Verfahren zum Fügen oder Trennen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen oder Trennen, wobei

verfahrensspezifische Daten des Füge- oder Trennverfahrens erfasst werden und wobei die erfassten verfahrensspezifischen Daten ausgewertet werden.

Stand der Technik

Innerhalb der Füge- oder Trennverfahren dominieren Verfahren, die einen Lichtbogen als Energiequelle verwenden. Technisch sehr ähnliche Verfahren wie das thermische Beschichten, das Löten oder das Generieren von Strukturen werden häufig als

"verwandte Verfahren" bezeichnet. Wird im Folgenden von einem Füge- oder

Trenn verfahren gesprochen, sollen daher neben dem Schweißen auch die verwandten Verfahren umfasst sein, wie z.B. das thermische Beschichten, das Schneiden, das Löten, das Generieren von Strukturen, etc. Als Energiequelle kann neben einem Lichtbogen auch ein Laser, eine Flamme oder ein Elektronenstrahl zum Einsatz kommen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Ebenfalls umfasst sollen Trenn verfahren sein, wie z.B. das Laserschneiden, das Plasmaschneiden und das Flammschneiden.

Dem Fachmann sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Schweißverfahren bekannt, die sich jeweils für bestimmte schweißtechnische Aufgaben in besonderer Weise eignen. Eine Übersicht geben beispielsweise Dilthey, U.: Schweißtechnische Fertigungsverfahren 1 : Schweiß- und Schneidtechnologien. 3. Aufl. Heidelberg:

Springer, 2006 oder Davies, A.C.: The Science and Practice of Welding. 10. Aufl.

Cambridge: Cambridge University Press, 1993.

Beim Wolfram-Inertgasschweißen (W IG-Schweißen, engl. Tungsten Gas Welding, TIG) brennt ein Lichtbogen zwischen einer nicht abschmelzenden Wolframelektrode und dem zu bearbeitenden Werkstück. Das Werkstück wird hierdurch aufgeschmolzen. Zum Schutz der Wolframelektrode und des sich ausbildenden Schmelzbads vor Oxidation wird ein geeignetes Schutzgas eingesetzt, das die Wolframelektrode und das Schmelzbad abdeckt. Beim WIG-Schweißen wird typischerweise in inerter, seltener in reduzierender Atmosphäre gearbeitet.

Durch das W IG- Verfahren lässt sich typisch erweise eine sehr hohe Schweißqualität erreichen. Jedoch sind diese nicht beliebig automatisierbar und ermöglichen

insbesondere im Vergleich zu den nachfolgend erläuterten Verfahren nur eine vergleichsweise geringe Produktivität aufgrund der geringeren Schweißgeschwindigkeit und Abschmelzleistung. Beim Metall-Schutzgasschweißen (MSG, engl. Gas Metal Are Welding, GMAW) wird dem Schweißbrenner eine Drahtelektrode, die damit auch gleichzeitig einen

Schweißzusatzwerkstoff bildet, kontinuierlich zugeführt und in einem Lichtbogen abgeschmolzen. Es wird ebenfalls ein Schutzgas verwendet. Je nach Art des

Schutzgases unterscheidet der Fachmann zwischen Metall-Inertgasschweißen (MIG, engl. Metal Inert Gas Welding) und Metall-Aktivgasschweißen (MAG, engl. Metal Active Gas Welding). Die grundlegenden Verfahrensprinzipien gleichen einander.

Typischerweise werden einem MSG-Brenner der Schweißstrom, die Drahtelektrode, das Schutzgas und ggf. erforderliches Kühlwasser durch ein Schlauchpaket zugeführt. MSG-Verfahren erlauben eine hohe Schweißgeschwindigkeit und damit eine überlegene Produktivität im Vergleich zu W IG-Verfahren. Die Automatisierbarkeit von MSG-Verfahren ist ausgesprochen hoch. Nachteilig an der Verwendung des direkt im Lichtbogen erhitzten, aufgeschmolzenen und verdampften Zusatzwerkstoffs ist die wesentlich höhere Emission von Partikeln im Vergleich zu W IG- Verfahren. Die mit MSG-Verfahren erzielbare Schweißqualität wird im Vergleich zu WIG-Verfahren häufig als geringer angesehen. Sonderverfahren nutzen mehrere Elektroden. Hierbei werden am häufigsten zwei Drahtelektroden eingesetzt (Tandem-Schweißen).

Im Gegensatz zu den genannten Verfahren, bei denen der Lichtbogen frei brennt, wird dieser bei den ebenfalls bekannten Plasmaschweißverfahren eingeschnürt, wofür i.d.R. wassergekühlte Kupferdüsen zum Einsatz kommen. Dies führt zu einer Verringerung des Lichtbogenquerschnitts. Beim Plasmaschweißen wird mit einer nicht

abschmelzenden Elektrode gearbeitet. Die zur Bildung eines Plasmas erforderlichen Ladungsträger werden durch die Ionisierung eines inerten Plasmagases (Argon oder Gemischen aus Argon, Helium und/oder Wasserstoff) geliefert. Beim Plasmaschweißen mit nicht abschmelzender Elektrode kann ein Lichtbogen innerhalb des Schweißbrenners und/oder zwischen dem Schweißbrenner und dem Werkstück ausgebildet werden (sogenannter "nicht übertragener" bzw. "übertragener" Lichtbogen). Man unterscheidet zwischen Plasmastrahlschweißen (WPS, nicht übertragener Lichtbogen), Plasmalichtbogenschweißen (WPL, übertragener

Lichtbogen) und dem kombinierten Plasmastrahl-Plasmalichtbogenschweißen (WPSL, sowohl nicht übertragener als auch übertragener Lichtbogen).

Beim sogenannten Plasma-MIG-Schweißen wird eine abschmelzende Elektrode eingesetzt und ein Plasmalichtbogen zwischen einer Plasmagasdüse und dem bearbeiteten Werkstück gezündet. Der Plasmalichtbogen wird mittels einer

sogenannten Fokussiergasdüse und unter Verwendung eines entsprechenden Fokussiergases eingeschnürt. Die Plasmagasdüse, die Fokussiergasdüse und die ebenfalls vorhandene Schutzgasdüse sind koaxial angeordnet. Die wie bei

herkömmlichen MSG- Verfahren eingesetzte abschmelzende Drahtelektrode wird zentrisch zugeführt. Sowohl die Plasmagasdüse als auch die Drahtelektrode liegen auf positivem Potential und werden üblicherweise von getrennten Stromquellen gespeist. Weitere Beispiele für hybride Verfahren kombinieren ein Laser- mit einem

Lichtbogenverfahren.

Die oben genannten Verfahren geben Informationen in Form von Emissionen, wie z.B. Licht, Schall, elektromagnetische Strahlung sowie partikel- und gasförmige Stoffe, ab. Diese Emissionen unterscheiden sich erheblich hinsichtlich ihrer Art und Menge in Abhängigkeit von dem eingesetzten Verfahren. Weiterhin unterscheiden sich diese Prozesse durch ihre Art des Materialtransfers und daher durch ihr dynamisches Verhalten. So schmilzt z.B. die Elektrode beim WIG-Schweißen nicht, so dass ein sehr konstanter Lichtbogen ohne nennenswerte Helligkeitsunterschiede entsteht, wohingegen die Elektrode beim MSG-Schweißen zugleich Zusatzmaterial ist und abschmilzt, so dass es z.B. durch den Materialtransfer oder durch Kurzschlüssen zu einem hochdynamischen Lichtbogenverhalten mit sehr großen

Helligkeitsunterschieden kommt. Dadurch fallen die Möglichkeiten zur Beobachtung und zur Regelung der verschiedenen Schweißprozesse sehr unterschiedlich aus. Trotz dieser deutlichen Unterschiede in den Schweißverfahren werden in der Regel immer identische Schutzausrüstungen eingesetzt. Für das manuelle

Lichtbogenschweißen werden Schweißerschutzhelme oder Schweißerschutzschilde verwendet, welche den Schweißer vor Hitze, Schweißspritzern und Strahlung schützen. Immer häufiger, aber zumeist nur bei sehr speziellen Anwendungen, werden fremdbelüftete Helme eingesetzt, welche für eine Reduzierung der gas- und partikelförmigen Emissionen im Atembereich des Anwenders sorgen, den Bediener jedoch auch in seiner Tätigkeit einschränken. Das Einstellen und die Kontrolle des Schweißprozesses erfolgt beim manuellen

Schweißen visuell und akustisch basierend auf den Erfahrungen des Schweißers. Der Informationsgehalt wird durch die Leistungsfähigkeit der menschlichen Sinnesorgane limitiert. Bei automatisierten Schweißprozessen stehen zumeist Daten zum

Schweißstrom- und zum Lichtbogenspannungsverlauf sowie seltener durch Kameras gewonnene visuelle Informationen zur Verfügung. Der Informationsgehalt dieser Daten ist in der Frequenz, der Bandbreite, und im Dynamikumfang stark begrenzt, so dass es nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich ist, anhand dieser Informationen auf die Qualität des Schweißergebnisses Rückschlüsse zu ziehen. Schweißprozesse müssen überwacht werden, um Prozessparameter wie z.B. die Brennerorientierung oder die Lichtbogenlänge richtig einstellen zu können sowie um auf Veränderungen reagieren zu können, so dass die geforderte Qualität der

Schweißverbindung gewährleistet werden kann. Der Schweißer bedient sich insbesondere seiner Sinne "Hören", "Sehen" und "Fühlen". Der Erfassungsbereich unserer Sinnesorgane ist hierbei eingeschränkt. Die Einschränkungen betreffen die Aufnahmefrequenz, die Bandbreite (Dynamik) und die Auflösung. So ist das menschliche Auge z.B. nur sensitiv in einem Wellenlängenbereich zwischen ca.

380 nm bis 780 nm; optische Strahlung anderer Wellenlängen kann nicht vom

Menschen detektiert werden. Zudem ist es dem Menschen "nur" möglich, einen Dynamikbereich von 10.000:1 (Unterschied zwischen dem hellsten und dem dunkelsten Bereich im Blickfeld nach Anpassung des Auges an das Umgebungslicht) darzustellen mit einer Frequenz von ca. 20 Hz. Schweißprozesse, die z.B. einen Lichtbogen als Energiequelle verwenden, senden jedoch optische Strahlung über einen sehr viel breiteren Wellenlängenbereich als das für den Menschen sichtbare Licht aus. Die Dynamik (zwischen dem sehr hellen Lichtbogen und der im Vergleich dazu sehr dunklen Umgebung) ist nur teilweise durch das Auge des Menschen abzubilden. Die Lichtbogenstrahlung wird momentan so stark abgeschwächt (um das Auge vor zu intensiver Strahlung zu schützen), dass die Umgebung für den Schweißer nicht mehr zu erkennen ist. Sehr langsame Veränderungen und Veränderungen mit einer Frequenz über 20 Hz sind vom Menschen nicht mehr zu registrieren bzw. nicht bewusst zu verarbeiten. Daher ist es dem Menschen nur möglich, einen

eingeschränkten Teil der Prozessinformationen für das Einstellen oder für die

Überwachung des Schweißprozesses zu nutzen. Das Einhalten von Grenzwerten am Arbeitsplatz wird in zumeist sehr aufwändigen Messungen überprüft. Problematisch ist hierbei, dass sich die Bedingungen am Arbeitsplatz ständig ändern. Die Änderungen werden unter anderem durch eine wechselnde Arbeitsumgebung, ein anderes zu schweißendes Bauteil, einen anderen Schweißprozess, unterschiedliche Schweißparameter oder auch eine unterschiedliche Körperposition hervorgerufen. Diese Messungen müssen zudem zumeist aufwändig im Labor ausgewertet werden und stehen erst nach einigen Stunden bis Tagen zur Verfügung. Das Aufzeichnung von Belastungen im Atembereich des Schweißers unter Produktionsbedingungen und in "real-time" ist derzeit nicht möglich. Die zur Verfügung stehenden Messgeräte für partikelförmige wie gasförmige Emissionen sind momentan noch extrem teuer und nicht oder nur eingeschränkt portabel. Die Grenzwerte für

Gefahrstoffe beim Schweißen wurden in der Vergangenheit drastisch reduziert. Es ist abzusehen, dass sich dieser Trend fortsetzt, sodass die Schweißtechnik und der Gesundheitsschutz vor neuen Herausforderungen stehen, dieses Problem zu lösen. Momentan wird enormer Aufwand betrieben, alle möglichen Maßnahmen zu treffen, um die Immission für den Menschen möglichst gering zu halten. Zusätzlich werden die Auswirkungen auf den Schweißer in kontinuierlichen Untersuchungen des Urins und / oder des Blutes überwacht und dokumentiert.

Für gasförmige wie partikelförmige Emissionen besitzt der Mensch teilweise gar keine geeigneten Sinne, bzw. reagiert hier der Körper erst, wenn bereits eine Schädigung eingetreten ist (Reizung der Atemwege / Schleimhäute, Fieber, etc.). Auch bei den sehr konzentrierten Strahlungsemissionen eines Lasers, kann der Körper in der Regel nicht mehr rechtzeitig reagieren, bevor eine Schädigung einsetzt. Auch bei automatisierten Anwendungen werden häufig Sensoren eingesetzt, welche mit dem Ziel entwickelt wurden, die Eigenschaften unserer Sinnesorgane möglichst gut abzubilden. Somit können diese Sensoren in der Regel auch nicht mehr bzw. nicht viel mehr Informationen liefern als der Mensch mit seinen eigenen Sinnesorganen erfassen würde. In einigen Fällen sind diese Sensoren den menschlichen Sinnesorganen sogar unterlegen (z.B. beträgt der Dynamikumfang der Strahlungsintensität bei gewöhnlichen CCD- und CMOS-Kameras häufig nur 1 :1000).

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass nur sehr eingeschränkte Bereiche der visuellen Informationen in Dynamik, Frequenz und Auflösung vom Schweißer genutzt werden. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diesen Umstand zu verbessern.

Offenbarung der Erfindung Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Fügen oder Trennen mit den Merkmalen des Patenanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß werden die verfahrensspezifischen Daten in einem

Wellenlängenintervall mit einer Breite von maximal 20 nm erfasst. Die erfassten verfahrensspezifischen Daten werden ausgewertet und basierend auf den

ausgewerteten verfahrensspezifischen Daten wird ein Anzeigemedium und/oder ein Sichtfenster, welches jeweils in eine Schutzausrüstung für eine das Füge- oder Trenn verfahren durchführende Person integriert ist, angesteuert. Alternativ oder ergänzend können die ausgewerteten verfahrensspezifischen Daten zumindest zum Teil dazu eingesetzt werden, um das Verfahren zu steuern.

Bei dem Füge- oder Trennverfahren werden Informationen insbesondere in Form von Emissionen, wie z.B. Licht, Schall, elektromagnetische Strahlung sowie partikel- und gasförmige Stoffe, abgegeben. Diese abgegebenen Informationen bzw. Emissionen werden in einem schmalen Wellenlängenbereich, beispielsweise mittels eines Sensors, detektiert und entsprechende Messwerte dieser Informationen bzw. Emissionen, z.B. eine Intensität, werden als verfahrensspezifische Daten erfasst. Besonders bevorzugt werden Lichtemissionen bzw. elektromagnetische Strahlung mit den Sensoren detektiert und Daten, welche diese Lichtemissionen bzw. diese elektromagnetische Strahlung charakterisieren, als verfahrensspezifische Daten erfasst. Erfindungsgemäß werden die verfahrensspezifischen Daten in einem schmalen Wellenlängenintervall mit einer Breite von maximal 20 nm erfasst. Das

Wellenlängenintervall wird gezielt so ausgewählt, dass kritische Emissionen oder Informationen in dem Wellenlängenintervall liegen. Beispielsweise wird das

Wellenlängenintervall so gelegt, dass die optische Emissionslinie eines giftigen Stoffes in dem gewählten Intervall liegt. Aufgrund des schmalen Wellenlängenintervalls wird das kontinuierliche Spektrum der sonstigen Lichtemissionen oder die Linienstrahlung anderer Stoffe, beispielsweise eines Lichtbogens beim Schweißen, im Wesentlichen ausgeblendet. Auf diese Weise können bereits geringe Intensitäten gemessen werden, welche ansonsten im breiten Spektrum untergehen. Die Empfindlichkeit wird erheblich erhöht. In oben genanntem Beispiel können bereits geringfügige Mengen des giftigen Stoffes erfasst und geeignete Gegenmaßnahmen zum Schutz des Schweißers getroffen werden. Die Erfindung erlaubt damit eine schnelle Detektion von Partikeln bzw. Dämpfen, die während des Füge- oder Trennverfahrens auftreten, auch wenn diese nur in sehr geringer Konzentration auftreten.

Erfindungsgemäß können Signale vom Schweißprozess, welche nur durch sehr teure Sensoren erfasst oder welche erst zeitversetzt ermittelt werden können (z.B.

Emissionen, die gesammelt bzw. aufgefangen und im Labor ausgewertet werden müssen) einmalig zusammen mit den schmalbandig gefilterten optischen Signalen der giftigen Stoffe erfasst und im Nachhinein Korrelationen zwischen diesen schwierig zu erfassenden Daten und den einfach zu erfassenden Daten geschaffen. Im Labor gewonnene Daten über wichtige Informationen, wie zum Beispiel CrVI, Cr, Mn, Ni, Co und ähnliche Stoffe / Elemente, werden mit den Informationen der anderen Sensoren korreliert, sodass bei zukünftigen Schweißungen anhand der anderen Sensorsignale auf die Emissionsentstehung geschlossen werden kann. Die Erfindung kann somit als "selbstlernendes" System verwendet werden. Eine Individualisierung der Persönlichen Schutzausrüstung (PSA) auf spezifische, persönliche Anforderung der Mitarbeiter aufgrund von Vorerkrankung, Alter oder anderer persönlicher Indikationen ist so leicht möglich. Es kann eine Verbesserung des Gesundheitsschutzes erzielt werden, da alle Emissionen (auch partikelförmige und gasförmige Stoffe, Strahlung, Schall, etc.) ständig überwacht werden, bzw. schwer zu bestimmende Emissionen aus den

Signalen der anderen Emissionen abgeleitet werden. Bei Überschreitung von Arbeitsplatzgrenzwerten werden Warnungen ausgegeben und Abhilfemaßnahmen getroffen.

Unter einer (persönlichen) Schutzausrüstung ist im Rahmen der vorliegenden

Erfindung eine am Körper getragene Schutzausrüstung für eine Person zu verstehen, wie z.B. ein Schutzhelm (im Folgenden auch kurz als Helm bezeichnet), ein

Schutzschild, eine Schutzbrille, Schutzhandschuhe oder ein Schutzanzug. Es sollen also die Augen, die Atemwege, die Ohren, das Gesicht und/oder die Haut der das Verfahren durchführenden Person mit einem Voll- oder Teilschutz vor schädlichen Einflüssen des Füge- oder Trennverfahrens geschützt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden verfahrensspezifische Daten in mehreren Wellenlängenintervallen mit einer Breite von jeweils maximal 20 nm erfasst, zueinander in Beziehung gebracht und ausgewertet.

Zum Beispiel werden erste verfahrensspezifische Daten einem ersten

Wellenlängenintervall mit einer Breite von maximal 20 nm und zweite

verfahrensspezifische Daten in einem zweiten Wellenlängenintervall mit einer Breite von maximal 20 nm erfasst. Das erste und das zweite Wellenlängenintervall sind dabei voneinander verschieden, das heißt sie überlappen nicht. Die ersten

verfahrensspezifischen Daten und die zweiten verfahrensspezifischen Daten werden dann zueinander in Beziehung gebracht und ausgewertet. Basierend auf den ausgewerteten verfahrensspezifischen Daten werden ein Anzeigemedium und/oder ein Sichtfenster, welches jeweils in eine Schutzausrüstung für eine das Füge- oder Trenn verfahren durchführende Person integriert ist, angesteuert.

Es werden bestimmte Messwerte, beispielsweise die Intensität, von zwei oder mehr Spektrallinien erfasst und die Messwerte werden miteinander in Korrelation gesetzt. Aus den Messwerten und deren Korrelation miteinander können bestimmte

Eigenschaften des untersuchten Füge- oder Trennverfahrens ermittelt werden. Zum Beispiel lassen sich aus der Intensität zweier Spektrallinien eines Lichtbogens

Rückschlüsse auf das Temperaturprofil im Lichtbogen ziehen z.B. über das Verhältnis der integrierten Intensität über den schmalen Wellenlängenbereich. Durch die

Veränderung dieses Verhältnisses sowie auch eine zeitliche Analyse der

Schwankungen kann zudem auf die Qualität der Fügeverbindung geschlossen werden. Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, die erfassten verfahrensspezifischen Daten und/oder die ausgewerteten verfahrensspezifischen Daten zumindest teilweise auf einem Speichermedium, insbesondere auf einem über ein Netzwerk angebundenen Speicher (Cloud), zu speichern oder mit Hilfe von auf einem Speichermedium, insbesondere auf einem über ein Netzwerk angebundenen Speicher (Cloud), hinterlegten Solldaten auszuwerten.

Die erfassten verfahrensspezifischen Daten werden beispielsweise über ein Kabel oder über eine kabellose Verbindung einem Prozessor bzw. einer Recheneinheit mit einem Arbeitsspeicher als Eingangsdaten zur Verfügung gestellt. Beispielsweise können die erfassten verfahrensspezifischen Daten über einen im Arbeitsspeicher hinterlegten Algorithmus ausgewertet werden und Ausgangsdaten erzeugt werden. Diese erzeugten Ausgangsdaten können zumindest zum Teil dazu eingesetzt werden, um das Anzeigemedium und/oder das Sichtfenster anzusteuern.

Die persönliche Schutzausrüstung kann auch eine Sende- und Empfangseinheit, wie z.B. WLAN oder Bluetooth oder andere Datenübertragungstechniken, aufweisen. Somit können die verfahrensspezifischen Daten und/oder die Ausgangsdaten zwischen einem Prozessor, einer Recheneinheit oder einem Speicher und der Schutzausrüstung übertragen werden. Anzeigemedium und/oder Sichtfenster können somit über die Sende- und Empfangseinheit gemäß den Ausgangsdaten von dem Prozessor bzw. der Recheneinheit angesteuert werden. Diese Sende- und Empfangseinheit befindet sich besonders vorteilhaft am Gürtel des Schweißers, um die Strahlenbelastung am Kopf des Schweißers zu minimieren.

Im Rahmen der Erfindung wird das Sichtfenster, welches in die Schutzausrüstung für die das Füge- oder Trennverfahren durchführende Person integriert ist, basierend auf den ausgewerteten verfahrensspezifischen Daten derart angesteuert, dass schädliche Strahlungsexpositionen für die das Füge- oder Trenn verfahren durchführende Person vermieden werden. Alternativ oder zusätzlich wird erfindungsgemäß das

Anzeigemedium, welches in die Schutzausrüstung für die das Füge- oder

Trenn verfahren durchführende Person integriert ist, derart angesteuert, dass ein Informationsgehalt über das Füge- oder Trennverfahren für die das Füge- oder Trenn verfahren durchführende (und dieses betrachtende) Person erhöht wird. Durch die Erfindung kann der Bediener nicht nur geschützt werden, er erhält auch noch aus einem sehr viel größeren Spektrum an Informationen selektiv ausgewählte und bearbeitete Informationen. Die Erfindung ermöglicht eine Erhöhung des visuellen Informationsgehaltes und eine Vermeidung von schädlichen Strahlungsexpositionen beim Schweißen, insbesondere durch das örtliche wie das wellenlängenabhängige Verstärken oder Abschwächen von Strahlungsintensitäten oder etwa auch durch Kombination von unterschiedlichen Bildwiedergabefrequenzen. Die vom

Schweißprozess kommende Strahlung (elektromagnetische Strahlung) wird in einem oder mehreren engen Wellenlängenintervallen erfasst und durch einen Sichtbereich (das Sichtfenster) des Schutzhelmes geleitet und/oder auf dem Anzeigemedium angezeigt.

Vorzugsweise werden im Zuge der Auswertung der erfassten verfahrensspezifischen Daten Informationen, welche das durchgeführte Füge- oder Trenn verfahren

beschreiben, visualisiert. Diese visualisierten Informationen werden auf dem

Anzeigemedium dargestellt. Beispielsweise können somit Emissionsdaten, welche beim Schweißprozess entstehende Emissionen beschreiben, visualisiert und der das Füge- oder Trenn verfahren durchführenden Person zur Verfügung gestellt werden. Es können auch weitere Informationen eingeblendet und/oder überlagert werden, z.B. Informationen von der Stromquelle oder der Gasflasche.

Bevorzugt werden die visualisierten Informationen auf einem Display (z.B. LCD) in einem Helm der Schutzausrüstung und/oder auf einer Schutzbrille der

Schutzausrüstung, welche wahlweise vom Schweißer in Kombination mit einem Helm getragen werden kann, dargestellt. Die visualisierten Informationen können auch durch Projektion an einem entfernten Ort dargestellt werden.

Vorteilhafterweise wird eine Strahlungsintensität als verfahrensspezifische Daten erfasst, wobei die erfasste Strahlungsintensität im Zuge der Auswertung mit

Grenzwerten verglichen und basierend auf diesem Vergleich ein Transmissionsgrad des Sichtfensters in Abhängigkeit von der ausgewerteten Strahlungsintensität verändert wird. Das Vermeiden von schädlichen Strahlungsexpositionen kann somit erreicht werden, indem die aktuellen Strahlungsintensitäten mit den Grenzwerten der elektromagnetischen Strahlung (insbesondere der UV-Strahlung) in-situ verglichen werden und der Transmissionsgrad des Sichtfensters im Helm entsprechend an die Intensität der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung angepasst wird. Für das Bestimmen der aktuellen Strahlung werden z.B. Kameras oder Dioden eingesetzt. Insbesondere wird der maximale Transmissionswert hierdurch begrenzt, womit dieser nicht (wie bisher gemäß dem Stand der Technik möglich) manuell zu hoch eingestellt werden kann. Der Informationsgehalt sowie eine schädliche Strahlenexposition werden besonders vorteilhaft durch die Regulierung des Transmissionsgrades und/oder durch die Veränderung des Wellenlängen-Transmissionsintervalls erzielt. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die verfahrensspezifischen Daten des Füge- oder Trenn Verfahrens mit wenigstens zwei Sensoren erfasst. Ein Abstand der wenigstens zwei Sensoren zueinander wird in Abhängigkeit von einer gewünschten örtlichen Auflösung und/oder einer räumlichen Darstellung der verfahrensspezifischen Daten gewählt. Der Informationsgehalt bzw. die visualisierten Informationen werden somit durch den Einsatz von zwei oder mehr Sensoren verbessert, um eine geeignete örtliche Auflösung der

Emissionsinformationen zu gewährleisten. Durch mindestens zwei Sensoren, die sich in einem definierten Abstand befinden, lassen sich Objekte (z.B. der Lichtbogen) dreidimensional rekonstruieren. Hierbei kann auch der Abstand zwischen den zwei oder mehreren Sensoren vergrößert werden, um die dreidimensionale Darstellung der Informationen zu verbessern. Es lassen sich zudem Tiefeninformationen gewinnen (z.B. über die Tiefe des Schmelzbades und somit den Einbrand).

Es kann auch nur ein Sensor verwendet werden, der vorzugsweise als flächiger Sensor ausgeführt ist. Die verfahrenspezifischen Informationen werden beispielsweise über einen Strahlteiler oder ein Prisma aufgeteilt, über mindestens zwei Filter mit einer Bandbreite von maximal 20 nm geführt und auf dem einen Sensor als getrennte Bilder oder überlagert abgebildet. Zwei oder mehr als zwei Sensoren können vorteilhafterweise der Redundanz und damit der Sicherheit dienen. Örtlich aufgelöste Daten können erstellt werden, wodurch geometrische Daten erfasst werden können, z.B. durch Triangulation (z.B. 2, 3 oder 4 Sensoren für 2- oder 3-dimensionale Triangulation oder Streifenprojektion). Des Weiteren können mit besonderem Vorteil statistische Auswertung durchgeführt werden, sofern eine dafür erforderliche große Zahl an Sensoren eingesetzt wird. Besonders bevorzugt werden die verfahrensspezifischen Daten des Füge- oder Trennverfahrens mit wenigstens zwei Sensoren erfasst, wobei jeder der wenigstens zwei Sensoren jeweils eine unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit aufweist. Der Informationsgehalt bzw. die visualisierten Informationen werden dadurch verbessert. Durch die Verwendung von mehreren Sensoren, die eine unterschiedliche

wellenlängenabhängige Empfindlichkeit zeigen, kann z.B. auch das Schmelzbad, das Bauteil und die fertige Schweißnaht wahrgenommen werden. Der sehr hell leuchtende Lichtbogen kann entsprechend abgeschwächt werden. Nur die in dem oder den gewählten Wellenlängenintervallen liegenden wichtigen Informationen werden verstärkt, so dass ein Mehrgewinn an Informationen erzielt werden kann.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden Messwerte physikalischer Größen von dem wenigstens einen Sensor als verfahrensspezifische Daten erfasst, die zumindest zum Teil vom menschlichen Auge, Gehör oder

Geruchssinn nicht wahrnehmbar sind. Diese verfahrensspezifischen Daten werden der das Füge- oder Trennverfahren durchführenden Person über das Anzeigemedium visuell dargestellt. Beispielsweise können die verfahrensspezifischen Daten im Zuge der Auswertung in für das menschliche Auge oder auch Gehör wahrnehmbare

Ausgangsdaten umgewandelt und über das Anzeigemedium visuell dargestellt werden. Zu diesem Zweck werden vorteilhafterweise Sensoren verwendet, deren

Erfassungsbereich (Frequenz, Auflösung, Dynamik, Messbereich) einen

Erfassungsbereich menschlicher Sinnesorgane übersteigt. Der Mensch besitzt eine vorgegebene Empfindlichkeit für verschiedene

Wellenlängenbereiche der elektromagnetischen Strahlung (Empfindlichkeitskurve), welche jedoch nicht unbedingt mit den informationsreichen Wellenlängenbereichen eines Schweißprozesses zusammenfällt. Durch die Transmission von nur bestimmten Wellenlängenbereichen bzw. durch die Verstärkung informationsreicher

Wellenlängenbereiche ist es möglich, besonders wichtige Eigenschaften zu

verdeutlichen bzw. weniger wichtige Informationen abzuschwächen oder ganz auszublenden. Die Wärmestrahlung der Elektroden (Schmelzbad und brennerseitige Wolfram- bzw. Drahtelektrode) liegt insbesondere bei geringeren Temperaturen (z.B. bei der bereits erstarrten Schweißnaht oder beim Schmelzbad von

niedrigschmelzenden Metallen) im langwelligeren Bereich und ist somit nicht oder nur schlecht durch das menschliche Auge zu erkennen. Durch die Erfindung können entsprechende Informationen dennoch der das Füge- oder Trennverfahren

durchführenden Person zur Verfügung gestellt werden. Erfindungsgemäß wird von dem Füge- oder Trennverfahren emittierte Strahlung wellenlängenabhängig und/oder ortsabhängig gefiltert und als verfahrensspezifische Daten erfasst. Die Lichtemissionen werden in einem oder mehreren engen

Wellenlängenintervallen erfasst. Bei metalldampfdominierten Plasmaprozessen (insbesondere Eisenplasmen) wird das Wellenlängenintervall, in dem Emissionen erfasst werden, vorzugsweise um eine Wellenlänge von 81 1 nm, besonders bevorzugt symmetrisch um eine Wellenlänge von 81 1 nm, gelegt. Bei Aluminium sind die Stoffe von Bedeutung, die eine geringere Verdampfungstemperatur bzw. einen geringeren Dampfdruck aufweisen, wie Mangan oder Silizium. Mangan hat eine besonders starke Linienemission bei z.B. 516,7 nm und 448,1 nm. Insbesondere ist die Linienstrahlung des entsprechenden Elements von Bedeutung, welches durch das Schutzgas, die Umgebungsluft oder die Elektroden in den Lichtbogen geraten kann. Diese spektralselektiven Informationen haben Relevanz für den Gesundheitsschutz, für den Pfad des Stromflusses, für die

Plasmazusammensetzung und für die Plasmatemperatur. Letztere drei Größen (Pfad des Stromflusses, Plasmazusammensetzung, Plasmatemperatur) sind wichtig für den Einbrand und die Energieeinbringung. Entsprechend ist es vorteilhaft, bei Verfahren zum Fügen oder Trennen von Aluminium oder Aluminium-haltigen Werkstoffen das oder die Wellenlängenintervalle so auszuwählen, dass eine oder mehrere

Emissionslinien von Silizium und/oder Mangan erfasst werden. Aus den erfassten Informationen lassen sich beispielsweise Plasmatemperaturbilder oder Bilder der Schmelzbadtemperatur darstellen. Es lassen sich Emissionen aus den Daten berechnen. Auch eine ortsabhängige Anwendung unterschiedlicher

Übertragungsfunktionen (z.B. Ansteuern der Belichtungszeit von einzelnen

Bildpunkten) ist denkbar. In Edelgasplasmen kann sogar die Einwirbelung oder das Eindiffundieren von atmosphärischen oder den Prozess umgebenden Gasen detektiert und somit auf die Güte der Schutzgasabdeckung geschlossen werden.

Durch die Erfindung kann die Strahlung des Füge- oder Trennverfahrens

spektralselektiv aufgenommen und ausgewertet werden und nur bestimmte spektrale Bereiche (Wellenlängen) können der das Füge- oder Trennverfahrens durchführenden Person angezeigt werden. In diesen Daten stecken sehr viel dezidiertere Informationen als in den über den gesamten Wellenlängenbereich gemittelten Intensitäten. Vorzugsweise werden im Zuge der Auswertung Teildaten der erfassten

verfahrensspezifischen Daten, welche vorbestimmte räumliche Bereiche des Fügeoder Trennverfahrens beschreiben, abgeschwächt oder verstärkt. Der

Informationsgehalt bzw. die visualisierten Informationen werden somit verbessert, indem die Bildinformationen der Sensoren örtlich abgeschwächt oder verstärkt werden. Dieser Vorgang kann softwaretechnisch erfolgen oder direkt in der Kamera bzw. dem Sensor realisiert werden.

Bevorzugt werden die visualisierten Informationen auf dem Anzeigemedium dargestellt, indem Konturen hervorgehoben werden, beispielsweise durch das Einblenden von farbigen Strichen oder Kurven.

Vorteilhafterweise wird im Zuge der Visualisierung der Informationen, welche das Füge- oder Trenn verfahren beschreiben, eine Zeitraffer-Darstellung der Informationen erstellt, ein Falschfarbenbild erstellt und/oder eine Bild-im-Bild-Darstellung der

Informationen erstellt. Informationen mit einer sehr hohen zeitlichen Dynamik werden erfasst, aber in einer Frequenz wiedergegeben, die es dem Menschen ermöglicht, diese Informationen zu verarbeiten (Zeitraffer). Es lassen sich also Daten in einer sehr hohen Frequenz aufzeichnen und dem Bediener als Zeitraffer wieder einspielen (beispielsweise zeitgerafftes Bild im Originalbild). Gleiches gilt für den Dynamikbereich: Informationen können in einem großen Umfang erfasst werden und dem Schweißer z.B. als Falschfarbenbild angezeigt werden. Denkbar ist die Visualisierung dieser Zeitrafferaufnahmen oder dieser Dynamikaufnahme als zweites Bild in dem originalen Bild. Auch der Erfassungsbereich (z.B. Wellenlänge) oder der Dynamikbereich kann in einem großen Bereich erfasst und in dem vom Menschen erfassbaren Bereich normiert werden. Beispiele für eine Bild-im-Bild-Darstellung sind das Einblenden eines spektral gefilterten Bildes, eines Temperaturplots oder eines zeitgerafften Bildes. Letzteres ermöglicht dem Schweißer bzw. der das Füge- oder Trennverfahren durchführenden Person Kurzschlüsse, Spritzer und die Tropfengeometrie (Form und Größe) zu beurteilen. Vorzugsweise werden die erfassten und/oder ausgewerteten verfahrensspezifischen Daten zumindest teilweise in einem Speichermedium abgelegt. Die Daten können somit zur Dokumentation der Qualität der Fügeverbindung verwendet werden.

Wahlweise können die erfassten Rohdaten vorher verarbeitet werden oder auch an eine andere Recheneinheit geschickt werden, um dort gespeichert und/oder ausgewertet zu werden. Ggf. können anhand der Daten auch automatische

Maßnahmen getroffen werden, z.B. über die Ansteuerung der Stromquelle oder anderer Peripheriegeräte, um eine gleichbleibende Qualität auch bei einer

Veränderung der Randbedingungen gewährleisten zu können. Die Daten werden vorzugsweise in dem Speichermedium abgelegt oder mit Informationen, welche in diesem Speichermedium vorhanden sind, verglichen. Bei dem Medium kann es sich auch um eine Cloud handeln.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung werden CCD-Sensoren, CMOS-Sensoren, High Dynamic Range Kameras und/oder Fotodioden als Sensoren verwendet oder auch "High Dynamic Range" Sensoren. Unter High Dynamic Range Sensoren bzw. -Kameras werden Sensoren oder Kameras verstanden, die einen Dynamikbereich von mehr als 10.000:1 , mehr als 50.000:1 oder mehr als 100.000:1 besitzen, d.h. die Helligkeitsunterschiede von mehr als 10000:1 , mehr als 50.000:1 bzw. mehr als 100.000:1 erfassen und speichern können. Das Signal der Sensoren kann auch dazu genutzt werden, die Belichtungszeit der eingesetzten Kameras oder Dioden zu steuern, um eine optimale Anpassung an die Strahlungsintensitäten zu ermöglichen. Um noch größere Helligkeitsunterschiede zu kompensieren, können zusätzliche Blenden oder dimmbare Filterscheiben verwendet werden.

Vorteilhafterweise ist der mindestens eine Sensor an einer Schutzbrille, einem Helm, einem Schutzschild und/oder am Körper der das Füge- oder Trenn verfahren

durchführenden Person oder an einem hierzu eingesetzten Brenner oder an einer hierzu eingesetzten Positioniervorrichtung (Schweißportal, Roboter, Drehtisch, etc.) angeordnet. Bevorzugt können die Sensoren an der Schutzausrüstung oder auch im Raum angeordnet sein. Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird eine Kamera als Sensor eingesetzt, die so positioniert ist, dass sie den Lichtbogen eines Schweißverfahrens aus nächster Nähe aufnimmt. Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Lichtemissionen des Füge- oder Trennverfahrens direkt und unmittelbar am Entstehungsort erfasst werden und dass die gewonnenen sowie die aufbereiteten Informationen (verstärkt, gefiltert,

abgeschwächt) unmittelbar durch die Nähe zu den Sinnesorganen des Menschen visualisiert werden können, ohne den Schweißer von seiner Aufgabe abzulenken.

Durch die Erfassung der Lichtemissionen des Füge- oder Trennverfahrens sowie durch das Filtern, Verstärken und Abschwächen ergeben sich folgende Verbesserungen: die Qualität des Füge- oder Trennverfahrens kann gesteigert werden; die

Qualitätskontrolle kann gesteigert werden und dadurch kann der Kontrollaufwand (Nacharbeit) reduziert werden; Informationsdichten können erhöht werden durch die Ausweitung der erfassbaren Frequenz, des Erfassungsbereichs und der Auflösung sowie durch die selektive Auswahl und Kombination von wichtigen Informationen, wodurch das Handling bzw. die Bedienbarkeit des Füge- oder Trennverfahrens vereinfacht werden kann; der Werkstoff Übergang (insbesondere mit Frequenzen bis über 200 Hz) kann zeitlich aufgelöst wiedergegeben werden.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen

Figur 1 das Spektrum eines Lichtbogens, aus dem zwei schmale

Wellenlängenintervalle herausgefiltert und gemessen werden,

Figur 2 eine erste erfindungsgemäße Variante zur Aufnahme von Messwerten, Figur 3 eine zweite erfindungsgemäße Variante zur Aufnahme von Messwerten,

Figur 4a ein Beispiel zur Ermittlung einer bestimmten Korrelation und

Figur 4b die Verwendung der gemäß Figur 4 ermittelten Korrelation in

nachfolgenden Schweißverfahren.

Figur 1 zeigt schematisch das Spektrum 1 1 eines Lichtbogens, das beim Schweißen entsteht. In dem Spektrum 1 1 sind beispielsweise die Spektrallinien 12a, 12b von Aluminium bei 309 nm und 396 nm zu erkennen. Aus diesem Spektrum 1 1 werden erfindungsgemäß zwei schmale Wellenlängenintervalle 13a, 13b mit geeigneten Filtern 14a, 14b herausgefiltert und die Intensitäten in jedem der beiden

Wellenlängenintervalle 13a, 13b gemessen.

Die Messwerte werden einer Recheneinheit 15 zugeführt, welche aus den Messwerten und vorab hinterlegten Daten Ausgangsdaten erzeugt, welche dem Schweißer in einem Anzeigemedium 16, beispielsweise einem Sichtfenster, dargestellt werden.

Figur 2 zeigt eine erste Variante zur Aufnahme von Messwerten. Hierbei werden zwei oder mehr Sensoren 22a, 22b eingesetzt werden, welche über geeignete Filter 24a, 24b jeweils nur einen schmalen Wellenlängenbereich des Spektrums 21 eines

Lichtbogens aufnehmen. Die Messwerte werden dann der Recheneinheit 25 zugeführt.

Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der ein einziger großflächiger Sensor 32 verwendet wird. Die Strahlung 31 des Lichtbogens wird über einen

Strahlteiler 33 oder ein Prisma auf zwei unterschiedliche Filter 34a, 34b gelenkt, welche jeweils ein bestimmtes Wellenlängenintervall herausfiltern. Die beiden aus den Filtern 34a, 34b austretenden Strahlen werden dann auf dem einen Sensor 32 zusammengeführt und überlagert. Der mit dem Sensor 32 ermittelte Messwert wird dann wiederum einer Recheneinheit 35 zugeführt.

Figur 4a zeigt ein Verfahren, bei dem in einem ersten Schritt zwei den Schweißprozess charakterisierende Größen gemessen und deren Korrelation bestimmt wird. Im vorliegenden Beispiel wird über einen Filter 44 und einen entsprechenden Sensor die Intensität des Metalldampfs in einem bestimmten Wellenlängenbereich bestimmt.

Außerdem wird über eine zweite Messung 46 die Gesamtrauchmenge ermittelt. Beide Messwerte werden einer Recheneinheit 45 zugeführt, um die Korrelation 47 zwischen diesen Messwerten, das heißt zwischen der Intensität des Metalldampfs und der Gesamtrauchmenge, zu bestimmen. Die ermittelte bzw. berechnete Korrelation wird in der Recheneinheit 45 oder einem mit der Recheneinheit 45 verbundenen Speicher hinterlegt.

Bei der späteren Durchführung des Schweißprozesses ist es dann ausreichend, nur die Intensität des Metalldampfs zu bestimmen und über die zuvor ermittelte Korrelation die Gesamtrauchmenge zu ermitteln. Dies ist in Figur 4b schematisch dargestellt. Während des Schweißprozesses wird in demselben Wellenlängenintervall, welches bei dem Verfahren gemäß Figur 4a gewählt wurde, die Intensität des Metalldampfs ermittelt. Der gemessene Wert für die Intensität des Metalldampfs wird einer

Recheneinheit 45 zugeführt. Die Recheneinheit 45 berechnet dann aus der Intensität des Metalldampfs und der zuvor ermittelten Korrelation 47 die Gesamtrauchmenge.