CN104339080B - 用于钢材接合的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于钢材接合的方法。本发明涉及一种借助加工射束接合组件的方法，其中第一组件和第二组件借助加工射束通过加热相互连接在接合接头上，并且借助热成像摄像机拍摄热成像，每个热成像具有表征第一组件的温度分布的第一热成像区段以及表征第二组件的温度分布的第二热成像区段。
Description
技术领域
本发明涉及一种借助富含能量的加工射束接合组件的方法，借助该加工射束可以可靠地引导接合缝并检测接合缺陷。
背景技术
在借助加工射束(例如激光射束)以加热方式接合钢板或其它组件时，为了确保高的连接质量应该使连接缺陷的数量和尺寸尽可能小。为此特别需要相对于彼此待连接的组件精确地定位加工射束，对此可以借助各种缺陷识别方法检测残余的连接缺陷并且例如通过精加工消除残余的连接缺陷。
在缺陷识别方面有多种方法评定接合缝、例如焊缝的质量；对此通常在接合过程之后进行接合质量的评定。例如可以基于焊缝几何形状的测量来评定焊缝的质量，对此检测表面结构、孔隙和缝的中断。然而其缺陷在于，外部的检测不能获得对连接品质的明确结论。
此外，可以利用热熔印刷的原理判定例如焊缝的接合质量。对此通过普朗克辐射定律近似地衡量所描述的组件辐射性能并且在时间上和/或在空间上对辐射的强度分布进行表征；其中从组件表面上的一个位置发出的红外辐射的强度作为该位置上的温度的度量。在时间上和/或空间上的、组件辐射能量的强度分布对连接的质量提供了指示。例如已知，借助热熔印刷判定焊缝的质量，其中短时间地加热经焊接的组件并且通过接合位置上的热损失来评定连接的质量。对此充分利用了这样的事实，即，材料在完全的、无缺陷的连接情况下比在有缺陷的连接情况下更快地冷却。
在激光焊接过程中对叠置连接进行缺陷识别的其它方法例如描述在DE 103 38062 A1、DE 10 2007 024 789 B3、DE 10 2009 052 529 A1和DE 10 2011 078 276 B3中，对此从搭接接合接头的平面的一侧观测以搭接接合接头的形式相互连接的两个板材。因此，该方法只适合于检查叠置连接，其中，因为只直接获取其中一个接合部件的情况，所以只能够对接合质量得出间接的结论。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种射束接合组件的方法，通过该方法能够以简单的方式和方法将接合缺陷的产生减到最小程度并且能够可靠地识别残余的接合缺陷。
根据本发明，通过根据本发明所述的方法实现了该目的。
对此，用来以加热方式接合、例如通过钎焊或熔焊借助富含能量的加工射束、例如激光射束接合组件的装置在下面表示为“接合装置”。该接合装置用来将待接合的第一组件和待接合的第二组件通过本身的加热接合在由这两个组件形成的接合接头上，对此组件例如能够是板材的形式。例如能够借助接合装置的夹紧装置夹紧组件从而形成接合接头，对此夹紧装置具有彼此相对的、用来夹在组件上的夹紧部件。例如能够借助接合装置的射束导引装置在组件上定位加工射束，对此射束导引装置特别可以具有一个或多个转向单元(例如反射镜)用来引导加工射束。
接合装置还具有热成像摄像机，借助该热成像摄像机能够测得在接合过程中通过加工射束加热的接合接头区段的热成像。该热成像摄像机是这样设置并形成的，即，由该热成像摄像机测得的每个热成像具有第一热成像区段和第二热成像区段，第一热成像区段表征所测量的接合接头区段中的第一组件的温度分布，第二热成像区段表征所测量的接合接头区段中的第二组件的温度分布。例如能够这样地设置并形成该摄像机，即，由该摄像机以热熔印刷的方式测量的检测区域完全覆盖位于夹紧装置的夹紧部件之间的区域。因此，借助(热成像摄像机的)唯一的观测系统生成两个或多个组件(例如钢板)在接合位置上的一个或多个图像，对此可以在唯一的图像中共同识别出所观测的多个板材。
借助热成像摄像机能够生成可分辨空间的、与温度相关的尺寸，这些尺寸表征在接合部件的不同位置上的温度。通过由这些位置发射的红外辐射的强度表征各个位置上的温度，对此借助热成像摄像机能够例如以应力值、灰度值或色度值形式测得辐射强度，其中热成像摄像机的每个像点或传感器元件对应于一个这种形式的、与温度相关的值。因此，在热成像中例如能够通过不同的辐射强度、应力值、灰度值或色度值代表不同的温度值。热成像特别能够呈现为强度分布或强度卡的形式，其中例如能够通过相对应的红外辐射强度、相对应的应力值或相对应的灰度值得出像点上的强度并且可以与相对应的组件位置上的温度成正比。强度值可以换算成绝对的温度值，但这并不是强制的。因此，借助热成像摄像机，在时间和/或空间上可分辨地测量由组件发出的热辐射的强度分布。
通过热成像摄像机在唯一的图像中同时检测两个彼此待连接的组件，可以同时测得两个组件中的、通过加工射束生成的热输入，由此可以同时且直接地测得两个组件中的接合区域或熔池的几何形状。因此能够可靠地识别接合缺陷并且以高的精确度检测所生成的接合缝的质量。同时测得两个接合部件中的接合区域或熔池的几何形状还可以得出加工射束相对于组件的定位结论，对此能够在确定有缺陷的射束定位时进行位置修正。因此，在测得的热成像基础上实现了加工射束的定位和射束导引，也就是说，热成像数据也可以用于接合缝导引。通过借助热成像实现正确的射束定位，能够减少接合缺陷的数量。由于热成像既能够用于接合缝导引也能够用于缺陷识别，所以对于这两个功能不需要提供额外的装置，由此能够使得所需结构件的数量少。通过利用由加工射束生成的热输入来获取热成像，接合装置不再需要额外的加热源、照射装置或其它的能量源用于接合位置的观测。
因此，本发明涉及借助高能辐射的、两个或多个组件(例如钢板)的接合，对此例如将两个钢板彼此焊接在其棱边上(特别是在端面一侧或者作为紧邻一个或多个钢板棱边的I-接合缝)。本发明可以检测这样相互焊接的钢板的接合质量；对此利用这样的事实，即，在借助激光射束或其它加工射束的焊接过程中射束本身吸入热量并且测量通过射束生成的熔体周边的热流。因而能够同时检测两个或多个接合部件的受热情况，由此例如能够测量接合部件之间的热流。由此实现了所生成的接合连接的在线或实时质量评定。另外，必要时能够直接识别待接合的组件之间出现的缝隙(并且不是间接通过呈现其中一个接合部件的表面上的热量特性或温度特性)。
可以在接合过程中或者紧接在接合之后测量接合位置的温度特性。例如接合装置可以(例如借助进给装置)朝进给方向沿着接合接头相对于待接合的组件移动，对此加工射束在组件上的照射位置也朝进给方向移动。其中，可以(例如借助热成像摄像机的相应构造和调整)这样地设置接合装置，即，由热成像摄像机检测的区域包括加工射束的照射位置(这种情况下在接合过程中测量温度特性)。然而，也可以这样地设置接合装置，即，由热成像摄像机检测的区域相对于进给方向位于加工射束的照射位置后方并且因此不包括加工射束的照射位置(这种情况下在接合之后测量温度特性)。
为了形成端缝和角焊缝优选在搭接接合接头的端面上设置接合装置，对此借助热成像摄像机同样优选从搭接接合接头的端面一侧进行观测(即，热成像摄像机优选与端面相间隔地设置在端面一侧)。
加工射束(例如借助射束导引装置)沿着加工射束路径连续通向接合接头。可以这样地设置热成像摄像机，即，该热成像摄像机的观测射束路径与加工射束路径完全分离地延伸(所谓侧向的摄像机设置以及观测几何设置)。
根据一个实施方式，这样设置热成像摄像机，即，热成像摄像机的观测射束路径至少在局部区段上与加工射束的加工射束路径重合(所谓同轴的摄像机设置以及观测几何设置)。由此例如可以空间有效、节省位置地设计接合装置。
由热成像摄像机测得的红外辐射例如能够借助射束导引装置的转向镜从加工射束路径分离，该转向镜对于由热成像摄像机检测的红外-波长区域来说是可穿透的以及对于作用为加工射束的激光射束的波长区域来说是能够反射的。也可以通过射束导引装置的能够调整的扫描镜(其对于由热成像摄像机检测的红外-波长区域来说是能够反射的)引导观测射束路径，由此能够以热熔印刷的方式检测较大的组件区域。
根据一个实施方式，这样设置及形成热成像摄像机，即，该热成像摄像机能够沿着(由第一组件和第二组件形成的)接合接头的整个宽度检测接合接头区段。例如可以这样地形成及设置热成像摄像机，即，该热成像摄像机能够检测可最大限度地被夹紧部件覆盖的夹紧宽度。由此例如确保了，在借助夹紧装置夹紧钢板的情况下能够由热成像摄像机持续以热熔印刷的方式检测接合接头的整个宽度。通过以热熔印刷的方式检测接合接头的整个宽度，即在每个热成像中沿组件的整个厚度检测第一组件或钢板和第二组件或钢板，可以在接合缝引导和/或缺陷识别中考虑到由加工射束实现的所有热输入。
接合装置可以用于在接合缺陷方面评估热成像，即用于识别接合缺陷并且基于热成像评价接合的质量。接合装置可以替换性地或者额外地用于在加工射束的定位方面评估热成像并且用来基于评估结果定位加工射束。例如可以通过调整射束导引装置的转向单元或通过重置射束导引装置来改变加工射束的定位。
例如能够通过比较第一热成像区段和第二热成像区段来评估热成像，对此例如可以将由两个热成像区段表征的(对于接合接头轨迹的)温度分布的不对称判定为加工射束的错误定位和/或判定为接合缺陷。或者可以通过比较该热成像和预定的目标-热成像来评估热成像，对此例如可以将实际-热成像与目标-热成像的差异判定为加工射束的错误定位和/或判定为接合缺陷。
意外发现，在组件边缘(例如钢板边缘)上的热量转移或温度损失很明显，以至于在热成像中例如能够明显测得接合接头的外边缘的位置，从而根据这样测得的组件边缘能够实现接合缝导引。因此，通过这样地形成接合装置可以省去单独的(例如以激光三角测量装置形式的)接合缝导引装置，即，借助夹紧装置通过夹紧已经将加工射束比较准确地定位在组件上并且通过所希望的热成像调整精确的定位(例如通过实际-热成像与规定的目标-热成像进行比较以及这样改变加工射束的定位，即，使得实际-热成像与目标-热成像一致)。
第一组件和第二组件在接合接头上通过形成沿接合接头延伸的接合缝而彼此连接。接合接头具有纵向于接合接头或接合缝延伸的纵向方向以及横向于接合接头或接合缝延伸的横向方向。可以只沿着线条测量温度分布或者代表温度分布的强度分布从而评估热成像，对此这些线条优选横向于和/或纵向于接合接头或接合缝延伸。
根据一个实施方式，这样地形成接合装置，即，该接合装置能够由热成像在接合接头的一个或多个纵向位置上测定强度横向分布，该强度横向分布表征了沿着横向于接合接头延伸的方向或线条的温度分布，并且该接合装置能够结合所测得的强度横向分布来评估热成像。例如可以通过温度-横向分布直接得出这种强度横向分布；然而也可以通过与温度相关的强度值来代表温度值(参见前述)。
特别是可以这样地形成接合装置，即，该接合装置在每个强度横向分布中将双面最外的边缘位置定为侧面的界限位置，在最外的边缘位置上强度横向分布低于规定的界限值，界限位置相对横向于接合接头延伸的方向限制了通过加工射束加热的区域，并且该接合装置结合所测得的界限位置来评估热成像。
例如可以这样地形成接合装置，即，该接合装置将双面的界限位置之间的间距定为加热的轨距，并且当接合接头的一个或多个纵向位置上的加热轨距小于规定的轨距-最小值时(其中轨距-最小值可以根据纵向位置给出)，则判定为接合缺陷或加工射束的错误定位。
替换性地或者额外地可以这样地形成接合装置，即，接合装置在每个强度横向分布中将一个横向位置定为其中一个待接合的组件的棱边位置，对此在该横向位置上强度横向分布的变化值(例如以导数的形式或者以强度进位的形式给出)至少和规定的最小值一样大。棱边位置的信息例如可以用于接合缝导引，对此结合所测得的棱边位置进行加工射束的定位。
特别可以结合双面的界限位置相对于双面的棱边位置的方位来评估热成像；对此，例如当两个界限位置(在规定的界限内)不是对称的以及位于两个棱边位置的中间或者不和本身重合时，则能够判定为接合缺陷和/或加工射束的错误定位。
根据一个设计，这样地形成接合装置，即，该接合装置能够由热成像在接合接头的一个或多个横向位置上测定强度纵向分布，该强度纵向分布表征沿着纵向于接合接头延伸线的温度分布，并且结合所测得的强度纵向分布评估热成像。这种强度纵向分布例如能够通过温度-纵向分布得出；然而也可以通过与温度相关的强度值来代表温度值(参见前述)。
例如可以在位于第一组件上的横向位置上测量第一强度纵向分布以及在位于第二组件上的横向位置上测量第二强度纵向分布，并且通过比较第一强度纵向分布和第二强度纵向分布来评估热成像；对此，例如当第一和第二强度纵向分布(在规定的界限内)不一致时，则可以判定为接合缺陷和/或加工射束的错误定位。
此外，接合装置可以根据强度纵向分布来确定实际的接合缝区段的长度，对此可以将强度纵向分布超过第一界限值的一个纵向位置与强度纵向分布低于第二界限值的一个纵向位置之间的间距定为实际的接合缝区段的长度。
根据本发明的设计，提供了一种借助加工射束、例如激光射束接合、例如钎焊或熔焊组件的方法，对此该方法特别是能够用于操作根据前述设计中的任意一项所述的接合装置。该接合方法与对于接合装置所描述的操作方法相一致，因此接下来只是缩略地说明该接合方法并且关于接合方法的设计参见对于接合装置的相应说明。
该方法包括借助加工射束通过加热在接合接头上接合第一待接合组件和第二待接合组件，以及检测通过加工射束加热的接合接头区段的一个或多个热成像；其中每个热成像具有表征第一组件的温度分布的第一热成像区段和表征第二组件的温度分布的第二热成像区段。根据该方法特别是以热熔印刷的方式同时检测两个(或多个)组件，该组件例如为钢板，其中能够直接测定两个组件之间的热流。
加工射束沿着加工射束路径通向接合接头。借助热成像摄像机检测热成像，例如能够这样地设置该热成像摄像机从而形成同轴的观测几何设置，即，热成像摄像机的观测射束路径至少分段地沿着加工射束的加工射束路径延伸。特别是可以这样获取热成像，即，每个热成像沿着接合接头的整个宽度(即沿着横向于接合接头延伸方向的扩展)检测接合接头区段。
该方法还可以包括热成像的评估，对此可以在接合缺陷的识别方面和/或在加工射束的定位识别方面进行评估。在后一种情况下，该方法还能够包含基于图像评估结果对加工射束进行定位。因此，借助本发明特别是还提供了一种用来识别接合缺陷的方法以及一种用来基于热成像的评估引导接合缝的方法，其中这两种方法也可以不依赖于接合方法实施。
图像的评估例如可以按照前面对接合装置的描述来进行。因此例如可以通过检测并评估一个或多个强度横向分布来进行图像评估，对此由强度横向分布例如可以得出限定经加热区域的界限位置和限定接合接头的棱边位置，其中这些尺寸又能够用于缺陷识别和/或质量检测。此外，图像评估例如如前所述包括一个或多个强度纵向分布的检测和评估。
附图说明
接下来根据多个实施例结合附图说明本发明，对此相同或类似的特征用相同的附图标记表示；其中：
图1示出了在接合过程中具有热成像摄像机的接合装置；
图2A-2C示出了接合位置的热成像；
图2D示出了根据图2A-2C的热成像的线条视图；
图3示出了表征温度分布的强度横向分布；
图4示出了表征温度分布的强度纵向分布；
图5示出了端缝上的各种焊接轮廓；
图6示出了角焊缝上的各种焊接轮廓；
图7示出了各种检测几何设置；以及
图8示出了在三板连接上的各种可能的焊接轮廓
附图标记说明
具体实施方式
图1示意性地说明了根据一个实施方式的接合装置1，该接合装置处于借助激光射束7形式的加工射束接合两个以钢板3、5形式的组件的过程中，其中在搭接接头上端面一侧的焊接表示两个板的连接。接合装置1具有用来定位激光射束7的射束导引装置9，对此该射束导引装置9特别是具有聚焦单元11和以转向镜13形式的转向单元。接合装置1还具有同步的夹紧装置15，该夹紧装置具有两个彼此相对的、以旋转方式同步的夹紧部件17，在这两个夹紧部件之间夹紧两个钢板3、5从而形成搭接接头形式的接合接头19。该钢板例如是板厚为1.2mm的镀锌钢板。
这样地形成并设置射束导引装置9，即，该射束导引装置在激光射束7的接合过程中从搭接接头19的端面一侧对准其端面，从而激光射束7射在两个钢板3、5的接头上并且两个钢板3、5在激光射束7的照射位置上在端面一侧通过形成焊缝21而相互焊接。接合装置1在接合过程中沿着作为进给方向的x方向移动。
根据图1，搭接接头19的接头平面或分离平面平行于图中所示的xyz坐标系统的xz平面移动；对此搭接接头19和焊缝21的纵向方向平行于x方向延伸并且横向于搭接接头19和焊缝21延伸的横向方向平行于y方向延伸。
为了实施根据本发明的方法，接合装置1具有热成像摄像机23。这样地设置并形成热成像摄像机23，即，该热成像摄像机沿着接合接头19的整个宽度(即沿y方向的扩张)以热熔印刷的方式检测接合接头19的一个区段(在图1中通过虚线表示的线条24进行说明)。因此，由该热成像摄像机23测得的每个热成像在实际接合位置区域中覆盖第一钢板3的一个区段和第二钢板5的一个区段，对此由热成像摄像机23对钢板3、5进行检测的区域24包括激光射束7射在接合接头19上的照射区域。因此，每个热成像具有表征第一钢板3的温度分布的第一热成像区段和表征第二钢板5的温度分布的第二热成像区段。
热成像摄像机设置在转向镜13的、避开激光射束7的射束路径的一侧上，其中该热成像摄像机能够以热熔印刷的方式检测通过夹紧部件17能够实现的最大夹紧宽度。转向镜13是波长选择性可部分穿透的镜面，该镜面对于由热成像摄像机23采用的红外辐射的波长区域来说是透光的以及对于激光射束7的波长来说是能够反射的。这样设置该热成像摄像机23，即，热成像摄像机23的观测射束路径在转向镜13和接合接头19之间的区域内与激光射束7的射束路径重合。因此存在同轴的观测几何设置，对此(在所述区域中)与激光辐射的光学轴同轴地进行观测。
图2A、2B和2C示出了在焊接过程中作为灰度图像测得的热成像，其中通过较亮的灰度代表较高的温度。在图像的下半部分明显可以看出亮光，在该部分中激光射束7(这里以大约1kHz的振荡频率进行扫描)照射在搭接接头19的端面上。图像中的上部分连有金属的液相，该液相在图中总体上有点暗并且对于熔体在表面上具有典型的亮点(波谷和波峰)。在图像的上半部分中分别可以看出由高温引起的辐射特性，其表现出冷却效应。
图2A示出了测得的热成像。之后在图2B中手动将搭接接头19的两个外部的钢板棱边表示成线条25、27。正如在图中根据(接头的)热图形的显著不对称性明显可见，所示的两块板应用具有不理想的连接。对此的原因在于激光点的错误定位，由于该错误定位导致只在两个钢板3、5的左侧第一钢板3进行有效的焊接。在该热成像中，只能在两个钢板的左侧板中看出由最亮的区域所代表的激光射束照射位置上方的熔体。由该热成像可知，几乎没有热量流入位于右侧的第二钢板5，以至于热成像在该区域中保持阴暗，该区域在图2C中通过虚线标出的长方形表示。
图2D中以线条图示意性地再次示出图2A至2C所示的热成像，其中连带接头外棱边25、27示出了两个钢板3、5的位置。图2A至2C中明亮区域(该明亮区域表示高温的加热区域)的轮廓在图2D中表示为阴影。通过激光射束7加热的该区域具有区段29，激光射束9照射在该区段中并且随之具有最高的温度。紧连着区段29，该加热区域相继具有区段31和区段33，在区段31中右侧钢板3的金属发生熔化，在区段33中右侧钢板3的金属具有熔融温度以下的、升高的温度。温度经过熔池区段33朝激光射束照射区段29的方向升高，朝冷却区段33的方向降低；其中所示的温度分布可以推断出冷却效应和热流。
从图2A至2D中说明的热成像可知，冷却效应可以推断出只在一侧进行连接。为了检测和评估射束定位以及连接特性，这样设计接合装置1，即，该接合装置由热成像沿着横向和纵向于接合缝21延伸的线条检测多个强度分布，对此这种强度分布表征出沿各条线的温度分布(其中较高的强度对应于较高的温度)。
例如这样形成接合装置1，即，该接合装置从借助热成像摄像机23测得的热成像中沿着五个横向于接合接头19或接合缝22延伸(并因此沿着y方向延伸)的线条35、37、39、41、43分别检测一个强度横向分布，这些线条位于接合接头19的不同纵向位置上，该强度横向分布表征出沿着各条线的温度分布。如下述由接合装置1结合这些强度横向分布评估所测得的热成像。
图3示例性地说明沿横向线条37的强度横向分布I37，其中在横坐标上显示热成像摄像机23的传感器的像点数量(沿着y方向)以及在纵坐标上显示强度(对此较高的温度对应于较高的强度)。虽然在图3中连续以及不间断地示出了强度分布，但是实践中热成像摄像机23的传感器的离散像点提供的是不连续的强度分布，然而可以类似于连续的强度分布来处理该不连续的强度分布或者可以借助平整化在处理之前将不连续的强度分布转换成这种连续的强度分布。在横向线条中通过17个像点的宽度(ROI宽度)使强度值平整化；由此可以避免由喷溅导致的错误检测。图3中说明了钢板3、5以及接头外部棱边25、27的位置。所示的强度分布在位置K上具有强烈的强度跳跃，该位置对应于由左侧钢板3形成的接头外部棱边25。另外，该强度分布在第二钢板5的区域内明显弱化(在良好连接的情况下必须在该区域内真正加热右侧的钢板5)。
这样地形成接合装置1，即，该接合装置在强度横向分布I37中将双面最外部的边缘位置S1、S2定为侧面的界限位置，在该最外部的边缘位置上的强度横向分布不超过规定的界限值IS，该侧面的界限位置限定了通过激光射束7加热的、对应于横向于接合接头19延伸的方向的区域。两个界限位置S1、S2之间的间距作为纵向位置37上经加热区域的加热轨距S进行测量。
接合装置1还将一个横向位置定为其中一个钢板3、5的棱边位置K，在该横向位置上强度横向分布I37的变化值至少与规定的变化-最小值一样大。在离散的强度分布情况下例如可以通过两个像点之间的强度跳跃提供强度分布的变化，以及在连续的强度分布情况下例如可以通过导数提供强度分布的变化。例如，当相应位置上的强度分布具有三个以上强度梯度的强度跳跃时，可以将该横向位置判定为棱边位置。在所示的情况下，左侧的界限位置S1与左侧的棱边位置K重叠。
以类似的方式和方法测定其它纵向位置35、39、41和43上的界限位置、轨距和棱边位置，其中不同纵向位置的界限值和变化-最小值可以具有不同的值。通过在不同的位置上进行评估，提高了该方法的可靠性。还可以通过使参数自动匹配整体亮度、图像均匀度和整体对比度来提高可靠性。
与热成像摄像机23相结合的分析单元输出多对测量值作为测量的结果。因此，对于横向线条35至43输出各条线的x值、左侧界限值的y值、以及右侧界限值的y值。随后计算，是否所有的y值都是有效的(通过方差检查合理性)。由有效的数值计算轨距。根据应用和图像比例已知，对应于钢板组合厚度的、沿着y方向的轨距S必须至少为规定的像点数量，对此在所示的例子中目标轨距为40个像点。但是因为事实上的实际轨距S少于30个像点，所以这就判定为存在激光射束7的错误定位以及连接缺陷，对此输出错误状态“过低的轨距”。另外，可以由接合装置1这样地修正激光射束7的定位，即，使得轨距与规定的轨距相一致。
此外，由接合装置1沿着纵向于接合接头19延伸(并从而沿着c方向延伸)的两条线45、47分别测量一个强度纵向分布，这两条线位于接合接头19的不同横向位置上，该强度纵向分布表征出沿着各条线的温度分布。通过采用之前已测得的轨距-界限位置和棱边位置将纵向线条45定位在第一钢板3的中心以及将纵向线条47定位在第二钢板45的中心。
图4示例性地说明了沿着纵向线条45的强度纵向分布I45，其中在横坐标上显示热成像摄像机23的传感器的像点数量(沿着x方向)以及在纵坐标上显示强度。图4中所示的强度纵向分布I45对于焊缝来说是典型的：熔体延伸直至第74个像点；随后将强度分布与温度分布相关联。在右侧的钢板5上，由于激光射束7的错误定位不能看出这种分布。一旦出现孔隙或熔体喷溅(这里未示出)，那么温度分布就是不连续的并且在接合装置1的分析运算中自动地进行识别。根据用户的调节，通过接合缝缺陷的允许长度输出错误信息“不充分的接合缝”以及缺陷长度值。
图5示意性地说明了在端面一侧焊接时端缝上的各种焊接轮廓以及沿着所选横向线条和纵向线条的对应强度分布。图5的每个部分附图A至E在上部图像区域中示出了截面以及在中间部分图像区域中示出了形成接合接头19的两个钢板3、5的俯视图，其中区域21表示焊缝，区域49表示熔池以及区域51表示激光射束7的照射面(这些区域在部分附图B中进行示例性说明)。在每个部分附图的下部图像区域中示出了表征温度分布的、沿着对应俯视图中标出的横向线条53的强度分布，其中部分附图E的俯视图的由此还示出了在中心沿着纵向于接合接头19延伸的方向的强度分布。部分附图5A示出了焊接之前的焊接轮廓的截面和俯视图。部分附图5B示出了没有缺陷的焊缝21，对此的识别在于，强度分布在(大致)整个组合宽度上具有很高的值。部分附图5C示出了由于激光射束7的错误定位而有缺陷的焊缝21，对此的识别在于，强度分布在位于右侧的第二钢板5上具有很低的值。部分附图5D和5E示出了由于焊料喷溅部55而有缺陷的焊缝21；对此在根据附图部分5D所示的轮廓中不能识别这种缺陷，因为横向线条53没有检测焊料喷溅部55；在根据部分附图5E所示的轮廓中则可以识别这种缺陷，因为由横向线条53和在中心延伸的纵向线条检测了该焊料喷溅部并且在所对应的强度分布中能够通过局部的强度降低而看出。
图6示意性地说明了角焊缝上的各种焊接轮廓以及沿着所选择横向线条53的对应强度分布，对此的说明类此于图5。部分附图6A说明了没有缺陷的角焊缝的情况。部分附图6B说明了由缺陷的角焊缝的情况，其中接合缝距离外部的第二钢板5的外部过远，对此的识别在于，强度分布位于右边过远处并且在该强度分布的左侧边缘上具有过于陡峭的强度增加。部分附图6C说明了有缺陷的角焊缝的情况，其中接合缝距离内部第一钢板3的内部过远，对此的识别在于，强度分布位于左侧过远处并且在该强度分布的右侧边缘上具有过于陡峭的强度降低。所述的后两种情况，例如可以这样地由接合装置检测到，即，当强度分布的变化值(例如通过强度跳跃表示或通过强度分布的导数表示)位于在规定的界限值上方的位置上时，判定为激光射束7的错误定位和/或接合缺陷。
图7示意性地说明了热成像摄像机23相对于具有两个钢板3、5的接合接头19和发出激光射束7的激光57的各种可能的设置。部分附图7A和7B分别示出了具有波长选择性部分可穿透的转向镜13的同轴的观测几何设置，该转向镜对于由热成像摄像机23所采用的红外辐射的波长区域来说是透光的以及对于激光射束7的波长来说是能够反射的；其中部分附图7A说明了用来生成角焊缝的几何设置以及部分附图7B说明了用来生成端缝的几何设置。转向镜13可以是固定的或者可移动的。部分附图7C说明了用来生成角焊缝的替换性几何设置以及其本身以热熔印刷方式的检测；其中热成像摄像机23在角焊缝的侧面进行观测(热成像摄像机23也可以在端缝的侧面进行观测)。但是也可以以另一种几何结构设置热成像摄像机23，从而激光射束7的加工射束路径和热成像摄像机23的观测射束路径之间的角可以具有与部分附图7A至7C中不同的其它角度，只要热成像摄像机23可以同时检测两个钢板3、5。
图8示意性地说明了在接合三个钢板3、5、5.1的情况下当激光射束7定位错误时的各种质量缺陷，其中通过灰色的面示出了接缝的焊缝区段21并且通过箭头F代表由夹紧部件17施加的夹紧力。每个部分附图8A至8E在上部分的图像区域中示出了截面以及在下部分的图像区域中示出了钢板组合的俯视图，其中在俯视图中还示出了三角线59，这些三角线表示各个钢板的端面的高度位置。部分附图8A和8B示出了没有缺陷的焊接。部分附图8C示出了由于位于中心的焊缝21而导致的接合缺陷。部分附图8D说明了由于焊缝21过远地设置在其中一个外部板中而导致的接合缺陷。部分附图8E说明了由于行程凸起而导致的接合缺陷，这特别是不利于在该区域中安置橡胶密封垫。
根据上述的评定标准在质量安全方面接合装置1特别是可以用来测定以下标准：(a)测定究竟是否具有焊缝，(b)测定该焊缝在规定的位置中是否位于两个或多个接合部件之间的中间位置，(c)测定是否达到规定的焊接深度，(d)测定是否达到规定的焊缝长度，和/或(e)测定钢板连接在确定的界限中是否具有之前定义的或者规定的缝隙。
Claims (9)
1.一种借助加工射束接合组件的方法，所述方法包括：借助加工射束在接合接头上通过形成焊缝而接合第一待接合的组件和第二待接合的组件；检测通过加工射束加热的接合接头区段的一个或多个热成像，其中每个热成像具有表征第一组件的温度分布的第一热成像区段和表征第二组件的温度分布的第二热成像区段；以及在接合缺陷方面评估热成像，其特征在于，
-通过评估测得的热成像来实现加工射束(7)相对于组件(3、5)的定位以及
-在确定有缺陷的射束定位时，基于热成像评估的结果对加工射束(7)实现正确的射束定位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加工射束(7)沿着加工射束路径通向接合接头(19)并且借助热成像摄像机(23)获取热成像，所述热成像摄像机这样设置，即，所述热成像摄像机的观测射束路径至少分段地沿着加工射束(7)的加工射束路径延伸。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述焊缝是在两个以平面相互叠置的组件(3、5)的一个搭接接头上或一个凸缘接头上的端缝，其中所述组件(3、5)具有板材的形式。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，每个热成像沿着在接合接头(19)上相对接触的组件(3、5)的两个端面的整个宽度检测接合接头区段。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由热成像在接合接头(19)的一个或多个纵向位置上检测强度横向分布(I37)，所述强度横向分布表征沿着横向于接合接头(19)延伸的线条(35、37、39、41、43)的温度变化；并且结合测得的强度横向分布(I37)评估热成像。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在每个强度横向分布(I37)中将双面最外的边缘位置(S1、S2)定为侧面的界限位置，并且结合所测得的界限位置来评估热成像，其中在所述最外的边缘位置上强度横向分布(I37)低于规定的界限值(IS)，所述界限位置相对横向于接合接头(19)延伸的方向限定了通过加工射束(7)加热的区域(29、31、33)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将双面的界限位置(S1、S2)之间的间距测定为加热轨距(S)，并且当所述接合接头(19)的一个或多个纵向位置上的加热轨距(S)小于规定的轨距-最小值时，则判定为接合缺陷或加工射束(7)的错误定位。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在每个强度横向分布(I37)中将一个位置定为其中一个待接合的组件(3、5)的棱边位置(K)，并且结合所述棱边位置(K)进行加工射束(7)的定位，在所述棱边位置上，强度横向分布(I37)的变化值至少和规定的变化最小值一样大。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由热成像在所述接合接头(19)的一个或多个横向位置上测定强度纵向分布(I45)，并且结合所测得的强度纵向分布(I45)评估热成像，所述强度纵向分布表征沿着纵向于接合接头(19)延伸的线条(45、47)的温度分布。
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