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Schweißmonitor

für Laser- und Lichtbogenschweißen

Der S+K-Schweißmonitor (internat. Patent DE 33 39 182 / EU 0 160687) zeigt Bilder vom Laser- und Lichtbogenschweißen in nie gekannter Detailschärfe:

  • zur Qualitätskontrolle beim ferngesteuerten Schweißen (z.B. im radioaktiv kontaminierten Bereich in Kernkraftwerken),
  • zum Einstellen von Schweißrobotern in der Industrie, und
  • in der Aus- und Fortbildung.

Schweißmonitor für Laser- und Lichtbogenschweißen

Der bei Schäfter+Kirchhoff entwickelte Schweißmonitor macht Lichtbogenschweißen unter Sichtkontrolle möglich. Wo die Schweißstelle unzugänglich ist, z.B. bei Unterwasserschweißungen oder kontaminierter Umgebung, muss der Schweißvorgang ferngesteuert werden (gerade in Kernkraftwerken kommt es darauf an, die Strahlenbelastung für die Mitarbeiter möglichst gering zu halten). Herkömmliche Monitoranlagen sind aufgrund der hohen Lichtbogen-Intensität nicht in der Lage, den Schweißvorgang darzustellen.

Der Schweißmonitor dagegen macht den gesamten Prozess auf dem S/W-Monitor sichtbar: die Schweißfuge, das flüssige Schweißbad, die erstarrte Schweißraupe, die Elektrode und die Anlaufzone im umgebenden Material. Beim Laserschweißen wird die Form des "Keyholes" deutlich. Die Intensität des Lichtbogens (Plasmas) ist soweit verringert und die Umgebung soweit aufgehellt, dass das Monitorbild mehr vom Schweißvorgang zeigt, als ein Schweißer mit Schutzglas erkennen kann. Dies wird möglich durch eine neuartige Technik, die auf adaptierter Beleuchtung mit einer intensiven IR-Strahlungsquelle, optischen Filtern und einer Spezial-Kamera basiert.

Das Monitorbild ist frei von Blooming und Nachziehen. Durch den Einsatz hochflexibler armierter Lichtleiter ist die volle Beweglichkeit der Schweißeinrichtung gewährleistet. Die hohe Bildqualität des Schweißmonitors ermöglicht die Überwachung des Schweißvorgangs an besonders hochwertigen Komponenten und macht ihn zu einem wertvollen Medium für die SchweißerausbiIdung.

Funktionsprinzip

Der Hauptanteil der bei den verschiedenen Schweißverfahren vom Lichtbogen erzeugten Strahlung liegt im ultravioletten und kurzwelligen sichtbaren Bereich des Spektrums; im roten und infraroten Bereich ist die Intensität viel geringer. Das ermöglicht eine spektrale Selektion des auf den Bildsensor fallenden Lichts mit dem Ziel, den notwendigen Dynamik-Umfang des Sensors gegenüber einer unselektiven Schwächung mit Graufiltern zu reduzieren - Graufilter schwächen eben auch das Licht aus der Umgebung des Lichtbogens.

Spektraluntersuchungen von zahlreichen Schweißprozessen haben gezeigt, dass ein Bereich niedriger Eigen-Emission des Lichtbogens zwischen 800 und 850 nm existiert. Wenn man in diesem spektralen Fenster genügend starke Zusatzstrahlung zuführt, kann der optische Kontrast der Szene an den Dynamikbereich einer Video-Kamera angepasst werden. Damit wird eine Bildqualität erzielt, mit der eine analoge oder digitale Archivierung für die Dokumentation und spätere Auswertung unter schweißtechnischen oder sicherheitstechnischen Aspekten ermöglicht wird.

Aufbau

Die Zusatzstrahlung wird von der Laser-Strahlungsquelle SK 1100 geliefert, und zwar über ein hochflexibles IRLichtleitkabel mit Kabeltrommel.

An der Schweißstelle sorgt ein Beleuchtungskopf für eine effektvolle Ausleuchtung des Schweißareals. Der Beleuchtungskopf ist sehr kompakt (Außendurchmesser 12 mm) und ist schon an sehr unterschiedlichen Schweißeinrichtungen angebaut worden, einschließlich Rohrschweißanlagen (Orbitalköpfe für Außen- und lnnenrohrschweißen) für Kernkraftwerks-Reparaturschweißungen.

Eine flexible Armierung schützt den Lichtleiter und sichert die volle Beweglichkeit der Schweißeinrichtung.

Für die kompakte Video-Kamera sind Spezial-Objektivköpfe entwickelt worden, die bei kleinem Außendurchmesser ohne jede Hilfs-Steuerung für Blende oder Fokus auskommen und daher auch unter ungünstigen Platz- und Wärmebedingungen eingesetzt werden können.

Die Objektivköpfe sind komplett mit Nah-Objektiv, Blende und Filtern ausgestattet und mit Schutzgläsern versehen. Diese werden ebenso wie die Schutzgläser der Beleuchtungsköpfe regelmäßig gewechselt und sorgen für eine gleichbleibende optische Bildqualität der Anlage.

Einsatzbereiche

  • Reparaturschweißen in Kernkraftwerken, (speziell: Rohrschweißungen mit Innenoder Außen-Orbitalköpfen)
  • Fernhantierung mit Manipulator
  • Einrichten von Schweißrobotern
  • Überwachen von Präzisionsschweißungen
  • Mikro-Schweißen
  • (Unterwasser-) Schweißen in Druckbehältern
  • Ausbildung von Schweißspezialisten
    Schweißtechnische und sicherheitstechnische Dokumentation.

Laserschutz

Die IR Laser Radiation Source SK 11 00 zum Schweißmonitor von Schäfter+Kirchhoff ist eine Laser-Einrichtung Klasse 4 im Sinne der DIN VDE 0837 "Strahlungssicherheit von Lasereinrichtungen" und IEC 825.

Gesamtsystem

Das Gesamtsystem besteht aus:

  • IR-Kamerakopf mit Aufnahmeobjektiv
  • Kamerakabel
  • Camera Control Unit
  • Video Monitor 9"
  • IR-Laser-Lichtquelle SK 1100
  • IR-Beleuchtungskopf
  • Lichtleiter, armiert, Länge 30 Meter. auf Kabeltrommel (größere Längen nach Kundenspezifikation)
Schäfter + Kirchhoff GmbH - die Hamburger Spezialisten für Optosensorik und Messtechnik
Kieler Str. 212, D-22525 Hamburg, Deutschland, Tel. +49(0)40 85 39 97-0, Fax +49(0)40 85 39 97-79
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