DD266756A1

DD266756A1 - ARRANGEMENT FOR AUTOMATIC WELDING GUIDE AND WELDING PROCESS CONTROL FOR MELT WELDING

Info

Publication number: DD266756A1
Application number: DD30912487A
Authority: DD
Inventors: Norbert Meyendorf; Matthias Knoke; Rudolf Nitzsche
Original assignee: Zentralinstitut Schweiss
Priority date: 1987-11-17
Filing date: 1987-11-17
Publication date: 1989-04-12

Abstract

Die Erfindung kann insbesondere beim WIG-Wurzelschweissen unterschiedlicher Bauteile angewendet werden. Kennzeichnend ist, dass einem visuellen Sensorsystem, das seine Empfindlichkeit selbstaendig an die optimalen Verhaeltnisse anpasst, eine Schweissfuge gezeigt wird, auf der durch die Zylinderlinse (4) eines anamorphotischen Systems ein Lichtstrich von einer oder mehreren Lichtquellen (1) erzeugt wird, der durch eben diese Zylinderlinse auf einer Detektorzeile (7) abgebildet wird, und dass das in der Lernphase gespeicherte Bild staendig mit dem aktuellen Bild verglichen wird. Bei Auftreten von Abweichungen bestimmter Bildmerkmale ausserhalb vorgegebener Toleranzgrenzen wird ueber den Mikrorechner eine Stoerung signalisiert oder durch eine Positionier- oder Prozesssteuerung eine Lage- oder Prozessparameterkorrektur herbeigefuehrt. Fig. 1The invention can be used in particular in TIG root welding of different components. It is characteristic that a visual sensor system, which adapts its sensitivity independently to the optimal conditions, a welding joint is shown on the cylinder lens (4) of an anamorphic system, a light bar of one or more light sources (1) is generated by the plane this cylindrical lens is imaged on a detector line (7), and that the image stored in the learning phase is constantly compared with the current image. If deviations of certain image features occur outside predetermined tolerance limits, a fault is signaled via the microcomputer or a position or process parameter correction is brought about by a positioning or process control. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

DIo Erfindung betrifft oino Anordnung zur automatischen Schwoißkopfführun j und Schweißproznßregolung beim Schmelzschweißen, insbesondere beim WIG-Wurzelschweißen.The invention relates to oino arrangement for automatic Schwoißkopfführun j and Schweißproznßregolung in fusion welding, especially in TIG root welding.

Characteristic dos bekannton state of the art It is known that optical head welding can be realized by arc welding using optical systems

(DD-PS 147329; OD-PS 214780; DD-PS 213862). Diese Systeme minen die unterschiedlichen Roflaxionsoigenschaften von(DD-PS 147329; OD-PS 214780; DD-PS 213862). These systems reduce the different roflaxion properties of

Blochoborflächen and seam joints. The light sources are either halogen lamps or the arc, Dio adjustment

von Lampe, Detektor und Schweißkopf ist zur sicheren Funktion eines solchen Systomos kritisch. Außnrdom worden hoheof lamp, detector and welding head is critical to the safe functioning of such a systomos. Outside nrdom has been high

Requirements for stability of Lichtverhältnisso and constancy of the optical properties of the sheet surface provided. Fernor werdon deviations of the optical Boclin boys usually not recognized, since koino self-diagnosis of the systems

erfolgt.he follows.

It is also known to mocsen the gap width as an output for a process control as well as irregularities such. R. Hoftstollen, with olins Sinsorsystom to orkonnon (DD-PS 214782). However, this Sonsorsystom has the disadvantage that

mechanisch bewogte Tolle vorwondot worden, die zu einer erhöhten Störanfälligkeit unter Praxisbodingungen führen. DIomechanically wounded Great vorwondot have been leading to an increased susceptibility to interference under practice conditions. Dio

Adjustment of the optical arrangement is also critical. In addition, the signal processing is by a hardware solution

nicht floxibol und daher nicht problemlos an veränderte Schweißbedingungen anzupassen.not floxibol and therefore not easily adapt to changing welding conditions.

In systems that use external scene lighting, the interference caused by the arc calls for

einen großen Abstand zwischen optischom Kopf und Schweißbrenner. Damit ist die Anwendung nur auf lange Schweißnähtebegronzt. Außerdem erfolgt bei separator Beleuchtung keine schattenfreie Abbildung, so daß Schatten von Spritzern odera big distance between optic head and welding torch. Thus, the application is only on long welds gebronzt. In addition, there is no shadow-free imaging in the case of separator lighting, so that shadows from splashes or

Blochunobonholten can lead to FohllntorprGtatlonbn through the signal processing system. From cinematography it is well known that anamorphic systems are used for the stretching and compression of image

worden könnon.may have been.

Fornor is well known for the fact that mosses of split broiton and gap positions with high accuracy by CCD-Zeilonkamoras are known

orfolgen können.can follow.

For this purpose, however, we have opted for optical arrangements which are unsuitable for the Schwoiss procession. ZIoI the invention

Es ist das Ziol der Erfindung, oino zuverlässigo Moßtechrikzu entwickeln, die sowohl oine automatische Schweißkopfführung als auch Prozeßrogelung helm Schmelzschweißen ermöglicht und auch unter rauhen Praxisbedingungen robust, wenig störanfällig sowie flexibel einsetzt>ar ist.It is the Ziol of the invention, oino reliable Moßtechrikzu develop, which allows both automatic welding head guidance and process control helmet fusion welding and also under rough conditions, robust, less prone to failure and flexible uses> ar.

Explanation of the essence of the invention

Dor Erfindung Mögt die Aufgabe zugrunde, auf dor Grundlage eines vlsuollenSonsorsystorm mit intelligenter Signalverarbeitung eine optischo Anordnung zu entwickeln, die oine sichore Erfassung der Schweißfuge und oin gonaues Mossen dor Fugenbreite boim Schmelzschweißen ermöglichtThe invention of the invention is based on the development of an optical arrangement based on a reliable sensor system with intelligent signal processing, which makes possible the automatic detection of the weld joint and the effective joint width of the weld joint

Die Aufgabe wird gelöst durch eino Anordnung zur automatischen Schwoißkopfführung und Schwoißprozoßrogolung unter The object is achieved by a device for automatic Schwoißkopfführung and Schwoißprozoßrogolung under

Vorwondung oinos visuollon Sonsorsystems, eines Mikrorechners, oinor Positioniereinrichtung, einer Prozeßstouorung sowio woitoron Meß-, Steuer- und Regeleinrichtungen, wobei erfindungsgomäß ein oder mehrere Lichtquollen derart angeordnet sind, daß ihre Strahlung über die Zylinderlinse eines anamorphotischen Systems auf dem Werkstück einen l.ichtstrioh erzeugt, dor durch eben diese Zylinderlinse auf einer Detektorzoilo, die senkrecht zur Schweißrichtung angeordnet ist, abgebildet wird, welche sowohl über eine Ansteuereinheit als auch über eine Vorstelleinheit mit oinom Mikrorechner gekoppelt ist. Zur Störlichtunterdrückung werdon zur Szenenbeleuchtung intensive Lichtquellen, vorzugsweise mit Linienspektrum, in Vorbindung mit Schmalbandfiltern, dio im Bereich einer Spektrallinie durchlässig sind, eingesetzt.Vorvorung oinos visuollon Sonsorsystems, a microcomputer, oinor positioning, a Prozeßstouorung sowio woitoron measuring and control devices, erfindungsgomäß one or more light bulges are arranged such that their radiation via the cylindrical lens of an anamorphic system on the workpiece produces a l.ichtstrioh , Dor by this same cylindrical lens on a Detektorzoilo, which is arranged perpendicular to the welding direction, is mapped, which is coupled both via a drive unit and via an imposing unit with oinom microcomputer. For the purpose of suppressing interference light, intensive light sources, preferably with a line spectrum, are used for scene illumination, in preliminary operation with narrow-band filters, which are permeable in the region of a spectral line.

Zur vollen Ausnutzung der Lichtintensität der Lichtquellen zur Beleuchtung dos Schweißspaltes wird erfindungsgemäß die Zylinderlinse eines anamorphotischen Systems sowohl zur Erzeugung eines intensivon Lichtstriches auf dem Werkstück als auch zur Abbildung dieses Striches auf oiner Detektorzeile, vorzugsweise einer CCD-Zeile, gonutzt. Durch diese Art der Abbildung wird erreicht, daß der Spalt zwar senkrecht zur Schweißrichtung scharf abgebildet wird und damit eine exakte Positions- und Spaltbröitenmessung möglich ist, daß aber in Schweißrichtung eine optische Integration übor ein bestimmtes Werkstück erfolgt.To fully exploit the light intensity of the light sources for illuminating the welding gap, according to the invention, the cylindrical lens of an anamorphic system is used both for generating an intensified light line on the workpiece and for imaging this line on a detector line, preferably a CCD line. By this type of mapping it is achieved that the gap is indeed sharply mapped perpendicular to the welding direction and thus an exact position and Spaltbröitenmessung is possible, but that takes place in the welding direction optical integration over a certain workpiece.

Zu Beginn eines Schweißprozesses wird die Schweißfuge durch die erfindungsgemäße Anordnung aufgenommen. Dabei paßt das Sensorsystem selbständig seine Empfindlichkeit den gegebenen Lichtverhältnissen an und erfaßt die Fugenposition und/oder bestimmte geometrische Besonderheiten und vergleicht im folgenden während des Schweißprozesses die jeweils aktuell anliegende Biidinfoi motion mit den in der Lornphase gespeichorten Anfangsbedingungen. Treten Abweichungen außorhalb vorgegebener Toleranzbereiche auf, so wird entweder ein Fehler signalisiert oder über die Positionier- und/oder Prozeßsteuerung eine Lage- und/oder Prozeßparameterkorrektur herbeigeführt.At the beginning of a welding process, the welding joint is received by the arrangement according to the invention. The sensor system automatically adapts its sensitivity to the given light conditions and detects the joint position and / or certain geometrical peculiarities and subsequently compares during the welding process the currently applied Biidinfoi motion with the initial conditions stored in the Lornphase. If deviations occur outside predetermined tolerance ranges, either an error is signaled or a position and / or process parameter correction is brought about via the positioning and / or process control.

Wird vom optischen System kein auswertbares Bild geliefert, so wird sofort oder nach Ablauf oiner vorgegebenen Zeit der Schweißprozeß unterbrochen. Daboi wird eine Paramoterkorrektur unterdrückt. Letztores hat dan Vorteil, daß trotz kurzzeitiger optischer Störungen keine l'rozeßuntorbrochung erfolgt. Das mit der erfindungsgomäßen Anordnung vorgeschlagene visuelle Sensorsystem paßt sich in tochnisch vorteilhafter Woiso an unterschiedliche optische und geometrische Verhältnisse an, z. B. Unregelmäßigkeiten der Oberfläche von zu verschweißenden Blechen, Heftstellen, und ermöglicht weitgehend unbeeinflußt vom Schwoißlichtbogeri eine sichere Erfassung der Fuge sowie Messung der Fugenbreite. Dabei beeinträchtigen kleine Unregelmäßigkeiten dor Oberfläche wie Kratzer, Spritzer usw., kaum dio Bildentstohung, die infolge der übor dem Werkstück erfolgten optischen Integration nicht signalisiert werden, so daß Störungen durch Fehlerinterpretation vermieden werdon. Ein woitoror Vorteil ist dor Lichtintonsitätsgowinn, der durch die gleichmäßige Ausleuchtung des Flächenstücl es erzielt wird, der bei der Abbildung zur Bildentstohung beiträgt und eine bessere Beobachtung des Schweißprozesses gestattet. Außerdnm werden durch die gleichzeitige Verwendung der Zylinderlinse zur Workstückbeleuchtung und zur Signalverarbeitung eine schattenfroie Auflichtbeleuchtung sowie Unompfindlichkeit der Anordnung gegenüber Dojustierung zwischen Lichtquelle und Empfänger erreicht. Damit ist eine einfache, unproblematische Juslierung möglich.If no evaluable image is delivered by the optical system, the welding process is interrupted immediately or after a specified time has elapsed. Daboi suppresses a parametric correction. Last but not least Dan has the advantage that, despite short-term optical disturbances, no process interruption takes place. The proposed with the erfindungsgomäßen arrangement visual sensor system adapts in tochnisch advantageous Woiso to different optical and geometric relationships, eg. B. irregularities of the surface of sheets to be welded, stapling points, and allows largely uninfluenced by Schwoißlichtbogeri a reliable detection of the joint and measuring the joint width. Small irregularities in the surface, such as scratches, spattering, etc., hardly affect image rejection, which is not signaled as a result of optical integration over the workpiece, so that interference due to error interpretation is avoided. A major advantage is that of light inconsistency achieved by the uniform illumination of the surface patch, which contributes to image rejection in imaging and allows for better observation of the welding process. Außerdnm be achieved by the simultaneous use of the cylindrical lens for work piece lighting and signal processing shadowy incident light illumination as well as non-sensitivity of the arrangement to Dojustierung between the light source and receiver. This is a simple, easy Juslierung possible.

Ausführungsbeispielembodiment

Dio Erfindung wird anhand von Zeichnungen erläutert.Dio invention will be explained with reference to drawings.

Fig. 1: Darstellung einor erfindungsgemäßen Anordnung Fig. 2: Darstellung des optischen Systems1: illustration of an inventive arrangement FIG. 2: representation of the optical system

Die Strahlung von zwei Lichtquollen 1, Halogen-oder Quecksilberdampflampen, wird über Sammellinse 2 und Spiegel 3 in ein Objektiv 18, einer Zylinderlinse 4, eingespiegelt, so daß den Astigmatismus ausnutzend, ein Lichtstrich 5 auf der Schweißfuge erzeugt wird. Die Spiegel sind so angeordnet, daß das Licht beider Lichtquellen 1 die gleiche Fläche auf dem Werkstück ausleuchten. Der beleuchtote Bereich wird auf dem CCD-Element 7 der CCD-Kamera 8 abgebildet.The radiation from two light bulges 1, halogen or mercury vapor lamps, is reflected via converging lens 2 and mirror 3 in an objective 18, a cylindrical lens 4, so that the astigmatism exploiting, a light bar 5 is generated on the weld joint. The mirrors are arranged so that the light of both light sources 1 illuminate the same area on the workpiece. The backlight region is imaged on the CCD element 7 of the CCD camera 8.

Dabei wird wiederum, den Astigmatismus ausnutzend, ein Flächenbereich auf einer Zeile abgebildet. Diese Anordnung hat den Vorteil, d iß eine optischo Integration in Schweißrichtung erfolgt. Die Schweißfugo 6 wird scharf abgebildet und erscheint im Vergleicl 'τ Umgebung dunkel. Die Optik 18 ist so justiert, daß genau der Bereich ausgeleuchtet wird, der zur Abbildung gelangt. Das optische System arbeitet vorlaufend, der beleuchtete Bereich befindet sich etwa 50mm vor dem Schweißbrenner 17 und ist starr gekoppelt, Ein Schmalbandfilter 9 dient zur Unterdrückung von Fremdlicht. Das Videosignal der CCD-Kamera 8 wird in die Ansteuereinheit 10 in eine Minimalkonfiguration eines Mikrorechners 11 eingelesen. Durch RESET wird die Lernphase eingeleitet, in der die CCD-Kamera 8 durch Variieren der Integrationszeit die Empfindlichkeit do π optischen Bedingungen anpaßt. Danach wird Spaltenbreite und Spaltlage erkannt und gespeichert. Das Programm geht in die Arbeitsphase, in der Abweichungen zur gelernten Spaltbreito und Spaltlage erfaßt worden. Bei Überschreiten kritischer Abweichungen dor Spaltlage erfolgt über die Ansteuereinheit 10 und einen Loistungssteller 12 dio Korrektur von Schweißkopf 17 und CCD-Kamera 8 mittels der "'erstelleinhoit (x-Achse) 13. Abweichungen der Spaltbreite vom gelornton Wort wordenAgain, taking advantage of the astigmatism, a surface area is displayed on a line. This arrangement has the advantage that an optical integration takes place in the welding direction. The welding figure 6 is sharply displayed and appears dark in comparison with the surroundings. The optics 18 is adjusted so that exactly the area is illuminated, which comes to the picture. The optical system operates in advance, the illuminated area is located about 50mm in front of the welding torch 17 and is rigidly coupled, a narrow band filter 9 is used to suppress extraneous light. The video signal of the CCD camera 8 is read into the drive unit 10 in a minimal configuration of a microcomputer 11. The learning phase is initiated by RESET, in which the CCD camera 8 adapts the sensitivity do to the optical conditions by varying the integration time. Then the column width and gap position are recognized and saved. The program enters the work phase, in which deviations from the learned gap width and gap position have been recorded. When critical deviations of the gap position are exceeded, the control unit 10 and a release plate 12 perform the correction of the welding head 17 and the CCD camera 8 by means of the "initial position (x-axis) 13. Deviations of the gap width from the gelornton word

1. bei Spaltbreite „Null" Heftstollen erkannt1. detected at gap width "zero" stapling

2. bei zu großer Spaltbroito der Prozeß unterbrochen und2. If too much Spaltbroito the process is interrupted and

3. über die Prozeßsteuerung 14 Schweißparametorkorrekturen ausgeführt.3. executed via the process control 14 welding parameter corrections.

Außerdem wird auf ausreichende Ausleuchtung bei Überstrahlung korrigiert. Ein Display 15, bestehend aus Leuchtdioden und Ziffernanzeige, zeigt aktuelle Spaltbreite durch Ziffern und erkannte Störung, zu viel, zu wenig Licht, durch LED's in der Lernphase an. Zu realisierende Korrekturen durch die Steuerung werdon ebenfalls durch LED-Anzeigen konntlich gemacht. Die Handsteuerung 16 dient zur manuellen Positionierung des Schweißkopfes 17 mit der starr gekoppjlten CCD-Kamera 8.In addition, it is corrected for sufficient illumination in case of over-radiation. A display 15 consisting of light emitting diodes and numeric display, shows current gap width by numbers and detected fault, too much, too little light, by LEDs in the learning phase. To be implemented corrections by the control werdon also made conventional by LED displays. The hand control 16 is used for manual positioning of the welding head 17 with the rigidly coupled CCD camera 8.

Claims

1. An arrangement for automatic Schwuißkopfführung and Schwoißprozeßregelung in fusion welding using a visual sensor system, a microcomputer, a positioning, a process control, power controllers sowio further measuring and control devices, characterized in that one or more light sources (1) are arranged in that its radiation via the cylindrical lens (4) of an anamorphic system on the workpiece produces a line of light (5) which is imaged by the same cylindrical lens (4) on a detector line (7) arranged perpendicular to the welding direction, both via a drive unit ( 10) and via an adjusting device (13) with a microcomputer (11) is coupled.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that light sources (1) are used, whose radiation has a Linienspoktrum.

3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that a narrow band filter (9) in front of the detector row (7) is arranged.

4. Arrangement according to claim 1 to 3, gekonnzeichnet in that a CCD line is arranged as a detector (7).