SK1922023U1 - Method of checking condition of welding electrode tip and system for its realization - Google Patents

Method of checking condition of welding electrode tip and system for its realization Download PDF

Info

Publication number
SK1922023U1
SK1922023U1 SK192-2023U SK1922023U SK1922023U1 SK 1922023 U1 SK1922023 U1 SK 1922023U1 SK 1922023 U SK1922023 U SK 1922023U SK 1922023 U1 SK1922023 U1 SK 1922023U1
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
welding electrode
welding
tip
electrode tip
positioning system
Prior art date
Application number
SK192-2023U
Other languages
Slovak (sk)
Inventor
Ing. Trebuľa Marek
Ing. Čierny Lukáš
Ing. Dekan Martin, PhD.
prof. Ing. Duchoň František, PhD.
Ing. Kovaríková Zuzana
Ing. Nagy František
Ján Prištiak
Original Assignee
Slovenská Technická Univerzita V Bratislave
VÚEZ, a.s.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Slovenská Technická Univerzita V Bratislave, VÚEZ, a.s. filed Critical Slovenská Technická Univerzita V Bratislave
Priority to SK192-2023U priority Critical patent/SK1922023U1/en
Publication of SK1922023U1 publication Critical patent/SK1922023U1/en

Links

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

The method of checking the condition of the welding electrode tip and the system for its realization enables automated inspection of the surface of the welding electrode tip. The computing unit coordinates the positioning system and the laser sensor during fast and detailed scanning of the tip surface, then analyzes this data using the methods of processing point clouds. The system is able to detect deformations, wear and surface imperfections that could affect the quality of the weld. The inspection results are sent to the welding control system, which uses them to decide on the next step in the welding process. Thanks to the designed solution, the need for manual control of the state of the welding electrode tip disappears, which contributes to increasing the degree of automation and making the welding process more efficient.

Description

OblasťtechnikyField techniques

Technické riešenie sa týka systému na kontrolu stavu hrotu zváracej elektródy, ktorý umožňuje analýzu stavu hrotov zváracej elektródy. Slúži na automatické vyhodnocovanie deformácií, opotrebení a povrchového znečistenia zváracej elektródy, ktoré negatívne vplývajú na kvalitu zvaru. Systém na kontrolu stavu hrotu zváracej elektródy sa radí do oblasti automatizácie zváracích procesov.The technical solution relates to a system for checking the condition of the welding electrode tip, which enables the analysis of the condition of the welding electrode tips. It is used for automatic evaluation of deformations, wear and surface pollution of the welding electrode, which negatively affect the quality of the weld. The system for checking the condition of the tip of the welding electrode belongs to the field of automation of welding processes.

Doterajší stav technikyCurrent state of the art

Doterajší stav techniky v oblasti automatickej kontroly hrotov zváracej elektródy odhalil isté pokroky, ale ešte stále existuje priestor pre značné zlepšenia. V súčasnosti sa často využívajú metódy založené na vizuálnej inšpekcii, ktoré sú subjektívne a obmedzené vo svojich možnostiach. Najčastejšie sa inšpekcia stavu hrotu zváracej elektródy vykonáva manuálne pracovníkom. Niektoré automatizované systémy boli vyvinuté na detekciu hrubších nedokonalostí, ale neuspokojujú požiadavky na presnú a dôkladnú inšpekciu. Kamerové systémy, ktoré sú založené na umelej inteligencii, sú v súčasnom stave vývoja a skúmania. Ale tieto systémy vyžadujú veľké množstvo trénovacích dát pre správne fungovanie, čo môže byť časovo a finančne náročné. Okrem toho sú tieto systémy citlivé na zmeny svetelných podmienok, čo môže ovplyvniť ich spoľahlivosť a presnosť. Iné kamerové systémy určené na detekciu porúch hrotov zváracích elektród sú založené na klasických metódach spracovania farebného obrazu. Rovnako ako metódy na báze umelej inteligencie aj tieto metódy sú citlivé na zmeny svetelných podmienok. Príkladom takéhoto prístupu je dokument CHISUNG KIM ET AL: Automatic detection of detective welding electrode tips using color segmentation and hough circle detection, november 2016, https://ieeexplore.ieee.org/document/7848238, kde autori navrhnutý spôsob využívajú pri detekcii defektov zváracích hrotov bodovej zváračky.The current state of the art in the field of automatic inspection of welding electrode tips has revealed some advances, but there is still room for significant improvements. Currently, methods based on visual inspection are often used, which are subjective and limited in their capabilities. Most often, the inspection of the condition of the tip of the welding electrode is performed manually by the worker. Some automated systems have been developed to detect coarser imperfections, but they do not meet the requirements for accurate and thorough inspection. Camera systems that are based on artificial intelligence are in the current state of development and research. But these systems require a large amount of training data to function properly, which can be time- and cost-consuming. In addition, these systems are sensitive to changes in lighting conditions, which can affect their reliability and accuracy. Other camera systems designed to detect faults in welding electrode tips are based on classic color image processing methods. Like AI-based methods, these methods are also sensitive to changes in lighting conditions. An example of such an approach is the document CHISUNG KIM ET AL: Automatic detection of detective welding electrode tips using color segmentation and hough circle detection, November 2016, https://ieeexplore.ieee.org/document/7848238, where the authors use the proposed method for defect detection welding tips of the spot welder.

Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution

Technické riešenie „Spôsob kontroly stavu hrotu zváracej elektródy a systém na jeho realizáciu sa zaoberá riešením problematiky opotrebenia a zanášania hrotu zváracej elektródy počas procesu automatizovaného zvárania. Potreba automatickej kontroly stavu hrotu zváracej elektródy narastá spolu s nárastom automatizácie v priemysle, pretože nároky na presnosť a kvalitu finálnych výrobkov automatizovaných liniek stále narastajú. Preto je potrebné automatizovať aj procesy, ktoré súvisia s údržbou a starostlivosťou o samotnú výrobnú stanicu. Podstatou technického riešenia je využitie laserového snímača, výpočtovej jednotky a automatizovaného polohovacieho systému, ktorý je vybavený zváracím nástrojom so zváracou elektródou. Polohovací systém automaticky napolohuje zváraciu elektródu do skenovacieho priestoru laserového snímača. Výpočtová jednotka spustí proces skenovania povrchu zváracej elektródy. Počas procesu skenovania polohovací systém pohybuje zváracou elektródou tak, aby bolo možné naskenovať celý jej povrch. Po dokončení pohybov potrebných na naskenovanie celého povrchu hrotu zváracej elektródy sú naskenované údaje prenesené do výpočtovej jednotky. Rovnako aj údaje o pohybe polohovacieho systému. Kombináciu dát o pohybe polohovacieho systému a dát z laserového snímača využije výpočtová jednotka na vykonanie potrebných transformácií, ktorých výsledkom je 3D digitálna podoba (mračno bodov) povrchu hrotu zváracej elektródy. Vzniknuté mračno bodov je podrobené predspracovaniu a vyhodnoteniu pomocou analytických metód určených na spracovanie mračien bodov. Výsledky vyhodnotenia sú prenesené do riadiacej jednotky zváracieho systému, ktorý posúdi či je ešte možné pokračovať v zváraní alebo je potrebné vykonať servisný zásah. Výsledkom systému na kontrolu stavu hrotu zváracej elektródy je hodnotenie stavu hrotu zváracej elektródy. To znamená, že systém určí či je elektróda deformovaná, opotrebená alebo sú prítomné nedokonalosti povrchu hrotu zváracej elektródy, ktoré by mohli ovplyvniť kvalitu výsledného zvaru. Vďaka využitiu laserového snímača a spracovaniu mračien bodov je zabezpečená konzistentná a presná kontrola stavu hrotu zváracej elektródy, ktorá nie je ovplyvnená zmenou svetelných podmienok na rozdiel od systémov využívajúcich kamerové systémy. Využitie laserového snímača prináša aj ďalšie výhody v podobe digitalizovaného povrchu zváracej elektródy. Tieto dáta môžu poslúžiť ako vstup do systému predikcie údržby zváracieho systému.Technical solution "The method of checking the state of the welding electrode tip and the system for its implementation deals with the problem of wear and clogging of the welding electrode tip during the automated welding process. The need for automatic inspection of the condition of the welding electrode tip is growing along with the increase in automation in the industry, because the demands on the accuracy and quality of the final products of the automated lines are still increasing. Therefore, it is necessary to automate the processes related to the maintenance and care of the production station itself. The essence of the technical solution is the use of a laser sensor, a computing unit and an automated positioning system, which is equipped with a welding tool with a welding electrode. The positioning system automatically positions the welding electrode in the scanning area of the laser sensor. The computing unit starts the process of scanning the surface of the welding electrode. During the scanning process, the positioning system moves the welding electrode so that its entire surface can be scanned. After completing the movements required to scan the entire surface of the welding electrode tip, the scanned data is transferred to the computing unit. So is the movement data of the positioning system. The combination of data on the movement of the positioning system and data from the laser sensor will be used by the computing unit to perform the necessary transformations, resulting in a 3D digital form (cloud of points) of the surface of the tip of the welding electrode. The generated point cloud is subjected to pre-processing and evaluation using analytical methods designed for point cloud processing. The results of the evaluation are transferred to the control unit of the welding system, which assesses whether it is still possible to continue welding or whether a service intervention is necessary. The result of the welding electrode tip condition inspection system is an assessment of the condition of the welding electrode tip. This means that the system will determine if the electrode is deformed, worn or there are imperfections on the surface of the tip of the welding electrode that could affect the quality of the resulting weld. Thanks to the use of a laser sensor and processing of point clouds, consistent and accurate control of the state of the welding electrode tip is ensured, which is not affected by changes in lighting conditions, unlike systems using camera systems. The use of a laser sensor also brings other advantages in the form of a digitized surface of the welding electrode. This data can serve as input to a welding system maintenance prediction system.

SK 192-2023 U1SK 192-2023 U1

Prehľad obrázkov na výkresochOverview of images on drawings

Podstata technického riešenia „Spôsob kontroly stavu hrotu zváracej elektródy a systém na jeho realizáciu“ je zobrazená a objasnená na výkresoch, kde sú zobrazené súčasti technického riešenia. Obrázok 1 zobrazuje koncept technického riešenia „Spôsob kontroly stavu hrotu zváracej elektródy a systém na jeho realizáciu“, na ktorom je zobrazený polohovací systém pri procese inšpekcie stavu hrotu zváracej elektródy. Obrázok 2 a obrázok 3 zobrazujú detailné pohľady z rôznych uhlov na proces skenovania povrchu zváracej elektródy spolu so znázornením zorného poľa laserového snímača.The essence of the technical solution "Method of checking the state of the welding electrode tip and the system for its implementation" is shown and clarified in the drawings, where the components of the technical solution are shown. Figure 1 shows the concept of the technical solution "Welding electrode tip condition inspection method and system for its implementation", which shows the positioning system in the welding electrode tip condition inspection process. Figure 2 and Figure 3 show detailed views from different angles of the process of scanning the surface of the welding electrode together with an illustration of the field of view of the laser sensor.

Príklady uskutočneniaImplementation examples

Príkladom uskutočnenia technického riešenia „Spôsob kontroly stavu hrotu zváracej elektródy a systém na jeho realizáciu“ je laserový snímač (1) uchytený na stojane (5) v blízkosti polohovacieho systému (4), ktorý vykonáva automatizované zváranie pomocou TIG zváracieho nástroja (2), ktorý je vybavený volfrámovou zváracou elektródou (3). Pred alebo po zváracom procese sa vykoná automatizovaná kontrola hrotu zváracej elektródy (3) nasledovne:An example of the implementation of the technical solution "Method of checking the state of the welding electrode tip and the system for its implementation" is a laser sensor (1) mounted on a stand (5) near a positioning system (4), which performs automated welding using a TIG welding tool (2), which it is equipped with a tungsten welding electrode (3). Before or after the welding process, an automated inspection of the tip of the welding electrode (3) is performed as follows:

Polohovací systém (4) napolohuje zváraciu elektródu do zorného poľa (6) laserového snímača (1). Keď je polohovací systém (4) pripravený, výpočtová jednotka (7), ktorá riadi celý proces skenovania vyšle pokyn laserovému snímaču (1) na začatie skenovania. V rovnakom momente vyšle pokyn polohovaciemu systému (4) na začatie pohybu. Polohovací systém (4) pohybuje počas skenovania zváracou elektródou (3) tak, aby laserový snímač (1) dokázal naskenovať celý povrch zváracej elektródy (3). Po ukončení všetkých pohybov potrebných na naskenovanie povrchu zváracej elektródy (3) sa ukončí proces skenovania. Následne sú dáta z laserového snímača (1) odoslané do výpočtovej jednotky (7). Polohovací systém (4) odošle informácie o vykonanej trajektórií počas procesu skenovania do výpočtovej jednotky (7). Výpočtová jednotka (7) vykoná potrebné matematické operácie (transformácie) na vytvorenie mračna bodov. Vzniknuté mračno bodov je ďalej spracované výpočtovou jednotkou (7) a pomocou analytických metód určených na analýzu mračien bodov je vyhodnotený stav hrotu zváracej elektródy (3). Výsledok analýzy teda stav hrotu zváracej elektródy (3), ktorý hovorí o miere opotrebovania alebo zanesenia hrotu zváracej elektródy (3) je odoslaný do hlavnej riadiacej jednotky zváracieho procesu (napr. PLC), ktorá výsledky posúdi na základe požiadaviek na kvalitu a presnosť či je možné pokračovať so zváracou elektródou (3) pri zistenom stave alebo je potrebné vykonať údržbu zváracej elektródy (3).The positioning system (4) positions the welding electrode in the field of view (6) of the laser sensor (1). When the positioning system (4) is ready, the computing unit (7), which controls the entire scanning process, sends an instruction to the laser sensor (1) to start scanning. At the same moment, it sends an instruction to the positioning system (4) to start the movement. The positioning system (4) moves the welding electrode (3) during scanning so that the laser sensor (1) can scan the entire surface of the welding electrode (3). After finishing all the movements necessary to scan the surface of the welding electrode (3), the scanning process is finished. Subsequently, the data from the laser sensor (1) is sent to the computing unit (7). The positioning system (4) sends information about the performed trajectory during the scanning process to the computing unit (7). The calculation unit (7) performs the necessary mathematical operations (transformations) to create a cloud of points. The resulting point cloud is further processed by the computing unit (7) and the state of the welding electrode tip (3) is evaluated using analytical methods designed for point cloud analysis. The result of the analysis, i.e. the condition of the tip of the welding electrode (3), which tells about the degree of wear or fouling of the tip of the welding electrode (3), is sent to the main control unit of the welding process (e.g. PLC), which assesses the results based on the requirements for quality and accuracy, whether it is it is possible to continue with the welding electrode (3) in the detected condition or maintenance of the welding electrode (3) is necessary.

Príklad konkrétneho uskutočnenia je uvedený iba na ilustráciu, nie ako obmedzenie rozsahu ochrany technického riešenia „Spôsob kontroly stavu hrotu zváracej elektródy a systém na jeho realizáciu“.An example of a specific embodiment is given only for illustration, not as a limitation of the scope of protection of the technical solution "Method for checking the state of the welding electrode tip and system for its implementation".

Priemyselná využiteľnosťIndustrial applicability

Priemyselná využiteľnosť technického riešenia „Spôsob kontroly stavu hrotu zváracej elektródy a systém na jeho realizáciu“ je významná pre spoločnosti, ktoré zabezpečujú automatizované zváranie s netaviacimi sa elektródami. Tieto spoločnosti zahrňujú automobilový, letecký, energetický a strojársky priemysel, kde je kritická vysoká kvalita zvarov pre bezpečnosť a spoľahlivosť výsledných produktov. Systém umožňuje precíznu inšpekciu a hodnotenie hrotov elektród, čo zabezpečuje konzistentnú kvalitu zvarov a minimalizuje potrebu manuálnych intervencií, čím prispieva k efektívnosti výrobných procesov.The industrial applicability of the technical solution "Method of checking the state of the welding electrode tip and the system for its implementation" is significant for companies that provide automated welding with non-melting electrodes. These companies include the automotive, aerospace, energy and engineering industries, where high quality welds are critical for the safety and reliability of the resulting products. The system enables precise inspection and evaluation of electrode tips, which ensures consistent weld quality and minimizes the need for manual interventions, thus contributing to the efficiency of production processes.

Claims (1)

1. Spôsob kontroly stavu hrotu zváracej elektródy, vyznačujúci sa tým, že sa vykonáva v krokoch: polohovanie zváracej elektródy do zorného poľa laserového snímača za pomoci polohovacieho 5 systému; zahájenie skenovania povrchu zváracej elektródy laserovým snímačom za súčasného pohybu polohovacieho systému; prenesenie dát z laserového snímača a z polohovacieho systému do výpočtovej jednotky; transformovanie prijatých dát do podoby mračna bodov; predspracovanie a následné vyhodnotenie mračna bodov analytickými metódami spracovania mračien bodov; odoslanie výsledku vyhodnotenia stavu hrotu zváracej elektródy do riadiacej jednotky.1. A method of checking the condition of the tip of the welding electrode, characterized by the fact that it is carried out in the following steps: positioning the welding electrode in the field of view of the laser sensor using the positioning system; starting the scanning of the surface of the welding electrode with a laser sensor while simultaneously moving the positioning system; transfer of data from the laser sensor and from the positioning system to the computing unit; transforming the received data into a cloud of points; pre-processing and subsequent evaluation of the point cloud using analytical methods of point cloud processing; sending the result of the evaluation of the state of the welding electrode tip to the control unit. 10 2. Systém na kontrolu stavu hrotu zváracej elektródy, vyznačujúci sa tým, že je zložený z laserového snímača (1) umiestneného na stojane (5) v dosahu polohovacieho systému (4) na skenovanie povrchu hrotu zváracej elektródy (3) osadenej v zváracom nástroji (2) na polohovacom systéme (4), pričom súčasťou systému je aj výpočtová jednotka (7) komunikujúca s laserovým snímačom (1), slúžiaca na koordináciu pohybu polohovacieho systému (4), spracovanie a vyhodnotenie stavu hrotu zváracej elektródy 15 (3) a odovzdanie výsledkov riadiacej jednotke zváracieho procesu.10 2. System for checking the condition of the welding electrode tip, characterized by the fact that it is composed of a laser sensor (1) placed on a stand (5) within the range of the positioning system (4) for scanning the surface of the welding electrode tip (3) installed in the welding tool (2) on the positioning system (4), while the system also includes a computing unit (7) communicating with the laser sensor (1), serving to coordinate the movement of the positioning system (4), processing and evaluating the state of the tip of the welding electrode 15 (3) and transfer of results to the control unit of the welding process.
SK192-2023U 2023-11-14 2023-11-14 Method of checking condition of welding electrode tip and system for its realization SK1922023U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK192-2023U SK1922023U1 (en) 2023-11-14 2023-11-14 Method of checking condition of welding electrode tip and system for its realization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK192-2023U SK1922023U1 (en) 2023-11-14 2023-11-14 Method of checking condition of welding electrode tip and system for its realization

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SK1922023U1 true SK1922023U1 (en) 2024-05-09

Family

ID=90931758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK192-2023U SK1922023U1 (en) 2023-11-14 2023-11-14 Method of checking condition of welding electrode tip and system for its realization

Country Status (1)

Country Link
SK (1) SK1922023U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3900870A1 (en) Visual inspection device, method for improving accuracy of determination for existence/nonexistence of shape failure of welding portion and kind thereof using same, welding system, and work welding method using same
CN106881462B (en) A kind of on-line checking and optimization system for selective laser fusing forming defects
US10682729B2 (en) System for automated in-process inspection of welds
US11872657B2 (en) Welding system, and method for welding workpiece in which same is used
US9719774B2 (en) Method for detecting cracks in an aircraft or gas turbine component
CN103231162A (en) Device and method for visual detection of welding quality of robot
EP4234158A1 (en) System and method for analyzing weld quality
CN108732148B (en) Online detection device and method for fluorescent magnetic particle inspection
CN114851195A (en) Control method of visual welding process system
CN115464263A (en) Automatic tracking method, detection method and device for laser welding seam
JP2005014027A (en) Weld zone image processing method, welding management system, feedback system for welding machine, and butt line detection system
SK1922023U1 (en) Method of checking condition of welding electrode tip and system for its realization
Ivanov et al. Visual control of weld defects using computer vision system on FANUC robot
CN116912165A (en) Aluminum alloy sheet welding defect detection method based on improved YOLOv5
Ivanov et al. Sensitivity analysis of computer vision system for visual control of butt joints weld defects
Zhang et al. A study on seam tracking in robotic GMA welding process
Soares et al. Computer vision system for weld bead geometric analysis
CN112129774B (en) Welding unfused defect online detection method
Cherkasov et al. Weld surface defect detection based on a laser scanning system and YOLOv5
Trebul'a et al. Robotic Measurement of the Weld Gap Geometry Using a 2D Laser Scanner
KR102659416B1 (en) Manufacturing method for inspecting welding parts of a cowl cross
EP4360794A1 (en) Offline teaching device and offline teaching method
WO2023199620A1 (en) Robot control device and offline teaching system
Liang et al. Adaptive Detection Scheme for Solder Joints Based on Guided Image Filtering and Geometrical Edge Selection
Vodanovic Structured light tracks seams