CN103476533A - 监测实际焊缝构形相对于所需焊缝构形的横向偏移量的方法、组合构造及机动车辆座椅 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种监测实际焊缝构形(128)相对于所需焊缝构形(138)的横向偏移量(140)的方法，特别是在机动车的部分中，其包含以下步骤：(a)在所需焊缝构形(138)的区域中提供至少一第一结构部件(100)，其具有一几何偏差(104、114)；(b)沿着所述第一结构部件(100)引导一激光束(124)，以产生一焊缝(126)而形成一熔池(142)，因而产生所述实际焊缝构形(128)；及(c)在步骤(b)的同时，检测来自所述熔池(142)的一反射(144)。

Description

监测实际焊缝构形相对于所需焊缝构形的横向偏移量的方法、组合构造及机动车辆座椅

技术领域

本发明是涉及一种监测实际焊缝路径相对于所需焊缝路径的横向偏移量的方法、一种组合构造及一种机动车辆座椅。

特别是在机动车的部分中，时常需要通过焊接将钢板或金属板连接在一起。在这方面，当二片材被接合在一起时，两者之间的一接缝通常会产生一个相应的焊缝。现今，激光通常被用于产生所述焊缝。对于所述产生的焊缝的质量来说，决定性的重点在于所述激光束的激光准确依循着欲结合的片材之间的所述接缝或间隙，也就是说，一实际焊缝路径及一所需焊缝路径之间的一相应横向偏移量被保持在最小值。

背景技术

现有技术提供许多解决方案以保持横向偏移量在最小值。

第一种解决方案为提供将欲接合片材非常准确地夹持在一焊接装置内，且相对于所述焊接装置总是以相同的方式移动所述激光，以产生焊缝。这是一个符合成本效益的方法，因为没有任何电子产品都需要监测横向偏移。然而，缺点是所述被接合的片材的几何形状会有公差，或在所述焊接装置中所述片材的夹紧位置稍微不同而导致确实的公差，而不能够被补偿。因此，在某些情况下会产生一较大的横向偏移。

例如，德国专利文献第DE69127121T2号进一步公开一种解决方案用于最小化所述横向偏移。其中一解决方案被揭露以提供所述接触式探针的使用，如以下二片材之间的接合。然而，这种类型的探针常常与相应的连接处失去接触，使所述焊缝的质量处于风险中。在一般情况下，这种类型的系统被限制为低焊接速度及特殊应用。此外，所述接触探针对热及磨损敏感，这可能会导致结果失败。

第DE69127121T2号还公开一种视觉检测系统，其可以检测并校正实际焊缝路径相较于所述部件的位置。这种类型的系统具有非常复杂及成本密集的缺点。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种监测实际焊缝路径相对于所需焊缝路径的横向偏移量的方法，特别是在机动车的部分中，一方面可以充分确实的检测横向偏移量，另一方面相对具有成本效益。

此外，提供一种改进的组合构造及一种改进的机动车辆座椅。

通过如权利要求1的方法的特征，如权利要求11的组合构造的特征以及如权利要求15的机动车辆座椅的特征，以实现这个目的。

因此，监测实际焊缝路径相对于目标焊缝路径的横向偏移量的方法，特别是在机动车的部分中，其特征在于：包含以下步骤：

(a)在目标焊缝路径的区域中提供至少一第一部件，其具有一几何偏差；

(b)沿着所述第一部件引导一激光束，以产生一焊缝而形成一熔池，因而产生所述实际焊缝路径；及

(c)在步骤(b)的同时，检测来自所述熔池的一反射。

一种组合构造，特别是在机动车的部分中，其特征在于：包含至少一第一、第二部件，其通过所述激光焊接方法产生的一焊缝连接，所述焊缝具有沿其路径的至少一凹陷，其与一焊接通过的几何偏差相关联，以便在所述第一及/或第二部件中监测一实际焊缝路径相对于一目标焊缝路径的一横向偏移量。

一种机动车辆座椅，包含如本发明提供的所述组合构造。

本发明的意旨是提供在目标焊缝路径内的几何偏差。如果所述几何偏差通过所述激光走偏，这导致反射的变化被检测到。如果这种类型的变化被检测到，在最简单的情况下，可以输出警告通知工作人员。或者，不管怎样，实际焊缝路径可通过下述被校正：所述激光束及一夹持装置(其中的第一部件任选所述第二部件被其夹持)两者相对彼此移动，在这种方式下，所述实际焊缝路径会再跟随目标焊缝路径。

检测其反射的结果是，不需要用复杂的影像系统以追踪如前所述的两部件之间的连接处。另外，也不需要用接触装置，例如前述的接触式探针。另外，所述实际焊缝路径及目标焊缝路径之间的横向偏移量能够被可靠地检测。

所述从属权利要求提供本发明的优选实施例。

“横向偏移量(Lateral offset)”指实际焊缝路径(weld seam path)横移至目标焊缝路径的偏移量。

一般而言，依检测反射的函数，焊接过程中可被中断，实际焊缝路径可被校正，可输出警示信号，例如通知工作人员，及/或焊接的部件可被自动处理。

原则上，也可能将根据本发明的方法应用在仅有一部件时。例如，如果电堆焊接缝欲在第一部件上产生。电堆焊(Electro-surfacing)指通过焊接在部件上涂层。

根据本发明所述方法的一实施例中，在所述第一部件的一边缘的区域内提供所述几何偏差。优选地，特别是如果第一部件的边缘是欲在所述接缝连接至一第二部件。

根据本发明所述方法的另一实施例中，所述几何偏差是通过机械加工产生，特别是通过碎屑去除处理，更优选为通过铣削，冲压，车削，研磨，刀锯和/或切割。或者，当所述第一部件最初形成时，可能会产生所述几何偏差，例如，铸铁。用于产生几何偏差的方法如上述，可简单地进行。

根据本发明所述方法的另一实施例中，所述几何偏差是由沿着所述目标焊缝路径的一个或多个凹部(recess)的形式所构成。所述凹部例如可以是一个连续矩形凹部的形式，特别是在所述第一部件的边缘的区域内或者在一个孔的形式。在所述第一部件中的凹部的深度优选为至少0.3毫米(mm)，在所述焊接熔池区域内的所述激光束具有的最大直径优选为0.9毫米。更优选地，在所述焊接熔池区域内的所述激光束的直径为0.2至0.6毫米。“深度(Depth)”是指所述凹部在一方向上横移至所述激光束移动方向的程度，并位于大致垂直于所述激光束的一平面内。如上述提出的尺寸，当激光束经过凹部上时，所述焊接熔池的反射足以被影响，通过一评估装置用以检测所述影响程度。如果所述凹部小于0.3毫米，可能发生的是，所述反射的相应影响程度不会从其他的影响中完全显现出来，例如，由于沿着实际焊缝路径的所述第一部件的材料组成变化而产生的影响。所述激光束的直径过大表示所述激光束会经过所述几何偏差上，且在所述反射的相应影响程度也将被检测。在这种情况下，所述实际焊缝路径和所述几何偏差及目标焊缝路径之间的横向偏移量可以是相当大的。也就是说，从光束方向看，只有所述激光束的边缘区域与所述凹部重叠。

根据本发明所述方法的另一实施例中，所述边缘包含凹部，且所述凹部在其厚度方向穿过所述第一部件，所述边缘的厚度优选为小于或等于4毫米，所述凹部的深度为至少0.3毫米，及/或所述凹部的长度为2-10毫米。这种方式也确保反射上有一充分影响程度。

根据本发明所述方法的另一实施例中，所述边缘包含凹部，且形成一阶梯区域，所述边缘的厚度优选为大于4毫米，及/或所述凹部的深度为至少0.3毫米，所述凹部的宽度为至少0.3毫米及/或所述凹部的长度为2-10毫米。在本文中，“宽度(width)”是指所述凹部在所述激光束的方向上的程度，这种方法尤其适用于厚片材，其中可确保反射的充分影响程度。

根据本发明所述方法的另一实施例中，所述第一部件通过所述产生的焊缝连接至一第二部件，在所述第一、第二部件之间的一接缝的区域内提供所述几何偏差。因此，优选为通过如本发明的方法将至少二部件连接在一起。

根据本发明所述方法的一实施例中，所述焊缝是以一凸缘(flanged)接缝、T形接缝、倒角(fillet)接缝或I形接缝的形式产生。所述接缝及相应的接合类型对于本发明相当合适。

根据本发明所述方法的另一实施例中，(a)对于一倒角接缝来说，所述凹部具有一深度为0.5-0.8毫米及一长度为2-10毫米，(b)对于一凸缘接缝来说，所述凹部具有一深度为0.5-1毫米及一长度为2-10毫米，或(c)对于一I形接缝或T形接缝来说，所述凹部具有一深度为0.3-0.6毫米及一长度为2-10毫米。在所述熔池的区域内的所述激光束的直径为0.2-0.6毫米。通过上述尺寸的方式，在反射上可达到上述充分影响程度。此外，所述凹部具有长达10毫米以上的长度，其产生的横向偏移能够被可靠地检测到。另外，由于所述凹部的长度不该超过10毫米，过度加工以生产所述凹部及所述第一部件的过度削弱是可避免的。

根据本发明所述方法的另一实施例中，通过一检测装置检测所述反射，特别是通过一光电二极管，在所述激光束的光路径中，所述反射优选具有一波长为400-700纳米(nm)。优选地，这类型的检测装置已经是经常存在于商业上可购得的激光，其用于检测其他焊接参数，例如焊接温度。优选地，这种预先存在的检测装置，用于检测横向偏移。

上述在反射上的效果，特别是指频谱(spectrum)变动的形式，优选为在特定频率下反射强度的变化。

根据本发明所述组合构造的另一实施例中，提供多个所述凹陷，相关联于在所述第一及/或第二部件中的多个不同的焊接通过(welded-over)的几何偏差。“凹陷(Indentation)”特别是指焊缝路径中的凹陷(depression)处。

根据本发明所述组合构造的另一实施例中，提供至少三个所述凹陷，且彼此间隔相同距离。

根据本发明所述组合构造的另一实施例中，所述一个或多个凹陷排列在所述焊缝的一改变方向的区域内。

附图说明

通过附图中所示的实施例的方式，本发明将有更详细的说明如下：

图1是根据本发明一实施例的方法在实施过程情形的一透视图。

图2是由图1的Ⅰ-Ⅰ的一剖视图。

图3A是由图1的Ⅱ-Ⅱ的一剖视图。

图3B-3D是图3A的实施例的不同变化的视图。

图4是一光电二极管产生的电压信号V的曲线图，以做为距离X的函数。

具体实施方式

除非另有规定，在附图中相同的标号表示相同的部件，元件及特征。

如图1所示为根据本发明一实施例的方法的一种情况。

参阅图1的透视图所示，在所述对接的接缝200中(见图2)，配置一第一部件100及一第二部件102。在这种情况下，图2是图1的Ⅰ-Ⅰ的一剖视图。

所述第一部件100及第二部件102优选为金属，特别是钢片或钢板。

所述第一部件100沿着所述边缘116包含几何偏差104、114，其连同所述第二部件102的相对边缘118形成对接的接缝200。各自的几何偏差104、114为例如一长方形凹部300的形式，如图3A的Ⅱ-Ⅱ剖视图所示，由所述第一部件100的上侧302完全连续至所述第一部件100的底面304。所述凹部300在所述第一部件100中产生，例如在其与所述第二部件102一起配置在所述的接缝200内之前，通过研磨产生。

如图1所示，所述凹部300的长度l优选为2至10毫米之间。另外，所述凹部300的深度t至少有0.3毫米。所述深度t在图中被过度放大用于增进理解。在所述连续凹部300的情况下，所述片材厚度优选小于4毫米。

续参阅图1所示，另外显示有一激光120且可在空间中移动，例如通过一机械臂122，以便沿着所述接缝200产生一焊缝126(仅指示于其端部)，所述焊缝相连接所述第一、第二部件100、102。在本文中，所述焊缝126的路径对应于一实际焊缝路径128，其在第一种情况下与一目标焊缝路径138基本上一致，在第二种情况下相对于所述目标焊缝路径138具有一相当大的横向偏移140。在第一种情况中，所述实际焊缝路径128及目标焊缝路径138通过单点划线表示，因为两者是一致的。在第二种情况中，所述实际焊缝路径128通过双点划线表示。

所述激光120例如是YAG激光，其优选的功率为2至4千瓦。所述激光120在所述熔池142区域内产生所述激光束124，所述激光束的直径为102至206毫米之间(通过相同阴影线作为所述焊接熔池126的代表)。

当所述第一、第二部件100、102已被夹紧或铺设在一焊接装置中(图未示)(与所述接缝200形成在一起)，移动所述激光束124以产生所述焊缝126。在同一时间，所述激光从所述熔池142的反射144，利用一检测装置检测，其在图1的简图中与所述激光束124一致，故未作更详尽的显示。例如一光电二极管146的形式，在所述激光束124的光束路径中。将所述检测的反射144的光谱作为一函数，如图4所示，所述光电二极管146产生一电压信号400，。如图4显示的电压信号400作为通过所述激光束124沿着接缝200覆盖的一距离X的函数。

参阅图4所示，所述电压信号400在所述第一凹部114的区域内大幅降低，其位于图4中的位置X1。这是由于所述反射144的变化，其发生在当所述激光束124达到所述凹部114时。因此，所述电压信号400也可以在所述第二凹部104的区域内降低，其位于图4中的位置X2。在所述区域X1及X2，所述电压信号400下降至一门槛值V1，且是由一评估装置148(见图1)进行检测。例如，在目前的情况下，所述评估装置148在这样的方式下提供，如果检测到的水平低于所述门槛值V1两次，就不会输出警告信号通知工作人员，及/或输出焊缝正常(Weld Seam OK)的信息。在这种情况下，如图1所示，所述实际焊缝路径128基本上对应于所述目标焊缝路径138，并以点划线的方式表示。

然而，如果现在所述实际焊缝路径128由所述目标焊缝路径138偏离，两者是在彼此相距一横向偏移量140，如图1所示为双点划线，所述激光束124不再扫过所述第二凹部104，或不足以这样进行。这也许是因为例如所述焊接装置(图未示)相对于所述机械臂122的的位置发生变化，因为所述第一、第二部件100，102不能正确地夹持在所述焊接装置中，或者所述第一、第二部件100，102本身具有重大公差(tolerances)。

由于所述激光束124不扫过所述第二凹部104，在所述位置X2(见图4)的区域没有所述电压信号400压降的情形发生，如虚线402所示。如果现在评估装置148确定所述水平仅低于所述门槛值V1一次，将输出警告信号通知工作人员，及/或输出焊缝异常(Faulty Weld Seam)的信息。

在这种方式中，可以很容易地检测所述实际焊缝路径128及所述目标焊缝路径138之间的横向偏移量140，以保持在一最小值。

根据另一个实施例，所述评估装置148也可以耦合至一机械臂122，且若所述水平已经低于所述门槛值V1被确定时，用以校正所述激光124相应的位置。

如图3B所示为所述凹部300的另一个实施例。这是特别适合片材厚度D>4毫米。在这种情况下，所述凹部300只延伸部分通过所述第一部件100的厚度D，且从而形成一阶梯306，其尽可能地达到所述第二部件102的边缘118。如图3B的实施例中，所述深度t的范围>0.3毫米。所述凹部300延伸至所述第一部件100内的所述宽度b优选为>3毫米。

如图3A及3B所示，优选为关于从所述部件100、102的接缝l开始形成的焊缝l的形成情况。

如图3C所示，为上述揭露的方法应用于一第一、第二部件100、102，两者共同形成一凸缘接缝200，且需通过凸缘接缝的方式焊接，优选地，所述凹部300的深度t为0.5至0.8毫米之间，及所述长度l(见图1)为2至10毫米之间，所述宽度b优选为>3毫米。

如图3D所示为图3A的另一种变化，其中第一、第二部件100、102被设置在相对于彼此的一T形接缝，且一倒角接缝通过上述揭露的方法产生。优选地，在这种情况下，所述凹部300具有一深度t为0.5至1毫米，及一长度l(见图1)为2至10毫米。所述宽度b再优选为>3毫米。所述第一部件100的厚度D优选为>4毫米。

优选地，所述第一、第二部件100、102为来自所述机动车部分中的组合构造。例如，所述第一部件100可以是一支架的形式，特别是一安装支架，更优选为用于机动车辆座椅的安装支架。所述第二部件也可以作为一导轨的形式，特别是用于机动车辆座椅的座椅导轨。

根据另一个实施例，所述几何偏差104也可以是一个孔的形式。

所述焊缝126具有多个凹陷(未绘示)，其分别与所述第一部件100中的所述焊接通过的凹部300相关联。

虽然本发明已经以优选实施例的方式揭露内容，但还是可以进行各种方式修改，并不局限于此。另外，根据本发明的方法揭露的结构及实施例，同样可应用在本发明的组合构造及本发明的机动车辆座椅，反之亦然。应指出的是，一或一个不排除本文中的多个。

附图标记列表

100    第一部件

102    第二部件

104    几何偏差

114    几何偏差

116    边缘

118    边缘

120    激光

122    机械臂

124    激光束

126    焊缝

128    实际焊缝构形

138    目标焊缝构形

140    横向偏移量

142    熔池

144    反射

146    检测装置

148    评估装置

200    接缝

300    凹部

302    上侧

304    底面

306    阶梯

400    电压信号

402    电压信号

b      宽度

l      长度

t      深度

D       厚度

V1      门槛值

X1      门槛值

X2      门槛值

Claims (15)

1.一种监测实际焊缝路径(128)相对于目标焊缝路径(138)的横向偏移量(140)的方法，特别是在机动车的部分中，其特征在于：包含以下步骤：

(a)在目标焊缝路径(138)的区域中提供至少一第一部件(100)，其具有一几何偏差(104、114)；

(b)沿着所述第一部件(100)引导一激光束(124)，以产生一焊缝(126)而形成一熔池(142)，因而产生所述实际焊缝路径(128)；及

(c)在步骤(b)的同时，检测来自所述熔池(142)的一反射(144)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述第一部件(100)的一边缘(116)的区域内提供所述几何偏差(104、114)。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述几何偏差(104、114)是通过机械加工产生，特别是通过碎屑去除处理，更优选为通过铣削，冲压，车削，研磨，刀锯和/或切割。

4.如上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于：所述几何偏差(104、114)是由沿着所述目标焊缝路径(138)的一个或多个凹部(300)的形式所构成。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述边缘(116)包含凹部(300)，且所述凹部(300)在其厚度方向穿过所述第一部件(100)，所述边缘(116)的厚度(D)优选为小于或等于4毫米，所述凹部(300)的深度(t)为至少0.3毫米，及/或所述凹部(300)的长度(l)为2-10毫米。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述边缘(116)包含凹部(300)，且形成一阶梯区域(306)，所述边缘(116)的厚度(D)优选为大于4毫米，及/或所述凹部(300)的深度(t)为至少0.3毫米，所述凹部(300)的宽度(b)为至少0.3毫米及/或所述凹部(300)的长度(l)为2-10毫米。

7.如上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于：所述第一部件(100)通过所述产生的焊缝(126)连接至一第二部件(102)，在所述第一、第二部件(100、102)之间的一接缝(200)的区域内提供所述几何偏差(104)。

8.如上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于：所述焊缝(126)是以一凸缘接缝、T形接缝、倒角接缝或I形接缝的形式产生。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：

(a)对于一倒角接缝来说，所述凹部(300)具有一深度(t)为0.5-0.8毫米及一长度(l)为2-10毫米，

(b)对于一凸缘接缝来说，所述凹部(300)具有一深度(t)为0.5-1毫米及一长度(l)为2-10毫米，或

(c)对于一I形接缝或T形接缝来说，所述凹部(300)具有一深度(t)为0.3-0.6毫米及一长度(l)为2-10毫米，

在所述熔池(142)的区域内的所述激光束(124)的直径为0.2-0.6毫米。

10.如上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于：通过一检测装置(146)检测所述反射(144)，特别是通过一光电二极管，在所述激光束(124)的光路径中，所述反射(144)优选具有一波长为400-700纳米。

11.一种组合构造，特别是在机动车的部分中，其特征在于：包含至少一第一、第二部件(100、102)，其通过所述激光焊接方法产生的一焊缝(126)连接，所述焊缝(126)具有沿其路径的至少一凹陷，其与一焊接通过的几何偏差(104、114)相关联，以便在所述第一及/或第二部件(100、102)中监测一实际焊缝路径(128)相对于一目标焊缝路径(138)的一横向偏移量(140)。

12.如权利要求11所述的组合构造，其特征在于：提供多个所述凹陷，相关联于在所述第一及/或第二部件(100、102)中的多个不同的焊接通过的几何偏差(104、114)。

13.如权利要求11或12所述的组合构造，其特征在于：提供至少三个所述凹陷，且彼此间隔相同距离。

14.如权利要求11至13任一项所述的组合构造，其特征在于：所述一个或多个凹陷排列在所述焊缝(126)的一改变方向的区域内。

15.一种机动车辆座椅，其特征在于：包含一如权利要求11至14任一项所述的组合构造。

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