SE515707C2 - Skyddsanordning vid metallsvetsning eller - skärning innefattande presentation av processdata - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 35 - | | . f. 515 707 s"zz"z.s"s'f=. " '* 2 godstjocklekar och med olika kvalitetskrav. Bl a måste temperaturen vid svetsningen vara avpassad för det aktu- ella materialet och den aktuella tjockleken, d v s till- räckligt hög för att åstadkomma tillfredsställande sam- mansmältning av materialen men ej så hög att det uppstår genomsmältning och hål i materialet.

Mellan dessa båda ytterlighetsfall kan svetsningen utföras med varierande kvalitetsgrad där det för varje material och godstjocklek finns en optimal temperatur då svetsningen kan utföras med högsta möjliga kvalitet. Även temperaturfördelningen i det omgivande materialet har stor betydelse för det färdiga svetsförbandets kvalitet.

Temperaturen vid svetsningen beror av ett flertal faktorer och ej endast av omgivningens temperatur, typ av material och godstjocklek, d v s sådana faktorer som avgör hur snabbt värmen leds bort från själva svetsområ- det, utan även av sådana faktorer som svetstrådens tjock- lek och förflyttningshastighet, tràdmaterialet, svetsför- bandets dimensioner och givetvis av strömstyrkan (vid elsvetsning) eller làgans beskaffenhet (vid gassvets- ning).

Det är således en mängd faktorer som är avgörande för kvaliteten på svetsningens utförande och även med lång erfarenhet är det svårt att kunna styra och ta hän- syn till alla faktorer för ett optimalt resultat.

Med hittills kända svetsutrustningar har operatören kunnat få ytterst liten återkoppling eller feedback på det arbete som just för tillfället utförs utan har varit helt hänvisad till det för ögat synliga resultatet. Sådan visuell kontroll försvåras dessutom av att svetsarens ögon är skyddade av mycket mörka filterglas samt av den rökutveckling och det bländande ljussken som uppstår under svetsningen.

En fullständig återkoppling på utfört arbete har kunnat fås endast vid en efterföljande kvalitetskontroll genom noggrann visuell inspektion, slagprovning med verk- tyg, röntgenprovning, ultraljudprovning, dragprovning, lO 15 20 25 30 35 515 707 o | . | H . . « | f 1 3 provtryckning och liknande. Förutom att flertalet av dessa provmetoder är tidskrävande och kräver kostsam utrustning för att utföras, kommer àterkopplingen egent- ligen för sent eftersom svetsningen redan är utförd och eventuella brister blir av denna anledning svära, tids- krävande och kostsamma att åtgärda.

Kort redogörelse för uppfinningen Föreliggande uppfinning syftar till att undanröja nackdelar och brister hos tidigare kända anordningar och utrustningar för svetsning och skapa en anordning medelst vilken en användare fär omedelbar och kontinuerlig äter- koppling av svetsningens utförande genom presentation av för svetsningens utförande betydelsefulla processparamet- rar. Åtminstone dessa syften uppnàs medelst en anordning enligt patentkravet l.

Till grund för uppfinningen ligger således insikten att dessa syften kan uppnås genom en anordning innefat- tande åtminstone en videokamera medelst vilken en bild- upptagning görs av det område där svetsningen utförs.

Bilden överförs därefter i form av videosignaler till en bildbehandlingsenhet inbegripande någon form av dator där signalerna analyseras med avseende pà vissa valda pro- cessparametrar, sàsom t ex temperatur, och bearbetas för att presenteras för användaren i önskad form via en vi- deoàtergivningsenhet i eller pä insidan av avskärmnings- elementet. Processparametrarna kan pà lämpligt sätt och i lämplig form användas för beredning, övervakning, styr- ning och dokumentering av svetsprocessen.

Beredning innebär att t ex arbetsobjektets material- typ, dimensioner, fogtyp m m matas in i anordningen och dessa data kan därefter valfritt användas för automatisk styrning av svetsutrustningen eller för avgivning av rekommenderade inställningsvärden till operatören.

En parameter som framförallt är viktig att detektera när det gäller svetsning är temperaturen, dels i själva smältzonen men även värmefördelningen i det omkringlig- gande materialet. Temperaturen kan redovisas för använda- -.=- u. l0 15 20 25 30 35 515 707 « « ~ - .- . | . » m 4 ren på godtyckligt sätt, t ex genom sifferangivelser, diagram eller genom färgläggning med olika färg för olika temperaturintervall vilka redovisas i en bild över svets- stället och omkringliggande område. Bilden över värmeför- delningen kan i ett vidareutvecklat utförande jämföras med en förprogrammerad ideal bild för det aktuella mate- rialet och dimensionen och skulle kunna användas för automatisk styrning av svetsprocessen.

Andra parametrar som skulle kunna vara av intresse att detektera är t ex avstånd, svetstrådens rörelsehas- tighet, eller form och karaktär på ljusreflektion från olika ytor. Det sistnämnda kan erfordra någon form av lampor eller andra strålningskällor riktade mot svets- stället och reflektionsgraden kan indikera t ex förore- ningar eller fyllnadsgraden av smält svetsmaterial i en svetsfog.

Uppfinningen är avsedd att kunna kombineras med alla olika förekommande typer av avskärmningselement genom Vilka användaren kan visuellt följa svetsförloppet. Så- lunda kan uppfinningen kombineras med de tidigare nämnda mörkfärgade filterglasen eller med de fotocellstyrda glasen av flytande kristaller på så sätt att processdata presenteras för användaren i godtycklig form via en sepa- rat bildskärm eller display. Lämpligen kan därvid pro- cessdatan presenteras i utkanten av synfältet, t ex genom en ”list” eller dataremsa i någon av synfältets kantområ- den, medan de centrala delarna av synfältet hålls fria för visuell övervakning av svetsförloppet på konventio- nellt sätt. Processdatan från bildbehandlingen kan där- igenom ge användaren viktig information om svetsprocessen som är till hjälp för denne att utföra svetsningen på ett sätt som syftar till att ge ett bra slutresultat. Lämpli- gen kan bildskärmen vara av det slag som är genomsynlig och kan då placeras helt och hållet framför det ena ögat alternativt båda ögonen och användaren får ändå god över- blick över svetsförloppet. Alternativt kan bildskärmen vara placerad något vid sidan om det centrala synfältet. 10 l5 20 25 30 35 515 707 . . . . . « - « . ' f u 5 Det ligger dock även inom uppfinningens ram att anordningen kan kombineras med en typ av avskärmningsele- ment som i sig innefattar en videoåtergivningsenhet me- delst vilken även den visuella övervakningen av svetsför- loppet sker via en videokamera. I sådant fall kan samma kamera eller kameror och samma videoàtergivningsenhet användas såväl för visuell övervakning som för presenta- tion av processdata genom bildanalys av videosignalen i en bildbehandlingsenhet.

Bildbehandlingsenheten kan valfritt arbeta kontinu- erligt, genom att fortlöpande analysera och detektera alla videosignaler från kameran, eller intermittent genom att videosignalerna analyseras med visst tidsintervall, t ex 1-10 sekunders intervall. Fördelen med det sistnämn- da är att väsentligt mindre datakapacitet erfordras.

I regel föredras att anordningen inbegriper någon typ av skärm eller visir som täcker hela ansiktet hos användaren. Vissa typer av svetsljus innehåller nämligen ultraviolett strålning som kan ge brännskador på huden liknande solbränna. I ett utförande skulle avskärmnings- elementet kunna ingå i en heltäckande hjälm med visir vilken inrymmer såväl avskärmningselement, videoätergiv- ningsenhet, hörselskydd samt frisklufttillförsel. Andra typer av svetsstrålning kan vara betydligt lindrigare och i sådana fall skulle det kunna räcka med ett skydd inbe- gripande en videoåtergivningsenhet enbart framför ögonen.

Videoåtergivningsenheten kan utformas på många olika sätt. Eftersom ögats närpunkt, d v s den närmaste punkt som ögonen kan fokusera, för en vuxen människa ligger ca 15-25 cm framför ögonen, kan det vara olämpligt att pla- cera en bildskärm direkt framför ögonen. En sådan anord- ning skulle bli relativt otymplig genom att bildskärmen måste placeras långt framför ögonen och anordningen skul- le därigenom få stor utsträckning i riktning framåt från ansiktet. I stället föredras att avbildningen av arbets- området betraktas genom någon form av förstoringsprisma eller lins/linssystem. Själva avbildningen kan ske på 10 15 20 25 30 35 515 707 - . - ; | ~ 6 något godtyckligt sätt, t ex på en LCD-skärm eller genom projicering från små projektorer mot en ljusreflekterande skärm, och denna avbildning betraktas av användaren via förstoringsprismat/linssystemet.

Anordningen kan valfritt inbegripa en videokamera eller två videokameror för att möjliggöra stereoseende.

Genom stereoseende skulle det t ex vara möjligt att be- räkna avstånd såsom längd, bredd och djup och detta skul- le i sin tur kunna användas för att beräkna volym för att t ex övervaka att en svetsfog fylls med tillräcklig mängd svetsmaterial eller att beräkna den hastighet med vilken svetstråden förflyttas under svetsningen. Avstånd skulle dock även kunna detekteras på andra sätt än genom två kameror, t ex medelst ultraljud. Vidare kan kameran vara självstyrande så att den automatiskt riktas mot svets- stället oberoende av hur användaren håller huvudet. Styr- ningen kan t ex ske genom detektering av och centrering mot svetslàgan.

En anordning enligt uppfinningen kan byggas ut med godtyckliga andra funktioner om så önskas. Videokameran eller -kamerorna kan t ex, förutom att stå i förbindelse med bildbehandlingsenheten och videoåtergivningsenheten, även stå i förbindelse med någon form av videolagringsen- het, t ex videobandspelare eller CD/DVD-spelare, för dokumentation och lagring av svetsningens utförande.

Denna överföring av videosignalerna till videolagringsen- heten kan ske på godtyckligt sätt såsom via kabel eller trådlös överföring. I en sådan videolagringsenhet kan även lagras dokumentation om efterkontroll av svetsfogar, t ex täthetskontroll och sprickkontroll såsom röntgen- och ultraljudprovning.

Anordningen är i första hand tänkt att fysiskt bäras av användaren i form av en hjälm, ett visir eller annan tillsats. Bildbehandlingsenheten och eventuell_videolag- ringsenhet kan dock vara placerade åtskilda från använda- ren. Det skulle dock även vara tänkbart att ha anordning- 10 15 20 25 30 35 515 707 7 en fastsatt på en inställbar arm invid en arbetsbänk eller liknande.

En anordning enligt uppfinningen skulle i ett vida- reutvecklat utförande kunna kompletteras med ett flertal ytterligare funktioner. T ex skulle regleringen av svets- utrustningen kunna ske manuellt eller automatiskt via bildbehandlingsenhetens dator. Manuellt med ledning av information fràn den presenterade processdatan genom lämpligt placerade manövreringsknappar eller bildskärms- pekare eller genom röststyrning. Automatiskt genom att datorn reglerar svetsutrustningen så att svetsprocessen häller sig inom förprogrammerade börvärden med avseende pà vissa processparametrar, exempelvis temperatur, och i beroende av likaledes förprogrammerade ingàngsvärden Via bildbehand- lingsenheten skulle operatören även kunna fä instruktio- avseende t ex material och dimensioner. ner om svetsningens utförande, t ex att öka eller minska svetstràdens förflyttnings-hastighet.

Anordningen skulle även kunna vara kombinerad med en gassensor så att operatören kunde få varning via bildbe- handlingsenheten om explosiv eller giftig gas finns pà platsen för svetsningens utförande.

En instruktör skulle kunna vara inkopplad via bild- behandlingsenheten för att följa svetsresultatet fràn en svetsare under utbildning. Ràd och instruktioner skulle dä kunna ges t ex genom textmeddelanden via videoàtergiv- ningsenheten eller röstmeddelanden via högtala- re/hörlurar.

Kort beskrivning av bifogade ritningar Pà ritningarna visas i: FIG l en perspektivvy av en person under svetsarbete utrustad med en anordning enligt ett första ut- förande av föreliggande uppfinning; FIG 2 en sidovy av personen med anordningen enligt fig 1 delvis genomskuren; FIG 3 ett andra exempel pà en videobild som använda- ren kan se under svetsningen; 10 15 20 25 30 35 515 707 . ~ 1 » m 8 FIG 4 ett andra exempel pà en videobild som använda- ren kan tänkas se; FIG 5 en perspektivvy av en person under svetsarbete utrustad med en anordning enligt ett andra ut- förande av föreliggande uppfinning; och FIG 6 en sidovy av personen med anordningen enligt fig 5 delvis genomskuren.

Detalierad beskrivning av föredragna utföranden av upp- finningen Exempel pà tänkbara utföranden av uppfinningen kom- mer nu att beskrivas med hänvisning till tillhörande ritningar. I fig 1 och 2 illustreras en användare under svetsning med en anordning enligt ett första utförande av föreliggande uppfinning. Vid detta utförande används videokamerorna och videoätergivningsenheten säväl för att genom bildbehandling redovisa relevant information om svetsprocessen för användaren, som att skydda användarens ögon genom att läta denne betrakta svetsomràdet och arbe- tets utförande via videoàtergivningsenheten utan behov av nägot separat filterglas eller liknande. Anordningen är utformad säsom ett visir eller en skärm 1 vilken täcker användarens hela ansikte och hälls pà plats genom ett band 2 kring användarens huvud. Med 3 betecknas ett svetshandtag och en svetselektrod som används för svetsarbete pà ett arbetsstycke 4.

Den visade anordningen innefattar tvà videokameror 5 av vilka två linser 6 är synliga fràn skàrmens utsida. I fig 2 visas skärmen delvis genomskuren för att visa an- ordningens närmare uppbyggnad. Det ljus som uppfängas av vardera linsen 6, omvandlas i videokameraenheten 5 till signaler som överförs till en videoätergivningsenhet 7 för alstrande av en videobild vilken användaren, via ett ej närmare visat linssystem, kan betrakta. Den visade anordningen inbegriper två videokameraenheter och tvà videoàtergivningsenheter för alstrande av en höger- och en vänsterbild vilka kan betraktas av användarens respek- - v . » n 10 15 20 25 30 35 5115 7()7 š:¿f.3. . . l . .- 9 tive ögon och resultatet blir därigenom en stereobild med möjlighet till djupseende.

I fig 3 och 4 àskådliggöres olika tänkbara bilder som kan betraktas genom anordningen genom att videokame- ran är ansluten till en ej visad bildbehandlingsenhet.

Denna kan vara buren av användaren och stå i förbindelse med videokamerorna och videoàtergivningsenheten via kab- lar. Det är dock även tänkbart att ha bildbehandlingsen- heten helt skild från användaren och låta kommunikationen ske trådlöst, även över stora avstånd t ex till en över- vakningscentral där information insamlas från flera olika arbetsplatser. I bildens centrum visas själva arbetsområ- det med svetselektroden 3 och den svetsfog 8 som håller på att färdigställas. På ömse sidor om själva arbetsområ- det är åskådliggjord olika typer av information som kan fås fram ur videoupptagningen genom lämplig bildbehand- ling. Fig 3 avser att visa temperaturvariationen i svets- fogen och det omkringliggande godset genom att färga områden med olika temperatur på skilda sätt. Respektive färgs temperaturvärde kan lämpligen anges i videobilden såsom antyds med olika raster till vänster i fig 3. Vid för hög eller låg svetstemperatur kan då operatören en- kelt ändra inställningar på svetsaggregatet. Sådan änd- ring av inställningarna på svetsaggregatet skulle vara möjligt att göra fjàrrstyrt via videoutrustningen, t ex genom manöverknappar på videoutrustningen eller genom röststyrning från operatören. Bildbehandlingen är ej begränsad till just temperaturmätning utan många andra funktioner kan vara inbyggda i systemet och presenteras för användaren i olika valbara vyer. Fig 4 åskådliggör en sådan alternativ vy där det, istället för färger, är inlagt ett kurvdiagram över någon väsentlig parameter, t ex temperaturens eller svetsspänningens variation över tiden. _ Utrustningen för bildbehandling, vilken företrädes- vis innefattar en mikroprocessor, kan vara inbyggd i själva videoenheten så att hela utrustningen bärs av , ~ . - .- 10 15 20 25 30 35 515 707 10 användaren i en skärm, hjälm eller liknande. Sàsom tidi- gare nämnts kan dock videoenheten vara förbunden med en fristående enhet, trådlöst eller via en kabel, vilken t ex innehåller bildbehandlings- och videolagringsenhet.

Medelst en utrustning av sistnämnda typ finns det även möjlighet för en instruktör att under utbildning och/eller svetscertifiering följa en elevs svetsarbete och ge instruktioner under arbetets gäng i form av t ex textmeddelanden pà videoskärmen eller röstmeddelanden via högtalare/hörlurar.

I fig 5 och 6 visas ett alternativt utförande av uppfinningen vilken förutom videokamerorna 5 innefattar ett filterglas 9 av mörkfärgat glas eller av flytande kristaller, genom vilket användaren kan betrakta svetsom- ràdet och svetsningens utförande pà konventionellt sätt.

Vid detta utförande har videoàtergivningsenheten 7 en annan utformning än i utförandet enligt fig l och 2. Pà insidan av filterglaset 9 är nämligen anbringad en bild- skärm 10 av platt och genomsynlig typ. Genom detta arran- gemang är det möjligt för användaren att betrakta svets- omràdet genom filterglaset 9 och bildskärmen 10. Samti- digt är det möjligt att lägga in information om svetspro- cessen i form av tabeller, diagram, etc, företrädesvis i synfältets ytteromràden. Detta görs pà tidigare beskrivet sätt genom en videoupptagning av svetsprocessen via kame- rorna 5, varvid en analys av svetsprocessen genomförs i en ej visad bildbehandlingsenhet och visas pà bildskärmen 10. För att undanröja olägenheterna med det korta avstän- det mellan användarens ögon och bildskärmen 10, är en tunn och platt lins ll eller ett förstoringsprisma an- bringad framför bildskärmen så att den genererade bilden upplevs vara placerad avsevärt längre fràn ögonen än den i själva verket är.

I det beskrivna andra utförandet av uppfinningen föredras att presentera informationen om svetsprocessen i synfältets ytteromràden medan det centrala området lämnas fritt för att medge god överblick över svetsningens ut- 515 707 . A . . .- ll förande. Det skulle dock även i detta fall vara möjligt att t ex färga olika temperaturomràden med olika färg såsom ytterligare ett hjälpmedel vid svetsningen. Detta skulle vara fullt möjligt om kamera/bildskärm är anpassa- de till ögonen/filterglaset så att den bild som alstras pà bildskärmen sammanfaller med den vy som användaren kan se direkt genom filterglaset.

Claims (5)

10 15 20 25 30 . - - Q .- 515 7 Û 7 22 2": 21:! 5"; š"š i ;": .": .' 1 | X - e. 12 PATENTKRAV

1. Anordning för metallsvetsning, innefattande ett avskärmningselement (1) vilket medger visuell övervakning av arbetsprocessen men skyddar ögonen från uppträdande av att densamma ljusstrålning, k ä n n e t e c k n a d innefattar en videokamera (5) vilken är riktbar mot bear- betningsstället för upptagning av bearbetningsprocessen i form av videosignaler vilka via en bildbehandlingsenhet vidarebefordras till en av användaren betraktbar, i eller på insidan av avskärmningselementet (1) placerad video- återgivningsenhet (7), varvid bildbehandlingsenheten avläser processdata från videosignalen och presenterar dessa via videoåtergivningsenheten.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att såväl processdata från bildbehandlingsenheten som en avbildning av svetsomràdet är betraktbara via video- àtergivningsenheten (7).

3. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att videoåtergivningsenheten är kombinerad med ett filterglas (9) pà så sätt att svetsområdet är betraktbart via filterglaset medan processdata presenteras för använ- (10). k ä n n e t e c k n a d daren via videoåtergivningsenheten

4. Anordning enligt krav 3, av att videoàtergivningsenheten (10) är genomsynlig och placerad framför filterglaset (9).

5. Anordning enligt något av föregående krav, står i k ä n n e t e c k n a d av att videokameran (5) förbindelse med en videoinspelningsenhet.