DE102023114825A1

DE102023114825A1 - Process arrangement and method for producing an assembly

Info

Publication number: DE102023114825A1
Application number: DE102023114825.7A
Authority: DE
Inventors: Jan-Oliver Brassel; Jochen Rintelmann; Frank Stohler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2023-06-06
Filing date: 2023-06-06
Publication date: 2024-12-12
Also published as: WO2024251594A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Prozessanordnung mit einem Schweißgerät (5) und mit einer zu verschweißenden Baugruppe (6), bestehend aus einem dem Schweißgerät (5) zugewandten oberen Werkstück (1) und einem vom Schweißgerät (5) abgewandten unteren Werkstück (3), wobei mit dem Schweißgerät (5) eine Lochschweißnaht (4) durch das überlappende obere Werkstück (1) in das untere Werkstück (3) schweißbar ist, und wobei das Schweißgerät (5) in einem Steuer-/Regelkreis (R) eingebunden ist, in dem eine elektronische Steuereinheit (15) in Abhängigkeit von einer Sollvorgabe (z), insbesondere Soll-Nahtdicke, das Schweißgerät (5) mit einem Stellsignal (y) ansteuert. Erfindungsgemäß ist die Prozessanordnung ein selbstlernendes System, bei dem die Sollvorgabe (z) in einem dem Schweißvorgang prozesstechnisch vorgeschalteten Anlernprozess ermittelbar ist.The invention relates to a process arrangement with a welding device (5) and with an assembly (6) to be welded, consisting of an upper workpiece (1) facing the welding device (5) and a lower workpiece (3) facing away from the welding device (5), wherein a plug weld seam (4) can be welded through the overlapping upper workpiece (1) into the lower workpiece (3) using the welding device (5), and wherein the welding device (5) is integrated in a control/regulation circuit (R) in which an electronic control unit (15) controls the welding device (5) with a control signal (y) depending on a target specification (z), in particular target seam thickness. According to the invention, the process arrangement is a self-learning system in which the target specification (z) can be determined in a learning process that precedes the welding process.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prozessanordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 oder nach Anspruch 9.The invention relates to a process arrangement and a method for producing an assembly according to the preamble of claim 1 or claim 9.

In der Serienfertigung von Automobilkarosserien sind mittels Industrielaser durchgeführte Schweiß- oder Lötprozesse etabliert, um zum Beispiel eine Mischbaugruppe aus einem Metallgussteil und einem Metallblechteil zu fügen.In the series production of automobile bodies, welding or soldering processes carried out using industrial lasers are established, for example to join a mixed assembly consisting of a cast metal part and a sheet metal part.

Eine gattungsgemäße Prozessanordnung weist ein Schweißgerät auf, mittels dem Fügepartner über eine als Schweißnaht ausgebildete Verbindungsnaht miteinander stoffschlüssig verbindbar sind. Das Schweiß- oder Lötgerät ist in einem Regelkreis eingebunden, in dem eine elektronische Steuereinheit in Abhängigkeit von einer Sollvorgabe einen die Nahtqualität beeinflussenden Nahtparameter des Schweiß- oder Lötgeräts einstellt. Der Regelkreis weist zum Beispiel einen optischen Sensor zur foto-optischen Erfassung eines Oberflächenprofils der im Schweiß- oder Lötvorgang gebildeten Verbindungsnaht auf. Dieser Sensor erzeugt einen Istwert, der in der elektronischen Steuereinheit mit einer Sollvorgabe verglichen wird. Aus dem Vergleich zwischen Istwert und Sollvorgabe ermittelt die Steuereinheit einen Stellwert, mit dem das Schweißgerät ansteuerbar ist.A generic process arrangement has a welding device with which joining partners can be connected to one another in a material-locking manner via a connecting seam designed as a weld seam. The welding or soldering device is integrated into a control circuit in which an electronic control unit sets a seam parameter of the welding or soldering device that influences the seam quality depending on a target specification. The control circuit has, for example, an optical sensor for photo-optical detection of a surface profile of the connecting seam formed in the welding or soldering process. This sensor generates an actual value that is compared with a target specification in the electronic control unit. From the comparison between the actual value and the target specification, the control unit determines a control value with which the welding device can be controlled.

Mit Hilfe des optischen Sensors erfolgt eine 2D-Erfassung der Verbindungsnaht-Oberfläche, so dass lediglich äußere Qualitätsmerkmale der Verbindungsnaht in die Regelung einfließen.The optical sensor is used to capture a 2D image of the connecting seam surface, so that only external quality characteristics of the connecting seam are taken into account in the control system.

Aus der DE 10 2015 016 513 B4 ist eine Prozessanordnung mit einem Schweißgerät bekannt, mit dessen Hilfe eine Bauteilverbindung herstellbar ist, deren Fügepartner über eine Verbindungsnaht miteinander verbunden sind. Das Schweiß- oder Lötgerät ist in einem Regelkreis eingebunden. Der Regelkreis weist für eine Istwert-Erfassung ein Röntgengerät auf, das mittels Durchstrahlung der Fügezone die inneren Qualitätsmerkmale der Verbindungsnaht erfasst und daraus einen Istwert ermittelt.From the DE 10 2015 016 513 B4 A process arrangement with a welding device is known, with the help of which a component connection can be made, the joining partners of which are connected to one another via a connecting seam. The welding or soldering device is integrated into a control circuit. The control circuit has an X-ray device for actual value recording, which records the internal quality characteristics of the connecting seam by radiating the joining zone and uses this to determine an actual value.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Prozessanordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Bauteilverbindung bereitzustellen, die im Vergleich zum Stand der Technik ein verbessertes Schweißergebnis mit reduziertem Energieaufwand ermöglicht.The object of the invention is to provide a process arrangement and a method for producing a component connection which, compared to the prior art, enables an improved welding result with reduced energy consumption.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 9 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of claim 1 or 9. Preferred developments of the invention are disclosed in the subclaims.

Die Erfindung geht von einer Prozessanordnung mit einem Schweißgerät und mit einer zu verschweißenden Baugruppe aus. Die Baugruppe weist ein, dem Schweißgerät zugewandtes oberes Werkstück und ein vom Schweißgerät abgewandtes unteres Werkstück auf. Mit dem Schweißgerät wird eine Lochschweißnahtverbindung erzeugt, bei der das Schweißgerät eine Lochschweißnaht durch das überlappende obere Werkstück in das untere Werkstück schweißt. Das Schweißgerät bewegt sich dabei während des Schweißprozesses in einer Schweißrichtung entlang einer Schweißbahn. Das Schweißgerät ist in einem Steuer-/Regelkreis eingebunden, in dem eine elektronische Steuereinheit in Abhängigkeit von einer Sollvorgabe, insbesondere Soll-Nahtdicke, das Schweißgerät mit einem Stellsignal ansteuert.The invention is based on a process arrangement with a welding device and with an assembly to be welded. The assembly has an upper workpiece facing the welding device and a lower workpiece facing away from the welding device. The welding device is used to create a plug weld connection in which the welding device welds a plug weld through the overlapping upper workpiece into the lower workpiece. During the welding process, the welding device moves in a welding direction along a welding path. The welding device is integrated into a control/regulation circuit in which an electronic control unit controls the welding device with a control signal depending on a target specification, in particular target seam thickness.

Eine Lochschweißnahtverbindung kann problematisch sein, wenn das vom Schweißgerät abgewandte, untere Werkstück entlang der Schweißbahn eine komplexe Bauteilgeometrie aufweist, zum Beispiel Freiräume an der Kontaktfläche zum oberen Werkstück, und/oder unterschiedliche Materialstärken entlang der Schweißbahn. Derart komplexe Bauteilgeometrien des unteren Werkstückes sind von einem, zum Beispiel am Schweißgerät angeordneten foto-optischen Sensor nicht erfassbar; dieser kann lediglich die äußeren, sichtbaren Qualitätsmerkmale der Lochschweißnaht-Oberfläche erfassen.A plug weld connection can be problematic if the lower workpiece facing away from the welding device has a complex component geometry along the welding path, for example, free spaces on the contact surface with the upper workpiece, and/or different material thicknesses along the welding path. Such complex component geometries of the lower workpiece cannot be detected by a photo-optical sensor, for example one arranged on the welding device; this can only detect the external, visible quality characteristics of the plug weld surface.

Im Stand der Technik wird beim Lochschweißnahtschweißen daher die Sollvorgabe (insbesondere Nahtdicke bzw. Einschweißtiefe) ausreichend groß bemessen, damit für die entlang der Schweißbahn variierende Bauteilgeometrie des unteren Werkstücks stets eine Nahtsicherheit gewährleistet ist, und zwar selbst bei für das Schweißergebnis ungünstiger Bauteilgeometrie des unteren Werkstücks. Eine solche übermäßig große Sollvorgabe (zum Beispiel Soll-Nahtdicke bzw. Einschweißtiefe) ist jedoch mit einem übermäßig hohen Schweißenergieaufwand verbunden.In the current state of the art, the target specification (in particular the seam thickness or welding depth) for plug weld welding is therefore set sufficiently large so that the seam is always secure for the component geometry of the lower workpiece that varies along the welding path, even if the component geometry of the lower workpiece is unfavorable for the welding result. However, such an excessively large target specification (for example the target seam thickness or welding depth) is associated with an excessively high welding energy expenditure.

In Abkehr davon ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 die Prozessanordnung ein selbstlernendes System, bei dem die Sollvorgabe in einem dem Schweißvorgang prozesstechnisch vorgeschalteten Anlernprozess ermittelt wird. Dem Steuer-/Regelkreis wird daher nicht mehr (wie im Stand der Technik) eine übermäßig Sollvorgabe bereitgestellt. Vielmehr wird im erfindungsgemäßen Anlernprozess die Sollvorgabe in Abhängigkeit von der entlang der Schweißbahn variierenden Bauteilgeometrie des unteren Werkstückes angepasst. Dadurch wird die Sollvorgabe (das heißt Soll-Nahtdicke bzw. Einschweißtiefe) - und damit auch der damit korrelierende Schweißenergieverbrauch - im Vergleich zum Stand der Technik gesenkt, ohne die Nahtsicherheit zu beeinträchtigen.In contrast to this, according to the characterizing part of claim 1, the process arrangement is a self-learning system in which the target specification is determined in a learning process that precedes the welding process. The control/regulating circuit is therefore no longer provided with an excessive target specification (as in the prior art). Rather, in the learning process according to the invention, the target specification is adapted depending on the component geometry of the lower workpiece, which varies along the welding path. As a result, the target specification (i.e. target seam thickness or welding depth) - and thus also the welding energy consumption that correlates with it - is reduced to the state of the art without compromising seam security.

Zur Durchführung des Anlernprozesses kann die Prozessanordnung eine Radiometrievorrichtung aufweisen, die eine Prüfung der zu verschweißenden Fügezone mittels Durchstrahlung durchführt. Die Radiometrievorrichtung kann eine Röntgen- oder Gammastrahlung erzeugende Strahlungsquelle und einen bildgebenden Erfassungsbaustein aufweisen. Die Strahlungsquelle wird bei der 3D-Erfassung der zu verschweißenden Fügezone als eine Durchlichtstrahlungsquelle eingesetzt, die den Fügebereich komplett durchleuchtet. Mit Hilfe des bildgebenden Erfassungsbausteins wird von der durchleuchteten Fügezone ein Strahlungsintensitätsbild erzeugt. Ein Auswertebaustein der Radiometrievorrichtung ermittelt unter Auswertung des Strahlungsintensitätsbildes die Sollvorgabe.To carry out the learning process, the process arrangement can have a radiometry device that carries out a test of the joining zone to be welded by means of irradiation. The radiometry device can have a radiation source that generates X-rays or gamma radiation and an imaging detection module. The radiation source is used in the 3D detection of the joining zone to be welded as a transmitted light radiation source that completely illuminates the joining area. With the help of the imaging detection module, a radiation intensity image is generated of the illuminated joining zone. An evaluation module of the radiometry device determines the target specification by evaluating the radiation intensity image.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann in dem Regelkreis ein fotooptischer Sensor eingebunden sein. Der Sensor kann als Istwert ein Oberflächenprofil (zum Beispiel eine Schweißnaht-Aufwölbung) der im Schweißvorgang gebildeten Lochschweißnaht foto-optisch erfassen. Die elektronische Steuereinheit des Regelkreises kann einen Vergleicherbaustein aufweisen, der auf der Grundlage eines Soll/Istwert-Vergleichs das Stellsignal erzeugt, mit dem das Schweißgerät während des Schweißvorgangs ansteuerbar ist, zum Beispiel um die Laserleistung zu erhöhen oder zu reduzieren.In a preferred embodiment, a photo-optical sensor can be integrated into the control loop. The sensor can photo-optically detect a surface profile (for example a weld seam bulge) of the weld seam formed during the welding process as an actual value. The electronic control unit of the control loop can have a comparator module which, on the basis of a target/actual value comparison, generates the control signal with which the welding device can be controlled during the welding process, for example to increase or reduce the laser power.

In einer ersten Ausführungsvariante kann der Anlernprozess zur Ermittlung der Sollvorgabe während der Schweißoperation permanent durchgeführt werden. In diesem Fall findet also der Anlernprozess unmittelbar während des Schweißvorganges statt; das heißt, dass die Radiometrievorrichtung die zu verschweißende Fügezone während des Schweißvorgangs durchleuchtet, woraus ein Strahlungsintensitätsbild erzeugt wird, aus dem Sollvorgabe ermittelbar ist.In a first embodiment, the learning process for determining the target specification can be carried out continuously during the welding operation. In this case, the learning process takes place directly during the welding process; this means that the radiometric device illuminates the joining zone to be welded during the welding process, which creates a radiation intensity image from which the target specification can be determined.

Alternativ dazu kann die Prozessanordnung eine Röntgenstation und eine prozesstechnisch nachgeschaltete Schweißstation aufweisen. In diesem Fall ergibt sich der folgende Prozessverlauf: In einem ersten Prozessschritt werden die zu verschweißenden Werkstücke zueinander lagerichtig in einer Schweißposition vorpositioniert. Anschließend folgt ein zweiter Prozessschritt, in dem die Baugruppe zur Röntgenstation transferierbar ist. In der Röntgenstation findet der Anlernprozess statt, aus dem die Sollvorgabe für den nachfolgenden Schweißprozess ermittelt wird. Im dritten Prozessschritt wird die Baugruppe zur Schweißstation transferiert, in der der Schweißvorgang in Abhängigkeit von der Sollvorgabe durchführbar ist.Alternatively, the process arrangement can have an X-ray station and a welding station connected downstream of the process. In this case, the following process sequence results: In a first process step, the workpieces to be welded are pre-positioned in a welding position in the correct position relative to one another. This is followed by a second process step in which the assembly can be transferred to the X-ray station. The learning process takes place in the X-ray station, from which the target specification for the subsequent welding process is determined. In the third process step, the assembly is transferred to the welding station, in which the welding process can be carried out depending on the target specification.

In einer bevorzugten Weiterbildung kann der Prozessanordnung eine Simulationseinheit zugeordnet sein, die ein Berechnungsmodell der Baugruppe erzeugt, mittels dem in einer Festigkeitsberechnung die Bauteilsicherheit der Baugruppe berechnet wird. Im Fahrzeugbau kann beispielhaft die Crashsicherheit der Baugruppe berechnet werden. Erfindungsgemäß kann die Simulationseinheit in Signalverbindung mit der Radiometrievorrichtung sein. In diesem Fall kann die Berechnung der Bauteilsicherheit auf der Grundlage des in der Radiometrievorrichtung erzeugten Strahlungsintensitätsbildes durchgeführt werden, insbesondere auf der Grundlage der vom Auswertebaustein ermittelten Sollvorgabe. Beispielhaft kann die Sollvorgabe eine Soll-Nahtdicke sein. In diesem Fall wird die Soll-Nahtdicke für die Festigkeitsberechnung in der Simulationseinheit zugrunde gelegt.In a preferred development, the process arrangement can be assigned a simulation unit that generates a calculation model of the assembly, by means of which the component safety of the assembly is calculated in a strength calculation. In vehicle construction, for example, the crash safety of the assembly can be calculated. According to the invention, the simulation unit can be in signal connection with the radiometry device. In this case, the calculation of the component safety can be carried out on the basis of the radiation intensity image generated in the radiometry device, in particular on the basis of the target specification determined by the evaluation module. For example, the target specification can be a target seam thickness. In this case, the target seam thickness is used as the basis for the strength calculation in the simulation unit.

Das Schweißgerät kann als ein Laserschweißgerät realisiert sein, das die Werkstücke mittels der Lochschweißnaht verbindet. Die erzeugte Baugruppe kann eine Mischbaugruppe sein, bei der das obere Werkstück ein Metallblechteil ist, während das untere Werkstück ein Metallgussteil ist.The welding device can be implemented as a laser welding device that connects the workpieces by means of the plug weld. The assembly produced can be a mixed assembly in which the upper workpiece is a sheet metal part while the lower workpiece is a metal casting part.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.Embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying figures.

Es zeigen:

1 bis 3 jeweils unterschiedliche Darstellungen; anhand derer die Prozessanordnung sowie das Verfahren zur Herstellung bei einer Baugruppe veranschaulicht sind.

They show:

1 to 3 each with different representations; which illustrate the process arrangement and the method of manufacturing an assembly.

In der 1 ist eine fertiggestellte Mischbaugruppe 6 in Schnittdarstellung gezeigt, bei der ein oberes Werkstück 1 ein Metallblechteil ist, während ein unteres Werkstück 3 ein Metallgussteil ist. Das obere Metallblechteil 1 ist in einem Laserschweißprozess (2 oder 3) mittels einer Lochschweißnaht 4 mit dem unteren Metallgussteil 3 verschweißt worden.In the 1 a finished mixed assembly 6 is shown in section, in which an upper workpiece 1 is a sheet metal part, while a lower workpiece 3 is a metal casting part. The upper sheet metal part 1 is welded in a laser welding process ( 2 or 3 ) has been welded to the lower metal casting 3 by means of a plug weld 4.

Gemäß der 1 weist das untere Metallgussteil 3 entlang der Schweißbahn eine komplexe Bauteilgeometrie auf; d.h. Freiräume 7 an der Kontaktfläche zum oberen Metallblechteil 1, die über Materialdome 9 voneinander beabstandet sind. Die Materialdome 9 sind in Schweißverbindung mit dem Metallblechteil 1. Beispielhaft können die Freiräume 7 Kühlmittelkanäle sein, die über die Materialdome 9 sowie die Lochschweißnaht 4 voneinander fluiddicht getrennt sind. Im weiteren Verlauf der Lochschweißnaht 4 (das heißt in der 1 nach links) variieren die Materialstärken s₁ bis s₄ des unteren Metallgussteils 3.According to the 1 the lower metal casting 3 has a complex component geometry along the welding path; ie free spaces 7 on the contact surface to the upper metal sheet part 1, which are spaced apart from each other via material domes 9. The material domes 9 are welded to the metal sheet part 1. For example, the free spaces 7 can be coolant channels, which are separated from each other in a fluid-tight manner via the material domes 9 and the hole weld 4. In the further course of the hole weld 4 (i.e. in the 1 to the left) the material thicknesses s ₁ to s ₄ of the lower metal casting 3 vary.

In der 1 ist die Nahtdicke d der Lochschweißnaht 4 in Längsrichtung nicht durchgängig konstant, sondern variiert diese in Abhängigkeit von der jeweiligen Bauteilgeometrie des unteren Metallgussteils 3. Die Nahtdicke d ist dabei stets so an die Bauteilgeometrie des unteren Metallgussteils 3 angepasst, dass eine ausreichende Nahtsicherheit gewährleistet ist. Durch die Anpassung der Nahtdicke d an die entlang der Schweißbahn variierende Bauteilgeometrie des unteren Metallgussteils 3 kann der Energieverbrauch des Schweißgerätes 5 auf ein Minimum beschränkt und trotzdem die Nahtsicherheit gewährleistet werden.In the 1 the seam thickness d of the plug weld 4 is not constant throughout in the longitudinal direction, but varies depending on the respective component geometry of the lower metal casting 3. The seam thickness d is always adapted to the component geometry of the lower metal casting 3 in such a way that sufficient seam security is guaranteed. By adapting the seam thickness d to the component geometry of the lower metal casting 3, which varies along the welding path, the energy consumption of the welding device 5 can be kept to a minimum and seam security can still be guaranteed.

Die in der 1 gezeigte Mischbaugruppe 6 ist durch einen Laserschweißprozess herstellbar, wie er in der 2 angedeutet ist. Demnach wird ein von dem Laserschweißgerät 5 erzeugter Laserstrahl 11 in der Schweißrichtung S entlang der Schweißbahn geführt. Im Laserschweißprozess ist es von Bedeutung, eine einwandfreie Lochschweißnahtqualität mit möglichst reduziertem Energieaufwand zu erzeugen. Hierzu ist gemäß der 2 eine Prozessanordnung mit einem Regelkreis R sowie mit einer Radiometrievorrichtung 13 bereitgestellt, mit deren Hilfe der Laserschweißprozess durchführbar ist.The 1 The mixed assembly 6 shown can be manufactured by a laser welding process as described in 2 is indicated. Accordingly, a laser beam 11 generated by the laser welding device 5 is guided in the welding direction S along the welding path. In the laser welding process, it is important to produce a perfect hole weld seam quality with as little energy consumption as possible. For this purpose, according to the 2 a process arrangement with a control loop R and with a radiometry device 13 is provided, with the aid of which the laser welding process can be carried out.

Ein Kern der Erfindung besteht darin, dass dem Laserschweißprozess ein Anlernprozess vorgeschaltet ist. Im Anlernprozess wird eine Sollvorgabe z des Regelkreises R ermittelt, und zwar unter Berücksichtigung der sich entlang der Schweißbahn variierenden Bauteilgeometrie des unteren Metallgussteils 3.A core of the invention is that a learning process is carried out before the laser welding process. In the learning process, a target value z of the control loop R is determined, taking into account the component geometry of the lower metal casting 3, which varies along the welding path.

Wie aus der 2 hervorgeht, besteht der Regelkreis R aus einer elektronischen Steuereinheit 15, dem Schweißgerät 5, einem optischen Sensor 17 sowie einer Sollvorgabeeinheit 19, die in Signalverbindung mit der elektronischen Steuereinheit 15 ist. Im Schweißprozess erfasst der optische Sensor 17 ein Oberflächenprofil, zum Beispiel eine Schweißnaht-Aufwölbung, der im Schweißvorgang gebildeten Lochschweißnaht 4 foto-optisch als Istwert x. Anhand eines Soll-/Istwertvergleiches erzeugt die elektronische Steuereinheit 15 ein Stellsignal y zur Ansteuerung des Laserschweißgeräts 5.As from the 2 As can be seen, the control circuit R consists of an electronic control unit 15, the welding device 5, an optical sensor 17 and a target specification unit 19, which is in signal connection with the electronic control unit 15. During the welding process, the optical sensor 17 photo-optically records a surface profile, for example a weld seam bulge, of the hole weld 4 formed in the welding process as an actual value x. Based on a target/actual value comparison, the electronic control unit 15 generates a control signal y to control the laser welding device 5.

In dem, dem Laserschweißprozess vorgeschalteten Anlernprozess wird mit Hilfe der Radiometrievorrichtung 13 die zu verschweißende Fügezone mittels Durchstrahlung geprüft. Hierzu weist die Radiometrievorrichtung 13 eine Strahlungsquelle 21, die Röntgen- oder Gammastrahlung erzeugt, und einen bildgebenden Erfassungsbaustein 23 auf. Während des Anlernprozesses wird die Strahlungsquelle 21 als Durchlichtstrahlungsquelle eingesetzt, die den Fügebereich durchleuchtet. Der bildgebende Erfassungsbaustein 23 erzeugt von dem durchleuchteten Fügebereich ein Strahlungsintensitätsbild. In einem nachgeschalteten Auswertebaustein 25 wird unter Auswertung des Strahlungsintensitätsbilds die Sollvorgabe z ermittelt, die zur Sollvorgabeeinheit 19 weiterleitbar ist.In the learning process preceding the laser welding process, the joining zone to be welded is checked by means of transmission using the radiometry device 13. For this purpose, the radiometry device 13 has a radiation source 21 that generates X-rays or gamma radiation and an imaging detection module 23. During the learning process, the radiation source 21 is used as a transmitted light radiation source that illuminates the joining area. The imaging detection module 23 generates a radiation intensity image of the illuminated joining area. In a downstream evaluation module 25, the target specification z is determined by evaluating the radiation intensity image, which can be forwarded to the target specification unit 19.

Der Prozessanordnung ist außerdem eine Simulationseinheit 27 zugeordnet, in der ein Berechnungsmodell 26 der Baugruppe 6 erzeugt wird. Anhand des Berechnungsmodells 26 ermittelt die Simulationseinheit 27 die Bauteilsicherheit der Baugruppe 6 durch eine Festigkeitsberechnung. Die Simulationseinheit 27 ist in Signalverbindung mit dem Auswertebaustein 25 der Radiometrievorrichtung 13. Entsprechend kann die Festigkeitsberechnung in der Simulationseinheit 27 auf der Grundlage des von der Radiometrievorrichtung 13 erzeugten Sollvorgabe z, d.h. insbesondere der Soll-Nahttiefe, durchgeführt werden.The process arrangement is also assigned a simulation unit 27 in which a calculation model 26 of the assembly 6 is generated. Using the calculation model 26, the simulation unit 27 determines the component safety of the assembly 6 by means of a strength calculation. The simulation unit 27 is in signal connection with the evaluation module 25 of the radiometry device 13. Accordingly, the strength calculation can be carried out in the simulation unit 27 on the basis of the target specification z generated by the radiometry device 13, i.e. in particular the target weld depth.

In der 3 ist eine Prozessanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt. Alternativ zur 2 weist die Prozessanordnung in der 3 eine Röntgenstation 28 und eine prozesstechnisch nachgeschaltete Schweißstation 29 auf. Der Schweißprozess wird in dieser Prozessanordnung wie folgt durchgeführt: In einem ersten Prozessschritt I werden die zu verschweißenden Werkstücke 1, 3 zueinander lagerichtig in eine Schweißposition vorpositioniert. Anschließend folgt ein zweiter Prozessschritt II, in dem die Baugruppe 6 zur Röntgenstation 28 transferiert wird. In der Röntgenstation 28 findet der Anlernprozess statt, aus dem die Sollvorgabe z für den nachfolgenden Schweißprozess ermittelt wird. Im dritten Prozessschritt III wird die Baugruppe 6 zur Schweißstation 29 transferiert, in der der Schweißvorgang in Abhängigkeit von der Sollvorgabe z durchgeführt ist.In the 3 a process arrangement according to a further embodiment is shown. Alternatively to 2 indicates the process arrangement in the 3 an X-ray station 28 and a downstream welding station 29. The welding process is carried out in this process arrangement as follows: In a first process step I, the workpieces 1, 3 to be welded are pre-positioned in a welding position in the correct position relative to one another. This is followed by a second process step II, in which the assembly 6 is transferred to the X-ray station 28. The learning process takes place in the X-ray station 28, from which the target specification z for the subsequent welding process is determined. In the third process step III, the assembly 6 is transferred to the welding station 29, in which the welding process is carried out depending on the target specification z.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

11: oberes Werkstückupper workpiece
33: unteres Werkstücklower workpiece
44: Lochschweißnahtplug weld
55: Schweißgerätwelding machine
66: Baugruppemodule
77: Freiraumopen space
99: Materialdommaterial dome
1111: Laserstrahllaser beam
1313: Radiometrievorrichtungradiometry device
1515: elektronische Steuereinheitelectronic control unit
1717: optischer Sensoroptical sensor
1919: Sollvorgabeeinheittarget unit
2121: Strahlungsquelleradiation source
2323: bildgebender Erfassungsbausteinimaging acquisition module
2525: Auswertebausteinevaluation module
2626: Berechnungsmodellcalculation model
2727: Simulationseinheitsimulation unit
2828: RöntgenstationX-ray station
2929: Schweißstationwelding station
zz: Sollvorgabetarget specification
yy: Stellwertcontrol value
xx: Istwertactual value
RR: Schweißrichtungwelding direction
SS: Regelkreiscontrol loop
I bis IIII to III: Prozessschritteprocess steps

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10 2015 016 513 B4 [0005]

Claims

Process arrangement with a welding device (5) and with an assembly (6) to be welded, consisting of an upper workpiece (1) facing the welding device (5) and a lower workpiece (3) facing away from the welding device (5), wherein with the welding device (5) a plug weld seam (4) can be welded through the overlapping upper workpiece (1) into the lower workpiece (3), and wherein the welding device (5) is integrated in a control/regulation circuit (R) in which an electronic control unit (15) controls the welding device (5) with an actuating signal (y) depending on a target specification (z), in particular target seam thickness, characterized in that the process arrangement is a self-learning system in which the target specification (z) can be determined in a learning process that precedes the welding process.

Process arrangement according to claim 1 , characterized in that for carrying out the learning process the process arrangement has a radiometry device (13) which carries out an examination of the joining zone to be welded by means of radiation.

Process arrangement according to claim 2 , characterized in that the radiometry device (13) has an imaging detection module (23) which generates a radiation intensity image of the x-rayed joining zone, and an evaluation module (25) which determines the target specification (z) by evaluating the radiation intensity image.

Process arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a sensor (17) is integrated in the control circuit (R), which photo-optically detects a surface profile of the hole weld seam (4) formed in the welding process as the actual value (x), and that the electronic control unit (19) generates the control signal (y) for controlling the welding device (5) from a comparison of the actual value (x) with the target value (z).

Process arrangement according to claim 3 or 4 , characterized in that the process arrangement has an X-ray station (28) and a welding station (29) connected downstream in terms of process technology, and that in - a first process step (I) the workpieces (1, 3) to be welded can be pre-positioned in the correct position relative to one another in a welding position; - a second process step (II) the assembly (6) can be transferred to the X-ray station (28) in which the learning process takes place, from which the target specification (z) for the subsequent welding process can be determined; and - in a third process step (II) the assembly (6) is transferred to the welding station (29) in which the welding process can be carried out depending on the target specification (z).

Process arrangement according to one of the Claims 3 or 4 , characterized in that the learning process takes place during the welding process and that in particular the radiometric device (13) illuminates the joining zone to be welded during the welding process.

Process arrangement according to one of the Claims 3 until 6 , characterized in that the process arrangement has a simulation unit (27) with which the component safety, in particular crash safety, of the assembly (6) can be calculated, and in that in particular the simulation unit (27) is in signal connection with the radiometry device (13), so that the calculation of the component safety is carried out on the basis of the radiation intensity image generated in the radiometry device (13), in particular on the basis of the target specification (z) determined by the evaluation module (25).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the welding device (5) is a laser welding device which connects the workpieces (1, 3) by means of a plug weld seam (4), and/or that the assembly (6) is a mixed assembly in which the upper workpiece (1) is a sheet metal part and the lower workpiece (3) is a cast metal part.

Method for producing an assembly by means of a process arrangement according to one of the preceding claims.