WO2017041901A1 - Joining or separating method - Google Patents

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WO2017041901A1
WO2017041901A1 PCT/EP2016/025098 EP2016025098W WO2017041901A1 WO 2017041901 A1 WO2017041901 A1 WO 2017041901A1 EP 2016025098 W EP2016025098 W EP 2016025098W WO 2017041901 A1 WO2017041901 A1 WO 2017041901A1
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PCT/EP2016/025098
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Erwan Dr. SIEWERT
Andreas Dr.TRAUTMAN
Wolfgang Dr. BÜCHELE
Tom Blades
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Linde Aktiengesellschaft
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    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K9/173Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16PSAFETY DEVICES IN GENERAL; SAFETY DEVICES FOR PRESSES
    • F16P1/00Safety devices independent of the control and operation of any machine
    • F16P1/06Safety devices independent of the control and operation of any machine specially designed for welding

Definitions

  • the invention relates to a method for joining or separating, wherein
  • process-specific data of the joining or separation process are detected and wherein the acquired process-specific data are evaluated.
  • Separating method spoken in addition to the welding and the related methods are included, such as. thermal coating, cutting, soldering, generating structures, etc.
  • an energy source in addition to an arc, a laser, a flame or an electron beam can be used, without departing from the scope of the invention.
  • separation methods such as e.g. laser cutting, plasma cutting and flame cutting.
  • TIG welding In tungsten inert gas welding (TIG welding, TIG), an arc burns between a non-consumable tungsten electrode and the workpiece to be machined. The workpiece is thereby melted.
  • a suitable protective gas is used which comprises the tungsten electrode and the Melting bath covering. TIG welding typically works in inert, less often in reducing atmospheres.
  • the W IG process typically achieves very high welding quality. However, these are not arbitrarily automated and allow
  • MIG metal inert gas welding
  • MAG metal active gas welding
  • the welding current, the wire electrode, the shielding gas and possibly required cooling water are fed through a hose pack to a MSG burner.
  • MSG processes allow a high welding speed and thus a superior productivity compared to IG-process.
  • the automation of MSG processes is extremely high.
  • a disadvantage of the use of directly heated in the arc, melted and vaporized filler material is the significantly higher emission of particles compared to W IG process.
  • the weld quality achievable with MSG processes is often considered to be lower compared to TIG processes.
  • Special procedures use multiple electrodes. Here, two wire electrodes are most commonly used (tandem welding).
  • the charge carriers required to form a plasma are supplied by the ionization of an inert plasma gas (argon or mixtures of argon, helium and / or hydrogen).
  • an arc can be formed within the torch and / or between the torch and the workpiece (so-called “non-transmitted” or “transmitted” arc).
  • WPS plasma jet welding
  • WPL plasma arc welding
  • plasma MIG welding a consumable electrode is inserted and a plasma arc is ignited between a plasma gas nozzle and the machined workpiece.
  • the plasma arc is determined by means of a
  • the plasma gas nozzle, the siergasdüse and the likewise existing protective gas nozzle are arranged coaxially. The like at
  • the above methods give information in the form of emissions, such as emissions.
  • emissions Light, sound, electromagnetic radiation as well as particulate and gaseous substances.
  • These emissions differ considerably in terms of their type and quantity depending on the method used.
  • these processes differ by their type of material transfer and therefore by their dynamic behavior.
  • the electrode in TIG welding not, so that a very constant arc without significant differences in brightness arises, whereas the electrode in MSG welding at the same time is additional material and melts, so that it e.g. by the material transfer or by short circuits to a highly dynamic arc behavior with very large
  • Arc welding uses welding protection helmets or welding shields that protect the welder from heat, spatter and radiation.
  • Ventilated helmets are increasingly used, but usually only for very specific applications, which reduce the gas and particulate emissions in the breathing area of the user, but also restrict the operator's work. The adjustment and control of the welding process takes place during manual
  • the information content of this data is greatly limited in frequency, bandwidth, and in the dynamic range, so that it is not or only very limited possible to use this information to draw conclusions about the quality of the welding result.
  • Welding processes must be monitored in order to process parameters, e.g. To be able to adjust the burner orientation or the arc length correctly and to be able to react to changes, so that the required quality of
  • welded connection can be guaranteed.
  • the welder uses "listening”, “seeing” and “feeling” in his senses.
  • the scope of our sense organs is limited here.
  • the restrictions concern the recording frequency, the bandwidth (dynamics) and the resolution.
  • the human eye is only sensitive in a wavelength range between approx.
  • Optical radiation of other wavelengths can not from the
  • Wavelength interval detected with a maximum width of 20 nm The collected process-specific data are evaluated and based on the
  • Evaluated process-specific data is a display medium and / or a viewing window, which is integrated in each case in a protective equipment for the joining or separation process performing person, driven.
  • the evaluated process-specific data can at least partly be used to control the process.
  • the joining or separation process information in particular in the form of emissions, such as light, sound, electromagnetic radiation and particulate and gaseous substances discharged.
  • emissions such as light, sound, electromagnetic radiation and particulate and gaseous substances discharged.
  • These emitted information or emissions are detected in a narrow wavelength range, for example by means of a sensor, and corresponding measured values of this information or emissions, eg an intensity, are detected as process-specific data.
  • light emissions or electromagnetic radiation are detected with the sensors and data which characterize these light emissions or these electromagnetic radiation are detected as process-specific data.
  • the process-specific data are recorded in a narrow wavelength interval with a maximum width of 20 nm.
  • Wavelength interval is specifically chosen so that critical emissions or information lie in the wavelength interval. For example, that will
  • Wavelength interval so that the optical emission line of a toxic substance is within the chosen interval. Due to the narrow wavelength interval, the continuous spectrum of the other light emissions or the line radiation of other substances, for example an arc during welding, is essentially masked out. In this way, even low intensities can be measured, which otherwise go down in the broad spectrum. The sensitivity is increased considerably. In the above example, even small amounts of the toxic substance can be detected and appropriate countermeasures taken to protect the welder. The invention thus allows rapid detection of particles or vapors that occur during the joining or separation process, even if they occur only in very low concentrations.
  • signals from the welding process which are detected only by very expensive sensors or which can only be determined with a time delay (e.g.
  • a body worn personal protective equipment such as e.g. a protective helmet (also referred to below as a helmet for short)
  • process-specific data are recorded in multiple wavelength intervals with a maximum width of 20 nm, related to each other and evaluated.
  • first process-specific data becomes a first one
  • the first and the second wavelength interval are different from each other, that is, they do not overlap.
  • process-specific data and the second process-specific data are then related to each other and evaluated. Based on the evaluated process-specific data, a display medium and / or a viewing window, which is integrated in each case in a protective equipment for a person performing the joining or separation procedure, driven.
  • Certain measured values for example the intensity, of two or more spectral lines are detected and the measured values are correlated with one another. From the measured values and their correlation with each other, certain
  • Properties of the examined joining or separation method can be determined. For example, it is possible to determine from the intensity of two spectral lines of an arc
  • the acquired process-specific data are made available for example via a cable or via a wireless connection to a processor or a computing unit with a working memory as input data.
  • the acquired process-specific data can be evaluated via an algorithm stored in the main memory and output data can be generated. This generated output data can be used at least in part to control the display medium and / or the viewing window.
  • the personal protective equipment may also include a transmitting and receiving unit, e.g. WLAN or Bluetooth or other data transmission techniques.
  • a transmitting and receiving unit e.g. WLAN or Bluetooth or other data transmission techniques.
  • the process-specific data and / or the output data can be transferred between a processor, a computing unit or a memory and the protective equipment.
  • Display medium and / or viewing window can thus be controlled via the transmitting and receiving unit according to the output data from the processor or the computing unit.
  • This transmitting and receiving unit is particularly advantageous on the belt of the welder to minimize the radiation exposure at the head of the welder.
  • the viewing window which is integrated into the protective equipment for the person performing the joining or separation process person, based on the evaluated process-specific data is controlled such that harmful radiation exposures for the joining or separation procedure performing person can be avoided.
  • Separating method performing person is integrated, so controlled that an information content on the joining or separation process for the joining or separating procedure performing (and this considering) person is increased. Not only can the operator be protected by the invention, but he also receives selectively selected and edited information from a much wider range of information.
  • the invention makes it possible to increase the visual information content and to avoid harmful radiation exposures during welding, in particular by the local as well as the wavelength-dependent amplification or attenuation of radiation intensities or also by a combination of different image reproduction frequencies.
  • Welding process is detected in one or more narrow wavelength intervals and passed through a field of view (the viewing window) of the helmet and / or displayed on the display medium.
  • Display medium shown.
  • emission data which describe emissions arising during the welding process can thus be visualized and made available to the person performing the joining or separating process.
  • Other information may also be displayed and / or superimposed, e.g. Information from the power source or gas cylinder.
  • the visualized information is preferred on a display (e.g., LCD) in a helmet of protective equipment and / or goggles
  • Protective equipment which can optionally be worn by the welder in combination with a helmet.
  • the visualized information can also be displayed by projection at a remote location.
  • a radiation intensity is detected as process-specific data, wherein the detected radiation intensity in the course of the evaluation with
  • a transmittance of the viewing window in response to the evaluated radiation intensity is changed.
  • the avoidance of harmful radiation exposures can thus be achieved by comparing the current radiation intensities with the limits of the electromagnetic radiation (in particular the UV radiation) in situ and the transmittance of the viewing window in the helmet is adjusted according to the intensity of the incident electromagnetic radiation.
  • the current radiation for example, cameras or diodes are used.
  • the maximum transmission value is thereby limited, which means that it can not be set manually too high (as was previously possible according to the prior art).
  • the information content and harmful radiation exposure are achieved particularly advantageously by regulating the degree of transmission and / or by changing the wavelength transmission interval.
  • the process-specific data of the joining or separation process are detected by at least two sensors.
  • a distance between the at least two sensors is selected as a function of a desired spatial resolution and / or a spatial representation of the process-specific data.
  • the information content or visualized information is thus enhanced through the use of two or more sensors to provide suitable local resolution
  • objects for example the arc
  • the distance between the two or more sensors can be increased in order to improve the three-dimensional representation of the information.
  • depth information can be obtained (for example, about the depth of the molten bath and thus the penetration).
  • a sensor which is preferably designed as a flat sensor.
  • the process-specific information is divided, for example, via a beam splitter or a prism, passed over at least two filters with a maximum bandwidth of 20 nm and displayed on the one sensor as separate images or superimposed.
  • Two or more than two sensors can advantageously serve the redundancy and thus the security.
  • Spatially resolved data can be created, allowing geometric data to be acquired, eg by triangulation (eg 2, 3 or 4 sensors for 2 or 3-dimensional triangulation or fringe projection).
  • statistical analysis can be carried out with particular advantage if a large number of sensors required for this purpose is used.
  • the process-specific data of the joining or separation process are detected with at least two sensors, each of the at least two sensors each having a different spectral sensitivity.
  • the information content or the visualized information is thereby improved.
  • wavelength-dependent sensitivity e.g. also the melt
  • the component and the finished weld are perceived.
  • the very bright arc can be attenuated accordingly. Only the important information located in the selected wavelength interval (s) is amplified so that more information can be gained.
  • measured values of physical quantities are detected by the at least one sensor as process-specific data, which are at least partly from the human eye, hearing or
  • Sense of smell are imperceptible. These process-specific data are presented visually to the person performing the joining or separating process via the display medium. For example, the process-specific data in the course of the evaluation in perceptible to the human eye or hearing
  • Output data are converted and displayed visually via the display medium.
  • advantageously sensors are used whose
  • Detection range frequency, resolution, dynamics, measuring range
  • Wavelength ranges of the electromagnetic radiation which however does not necessarily coincide with the information-rich wavelength ranges of a welding process. Due to the transmission of only certain wavelength ranges or through the gain information rich
  • Wavelength ranges make it possible to have particularly important properties
  • the heat radiation of the electrodes is especially at lower temperatures (for example, in the already solidified weld or in the molten bath of
  • radiation emitted by the joining or separating method is filtered as a function of wavelength and / or location and detected as process-specific data.
  • the light emissions are in one or more narrow
  • the wavelength interval in which emissions are detected is preferably set at a wavelength of 81 1 nm, particularly preferably symmetrically around a wavelength of 81 1 nm.
  • the substances of importance which have a lower evaporation temperature or a lower vapor pressure, such as manganese or silicon.
  • Manganese has a particularly strong line emission at e.g. 516.7 nm and 448.1 nm.
  • the line radiation of the corresponding element of importance which can get into the arc by the protective gas, the ambient air or the electrodes. This spectrally selective information has relevance for health protection, for the path of current flow, for the
  • Plasma composition and for the plasma temperature are important for the penetration and the energy input. Accordingly, in methods for joining or separating aluminum or aluminum-containing materials, it is advantageous to select the wavelength interval (s) such that one or more
  • Emission lines of silicon and / or manganese are detected. From the acquired information, for example, plasma temperature images or images of the melt bath temperature can be displayed. It is possible to calculate emissions from the data. Also a location-dependent application of different
  • Transfer functions e.g., driving the exposure time of individual
  • Pixels is conceivable. In inert gas plasmas, even the turbulence or the diffusion of atmospheric or ambient gases surrounding the process can be detected and thus closed on the quality of the protective gas cover.
  • process-specific data which describe, attenuated or amplified predetermined spatial regions of the joining or separating process.
  • Information content or the visualized information is thus improved by locally attenuating or amplifying the image information of the sensors. This process can be done by software or implemented directly in the camera or the sensor.
  • the visualized information is displayed on the display medium by highlighting contours, for example by fading colored bars or curves.
  • a time-lapse representation of the information is created, a false-color image is created and / or a picture-in-picture representation of the
  • Information created Information with a very high temporal dynamics is recorded, but reproduced in a frequency that allows humans to process this information (time-lapse). So you can record data in a very high frequency and restore the operator as a time lapse (for example, time-lapse image in the original image).
  • time-lapse for example, time-lapse image in the original image.
  • dynamic range information can be recorded to a large extent and displayed to the welder, for example, as a false color image.
  • the visualization of these time lapse recordings or of this dynamic recording is conceivable as a second picture in the original picture.
  • the detection range (eg wavelength) or the dynamic range can also be detected in a wide range and normalized in the human-detectable range.
  • Examples of a picture-in-picture display are the superimposition of a spectrally filtered picture, a temperature plot or a time-lapse picture.
  • the latter allows the welder or the person performing the joining or separating process to assess shorts, splashes and the drop geometry (shape and size).
  • the acquired and / or evaluated process-specific data are stored at least partially in a storage medium. The data can thus be used to document the quality of the joint connection.
  • the acquired raw data can be processed in advance or sent to another arithmetic unit to be stored and / or evaluated there. Possibly. can also use the data automatic
  • Measures are taken, e.g. via the control of the power source or other peripherals, to a consistent quality even with a
  • the data is preferably stored in the storage medium or compared with information that is present in this storage medium.
  • the medium can also be a cloud.
  • CCD sensors, CMOS sensors, high dynamic range cameras and / or photodiodes are used as sensors or "high dynamic range” sensors.
  • High dynamic range sensors or cameras are understood to mean sensors or cameras having a dynamic range of more than 10,000: 1, more than 50,000: 1 or more than 100,000: 1, i. capture and store brightness differences greater than 10000: 1, greater than 50,000: 1, and greater than 100,000: 1, respectively.
  • the signal from the sensors can also be used to control the exposure time of the cameras or diodes used to allow optimal adaptation to the radiation intensities. To compensate for even greater differences in brightness, additional apertures or dimmable filter discs can be used.
  • the sensors can be arranged on the protective equipment or in the room.
  • a camera is used as a sensor, which is positioned so that it receives the arc of a welding process from close range.
  • Attenuated can be directly visualized by the proximity to the sensory organs of man, without distracting the welder from his task.
  • Quality control can be increased and thus the control effort (rework) can be reduced;
  • Information densities can be increased by extending the detectable frequency, coverage, and resolution, as well as selectively selecting and combining important information, thereby simplifying the handling and operability of the joining or separating process; the material transition (in particular with frequencies up to over 200 Hz) can be reproduced in time.
  • Figure 1 shows the spectrum of an arc, from the two narrow
  • Wavelength intervals are filtered out and measured
  • FIG. 2 shows a first variant according to the invention for recording measured values
  • FIG. 3 shows a second variant according to the invention for recording measured values
  • FIG. 4 a shows an example for determining a specific correlation
  • FIG. 4b shows the use of the correlation determined in FIG.
  • Figure 1 shows schematically the spectrum 1 1 of an arc that arises during welding.
  • the spectrum 1 for example, the spectral lines 12a, 12b of aluminum at 309 nm and 396 nm can be seen.
  • Wavelength intervals 13a, 13b measured.
  • the measured values are fed to a computing unit 15 which generates output data from the measured values and previously stored data which are displayed to the welder in a display medium 16, for example a viewing window.
  • FIG. 2 shows a first variant for recording measured values.
  • two or more sensors 22a, 22b are used, which via suitable filters 24a, 24b each only a narrow wavelength range of the spectrum 21 of a
  • Figure 3 shows an alternative embodiment in which a single large area sensor 32 is used.
  • the radiation 31 of the arc is over a
  • Beam splitter 33 or a prism directed to two different filters 34a, 34b, which each filter out a certain wavelength interval.
  • the two beams emerging from the filters 34a, 34b are then brought together and superimposed on the one sensor 32.
  • the measured value determined with the sensor 32 is then in turn supplied to a computing unit 35.
  • FIG. 4 a shows a method in which, in a first step, two variables characterizing the welding process are measured and their correlation determined.
  • the intensity of the metal vapor in a certain wavelength range is determined via a filter 44 and a corresponding sensor.
  • the total amount of smoke is determined via a second measurement 46. Both measured values are fed to a computing unit 45 in order to determine the correlation 47 between these measured values, that is to say between the intensity of the metal vapor and the total amount of smoke.
  • the determined or calculated correlation is stored in the arithmetic unit 45 or a memory connected to the arithmetic unit 45.
  • Arithmetic unit 45 is supplied.
  • the computing unit 45 then calculates the total amount of smoke from the intensity of the metal vapor and the previously determined correlation 47.

Abstract

The present invention relates to a joining or separating method, wherein method-specific data of the joining or separating method is captured by means of at least one sensor, the captured method-specific data of said joining or separating method is evaluated and a display medium and/or a viewing window, which is or are integrated into the protective equipment for a person carrying out the joining or separating method, is or are controlled on the basis of the evaluated method-specific data.

Description

Beschreibung  description
Verfahren zum Fügen oder Trennen Method of joining or separating
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen oder Trennen, wobei The invention relates to a method for joining or separating, wherein
verfahrensspezifische Daten des Füge- oder Trennverfahrens erfasst werden und wobei die erfassten verfahrensspezifischen Daten ausgewertet werden. process-specific data of the joining or separation process are detected and wherein the acquired process-specific data are evaluated.
Stand der Technik State of the art
Innerhalb der Füge- oder Trennverfahren dominieren Verfahren, die einen Lichtbogen als Energiequelle verwenden. Technisch sehr ähnliche Verfahren wie das thermische Beschichten, das Löten oder das Generieren von Strukturen werden häufig als Within the joining or separation processes, processes that use an arc as an energy source dominate. Technically very similar methods such as thermal coating, soldering or the generation of structures are often called
"verwandte Verfahren" bezeichnet. Wird im Folgenden von einem Füge- oder referred to as "related processes". Is in the following of a joining or
Trenn verfahren gesprochen, sollen daher neben dem Schweißen auch die verwandten Verfahren umfasst sein, wie z.B. das thermische Beschichten, das Schneiden, das Löten, das Generieren von Strukturen, etc. Als Energiequelle kann neben einem Lichtbogen auch ein Laser, eine Flamme oder ein Elektronenstrahl zum Einsatz kommen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Ebenfalls umfasst sollen Trenn verfahren sein, wie z.B. das Laserschneiden, das Plasmaschneiden und das Flammschneiden. Separating method spoken, therefore, in addition to the welding and the related methods are included, such as. thermal coating, cutting, soldering, generating structures, etc. As an energy source, in addition to an arc, a laser, a flame or an electron beam can be used, without departing from the scope of the invention. Also to be included are separation methods, such as e.g. laser cutting, plasma cutting and flame cutting.
Dem Fachmann sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Schweißverfahren bekannt, die sich jeweils für bestimmte schweißtechnische Aufgaben in besonderer Weise eignen. Eine Übersicht geben beispielsweise Dilthey, U.: Schweißtechnische Fertigungsverfahren 1 : Schweiß- und Schneidtechnologien. 3. Aufl. Heidelberg: The person skilled in the art from the prior art different welding methods are known, each of which is particularly suitable for certain welding tasks. For example, Dilthey, U .: An Overview of Welding Production Processes 1: Welding and Cutting Technologies. 3rd edition Heidelberg:
Springer, 2006 oder Davies, A.C.: The Science and Practice of Welding. 10. Aufl. Springer, 2006 or Davies, A.C .: The Science and Practice of Welding. 10th edition
Cambridge: Cambridge University Press, 1993. Cambridge: Cambridge University Press, 1993.
Beim Wolfram-Inertgasschweißen (W IG-Schweißen, engl. Tungsten Gas Welding, TIG) brennt ein Lichtbogen zwischen einer nicht abschmelzenden Wolframelektrode und dem zu bearbeitenden Werkstück. Das Werkstück wird hierdurch aufgeschmolzen. Zum Schutz der Wolframelektrode und des sich ausbildenden Schmelzbads vor Oxidation wird ein geeignetes Schutzgas eingesetzt, das die Wolframelektrode und das Schmelzbad abdeckt. Beim WIG-Schweißen wird typischerweise in inerter, seltener in reduzierender Atmosphäre gearbeitet. In tungsten inert gas welding (TIG welding, TIG), an arc burns between a non-consumable tungsten electrode and the workpiece to be machined. The workpiece is thereby melted. In order to protect the tungsten electrode and the molten bath from oxidation, a suitable protective gas is used which comprises the tungsten electrode and the Melting bath covering. TIG welding typically works in inert, less often in reducing atmospheres.
Durch das W IG- Verfahren lässt sich typisch erweise eine sehr hohe Schweißqualität erreichen. Jedoch sind diese nicht beliebig automatisierbar und ermöglichen The W IG process typically achieves very high welding quality. However, these are not arbitrarily automated and allow
insbesondere im Vergleich zu den nachfolgend erläuterten Verfahren nur eine vergleichsweise geringe Produktivität aufgrund der geringeren Schweißgeschwindigkeit und Abschmelzleistung. Beim Metall-Schutzgasschweißen (MSG, engl. Gas Metal Are Welding, GMAW) wird dem Schweißbrenner eine Drahtelektrode, die damit auch gleichzeitig einen in particular compared to the methods explained below only a comparatively low productivity due to the lower welding speed and deposition rate. In gas metal arc welding (MSG, GMAW), the welding torch becomes a wire electrode, which at the same time becomes one
Schweißzusatzwerkstoff bildet, kontinuierlich zugeführt und in einem Lichtbogen abgeschmolzen. Es wird ebenfalls ein Schutzgas verwendet. Je nach Art des Forms filler metal, fed continuously and melted in an arc. It is also used a protective gas. Depending on the type of
Schutzgases unterscheidet der Fachmann zwischen Metall-Inertgasschweißen (MIG, engl. Metal Inert Gas Welding) und Metall-Aktivgasschweißen (MAG, engl. Metal Active Gas Welding). Die grundlegenden Verfahrensprinzipien gleichen einander. The specialist distinguishes inert gas between metal inert gas welding (MIG) and metal active gas welding (MAG). The basic procedural principles are similar.
Typischerweise werden einem MSG-Brenner der Schweißstrom, die Drahtelektrode, das Schutzgas und ggf. erforderliches Kühlwasser durch ein Schlauchpaket zugeführt. MSG-Verfahren erlauben eine hohe Schweißgeschwindigkeit und damit eine überlegene Produktivität im Vergleich zu W IG-Verfahren. Die Automatisierbarkeit von MSG-Verfahren ist ausgesprochen hoch. Nachteilig an der Verwendung des direkt im Lichtbogen erhitzten, aufgeschmolzenen und verdampften Zusatzwerkstoffs ist die wesentlich höhere Emission von Partikeln im Vergleich zu W IG- Verfahren. Die mit MSG-Verfahren erzielbare Schweißqualität wird im Vergleich zu WIG-Verfahren häufig als geringer angesehen. Sonderverfahren nutzen mehrere Elektroden. Hierbei werden am häufigsten zwei Drahtelektroden eingesetzt (Tandem-Schweißen). Typically, the welding current, the wire electrode, the shielding gas and possibly required cooling water are fed through a hose pack to a MSG burner. MSG processes allow a high welding speed and thus a superior productivity compared to IG-process. The automation of MSG processes is extremely high. A disadvantage of the use of directly heated in the arc, melted and vaporized filler material is the significantly higher emission of particles compared to W IG process. The weld quality achievable with MSG processes is often considered to be lower compared to TIG processes. Special procedures use multiple electrodes. Here, two wire electrodes are most commonly used (tandem welding).
Im Gegensatz zu den genannten Verfahren, bei denen der Lichtbogen frei brennt, wird dieser bei den ebenfalls bekannten Plasmaschweißverfahren eingeschnürt, wofür i.d.R. wassergekühlte Kupferdüsen zum Einsatz kommen. Dies führt zu einer Verringerung des Lichtbogenquerschnitts. Beim Plasmaschweißen wird mit einer nicht In contrast to the above-mentioned methods, in which the arc burns freely, this is constricted in the likewise known plasma welding process, for which i.d.R. water-cooled copper nozzles are used. This leads to a reduction of the arc cross section. Plasma welding does not work with one
abschmelzenden Elektrode gearbeitet. Die zur Bildung eines Plasmas erforderlichen Ladungsträger werden durch die Ionisierung eines inerten Plasmagases (Argon oder Gemischen aus Argon, Helium und/oder Wasserstoff) geliefert. Beim Plasmaschweißen mit nicht abschmelzender Elektrode kann ein Lichtbogen innerhalb des Schweißbrenners und/oder zwischen dem Schweißbrenner und dem Werkstück ausgebildet werden (sogenannter "nicht übertragener" bzw. "übertragener" Lichtbogen). Man unterscheidet zwischen Plasmastrahlschweißen (WPS, nicht übertragener Lichtbogen), Plasmalichtbogenschweißen (WPL, übertragener worked off melting electrode. The charge carriers required to form a plasma are supplied by the ionization of an inert plasma gas (argon or mixtures of argon, helium and / or hydrogen). In plasma welding with non-consumable electrode, an arc can be formed within the torch and / or between the torch and the workpiece (so-called "non-transmitted" or "transmitted" arc). A distinction is made between plasma jet welding (WPS, non-transferred arc), plasma arc welding (WPL, transferred
Lichtbogen) und dem kombinierten Plasmastrahl-Plasmalichtbogenschweißen (WPSL, sowohl nicht übertragener als auch übertragener Lichtbogen). Arc) and combined plasma jet plasma arc welding (WPSL, both non-transferred and transmitted arc).
Beim sogenannten Plasma-MIG-Schweißen wird eine abschmelzende Elektrode eingesetzt und ein Plasmalichtbogen zwischen einer Plasmagasdüse und dem bearbeiteten Werkstück gezündet. Der Plasmalichtbogen wird mittels einer In so-called plasma MIG welding, a consumable electrode is inserted and a plasma arc is ignited between a plasma gas nozzle and the machined workpiece. The plasma arc is determined by means of a
sogenannten Fokussiergasdüse und unter Verwendung eines entsprechenden Fokussiergases eingeschnürt. Die Plasmagasdüse, die Fokussiergasdüse und die ebenfalls vorhandene Schutzgasdüse sind koaxial angeordnet. Die wie bei so-called Fokussiergasdüse and constricted using a corresponding focusing gas. The plasma gas nozzle, the Fokussiergasdüse and the likewise existing protective gas nozzle are arranged coaxially. The like at
herkömmlichen MSG- Verfahren eingesetzte abschmelzende Drahtelektrode wird zentrisch zugeführt. Sowohl die Plasmagasdüse als auch die Drahtelektrode liegen auf positivem Potential und werden üblicherweise von getrennten Stromquellen gespeist. Weitere Beispiele für hybride Verfahren kombinieren ein Laser- mit einem Conventional MSG process used melting wire electrode is fed centrally. Both the plasma gas nozzle and the wire electrode are at positive potential and are usually powered by separate power sources. Other examples of hybrid methods combine a laser with a
Lichtbogenverfahren. Arc process.
Die oben genannten Verfahren geben Informationen in Form von Emissionen, wie z.B. Licht, Schall, elektromagnetische Strahlung sowie partikel- und gasförmige Stoffe, ab. Diese Emissionen unterscheiden sich erheblich hinsichtlich ihrer Art und Menge in Abhängigkeit von dem eingesetzten Verfahren. Weiterhin unterscheiden sich diese Prozesse durch ihre Art des Materialtransfers und daher durch ihr dynamisches Verhalten. So schmilzt z.B. die Elektrode beim WIG-Schweißen nicht, so dass ein sehr konstanter Lichtbogen ohne nennenswerte Helligkeitsunterschiede entsteht, wohingegen die Elektrode beim MSG-Schweißen zugleich Zusatzmaterial ist und abschmilzt, so dass es z.B. durch den Materialtransfer oder durch Kurzschlüssen zu einem hochdynamischen Lichtbogenverhalten mit sehr großen The above methods give information in the form of emissions, such as emissions. Light, sound, electromagnetic radiation as well as particulate and gaseous substances. These emissions differ considerably in terms of their type and quantity depending on the method used. Furthermore, these processes differ by their type of material transfer and therefore by their dynamic behavior. Thus, for example, the electrode in TIG welding not, so that a very constant arc without significant differences in brightness arises, whereas the electrode in MSG welding at the same time is additional material and melts, so that it e.g. by the material transfer or by short circuits to a highly dynamic arc behavior with very large
Helligkeitsunterschieden kommt. Dadurch fallen die Möglichkeiten zur Beobachtung und zur Regelung der verschiedenen Schweißprozesse sehr unterschiedlich aus. Trotz dieser deutlichen Unterschiede in den Schweißverfahren werden in der Regel immer identische Schutzausrüstungen eingesetzt. Für das manuelle Brightness differences come. As a result, the options for observing and regulating the various welding processes are very different. Despite these significant differences in the welding process, identical protective equipment is generally used. For the manual
Lichtbogenschweißen werden Schweißerschutzhelme oder Schweißerschutzschilde verwendet, welche den Schweißer vor Hitze, Schweißspritzern und Strahlung schützen. Immer häufiger, aber zumeist nur bei sehr speziellen Anwendungen, werden fremdbelüftete Helme eingesetzt, welche für eine Reduzierung der gas- und partikelförmigen Emissionen im Atembereich des Anwenders sorgen, den Bediener jedoch auch in seiner Tätigkeit einschränken. Das Einstellen und die Kontrolle des Schweißprozesses erfolgt beim manuellenArc welding uses welding protection helmets or welding shields that protect the welder from heat, spatter and radiation. Ventilated helmets are increasingly used, but usually only for very specific applications, which reduce the gas and particulate emissions in the breathing area of the user, but also restrict the operator's work. The adjustment and control of the welding process takes place during manual
Schweißen visuell und akustisch basierend auf den Erfahrungen des Schweißers. Der Informationsgehalt wird durch die Leistungsfähigkeit der menschlichen Sinnesorgane limitiert. Bei automatisierten Schweißprozessen stehen zumeist Daten zum Welding visually and acoustically based on the experience of the welder. The information content is limited by the performance of the human sense organs. In automated welding processes are mostly data for
Schweißstrom- und zum Lichtbogenspannungsverlauf sowie seltener durch Kameras gewonnene visuelle Informationen zur Verfügung. Der Informationsgehalt dieser Daten ist in der Frequenz, der Bandbreite, und im Dynamikumfang stark begrenzt, so dass es nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich ist, anhand dieser Informationen auf die Qualität des Schweißergebnisses Rückschlüsse zu ziehen. Schweißprozesse müssen überwacht werden, um Prozessparameter wie z.B. die Brennerorientierung oder die Lichtbogenlänge richtig einstellen zu können sowie um auf Veränderungen reagieren zu können, so dass die geforderte Qualität der Welding current and arc voltage waveform and more rarely obtained by cameras visual information. The information content of this data is greatly limited in frequency, bandwidth, and in the dynamic range, so that it is not or only very limited possible to use this information to draw conclusions about the quality of the welding result. Welding processes must be monitored in order to process parameters, e.g. To be able to adjust the burner orientation or the arc length correctly and to be able to react to changes, so that the required quality of
Schweißverbindung gewährleistet werden kann. Der Schweißer bedient sich insbesondere seiner Sinne "Hören", "Sehen" und "Fühlen". Der Erfassungsbereich unserer Sinnesorgane ist hierbei eingeschränkt. Die Einschränkungen betreffen die Aufnahmefrequenz, die Bandbreite (Dynamik) und die Auflösung. So ist das menschliche Auge z.B. nur sensitiv in einem Wellenlängenbereich zwischen ca. Welded connection can be guaranteed. In particular, the welder uses "listening", "seeing" and "feeling" in his senses. The scope of our sense organs is limited here. The restrictions concern the recording frequency, the bandwidth (dynamics) and the resolution. For example, the human eye is only sensitive in a wavelength range between approx.
380 nm bis 780 nm; optische Strahlung anderer Wellenlängen kann nicht vom 380 nm to 780 nm; Optical radiation of other wavelengths can not from the
Menschen detektiert werden. Zudem ist es dem Menschen "nur" möglich, einen Dynamikbereich von 10.000:1 (Unterschied zwischen dem hellsten und dem dunkelsten Bereich im Blickfeld nach Anpassung des Auges an das Umgebungslicht) darzustellen mit einer Frequenz von ca. 20 Hz. Schweißprozesse, die z.B. einen Lichtbogen als Energiequelle verwenden, senden jedoch optische Strahlung über einen sehr viel breiteren Wellenlängenbereich als das für den Menschen sichtbare Licht aus. Die Dynamik (zwischen dem sehr hellen Lichtbogen und der im Vergleich dazu sehr dunklen Umgebung) ist nur teilweise durch das Auge des Menschen abzubilden. Die Lichtbogenstrahlung wird momentan so stark abgeschwächt (um das Auge vor zu intensiver Strahlung zu schützen), dass die Umgebung für den Schweißer nicht mehr zu erkennen ist. Sehr langsame Veränderungen und Veränderungen mit einer Frequenz über 20 Hz sind vom Menschen nicht mehr zu registrieren bzw. nicht bewusst zu verarbeiten. Daher ist es dem Menschen nur möglich, einen People are detected. In addition, it is "only" possible for humans to represent a dynamic range of 10,000: 1 (difference between the brightest and the darkest area in the field of view after adaptation of the eye to the ambient light) with a frequency of about 20 Hz. Welding processes, eg Use arc as an energy source, however, emit optical radiation over a much wider wavelength range than the visible to human light. The dynamics (between the very bright arc and the very much compared to it dark environment) is only partially visible through the human eye. The arc radiation is currently so much attenuated (to protect the eye from intense radiation) that the environment is no longer visible to the welder. Very slow changes and changes with a frequency above 20 Hz are no longer to be registered by humans or not consciously processed. Therefore, it is only possible for humans, one
eingeschränkten Teil der Prozessinformationen für das Einstellen oder für die limited part of the process information for setting or for
Überwachung des Schweißprozesses zu nutzen. Das Einhalten von Grenzwerten am Arbeitsplatz wird in zumeist sehr aufwändigen Messungen überprüft. Problematisch ist hierbei, dass sich die Bedingungen am Arbeitsplatz ständig ändern. Die Änderungen werden unter anderem durch eine wechselnde Arbeitsumgebung, ein anderes zu schweißendes Bauteil, einen anderen Schweißprozess, unterschiedliche Schweißparameter oder auch eine unterschiedliche Körperposition hervorgerufen. Diese Messungen müssen zudem zumeist aufwändig im Labor ausgewertet werden und stehen erst nach einigen Stunden bis Tagen zur Verfügung. Das Aufzeichnung von Belastungen im Atembereich des Schweißers unter Produktionsbedingungen und in "real-time" ist derzeit nicht möglich. Die zur Verfügung stehenden Messgeräte für partikelförmige wie gasförmige Emissionen sind momentan noch extrem teuer und nicht oder nur eingeschränkt portabel. Die Grenzwerte fürMonitoring the welding process to use. The compliance with limit values at the workplace is checked in mostly very complex measurements. The problem here is that the conditions in the workplace are constantly changing. The changes are caused, among other things, by a changing work environment, another component to be welded, a different welding process, different welding parameters or a different body position. In addition, these measurements usually have to be laboriously evaluated in the laboratory and are only available after a few hours to days. The recording of stresses in the breathing area of the welder under production conditions and in "real-time" is currently not possible. The available measuring devices for particulate and gaseous emissions are currently extremely expensive and not or only partially portable. The limits for
Gefahrstoffe beim Schweißen wurden in der Vergangenheit drastisch reduziert. Es ist abzusehen, dass sich dieser Trend fortsetzt, sodass die Schweißtechnik und der Gesundheitsschutz vor neuen Herausforderungen stehen, dieses Problem zu lösen. Momentan wird enormer Aufwand betrieben, alle möglichen Maßnahmen zu treffen, um die Immission für den Menschen möglichst gering zu halten. Zusätzlich werden die Auswirkungen auf den Schweißer in kontinuierlichen Untersuchungen des Urins und / oder des Blutes überwacht und dokumentiert. Hazardous substances during welding have been drastically reduced in the past. It is foreseeable that this trend will continue so that welding technology and health protection are facing new challenges to solve this problem. Currently, enormous effort is being made to take all possible measures to keep the immission as low as possible for humans. In addition, the effects on the welder are monitored and documented in continuous examinations of the urine and / or the blood.
Für gasförmige wie partikelförmige Emissionen besitzt der Mensch teilweise gar keine geeigneten Sinne, bzw. reagiert hier der Körper erst, wenn bereits eine Schädigung eingetreten ist (Reizung der Atemwege / Schleimhäute, Fieber, etc.). Auch bei den sehr konzentrierten Strahlungsemissionen eines Lasers, kann der Körper in der Regel nicht mehr rechtzeitig reagieren, bevor eine Schädigung einsetzt. Auch bei automatisierten Anwendungen werden häufig Sensoren eingesetzt, welche mit dem Ziel entwickelt wurden, die Eigenschaften unserer Sinnesorgane möglichst gut abzubilden. Somit können diese Sensoren in der Regel auch nicht mehr bzw. nicht viel mehr Informationen liefern als der Mensch mit seinen eigenen Sinnesorganen erfassen würde. In einigen Fällen sind diese Sensoren den menschlichen Sinnesorganen sogar unterlegen (z.B. beträgt der Dynamikumfang der Strahlungsintensität bei gewöhnlichen CCD- und CMOS-Kameras häufig nur 1 :1000). For gaseous and particulate emissions, humans sometimes have no suitable senses, resp. The body responds here only when damage has already occurred (irritation of the respiratory tract / mucous membranes, fever, etc.). Even with the very concentrated radiation emissions of a laser, the body usually can not react in time before it starts to damage. Even in automated applications sensors are often used, which were developed with the aim to map the characteristics of our sensory organs as well as possible. Thus, these sensors usually can not provide more or not much more information than the human would sense with his own sense organs. In some cases, these sensors are even inferior to human sense organs (eg, the dynamic range of radiation intensity in common CCD and CMOS cameras is often only 1: 1000).
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass nur sehr eingeschränkte Bereiche der visuellen Informationen in Dynamik, Frequenz und Auflösung vom Schweißer genutzt werden. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diesen Umstand zu verbessern. In summary, it should be noted that only very limited areas of visual information in dynamics, frequency and resolution are used by the welder. It is an object of the present invention to improve this circumstance.
Offenbarung der Erfindung Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Fügen oder Trennen mit den Merkmalen des Patenanspruchs 1 gelöst. DISCLOSURE OF THE INVENTION This object is achieved by a method for joining or separating with the features of patent claim 1.
Erfindungsgemäß werden die verfahrensspezifischen Daten in einem According to the method-specific data in a
Wellenlängenintervall mit einer Breite von maximal 20 nm erfasst. Die erfassten verfahrensspezifischen Daten werden ausgewertet und basierend auf den Wavelength interval detected with a maximum width of 20 nm. The collected process-specific data are evaluated and based on the
ausgewerteten verfahrensspezifischen Daten wird ein Anzeigemedium und/oder ein Sichtfenster, welches jeweils in eine Schutzausrüstung für eine das Füge- oder Trenn verfahren durchführende Person integriert ist, angesteuert. Alternativ oder ergänzend können die ausgewerteten verfahrensspezifischen Daten zumindest zum Teil dazu eingesetzt werden, um das Verfahren zu steuern. Evaluated process-specific data is a display medium and / or a viewing window, which is integrated in each case in a protective equipment for the joining or separation process performing person, driven. Alternatively or additionally, the evaluated process-specific data can at least partly be used to control the process.
Bei dem Füge- oder Trennverfahren werden Informationen insbesondere in Form von Emissionen, wie z.B. Licht, Schall, elektromagnetische Strahlung sowie partikel- und gasförmige Stoffe, abgegeben. Diese abgegebenen Informationen bzw. Emissionen werden in einem schmalen Wellenlängenbereich, beispielsweise mittels eines Sensors, detektiert und entsprechende Messwerte dieser Informationen bzw. Emissionen, z.B. eine Intensität, werden als verfahrensspezifische Daten erfasst. Besonders bevorzugt werden Lichtemissionen bzw. elektromagnetische Strahlung mit den Sensoren detektiert und Daten, welche diese Lichtemissionen bzw. diese elektromagnetische Strahlung charakterisieren, als verfahrensspezifische Daten erfasst. Erfindungsgemäß werden die verfahrensspezifischen Daten in einem schmalen Wellenlängenintervall mit einer Breite von maximal 20 nm erfasst. Das In the joining or separation process information in particular in the form of emissions, such as light, sound, electromagnetic radiation and particulate and gaseous substances discharged. These emitted information or emissions are detected in a narrow wavelength range, for example by means of a sensor, and corresponding measured values of this information or emissions, eg an intensity, are detected as process-specific data. Particularly preferably, light emissions or electromagnetic radiation are detected with the sensors and data which characterize these light emissions or these electromagnetic radiation are detected as process-specific data. According to the invention, the process-specific data are recorded in a narrow wavelength interval with a maximum width of 20 nm. The
Wellenlängenintervall wird gezielt so ausgewählt, dass kritische Emissionen oder Informationen in dem Wellenlängenintervall liegen. Beispielsweise wird das Wavelength interval is specifically chosen so that critical emissions or information lie in the wavelength interval. For example, that will
Wellenlängenintervall so gelegt, dass die optische Emissionslinie eines giftigen Stoffes in dem gewählten Intervall liegt. Aufgrund des schmalen Wellenlängenintervalls wird das kontinuierliche Spektrum der sonstigen Lichtemissionen oder die Linienstrahlung anderer Stoffe, beispielsweise eines Lichtbogens beim Schweißen, im Wesentlichen ausgeblendet. Auf diese Weise können bereits geringe Intensitäten gemessen werden, welche ansonsten im breiten Spektrum untergehen. Die Empfindlichkeit wird erheblich erhöht. In oben genanntem Beispiel können bereits geringfügige Mengen des giftigen Stoffes erfasst und geeignete Gegenmaßnahmen zum Schutz des Schweißers getroffen werden. Die Erfindung erlaubt damit eine schnelle Detektion von Partikeln bzw. Dämpfen, die während des Füge- oder Trennverfahrens auftreten, auch wenn diese nur in sehr geringer Konzentration auftreten.  Wavelength interval so that the optical emission line of a toxic substance is within the chosen interval. Due to the narrow wavelength interval, the continuous spectrum of the other light emissions or the line radiation of other substances, for example an arc during welding, is essentially masked out. In this way, even low intensities can be measured, which otherwise go down in the broad spectrum. The sensitivity is increased considerably. In the above example, even small amounts of the toxic substance can be detected and appropriate countermeasures taken to protect the welder. The invention thus allows rapid detection of particles or vapors that occur during the joining or separation process, even if they occur only in very low concentrations.
Erfindungsgemäß können Signale vom Schweißprozess, welche nur durch sehr teure Sensoren erfasst oder welche erst zeitversetzt ermittelt werden können (z.B. According to the invention, signals from the welding process, which are detected only by very expensive sensors or which can only be determined with a time delay (e.g.
Emissionen, die gesammelt bzw. aufgefangen und im Labor ausgewertet werden müssen) einmalig zusammen mit den schmalbandig gefilterten optischen Signalen der giftigen Stoffe erfasst und im Nachhinein Korrelationen zwischen diesen schwierig zu erfassenden Daten und den einfach zu erfassenden Daten geschaffen. Im Labor gewonnene Daten über wichtige Informationen, wie zum Beispiel CrVI, Cr, Mn, Ni, Co und ähnliche Stoffe / Elemente, werden mit den Informationen der anderen Sensoren korreliert, sodass bei zukünftigen Schweißungen anhand der anderen Sensorsignale auf die Emissionsentstehung geschlossen werden kann. Die Erfindung kann somit als "selbstlernendes" System verwendet werden. Eine Individualisierung der Persönlichen Schutzausrüstung (PSA) auf spezifische, persönliche Anforderung der Mitarbeiter aufgrund von Vorerkrankung, Alter oder anderer persönlicher Indikationen ist so leicht möglich. Es kann eine Verbesserung des Gesundheitsschutzes erzielt werden, da alle Emissionen (auch partikelförmige und gasförmige Stoffe, Strahlung, Schall, etc.) ständig überwacht werden, bzw. schwer zu bestimmende Emissionen aus den Emissions that need to be collected and collected and evaluated in the laboratory), together with the narrow band filtered optical signals of the toxic substances, subsequently creating correlations between these difficult-to-capture data and easy-to-capture data. Laboratory data on critical information, such as CrVI, Cr, Mn, Ni, Co, and similar materials / elements, is correlated with the information from the other sensors so that future emissions can be determined from other sensor signals. The invention can thus be used as a "self-learning" system. Individualization of Personal Protective Equipment (PPE) to specific, personal requirements of employees due to previous illness, age or other personal indications is thus easily possible. It can be achieved an improvement in health protection, since all emissions (including particulate and gaseous substances, radiation, noise, etc.) are constantly monitored, or difficult-to-determine emissions from the
Signalen der anderen Emissionen abgeleitet werden. Bei Überschreitung von Arbeitsplatzgrenzwerten werden Warnungen ausgegeben und Abhilfemaßnahmen getroffen. Signals of other emissions are derived. When exceeding Occupational exposure limits warnings are issued and remedial action taken.
Unter einer (persönlichen) Schutzausrüstung ist im Rahmen der vorliegenden Under a (personal) protective equipment is under the present
Erfindung eine am Körper getragene Schutzausrüstung für eine Person zu verstehen, wie z.B. ein Schutzhelm (im Folgenden auch kurz als Helm bezeichnet), ein Invention to understand a body worn personal protective equipment, such as e.g. a protective helmet (also referred to below as a helmet for short)
Schutzschild, eine Schutzbrille, Schutzhandschuhe oder ein Schutzanzug. Es sollen also die Augen, die Atemwege, die Ohren, das Gesicht und/oder die Haut der das Verfahren durchführenden Person mit einem Voll- oder Teilschutz vor schädlichen Einflüssen des Füge- oder Trennverfahrens geschützt werden. Protective shield, goggles, protective gloves or protective suit. Thus, the eyes, the respiratory tract, the ears, the face and / or the skin of the person carrying out the method should be protected against harmful influences of the joining or separating process with full or partial protection.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden verfahrensspezifische Daten in mehreren Wellenlängenintervallen mit einer Breite von jeweils maximal 20 nm erfasst, zueinander in Beziehung gebracht und ausgewertet. In a preferred embodiment of the invention, process-specific data are recorded in multiple wavelength intervals with a maximum width of 20 nm, related to each other and evaluated.
Zum Beispiel werden erste verfahrensspezifische Daten einem ersten For example, first process-specific data becomes a first one
Wellenlängenintervall mit einer Breite von maximal 20 nm und zweite Wavelength interval with a maximum width of 20 nm and second
verfahrensspezifische Daten in einem zweiten Wellenlängenintervall mit einer Breite von maximal 20 nm erfasst. Das erste und das zweite Wellenlängenintervall sind dabei voneinander verschieden, das heißt sie überlappen nicht. Die ersten detected process-specific data in a second wavelength interval with a maximum width of 20 nm. The first and the second wavelength interval are different from each other, that is, they do not overlap. The first
verfahrensspezifischen Daten und die zweiten verfahrensspezifischen Daten werden dann zueinander in Beziehung gebracht und ausgewertet. Basierend auf den ausgewerteten verfahrensspezifischen Daten werden ein Anzeigemedium und/oder ein Sichtfenster, welches jeweils in eine Schutzausrüstung für eine das Füge- oder Trenn verfahren durchführende Person integriert ist, angesteuert. process-specific data and the second process-specific data are then related to each other and evaluated. Based on the evaluated process-specific data, a display medium and / or a viewing window, which is integrated in each case in a protective equipment for a person performing the joining or separation procedure, driven.
Es werden bestimmte Messwerte, beispielsweise die Intensität, von zwei oder mehr Spektrallinien erfasst und die Messwerte werden miteinander in Korrelation gesetzt. Aus den Messwerten und deren Korrelation miteinander können bestimmte Certain measured values, for example the intensity, of two or more spectral lines are detected and the measured values are correlated with one another. From the measured values and their correlation with each other, certain
Eigenschaften des untersuchten Füge- oder Trennverfahrens ermittelt werden. Zum Beispiel lassen sich aus der Intensität zweier Spektrallinien eines Lichtbogens Properties of the examined joining or separation method can be determined. For example, it is possible to determine from the intensity of two spectral lines of an arc
Rückschlüsse auf das Temperaturprofil im Lichtbogen ziehen z.B. über das Verhältnis der integrierten Intensität über den schmalen Wellenlängenbereich. Durch die Conclusions on the temperature profile in the arc pull, for example about the ratio of integrated intensity over the narrow wavelength range. By the
Veränderung dieses Verhältnisses sowie auch eine zeitliche Analyse der Change of this ratio as well as a temporal analysis of the
Schwankungen kann zudem auf die Qualität der Fügeverbindung geschlossen werden. Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, die erfassten verfahrensspezifischen Daten und/oder die ausgewerteten verfahrensspezifischen Daten zumindest teilweise auf einem Speichermedium, insbesondere auf einem über ein Netzwerk angebundenen Speicher (Cloud), zu speichern oder mit Hilfe von auf einem Speichermedium, insbesondere auf einem über ein Netzwerk angebundenen Speicher (Cloud), hinterlegten Solldaten auszuwerten. Variations can also be concluded on the quality of the joint connection. It has also proved to be advantageous to store the acquired process-specific data and / or the evaluated process-specific data at least partially on a storage medium, in particular on a network (cloud) connected via a network, or with the aid of a storage medium, in particular on a storage medium via a network connected storage (cloud), stored target data to evaluate.
Die erfassten verfahrensspezifischen Daten werden beispielsweise über ein Kabel oder über eine kabellose Verbindung einem Prozessor bzw. einer Recheneinheit mit einem Arbeitsspeicher als Eingangsdaten zur Verfügung gestellt. Beispielsweise können die erfassten verfahrensspezifischen Daten über einen im Arbeitsspeicher hinterlegten Algorithmus ausgewertet werden und Ausgangsdaten erzeugt werden. Diese erzeugten Ausgangsdaten können zumindest zum Teil dazu eingesetzt werden, um das Anzeigemedium und/oder das Sichtfenster anzusteuern. The acquired process-specific data are made available for example via a cable or via a wireless connection to a processor or a computing unit with a working memory as input data. For example, the acquired process-specific data can be evaluated via an algorithm stored in the main memory and output data can be generated. This generated output data can be used at least in part to control the display medium and / or the viewing window.
Die persönliche Schutzausrüstung kann auch eine Sende- und Empfangseinheit, wie z.B. WLAN oder Bluetooth oder andere Datenübertragungstechniken, aufweisen. Somit können die verfahrensspezifischen Daten und/oder die Ausgangsdaten zwischen einem Prozessor, einer Recheneinheit oder einem Speicher und der Schutzausrüstung übertragen werden. Anzeigemedium und/oder Sichtfenster können somit über die Sende- und Empfangseinheit gemäß den Ausgangsdaten von dem Prozessor bzw. der Recheneinheit angesteuert werden. Diese Sende- und Empfangseinheit befindet sich besonders vorteilhaft am Gürtel des Schweißers, um die Strahlenbelastung am Kopf des Schweißers zu minimieren. The personal protective equipment may also include a transmitting and receiving unit, e.g. WLAN or Bluetooth or other data transmission techniques. Thus, the process-specific data and / or the output data can be transferred between a processor, a computing unit or a memory and the protective equipment. Display medium and / or viewing window can thus be controlled via the transmitting and receiving unit according to the output data from the processor or the computing unit. This transmitting and receiving unit is particularly advantageous on the belt of the welder to minimize the radiation exposure at the head of the welder.
Im Rahmen der Erfindung wird das Sichtfenster, welches in die Schutzausrüstung für die das Füge- oder Trennverfahren durchführende Person integriert ist, basierend auf den ausgewerteten verfahrensspezifischen Daten derart angesteuert, dass schädliche Strahlungsexpositionen für die das Füge- oder Trenn verfahren durchführende Person vermieden werden. Alternativ oder zusätzlich wird erfindungsgemäß das In the context of the invention, the viewing window, which is integrated into the protective equipment for the person performing the joining or separation process person, based on the evaluated process-specific data is controlled such that harmful radiation exposures for the joining or separation procedure performing person can be avoided. Alternatively or additionally, according to the invention
Anzeigemedium, welches in die Schutzausrüstung für die das Füge- oder Display medium, which in the protective equipment for the joining or
Trenn verfahren durchführende Person integriert ist, derart angesteuert, dass ein Informationsgehalt über das Füge- oder Trennverfahren für die das Füge- oder Trenn verfahren durchführende (und dieses betrachtende) Person erhöht wird. Durch die Erfindung kann der Bediener nicht nur geschützt werden, er erhält auch noch aus einem sehr viel größeren Spektrum an Informationen selektiv ausgewählte und bearbeitete Informationen. Die Erfindung ermöglicht eine Erhöhung des visuellen Informationsgehaltes und eine Vermeidung von schädlichen Strahlungsexpositionen beim Schweißen, insbesondere durch das örtliche wie das wellenlängenabhängige Verstärken oder Abschwächen von Strahlungsintensitäten oder etwa auch durch Kombination von unterschiedlichen Bildwiedergabefrequenzen. Die vom Separating method performing person is integrated, so controlled that an information content on the joining or separation process for the joining or separating procedure performing (and this considering) person is increased. Not only can the operator be protected by the invention, but he also receives selectively selected and edited information from a much wider range of information. The invention makes it possible to increase the visual information content and to avoid harmful radiation exposures during welding, in particular by the local as well as the wavelength-dependent amplification or attenuation of radiation intensities or also by a combination of different image reproduction frequencies. The ones from
Schweißprozess kommende Strahlung (elektromagnetische Strahlung) wird in einem oder mehreren engen Wellenlängenintervallen erfasst und durch einen Sichtbereich (das Sichtfenster) des Schutzhelmes geleitet und/oder auf dem Anzeigemedium angezeigt. Welding process (electromagnetic radiation) is detected in one or more narrow wavelength intervals and passed through a field of view (the viewing window) of the helmet and / or displayed on the display medium.
Vorzugsweise werden im Zuge der Auswertung der erfassten verfahrensspezifischen Daten Informationen, welche das durchgeführte Füge- oder Trenn verfahren In the course of the evaluation of the acquired process-specific data, information which processes the joining or separating carried out is preferably obtained
beschreiben, visualisiert. Diese visualisierten Informationen werden auf dem describe, visualized. This visualized information will be on the
Anzeigemedium dargestellt. Beispielsweise können somit Emissionsdaten, welche beim Schweißprozess entstehende Emissionen beschreiben, visualisiert und der das Füge- oder Trenn verfahren durchführenden Person zur Verfügung gestellt werden. Es können auch weitere Informationen eingeblendet und/oder überlagert werden, z.B. Informationen von der Stromquelle oder der Gasflasche. Display medium shown. For example, emission data which describe emissions arising during the welding process can thus be visualized and made available to the person performing the joining or separating process. Other information may also be displayed and / or superimposed, e.g. Information from the power source or gas cylinder.
Bevorzugt werden die visualisierten Informationen auf einem Display (z.B. LCD) in einem Helm der Schutzausrüstung und/oder auf einer Schutzbrille der The visualized information is preferred on a display (e.g., LCD) in a helmet of protective equipment and / or goggles
Schutzausrüstung, welche wahlweise vom Schweißer in Kombination mit einem Helm getragen werden kann, dargestellt. Die visualisierten Informationen können auch durch Projektion an einem entfernten Ort dargestellt werden. Protective equipment, which can optionally be worn by the welder in combination with a helmet. The visualized information can also be displayed by projection at a remote location.
Vorteilhafterweise wird eine Strahlungsintensität als verfahrensspezifische Daten erfasst, wobei die erfasste Strahlungsintensität im Zuge der Auswertung mit Advantageously, a radiation intensity is detected as process-specific data, wherein the detected radiation intensity in the course of the evaluation with
Grenzwerten verglichen und basierend auf diesem Vergleich ein Transmissionsgrad des Sichtfensters in Abhängigkeit von der ausgewerteten Strahlungsintensität verändert wird. Das Vermeiden von schädlichen Strahlungsexpositionen kann somit erreicht werden, indem die aktuellen Strahlungsintensitäten mit den Grenzwerten der elektromagnetischen Strahlung (insbesondere der UV-Strahlung) in-situ verglichen werden und der Transmissionsgrad des Sichtfensters im Helm entsprechend an die Intensität der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung angepasst wird. Für das Bestimmen der aktuellen Strahlung werden z.B. Kameras oder Dioden eingesetzt. Insbesondere wird der maximale Transmissionswert hierdurch begrenzt, womit dieser nicht (wie bisher gemäß dem Stand der Technik möglich) manuell zu hoch eingestellt werden kann. Der Informationsgehalt sowie eine schädliche Strahlenexposition werden besonders vorteilhaft durch die Regulierung des Transmissionsgrades und/oder durch die Veränderung des Wellenlängen-Transmissionsintervalls erzielt. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die verfahrensspezifischen Daten des Füge- oder Trenn Verfahrens mit wenigstens zwei Sensoren erfasst. Ein Abstand der wenigstens zwei Sensoren zueinander wird in Abhängigkeit von einer gewünschten örtlichen Auflösung und/oder einer räumlichen Darstellung der verfahrensspezifischen Daten gewählt. Der Informationsgehalt bzw. die visualisierten Informationen werden somit durch den Einsatz von zwei oder mehr Sensoren verbessert, um eine geeignete örtliche Auflösung der Limits compared and based on this comparison, a transmittance of the viewing window in response to the evaluated radiation intensity is changed. The avoidance of harmful radiation exposures can thus be achieved by comparing the current radiation intensities with the limits of the electromagnetic radiation (in particular the UV radiation) in situ and the transmittance of the viewing window in the helmet is adjusted according to the intensity of the incident electromagnetic radiation. For determining the current radiation, for example, cameras or diodes are used. In particular, the maximum transmission value is thereby limited, which means that it can not be set manually too high (as was previously possible according to the prior art). The information content and harmful radiation exposure are achieved particularly advantageously by regulating the degree of transmission and / or by changing the wavelength transmission interval. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the process-specific data of the joining or separation process are detected by at least two sensors. A distance between the at least two sensors is selected as a function of a desired spatial resolution and / or a spatial representation of the process-specific data. The information content or visualized information is thus enhanced through the use of two or more sensors to provide suitable local resolution
Emissionsinformationen zu gewährleisten. Durch mindestens zwei Sensoren, die sich in einem definierten Abstand befinden, lassen sich Objekte (z.B. der Lichtbogen) dreidimensional rekonstruieren. Hierbei kann auch der Abstand zwischen den zwei oder mehreren Sensoren vergrößert werden, um die dreidimensionale Darstellung der Informationen zu verbessern. Es lassen sich zudem Tiefeninformationen gewinnen (z.B. über die Tiefe des Schmelzbades und somit den Einbrand). To ensure emission information. By means of at least two sensors, which are located at a defined distance, objects (for example the arc) can be reconstructed three-dimensionally. In this case, the distance between the two or more sensors can be increased in order to improve the three-dimensional representation of the information. In addition, depth information can be obtained (for example, about the depth of the molten bath and thus the penetration).
Es kann auch nur ein Sensor verwendet werden, der vorzugsweise als flächiger Sensor ausgeführt ist. Die verfahrenspezifischen Informationen werden beispielsweise über einen Strahlteiler oder ein Prisma aufgeteilt, über mindestens zwei Filter mit einer Bandbreite von maximal 20 nm geführt und auf dem einen Sensor als getrennte Bilder oder überlagert abgebildet. Zwei oder mehr als zwei Sensoren können vorteilhafterweise der Redundanz und damit der Sicherheit dienen. Örtlich aufgelöste Daten können erstellt werden, wodurch geometrische Daten erfasst werden können, z.B. durch Triangulation (z.B. 2, 3 oder 4 Sensoren für 2- oder 3-dimensionale Triangulation oder Streifenprojektion). Des Weiteren können mit besonderem Vorteil statistische Auswertung durchgeführt werden, sofern eine dafür erforderliche große Zahl an Sensoren eingesetzt wird. Besonders bevorzugt werden die verfahrensspezifischen Daten des Füge- oder Trennverfahrens mit wenigstens zwei Sensoren erfasst, wobei jeder der wenigstens zwei Sensoren jeweils eine unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit aufweist. Der Informationsgehalt bzw. die visualisierten Informationen werden dadurch verbessert. Durch die Verwendung von mehreren Sensoren, die eine unterschiedliche It can also be used only a sensor, which is preferably designed as a flat sensor. The process-specific information is divided, for example, via a beam splitter or a prism, passed over at least two filters with a maximum bandwidth of 20 nm and displayed on the one sensor as separate images or superimposed. Two or more than two sensors can advantageously serve the redundancy and thus the security. Spatially resolved data can be created, allowing geometric data to be acquired, eg by triangulation (eg 2, 3 or 4 sensors for 2 or 3-dimensional triangulation or fringe projection). Furthermore, statistical analysis can be carried out with particular advantage if a large number of sensors required for this purpose is used. Particularly preferably, the process-specific data of the joining or separation process are detected with at least two sensors, each of the at least two sensors each having a different spectral sensitivity. The information content or the visualized information is thereby improved. By using multiple sensors that have a different
wellenlängenabhängige Empfindlichkeit zeigen, kann z.B. auch das Schmelzbad, das Bauteil und die fertige Schweißnaht wahrgenommen werden. Der sehr hell leuchtende Lichtbogen kann entsprechend abgeschwächt werden. Nur die in dem oder den gewählten Wellenlängenintervallen liegenden wichtigen Informationen werden verstärkt, so dass ein Mehrgewinn an Informationen erzielt werden kann. wavelength-dependent sensitivity, e.g. also the melt, the component and the finished weld are perceived. The very bright arc can be attenuated accordingly. Only the important information located in the selected wavelength interval (s) is amplified so that more information can be gained.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden Messwerte physikalischer Größen von dem wenigstens einen Sensor als verfahrensspezifische Daten erfasst, die zumindest zum Teil vom menschlichen Auge, Gehör oder According to a particularly advantageous embodiment of the invention, measured values of physical quantities are detected by the at least one sensor as process-specific data, which are at least partly from the human eye, hearing or
Geruchssinn nicht wahrnehmbar sind. Diese verfahrensspezifischen Daten werden der das Füge- oder Trennverfahren durchführenden Person über das Anzeigemedium visuell dargestellt. Beispielsweise können die verfahrensspezifischen Daten im Zuge der Auswertung in für das menschliche Auge oder auch Gehör wahrnehmbare  Sense of smell are imperceptible. These process-specific data are presented visually to the person performing the joining or separating process via the display medium. For example, the process-specific data in the course of the evaluation in perceptible to the human eye or hearing
Ausgangsdaten umgewandelt und über das Anzeigemedium visuell dargestellt werden. Zu diesem Zweck werden vorteilhafterweise Sensoren verwendet, deren Output data are converted and displayed visually via the display medium. For this purpose, advantageously sensors are used whose
Erfassungsbereich (Frequenz, Auflösung, Dynamik, Messbereich) einen Detection range (frequency, resolution, dynamics, measuring range)
Erfassungsbereich menschlicher Sinnesorgane übersteigt. Der Mensch besitzt eine vorgegebene Empfindlichkeit für verschiedene Range of human sense organs. Man has a given sensitivity for different things
Wellenlängenbereiche der elektromagnetischen Strahlung (Empfindlichkeitskurve), welche jedoch nicht unbedingt mit den informationsreichen Wellenlängenbereichen eines Schweißprozesses zusammenfällt. Durch die Transmission von nur bestimmten Wellenlängenbereichen bzw. durch die Verstärkung informationsreicher  Wavelength ranges of the electromagnetic radiation (sensitivity curve), which however does not necessarily coincide with the information-rich wavelength ranges of a welding process. Due to the transmission of only certain wavelength ranges or through the gain information rich
Wellenlängenbereiche ist es möglich, besonders wichtige Eigenschaften zu Wavelength ranges make it possible to have particularly important properties
verdeutlichen bzw. weniger wichtige Informationen abzuschwächen oder ganz auszublenden. Die Wärmestrahlung der Elektroden (Schmelzbad und brennerseitige Wolfram- bzw. Drahtelektrode) liegt insbesondere bei geringeren Temperaturen (z.B. bei der bereits erstarrten Schweißnaht oder beim Schmelzbad von clarify or reduce less important information or completely hide it. The heat radiation of the electrodes (molten bath and torch-side tungsten or wire electrode) is especially at lower temperatures (for example, in the already solidified weld or in the molten bath of
niedrigschmelzenden Metallen) im langwelligeren Bereich und ist somit nicht oder nur schlecht durch das menschliche Auge zu erkennen. Durch die Erfindung können entsprechende Informationen dennoch der das Füge- oder Trennverfahren low-melting metals) in the longer wavelength range and is therefore not or only badly recognized by the human eye. By means of the invention, corresponding information can nevertheless be provided by the joining or separating method
durchführenden Person zur Verfügung gestellt werden. Erfindungsgemäß wird von dem Füge- oder Trennverfahren emittierte Strahlung wellenlängenabhängig und/oder ortsabhängig gefiltert und als verfahrensspezifische Daten erfasst. Die Lichtemissionen werden in einem oder mehreren engen person to be provided. According to the invention, radiation emitted by the joining or separating method is filtered as a function of wavelength and / or location and detected as process-specific data. The light emissions are in one or more narrow
Wellenlängenintervallen erfasst. Bei metalldampfdominierten Plasmaprozessen (insbesondere Eisenplasmen) wird das Wellenlängenintervall, in dem Emissionen erfasst werden, vorzugsweise um eine Wellenlänge von 81 1 nm, besonders bevorzugt symmetrisch um eine Wellenlänge von 81 1 nm, gelegt. Bei Aluminium sind die Stoffe von Bedeutung, die eine geringere Verdampfungstemperatur bzw. einen geringeren Dampfdruck aufweisen, wie Mangan oder Silizium. Mangan hat eine besonders starke Linienemission bei z.B. 516,7 nm und 448,1 nm. Insbesondere ist die Linienstrahlung des entsprechenden Elements von Bedeutung, welches durch das Schutzgas, die Umgebungsluft oder die Elektroden in den Lichtbogen geraten kann. Diese spektralselektiven Informationen haben Relevanz für den Gesundheitsschutz, für den Pfad des Stromflusses, für die Wavelength intervals recorded. In the case of metal vapor-dominated plasma processes (in particular iron plasmas), the wavelength interval in which emissions are detected is preferably set at a wavelength of 81 1 nm, particularly preferably symmetrically around a wavelength of 81 1 nm. For aluminum, the substances of importance, which have a lower evaporation temperature or a lower vapor pressure, such as manganese or silicon. Manganese has a particularly strong line emission at e.g. 516.7 nm and 448.1 nm. In particular, the line radiation of the corresponding element of importance, which can get into the arc by the protective gas, the ambient air or the electrodes. This spectrally selective information has relevance for health protection, for the path of current flow, for the
Plasmazusammensetzung und für die Plasmatemperatur. Letztere drei Größen (Pfad des Stromflusses, Plasmazusammensetzung, Plasmatemperatur) sind wichtig für den Einbrand und die Energieeinbringung. Entsprechend ist es vorteilhaft, bei Verfahren zum Fügen oder Trennen von Aluminium oder Aluminium-haltigen Werkstoffen das oder die Wellenlängenintervalle so auszuwählen, dass eine oder mehrere Plasma composition and for the plasma temperature. The latter three quantities (path of current flow, plasma composition, plasma temperature) are important for the penetration and the energy input. Accordingly, in methods for joining or separating aluminum or aluminum-containing materials, it is advantageous to select the wavelength interval (s) such that one or more
Emissionslinien von Silizium und/oder Mangan erfasst werden. Aus den erfassten Informationen lassen sich beispielsweise Plasmatemperaturbilder oder Bilder der Schmelzbadtemperatur darstellen. Es lassen sich Emissionen aus den Daten berechnen. Auch eine ortsabhängige Anwendung unterschiedlicher Emission lines of silicon and / or manganese are detected. From the acquired information, for example, plasma temperature images or images of the melt bath temperature can be displayed. It is possible to calculate emissions from the data. Also a location-dependent application of different
Übertragungsfunktionen (z.B. Ansteuern der Belichtungszeit von einzelnen Transfer functions (e.g., driving the exposure time of individual
Bildpunkten) ist denkbar. In Edelgasplasmen kann sogar die Einwirbelung oder das Eindiffundieren von atmosphärischen oder den Prozess umgebenden Gasen detektiert und somit auf die Güte der Schutzgasabdeckung geschlossen werden. Pixels) is conceivable. In inert gas plasmas, even the turbulence or the diffusion of atmospheric or ambient gases surrounding the process can be detected and thus closed on the quality of the protective gas cover.
Durch die Erfindung kann die Strahlung des Füge- oder Trennverfahrens By the invention, the radiation of the joining or separation process
spektralselektiv aufgenommen und ausgewertet werden und nur bestimmte spektrale Bereiche (Wellenlängen) können der das Füge- oder Trennverfahrens durchführenden Person angezeigt werden. In diesen Daten stecken sehr viel dezidiertere Informationen als in den über den gesamten Wellenlängenbereich gemittelten Intensitäten. Vorzugsweise werden im Zuge der Auswertung Teildaten der erfassten spectrally selectively recorded and evaluated and only certain spectral Areas (wavelengths) can be displayed to the person performing the joining or cutting process. This data contains much more detailed information than the intensities averaged over the entire wavelength range. Preferably, in the course of the evaluation, partial data of the detected
verfahrensspezifischen Daten, welche vorbestimmte räumliche Bereiche des Fügeoder Trennverfahrens beschreiben, abgeschwächt oder verstärkt. Der process-specific data which describe, attenuated or amplified predetermined spatial regions of the joining or separating process. Of the
Informationsgehalt bzw. die visualisierten Informationen werden somit verbessert, indem die Bildinformationen der Sensoren örtlich abgeschwächt oder verstärkt werden. Dieser Vorgang kann softwaretechnisch erfolgen oder direkt in der Kamera bzw. dem Sensor realisiert werden. Information content or the visualized information is thus improved by locally attenuating or amplifying the image information of the sensors. This process can be done by software or implemented directly in the camera or the sensor.
Bevorzugt werden die visualisierten Informationen auf dem Anzeigemedium dargestellt, indem Konturen hervorgehoben werden, beispielsweise durch das Einblenden von farbigen Strichen oder Kurven. Preferably, the visualized information is displayed on the display medium by highlighting contours, for example by fading colored bars or curves.
Vorteilhafterweise wird im Zuge der Visualisierung der Informationen, welche das Füge- oder Trenn verfahren beschreiben, eine Zeitraffer-Darstellung der Informationen erstellt, ein Falschfarbenbild erstellt und/oder eine Bild-im-Bild-Darstellung der Advantageously, in the course of the visualization of the information describing the joining or separating process, a time-lapse representation of the information is created, a false-color image is created and / or a picture-in-picture representation of the
Informationen erstellt. Informationen mit einer sehr hohen zeitlichen Dynamik werden erfasst, aber in einer Frequenz wiedergegeben, die es dem Menschen ermöglicht, diese Informationen zu verarbeiten (Zeitraffer). Es lassen sich also Daten in einer sehr hohen Frequenz aufzeichnen und dem Bediener als Zeitraffer wieder einspielen (beispielsweise zeitgerafftes Bild im Originalbild). Gleiches gilt für den Dynamikbereich: Informationen können in einem großen Umfang erfasst werden und dem Schweißer z.B. als Falschfarbenbild angezeigt werden. Denkbar ist die Visualisierung dieser Zeitrafferaufnahmen oder dieser Dynamikaufnahme als zweites Bild in dem originalen Bild. Auch der Erfassungsbereich (z.B. Wellenlänge) oder der Dynamikbereich kann in einem großen Bereich erfasst und in dem vom Menschen erfassbaren Bereich normiert werden. Beispiele für eine Bild-im-Bild-Darstellung sind das Einblenden eines spektral gefilterten Bildes, eines Temperaturplots oder eines zeitgerafften Bildes. Letzteres ermöglicht dem Schweißer bzw. der das Füge- oder Trennverfahren durchführenden Person Kurzschlüsse, Spritzer und die Tropfengeometrie (Form und Größe) zu beurteilen. Vorzugsweise werden die erfassten und/oder ausgewerteten verfahrensspezifischen Daten zumindest teilweise in einem Speichermedium abgelegt. Die Daten können somit zur Dokumentation der Qualität der Fügeverbindung verwendet werden. Information created. Information with a very high temporal dynamics is recorded, but reproduced in a frequency that allows humans to process this information (time-lapse). So you can record data in a very high frequency and restore the operator as a time lapse (for example, time-lapse image in the original image). The same applies to the dynamic range: information can be recorded to a large extent and displayed to the welder, for example, as a false color image. The visualization of these time lapse recordings or of this dynamic recording is conceivable as a second picture in the original picture. The detection range (eg wavelength) or the dynamic range can also be detected in a wide range and normalized in the human-detectable range. Examples of a picture-in-picture display are the superimposition of a spectrally filtered picture, a temperature plot or a time-lapse picture. The latter allows the welder or the person performing the joining or separating process to assess shorts, splashes and the drop geometry (shape and size). Preferably, the acquired and / or evaluated process-specific data are stored at least partially in a storage medium. The data can thus be used to document the quality of the joint connection.
Wahlweise können die erfassten Rohdaten vorher verarbeitet werden oder auch an eine andere Recheneinheit geschickt werden, um dort gespeichert und/oder ausgewertet zu werden. Ggf. können anhand der Daten auch automatische Optionally, the acquired raw data can be processed in advance or sent to another arithmetic unit to be stored and / or evaluated there. Possibly. can also use the data automatic
Maßnahmen getroffen werden, z.B. über die Ansteuerung der Stromquelle oder anderer Peripheriegeräte, um eine gleichbleibende Qualität auch bei einer Measures are taken, e.g. via the control of the power source or other peripherals, to a consistent quality even with a
Veränderung der Randbedingungen gewährleisten zu können. Die Daten werden vorzugsweise in dem Speichermedium abgelegt oder mit Informationen, welche in diesem Speichermedium vorhanden sind, verglichen. Bei dem Medium kann es sich auch um eine Cloud handeln. To be able to ensure a change in the boundary conditions. The data is preferably stored in the storage medium or compared with information that is present in this storage medium. The medium can also be a cloud.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung werden CCD-Sensoren, CMOS-Sensoren, High Dynamic Range Kameras und/oder Fotodioden als Sensoren verwendet oder auch "High Dynamic Range" Sensoren. Unter High Dynamic Range Sensoren bzw. -Kameras werden Sensoren oder Kameras verstanden, die einen Dynamikbereich von mehr als 10.000:1 , mehr als 50.000:1 oder mehr als 100.000:1 besitzen, d.h. die Helligkeitsunterschiede von mehr als 10000:1 , mehr als 50.000:1 bzw. mehr als 100.000:1 erfassen und speichern können. Das Signal der Sensoren kann auch dazu genutzt werden, die Belichtungszeit der eingesetzten Kameras oder Dioden zu steuern, um eine optimale Anpassung an die Strahlungsintensitäten zu ermöglichen. Um noch größere Helligkeitsunterschiede zu kompensieren, können zusätzliche Blenden oder dimmbare Filterscheiben verwendet werden. According to a preferred embodiment, CCD sensors, CMOS sensors, high dynamic range cameras and / or photodiodes are used as sensors or "high dynamic range" sensors. High dynamic range sensors or cameras are understood to mean sensors or cameras having a dynamic range of more than 10,000: 1, more than 50,000: 1 or more than 100,000: 1, i. capture and store brightness differences greater than 10000: 1, greater than 50,000: 1, and greater than 100,000: 1, respectively. The signal from the sensors can also be used to control the exposure time of the cameras or diodes used to allow optimal adaptation to the radiation intensities. To compensate for even greater differences in brightness, additional apertures or dimmable filter discs can be used.
Vorteilhafterweise ist der mindestens eine Sensor an einer Schutzbrille, einem Helm, einem Schutzschild und/oder am Körper der das Füge- oder Trenn verfahren Advantageously, the at least one sensor on a goggles, a helmet, a protective shield and / or on the body of the joining or separating process
durchführenden Person oder an einem hierzu eingesetzten Brenner oder an einer hierzu eingesetzten Positioniervorrichtung (Schweißportal, Roboter, Drehtisch, etc.) angeordnet. Bevorzugt können die Sensoren an der Schutzausrüstung oder auch im Raum angeordnet sein. Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird eine Kamera als Sensor eingesetzt, die so positioniert ist, dass sie den Lichtbogen eines Schweißverfahrens aus nächster Nähe aufnimmt. Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Lichtemissionen des Füge- oder Trennverfahrens direkt und unmittelbar am Entstehungsort erfasst werden und dass die gewonnenen sowie die aufbereiteten Informationen (verstärkt, gefiltert, by implementing person or on a burner used for this purpose or on a positioning device used for this purpose (welding portal, robot, turntable, etc.). Preferably, the sensors can be arranged on the protective equipment or in the room. According to a particularly advantageous embodiment of the present invention, a camera is used as a sensor, which is positioned so that it receives the arc of a welding process from close range. The invention has the advantage that the light emissions of the joining or separation process are detected directly and directly at the point of origin and that the information obtained and the information processed (amplified, filtered,
abgeschwächt) unmittelbar durch die Nähe zu den Sinnesorganen des Menschen visualisiert werden können, ohne den Schweißer von seiner Aufgabe abzulenken.attenuated) can be directly visualized by the proximity to the sensory organs of man, without distracting the welder from his task.
Durch die Erfassung der Lichtemissionen des Füge- oder Trennverfahrens sowie durch das Filtern, Verstärken und Abschwächen ergeben sich folgende Verbesserungen: die Qualität des Füge- oder Trennverfahrens kann gesteigert werden; die By recording the light emissions of the joining or separation process as well as by filtering, amplifying and attenuating, the following improvements result: the quality of the joining or separation process can be increased; the
Qualitätskontrolle kann gesteigert werden und dadurch kann der Kontrollaufwand (Nacharbeit) reduziert werden; Informationsdichten können erhöht werden durch die Ausweitung der erfassbaren Frequenz, des Erfassungsbereichs und der Auflösung sowie durch die selektive Auswahl und Kombination von wichtigen Informationen, wodurch das Handling bzw. die Bedienbarkeit des Füge- oder Trennverfahrens vereinfacht werden kann; der Werkstoff Übergang (insbesondere mit Frequenzen bis über 200 Hz) kann zeitlich aufgelöst wiedergegeben werden. Quality control can be increased and thus the control effort (rework) can be reduced; Information densities can be increased by extending the detectable frequency, coverage, and resolution, as well as selectively selecting and combining important information, thereby simplifying the handling and operability of the joining or separating process; the material transition (in particular with frequencies up to over 200 Hz) can be reproduced in time.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen The invention and further advantageous details of the invention will be explained in more detail with reference to the schematic figures. Show here
Figur 1 das Spektrum eines Lichtbogens, aus dem zwei schmale Figure 1 shows the spectrum of an arc, from the two narrow
Wellenlängenintervalle herausgefiltert und gemessen werden,  Wavelength intervals are filtered out and measured,
Figur 2 eine erste erfindungsgemäße Variante zur Aufnahme von Messwerten, Figur 3 eine zweite erfindungsgemäße Variante zur Aufnahme von Messwerten, FIG. 2 shows a first variant according to the invention for recording measured values, FIG. 3 shows a second variant according to the invention for recording measured values,
Figur 4a ein Beispiel zur Ermittlung einer bestimmten Korrelation und FIG. 4 a shows an example for determining a specific correlation and
Figur 4b die Verwendung der gemäß Figur 4 ermittelten Korrelation in  FIG. 4b shows the use of the correlation determined in FIG
nachfolgenden Schweißverfahren.  subsequent welding process.
Figur 1 zeigt schematisch das Spektrum 1 1 eines Lichtbogens, das beim Schweißen entsteht. In dem Spektrum 1 1 sind beispielsweise die Spektrallinien 12a, 12b von Aluminium bei 309 nm und 396 nm zu erkennen. Aus diesem Spektrum 1 1 werden erfindungsgemäß zwei schmale Wellenlängenintervalle 13a, 13b mit geeigneten Filtern 14a, 14b herausgefiltert und die Intensitäten in jedem der beiden Figure 1 shows schematically the spectrum 1 1 of an arc that arises during welding. In the spectrum 1 1, for example, the spectral lines 12a, 12b of aluminum at 309 nm and 396 nm can be seen. From this spectrum 1 1 according to the invention two narrow wavelength intervals 13 a, 13 b with suitable filters 14a, 14b filtered out and the intensities in each of the two
Wellenlängenintervalle 13a, 13b gemessen. Wavelength intervals 13a, 13b measured.
Die Messwerte werden einer Recheneinheit 15 zugeführt, welche aus den Messwerten und vorab hinterlegten Daten Ausgangsdaten erzeugt, welche dem Schweißer in einem Anzeigemedium 16, beispielsweise einem Sichtfenster, dargestellt werden. The measured values are fed to a computing unit 15 which generates output data from the measured values and previously stored data which are displayed to the welder in a display medium 16, for example a viewing window.
Figur 2 zeigt eine erste Variante zur Aufnahme von Messwerten. Hierbei werden zwei oder mehr Sensoren 22a, 22b eingesetzt werden, welche über geeignete Filter 24a, 24b jeweils nur einen schmalen Wellenlängenbereich des Spektrums 21 eines FIG. 2 shows a first variant for recording measured values. In this case, two or more sensors 22a, 22b are used, which via suitable filters 24a, 24b each only a narrow wavelength range of the spectrum 21 of a
Lichtbogens aufnehmen. Die Messwerte werden dann der Recheneinheit 25 zugeführt. Pick up the arc. The measured values are then supplied to the arithmetic unit 25.
Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der ein einziger großflächiger Sensor 32 verwendet wird. Die Strahlung 31 des Lichtbogens wird über einen Figure 3 shows an alternative embodiment in which a single large area sensor 32 is used. The radiation 31 of the arc is over a
Strahlteiler 33 oder ein Prisma auf zwei unterschiedliche Filter 34a, 34b gelenkt, welche jeweils ein bestimmtes Wellenlängenintervall herausfiltern. Die beiden aus den Filtern 34a, 34b austretenden Strahlen werden dann auf dem einen Sensor 32 zusammengeführt und überlagert. Der mit dem Sensor 32 ermittelte Messwert wird dann wiederum einer Recheneinheit 35 zugeführt. Beam splitter 33 or a prism directed to two different filters 34a, 34b, which each filter out a certain wavelength interval. The two beams emerging from the filters 34a, 34b are then brought together and superimposed on the one sensor 32. The measured value determined with the sensor 32 is then in turn supplied to a computing unit 35.
Figur 4a zeigt ein Verfahren, bei dem in einem ersten Schritt zwei den Schweißprozess charakterisierende Größen gemessen und deren Korrelation bestimmt wird. Im vorliegenden Beispiel wird über einen Filter 44 und einen entsprechenden Sensor die Intensität des Metalldampfs in einem bestimmten Wellenlängenbereich bestimmt.FIG. 4 a shows a method in which, in a first step, two variables characterizing the welding process are measured and their correlation determined. In the present example, the intensity of the metal vapor in a certain wavelength range is determined via a filter 44 and a corresponding sensor.
Außerdem wird über eine zweite Messung 46 die Gesamtrauchmenge ermittelt. Beide Messwerte werden einer Recheneinheit 45 zugeführt, um die Korrelation 47 zwischen diesen Messwerten, das heißt zwischen der Intensität des Metalldampfs und der Gesamtrauchmenge, zu bestimmen. Die ermittelte bzw. berechnete Korrelation wird in der Recheneinheit 45 oder einem mit der Recheneinheit 45 verbundenen Speicher hinterlegt. In addition, the total amount of smoke is determined via a second measurement 46. Both measured values are fed to a computing unit 45 in order to determine the correlation 47 between these measured values, that is to say between the intensity of the metal vapor and the total amount of smoke. The determined or calculated correlation is stored in the arithmetic unit 45 or a memory connected to the arithmetic unit 45.
Bei der späteren Durchführung des Schweißprozesses ist es dann ausreichend, nur die Intensität des Metalldampfs zu bestimmen und über die zuvor ermittelte Korrelation die Gesamtrauchmenge zu ermitteln. Dies ist in Figur 4b schematisch dargestellt. Während des Schweißprozesses wird in demselben Wellenlängenintervall, welches bei dem Verfahren gemäß Figur 4a gewählt wurde, die Intensität des Metalldampfs ermittelt. Der gemessene Wert für die Intensität des Metalldampfs wird einer In the later execution of the welding process, it is then sufficient to determine only the intensity of the metal vapor and to determine the total amount of smoke via the previously determined correlation. This is shown schematically in FIG. 4b. During the welding process, the intensity of the metal vapor is determined in the same wavelength interval, which was selected in the method according to FIG. 4a. The measured value for the intensity of the metal vapor becomes one
Recheneinheit 45 zugeführt. Die Recheneinheit 45 berechnet dann aus der Intensität des Metalldampfs und der zuvor ermittelten Korrelation 47 die Gesamtrauchmenge. Arithmetic unit 45 is supplied. The computing unit 45 then calculates the total amount of smoke from the intensity of the metal vapor and the previously determined correlation 47.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zum Fügen oder Trennen, 1 . Method of joining or separating,
- wobei verfahrensspezifische Daten des Füge- oder Trennverfahrens erfasst werden und wobei die erfassten verfahrensspezifischen Daten ausgewertet werden, wobei  - In which process-specific data of the joining or separation process are detected and wherein the acquired process-specific data are evaluated, wherein
die verfahrensspezifischen Daten in einem Wellenlängenintervall mit einer Breite von maximal 20 nm erfasst werden und  the process-specific data are detected in a wavelength interval with a maximum width of 20 nm and
- basierend auf den ausgewerteten verfahrensspezifischen Daten ein  - based on the evaluated process-specific data
Anzeigemedium und/oder ein Sichtfenster angesteuert wird oder dass die ausgewerteten verfahrensspezifischen Daten zumindest zum Teil dazu eingesetzt werden, um das Verfahren zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass erste verfahrensspezifische Daten in einem ersten Wellenlängenintervall mit einer Breite von maximal 20 nm erfasst werden,  Display medium and / or a viewing window is driven or that the evaluated process-specific data are at least partially used to control the method, characterized in that first process-specific data in a first wavelength interval are detected with a maximum width of 20 nm,
dass zweite verfahrensspezifische Daten in einem zweiten  that second process-specific data in a second
Wellenlängenintervall mit einer Breite von maximal 20 nm erfasst werden, wobei das erste und das zweite Wellenlängenintervall nicht überlappen, dass die ersten verfahrensspezifischen Daten und die zweiten  Wavelength interval can be detected with a maximum width of 20 nm, wherein the first and the second wavelength interval do not overlap that the first process-specific data and the second
verfahrensspezifischen Daten zueinander in Beziehung gebracht und ausgewertet werden und  process-specific data can be related to each other and evaluated and
- dass basierend auf den ausgewerteten verfahrensspezifischen Daten ein Anzeigemedium und/oder ein Sichtfenster, welches jeweils in eine  - That based on the evaluated process-specific data, a display medium and / or a viewing window, each in a
Schutzausrüstung für eine das Füge- oder Trennverfahren durchführende Person integriert ist, angesteuert wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei  Protective equipment for a person performing the joining or separation process is integrated, is controlled. 2. The method of claim 1, wherein
die erfassten verfahrensspezifischen Daten und/oder die ausgewerteten verfahrensspezifischen Daten zumindest teilweise auf einem Speichermedium, insbesondere auf einem über ein Netzwerk angebundenen Speicher (Cloud), gespeichert oder mit Hilfe von auf einem Speichermedium, insbesondere auf einem über ein Netzwerk angebundenen Speicher (Cloud), hinterlegten Solldaten ausgewertet werden.  the acquired process-specific data and / or the evaluated process-specific data are stored at least partially on a storage medium, in particular on a storage (cloud) connected via a network, or with the aid of storage (cloud) connected to a storage medium, in particular on a network connected via a network, deposited nominal data are evaluated.
3 Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei - basierend auf den ausgewerteten verfahrensspezifischen Daten das A method according to claim 1 or 2, wherein based on the evaluated process specific data the
Sichtfenster derart angesteuert wird, dass schädliche Strahlungsexpositionen für die das Füge- oder Trennverfahren durchführende Person vermieden wird und/oder dass  Inspection window is controlled such that harmful radiation exposure is avoided for performing the joining or separation process person and / or that
- das Anzeigemedium derart angesteuert wird, dass ein Informationsgehalt über das Füge- oder Trennverfahren für die das Füge- oder Trennverfahren durchführende Person erhöht wird.  - The display medium is controlled such that an information content on the joining or separation process for the person performing the joining or separation process is increased.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, wobei im Zuge der Auswertung der erfassten verfahrensspezifischen Daten Informationen, welche das durchgeführte Fügeoder Trennverfahren beschreiben, visualisiert und diese visualisierten The method of claim 1 to 3, wherein in the course of the evaluation of the acquired process-specific data information which describe the performed joining or separation process, visualized and visualized
Informationen auf dem Anzeigemedium dargestellt werden.  Information can be displayed on the display medium.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die visualisierten Informationen auf einem Display in einem Helm der Schutzausrüstung und/oder auf einer Schutzbrille der Schutzausrüstung dargestellt werden. A method according to claim 4, wherein the visualized information is displayed on a display in a helmet of the protective equipment and / or on goggles of the protective equipment.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Method according to one of the preceding claims, wherein a
Strahlungsintensität als verfahrensspezifische Daten erfasst wird, wobei die erfasste Strahlungsintensität im Zuge der Auswertung mit Grenzwerten verglichen wird und wobei basierend auf diesem Vergleich ein Transmissionsgrad des Sichtfensters in Abhängigkeit von der ausgewerteten Strahlungsintensität verändert wird. Radiation intensity is detected as process-specific data, wherein the detected radiation intensity is compared in the course of evaluation with limit values and based on this comparison, a transmittance of the viewing window is changed depending on the evaluated radiation intensity.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Method according to one of the preceding claims, wherein the
verfahrensspezifischen Daten des Füge- oder Trenn Verfahrens mit wenigstens zwei Sensoren erfasst werden und wobei ein Abstand der wenigstens zwei Sensoren zueinander in Abhängigkeit von einer gewünschten örtlichen Auflösung und/oder einer räumlichen Darstellung der verfahrensspezifischen Daten gewählt wird. process-specific data of the joining or separation method are detected with at least two sensors and wherein a distance of the at least two sensors to each other depending on a desired spatial resolution and / or a spatial representation of the process-specific data is selected.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Messwerte physikalischer Größen als verfahrensspezifische Daten des Füge- oder Method according to one of the preceding claims, wherein measured values of physical quantities as process-specific data of the joining or
Trennverfahrens erfasst werden, die vom menschlichen Auge, Gehör oder Geruchssinn zumindest zum Teil nicht wahrnehmbar sind, und wobei diese verfahrensspezifischen Daten der das Füge- oder Trenn verfahren durchführenden Person über das Anzeigemedium visuell dargestellt werden. Separation method are detected, which are at least partially imperceptible to the human eye, hearing or smell, and these process-specific data of the person performing the joining or separation process visually displayed on the display medium.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im Zuge der 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein in the course of
Auswertung Teildaten der erfassten verfahrensspezifischen Daten, welche vorbestimmte räumliche Bereiche des Füge- oder Trennverfahrens beschreiben, abgeschwächt oder verstärkt werden.  Evaluation of partial data of the acquired process-specific data which describe predetermined spatial areas of the joining or separation process, attenuated or amplified.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, soweit rückbezogen auf Anspruch 5, wobei im Zuge der Visualisierung der Informationen, welche das Füge- oder Trenn verfahren beschreiben, Method according to one of the preceding claims, as far as referring back to claim 5, wherein in the course of the visualization of the information describing the joining or separating method,
eine Zeitraffer-Darstellung der Informationen erstellt wird,  create a timelapse representation of the information
ein Falschfarbenbild erstellt wird und/oder  a false color image is created and / or
eine Bild-im-Bild-Darstellung der Informationen erstellt wird.  a picture-in-picture representation of the information is created.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein CCD-Sensor, ein CMOS-Sensor, eine High Dynamic Range Kamera und/oder eine Fotodiode zur Erfassung der verfahrensspezifischen Daten verwendet werden. 12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Sensor zur Method according to one of the preceding claims, wherein a CCD sensor, a CMOS sensor, a high dynamic range camera and / or a photodiode for detecting the process-specific data are used. 12. The method according to any one of the preceding claims, wherein a sensor for
Erfassung der verfahrensspezifischen Daten verwendet wird, und wobei der Sensor an einer Schutzbrille, einem Helm, einem Schutzschild und/oder am Körper der das Füge- oder Trennverfahren durchführenden Person oder an einem hierzu eingesetzten Brenner oder an einer hierzu eingesetzten  Detecting the process-specific data is used, and wherein the sensor on a goggles, a helmet, a protective shield and / or on the body of the person performing the joining or separation process person or on a burner used for this purpose or on a used for this purpose
Positioniervorrichtung angeordnet ist.  Positioning device is arranged.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei optische Filter mit einer festen Transmissionskurve (z.B. Bandpass- oder Interferenzfilter) oder solche mit einer durchstimmbaren Durchlässigkeit (Transmission) eingesetzt werden. A method according to any one of the preceding claims, wherein optical filters having a fixed transmission curve (e.g., bandpass or interference filters) or tunable transmissivity (transmittance) are employed.
14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten verfahrensspezifischen Daten mit gespeicherten Daten, welche zuvor bei einem anderen Füge- oder Trenn verfahren erfasst wurden, korreliert werden, die gespeicherten Daten anhand der Korrelation korrigiert werden und die korrigierten Daten wieder gespeichert werden. 14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the detected process-specific data with stored data, which were previously detected in another joining or separation method, correlated, the stored data are corrected based on the correlation and the corrected data again get saved.
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