Verfahren zur automatischen Prüfung einer Materialverbindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen, berührungslosen und zerstörungsfreien Prüfung einer Materialverbindung von mindestens zwei Fügepartnern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Schweißpunkte stellen in der Industrie eine wichtige Materialverbindung dar. Ein Schweißpunkt weist im Normalfall eine Zwei-Bereich- Verbindung auf, die aus einer geschmolzenen und einer nicht geschmolzenen Zone be- steht. Die geschmolzene Zone liegt in einem inneren Bereich des Schweißpunktes und bildet die sogenannte Schweißlinse. Die nicht geschmolzene Zone liegt um die Schweißlinse herum und wird als Schweißkleber bezeichnet. In der nicht geschmolzenen Zone sind die Fügepartner nicht miteinander verschweißt. Demzufolge weisen diese in der nicht geschmolze- nen Zone keine ausreichend gute Verbindung auf, sondern lediglich eine gewisse Haftung. Die Qualität des Schweißpunktes wird somit im Wesentlichen durch die Schweißlinse bestimmt.

Es ist bekannt, die Qualität eines Schweißpunktes mittels einer zerstören- den Prüfung zu bewerten. Eine derartige Prüfung ist jedoch nur in Stichproben möglich. Eine häufigere Prüfung - bis hin zu einer 100 %-igen Prüfung - ist nur mittels eines zerstörungsfreien Prüfverfahrens möglich.

Die Wärmefluss-Thermographie ist ein seit Jahren etabliertes berührungs- loses und zerstörungsfreies Prüfverfahren. Nach diesem Verfahren wird ein Prüfling von mindestens einer Anregungsquelle angeregt, um einen Wär- mefluss zu erzeugen. Die vom Prüfling emittierte Wärmestrahlung wird mit mindestens einem Infrarotsensor in einer Bildserie erfasst. In einer Recheneinheit werden aus der erfassten Bildserie Ergebnisbilder verschie-

denster Typen erzeugt. Derartige Ergebnisbilder sind beispielsweise ein Amplitudenbild und ein Phasenbild, die entsprechend die Amplitude und die Laufzeit der thermischen Wellen in verschiedenen Punkten einer Materialverbindung darstellen. Mittels eines Phasenbildes ist es möglich, örtli- che Wärmeleitfähigkeitsunterschiede einer Materialverbindung sichtbar zu machen (Theory and Practice of Infrared Technology for Nondestructive Testing, Xavier P. V. Maldague, John Wiley and Sons, Inc., 2001).

Aus der WO 01/50116 Al ist ein Verfahren zur automatischen Prüfung von Schweißpunkten bekannt, bei dem die Qualität eines Schweißpunktes anhand einer Halbwertszeit des Wärmeflusses bewertet wird. Weist der Wärmefluss in den einzelnen Bildpunkten eine niedrige Halbwertszeit auf, so deutet dies auf eine qualitativ gute Schweißverbindung hin. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die ermittelten absoluten Halbwertszeiten keinen objektiven Hinweis liefern, wo sich die Grenze zwischen der

Schweißlinse und dem Schweißkleber befindet. Deshalb ist keine automatische Bestimmung der Größe und der Position des Schweißpunktes mit diesem Verfahren unter industriellen Bedingungen möglich.

Aus der DE 101 50 633 Al ist ein Verfahren zur automatischen Prüfung eines Schweißpunktes bekannt, bei dem die Qualität des Schweißpunktes mittels eines Phasenbildes bewertet wird. Das verwendete Phasenbild wird mit festen Parametern gewonnen, die vor der Aufnahme der zu untersuchenden Bildserie festgelegt werden. Die Qualifizierung des Schweißpunk- tes erfolgt unter Einbezug von fest definierten Schwell werten. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die zu bewertende Schweißlinse mit fest definierten Schwellwerten unter industriellen Bedingungen nicht zuverlässig detektierbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur automatischen, berührungslosen und zerstörungsfreien Prüfung einer Materialverbindung zu schaffen, das eine zuverlässige Detektierung und Bewertung der geschmolzenen Zone einer Materialverbindung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Grenze zwischen der geschmolzenen Zone und der nicht geschmolzenen, aber noch haftenden Zone ein zusätzliches Hindernis für den Wärmefluss bildet. An dieser Grenze findet eine sprungartige Abschwächung der Wärmeflussdynamik statt. Unmittelbar nach dieser Grenze weist der Wärmefluss in der nicht geschmolzenen Zone wieder eine höhere Dynamik auf. In einem Ergebnisbild, das die Wärme- flussdynamik durch die Materialverbindung als Intensitätswerte des Ergebnisbildes darstellt, bildet sich an dieser Stelle ein Intensitätswulst.

Auf diesem Ergebnisbild wird zuerst eine Wärmeflussdynamik ermittelt, die zu einer Umgebung der zu untersuchenden Materialverbindung gehört und damit einen Bildhintergrund bildet. Die Wärmeflussdynamik des Bildhintergrunds wird beispielsweise mit Hilfe eines Histogramms ermittelt. Ein sich von der Wärmeflussdynamik des Bildhintergrundes abhebender Wert stellt einen dynamischen minimalen Schwellwert dar, der einen Bereich abgrenzt, in dem sich sowohl die nicht geschmolzene Zone als auch die geschmolzene Zone der Materialverbindung befinden können. In diesem Bereich wird dann ein Spitzenwert der Wärmeflussdynamik durch die Materialverbindung ermittelt, der einen dynamischen maximalen Schwellwert darstellt. Ein dynamischer Schwellwert, der zwischen dem minimalen Schwellwert und dem maximalen Schwellwert variiert wird, definiert eine Reihe von Bereichen in dem Ergebnisbild, welche jeweils die Werte der Wärmeflussdynamik durch die Materialverbindung erfassen, die oberhalb

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des dynamischen Schwellwertes liegen. Diese Bereiche werden hinsichtlich ihres Umfangs untersucht. Als Folge des Intensitätswulstes weisen diese Bereiche bei einer überquerung der Grenze zwischen der geschmolzenen Zone und der nicht geschmolzenen Zone eine sprungartige Vergröße- rung ihrer Außenkontur auf. Der Umfang dieser Bereiche, der ihre Außenkontur numerisch darstellt, wird gemessen und in einem Merkmalsvektor erfasst. Ein Sprung in diesem Merkmalsvektor deutet darauf hin, dass der zugehörige Bereich einen Teil der nicht geschmolzenen Zone in sich eingeschlossen hat. Dieser Sprung des Merkmalsvektors kann beispielsweise mit Standardmethoden der Kurvenglättung und Kurvenuntersuchung ermittelt werden. Somit wird die Grenze zwischen der geschmolzenen Zone und der nicht geschmolzenen Zone einer Materialverbindung dynamisch und objektiv lokalisiert. Dies gewährleistet eine zuverlässige Detektierung der geschmolzenen Zone. Danach wird die detektierte geschmolzene Zone nach ihrer Position und Größe bewertet.

Sofern eine Anregung und eine Aufnahme des Wärmeflusses von der gleichen Seite der Materialverbindung stattfindet, erfolgt eine Reduzierung der Wärmeflussdynamik durch die Materialverbindung bei überschreiten der Grenze zwischen der geschmolzenen Zone und der nicht geschmolzenen Zone. In diesem Fall weisen die untersuchten Bereiche bei der überquerung der Grenze als Folge des Intensitätswulstes eine sprunghafte Reduzierung ihres Umfanges auf. Somit wird ein Sprung nach unten in dem Merkmalsvektor ermittelt.

Das beschriebene Verfahren ist prinzipiell für alle Fügepartner gleich. Dementsprechend können Materialverbindungen von Fügepartnern aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien untersucht werden. Weiterhin können sowohl Schweißverbindungen als auch Lötverbindungen unter-

sucht werden. Diese Materialverbindungen weisen eine Grenze zwischen einer geschweißten und einer nicht geschweißten Zone bzw. eine Grenze zwischen einer gelöteten und einer nicht gelöteten Zone auf. Dementsprechend bildet sich auf dem Ergebnisbild, das örtliche Wärmeleitfähigkeits- unterschiede der zu untersuchenden Materialverbindung darstellt, ein Intensitätswulst aus. Dieser Intensitätswulst kann mit Hilfe von Standardmethoden der Signal- und Bildverarbeitung ermittelt und zur Detektierung und Bewertung der Schweiß- und Lötverbindung genutzt werden.

Die Anregung der Materialverbindung und die Aufnahme des Wärmeflusses kann prinzipiell von unterschiedlichen Seiten oder von gleichen Seiten der Materialverbindung folgen. Dementsprechend werden Ergebnisbilder verschiedener Typen ausgewertet, die einen Wärmefluss in Transmission und/oder in Reflexion mit zeitlicher und räumlicher Auflösung darstellen. Intensitätsschwankungen der Anregungsquelle, der Zustand und die Eigenschaften der Materialoberfläche sowie die Dicke des Materials der Fügepartner dürfen die Messergebnisse für den Wärmefluss nicht maßgeblich beeinflussen. Deshalb wird ein Ergebnisbild benutzt, das keine absoluten Werte des Wärmeflusses bzw. seiner Geschwindigkeit durch die zu unter- suchende Materialverbindung darstellt, sondern örtliche Geschwindigkeitsunterschiede des Wärmeflusses. Ein solches Ergebnisbild kann beispielsweise ein Phasenbild sein, das mit der Infrarot-Lock-In-Thermographie gewonnen wird (Theory and Practice of Infrared Technology for Non- destructive Testing, Xavier P. V. Maldague, John Wiley and Sons, Inc., 2001). Ein Phasenbild zeigt die Laufzeit der thermischen Wellen durch die Materialverbindung, so dass Wärmeleitfähigkeitsunterschiede der Materialverbindung zwischen den verschiedenen Bildpunkten des Ergebnisbildes sichtbar werden. Die örtlichen Geschwindigkeitsunterschiede des Wärmeflusses werden als Wärmeflussdynamik bezeichnet.

Ein Referenzbereich nach Anspruch 2 stellt sicher, dass der minimale Schwellwert aus der Wärmeflussdynamik des Bildhintergrundes ermittelt wird.

Ein Testbereich nach Anspruch 3 ermöglicht eine einfache Ermittlung des maximalen Schwellwertes. Der Testbereich kann sich beispielsweise im Schwerpunkt des zu untersuchenden Bereiches befinden. Die Größe des Testbereichs kann experimentell ermittelt werden, wobei das Shannonsche Abtasttheorem einzuhalten ist (Industrielle Bildverarbeitung, Christan Demant, Bernd Streicher- Abel, Peter Waszkewitz, Springer- Verlag, 1998). Beispielsweise kann die Größe des Testbereichs als 3 x 3 Pixel festgelegt werden.

Eine Ermittlung des maximalen Schwellwertes aus mehreren Testbereichen gleicher Größe nach Anspruch 4 ist zuverlässig. Die Testbereiche werden derart generiert, dass ein Testbereich mit einer festgelegten Größe durch den Bereich verschoben wird, der die oberhalb des minimalen Schwellwertes liegenden Werte der Wärmeflussdynamik erfasst. Die Größe der Test- bereiche kann beispielsweise als 3 x 3 Pixel festgelegt werden.

Eine iterative Ermittlung der Schrittweite nach Anspruch 5 ermöglicht das Auffinden einer optimalen Schrittweite. Die Suche nach einer optimalen Schrittweite kann beispielsweise mit der Schrittweite 1 beginnen.

Ein Schweißpunkt nach Anspruch 6, der eine als Schweißlinse bezeichnete geschmolzene Zone und eine als Schweißkleber bezeichnete nicht geschmolzene, aber noch haftende Zone aufweist, ist eine industriell bedeu-

tende Materialverbindung, so dass die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders zum Tragen kommen.

Eine materialcharakteristische Kennlinie nach Anspruch 7 ermöglicht eine eindeutige Ermittlung der Materialreststärke eines Schweißpunktes und damit des Eindrucks, der an dem Schweißpunkt aufgrund der Schweißzange entstanden ist. Für die Untersuchung der Materialverbindung wird im Voraus die materialcharakteristische Kennlinie für die zu untersuchende Materialkombination der Fügepartner ermittelt. Die materialcharakteristi- sehe Kennlinie stellt eine nichtlineare Abhängigkeit zwischen dem Spitzenwert der Wärmeflussdynamik und der Materialreststärke eines Schweißpunktes dar. Die Daten für die Kennlinie werden an verschiedenen Referenz- Schweißpunkten der gleichen Materialkombination gewonnen, wobei die Referenz- Schweißpunkte unterschiedliche Materialreststärken aufweisen. Die durchgehende und zerstreuende Komponente des Wärmeflusses spielen bei der Ermittlung der Materialreststärke unterschiedliche Rollen. Sofern die Materialreststärke eines Schweißpunktes klein ist, wird die durchgehende Komponente des Wärmeflusses den Spitzenwert der Wärmeflussdynamik bestimmen. Bei einer Vergrößerung der Materialrest- stärke wird die zerstreuende Komponente des Wärmeflusses mehr an Bedeutung gewinnen. Der im Bereich der Schweißlinse gemessene Spitzenwert der Wärmeflussdynamik kann somit zur Ermittlung der Materialreststärke verwendet werden. Der Spitzenwert der Wärmeflussdynamik entspricht dem maximalen Schwellwert, der im Bereich der Schweißlinse des Schweißpunktes gemessen wird. Die Materialreststärken der Referenz- Schweißpunkte werden mit einer unabhängigen Methode gemessen.

Ein Vergleich mit einem ersten Grenzwert nach Anspruch 8 ermöglicht die Detektierung von Löchern. Ein zu hoher Wert der Wärmeflussdynamik

weist darauf hin, dass der Schweißpunkt ein Loch aufweist. Der erste Grenzwert wird erfahrungsgemäß ermittelt.

Ein Vergleich mit einem zweiten Grenzwert nach Anspruch 9 ermöglicht die Detektierung von Hohlräumen. Ein zu niedriger Wert der Wärmeflussdynamik weist darauf hin, dass die Schweißlinse einen Hohlraum enthält. Eine derartige Schweißlinse wird als ausgebrannte Schweißlinse bezeichnet. Der zweite Grenzwert wird erfahrungsgemäß ermittelt.

Eine Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 10 ermöglicht ein gezieltes Suchen nach Oberflächenbeschädigungen in dem Bereich der detek- tierten Schweißlinse. Die Begrenzung des Fehlersuchbereiches auf den Bereich der Schweißlinse schützt das Verfahren vor falschen Ergebnissen. Das weitere Bild kann beispielsweise eines der erfassten Thermobilder oder ein weiteres Ergebnisbild sein. Als Ergebnisbild kann beispielsweise ein Amplitudenbild, das mit der Infrarot-Lock-In-Thermographie gewonnen wird, verwendet werden. Das Amplitudenbild zeigt die Amplitude der thermischen Wellen durch den Scheißpunkt. Die detektierten Fehler ermöglichen je nach ihrer Herkunft, Größe und Position sowie ihrer Kombination eine Klassifizierung und somit eine eindeutige Beurteilung der Qualität des Schweißpunktes. Weiterhin können die Ursachen des fehlerhaften Schweißpunktes festgestellt und zurück verfolgt werden, so dass eine statische Beurteilung des gesamten Schweißprozesses als Basis für eine Qualitätssicherung möglich ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch eine als Schweißpunkt ausgebildete Materialverbindung,

Fig. 2 eine Darstellung einer eindimensionalen Verteilung einer Wärme- flussdynamik durch den Schweißpunkt,

Fig. 3 eine Darstellung eines ersten Merkmalsvektors, der einen Umfang von zu untersuchenden Bereichen in Abhängigkeit der Wärmeflussdynamik darstellt,

Fig. 4 eine Darstellung eines zweiten Merkmalsvektors, der einen Umfang von zu untersuchenden Bereichen in Abhängigkeit der Wärmeflussdynamik darstellt, und

Fig. 5 eine materialcharakteristische Kennlinie, die einen Spitzenwert der Wärmeflussdynamik in Abhängigkeit einer Materialreststärke darstellt.

Ein Prüfling 1 weist einen ersten Fügepartner 2 und einen zweiten Füge- partner 3 auf, die durch eine Materialverbindung 4 miteinander verbunden sind. Die Fügepartner 2, 3 können aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien mit einer gleichen oder unterschiedlichen Materialdicke ausgebildet sein. Die Materialverbindung 4 ist als Schweißpunkt ausgebildet. Nachfolgend wird die Materialverbindung als Schweißpunkt 4 bezeichnet.

Der Schweißpunkt 4 bildet eine Zwei-Bereich-Verbindung aus, die aus einer geschmolzenen Zone 5 und einer um diese herum liegenden nicht geschmolzenen Zone 6 besteht. Zwischen der geschmolzenen Zone 5 und der nicht geschmolzenen Zone 6 liegt eine Grenze 7, die die geschmolzene Zo-

ne 5 begrenzt und von der nicht geschmolzenen, aber noch haftenden Zone 6 abgrenzt. Die geschmolzene Zone wird nachfolgend als Schweißlinse 5 und die nicht geschmolzene Zone als Schweißkleber 6 bezeichnet. An gegenüberliegenden Seiten des Prüflings 1 sind eine Anregungsquelle 8 und ein Infrarotsensor 9 angeordnet.

Der Prüfling 1 und der zu untersuchende Schweißpunkt 4 werden mittels der Anregungsquelle 8 impulsartig angeregt. Es entsteht ein Wärmefluss 10, der aus einer durchgehenden Komponente 11 und einer zerstreuenden Komponente 12 besteht. Die zerstreuende Komponente 12 wird auch als dissipative Komponente bezeichnet. Die durchgehende Komponente 11 des Wärmeflusses 10 wird mittels des Infrarotsensors 9 in einer Serie von hintereinander aufgenommenen Thermobildern erfasst.

Der Schweißpunkt 4 weist an jedem Fügepartner 2, 3 einen Eindruck 13 auf. Die Eindrücke 13 entstehen aufgrund einer Schweißzange, die bei der Herstellung des Schweißpunktes 4 verwendet wird. Die Eindrücke 13 definieren eine Materialreststärke M.

Zur Auswertung der erfassten Serie von Thermobilder ist eine Recheneinheit 14 vorgesehen, die mit der Anregungsquelle 8 und dem Infrarotsender 9 in Verbindung steht. Aus der Serie von Thermobildern werden Ergebnisbilder verschiedener Typen gewonnen. Ein Ergebnisbild in Form eines Phasenbildes stellt die Wärmeflussdynamik W durch den Schweißpunkt 4 dar. Die Wärmeflussdynamik W beschreibt die örtlichen Geschwindigkeitsunterschiede des Wärmeflusses 10 durch den Schweißpunkt 4 und stellt somit die örtlichen Wärmeleitfähigkeitsunterschiede dar.

Fig. 2 zeigt eine eindimensionale Verteilung 15 der Wärmeflussdynamik W entlang einer Querschnittskoordinate x. Die Wärmeflussdynamik W weist grundsätzlich eine zweidimensionale Verteilung auf. Diese entspricht qualitativ der eindimensionalen Verteilung 15, jedoch kann die zweidimen- sionale Verteilung im Allgemeinfall entsprechend der Geometrie des Schweißpunktes 4 unsymmetrisch und unregelmäßig sein.

Die zweidimensionale Verteilung der Wärmeflussdynamik W wird maßgeblich von der Geometrie des Schweißpunktes 4 bestimmt. Die Geometrie des Schweißpunktes 4 ist von den Eindrücken 13 der Schweißzange eingeprägt. Nachfolgend wird die eindimensionale Verteilung 15 der Wärme- flussdynamik W genauer beschrieben. Um die Schweißlinse 5 korrekt de- tektieren zu können, muss jedoch die zweidimensionale Verteilung der Wärmeflussdynamik W ausgewertet werden, wobei die nachfolgenden Ausführungen für die zweidimensionale Verteilung entsprechend gelten.

Die Wärmeflussdynamik W weist in einem Zentrum des Schweißpunktes 4 einen Spitzenwert auf, wobei die Wärmeflussdynamik W ausgehend von diesem Spitzenwert zu der Peripherie des Schweißpunktes 4 hin abfällt. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Grenze 7 zwischen der Schweißlinse 5 und dem Schweißkleber 6 eine zusätzliche lokale Abschwächung der Wärmeflussdynamik W verursacht, wobei unmittelbar nach dieser Grenze wieder eine höhere Wärmeflussdynamik W auftritt. Dieser Effekt führt zur Bildung eines Intensitätswulstes 16, der in Fig. 2 für die eindi- mensionale Verteilung 15 der Wärmeflussdynamik W dargestellt ist. Der Effekt des Ausbildens eines Intensitätswulstes 16 kann um die Schweißlinse 5 herum unsymmetrisch und unregelmäßig sein, weshalb zur korrekten Detektierung der Schweißlinse 5 die zweidimensionale Verteilung der Wärmeflussdynamik W ausgewertet werden muss.

Zur Detektierung der Schweißlinse 5 wird zunächst ein minimaler Schwellwert W _mln ermittelt. Der minimale Schwellwert W _min liegt oberhalb der Wärmeflussdynamik W eines Bildhintergrundes H. Der minimale Schwellwert W _mm wird aus einem Referenzbereich R der Wärmeflussdynamik W des Bildhintergrundes H ermittelt, der sicher dem Bildhintergrund H zugehört.

Weiterhin wird ein maximaler Schwellwert W _max ermittelt, der dem Spit- zenwert der Wärmeflussdynamik W durch den Schweißpunkt 4 entspricht. Der maximale Schwellwert W _max wird aus einem Testbereich T ermittelt, der sich mittig in einem Bereich S befindet, der die oberhalb des minimalen Schwellwertes W _min liegenden Werte der Wärmeflussdynamik W erfasst. Der maximale Schwellwert W _max ist ein Mittelwert der Werte der Wärme- flussdynamik W aus dem Testbereich T.

Alternativ kann der maximale Schwellwert W _max aus mehreren Testbereichen T gleicher Größe ermittelt werden, wobei sich die Testbereiche T relativ zueinander verschoben in dem Bereich S befinden und zu jedem Test- bereich T ein Mittelwert der Werte der Wärmeflussdynamik W aus dem Testbereich T ermittelt wird. Der maximale Schwellwert W _max ist der maximale Wert dieser Mittelwerte.

Zur Detektierung der Schweißlinse 5 wird ein dynamischer Schwellwert W _dyn zwischen dem minimalen Schwellwert W _min und dem maximalen

Schwellwert W _max variiert. Die variierten dynamischen Schwell werte werden mit W _dyn , bezeichnet, wobei i = 1 bis n ist. Der dynamische Schwellwert W _dyn wird mit einer Schrittweite δW _dyn variiert. Das bedeutet, dass zwei aufeinander folgende dynamische Schwellwerte W _dyn , und W _dyn ,+ι

um die Schrittweite δW _dyn voneinander beabstandet sind. Die optimale Schrittweite δW _dyn kann iterativ ermittelt werden.

Zu jedem dynamischen Schwellwert W _dynj , wird ein zugehöriger Bereich B ₁ der Wärmeflussdynamik W durch den Schweißpunkt 4 ermittelt, wobei der Bereich B ₁ die oberhalb des dynamischen Schwellwertes W _dyn , liegenden Werte der Wärmeflussdynamik W erfasst. Jeder Bereich B ₁ weist einen zugehörigen Umfang U ₁ auf, der ermittelt und in einem Merkmalsvektor erfasst wird. Alle Bereiche B werden anschließend hinsichtlich einer sprunghaften Umfangsänderung δU untersucht. Wird der dynamische Schwellwert W _dyn zwischen dem maximalen Schwellwert W _max und dem minimalen Schwellwert W _mm variiert, so findet eine sprungartige Vergrößerung des Umfangs U statt, wenn ein zu untersuchender Bereich B die Grenze 7 zwischen der Schweißlinse 5 und dem Schweißkleber 6 über- quert. Fig. 2 zeigt einen Bereich B ₁ mit einem Umfang U ₁ , wobei der Bereich B, die Grenze 7 noch nicht überschritten hat. Weiterhin zeigt Fig. 2 einen Bereich B ₁₊₁ mit einem Umfang U _1+J , wobei der Bereich B _1+I die Grenze 7 bereits überschritten hat. Der Bereich B _1+I schließt somit ein Stück des Schweißklebers 6 ein. Das eingeschlossene Stück des Schweiß- klebers 6 weist eine höhere Wärmeflussdynamik W auf, als die Grenze 7. Der Bereich B ₁ ist somit der größte Bereich, der die Grenze 7 noch nicht überschritten hat und somit keinen Teil des Schweißklebers 6 umfasst. Der Bereich B ₁ entspricht somit im Wesentlichen der Schweißlinse 5. Die Position und die Größe der Schweißlinse 5 kann somit anhand des Bereichs B ₁ und dessen zugehörigen Umfang U ₁ bewertet werden.

Der sprunghaften Umfangsänderung δU kann je nach Zustand der Außenkontur der zu untersuchenden Bereiche B eine rasche Umfangsänderung nach unten - wie in Fig. 4 dargestellt ist - oder eine weitere Steigerung des

Umfangs U - wie in Fig. 3 dargestellt ist - folgen. Dies geht aus dem Pois- sonschen Effekt (Gerthsen Physik, 23. Auflage, S. 130 ff, Springer- Verlag, 2006) hervor, dass ein Objekt mit einer stark entwickelten Außenkontur bei einem Zuwachs seiner Fläche die vorhandenen Konturabweichungen von einem idealen Kreis entweder schließen oder weiter ausbauen kann.

Schließen sich bei einer Vergrößerung des Objekts diese Abweichungen, wird sich der Umfang verkleinern. Wenn die Abweichungen im Wesentlichen geschlossen sind, wird sich der Umfang des Objekts wieder stetig vergrößern.

Die sprunghafte Umfangsänderung δU der zu untersuchenden Bereiche B kann mit Hilfe von Standardmethoden der Signal- und Bildverarbeitung ermittelt werden. Somit kann eine unsymmetrische und unregelmäßige Bildung des Intensitätswulstes 16 um die Schweißlinse 5 herum detektiert werden. Eine dynamische und adaptive und damit automatische Detektie- rung der Schweißlinse 5 ist somit gewährleistet.

Der Spitzenwert der Wärmeflussdynamik W, der als maximaler Schwellwert W _max ermittelt wurde, kann für eine berührungslose und zerstörungs- freie Prüfung der Materialreststärke M in dem Schweißpunkt 4 verwendet werden. Zur Ermittlung der Materialreststärke M wird für die zu untersuchenden Fügepartner 2, 3 in der zu untersuchenden Materialkombination im Voraus eine materialcharakteristische Kennlinie K ermittelt. Die Kennlinie K wird an Referenz- Schweißpunkten ermittelt, die unterschiedliche Materialreststärken aufweisen, wobei die Referenz-Schweißpunkte entsprechende Fügepartner 2, 3 miteinander verbinden, die auch später zu untersuchen sind. Zu jedem Referenz-Schweißpunkt wird eine Materialreststärke M mittels eines unabhängigen Verfahrens gemessen. Weiterhin wird zu jedem Referenz-Schweißpunkt ein Spitzenwert der Wärmeflussdynamik

W gemessen. Die Kennlinie K beschreibt die nichtlineare Abhängigkeit zwischen dem Spitzenwert der Wärmeflussdynamik W und der Materialreststärke M.

Durch die Kennlinie K kann die Materialreststärke M des zu untersuchenden Schweißpunktes 4 und der an dem Schweißpunkt 4 entstandenen Eindrücke 13 einer Schweißzange untersucht werden. Der maximale Schwellwert W _max des zu untersuchenden Schweißpunktes 4 wird mit einem ersten Grenzwert Gj verglichen, wobei ein überschreiten dieses Grenzwertes Gj darauf hinweist, dass der Schweißpunkt 4 ein Loch aufweist. Weiterhin wird der maximale Schwellwert W _max des zu untersuchenden Schweißpunktes 4 mit einem zweiten Grenzwert G ₂ verglichen, wobei ein Unterschreiten dieses Grenzwertes G ₂ darauf hinweist, dass der Schweißpunkt 4 einen Hohlraum aufweist. Die Grenzwerte Gi, G ₂ werden erfahrungsgemäß ermittelt.

Außerdem können verschiedene Oberflächenbeschädigungen des Schweißpunktes 4 detektiert und ausgewertet werden. Die Detektierung und Auswertung von Oberflächenbeschädigungen erfolgt in dem detektierten Be- reich B; der Schweißlinse 5. Für die Detektierung von Oberflächenbeschädigungen wird ein weiteres Bild genutzt, das über ein gleiches Koordinatensystem verfügt, wie das Ergebnisbild mittels dem die Schweißlinse 5 detektiert wurde. Ein derartiges Bild kann beispielsweise ein Thermobild oder ein Amplitudenbild sein, das mittels Infrarot-Lock-In-Thermographie (Theory and Practice of Infrared Technology for Nondestructive Testing, Xavier P. V. Maldague, John Wiley and Sons, Inc., 2001) ermittelt wird. Dadurch, dass die Fehlersuche auf den Bereich Bj der Schweißlinse 5 begrenzt ist, wird das Verfahren vor falschen Ergebnissen geschützt. Die Grenze 7 zwischen der Schweißlinse 5 und dem Schweißkleber 6 wird

beispielsweise nicht als Fehler erkannt. Die Auswertung und Fehlerdetek- tierung kann mit Hilfe von Standardmethoden der Signal- und Bildverarbeitung durchgeführt werden.

Die detektierten Schweißpunktfehler können je nach ihrer Herkunft, Größe und Position sowie ihrer Kombination zu einer Klassifizierung des Schweißpunktes 4 herangezogen werden. Dies erlaubt eine eindeutige Beurteilung der Qualität des zu untersuchenden Schweißpunktes 4.

Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet eine automatische, berührungslose und zerstörungsfreie Prüfung eines Schweißpunktes 4 unter industriellen Bedingungen. Es wird eine umfassende Fehlererkennung ermöglicht, die eine eindeutige und zuverlässige Klassifizierung des zu untersuchenden Schweißpunktes 4 sicherstellt.