CN102905840A - 焊接装置以及用于进行焊接的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种焊接装置（1）。该焊接装置具有射线源（10），其中所述射线源构造用于在焊接位置（50）上产生用于吸收在有待焊接的物体（20、22）中的电磁的射线（12）。所述焊接装置也具有至少一个传感器（14），其中所述传感器布置并且构造用于检测在焊接时在所述焊接位置上产生的电磁的加工射线（16）。所述传感器构造用于根据所检测到的加工射线来产生传感器信号。所述焊接装置也具有与所述传感器及射线源相连接的处理单元（15），其中所述处理单元构造用于根据所述传感器信号来控制所述射线源的射线产生的至少一个参数。所述焊接装置按本发明构造用于在横向于射线传播方向的平面中通过窗口（18）来限制所发出的加工射线的射束，其中所述窗口在所述平面中具有纵向尺寸，该纵向尺寸大于所述窗口的垂直于该纵向尺寸伸展的横向尺寸。

Description

焊接装置以及用于进行焊接的方法

技术领域

本发明涉及一种焊接装置以及一种用于进行焊接的方法。

背景技术

本发明涉及一种焊接装置。该焊接装置具有射线源，其中所述射线源构造用于在焊接位置上产生用于吸收在有待焊接的物体中的电磁的射线。所述焊接装置也具有至少一个传感器，其中所述传感器布置并且构造用于检测在焊接时在所述焊接位置上产生的电磁的加工射线。所述传感器构造用于根据所检测到的加工射线来产生传感器信号。所述焊接装置也具有与所述传感器及射线源相连接的处理单元，其中所述处理单元构造用于根据所述传感器信号来控制所述射线源的射线产生的至少一个参数。所述射线源比如通过激光器尤其二氧化碳激光器、YAG（钆铝石榴石）激光器或者半导体激光器来构成。所述射线源优选构造用于如此产生用于吸收在有待焊接的物体中的电磁的射线，从而可以在焊接位置上将所述有待焊接的物体与其它物体连接起来。

对于前面所描述的焊接装置来说提出这样的问题，即用这种焊接装置只能探测到粗糙的过程缺陷。

发明内容

所述焊接装置按本发明构造用于在横向于射线传播方向的平面中通过窗口来限制所发出的加工射线的射束，其中所述窗口在所述平面中具有纵向尺寸，该纵向尺寸大于所述窗口的垂直于该纵向尺寸伸展的横向尺寸。

借助于所述窗口可以有利地借助于传感器来检测从键孔区域中（Key-hole-Bereich）从焊接位置上发出的加工射线并且所述加工射线可以由所述处理单元用作用于对焊接过程进行调整的调整输入参量。焊接结果由此有利地在质量方面得到了改进。更为有利的是，焊接结果可以更好地得到再现。更为有利的是，如此获得的焊接结果彼此间仅仅具有微小的离散度尤其在焊缝深度及焊缝表面方面仅仅具有微小的差别。

所述射线产生的至少一个参数比如可以是射线强度、用于产生电磁的射线尤其激光射线的电流、脉冲激发的激光束的射线脉冲的射线脉冲持续时间或者在一个时间间隔之内脉冲激发的激光束的中等的射线强度。

在一种优选的实施方式中，所述焊接装置具有射线导引机构，所述射线导引机构构造用于将从焊接位置上发出的加工射线引导到传感器上。所述射线导引机构比如可以通过玻璃纤维束来构成，所述玻璃纤维束构造并且布置用于将所发出的加工射线从焊接位置引往所述传感器。通过所述射线引导机构，所述传感器可以有利地得到保护以防止从焊接位置上发出的热辐射的影响或者防止火花形成的影响。

在所述焊接装置的一种有利的实施方式中，在射线源与焊接位置之间的射线路径中布置了射线分配器。所述射线分配器构造用于将由射线源发出的电磁的射线传送给焊接位置并且将从焊接位置上发出的加工射线反射并且至少间接地将其引导到所述传感器上。所述射线分配器比如可以通过半透明的镜子来构成。所述射线分配器有利地实现这一点，即可以在与焊接位置隔开的情况下接收所述加工射线。

在一种优选的实施方式中，所述窗口通过设置在所述加工射线的射线路径中的光阑来构成。该光阑比如可以布置在焊接位置与所述射线分配器之间、布置在所述射线分配器与所述传感器之间或者布置在所述射线分配器与所述射线引导机构之间。

在所述焊接装置的一种优选的实施方式中，所述窗口通过尤其构造为柔韧的结构的具有窗口形的射线入射横截面的玻璃纤维束来构成。通过借助于具有窗口形的射线入射横截面的玻璃纤维束来构成所述窗口的做法，可以有利地放弃所述射线路径中的分开的光阑，从而进一步有利地为了借助于射线引导机构将加工射线引往所述传感器所述射线引导机构的完全的作用横截面可以用于引导所述加工射线。所述射线引导机构比如可以具有横向于射线方向的出射表面，所述出射表面具有与射线入射横截面不同的形状比如圆形的形状。

在一种优选的实施方式中，所述窗口具有椭圆形的横截面。也就是说按本发明已经发现，从键孔区域上发出的与由所述射线源发出的电磁的射线的射线入射方向相反地伸展的加工射线在垂直于所述电磁的射线的射线入射方向的平面中以基本上相同的射线密度在所述平面中穿过具有卵形的或者椭圆形的形状的表面区域。

如果这些加工射线借助于具有圆形的射线入射窗口的玻璃纤维束或者说传感器来检测，那就仅仅利用了所述加工射线的一部分，用于为了对焊接过程进行调整而作为输入参数来接收。

所述焊接装置比如可以具有两个彼此不同的用于对加工射线进行检测的传感器。优选所述传感器具有用于加工射线的彼此不同的光谱的敏感性。由此可以有利地形成其它的用于对焊接过程进行调整的参数。

本发明也涉及一种用于进行焊接尤其用于对焊接过程进行调整的方法。

对于用于对焊接进行调整的方法来说，产生电磁的射线尤其激光射线并且在焊接位置上将其发送到至少一个物体上，用于在所述焊接位置上至少部分地被吸收并且在焊接位置上对所述物体进行加热并且至少部分地使其熔化。对于所述方法来说，检测从焊接位置上射出的电磁的加工射线并且根据所检测到的加工射线来改变所述电磁的射线的产生的至少一个参数以便就这样影响所述焊接过程尤其所述焊接过程的结果。对于所述方法来说，所述加工射线在横向于射线传播方向的平面中通过窗口受到限制，从而仅仅检测到从焊接位置上的键孔中发出的用于影响焊接过程的加工射线。

优选所述参数是所述电磁的射线的射线强度。在另一种实施方式中，所述电磁的射线是脉冲激发的射线并且所述参数是所述脉冲激发的电磁的射线的单个脉冲的脉冲持续时间。

附图说明

现在下面借助于附图和其它的实施例对本发明进行说明。所述焊接装置或者说所述方法的其它有利的实施方式从在从属权利要求中提到的特征中并且从在关于附图的说明中提到的特征中获得。其中：

图1是一种用于焊接装置的实施例的示意图，该焊接装置构造用于借助于构造为椭圆形的窗口对从键孔区域上发出的加工射线进行评估并且将其传导给传感器；

图2是一种用于两张图表的实施例，所述图表分别示出在焊接位置上发出的沿彼此不同的检测方向的加工射线；并且

图3作为与传统的射线引导机构的射线入射窗口的比较是表面区域的一种实施例，该表面区域被从焊接位置上的键孔区域上发出的加工射线穿过。

具体实施方式

图1示出了焊接装置1。该焊接装置1具有射线源10。所述射线源10在该实施例中通过激光器来构成。所述射线源10构造用于产生并且发出电磁的射线12，所述电磁的射线可以在有待焊接的物体20的焊接位置上被吸收并且可以在那里使有待焊接的物体的至少一种材料熔化。所述焊接装置也具有传感器14，该传感器构造用于检测从所述焊接位置50上发出的加工射线16并且根据所检测到的加工射线来产生传感器信号，所述传感器信号代表着所检测到的加工射线的射线强度。

所述焊接装置1构造用于借助于射线分配器28和射线转向机构尤其偏转镜30并且借助于聚焦单元42将所述加工射线16引导到窗口18上。所述窗口18通过射线引导机构24的射线入射面构成。所述射线引导机构24通过玻璃纤维束构成，所述玻璃纤维束尤其构造为柔韧的结构并且构造用于将所述加工射线16从所述窗口18引导到所述射线引导机构24的出口25。所述出口25比如具有圆形的出口横截面。

所述射线分配器28构造用于将由所述射线源10产生的射线12传送给所述焊接位置50，并且反射从所述焊接位置50上发出的与所述射线12的射线方向相反地伸展的加工射线16。

在焊接位置50与射线分配器28之间的射线路径中布置了聚焦机构尤其透镜26。

所述聚焦单元42与调节装置44相连接，该调节装置构造用于借助于伺服电机46和伺服电机48使所述聚焦单元的至少一个构造用于进行射线导引的部件至少在横向于所述加工射线16的射线方向的平面中移动。借助于所述调节装置44，可以就这样借助于所述聚焦单元42的射线引导机构的在所述平面中的移动来如此调节从所述焊接位置50上射出的加工射线16，使得所述加工射线16精确地映射到所述窗口18上。

所述焊接装置1具有处理单元15，该处理单元15通过连接线64与所述聚焦单元42相连接并且就这样借助于相应的控制信号的产生可以触发所述调节装置44尤其所述伺服电机46和48，用于使所述聚焦单元42的射线引导机构运动。

所述处理单元通过连接线66在输出端侧与光源40相连接。该光源40比如通过白炽灯、发光二极管或者激光二极管来构成。

所述光源40构造用于产生光束43。所述焊接装置1构造用于使所述光束43反向于所述加工射线16的方向穿过所述射线引导机构24、穿过所述聚焦单元42继续通过所述偏转镜30将其引导到所述射线分配器28上，使得所述光束-沿与所述加工射线16的射线路径相反的方向-入射到所述焊接位置50上。

所述处理单元在输入端侧与用户接口68相连接。所述用户接口68具有构造为棒形的控制元件69。该用户接口68构造用于根据所述控制元件69的运动尤其回转运动来产生用户相互作用信号并且在输出端侧将其发送给所述处理单元15。

所述处理单元15构造用于根据在输入端侧接收的用户相互作用信号-并且就这样根据所述棒形的控制元件69的回转运动-来产生相应的控制信号并且将这些信号通过连接线64发送给所述聚焦单元42，用于激活所述伺服电机46和48。借助于所述用户接口68的控制元件69，就这样可以将由所述光源40产生的光束43-反向于所述加工射线16的射线方向-借助于所述调节装置44聚焦到所述焊接位置50上。所述焊接装置可以以这种简单的方式借助于可见的光束43来校准，从而可以借助于所述射线引导机构24将在所述射线分配器28上并且在所述射线转向机构30上反射并且从所述聚焦单元42中穿过的加工射线16引导给所述传感器14。为此，所述焊接装置1具有另一个聚焦单元34、另一个聚焦单元36和另一个聚焦单元38。此外，所述焊接装置1具有射线分配器32，该射线分配器构造并且布置用于反射由所述聚焦单元34在出口侧发送的加工射线16并且将所反射的加工射线16在入口侧传导给所述聚焦单元36。所述聚焦单元36构造用于将在入口侧接收的加工射线16传导给所述传感器14并且将其映射到该传感器上。

所述聚焦单元38构造用于将由光源40产生的光束43发送给所述射线分配器32，所述射线分配器构造用于传送光束43并且就这样将其发送给所述聚焦单元34。

所述聚焦单元34、36、38和42分别比如具有至少一个透镜，所述透镜构造用于使所述加工射线聚束并且在出口侧将其作为射束发出去。

所述处理单元15在输出端侧通过连接线60与所述射线源10相连接。所述处理单元15构造用于根据通过所述连接线62在输入端侧接收的传感器信号来产生用于激活所述射线源10的控制信号并且将其在输出端侧发送给所述射线源10。所述用于激活射线源10的控制信号比如可以代表所述射线12的射线强度。借助于如此构成的焊接装置1，可以有利地借助于所述用户接口68以及光源40比如在焊接过程的开始之前或者在制造焊接装置之后在入库校准时对尤其通过窗口18将所述加工射线16聚焦到所述传感器14上的情况进行校准。借助于所述窗口18，可以有利地仅仅将从键孔区域52上发出的加工射线16通过所述射线引导机构24、聚焦单元34并且进一步通过所述射线分配器32及聚焦单元36引导到所述传感器14上。

所述传感器14的传感器信号因而仅仅代表所述加工射线16的从键孔区域52上发出的加工射线。所述处理单元15因此可以仅仅根据从所述键孔区域52上发出的加工射线来调整用于将物体20与另一个物体22连接起来的焊接过程。

所述处理单元15比如通过微处理器、微型控制器或者FPGA（现场可编程门阵列）（FPGA=Field-Programmable-Gate-Array）来构成。

图2示出了图表70和图表72。所述图表70具有横坐标75和纵坐标77。所述图表72具有横坐标74和纵坐标76。

所述横坐标74代表在图1中示出的聚焦单元42的射线引导机构的在被所述加工射线16穿过的平面中沿着第一平移轴线的移动，所述横坐标75代表所述聚焦单元42的射线引导机构的沿着垂直于所述第一平移轴线在移动平面中伸展的第二平移轴线的移动。

所述移动在所述横坐标74和75分别以微米绘出。所述纵坐标76和77分别代表所述聚焦单元42的射线引导机构的沿着平移轴线的聚焦，该平移轴线沿所述加工射线的方向并且由此垂直于所述第一及第二平移轴线伸展。

所述图表70具有一个曲线对，该曲线对包括曲线86和89，所述曲线86和89分别代表由所述传感器14检测到的加工射线的相同的射线密度。所述图表70也具有一个曲线对，该曲线对包括曲线87和90，所述曲线87和90分别代表由图1中的传感器14检测到的射线密度，该射线密度小于通过所述曲线86和90所代表的射线密度。

所述图表70也具有一个曲线对，该曲线对包括曲线88和91，所述曲线88和91分别代表比借助于所述曲线87和90所代表的射线密度小的射线密度。可以看见所述射线密度的沿着垂直于所述第一及第二平移轴线的聚焦方向的对称的分布。

所述图表72具有一个包括曲线80和83的曲线对、另一个包括曲线81和84的曲线对以及另一个包括曲线82和85的曲线对。所述曲线80和83分别代表具有相同的比如由图1中的传感器14检测到的射线密度的聚焦位置。所述曲线81和84则分别代表具有相同的射线密度的聚焦位置。所述曲线82和85分别代表具有相同的比通过所述曲线81和84所代表的射线密度小的射线密度的聚焦位置。也示出了一个区域78，该区域包围着所述聚焦的不对称的区域。所述区域78代表在图1中示出的键孔62的纵向伸长。

图3示意性地示出了一种用于窗口18的实施例，该窗口具有用于加工射线的穿通面，其中所述穿通面在垂直于所述加工射线的平面中如此受到限制，从而仅仅那些从键孔上比如从在图1中示出的键孔52上发出的加工射线从所述窗口18中穿过。所述窗口18的穿通面在该实施例中构造为椭圆形。也示出了一种构造为圆形的表面区域19。所述构造为圆形的表面区域19比如是在图1中示出的传感器14的入射面和/或所述射线引导机构24的出口25的出射面。所述窗口18比如是在图1中示出的射线引导机构24的射线入射面。

在图1中示出的射线引导机构比如具有出射面，该出射面根据所述传感器14的入射面来成形尤其根据在图3中示出的表面区域19来成形。

Claims (10)

1.焊接装置（1），具有射线源（10），其中所述射线源（10）构造用于在焊接位置（50）上产生用于吸收在有待焊接的物体（20、22）中的电磁的射线（12），其中所述焊接装置具有传感器（14），该传感器布置并且构造用于检测在焊接时在所述焊接位置（50）上产生的电磁的加工射线（16），其中该传感器（14）构造用于根据所检测到的加工射线（16）来产生传感器信号，并且所述焊接装置（1）具有与所述传感器（14）及所述射线源（10）相连接的处理单元（15），该处理单元构造用于根据所述传感器信号来控制所述射线源（10）的射线产生的至少一个参数，

其特征在于，

所述焊接装置（1）构造用于在横向于射线传播方向的平面中通过窗口（18）来限制所发出的加工射线（16）的射束，其中所述窗口（18）在所述平面中具有纵向尺寸，该纵向尺寸大于所述窗口（18）的垂直于该纵向尺寸伸展的横向尺寸。

2.按权利要求1所述的焊接装置（1），其中所述焊接装置（1）具有射线导引机构（24），该射线导引机构构造用于将从所述焊接位置（50）上发出的加工射线（16）引导到所述传感器（14）上。

3.按权利要求2所述的焊接装置（1），

其特征在于，

所述射线导引机构（24）具有玻璃纤维束，所述玻璃纤维束构造并且布置用于将所发出的加工射线（16）从所述焊接位置（50）引导给所述传感器（14）。

4.按前述权利要求中任一项所述的焊接装置（1），

其特征在于，

在所述射线源（10）与所述焊接位置（50）之间的射线路径中布置了射线分配器（28），该射线分配器构造用于将由所述射线源发出的电磁的射线传送给所述焊接位置并且将从所述焊接位置上发出的加工射线反射并且至少间接地引导到所述传感器上。

5.按权利要求4所述的焊接装置（1），

其特征在于，

所述射线分配器（28）是半透明的镜子。

6.按前述权利要求中任一项所述的焊接装置（1），

其特征在于，

所述窗口（18）通过设置在所述加工射线（16）的射线路径中的光阑来构成。

7.按前述权利要求中任一项所述的焊接装置（1），

其特征在于，

所述窗口（18）通过所述玻璃纤维束（24）构成，其中所述玻璃纤维束（24）具有窗口形的射线进入横截面。

8.按前述权利要求中任一项所述的焊接装置（1），

其特征在于，

所述窗口（18）具有椭圆形的横截面。

9.用于对焊接过程进行调整的方法，其中产生电磁的射线（12）尤其激光射线并且在焊接位置（50）上将其发送到至少一个物体上，以便在所述焊接位置（50）上至少部分地得到吸收并且在所述焊接位置对所述物体进行加热并且至少部分地使其熔化，其中检测从所述焊接位置（50）上射出的电磁的加工射线（16）并且根据所检测到的加工射线（16）来改变所述电磁的射线（12）的产生的至少一个参数以便就这样影响所述焊接过程，其中所述加工射线（16）在横向于射线传播方向的平面中通过窗口（18）受到限制，从而仅仅检测到从焊接位置上的键孔中发出的用于影响焊接过程的加工射线（16）。

10.按权利要求9所述的方法，其中所述参数是所述电磁的射线（12）的射线强度或者是脉冲激励的电磁的射线（2）的脉冲持续时间。

Images