[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

EP2869962A1 - Verfahren zum betrieb einer laserschweissvorrichtung und vorrichtung - Google Patents

Verfahren zum betrieb einer laserschweissvorrichtung und vorrichtung

Info

Publication number
EP2869962A1
EP2869962A1 EP12731313.8A EP12731313A EP2869962A1 EP 2869962 A1 EP2869962 A1 EP 2869962A1 EP 12731313 A EP12731313 A EP 12731313A EP 2869962 A1 EP2869962 A1 EP 2869962A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
welding
variable
change
laser
manipulated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12731313.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Blug
Felix Abt
Leonardo Nicolosi
Andreas Heider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Baden Wuerttemberg Stiftung gGmbH
Original Assignee
Baden Wuerttemberg Stiftung gGmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Baden Wuerttemberg Stiftung gGmbH filed Critical Baden Wuerttemberg Stiftung gGmbH
Publication of EP2869962A1 publication Critical patent/EP2869962A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0626—Energy control of the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0665—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by beam condensation on the workpiece, e.g. for focusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/073—Shaping the laser spot

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a laser welding device for welding workpieces by means of a laser beam, in which method by means of at least one detection means a change in a change associated with the change of at least a first controlled variable of the welding process, optically detectable feature is detected, and by at least one data processing unit based the feature change at least a first manipulated variable for processing by at least one control device is generated. Moreover, the invention relates to an apparatus for carrying out such a method.
  • Such methods for controlling the process energy in welding processes are already known from DE 197 41 329 C1 and from DE 10 2010 013 914 A1 a method for process control in laser welding with high control quality, in which a characteristic optical feature at a certain value of the process energy Transition between two states.
  • seam defects can occur, which correspond to the required properties of the workpiece to be machined, for example. visibly of strength, counteract.
  • a key cause of seam defects are melt losses, which can be caused by migration of the melt into a too large gap or by increased spattering. By means of these melt losses, the load-bearing cross section and thereby the strength of the welded joint can be reduced.
  • melt volume is insufficient to safely bridge a gap occurring between the joining partners to large gap.
  • the problem here is that when a critical gap is exceeded, the melt flows in the upper sheet and the lower sheet separate. Moreover, the entire melt volume from the top sheet can disappear into the gap, so that no more connection exists.
  • a lack of melt volume manifests itself in a so-called suture incision at the seam top bead, ie the surface of the melt zone lowers relative to the surface of the workpiece and thus influences the flatness of the workpiece in the seam area.
  • a welding process should be regulated so that under the given production conditions a uniform strength and flatness of the seam is given.
  • the vapor capillary (also called “keyhole”) can expand so far in the direction of the molten bath that the equilibrium between vapor pressure and surface tension of the melt becomes unstable
  • a hole often occurs as an undesirable defect of the seam, and if no hole is formed, the defects are at least manifested by the surface of the molten bath relative to the surface of the workpiece
  • This seam incidence is an indication of a lack of melt volume.
  • the melt volume is increased by maintaining a constant weld depth perpendicular to the Feed direction a wider area is melted.
  • the gradient (perpendicular to the welding direction, y-direction) increases in the course of the temperature between the surfaces of the molten bath and the workpiece. If one observes the thermal image of the melting zone, one can differentiate the hotter vapor capillary from the cooler melt bath and the still cooler workpiece. A seam incidence changes the temperature profile and thus also the shape of the vapor capillary and the melt in the thermal image. Evaporation temperature prevails on the surface of the vapor capillary. As the distance to the vapor capillary increases, the temperature drops to room temperature.
  • the method according to the invention thus forms a type of multi-variable control which can be operated as follows:
  • One of the control circuits keeps the suture incidence constant on the basis of the change in the optically detectable feature of the capillary length L, the capillary width B or the suture signal L / B.
  • a second control loop keeps the welding depth constant with respect to a specific interface. This interface may be, for example, the top or bottom of the joining partners.
  • the welding depth can thus be independent of feed or defocus are considered constant.
  • the corresponding set values are chosen so that the process is kept in a given process window. In particular, the limits must be selected so as to prevent critical conditions such as a stall resulting in a "fake friend".
  • Both the defocusing and a change in the feed affect the weld depth. This can be achieved by regulating the energy of the line (laser power per feed
  • a camera can be used together with a data processing unit (computer) both on the penetration or weld in hole within the vapor capillary , as well as on the seam inlet on the basis of capillary geometry. Two control circuits then run in parallel, with the camera being able to register the seam inclination signal and the welding depth and to output setpoints for the manipulated variables to a controller via the data processing unit.
  • a data processing unit computer
  • the method according to the invention can advantageously be run with different control strategies. Firstly, defocusing and feed rate can be adjusted so that the required laser power remains almost constant. Furthermore, as described above, this can be regulated that first the focus position is adjusted until the control reserve for the laser power is exhausted. Subsequently, the feed rate is then reduced. Finally, with thick sheets (in which the sheet thickness is large relative to the Rayleigh length of the laser beam), the focus position can influence the welding result. In these cases, the feed rate is preferably adjusted.
  • temporal changes of the reference variables (L, B) can advantageously also be evaluated.
  • "false friends” can be recognized by strong oscillation in the ratio of keyhole length to width, and in this case as well, the melt volume can be adjusted by a feed reduction or a defocusing, observing such a strong oscillation at a wedge-shaped gap. In this case, the same phenomenon is observed as described above: A gap set too large causes a loss of melt in the joining zone and represents the cause of the formation of a "false friend".
  • a laser welding device for welding workpieces by means of a laser beam, with a detection means for detecting changes in the associated with the change of at least a first controlled variable of the welding process, optically detectable feature, which has at least one data processing unit, based on Feature change of the optically detectable feature generates at least a first manipulated variable for processing by at least one control device.
  • the device keeps at least one further controlled variable substantially constant by changing a further manipulated variable.
  • the detection means with less least provided a camera system by means of which the vapor capillary of the laser welding process is geometrically and / or thermally detected.
  • the detection means may comprise a measuring device which detects the vapor capillary three-dimensionally, in particular determines its depth.
  • the at least one control device thus operates, for example, with the reference variables welding depth and keyhole geometry and, for example, as manipulated variables with at least two of the three parameters laser power, feed rate and effective diameter of the laser beam.
  • the latter can be influenced by the following measures: defocusing by changing the working distance or the focal length, changing the beam diameter by a variable imaging ratio of the welding optics, changing the melted weld width by a multi-focal technology with variable focal distance or by a pendulum movement of the focus laterally to the feed direction.
  • the device is provided with measuring devices for detecting the reference variables.
  • the detection can be done by a camera, which receives a thermal image of the molten bath, the capillary geometry sizes are removable bar.
  • the welding depth can be determined by means of the so-called fürsch bathloches.
  • a 3D measuring system which measures the depth of the keyholes relative to the surface of the joining partners.
  • the seam penetration can also be measured.
  • the keyhole length or the melt pool length could also be measured via a camera with additional illumination.
  • the device can thus in addition to the laser power in addition to the seam insertion are regulated, whereby an increase in the strength and flatness of welds during laser welding can be achieved. Moreover, at the same time, the occurrence of seaming defects such as splattering by collapse of the vapor capillary or "false friends" due to enamel loss in the nip can be reduced.
  • 1a is a perspective side view of two workpieces with cooled overlap welds after the welding process without seam (left) and with seam (right)
  • 1 b shows a top view of a lap seam of workpieces recorded coaxially with the optical axis of a laser during the welding process with melting zone, vapor capillary and temperature curves without seam incidence (left) and with seam incidence (right);
  • FIG. 2 shows the relationship between a suture control signal L / B and the manipulated variables beam diameter df, feed rate v and required laser power P;
  • FIG. 1 the seam penetration in the welding process is illustrated as the joining of two partial workpieces 1, 2 along a weld seam 3 to the workpiece 10.
  • FIG. 1 a the weld seams at the overlap joint without and with seam incision are sketched, which manifests itself in a lowering of the surface of the weld seam 3, in particular in the right-hand of the two illustrations of FIG - Direction of the weld 3 projecting edge 31 can be seen.
  • FIG. 1 a the weld seams at the overlap joint without and with seam incision are sketched, which manifests itself in a lowering of the surface of the weld seam 3, in particular in the right-hand of the two illustrations of FIG - Direction of the weld 3 projecting edge 31 can be seen.
  • 1 b shows thermal images of the corresponding welds during the welding process with the observation direction coaxial with the observation means used, wherein for the sake of clarity the representation of the part to be joined in the viewing direction has been dispensed with - surface causes the melt in the molten bath 5 at the rear wall of the capillary 4 to resist less resistance to the vapor pressure in the capillary 4. This results in a longer vapor capillary 4.
  • the gradient increases (perpendicular to the welding direction, y-direction). In the course of the temperature between the surfaces of the molten bath 5 and workpiece 1, 2. Observing the thermal image of the melting zone of Figure 1, one can distinguish the hotter steam capillary 4 from the cooler melt 5 and the even cooler workpiece 10.
  • a suture incidence changes the temperature profile and so that too e Shape of the vapor capillary 4 in the thermal image.
  • T v evaporation temperature
  • the temperature drops to room temperature.
  • T R room temperature
  • T M melting temperature
  • the ratio L / B thus results as a suture signal. If this ratio L / B exceeds a threshold value (in the case of overlap welding on galvanized steel sheets with a thickness of 1 mm and a feed rate of 5 m / min, the threshold value is for example about 3), the molten bath volume can be increased by correspondingly setting manipulated variables and thus counteracting the seam.
  • a threshold value in the case of overlap welding on galvanized steel sheets with a thickness of 1 mm and a feed rate of 5 m / min, the threshold value is for example about 3
  • FIG. 2 the control of the melt volume on the basis of the suture incidence is illustrated by means of diagrams.
  • a lack of melt volume is controlled by meltdown of a larger volume, whereby relatively more melt is available for bridging the gap.
  • several manipulated variables can be changed, namely on the one hand a defocus ⁇ of the laser beam in curve 21 of the second diagram, which leads to broadening of the weld 3 and thus to the desired increase in the melt volume due to the associated increase in effective beam diameter df on the workpiece 10 , Due to the larger beam area, a higher laser power P is required at the same time, cf.
  • a reduction in the manipulated variable feed rate v in curve 22 of the second diagram of FIG. 2 can be used to increase the volume. Based on the weld length, a larger amount of energy is thus introduced into the workpiece 10, which also leads to a spread of the weld and thus to the desired increase in the melt volume. However, since the energy input into the workpiece does not increase inversely proportional to the feed rate, a lower total laser power is required, curve 23b. This is shown in FIG. 2, wherein the choice of the manipulated variable depends on the respective requirement of the welding process. If, for example, the cycle time is to be minimized, the process is preferably kept close to the maximum laser power P.
  • FIG. 3 diagrammatically shows a device 11 which has two control circuits 12, 13, and in which the regulation of the melt volume is linked to a regulation for the welding depth.
  • the regulation of the laser power P takes place on penetration or welding in the upper control circuit 13 for the observer using an image feature in the thermal image of the vapor capillary 3.
  • the camera 7, as detection means 14 together with a data processing unit can apply both to the throughput. or welding hole within the vapor capillary 3, as well as on the seam incidence L / B on the basis of capillary geometry regulate.
  • two control loops 12, 13 run in parallel.
  • the seam signal is determined in the lower feedback branch.
  • the camera 7 registers the sinuous sound signal and, based on the determined values of the control variables, setpoint values for the control variables P, v and df are generated by the control devices 15, 16 provided with corresponding generators, and sent to corresponding controllers, which in the present case are provided by an axis controller 18 and the laser 19 are formed with its control, not shown.
  • the invention described above relates to a method and a device for welding workpieces 10 by means of a laser beam, in which by means of at least one detection means 14 a change in an optically detectable feature associated with the change of at least a first controlled variable of the welding process is detected, and At least one first manipulated variable v, df, P for processing by at least one control device 15, 16 is generated by at least one data processing unit on the basis of the feature change
  • first the first manipulated variable v, df, P is selected and changed depending on process requirements from a plurality of possible first manipulated variables v, df, P, and in order to keep a second controlled variable of the welding process substantially constant , At least one further, different from the selected first manipulated variable v, df, P manipulated variable v, df, P is changed to the corresponding control of the second controlled variable.
  • the occurrence of seaming defects such as splattering by collapse of the vapor capillary 3 or by "false friends" can be reduced by loss of enamel in the nip.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Laserschweißvorrichtung zum Schweißen von Werkstücken mittels eines Laserstrahls, bei welchem Verfahren mittels wenigstens eines Erfassungsmittels eine Änderung eines mit der Änderung wenigstens einer ersten Regelgröße des Schweißprozesses einhergehenden, optisch erfassbaren Merkmals erfasst wird, und durch wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit anhand der Merkmalsänderung wenigstens eine erste Stellgröße zur Verarbeitung durch wenigstens eine Regeleinrichtung erzeugt wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Um eine Laserschweißvorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Laserschweißvorrichtung zum Schweißen von Werkstücken zur Verfügung zu haben, welche sich auf die Produktionsbedingungen einstellen und dabei gleichzeitig das Auftreten von Nahtfehlern zu minimieren, wird vorgeschlagen, dass bei Auftreten der Merkmalsänderung an dem optisch erfassbaren Merkmal zunächst die erste Stellgröße abhängig von Prozessanforderungen aus einer Mehrzahl möglicher erster Stellgrößen ausgewählt und geändert wird, und dass, um eine zweite Regelgröße des Schweißprozesses im Wesentlichen konstant zu halten, wenigstens eine weitere, von der ausgewählten ersten Stellgröße verschiedene Stellgröße zur entsprechenden Regelung der zweiten Regelgröße geändert wird.

Description

Verfahren zum Betrieb einer Laserschweißvorrichtung
und Vorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Laserschweißvorrichtung zum Schweißen von Werkstücken mittels eines Laserstrahls, bei welchem Verfahren mittels wenigstens eines Erfassungsmittels eine Änderung eines mit der Änderung wenigstens einer ersten Regelgröße des Schweißprozesses einhergehenden, optisch erfassbaren Merkmals erfasst wird, und durch wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit anhand der Merkmalsän- derung wenigstens eine erste Stellgröße zur Verarbeitung durch wenigstens eine Regeleinrichtung erzeugt wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Derartige Verfahren zur Regelung der Prozessenergie bei Schweißprozessen kennt man bereits aus der DE 197 41 329 C1 und aus der DE 10 2010 013 914 A1 ein Verfahren zur Prozessregelung beim Laserschweißen mit hoher Regelungsgüte, bei dem ein charakteristisches optisches Merkmal bei einem bestimmten Wert der Prozessenergie einen Übergang zwischen zwei Zuständen aufweist.
Beim Laserschweißen von Werkstücken besteht die Herausforderung zwei oder mehrere Werkstücke als Fügepartner des Schweißprozesses so zu fügen, dass sowohl die benötigte Festigkeit als auch zusätzliche Eigenschaften (wie z.B. die Ebenheit der Oberfläche) gewährleistet werden. Während des Schweißprozesses können so genannte Nahtfehler entstehen, welche den geforderten Eigenschaften des anzufertigenden Werkstücks, beispielsweise hin- sichtlich der Festigkeit, entgegenwirken. Eine ausschlaggebende Ursache für Nahtfehler sind Schmelzverluste, welche durch Abwandern der Schmelze in einen zu großen Spalt oder durch erhöhte Spritzerbildung verursacht werden können. Durch diese Schmelzverluste kann der tragende Querschnitt und hierdurch die Festigkeit der Schweißverbindung reduziert werden. Besonders kritisch ist hierbei der sogenannte „Falsche Freund", bei dem sowohl die Nahtober- als auch die Nahtunterseite zwar ein korrektes Aussehen haben, zwischen den Blechen jedoch keine Anbin- dung besteht. Der erwähnte „Falsche Freund" entsteht dadurch, dass das gesamte zur Verfügung stehende Schmelzvolumen nicht ausreicht, um einen zwischen den Fügepartnern auftretenden zu großen Spalt sicher zu überbrücken. Problematisch wirkt sich hierbei aus, dass sich beim Überschreiten eines kritischen Spaltmaßes die Schmelzflüsse in Oberblech und Unterblech voneinander trennen. Überdies kann auch das gesamte Schmelzvolumen aus dem Oberblech in den Spalt verschwinden, so dass ebenfalls keine Verbindung mehr besteht. Zugleich äußert sich ein Mangel- an Schmelzvolumen in einem so genannten Nahteinfall an der Nahtoberraupe, d.h. die Oberfläche der Schmelzzone senkt sich gegenüber der Oberfläche des Werkstücks ab und beeinflusst somit die Ebenheit des Werkstücks im Nahtbereich. Aus diesen Gründen sollte ein Schweißprozess so geregelt werden, dass unter den gegebenen Produktionsbedingungen eine gleichmäßige Festigkeit und Ebenheit der Naht gegeben ist. Unter konventionellen Produktionsbedingungen ist es jedoch nur bedingt möglich, den für den Schweißprozess etwa von verzinktem Stahl nötigen Spalt genau und reproduzierbar einzu- stellen.
Es besteht daher die Aufgabe, ein Verfahren zum Betrieb einer Laserschweißvorrichtungen zum Schweißen von Werkstücken zur Verfügung zu stellen, welcher in der Lage ist, sich auf die Produktionsbedingungen einzustellen und dabei gleichzeitig das Auftreten von Nahtfehlern zu minimieren. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem bei Auftreten der Merkmalsänderung an dem optisch erfassbaren Merkmal zunächst die erste Stellgröße abhängig von Prozessanforderungen aus einer Mehrzahl möglicher erster Stellgrößen ausgewählt und geändert wird, und dass, um eine zweite Regelgröße des Schweißprozesses im Wesentlichen konstant zu halten, wenigstens eine weitere, von der ausgewählten ersten Stellgröße verschiedene Stellgröße zur entsprechenden Regelung der zweiten Regelgröße geändert wird. Die bei den Schweißprozessen auftretenden Schmelzverluste sind auf mehrere Ursachen zurückzuführen: Zum einen fehlt an der Nahtoberraupe Material, welches in den Spalt abwandert. Dadurch verringert sich der tragende Querschnitt zwischen der Schweißnaht und mindestens einem der zu verbindenden Werkstücke. Zum anderen kann sich die Dampfkapillare (auch „Keyhole" genannt) soweit in Richtung des Schmelzbades erweitern, dass das Gleichgewicht zwischen Dampfdruck und Oberflächenspannung der Schmelze instabil wird. Hierdurch kommt es zum Kollaps der Dampfkapillare, welcher häufig mit Spritzerbildung oder Schmelzbadaus- würfen und damit Materialverlust in Form von Schmelzverlust in der Schweißzone einhergeht. Insbesondere tritt bei einem derartigen Kollaps häufig auch ein Loch als unerwünschter Defekt der Naht auf. Entsteht kein Loch, so äußern sich die Defekte zumindest darin, dass sich die Oberfläche des Schmelzbades relativ zur Oberfläche des Werkstücks absenkt, dass also ein Nahteinfall entsteht. Dieser Nahteinfall stellt ein Indiz für einen Mangel an Schmelzvolumen dar. Das Schmelzvolumen wird dadurch vergrößert, dass bei konstanter Einschweißtiefe senkrecht zur Vorschubrichtung ein breiterer Bereich aufgeschmolzen wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass beispielsweise der Laserstrahl defokussiert wird und dadurch ein breiterer Bereich des Werkstücks bestrahlt und damit aufgeschmolzen wird. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit, wodurch mehr Wärme lateral in das Bauteil fließt und somit die Schmelzzone verbreitert. Beide Maßnahmen führen jedoch gleichzeitig zu einer Veränderung der Einschweißtiefe. Für einen funktionierenden Prozess muss dies jedoch durch eine Regelung der Streckenenergie (Laserleistung/Vorschub = Energie pro Schweißnahtlänge) verhindert werden. Dies kann vorzugsweise über die Regelung der Laserleistung anhand der Einschweißtiefe geschehen . Die Absenkung der Oberfläche führt dazu, dass die Schmelze an der Rückwand der Kapillare dem Dampfdruck in der Kapillare weniger Widerstand entgegensetzt, wodurch eine längere Dampfkapillare erzeugt wird. Gleichzeitig verstärkt sich der Gradient (senkrecht zur Schweißrichtung, y-Richtung) im Temperaturver- lauf zwischen den Oberflächen von Schmelzbad und Werkstück. Beobachtet man das thermische Bild der Schmelzzone, kann man die heißere Dampfkapillare von dem kühleren Schmelzbad und dem noch kühleren Werkstück unterscheiden. Ein Nahteinfall ändert den Temperaturverlauf und damit auch die Form der Dampfkapillare sowie der Schmelze im thermischen Bild. An der Oberfläche der Dampfkapillare herrscht Verdampfungstemperatur. Mit größer werdendem Abstand zur Dampfkapillare fällt die Temperatur auf Raumtemperatur ab. Betrachtet man die Form einer Isothermen zu einer Temperatur T zwischen Raumtemperatur TR und Verdampfungs- temperatur Tv, vorzugsweise oberhalb der Schmelztemperatur TM des Werkstücks, so ist bei einem Nahteinfall ein wesentlich steilerer Verlauf im Temperaturprofil zu erkennen. Der flachere Verlauf des Temperaturprofils einer Schweißung ohne Nahteinfall entsteht durch die Wärmeleitungsverluste an der Oberfläche des Werkstücks. Diese Verluste an der Oberfläche des Werkstücks treten bei einer Schweißung mit Nahteinfall nicht auf. Diesem Problem, nämlich dem Mangel an Schmelzvolumen, kann regelungstechnisch dadurch begegnet werden, dass ein größeres Volumen aufgeschmolzen wird und somit relativ mehr Schmelze zur Überbrückung des Spalts zur Verfügung steht. Hierbei stehen mehrere Stellgrößen zur Veränderung zur Verfügung. Es handelt sich hierbei zum einen um eine Defokussierung des Laserstrahls, was aufgrund der damit einhergehenden Durchmesservergrößerung auf dem Werkstück zu einer Verbreiterung der Schweißnaht und damit zur gewünschten Vergrößerung des Schmelzvolumens führt. Aufgrund der größeren Strahlfläche wird hierbei zugleich eine höhere Laserleistung benötigt. Zum anderen kann eine Verringerung der Stellgröße Vorschubgeschwindigkeit zur Vergrößerung des Volumens eingesetzt werden. Bezogen auf die Schweißnahtlänge wird so eine größere Energiemenge in das Werkstück eingebracht, was ebenfalls zu einer Verbreitung der Schweißnaht und damit zur gewünschten Vergrößerung des Schmelzvolumens führt. Da der Energieeintrag in das Werkstück jedoch nicht umgekehrt proportional zur Vorschubgeschwindigkeit steigt, wird insgesamt eine geringere Laserleistung benötigt. Das erfindungsgemäße Verfahren bildet also eine Art von Mehrgrößenregelung, die folgendermaßen betreibbar ist: Einer der Regelkreise hält den Nahteinfall anhand der Änderung des optisch erfassbaren Merkmals der Kapillarlänge L, der Kapillarbreite B oder dem Nahteinfallsignal L/B konstant. Ein zweiter Regelkreis hält demgegenüber die Einschweißtiefe bezogen auf eine bestimmte Grenzfläche konstant. Bei dieser Grenzfläche kann es sich beispielsweise um die Ober- oder Unterseite der Fügepartner handeln. Die Einschweißtiefe kann somit unabhängig von Vorschub oder Defokussierung als konstant angesehen werden. Die entsprechenden Sollgrößen werden hierbei so gewählt, dass der Prozess in einem vorgegebenen Prozessfenster gehalten wird. Insbesondere müssen die Grenzwerte so gewählt werden, dass kri- tische Zustände, wie beispielsweise ein Strömungsabriss , der einen „Falschen Freund" zur Folge hätte, verhindert werden.
Sowohl die Defokussierung als auch eine Änderung des Vorschubes wirken sich auf die Einschweißtiefe aus. Dies kann durch eine Regelung der Streckenenergie (Laserleistung pro Vorschub
Energie pro Schweißnahtlänge) korrigiert werden, und etwa über eine dritte Regelgröße, nämlich beispielsweise über die Laserleistung, ausgeglichen werden. Besonders vorteilhaft kann also die Regelung des Schmelzvolumens mit einem zweiten Regelkreis für die Einschweißtiefe verbunden werden. Hierbei kann zweckmäßigerweise auch die Regelung der Laserleistung auf eine Durch- oder Einschweißung anhand eines Bildmerkmals im thermischen Bild der Dampfkapillare erfol- gen. In diesem Fall kann eine Kamera zusammen mit einer Datenverarbeitungseinheit (Rechner) sowohl auf das Durch- bzw. Einschweißloch innerhalb der Dampfkapillare , als auch auf den Nahteinfall anhand der Kapillargeometrie regeln. Es laufen dann also zwei Regelkreise parallel, wobei die Kamera das Nahtein- fallsignal und die Einschweißtiefe registrieren kann und über die Datenverarbeitungseinheit Sollwerte für die Stellgrößen an eine Steuerung ausgibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise mit ver- schiedenen Regelstrategien gefahren werden: Zum einen können Defokussierung und Vorschubgeschwindigkeit so angepasst werden, dass die benötigte Laserleistung nahezu konstant bleibt. Weiter kann, wie oben bereits beschrieben, dahingehend geregelt wer- den, dass zunächst die Fokuslage angepasst wird, bis die Regelreserve für die Laserleistung erschöpft ist. Anschließend wird dann die Vorschubgeschwindigkeit verringert. Schließlich kann bei dicken Blechen (bei denen die Blechdicke groß relativ zur Rayleigh-Länge des Laserstrahls ist) die Fokuslage das Schweißergebnis beeinflussen. In diesen Fällen wird vorzugsweise die Vorschubgeschwindigkeit angepasst .
Neben konstanten Sollwerten können vorteilhaft auch zeitliche Änderungen der Führungsgrößen (L, B) ausgewertet werden. So können beispielsweise „Falsche Freunde" durch starke Oszillation im Verhältnis von Keyhole-Länge zu -Breite erkannt werden. Auch in diesem Fall kann das Schmelzvolumen durch eine Vorschubverringerung oder eine Defokussierung angepasst werden. Beobachtet wird solch eine starke Oszillation bei einem keilförmig eingestellten Spalt. Hierbei wird dasselbe Phänomen wie oben bereits beschrieben beobachtet. Ein zu groß eingestellter Spalt bewirkt einen Verlust von Schmelze in der Fügezone und stellt die Ursache für die Entstehung eines „Falsche Freundes" dar.
Weiter werden als Nahtimperfektionen auch Schmelzbadauswürfe bezeichnet, welche sich in der Schweißnaht als Löcher äußern. Solche Löcher sind aber im Rahmen industrieller Fertigung in der Regel nicht zulässig. Neben der Festigkeit der Schweißnaht zählen die Gasdichtheit und die Dichtheit gegen Flüssigkeiten als Korrosionsschutz zu weiteren Qualitätsmerkmalen einer Schweißnaht. Es ist daher ohne weiteres verständlich, dass Löcher in einer Schweißnaht zu einer Minderung von deren Festig- keit führen werden. Des Weiteren wird dann auch die Gasdichtheit und der geforderte Korrosionsschutz nicht gewährleistet sein und eine derart lochbehaftete Naht als fehlerhaft gewertet werden . Aus dem Verhältnis von Länge zu Breite der Dampfkapillare kann jedoch auch auf Löcher in der Schweißnaht geschlossen werden. Ein Loch äußert sich nämlich als abrupter Abfall im Verhältnis Länge zu Breite der Dampfkapillare. Die Rückwand der Kapillare wandert hierbei wandert in Richtung des Schmelzbades. Der Schweißprozess wird zunehmend instabil, bis die Dampfkapillare (Keyhole) kollabiert (abrupte Länge/Breite-Änderung) .
Um einem Auswurf von Schmelze aus dem Schmelzbad und somit ei- ner Lochentstehung entgegen zu wirken, können bereits zu Beginn des Anstiegs des Verhältnisses Keyhole-Länge zu -Breite gegensteuernde Maßnahmen getroffen werden. Ebenso wie bei den oben beschrieben Maßnahmen zur Reduktion des Nahteinfalls können auch hier dieselben Stellgrößen (Vorschubgeschwindigkeit und Defokussierung) zu Vermeidung eines Lochs eingesetzt werden.
Weitere vorteilhafte Varianten und Merkmale des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Laserschweißvorrichtung zum Schweißen von Werkstücken mittels eines Laserstrahls, mit einem Erfassungsmittel zur Erfassung von Änderungen eines mit der Änderung wenigstens einer ersten Regelgröße des Schweißprozesses einhergehenden, optisch erfassbaren Merkmals, welche we- nigstens eine Datenverarbeitungseinheit aufweist, die anhand der Merkmalsänderung des optisch erfassbaren Merkmals wenigstens eine erste Stellgröße zur Verarbeitung durch wenigstens eine Regeleinrichtung erzeugt. Die Vorrichtung hält mittels der wenigstens einen oder mittels wenigstens einer weiteren Re- geleinrichtung wenigstens eine weitere Regelgröße durch Änderung einer weiteren Stellgröße im Wesentlichen konstant.
Vorteilhafterweise ist hierbei das Erfassungsmittel mit wenigs- tens einem Kamerasystem versehen, mittels dessen die Dampfkapillare des Laserschweißprozesses geometrisch und/oder thermisch erfassbar ist. Darüber hinaus kann zweckmäßigerweise das Erfassungsmittel eine Vermessungseinrichtung aufweisen, die die Dampfkapillare dreidimensional erfasst, insbesondere deren Tiefe ermittelt.
Die wenigstens eine Regeleinrichtung arbeitet demnach beispielsweise mit den Führungsgrößen Einschweißtiefe und Keyhole- Geometrie und beispielsweise als Stellgrößen mit mindestens zwei der drei Parameter Laserleistung, Vorschubgeschwindigkeit und wirksamer Durchmesser des Laserstrahls. Letzterer kann durch folgende Maßnahmen beeinflusst werden: Defokussierung durch Änderung des Arbeitsabstandes oder der Brennweite, Ände- rung des Strahldurchmessers durch ein variables Abbildungsverhältnis der Schweißoptik, Änderung der aufgeschmolzenen Schweißnahtbreite durch eine Multifokustechnik mit variablem Fokusabstand oder durch eine Pendelbewegung des Fokus seitlich zur Vorschubrichtung.
Weiterhin ist die Vorrichtung mit Messeinrichtungen zur Erfassung der Führungsgrößen versehen. Vorzugsweise kann die Erfassung durch eine Kamera geschehen, welche ein thermisches Bild des Schmelzbades aufnimmt, dem Kapillargeometriegrößen entnehm- bar sind. Die Einschweißtiefe lässt sich anhand des sogenannten Durchschweißloches bestimmen. Alternativ könnte man sich auch ein 3D-Messsystem vorstellen, welches die Tiefe des Keyholes relativ zur Oberfläche der Fügepartner vermisst. Darüber lässt sich prinzipiell auch der Nahteinfall messen. Die Keyhole-Länge bzw. die Schmelzbadlänge könnten auch über eine Kamera mit Zusatzbeleuchtung gemessen werden.
Durch das beschriebene Verfahren bzw. die Vorrichtung kann also anstatt lediglich auf die Laserleistung zusätzlich auch auf den Nahteinfall geregelt werden, wodurch eine Steigerung der Festigkeit und Ebenheit von Schweißnähten beim Laserschweißen erreicht werden kann. Überdies kann gleichzeitig das Auftreten von Nahtfehlern wie Spritzern durch Kollaps der Dampfkapillare oder „Falschen Freunden" durch Schmelzverlust im Spalt verringert werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert . Es zeigen hierbei in schematisierter Form die
Fig.1 a eine perspektivische Seitenansicht zweier Werkstücke mit erkalteten Überlapp-Schweißnähten nach dem Schweißprozess ohne Nahteinfall (links) und mit Nahteinfall (rechts)
Fig.1b eine Draufsicht von oben auf eine koaxial mit der optischen Achse eines Lasers aufgenommene Überlapp-Schweißnaht von Werkstücken während des Schweißprozesses mit Schmelzzone, Dampfkapillare und Temperaturverläufen ohne Nahteinfall (links) und mit Nahteinfall (rechts) ;
Fig.2 den Zusammenhang zwischen einem Nahteinfalls- Regelsignal L/B und den Stellgrößen Strahldurchmesser df, Vorschubgeschwindigkeit v und benötigter Laserleistung P;
Fig.3 funktionelles Diagramm eines Schweißprozes bzw. der Vorrichtung mit Mehrgrößenregelung; In der Fig.1 wird der Nahteinfall beim Schweißprozess als Fügen von zwei Teilwerkstücken 1 , 2 entlang einer Schweißnaht 3 zum Werkstück 10 verdeutlicht. In der Fig.1a sind hierbei die Schweißnähte am Überlapp-Stoß ohne und mit Nahteinfall skiz- ziert, welcher sich in einer Absenkung der Oberfläche der Schweißnaht 3 äußert, wie insbesondere in der rechten der beiden Darstellungen der Fig.1a anhand des quer zur Erstreckungs- richtung der Schweißnaht 3 vorspringenden Randes 31 erkennbar ist. Fig. 1b zeigt demgegenüber thermische Bilder der entspre- chenden Schweißnähte während des Schweißprozesses mit zu dem eingesetzten Beobachtungsmittel koaxialer Beobachtungsrichtung, wobei der Übersichtlichkeit halber auf die Darstellung des in der Betrachtungsrichtung „hinteren", zu verbindenden Teilwerkstücks verzichtet wurde. Hierbei führt die Absenkung der Ober- fläche dazu, dass die Schmelze im Schmelzbad 5 an der Rückwand der Kapillare 4 dem Dampfdruck in der Kapillare 4 weniger Widerstand entgegensetzt. Hieraus ergibt sich eine längere Dampf- kapillare 4. Gleichzeitig verstärkt sich der Gradient (senkrecht zur Schweißrichtung, y-Richtung) im Temperaturverlauf zwischen den Oberflächen von Schmelzbad 5 und Werkstück 1, 2. Beobachtet man das thermische Bild der Schmelzzone der Fig.1 kann man die heißere Dampfkapillare 4 von dem kühleren Schmelzbad 5 und dem noch kühleren Werkstück 10 unterscheiden. Ein Nahteinfall ändert den Temperaturverlauf und damit auch die Form der Dampfkapillare 4 im thermischen Bild. An der Oberfläche der Dampfkapillare 4 herrscht Verdampfungstemperatur Tv. Um die Dampfkapillare 4 fällt die Temperatur auf Raumtemperatur ab. Betrachtet man die Form einer Isothermen zu einer Temperatur T zwischen Raumtemperatur TR und Verdampfungstemperatur Tv, vorzugsweise oberhalb der Schmelztemperatur TM des Werkstücks 1, 2, so ist bei einem Nahteinfall ein wesentlich steilerer Verlauf im Temperaturprofil zu erkennen. Der flachere Verlauf des Temperaturprofils einer Schweißung ohne Nahteinfall (linke Seite) entsteht durch die Wärmeleitungsverluste an der Oberfläche des Werkstücks 10. Diese Verluste an der Oberfläche des Werkstücks 10 treten bei einer Schweißung mit Nahteinfall nicht auf. Aus dem Verhältnis zwischen Kapillarbreite B = I yi -γο I zu Kapillarlänge L = |x-|-x0l bzw. |x2-xol ergibt sich somit das Verhältnis L/B als Nahteinfallsignal. Wenn dieses Verhältnis L/B einen Schwellwert überschreitet (bei Überlapp-Schweißung an verzinkten Stahlblechen mit einer Dicke von 1 mm und einer Vorschubgeschwindigkeit von 5 m/min liegt der Schwellwert bei- spielsweise etwa bei 3) kann das Schmelzbadvolumen über entsprechendes Einstellen von Stellgrößen vergrößert und so dem Nahteinfall entgegengewirkt werden.
In der Fig.2 ist anhand von Diagrammen die Regelung des Schmelzvolumens anhand des Nahteinfalls dargestellt. Einem Mangel an Schmelzvolumen wird hier regelungstechnisch durch Aufschmelzen eines größeren Volumens begegnet, wodurch relativ mehr Schmelze zur Überbrückung des Spalts zur Verfügung steht. Hierfür können mehrere Stellgrößen verändert werden, nämlich zum einen eine Defokussierung Δί des Laserstrahls in Kurve 21 des zweiten Diagramms, was aufgrund der damit einhergehenden Vergrößerung des wirksamen Strahldurchmessers df auf dem Werkstück 10 zu einer Verbreiterung der Schweißnaht 3 und damit zur gewünschten Vergrößerung des Schmelzvolumens führt. Aufgrund der größeren Strahlfläche wird zugleich eine höhere Laserleistung P benötigt, vgl. Kurve 23a in Diagramm 3 der Fig.2. Zum anderen kann eine Verringerung der Stellgröße Vorschubgeschwindigkeit v in Kurve 22 des zweiten Diagramms der Fig.2 zur Vergrößerung des Volumens eingesetzt werden. Bezogen auf die Schweißnahtlänge wird so eine größere Energiemenge in das Werkstück 10 eingebracht, was ebenfalls zu einer Verbreitung der Schweißnaht und damit zur gewünschten Vergrößerung des Schmelzvolumens führt . Da der Energieeintrag in das Werkstück jedoch nicht umgekehrt proportional zur Vorschubgeschwindigkeit steigt, wird insgesamt eine geringere Laserleistung benötigt, Kurve 23b. Dies zeigt die Fig.2, wobei die Wahl der Stellgröße sich nach der jeweiligen Anforderung an den Schweißprozess richtet. Soll etwa die Taktzeit minimiert werden, wird der Prozess vorzugsweise in der Nähe der maximalen Laserleistung P gehalten. Dies bedeutet, es wird zunächst die Vorschubgeschwindigkeit v beibehalten und der Laserstrahl defokussiert , also df (und hierdurch auch Af) vergrößert. Wenn der Maximalwert der Laserleistung P erreicht ist, wird die Vorschubgeschwindigkeit v reduziert. Am Anfang geht man hierbei mit Startwerten in den Schweißprozess, später gehen dann immer die aktuellen Werte der Stellgrößen in den Prozess ein. Die Parameter werden von dem Erfassungsmittel erfasst und von der nicht weiter dargestellten Datenverarbeitungseinheit weiterverarbeitet, so dass für die Stellgrößen neue Sollwerte erzeugt werden können, die an die entsprechend angesteuerten Steller weitergegeben werden, wodurch sich ein neuer Ist-Wert für die Parameter im Schweißprozess ergibt.
In der Fig.3 ist schematisiert eine Vorrichtung 11 dargestellt, die zwei Regelkreise 12, 13 aufweist, und bei welcher die Regelung des Schmelzvolumens mit einer Regelung für die Einschweiß- tiefe verknüpft ist. Hierbei erfolgt die Regelung der Laserleistung P auf eine Durch- oder Einschweißung im für den Betrachter oberen Regelkreis 13 anhand eines Bildmerkmals im thermischen Bild der Dampfkapillare 3. Vorliegend kann also die Kamera 7 als Erfassungsmittel 14 zusammen mit einer Datenverar- beitungseinheit sowohl auf das Durch- bzw. Einschweißloch innerhalb der Dampfkapillare 3, als auch auf den Nahteinfall L/B anhand der Kapillargeometrie regeln. In dem aufgeführten Fall laufen zwei Regelkreise 12, 13 parallel. Mit dem oberen Rück- kopplungszweig wird dabei über ein Leistungsbedarfssignal auf die Einschweißtiefe geregelt, zusätzlich wird im unteren Rückkopplungszweig das Nahteinfallsignal ermittelt. Die Kamera 7 registriert das Nahteinfallsignal und es werden anhand der er- mittelten Werte der Regelgrößen anschließend Sollwerte für die Stellgrößen P, v und df durch die mit entsprechenden Generatoren versehenen Regeleinrichtungen 15, 16 erzeugt, und an entsprechende Regler gegeben, die vorliegend durch einen Achsregler 18 und den Laser 19 mit seiner nicht weiter dargestellten Steuerung gebildet sind.
Demnach betrifft die vorstehend beschriebene Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schweißen von Werkstücken 10 mittels eines Laserstrahls, bei welchen mittels wenigstens ei- nes Erfassungsmittels 14 eine Änderung eines mit der Änderung wenigstens einer ersten Regelgröße des Schweißprozesses einhergehenden, optisch erfassbaren Merkmals erfasst wird, und durch wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit anhand der Merkmalsänderung wenigstens eine erste Stellgröße v, df, P zur Verar- beitung durch wenigstens eine Regeleinrichtung 15, 16 erzeugt wird
Bei Auftreten der Merkmalsänderung an dem optisch erfassbaren Merkmal wird zunächst die erste Stellgröße v, df, P abhängig von Prozessanforderungen aus einer Mehrzahl möglicher erster Stellgrößen v, df, P ausgewählt und geändert, und, um eine zweite Regelgröße des Schweißprozesses im Wesentlichen konstant zu halten, wird wenigstens eine weitere, von der ausgewählten ersten Stellgröße v, df, P verschiedene Stellgröße v, df, P zur entsprechenden Regelung der zweiten Regelgröße geändert. Derart ergibt sich ein Schweißprozess und eine Vorrichtung 11 zu dessen Durchführung, bei welchen sowohl auf die Einschweißtiefe, als auch auf den Nahteinfall geregelt werden kann, wodurch eine Steigerung der Festigkeit und Ebenheit von Schweißnähten 3 beim Laserschweißen erreicht wird. Überdies kann gleichzeitig das Auftreten etwa von Nahtfehlern wie Spritzern durch Kollaps der Dampfkapillare 3 oder von „Falschen Freunden" durch Schmelzverlust im Spalt verringert werden.

Claims
Ansprüche
Verfahren zum Betrieb einer Laserschweißvorrichtung zum Schweißen von Werkstücken mittels eines Laserstrahls, bei welchem Verfahren mittels wenigstens eines Erfassungsmittels eine Änderung eines mit der Änderung wenigstens einer ersten Regelgröße des Schweißprozesses einhergehenden, optisch erfassbaren Merkmals erfasst wird, und durch wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit anhand der Merkmalsänderung wenigstens eine erste Stellgröße zur Verarbeitung durch wenigstens eine Regeleinrichtung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten der Merkmalsänderung an dem optisch erfassbaren Merkmal zunächst die erste Stellgröße (v, df, P) abhängig von Prozessanforderungen aus einer Mehrzahl möglicher erster Stellgrößen (v, df, P) ausgewählt und geändert wird, und dass, um eine zweite Regelgröße des Schweißprozesses im Wesentlichen konstant zu halten, wenigstens eine weitere, von der ausgewählten ersten Stellgröße (v, df, P) verschiedene Stellgröße (v, df, P) zur entsprechenden Regelung der zweiten Regelgröße geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Laserschweißverfahren das Schmelzvolumen und die Einschweißtiefe als Regelgrößen zweier Regelkreise (12, 13) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgrößen der Regelkreise (12, 13) des Schweißprozesses jeweils einem eigenen optisch erfassbaren Merkmal zugeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderungen der optischen Merkmale insbesondere in Änderungen der Geometrie der Dampfkapillare (3) und/oder Änderungen eines thermischen Bildes der Dampfkapillare (3) bestehen .
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der Dampfkapillare (3) anhand von deren Länge L und/oder deren Breite B und/oder deren Verhältnis L/B zueinander und/oder der zeitlichen Änderungen der vorgenannten Parameter bewertet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Stellgröße (v, df, P) die Laserleistung (P) , die Vorschubgeschwindigkeit (v) sowie der wirksame Durchmesser des Laserstrahls (df) verwendet werden .
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wirksame Durchmesser des Laserstrahls (df) durch Änderung des Arbeitsabstandes oder der Brennweite einer dem Laser (19) zugeordneten Schweißoptik, durch Änderung des Strahldurchmessers anhand eines variablen Abbildungsverhältnisses der Schweißoptik, durch Änderung der aufgeschmolzenen Breite einer Schweißnaht, durch eine Multifo- kustechnik mit variablem Fokusabstand und/oder durch eine Pendelbewegung des Fokus im Wesentlichen quer zur Vorschubrichtung des Werkstücks
(10) manipuliert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Zustand sowohl der ersten als auch der zweiten Regelgröße durch wenigstens eine Erfassungseinrichtung (14), insbesondere durch die gleiche Erfassungseinrichtung (14) erfasst wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Erfassungseinrichtung (14) ein thermisches Bild des der Dampfkapillare (3) zugeordneten Schmelzbades (4) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Änderung von Stellgrößen (v, df, P) die Abweichung einer oder mehrere Regelgrößen von einem Sollwert und/oder die zeitliche Veränderung von Regelgrößen, insbesondere die Oszillation von Regelgrößen bewertet wird .
11. Laserschweißvorrichtung (11) zum Schweißen von Werkstücken mittels eines Laserstrahls, mit einem Erfassungsmittel (14) zur Erfassung von Änderungen eines mit der Änderung wenigstens einer ersten Regelgröße des Schweißprozesses einhergehenden, optisch erfassbaren Merkmals und mit wenigstens einer Datenverarbeitungseinheit, welche anhand der Merkmalsänderung des optisch erfassbaren Merkmals wenigstens eine erste Stellgröße (v, df, P) zur Verarbeitung durch wenigstens eine Regeleinrichtung (15, 16) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine oder we¬ nigstens eine weitere Regeleinrichtung (15, 16) der Schweißvorrichtung wenigstens eine weitere Regelgröße durch Änderung einer weiteren Stellgröße (v, df, P) im wesentlichen konstant hält.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungsmittel (14) mit wenigstens einem Kamerasystem versehen ist, mittels dessen das Schmelzbad und in diesem insbesondere die Dampfkapillare (3) des Laser¬ schweißprozesses geometrisch und/oder thermisch erfassbar ist .
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich net, dass das Erfassungsmittel (14) eine Vermessungsein richtung mit wenigstens einem Sensor aufweist, welche di Geometrie der Dampfkapillare (3) dreidimensional erfasst insbesondere deren Tiefe ermittelt.
EP12731313.8A 2012-07-03 2012-07-03 Verfahren zum betrieb einer laserschweissvorrichtung und vorrichtung Withdrawn EP2869962A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2012/002795 WO2014005603A1 (de) 2012-07-03 2012-07-03 Verfahren zum betrieb einer laserschweissvorrichtung und vorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2869962A1 true EP2869962A1 (de) 2015-05-13

Family

ID=46456494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP12731313.8A Withdrawn EP2869962A1 (de) 2012-07-03 2012-07-03 Verfahren zum betrieb einer laserschweissvorrichtung und vorrichtung

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP2869962A1 (de)
WO (1) WO2014005603A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109518180A (zh) * 2018-10-09 2019-03-26 江苏大学 一种自适应激光沉积修复的装置和方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013105960B3 (de) * 2013-06-07 2014-08-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung und Vorrichtung
DE102015016513B4 (de) 2015-12-18 2021-08-05 Audi Ag Online-Prozessüberwachung und Online-Prozessregelung beim Verfahren zum form- oder stoffschlüssigen Verbinden zumindest zweier Bauteile durch ein Fügeverfahren mittels einer Radiometrievorrichtung
CN107798330B (zh) * 2017-11-10 2021-07-20 上海电力学院 一种焊缝图像特征信息提取方法
CN113857673A (zh) * 2020-06-30 2021-12-31 上海海立电器有限公司 固定镶嵌块的工艺方法
DE102020211343A1 (de) 2020-09-10 2022-03-10 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zum Laserschweißen mittels eines in einer Doppelkernfaser geführten Laserstrahls sowie zugehörige Laserschweißmaschine und Computerprogrammprodukt
DE102023103439A1 (de) * 2023-02-13 2024-08-14 TRUMPF Laser- und Systemtechnik SE Computergestütztes Verfahren
CN117961294B (zh) * 2024-03-19 2024-07-23 深圳市凯科兴科技有限公司 一种激光束焊接方法及系统

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4333501C2 (de) * 1993-10-01 1998-04-09 Univ Stuttgart Strahlwerkzeuge Verfahren zur Bestimmung der momentanen und Herbeiführung einer gewünschten Eindringtiefe eines Bearbeitungslaserstrahles in ein Werkstück sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
DE19741329C1 (de) 1997-09-19 1998-10-22 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und Vorrichtung zur Materialbearbeitung mit Plasma induzierender Hochenergiestrahlung
NL1018861C2 (nl) * 2001-08-31 2003-03-03 Netherlands Inst For Metals Re Werkwijze en een inrichting voor het meten en regelen van een laser-lasproces.
US20060011592A1 (en) * 2004-07-14 2006-01-19 Pei-Chung Wang Laser welding control
DE102010013914B4 (de) 2010-04-01 2013-10-31 Baden-Württemberg Stiftung Ggmbh Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Materialbearbeitung und Vorrichtung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2014005603A1 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109518180A (zh) * 2018-10-09 2019-03-26 江苏大学 一种自适应激光沉积修复的装置和方法
CN109518180B (zh) * 2018-10-09 2021-02-12 江苏大学 一种自适应激光沉积修复的装置和方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014005603A1 (de) 2014-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2869962A1 (de) Verfahren zum betrieb einer laserschweissvorrichtung und vorrichtung
DE102012014323B4 (de) Verfahren und System einer Laserverarbeitung zum Lochen
EP2310163B1 (de) Verfahren zum exzentrischen ausrichten eines laserschneidstrahls zu einer düsenachse und zum schrägschneiden; entsprechende laserbearbeitungskopf und laserbearbeitungsmaschine
EP2726244B1 (de) Verfahren zum erkennen von fehlern an einer nicht linearen schweissnaht bzw. einem nicht linearen schnittspalt während eines laser-bearbeitungsprozesses sowie entsprechende laser-bearbeitungsvorrichtung
DE4333501C2 (de) Verfahren zur Bestimmung der momentanen und Herbeiführung einer gewünschten Eindringtiefe eines Bearbeitungslaserstrahles in ein Werkstück sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
WO2008145237A1 (de) Verfahren zum erkennen von fehlern an einer schweissnaht während eines laser-schweissprozesses
DE102014107716B3 (de) Laserstrahlschweißverfahren
DE10234242B4 (de) Anordnung und Verfahren zur Regelung der Nahtlage eines laserstrahlgefügten Profils
DE102007006330A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Laserschweißen
DE102012017130B4 (de) Laser-Rohreinschweißen
DE102013112244B4 (de) Verfahren zum Strahlfügen
DE102009049750A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Schneiden von Material mittels eines modulierten Laserstrahls
EP2551050A1 (de) Verfahren zum Schweißen von dünnwandigen Rohren mittels Spitzentemperaturanlassschweißen
DE102016220067A1 (de) Verfahren zum Tiefschweißen eines Werkstücks, wobei eine verkippte Dampfkapillare mittels zweier Laserstrahlen erzeugt wird
DE102010013914B4 (de) Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Materialbearbeitung und Vorrichtung
EP1175955A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zu Schweissnahtglättung beim Strahlschweissen
DE19608074A1 (de) Verfahren zum Schweißen von relativbewegten Werkstücken
DE102015115183B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Fügeverbindung
DE102009008328A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum stoffschlüssigen Fügen von Metallfolien
DE102013105960B3 (de) Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung und Vorrichtung
DE102020110087A1 (de) Verfahren zur prozesskontrolle bei der lasermaterialbearbeitung
EP3138652B1 (de) Elektrisches schweissverfahren
EP4168208B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum schmelztechnischen bearbeiten eines metallischen bauteils
DE102004041136C5 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Laserstrahl-Schweißen zum Fügen von Bauteilen, insbesondere Blechen
DE102011118278B4 (de) Laserschweißverfahren

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20150203

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: BADEN-WUERTTEMBERG STIFTUNG GGMBH

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: ABT, FELIX

Inventor name: NICOLOSI, LEONARDO

Inventor name: HEIDER, ANDREAS

Inventor name: BLUG, ANDREAS

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20170201