DE29816401U1 - Vorrichtung zum Detektieren von fehlerhaften Stellen in Schweißnähten - Google Patents

Vorrichtung zum Detektieren von fehlerhaften Stellen in Schweißnähten

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Description

Fotoelektrik Pauly GmbH
Leuchtenberger Kirchweg 75E
40474 Düsseldorf
Anwaltsakte:Dn-2268 Düsseldorf, 10.09.1998
Vorrichtung zum Detektieren von fehlerhaften Stellen in Schweißnähten
Die vorliegende Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum Detektieren von fehlerhaften Stellen in Schweißnähten, insbesondere Überlappungsstoßnähten, von Werkstücken mit einem elektrooptischen Wandler als Sender, der ein auf die Schweißnaht gerichtetes optisches Signal abgibt, und einem elektrooptischen Wandler als Empfänger für das opitsche Signal.
Derartige Vorrichtungen sind bekannt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Vorrichtungen besonders bei kompliziert ausgebildeten Schweißnähten, wie Überlappungsstoßnähten, bei denen die Schweißnaht durch das sich überlappende Material zumindest teilweise abgeschirmt ist, nicht immer zufriedenstellend arbeiten. So wird hierbei bei Auftreten einer fehlerhaften Stelle, insbesondere eines Risses, der Durchgang eines optischen Signales durch die abschirmenden Materialbereiche stark behindert bzw. völlig verhindert, so daß derartige fehlerhafte Stellen mit einer solchen Vorrichtung oft überhaupt nicht erfaßt werden.
Der vorliegenden Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der angegebenen Art zu schaffen, mit der fehlerhafte Stellen, insbesondere Risse, weitgehend problemlos
auch in kompliziert ausgebildeten Schweißnähten, insbesondere Überlappungsstoßnähten, erfaßt werden können.
Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß bei einer Vorrichtung der angegebenen Art dadurch gelöst, daß Sender und Empfänger als Wandlerbank mit einer Vielzahl von eng benachbart zueinander angeordneten optikfreien Wandlerelementen ausgebildet sind.
Bei der neuerungsgemäßen Lösung findet sowohl auf der Senderseite als auch auf der Empfängerseite eine Vielzahl von Wandlerelementen Verwendung, die eng benachbart zueinander angeordnet sind. Hiermit wird eine besonders hohe Flächenleistung erreicht bzw. Leuchtdichte erzielt. Die Wanderelemente sind nebeneinander parallel zur Längsrichtung der Schweißnaht angeordnet, wobei ihre Anzahl so bemessen ist, daß hiermit der gesamte zu erfassende Längenbereich der Schweißnaht abgedeckt wird. Mit anderen Worten, der in Längsrichtung der Schweißnaht zu erfassende Bereich wird 0 durch die benachbarten Abstrahlkegel der Wandlerelemente vollständig abgedeckt. Entsprechendes gilt für die Wandlerelemente auf der Empfängerseite.
Die Wandlerelemente auf der Senderseite und Empfängerseite sind nicht mit ensprechenden Optiken versehen. Hierdurch lassen sich die Wandlerelemente besonders nahe beieinander anordnen. Ferner wird eine besonders hohe Leuchtdichte erzielt.
0 Die Anzahl der einzelnen Wandlerelemente richtet sich vorzugsweise nach der Länge der zu erfassenden Schweißnaht. So können mit der neuerungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung auch sehr lange Schweißnähte detektiert werden, wenn entsprechend lange Wandlerbänke zum Einsatz gelangen. Die Wandlerbänke können eine einzige Zeile von nebeneinander
angeordneten Wandlerelementen besitzen oder aber auch ein Feld von Wandlerelementen aufweisen, bei dem mehrere Zeilen von Wandlerelementen nebeneinander angeordnet sind, wobei in diesem Fall vorzugsweise die Wandlerelemente von benachbarten Reihen des Feldes auf Lücke angeordnet sind, um möglichst viele Wandlerelemente auf einer möglichst geringen Fläche unterzubringen.
Die neuerungsgemäß ausgebildete Vorrichtung kann für die verschiedensten Werkstücke Anwendung finden. Sie wird jedoch vorzugsweise zum Überprüfen der Schweißnähte von aneinander geschweißten Blechen, beispielsweise im Fahrzeugbau, verwendet. Derartige Bleche werden mit Industrierobotern so aneinander geschweißt, daß sich die erwähnten Überlappungsstoßnähte ergeben.
Die neuerungsgemäße Vorrichtung wird in ihrem Einsatz stationär angeordnet, während die zu überprüfenden Werkstücke bewegt werden. Die Anordnung erfolgt dabei so, daß Sender und Empfänger vorzugsweise die Gesamtlänge der zu überprüfenden Naht erfassen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Neuerung besitzt die Wandlerbank des Senders ein Feld von drei benachbart zueinander angeordneten Zeilen von Wandlerelementen, während die Wandlerbank des Empfängers eine einzige Zeile von Wandlerelementen umfaßt.
Als Wandlerelemente werden geeignete handelsübliche Sende- und Empfangsdioden eingesetzt.
Wie erwähnt, finden bei der neuerungsgemäßen Lösung unbewehrte Wandlerelemente ohne Optik Verwendung. Besonders bevorzugt wird eine Lösung, bei der die Wandlerelemente des Empfängers keine gegenseitige optische Abschirmung
besitzen. Ein Übersprechen zwischen den einzelnen Wandlerelementen wird sogar erwünscht. Hierdurch können die Abstände zwischen den Wandlerelementen noch weiter verringert werden, so daß die Flächenleistung weiter erhöht wird. 5
Eine derartige Ausgestaltung ist auch auf der Senderseite möglich.
Vorzugsweise ist die Empfangselektronik in unmittelbarer Nähe der Wandlerelemente des Empfängers angeordnet.
. Die von der Wandlerbank des Empfängers empfangenen optischen Signale werden in elektrische Signale umgewandelt und der Empfangselektronik, die zweckmäßigerweise einen Vorverstärker aufweist, zugeführt. Die Signale können dann, je nach Wunsch, weiterverarbeitet, ausgewertet, etc. werden. Beispielsweise besitzt die Vorrichtung ein Steuergerät, dem die verarbeiteten Empfängersignale zugeführt werden und das zur Ansteuerung der Werkstückhandhabungsvorrichtung dient. Somit können beispielsweise fehlerhafte Werkstücke aussortiert werden.
Die Wandlerelemente des Senders haben vorzugsweise einen Abgabescheitelwinkel für das optische Signal von 15-20°. Wesentlich ist, daß mit einem derartigen Scheitelwinkel der gesamte abzutastende Bereich der Schweißnaht überdeckt wird. Eine entsprechende Abstandseinstellung zwischen Sender und Werkstück ist vorzunehmen.
Die Wandlerelemente des Empfängers besitzen vorzugsweise einen Sehstrahlwinkel von 180°.
Um die Lichtleitung weiter zu verbessern, ist die aus Sender, Werkstück und Empfänger bestehende Anordnung bei einer speziellen Ausführungsform der Neuerung in eine
Flüssigkeit, die ggf. fluoreszierende Eigenschaften aufweist, mit extrem niedriger Viskosität getaucht.
Die Neuerung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Detektieren von fehlerhaften Stellen in Schweißnähten;
Figur 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung;
Figur 3 eine Vorderansicht der Vorrichtung; 15
Figur 4 eine Draufsicht und Seitenansicht des Senders,- und
Figur 5 eine Draufsicht, Seitenansicht und Vorderansieht des Empfängers.
Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung zum Detektieren von fehlerhaften Stellen in Schweißnähten ist als Vorrichtung zum Detektieren von Rissen in Überlappungsstoßnähten von aneinander geschweißten Blechen konzipiert. Die Vorrichtung umfaßt einen Sender 1, der als Wandlerbank mit einer Vielzahl von eng benachbart zueinander angeordneten optikfreien Wandlerelementen 7 ausgebildet ist. Der genaue Aufbau des Senders 1 wird nachfolgend in Verbindung mit Fi-0 gur 4 beschrieben.
Die Vorrichtung umfaßt ferner einen Empfänger 4, der ebenfalls als Wandlerbank mit einer Vielzahl von eng benachbart zueinander angeordneten optikfreien Wandlerelementen 8 ausgebildet ist. Der genaue Aufbau des Empfängers wird später
in Verbindung mit Figur 5 erläutert. An den Empfänger ist ein Steuergerät 5 angeschlossen.
Zwischen Sender 1 und Empfänger 4 befindet sich ein Werkstück 2 mit einer Uberlappungsstoßschweißnaht 3, in der das Vorhandensein von Rissen mit Hilfe der Vorrichtung detektiert werden soll. Wie Figur 3 zeigt, sind in dieser Überlappungsstoßnaht 3 Risse mit Hilfe von optischen Signalen nur schwer zu detektieren, da die Schweißnaht in Figur 3 schräg verläuft und von oben und unten durch Materialbereiche der aneinander zu schweißenden Bleche abgeschirmt ist. Um die Erfassung von solchen Rissen zu ermöglichen, weisen Sender und Empfänger jeweils eine Vielzahl von elektrooptischen Wandlerelementen auf. Diese Wandlerelemente 7, 8 sind möglichst eng benachbart zueinander angeordnet und weisen keinerlei Optik auf. Hierdurch wird eine besonders hohe Leuchtdichte (besonders hohe Flächenleistung) erzielt.
Bei der hier beschriebenen Ausführungsform weist der Sender 0 1 ein Feld von 31 Sendedioden auf, von denen jede mit einem Scheitelstrom von 1 A betrieben wird, die, wie in Figur 4 gezeigt, in drei Reihen angeordnet sind, wobei die Dioden der mittleren Reihe zu den Dioden der benachbarten Reihen auf Lücke angeordnet sind. In Figur 4 sind nur die entsprechenden Bohrungen zur Aufnahme der Dioden 7 dargestellt . Zur mechanischen Abschirmung kann der Sender eine Glasplatte aufweisen, die vor die Dioden geschoben wird.
Der Empfänger 4 besitzt elf Dioden 8, die als Diodenzeile angeordnet sind. Auch hier sind wiederum nur die für die
Dioden vorgesehenen Bohrungen dargestellt. Man erkennt jedoch, daß die Bohrungen eng benachbart zueinander angeordnet sind. Die Dioden besitzen keine gegenseitige optische Abschirmung.
35
Die vorgesehenen 31 Sendedioden werden mit einer Scheitelleistung von ca. IA betrieben. Das Tastverhältnis beträgt ca. 1:100 oder mehr. Die Pulszeit s 15 ^sec.
Die Sendedioden strahlen die optischen Signale mit einem Scheitelwinkel von 15-20° ab.
Der Sehstrahlwinkel der Empfangsdioden beträgt 180°.
Die hier beschriebene Ausführungsform ist lediglich beispielhaft. Es versteht sich, daß bei längeren Nähten sowohl Sender als auch Empfänger verlängert werden und weitere Wandlerelemente besitzen können.
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt der Langsmittenabstand von Diode zu Diode beim Sender 4 mm und beim Empfänger 5,2 mm.

Claims (11)

Fotoelektrik Pauly GmbH Leuchtenberger Kirchweg 75E 40474 Düsseldorf Anwaltsakte: Dn-2268 Düsseldorf, den 10.09.1998 Schutzansprüche
1. Vorrichtung zum Detektieren von fehlerhaften Stellen in Schweißnähten, insbesondere Überlappungsstoßnähten, von Werkstücken mit einem elektrooptischen Wandler als Sender, der ein auf die Schweißnaht gerichtetes optisches Signal abgibt, und einem elektrooptischen Wandler als Empfänger für das optische Signal, dadurch gekennzeichnet, daß Sender (1) und Empfänger (4) als Wandlerbank mit einer Vielzahl von eng benachbart zueinander angeordneten optikfreien Wandlerelementen (7, 8) ausgebildet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerelemente (8) des Empfängers (4) keine gegenseitige optische Abschirmung besitzen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (4) als Zeile von Wandlerelementen (8) ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangselektronik in unmittelbarer Nähe der Wandlerelemente (8) des Empfängers (4) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Steuergerät (5) zum Empfang und zur Verarbeitung des Empfängersignales aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerelemente (7) des Senders (1) einen Abgabescheitelwinkel (6) für das optische Signal von 15-20° besitzen.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerelemente (8) des Empfängers (4) einen Sehstrahlwinkel von 180° aufweisen.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerbank des Senders (1) ein Feld von Wandlerelementen (7) aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerelemente (7) von benachbarten Reihen des Feldes auf Lücke angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Sender (1) und Empfänger
(4) stationär angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Sender, Werkstück und Empfänger bestehende Anordnung in eine Flüssigkeit mit extrem niedriger Viskosität getaucht ist.
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