WO2008028580A1 - Verfahren und vorrichtung zur optischen beurteilung der schweissqualität beim schweissen - Google Patents

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WO2008028580A1 PCT/EP2007/007506 EP2007007506W WO2008028580A1 WO 2008028580 A1 WO2008028580 A1 WO 2008028580A1 EP 2007007506 W EP2007007506 W EP 2007007506W WO 2008028580 A1 WO2008028580 A1 WO 2008028580A1
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Joachim Schwarz
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Precitec Vision Gmbh & Co. Kg
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    • G01N2201/0696—Pulsed

Definitions

  • the invention relates to a method for the optical assessment of the welding quality, in particular during laser welding, in which an image of the welding zone is recorded. Furthermore, the invention relates to a device for carrying out the method.
  • a laser light line (laser triangulation line) is placed across the seam and geometric data of the seam are determined therefrom. From JP 2005111538 it is further known to take the image of the molten metal during laser welding and to compare it with reference data.
  • the invention is based on the object to improve the optical quality inspection of welds.
  • the quality assessment of the welding can be carried out optimally during the welding process.
  • the various picture elements are recorded on a single sensor which has a plurality of image areas to which it is possible to record (multiple regions of interest, MROI). Then only this one sensor has to be read in order to evaluate all image areas with the three image elements of the image.
  • a first image area is recorded with the process lighting with an exposure time of 5 ⁇ sec or less.
  • the first image area, on which the process light is recorded as a picture element is preferably designed with a logarithmic characteristic of the sensor.
  • a second image area is preferably provided on which the image element of the laser triangulation line and the pixel of the gray or color image of the seam are taken together. In doing so, e.g.
  • the second image area is illuminated with an exposure time of approximately 10 .mu.sec and with an illumination duration by a flash-light source of less than 10 .mu.sec. It is further preferred that the recording parameters for the recording of the first and the second image area are changed between the recordings.
  • Transparency areas for the first and the second sensor area or image area provided, in particular directly above the sensor chip.
  • the recording takes place through the laser optics of the welding laser, resulting in a particularly compact arrangement.
  • an optics arranged next to the burner is used.
  • the invention is further based on the object to provide a device for carrying out the method. This is designed according to the corresponding device claim.
  • Figure 1 is a schematic representation of a welding head with arranged thereon camera
  • FIG. 2 shows an image of a defect-free welding or welding seam taken in accordance with the invention.
  • FIG. 3 shows an image taken in accordance with the invention with welding defects caused by a welding-wire defect.
  • Figure 1 shows in a highly schematic
  • a welding head 1 which is arranged above the weldment 2, which in this example consists of two sheets 2 1 and 2 "to be welded
  • the welding torch is formed in this preferred case by a laser beam 3 passing through an optical system 4
  • Other methods of welding than laser welding can be evaluated according to the invention, in particular welds with all known arc methods.
  • the welding is preferably carried out as MIG / MAG welding with appropriate gas supply, but this is in the schematic representation of Figure 1 not is shown.
  • a camera 6 the welding area is considered on the weldment 2.
  • the camera is preferably a high-dynamic CMOS camera and in particular a camera which is designed to take a plurality of images on the sensor chip (which is also known as MROI (Multiple Regions of Interest)), which are output as an image.
  • MROI Multiple Regions of Interest
  • a Photonfocus Hurricane, MV-1024 CL-80/160 camera from Photonfocus AG, CH-8853 Lachen, Switzerland can be used, which is equipped with MROI and allows different exposure times for the different areas.
  • the recording is preferably carried out by a camera and in particular by a camera 6, which is arranged directly on the welding head.
  • the image is taken directly through the optical system 4 for the laser beam, as shown in the example shown.
  • a beam splitter 7 for the visible light viewed by the camera 6 the light emitted by the welding material 2 passes via the camera optics 8 onto its CMOS sensor 6 '.
  • the corresponding beam path for the illumination is denoted by 5.
  • This illumination is a xenon flash illumination or an LED illumination, in particular an illumination with surface emitting laser diodes (VCSEL). These diodes have the property of high optical performance with low packing density and low beam divergence, and can illuminate the weld area with sufficient brightness.
  • the inclusion of the welding area through the welding optics 4 for all regions to be accommodated according to the invention requires very high illuminance levels, since the sensor parameters of the CMOS sensor are set insensitive to light in order to absorb the very bright process illumination. and the laser optics has no good transparency properties for visible light.
  • the arrangement shown, in which the camera 6 views the welding area through the welding optics 4 is the preferred arrangement, although other arrangements in which the camera does not view the welding area through the laser optics 4 are also possible.
  • at least one triangulation line is projected over the solidified weld seam, as can be seen in the following figures.
  • a control and / or evaluation circuit 10 which is usually formed by a computer, receives the image data read from the camera for their evaluation.
  • the image is taken with a camera with a welding torch close to the welding torch ; arranged optics, which is not explained here.
  • FIG. 2 shows an example of a captured image of the welding region, this being a flawless weld or welded seam.
  • FIG. 2 shows a photograph with a large object field of the camera, so that the process lighting and the seam already solidified after the process can be recorded on the same sensor as an image, read out as an image and subsequently checked.
  • three different picture elements are recorded.
  • the detection of local defects of the seam is done with the known laser triangulation, including the correspondingly projected over the seam triangulation line is taken and with a gray image analysis or at most a color image analysis to which the image of the seam is taken.
  • the process lights will be included. It can be done so that the sensor 6 1 of the camera in two Main areas A and B is divided.
  • the sensor area is operated with a logarithmic characteristic curve and with exposure times of preferably less than 5 ⁇ s.
  • the main area B work is carried out with a linear or logarithmic characteristic curve and with exposure times in the range of 10 .mu.s in order to include the triangulation line in the area B1 and the image of the seam as the further picture element in the area B2.
  • the exposure time is chosen so that the triangulation line in the area Bl is still displayed sufficiently bright for evaluation, but overshadowing by the process lighting is prevented.
  • a light pulse with a duration of ⁇ 10 ⁇ s is illuminated with a flash light source or with the mentioned VCSEL light sources.
  • the xenon flash light source used in the optical seam inspection device SOUVIS 5000 from Soudronic AG, Bergdietikon, Switzerland, can be operated and used for a pulse duration of 5 ⁇ s to 10 ⁇ s and illuminates the weld sufficiently brightly.
  • the short flash duration prevents motion blur.
  • the camera parameters for the recording of both areas are switched to optimize the recording situation depending on the area.
  • the Soudronic Fast Track camera module from Soudronic AG, Bergdietikon, Switzerland, which allows fast switching of the camera parameters and also fast reading of the two areas of the CMOS sensor 6 1 and which module with the aforementioned Hurricane camera the company Photonfocus works together.
  • a corresponding control for the camera is indicated in FIG. 1 by 10.
  • the sensor can preferably also be provided with planar optics directly on the sensor chip or spaced from it into two differently sensitive regions corresponding to the regions of the sensor chip. Chen A and B of Figures 2 and 3 are divided.
  • the plano optics can consist of a cover glass with two areas of different transparency. The transparency can be 100% for the area B for the analysis of geometry and gray scale and less than 50% for the process light evaluation or the area A.
  • Figure 3 shows a receptacle which has been carried out in the manner mentioned and the same as that of Figure 2, but here in the welding a welding error caused by a fault of the welding wire has occurred. It can be seen that, on the one hand, in the area B1 of the main area B, the triangulation makes the seam error in the solidified area recognizable. On the other hand, in the gray image recording in the area B2 of the main area B is a corresponding
  • the seam width and the seam position can be further measured in a known manner and the geometric data such as convexity, concavity and optionally an edge offset can be measured.
  • the seam volume can be measured in a known manner. The measurement of the geometric data is carried out via the laser triangulation lation, the detection of local and global imperfections via gray-scale image analysis and laser triangulation.
  • the rapid switching of the sensor areas A and B allows optimal sensor characteristics or camera parameters for the different tasks of the two shots on the two sensor areas. All recordings are preferably carried out with only one sensor, which significantly reduces the expenditure on equipment, the operating effort and maintenance. With the arrangement of the sensor or the camera directly on the welding torch much less effort is required than for a separate handling in a separate welding test.
  • the present invention can be used in the quality control of welds, in particular MIG / MAG welds of all kinds. Also for surface geometry monitoring, surface texture inspection and welding process monitoring.

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Abstract

Bei der Laserschweissung wird koaxial zum Laserstrahl (3) durch die Laseroptik (4) hindurch der Schweissbereich abgebildet, wobei sowohl eine Triangulationslinie und ein Grau- oder Farbbild der erstarrten Schweissnaht als auch das Prozessleuchten des Schweissprozesses aufgenommen wird. Aus diesen drei Bildelementen kann eine optimale Qualitätsbeurteilung des Schweissprozesses und der Schweissnaht erfolgen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur optischen Beurteilung der Schweissqualität beim Schweissen
Hinweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der schweizerischen Patentanmeldung Nr. 1431/06, die am 6. September 2006 eingereicht wurde und deren ganze Offenbarung hiermit durch Bezug aufgenommen wird.
Hintergrund
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Beurteilung der Schweissqualität, insbesondere beim Laserschweissen, bei dem ein Bild der Schweisszone aufgenommen wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Stand der Technik
Es ist bekannt, Schweissnähte optisch zu prüfen. Dazu wird insbesondere mit 2D Laser Scannern eine Laserlichtlinie (Lasertriangulationslinie) quer über die Naht gelegt und es werden daraus Geometriedaten der Naht ermittelt. Aus JP 2005111538 ist es weiter bekannt, das Bild der Metallschmelze beim Laserschweissen aufzunehmen und es mit Referenzdaten zu vergleichen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde die optische Qualitätsprüfung von Schweissnähten zu verbessern.
Dies wird bei dem eingangs genannten Verfah- ren dadurch erreicht, dass dabei das Prozessleuchten einerseits als auch ein Grau- oder Farbbild der erstarrten Schweissnaht und die Lasertriangulationslinie andererseits in verschiedenen Bildbereichen aufgenommen werden.
Durch die drei verschiedenen Bildelemente auf dem Bild mit den beiden Bildbereichen lässt sich die Qua- litätsbeurteilung der Schweissung optimal während des Schweissprozesses durchführen.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden die verschiedenen Bildelemente auf einem einzigen Sensor aufgenommen, der mehrere Bildbereiche auf- weist, auf welche aufgenommen werden kann (Multiple Regions of Interest, MROI) . Es muss dann nur dieser eine Sensor ausgelesen werden, um alle Bildbereiche mit den drei Bildelementen des Bildes auswerten zu können. Bei der Aufnahme wird bevorzugt ein erster Bildbereich mit dem Prozessleuchten mit einer Belichtungszeit von 5 μsec oder kleiner aufgenommen. Der erste Bildbereich, auf dem als Bildelement das Prozessleuchten aufgenommen wird, wird bevorzugt mit logarithmischer Kennlinie des Sensors ausgestaltet. Weiter wird vorzugsweise ein zweiter Bildbereich vorgesehen auf dem das Bildelement der Lasertriangulationslinie und das Bildelement des Grau- oder Farbbildes der Naht zusammen aufgenommen sind. Dabei wird z.B. der zweite Bildbereich mit einer Belichtungszeit von ca. 10 μsec und mit einer Beleuchtungsdauer durch eine Blitzlichtquelle von kleiner als 10 μsec beleuchtet. Bevorzugt ist es weiter, dass die Aufnahmeparameter für die Aufnahme des ersten und des zweiten Bildbereichs zwischen den Aufnahmen verändert werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Planoptik mit verschiedenen
Transparenzbereichen für den ersten und den zweiten Sensorbereich bzw. Bildbereich vorgesehen, insbesondere direkt über dem Sensorchip.
Bevorzugt ist weiter, dass die Aufnahme durch die Laseroptik des Schweisslasers hindurch erfolgt, was eine besonders kompakte Anordnung ergibt. Im Fall von Lichtbogenschweissung, bzw. MIG/MAG Schweissung, wird eine neben dem Brenner angeordnete Optik verwendet.
Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen. Diese ist gemäss dem entsprechenden Vorrichtungsanspruch ausgebildet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Schweisskopfes mit daran angeordneter Kamera;
Figur 2 ein gemäss der Erfindung aufgenommenes Bild einer fehlerfreien Schweissung bzw. Schweiss- naht; und
Figur 3 ein gemäss der Erfindung aufgenomme- nes Bild mit Schweissfehler hervorgerufen durch einen Schweissdrahtfehler .
Wege zur Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt in einer stark schematisierten
Ansicht einen Schweisskopf 1, welcher über dem Schweiss- gut 2 angeordnet ist, welches in diesem Beispiel aus zwei zu verschweissenden Blechen 21 und 2" besteht. Der Schweissbrenner wird in diesem bevorzugten Fall von einem Laserstrahl 3 gebildet, welcher durch eine Optik 4 hindurch auf das Schweissgut 2 auftrifft und dort die Schweissung ausführt. Auch andere Schweissverfahren als Laserschweissung sind gemäss der Erfindung beurteilbar, so insbesondere Schweissungen mit allen bekannten Licht- bogenverfahren. Die Schweissung erfolgt vorzugsweise als MIG/MAG-Schweissung mit entsprechender Gaszuführung, was aber in der schematischen Darstellung von Figur 1 nicht dargestellt ist. Durch eine Kamera 6 wird der Schweissbe- reich auf dem Schweissgut 2 betrachtet. Die Kamera ist vorzugsweise eine hoch-dynamische CMOS-Kamera und insbesondere eine Kamera, welche zur Aufnahme mehrerer Bilder auf dem Sensorchip ausgestaltet ist (was auch als MROI (Multiple Regions of Interest) bekannt ist), welche als ein Bild ausgegeben werden. Insbesondere kann eine Kamera vom Typ Photonfocus Hurricane, MV-1024 CL-80/160 der Firma Photonfocus AG, CH-8853 Lachen, Schweiz, verwendet werden, welche mit MROI ausgestattet ist und für die verschiedenen Bereiche unterschiedliche Belichtungszeiten ermöglicht. Es können aber auch zwei Kameras bzw. zwei Sensoren verwendet werden. Die Aufnahme erfolgt vorzugsweise aber durch eine Kamera und insbesondere durch eine Kamera 6, welche direkt am Schweisskopf angeordnet ist. Vorzugsweise erfolgt die Aufnahme direkt durch die Optik 4 für den Laserstrahl hindurch, wie in dem gezeigten Beispiel dargestellt. Durch einen Strahlteiler 7 für das von der Kamera 6 betrachtete sichtbare Licht gelangt das vom Schweissgut 2 ausgehende Licht über die Kameraoptik 8 auf deren CMOS-Sensor 6' . Eine Beleuchtung zur Beleuchtung des aufgenommenen Bereiches, welche vorzugsweise über den Strahlteiler 7 das Schweissgut 2 beleuchtet, ist mit 9 bezeichnet. Der entsprechende Strahlengang für die Be- leuchtung ist mit 5 bezeichnet. Bei dieser Beleuchtung handelt es sich um eine Xenon-Blitzbeleuchtung oder um eine LED-Beleuchtung, insbesondere eine Beleuchtung mit oberflächenemittierenden Laserdioden (Vertical Cavity Surface Emitting Laser/VCSEL) . Diese Dioden besitzen die Eigenschaft hoher optischer Leistung bei geringer Packungsdichte und geringer Strahldivergenz und können den Schweissbereich mit ausreichender Helligkeit beleuchten. Die Aufnahme des Schweissbereichs durch die Schweissoptik 4 hindurch für alle gemäss Erfindung aufzunehmende Berei- che benötigt sehr hohe Beleuchtungsstärken, da die Sensorparameter des CMOS-Sensors lichtunempfindlich eingestellt werden, um das sehr helle Prozessleuchten aufneh- men zu können und die Laseroptik keine guten Transparenzeigenschaften für sichtbares Licht hat. Die gezeigte Anordnung, bei welcher die Kamera 6 den Schweissbereich durch die Schweissoptik 4 hindurch betrachtet, ist indes die bevorzugte Anordnung, wenn auch andere Anordnungen, bei welchen die Kamera den Schweissbereich nicht durch die Laseroptik 4 hindurch betrachtet, ebenfalls möglich sind. Mittels einer bekannten Anordung 11 mit einem weiteren Laser wird mindestens eine Triangulationslinie über die erstarrte Schweissnaht projiziert, wie dies in den nachfolgenden Figuren ersichtlich ist. Eine Steuerung und/oder Auswerteschaltung 10, die in der Regel von einem Rechner gebildet wird, empfängt die aus der Kamera ausgelesenen Bilddaten zu deren Auswertung. Bei einer Lichtbo- genschweissung (MIG/MAG-Schweissung) erfolgt die Aufnahme mit einer Kamera mit einer nahe am Schweissbrenner ange-; ordneten Optik, was hier nicht weiter erläutert wird.
Figur 2 zeigt ein Beispiel eines aufgenommenen Bildes des Schweissbereichs, wobei es sich dabei um eine fehlerlose Schweissung bzw. Schweissnaht handelt.
Die Figur 2 zeigt dabei eine Aufnahme mit grossem Objektfeld der Kamera, so dass das Prozessleuchten und die nach dem Prozess schon erstarrte Naht auf dem selben Sensor als Bild aufgenommen, als ein Bild ausgelesen und nach- folgend geprüft werden können. Unter Prozessleuchten oder Prozesslichtauswertung wird dabei die Aufnahme und die Auswertung des Schweissbereichs mit noch flüssigem, im sichtbaren Bereich leuchtenden Schweissmaterial verstanden. Gemäss der Erfindung werden drei unterschiedliche Bildelemente aufgenommen. Die Erkennung lokaler Fehlstellen der Naht geschieht dabei mit der an sich bekannten Lasertriangulation, wozu die entsprechend über die Naht projizierte Triangulationslinie aufgenommen wird und mit einer Graubildanalyse oder allenfalls einer Farbbildana- lyse wozu das Bild der Naht aufgenommen wird. Zusätzlich wird das Prozessleuchten aufgenommen. Es kann dazu so vorgegangen werden, dass der Sensor 61 der Kamera in zwei Hauptbereiche A und B aufgeteilt ist. Diese können insbesondere zwei separat belichtbare Bereiche auf dem selben Kamerasensor 6' sein. Im Hauptbereich A gemäss Figur 2 zur Visualisierung des Prozessleuchtens wird der Sensor- bereich mit logarithmischer Kennlinie und mit Belichtungszeiten von vorzugsweise kleiner als 5 μs betrieben. Im Hauptbereich B wird mit linearer oder logarithmischer Kennlinie und mit Belichtungszeiten im Bereich von 10 μs gearbeitet, um im Bereich Bl als Bildelement die Triangu- lationslinie und im Bereich B2 als weiteres Bildelement das Bild der Naht aufzunehmen. Die Belichtungszeit ist dabei so gewählt, dass die Triangulationslinie im Bereich Bl zur Auswertung noch genügend hell dargestellt ist, eine Überstrahlung durch das Prozessleuchten aber verhin- dert wird. In dieser Belichtungszeit wird mit einer Blitzlichtquelle oder mit den erwähnten VCSEL- Lichtquellen ein Lichtpuls mit einer Dauer von <10 μs beleuchtet. Die in der optischen Nahtinspektionseinrichtung SOUVIS 5000 der Firma Soudronic AG, Bergdietikon, Schweiz verwendete Xenon-Blitzlichtquelle kann mit einer Pulsdauer von 5 μs bis 10 μs betrieben und dafür eingesetzt werden und beleuchtet die Schweissnaht genügend hell. Die kurze Blitzdauer verhindert dabei Bewegungsunschärfe. Bevorzugterweise werden die Kameraparameter für die Aufnah- me beider Bereiche umgeschaltet, um die Aufnahmesituation je nach Bereich zu optimieren. Es kann dafür das Soudronic Fast Track Kamera Modul der Firma Soudronic AG, Bergdietikon, Schweiz, eingesetzt werden, welches das schnelle Umschalten der Kameraparameter erlaubt und ebenso das schnelle Auslesen der beiden Bereiche des CMOS-Sensors 61 und welches Modul mit der vorgenannten Hurricane Kamera der Firma Photonfocus zusammenarbeitet. Eine entsprechende Steuerung für die Kamera ist in Figur 1 mit 10 angedeutet. Bevorzugt kann ferner für die Aufnahme der Berei- che A und B der Sensor mit einer Planoptik direkt auf dem Sensorchip oder beabstandet von diesem in zwei unterschiedlich empfindliche Bereiche entsprechend den Berei- chen A und B der Figuren 2 und 3 unterteilt werden. Die Planoptik kann aus einem Deckglas mit zwei Bereichen unterschiedlicher Transparenz bestehen. Die Transparenz kann dabei 100 % für den Bereich B zur Geometrie- und Graubildauswertung betragen und kleiner als 50 % zur Prozesslichtauswertung bzw. den Bereich A.
Figur 3 zeigt eine Aufnahme, die auf die erwähnte Weise und gleich wie diejenige von Figur 2 ausgeführt worden ist, wobei aber hier bei der Schweissung ein Schweissfehler, hervorgerufen durch einen Fehler des Schweissdrahtes, aufgetreten ist. Es ist ersichtlich, dass einerseits im Bereich Bl des Hauptbereiches B die Triangulation den Nahtfehler im erstarrten Bereich kenntlich macht. Andererseits ist auch in der Graubildaufnahme im Bereich B2 des Hauptbereiches B eine entsprechende
Rauhigkeit der Schweissnaht zu erkennen. Es ist daher ohne weiteres möglich, durch eine Auswertung, die ebenfalls in der Steuerung 10 stattfinden kann oder in einem separaten Rechner, den Schweissnahtfehler festzustellen. Wei- ter ist im Bereich A, in welchem das Prozessleuchten aufgenommen worden ist, ebenfalls deutlich eine Abweichung vom Normalbild, wie es sich in Figur 2 dargestellt hat, zu erkennen. Auch dies kann durch eine Bildauswertung ohne weiteres festgestellt und zur Qualitätskontrolle des Schweissvorganges verwendet werden. Beim Prozessleuchten sieht die Kamera jeweils eine typische Lichtverteilung im sichtbaren Bereich, wie dies in Figur 2 gut erkennbar ist, welche beim Vorliegen einer fehlerhaften Schweissung gestört wird, wie dies in Figur 3 ersichtlich ist. Durch die Aufnahme der Laserlinie und des Graubildes im Bereich B können weiter auf bekannte Weise die Nahtbreite und die Nahtposition vermessen werden und die geometrischen Daten wie Konvexität, Konkavität und gegebenenfalls ein Kantenversatz können vermessen werden. Weiter kann auf bekannte Weise das Nahtvolumen vermessen werden. Die Messung der geometrischen Daten erfolgt dabei über die Lasertriangu- lation, das Erkennen lokaler und globaler Fehlstellen ü- ber die Graubildanalyse und die Lasertriangulation.
Die Auswertung des Prozessleuchtens auf Intensität und geometrische Merkmale zusammen mit der geo- metrischen Vermessung mit der Schweissnaht und der Graubildanalyse ergibt dabei eine zuverlässige Aussage über die Qualität der Schweissnaht. Das schnelle Umschalten der Sensorbereiche A und B ermöglicht optimale Sensorkennlinien bzw. Kameraparameter für die unterschiedlichen Aufgabenstellungen der beiden Aufnahmen auf die beiden Sensorbereiche. Alle Aufnahmen werden bevorzugt mit nur einem Sensor ausgeführt, was den apparativen Aufwand, den Bedienungsaufwand und Wartungsaufwand erheblich senkt. Mit der Anordnung des Sensors bzw. der Kamera direkt am Schweissbrenner wird wesentlich weniger Aufwand benötigt als für ein separates Handling in einer separaten Schweissprüfung. Die vorliegende Erfindung kann bei der Qualitätsüberwachung von Schweissnähten, insbesondere MIG/MAG-Schweissnähten aller Art verwendet werden. Ferner für die Geometrieüberwachung von Oberflächen bei gleichzeitiger Inspektion der Oberflächenbeschaffenheit und der Überwachung des Schweissprozesses.
Während in der vorliegenden Anmeldung bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und auch in anderer Weise innerhalb des Umfanges der folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur optischen Beurteilung der Schweissqualität während des Schweissens, insbesondere beim Laserschweissen oder beim Lichtbogenschweissen, bei dem die Schweisszone durch einen optischen Sensor betrachtet und eine Lasertriangulationslinie über den bereits erstarrten Teil der Schweissnaht gelegt wird, da- durch gekennzeichnet, dass einerseits das Prozessleuchten des noch flüssigen, im sichtbaren Bereich leuchtenden Schweissmaterials sowie andererseits ein Grau- oder Farbbild der erstarrten Schweissnaht und die Lasertriangulationslinie in verschiedenen Bildbereichen (A, B) aufgenom- men werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Bildbereiche auf einem einzigen Sensor (6?) aufgenommen und als ein Bild ausgelesen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme eines ersten Bildbereiches (A) mit dem Prozessleuchten getrennt von der Aufnahme eines zweiten Bildbereiches (B) mit der Triangulationslinie und dem Grau- oder Farbbild erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme auf den ersten Bildbereich (A) für das Prozessleuchten mit einer Belichtungszeit von 5 μsec oder kleiner erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme auf den ersten Bildbereich (A) für das Prozessleuchten mit logarithmischer Kennlinie des Sensors erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bildbereich (B) einen Unterbereich (Bl) , enthaltend die Lasertriangulationslinie, und einen Unterbereich (B2), enthaltend das Grau- oder Farbbild, umfasst, welche zusammen aufgenommen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bildbereich (B) mit einer Be- lichtungszeit von ca. 10 μsec aufgenommen und dabei mit einer Beleuchtungsdauer durch eine Blitzlichtquelle von kleiner als 10 μsec beleuchtet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeparameter für die Aufnahme der verschiedenen Bildbereiche (A und B) zwischen den Aufnahmen verändert werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme durch die Optik (4) eines Schweisslasers hindurch erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme beim Licht- bogenschweissen durch eine am Brenner oder benachbart zum Brenner angeordnete Kamera erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass über dem Sensor, und bevorzugt direkt auf dem Sensorchip, eine Planoptik mit verschiedener Transparenz für die Bereiche (A und B) vorgesehen ist.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- rens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Schweissvorrichtung, insbesondere mit einer Laserstrahlquelle, einer Einrichtung (11) zur Erzeugung mindestens einer Lichttriangulationslinie und eine an der Schweisseinrichtung angeordnete Kamera (6), welche auf den Schweissbereich blickt und zur Aufnahme des Prozess- leuchtens und des nachfolgenden erstarrten Schweissnaht- bereiches angeordnet und ausgestaltet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera über einen Stahlteiler (7) durch die Schweissoptik (4) auf den Schweissbereich blickt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Blitzlichtbeleuchtung mit oberflächenemittierenden Laserdioden vorgesehen ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Graufilter über dem Sensor (6') und insbesondere direkt auf dem Sensor angeordnet ist, welches verschiedene Transparenzbereiche für die verschiedenen Sensorbereiche (A, B) aufweist, insbesondere eine Transparenz von 100% für den Bereich (B) , in dem die Triangulationslinie und das Grau- oder Farbbild aufnehmbar sind und eine Transparenz von kleiner als 50% für den Bereich (A) , in dem das Prozessleuchten aufnehmbar ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen
Bildbereiche auf einem einzigen Sensor (6') aufgenommen und als ein Bild ausgelesen werden.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme eines ersten Bildbereiches (A) mit dem Prozessleuchten getrennt von der Aufnahme eines zweiten Bildbereiches (B) mit der Triangulationslinie und dem Grau- oder Farbbild erfolgt.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme auf den ersten Bildbereich (A) für das Prozessleuchten mit einer Belichtungszeit von 5 μsec oder kleiner erfolgt.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme auf den ersten Bildbereich (A) für das Prozessleuchten mit loga- rithmischer Kennlinie des Sensors erfolgt.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bildbereich (B) einen Unterbereich (Bl) , enthaltend die Lasertriangulationslinie, und einen Unterbereich (B2) , ent- haltend das Grau- oder Farbbild, umfasst, welche zusammen aufgenommen werden.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bildbereich (B) mit einer Belichtungszeit von ca. 10 μsec aufgenommen und dabei mit einer Beleuchtungsdauer durch eine Blitzlichtquelle von kleiner als 10 μsec beleuchtet wird.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahineparame- ter für die Aufnahme der verschiedenen Bildbereiche (A und B) zwischen den Aufnahmen verändert werden.
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