DE29816401U1 - Device for detecting defective spots in weld seams - Google Patents
Device for detecting defective spots in weld seamsInfo
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Fotoelektrik Pauly GmbH
Leuchtenberger Kirchweg 75E
40474 DüsseldorfPhotoelectric Pauly GmbH
Leuchtenberger Kirchweg 75E
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Anwaltsakte:Dn-2268 Düsseldorf, 10.09.1998Attorney file: Dn-2268 Düsseldorf, 10.09.1998
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.The present innovation relates to a device for detecting defects in weld seams, in particular lap joints, of workpieces with an electro-optical converter as a transmitter, which emits an optical signal directed at the weld seam, and an electro-optical converter as a receiver for the optical 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.Such devices are known. However, it has been shown that these devices do not always work satisfactorily, particularly with complicated weld seams such as lap joints, where the weld seam is at least partially shielded by the overlapping material. If a faulty spot occurs, particularly a crack, the passage of an optical signal through the shielding material areas is severely hindered or completely prevented, so that such faulty spots are often not detected at all with such a device.
Der vorliegenden Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der angegebenen Art zu schaffen, mit der fehlerhafte Stellen, insbesondere Risse, weitgehend problemlosThe aim of this innovation is to create a device of the type specified with which faulty areas, in particular cracks, can be repaired largely without any problems.
auch in kompliziert ausgebildeten Schweißnähten, insbesondere Überlappungsstoßnähten, erfaßt werden können.can also be detected in complicated weld seams, especially lap joints.
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.This task is solved according to the innovation in a device of the specified type in that the transmitter and receiver are designed as a converter bank with a large number of optics-free converter elements arranged closely adjacent to one another.
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.The innovative solution uses a large number of converter elements on both the transmitter side and the receiver side, which are arranged close to one another. This achieves a particularly high surface performance or luminance. The converter elements are arranged next to one another parallel to the longitudinal direction of the weld seam, with their number being such that the entire length of the weld seam to be detected is covered. In other words, the area to be detected in the longitudinal direction of the weld seam is completely covered by the adjacent radiation cones of the converter elements. The same applies to the converter elements on the receiver side.
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.The converter elements on the transmitter side and receiver side are not equipped with corresponding optics. This allows the converter elements to be arranged particularly close to one another. Furthermore, a particularly high luminance is achieved.
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 nebeneinander0 The number of individual transducer elements is preferably based on the length of the weld seam to be detected. This means that the newly designed device can also detect very long weld seams if suitably long transducer banks are used. The transducer banks can form a single row of
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.arranged transducer elements or else have an array of transducer elements in which several rows of transducer elements are arranged next to one another, in which case the transducer elements of adjacent rows of the array are preferably arranged with gaps in order to accommodate as many transducer elements as possible in as small an area as possible.
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.The device designed in accordance with the innovation can be used for a wide variety of workpieces. However, it is primarily used to check the weld seams of sheets of metal welded together, for example in vehicle construction. Such sheets of metal are welded together using industrial robots in such a way that the aforementioned overlapping butt seams are created.
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.The new device is installed in a stationary position while the workpieces to be checked are moved. The arrangement is such that the transmitter and receiver preferably record the entire length of the seam to be checked.
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.In a particularly preferred embodiment of the innovation, the converter bank of the transmitter has an array of three adjacent rows of converter elements, while the converter bank of the receiver comprises a single row of converter elements.
Als Wandlerelemente werden geeignete handelsübliche Sende- und Empfangsdioden eingesetzt.Suitable commercially available transmitting and receiving diodes are used as converter elements.
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 AbschirmungAs mentioned, the new solution uses unarmored converter elements without optics. A solution in which the converter elements of the receiver do not have any mutual optical shielding is particularly preferred.
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. 5Crosstalk between the individual transducer elements is even desirable. This allows the distances between the transducer elements to be reduced even further, so that the surface performance is further increased. 5
Eine derartige Ausgestaltung ist auch auf der Senderseite möglich.Such a design is also possible on the transmitter side.
Vorzugsweise ist die Empfangselektronik in unmittelbarer Nähe der Wandlerelemente des Empfängers angeordnet.Preferably, the receiving electronics are arranged in the immediate vicinity of the transducer elements of the receiver.
. 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.. The optical signals received by the converter bank of the receiver are converted into electrical signals and fed to the receiving electronics, which preferably has a preamplifier. The signals can then be further processed, evaluated, etc. as required. For example, the device has a control unit to which the processed receiver signals are fed and which is used to control the workpiece handling device. This means that, for example, faulty workpieces can be sorted out.
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.The transmitter's converter elements preferably have an output vertex angle of 15-20° for the optical signal. It is important that the entire area of the weld seam to be scanned is covered with such a vertex angle. The distance between the transmitter and the workpiece must be set accordingly.
Die Wandlerelemente des Empfängers besitzen vorzugsweise einen Sehstrahlwinkel von 180°.The transducer elements of the receiver preferably have a viewing angle of 180°.
Um die Lichtleitung weiter zu verbessern, ist die aus Sender, Werkstück und Empfänger bestehende Anordnung bei einer speziellen Ausführungsform der Neuerung in eineIn order to further improve the light transmission, the arrangement consisting of transmitter, workpiece and receiver is in a special embodiment of the innovation in a
Flüssigkeit, die ggf. fluoreszierende Eigenschaften aufweist, mit extrem niedriger Viskosität getaucht.Liquid that may have fluorescent properties, with extremely low viscosity.
Die Neuerung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:The innovation is explained in detail below using an example in conjunction with the drawing. Shown are:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Detektieren von fehlerhaften Stellen in Schweißnähten;Figure 1 is a schematic side view of a device for detecting faulty spots in weld seams;
Figur 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung;Figure 2 is a plan view of the device;
Figur 3 eine Vorderansicht der Vorrichtung; 15Figure 3 is a front view of the device; 15
Figur 4 eine Draufsicht und Seitenansicht des Senders,- undFigure 4 a top view and side view of the transmitter,- and
Figur 5 eine Draufsicht, Seitenansicht und Vorderansieht des Empfängers.Figure 5 is a top view, side view and front view of the receiver.
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.The device shown in the figures for detecting faulty spots in weld seams is designed as a device for detecting cracks in lap joints of sheets of metal welded together. The device comprises a transmitter 1, which is designed as a transducer bank with a large number of optic-free transducer elements 7 arranged closely adjacent to one another. The exact structure of the transmitter 1 is described below in connection with Figure 4.
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 späterThe device further comprises a receiver 4, which is also designed as a converter bank with a large number of optics-free converter elements 8 arranged closely adjacent to one another. The exact structure of the receiver will be explained later.
in Verbindung mit Figur 5 erläutert. An den Empfänger ist ein Steuergerät 5 angeschlossen.explained in connection with Figure 5. A control unit 5 is connected to the receiver.
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.Between transmitter 1 and receiver 4 there is a workpiece 2 with an overlap weld seam 3 in which the presence of cracks is to be detected using the device. As Figure 3 shows, cracks in this overlap weld seam 3 are difficult to detect using optical signals, since the weld seam in Figure 3 runs diagonally and is shielded from above and below by material areas of the sheets to be welded together. In order to enable the detection of such cracks, the transmitter and receiver each have a large number of electro-optical converter elements. These converter elements 7, 8 are arranged as close to one another as possible and have no optics whatsoever. This achieves a particularly high luminance (particularly high surface performance).
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.In the embodiment described here, the transmitter 0 1 has an array of 31 transmitting diodes, each of which is operated with a peak current of 1 A, which are arranged in three rows as shown in Figure 4, with the diodes in the middle row being arranged with a gap between them and the diodes in the adjacent rows. In Figure 4, only the corresponding holes for receiving the diodes 7 are shown. For mechanical shielding, the transmitter can have a glass plate which is pushed in front of the diodes.
Der Empfänger 4 besitzt elf Dioden 8, die als Diodenzeile angeordnet sind. Auch hier sind wiederum nur die für dieThe receiver 4 has eleven diodes 8 arranged as a diode array. Here, too, only the
Dioden vorgesehenen Bohrungen dargestellt. Man erkennt jedoch, daß die Bohrungen eng benachbart zueinander angeordnet
sind. Die Dioden besitzen keine gegenseitige optische Abschirmung.
35The holes provided for the diodes are shown. However, it can be seen that the holes are arranged very close to each other. The diodes have no mutual optical shielding.
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.The 31 transmitting diodes provided are operated with a peak power of approx. IA. The duty cycle is approx. 1:100 or more. The pulse time s 15 ^sec.
Die Sendedioden strahlen die optischen Signale mit einem Scheitelwinkel von 15-20° ab.The transmitting diodes emit the optical signals with a vertex angle of 15-20°.
Der Sehstrahlwinkel der Empfangsdioden beträgt 180°.The viewing angle of the receiving diodes is 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.The embodiment described here is merely an example. It goes without saying that for longer seams both the transmitter and receiver can be extended and have additional converter elements.
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt der Langsmittenabstand von Diode zu Diode beim Sender 4 mm und beim Empfänger 5,2 mm.In the embodiment described here, the longitudinal center distance from diode to diode is 4 mm for the transmitter and 5.2 mm for the receiver.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29816401U DE29816401U1 (en) | 1998-09-12 | 1998-09-12 | Device for detecting defective spots in weld seams |
Applications Claiming Priority (1)
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| R081 | Change of applicant/patentee |
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