DD279727A1

DD279727A1 - Verfahren zur hoehen- und nahtmittensteuerung eines schweisskopfes an schweissnaehten

Info

Publication number: DD279727A1
Application number: DD32521989A
Authority: DD
Inventors: Norbert Meyendorf; Rudolf Nitzsche
Original assignee: Zentralinstitut Schweiss
Priority date: 1989-01-25
Filing date: 1989-01-25
Publication date: 1990-06-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hoehen- und Nahtmittensteuerung eines Schweisskopfes an Schweissnaehten bei Nutzung einer CCD-Kamera angewendet, wobei mit einem eindimensionalen Detektor sowohl die Fugenposition, die Spaltbreite als auch der Abstand des Schweisskopfes von der Schweissfuge erfasst wird. Erfindungsgemaess werden die mittels einer Beleuchtungseinrichtung erzeugten beiden Lichtstriche, einmal senkrecht zur Schweissrichtung und der zweite spitzwinklig geneigt neben die Nahtfuge projiziert, wobei die in einem 90 geneigte CCD-Kamera zunaechst den Bereich des schraegliegenden Lichtstriches erfasst, und nachfolgend seine Lichtintensitaet hinsichtlich einer Brennerhoehenkorrektur ausgewertet wird. Im zweiten Bildbereich wird der senkrecht zur Nahtfuge projizierte Lichtstrich zur Erkennung der Fugenbreite und -position analog erfasst und anschliessend ausgewertet. Die zur Durchfuehrung des Verfahrens wesentlichen Elemente, wie Beleuchtungseinrichtung, CCD-Kamera sind mit dem Schweisskopf starr verbunden.

Description

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Beispiel näher erläutert werden. Aus der Fig. 1 geht dabei die verfahrensgemäße Zuordnung der funktionsrelevanten Baugruppen hervor, wobei die konkrete Anwendung beispielsweise am UP-Schweißverfahren dargestellt wird.

Beim UP-Schweißen besteht die Aufgabe, die Fugenmitte zu erkennen, der. Schweißkopf 1 in Fugenmitte zu führen und die Höhe des Schweißkopfes' zu koi rigieren. Hierzu erfolgt durch eine Beleuchtungseinrichtung 2 eine Beleuchtung, entsprechend Fig.'., auf dem Werkstück 3, wobei ein Lichtstrich 5 über der zu schweißenden Nahtfuge 4 erzeugt wird und auf einer der beiden Längskanten neben der Schweißnaht ein weiterer Lichtstrich 6, der z. B. 45° geneigt bzw. unter einem Winkel geneigt zur Schweißrichtung auf das Werkstück 3 projiziert wird. Die CCD-Kamera 7 wird über der Nahtfuge 4 unter einem Winkel von kleiner als 90° angeordnet und betrachtet beide Lichtstriche 5,6, wobei der Empfindlichkeitsbereich der CCD-Kamera 7 in zwei Bereiche geteilt wird. Der eine Bereich betrachtet den querüber der zu schweißenden Naht liegenden Lichtstrich 5, der andere Bereich den schräg eingeblendeten Lichtstrich 6. Ist die CCD-Kamera 7 so positioniert, daß sie den ersten Lichtstrich 5 auf der CCD-Zeile abbildet, dann wird im zweiten Bildbereich in der Mitte dieses Bereiches ein Intensitätsmaximum 8 erreicht und zwar an der Stelle, wo sich der schräg zur Schweißfuge liegende Lichtstrich 5 mit der Bildzeile kreuzt. Die Signalauswertung erfolgt derar· daß zunächst dar Bildbereich analysiert wird, in dem der schräge Lichtstrich 6, der neben der Nahtfuge 4 projiziert wurde, sich befindet.

Es wird die Position des Intensitätsmaximums 8 ausgewertet. Weicht diese von der Sollposition nb, ist eine Höhenkorrektur erforderlich, wodurch der Schweißkopf 1 einschließlich der damit verbundenen CCD-Kamera 7 gehoben oder gesenkt wii d. Befindet sich die CCD-Kamera 7 in richtiger Betrachtungsposition, wird auch der zweite Lichtstrich 5 auf rler CCD-Zeile in der CCD-Kamera 7 abgebildet. Es kann nun die Fugenmitte und die Fugenbreite ausgewertet werden. Zur optischen Integration über einen Bildbereich kommt eine optische Anordnung mit Zylinderlinsen zum Einsatz, um zu vermeiden, daß auf der Oberfläche haftende Spritzer oder Kratzer zu FeHinterpretationen der Nahtbreite führen.

Eine elektronische Steuerung wertet nun die Breite der zu analysierenden Naht aus, ermittelt Abweichungen von einer Sollposition und korrigiert den Schweißkopf 1 bezüglich der Nahtposition. Außerdem wird die Nahtbreite vermessen; liegt sie unter einem kritischen Wert, wird eine Heftstelle, liegt sie über einem kritischen Wert, dann wird ein Fehler signalisiert oder es wird ein Signal an eine Prozeßsteuerung übermittelt, das dann zu einer Variation der Schweißparameter führt, um auch bei veränderter Spaltbreite optimale Schweißparameter zu haben.

Claims

Verfahren zur Höhen- und Nahtmittensteuerung eines Schweißkopfes an Schweißnähten mittels einer CCD-Kamera, gekennzeichnet dadurch, daß mitte s einer Beleuchtungseinrichtung (2) zwei Lichtstriche (5, 6) erzeugt werden, wobei der eine senkrecht zur Schweißrichtung und der zweite spitzwinklig geneigt neben die Nahtfuge (4) projiziert wird und durch eine CCD-Kamera (7) unter einem Winkel von < 90° diese beiden Lichtstriche (5,6) beobachtet werden, wobei durch die CCD-Kamera (7) zunächst der Bildbereich des schrägliegenden Lichtstrichs (6) erfaßt wird, wobei dessen Intensitätsmaximum (8; als pin Maß zur Positionskorrektur der Brennerhöhe genutzt und anschließend die Fugenbreite und Fugenposition im zweiten Bildbereich ermittelt wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Höhen- und Nahtmittensteuerung an Schweißnähten mittels CCD-Kamera, wobei es besonders geeignet ist, mit einem eindimensionalen Detektor sowohl die Fugenposition, die Spaltbreite als auch den Abstand des Schweißkopfes von der Schweißfuge zu erfassen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, daß mittels CCD-Zeilen Spaltbreiten vermessen und Spaltpositionen ermittelt werden können. Es ist weiterhin bekannt, daß durch Anwendung der Lichtschnittechnik und mittels visueller Sensoren Fugengeometrien vermessen werden können. Weiterhin ist bekannt, daß CCD-Sensoren durch Variation der Integrationszeit an die optischen Bedingungen angepaßt werden können und daß durch intelligente Signalverarbeitung positionserkennende und vergleichende Systeme aufzubauen sind.

Außerdem ist gemäß DD-OS 3238698 bekannt, daß durch optische Maßnahmen Lichtstrukturen auf einem Werkstück erzeugt werden können. Weiterhin ist bekannt, daß durch optische Maßnahmen, z. B. mit Zylinderlinsen auch eine optische Integration über einen bestimmten Bildbereich erreicht werden kann. Damit ist eine Verringerung des Einflusses von optischen Inhomogenitäten der Oberfläche erzielbar. Der Nachteil der bisherigen Systeme bestand darin, dcß aie Höhenposition nicht erfaßt werden kann und damit eine Unscharfe bei der Abbildung der l.ichtstruktur auf der CCD-Zeile entsteht, wodurch Meßfehler bzw. ein Nichterkennen der Position die Folge ist. Eindimensional arbeitende Sensoren, wie CCD-Zeilen, haben den Vorteil, daß mit einem relativ geringen Spaicherumfang hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten erreicht werden können. Sollen mehrdimensionale Informationen erhalten werden, beispielsweise Positionserfassung und Höhensteuerung, sind zweidimensional arbeitende Systeme notwendig. Die Auswertung dieser Daten erfordert Rechenzeiten im Bereich von Sekunden, wodurch die Echtzeitfähigkeit in Frage gestellt ist.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, die Führung des Schweißkopfes im automatisierten Schweißbe>:ieb derart zu vervollkommnen, daß gleichzeitig eine Fugenmitten- als auch eine Höhensteuerung realisierbar wird und die Verarbeitung eindimensionalerDaten mit einer Einsparung von Zeit, die bisher bei ähnlichen Verfahren notwendig war, einhergeht.

Das Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes optisches Verfahren in Verbindung mit einer CCD-Zeile zu entwickeln, womit sowohl Fugenposition und Fugenbreite als auch Abstand des Detektors von der Nahtoberfläche erfaßbar und durch Ist-Soll-Vergleich regelbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mittels einer Beleuchtungseinrichtung zwei Lichtstriche erzeugt werden, wobei der eine senkrecht zur Schweißrichtung und der zweite spitzwinklig geneigt neben der Nahtfuge projiziert wird und durch eine CCD-Kamera unter einem Winkel von kleiner als 90° diese beiden Lichtstriche beobachtet weiden, wobei durch die CCD-Kamera zunächst der Bildbereich des schrägliegenden Lichtstriches erfaßt wird, wobei dessen Intensitätsmaximum als ein Maß zur Positionskorrektur der Brennerhöhe genutzt wird und anschließend die Fugenbreite und -position im zweiten Bildbereich ermittelt wird, wobei Beleuchtungseinrichtung, CCD-Kamera und Schweißkopf starr gekoppelt sind. Es wird erreicht, daß in dem Bildbereich neben der Schweißnaht mit dem schräg eingeblendeten Strich ein Schnittpunkt zwischen Lichtstrich und Bildzeile entsteht. In diesem Schnittpunkt registriert die CCD-Zeile ein Signalmaximum. Dieses Signalmaximum verschiebt sich bei Höhenverschiebung aufgrund der Winkelanordnung zwischen Lichtmustern und der Kamera. Die CCD-Kamera ist ebenfalls unter einem bestimmten Winkel, vorzugsweise 45°, gegenüber der Blechoberfläche geneigt. Durch Regulierung der Höhe des Sensorkopfes, der starr mit dem Schweißbrenner gekoppelt sein kann, wird eine optimale Höhe eingestellt. Damit wird der zweite Bildbereich zur Fugenmittenerkennung aktiv. Das ist genau der Bereich, der durch den 90°-Lichtstrich beleuchtet wird und der von der Zeile erfaßt wird. Außerdem wird die Beleuchtungseinrichtung so optimiert, daß in diesem Abstand eine optimale Schärfe erreicht wird. Der Bildbereich neben der Schweißnaht wird mit dem schrägen l.ichtstrich ausgeleuchtet. Im zweiten Bildbereich ist die Nahtfuge, die sich als dunkler Teil im Verlauf des Lichtstriches gegenüber dem hellen Hintergrund abhebt, zu erkennen. Durch optische Maßnahmen, z. B. Zylinderlinsen, kann auch eine optische Integration über einen bestimmten Bildbereich erreicht werden, wodurch eine Verringerung des Einflusses von optischen Inhomogenitäten der Oberfläche erreicht wird.