben werden von: An = Dn–k wobei D_n die Messwerte des ersten Signals und von k > 0 sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gruppenpaare, welche durch das Datenerfassungssystem erfasst worden sind, jene sind, die innerhalb der ausgewählten Bereiche von zwei Größen-Histogrammen der Messwerte des ersten und zweiten Signals liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Bereiche nicht von gleicher Größe sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Bereiche dort kleiner sind, wo die Dichte der Stichprobenpunkte größer ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, wobei die ausgewählten Bereiche jene sind, welche die größte Dichte an den Stichprobenpunkten aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Berechnungssystem die Gruppenpopulationsdichten f_η addiert, die durch die Gewichtungsfaktoren w_qr für einen Satz von m-Bereichen zur Erzeugung eines Satzes von Gewichtungs-Gruppenpopulationen G₁, G₂ zu G_m gewichtet worden sind, welcher entspricht:
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Berechnungssystem auch eine monotone, eindeutig bestimmte Funktion F auf jedem der G_r-Werte anwendet, um den Satz von Werten P₁, P₂ zu P_m zu erzeugen, welcher entspricht: Pr = F(G1) ... r = 1 zu m und der Satz P₁, P₂ zu P_m die Schweißsignatur ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Vergleichssystem eine Schweißsignatur vergleicht, die von einem Referenzsatz der gewichteten Gruppenpopulationen mit einer Schweißsignatur erzeugt wurde, welche wiederum von einem anderen Parametersatz generiert worden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei eine einzige Referenzsignatur S vorhanden ist, in der die Schweißsignatur S einer Schweißung und ein Qualitätsfaktor q der Schweißung wie folgt definiert werden:
wobei das innere Produkt oder Skalarprodukt von jeder der zwei Signaturen A und B definiert werden durch:
und a_j und b_j die P_r der Signaturen A bzw. B ergeben.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei zwei Referenzsignaturen R₁ und R₂ vorgegeben sind, in denen die Schweißsignatur S einer Schweißung und ein Qualitätsfaktor q der Schweißung wie folgt definiert werden: eine Standard- oder Einheitssignatur U' wird errechnet aus irgendeiner Signatur U als
eine Signatur P – orthogonal zu R₁ – wird vorgegeben durch
wobei das innere Produkt oder Skalarprodukt von jeder der zwei Signatu ren A und B definiert werden durch:
und a_j und b_j die Pτ der Signaturen A bzw. B ergeben, P ergibt ungleich Null, vorausgesetzt dass R₁ und R₂ unabhängige Signaturen sind, das heißt, dass sie nicht die gleiche Signatur bzw. Signaturen sind, deren Elemente – die Abgleichs-Bereichspopulationen – sich voneinander durch einen konstanten Multiplikationsfaktor unterscheiden; P' und R₁' sind orthogonale Einheitssignaturen in dem zweidimensionalen Linearsignatur-Unterschritt, der durch R₁ und R₂ definiert wird, und die Komponente B von S', die in dem Unterschritt liegt, ergibt: B = (S'·R'1)R'1 + (S'·P')P' die Komponente C von S', die orthogonal zum Unterschritt ist, ergibt: C = S' – B die Kondition, wobei B zwischen R₁' und R₂' liegt, ergibt geschrieben: (R'2 – R'1)·(B' – R'1) > 0 und (R'1 – R'2)·(B' – R'2) > 0 wenn diese Kondition erfüllt wird, dann ergibt C den Teil der Maßeinheits-Signatur, die sich von den Referenzsignaturen unterscheidet und die Qualitat q wird zu
und umgekehrt, wenn die vorgenannten Konditionen beide nicht erfüllt werden, wird die Qualität q als die höhere von R₁'·S' und R₂'S' genommen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei drei Referenzsignaturen R₁, R₂ und R₃ vorgegeben sind, wird eine Schweißsignatur S der Schweißung und ein Qualitätsfaktor q der Schweißung wie folgt definiert: eine Standard- oder Einheitssignatur U' wird errechnet aus irgendeiner Signatur U als
eine Signatur P – orthogonal zu R₁ – wird vorgegeben durch
wobei das innere Produkt oder Skalarprodukt von jeder der zwei Signaturen A und B definiert wird durch:
und a_j und b_j das Pτ der Signaturen A bzw. B ergeben, wobei die Komponente von S' in dem dreidimensionalen Unterschritt, der durch R₁, R₂ und R₃ erzeugt wird, ergibt: B = (S'· R'1)R'1 + (S'·–P'1)P'1 + (S'·P'12)P'12 wo P1 = R2 – (R'1·R2)R'1 P12 = P2 – (P'1·R2)R'1 mit P2 = R3 – (R'1·R3)R'1 die Komponente von S', die orthogonal zum Unterschritt ist, ergibt C = S' – B, und ein Näherungswertsatz der Konditionen bezüglich Vektor B', der innerhalb des durch R₁, R₂ und R₃ gebildeten, soliden Volumenbereiches liegen soll, ergibt:
wenn sämtliche dieser Konditionen erfüllt werden, dann wird die Qualität q
und umgekehrt, wenn sämtliche drei Konditionen nicht erfüllt werden, dann wird die Qualität für die drei Referenzpaare R₁ und R₂; R₂ und R₃ und R₁ und R₃ sukzessive errechnet, wobei das Verfahren nach Anspruch 13 angewendet wird, und der größte von den drei Resultante-Qualitätswerten als endgültiger Qualitätswert verwendet wird.
Verfahren zur Qualitätsmessung, welches folgende Schritte umfasst: Abtasten entweder des Schweißstroms oder der Schweißspannung zur Bereitstellung einer Reihe von Messwerten für ein erstes Signal; Abtasten der Schweißspannung oder des Schweißstroms, die noch nicht zuvor abgetastet worden sind, um eine Reihe von Messwerten für ein zweites Signal bereitzustellen; Paarbildung von korrespondierenden Messwerten des ersten und zweiten Signals; Erfassen von Messwertpaaren, die für die Qualitätsüberwachung in Signalgruppen anwendbar sind; Errechnen der Ergebnisse von zwei Gruppen-Populationsgrößen mit feststehenden Gewichtungsfaktoren, die für die gleichen Gruppen definiert wurden, und Addieren der Ergebnisse für jede Gruppe, um einen neuen Parametersatz von gewichteten Gruppenpopulationen zu erzeugen; Abspeichern eines Referenzsatzes von Abgleichs-Gruppenpopulationen, die aus dem Produzieren einer hochqualitativen Schweißkonstruktion erhalten worden sind, oder alternativ dazu: Bestimmen eines Referenzsatzes aus einem Durchschnittswert von Sätzen der Abgleichs-Gruppenpopulationen, die zuvor errechnet worden sind; und Vergleichen des Referenzsatzes der Abgleichs-Gruppenpopulationen mit einem weiteren Parametersatz, um eine Qualitätsmessung der Schweißung zu erzeugen, aus welcher der andere Parametersatz erzeugt wurde. vorgegeben durch
Verfahren zur Qualitätsmessung, welches folgende Schritte umfasst: Abtasten entweder des Schweißstroms oder der Schweißspannung zur Bereitstellung einer Reihe von Messwerten für ein erstes Signal; Generieren einer Reihe von Messwerten für ein synthetisches, zweites Signal, das von zumindest einigen Messwerten des ersten Signals entweder direkt oder über eine zyklische Relation abhängt; Paarbildung von korrespondierenden Messwerten des ersten und zweiten Signals; Erfassen von Messwertpaaren, die für die Qualitäts-Monitorüberwachung in Gruppen anwendbar sind; Errechnen der Ergebnisse von zwei Gruppen-Populationsgrößen mit feststehenden Gewichtungsfaktoren, die für die gleichen Gruppen definiert wurden, und Addieren der Ergebnisse für jede Gruppe, um einen neuen Parametersatz von gewichteten Gruppenpopulationen zu erzeugen; Abspeichern eines Referenzsatzes von Abgleichs-Gruppenpopulationen, die aus dem Produzieren einer hochqualitativen Schweißkonstruktion erhalten worden sind, oder alternativ dazu: Bestimmen eines Referenzsatzes aus einem Durchschnittswert von Sätzen der Abgleichs-Gruppenpopulationen, die zuvor errechnet worden sind; und Vergleichen des Referenzsatzes der Abgleichs-Gruppenpopulationen mit einem weiteren Satz, um eine Qualitätsmessung der Schweißung zu erzeugen, aus welcher der andere Parametersatz erzeugt wurde.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Messwerte A_n des synthetischen Signals vorgegeben werden von: An = e–Δt/τAn–1 – Dn wobei D_n die Messwerte des ersten Signals sind, wobei τ eine Schweißzeitschalt-Konstante und n eine Stichprobenanzahl ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Messwerte A_n des synthetischen Signals vorgegeben werden von: An = e–Δt/τ(An–1 – Dn) wobei τ eine Schweißzeitschalt-Konstante und n eine Stichprobenanzahl ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Messwerte A_n des synthetischen Signals vorgegeben werden von: An = Dn–k wobei D_n die Messwerte des ersten Signals und von k > 0 sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 16 bis 20, wobei die Gruppenpaare, welche durch das Datenerfassungssystem erfasst worden sind, jene sind, die innerhalb der ausgewählten Bereiche von zwei Größen-Histogrammen der Messwerte des ersten und zweiten Signals liegen.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Bereiche nicht von gleicher Größe sind.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Bereiche dort kleiner sind, wo die Dichte der Stichprobenpunkte größer ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21, 22 oder 23, wobei die ausgewählten Bereiche jene sind, welche die größte Dichte an den Stichprobenpunkten aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei der Berechnungsschritt die Gruppenpopulationsdichten f_q addiert, die durch Gewichtungsfaktoren w_qr für einen Satz von m-Gruppen gewichtet sind, um einen Parametersatz von Gewichtungs-Gruppenpopulationen zu erzeugen, welcher entspricht:
Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Berechnungsschritt auch eine monotone, eindeutig bestimmte Funktion F auf jeder der gewichteten Gruppenpopulationen G_r anwendet, um einen neuen Parametersatz von Abgleichs-Gruppenpopulationen P_r zu erzeugen, welcher entspricht: Pr = F(G1) ... r = 1 zu m und der Satz P₁, P₂ zu P_m die Schweißsignatur ist.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei der Vergleichsschritt eine Schweißsignatur vergleicht, die von einem Referenzsatz der Abgleichs-Gruppenpopulationen mit einer von einem anderen Parametersatz produzierten Schweißsignatur erzeugt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei eine einzige Referenzsignatur R vorhanden ist, wird eine Schweißsignatur S von einer Schweißung und ein Qualitätsfaktor q der Schweißung wie folgt definiert:
wobei R eine Referenz-Schweißsignatur ist, S eine Maßeinheits-Signatur darstellt und das innere Produkt oder Skalarprodukt von jeder der zwei Signaturen A und B definiert wird durch:
und wobei a_j und b_j die Abgleichs-Bereichspopulationen der Signaturen A bzw. B ergeben.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei zwei Referenzsignaturen R₁ und R₂ vorhanden sind, in denen eine Schweißsignatur S der Schweißung und ein Qualitätsfaktor q der Schweißung wie folgt definiert werden: eine Standard- oder Einheitssignatur U' wird aus irgendeiner Signatur U errechnet als
eine Signatur P – orthogonal zu R₁ – wird vorgegeben durch
wobei das innere Produkt oder Skalarprodukt von jeder der zwei Signaturen A und B definiert wird durch:
und a_j und b_j die P_r der Signaturen A bzw. B ergeben, P ergibt ungleich Null, vorausgesetzt dass R₁ und R₂ unabhängige Signaturen sind, das heißt, dass sie nicht die gleiche Signatur bzw. Signaturen sind, deren Elemente – die Abgleichs-Bereichspopulationen – sich voneinander durch einen konstanten Multiplikationsfaktor unterscheiden; P' und R₁' sind orthogonale Einheitssignaturen in dem zweidimensionalen Linearsignatur-Unterschritt, der durch R₁ und R₂ definiert worden ist, und die Komponente B von S', die in dem Unterschritt liegt, ergibt: B = (S'·R'1)R'1 + (S'·P')P' die Komponente C von S', die orthogonal zum Unterschritt ist, ergibt: C = S' – B die Kondition, wobei B zwischen R₁' und R₂' liegt, ergibt geschrieben: (R'2 – R'1)·(B' – R'1) > 0 und (R'1 – R'2)·(B' – R'2) > 0 wenn diese Kondition erfüllt wird, dann ergibt C den Teil der Maßeinheits-Signatur, die sich von den Referenzsignaturen unterscheidet und die Qualitat q wird zu
und umgekehrt, wenn die vorgenannten Konditionen beide nicht erfüllt werden, wird die Qualität p als die höhere von R₁'·S' und R₂'·S' genommen.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei drei Referenzsignaturen R₁, R₂ und R₃ vorgegeben sind, wird die Schweißsignatur S der Schweißung und ein Qualitätsfaktor q der Schweißung wie folgt definiert: eine Standard- oder Einheitssignatur U' wird errechnet aus irgendeiner Signatur U als
eine Signatur P – orthogonal zu R₁ – wird vorgegeben durch
wobei das innere Produkt oder Skalarprodukt von jeder der zwei Signaturen A und B definiert wird durch:
und a_j und b_j die P_r der Signaturen A bzw. B ergeben, wobei die Komponente von S' in dem dreidimensionalen Unterschritt, der durch R₁, R₂ und R₃ erzeugt wurde, ergibt: B = (S'·R'1)R'1 + (S'·P'1)P'1 + (S'·P'12)P'12 wo P1 = R2 – (R'1·R2)R'1 P12 = P2 – (P'1·R2)R'1 mit P2 = R3 – (R'1·R3)R'1 die Komponente von S' orthogonal zum Unterschritt ist C = S' – B, und ein Näherungswertsatz der Konditionen bezüglich Vektor B', der innerhalb des durch R₁, R₂ und R₃ gebildeten, soliden Volumenbereiches liegen soll, ergibt:
wenn sämtliche dieser Konditionen erfüllt werden, dann wird die Qualität q vorgegeben durch
und umgekehrt, wenn sämtliche drei Konditionen nicht erfüllt werden, dann wird die Qualität für die drei Referenzpaare R₁ und R₂; R₂ und R₃ und R₁ und R₃ sukzessive errechnet, wobei das Verfahren nach Anspruch 27 angewendet wird, und der größte von den drei Resultante-Qualitätswerten als endgültiger Qualitätswert genommen wird.