CN104439702A - 用于在坡口处对工件进行激光远程加工的方法和为此所用的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在坡口处对工件进行激光远程加工的方法和为此所用的设备，在该方法中：将激光射束(L)借助扫描设备(120)转向工件(200；200A；200B；200C；600)并将其导引到该工件上面；激光射束(L)在工件(200；200A；200B；200C；600)上的工作区域用照明光束(B)照明并被至少一个第一图像采集装置(170)采集，其中，照明光束(B)成一定定位角(α)地指向工件(200；200A；200B；200C；600)，该定位角依据工件的坡口几何结构被调节；对所采集的图像数据自动地加以分析处理，以及根据分析处理结果在必要时对激光射束(L)的轨迹进行自动修正。

Description

用于在坡口处对工件进行激光远程加工的方法和为此所用的设备

技术领域

本发明涉及一种用于在坡口(Kehle)上对工件进行激光远程加工的方法以及一种用于此的设备，特别是用于提高正面角焊缝的远程激光射束焊接质量的方法和设备。

背景技术

激光远程加工是指一种利用扫描技术或者扫描设备实施的加工方法。在这种情况下，激光射束通过至少一个可运动的反光镜转向并且被定位在待加工的工件上或者被导引到该工件上面，通过这种方式能够实现很高的加工速度。另外，扫描设备可以具有用于使激光射束聚焦的透镜系统和/或其他可以运动的或者固定不动的反光镜。利用激光射束执行的加工可以是焊接、熔化或者切割。

另外，扫描设备可以安装在一个可动机构上。该机构例如可以是机器人、门架或类似装置，通过这种方式能够实现扫描设备沿着和/或围绕至少两个轴线的运动。由此扩大了激光远程系统的工作空间。通过同时进行扫描设备借助机构的移动和激光射束借助所述扫描设备的运动的同步可以实现所谓的“on the fly(即时)”-加工，通过这种方式进一步缩短了加工时间。然而，在这种情况下所需的运动同步本身导致一定的定位误差。由于扫描设备与工件之间很大的工作距离会使得定位误差进一步增大，该工作距离在激光远程系统中通常为至少0.5米。

因此，由于上述定位误差产生了激光在工件上的额定走向与实际轨迹之间的偏差。特别是在应该在坡口处对工件进行加工的情况下，这些偏差是关键性的。

工件在坡口附近具有明显的高度变化。如果激光射束偏离预先给定的位置，那么该激光射束就不再能准确地聚焦于工件上。如果作为加工考虑的是焊接，诸如将角焊缝构造在坡口中，那么错误定位就会导致焊接缺陷。特别是在为了构成正面角焊缝将两个以搭接接头定位的板材焊接时，定位在上部板材上可导致未焊透以及由于锌脱气不足导致大量飞溅形成。同样定位在下部板材上可导致穿孔。另外，如果没有保持预先规定的间隙宽度，则焊缝的质量下降，因为焊缝的连接宽度有所减小。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种用于在坡口处对工件进行远程激光加工的方法和一种用于实施该方法的设备，利用它们可以改善过程稳定性和过程质量。

此目的通过按照本发明的具有如下所述措施的方法以及通过按照本发明的具有如下所述特征的设备得以实现。

具体而言，本发明提出一种用于在坡口处对工件进行激光远程加工的方法，其中，将激光射束借助扫描设备转向工件并将其导引到该工件上面；所述激光射束在工件上的工作区域用照明光束照明并被至少一个图像采集装置(图像检测装置)采集/检测，其中，使所述照明光束成一定定位角地指向所述工件，该定位角依据工件的坡口几何结构被调节；对所采集的图像数据自动地加以分析处理；以及根据分析处理结果在必要时对激光射束的轨迹进行自动修正。

相应地，本发明提出一种用于对具有坡口的工件进行激光远程加工的设备，其包括：至少一个第一扫描设备；一个激光源，该激光源的激光射束能够借助所述第一扫描设备转向到工件上面；一个照明装置，该照明装置的照明光束成一定定位角地射到所述工件上，其中，所述定位角依据工件的坡口几何结构而定；至少一个第一图像采集装置，该图像采集装置采集激光射束的加工区域的图像数据；和一个控制设备，该控制设备根据对所采集的图像数据的分析处理在必要时修正激光射束的轨迹。

在按照本发明的方法中，激光射束在工件上的工作区域用照明光束照明并被至少一个第一图像采集装置采集。对所采集的图像数据自动地加以分析处理，以及在必要时根据分析处理结果对激光射束的轨迹实施自动修正。

所述工件可以是一个单件的构件。作为可选方案，工件也可以由两个或者更多构件构成。作为构件，可以使用金属成型体，诸如金属型材。构件同样例如可以是板材，其中可以是平的板材或者立体成形的板材。优选涉及的是钢板。它例如可以是镀锌或镀铝的钢板，这些钢板涂覆有锌基或铝基的防腐层。在板材上可以固定有固定元件，例如为圆柱体状的或者截球体形的。

这样的工件区域被称为坡口，在该工件区域内，两个邻接的表面成小于180度的角度彼此相对倾斜。坡口可以构造成棱边，或者作为另样选择，坡口可以在两个表面之间呈盆状地成形，也就是说，邻接的表面在坡口区域内以一个半径彼此交接过渡。坡口例如可以由两个邻接的平坦的面构成，这些面设置为搭接接头、T形接头或者角接头，或者例如由一个与平直的面邻接设置的、圆柱体状或者截球体形的表面构成。两个限定坡口的面可以彼此邻接，然而同样也可以在两个面之间存在间隙。坡口可以构造在一个构件上，例如该构件可以构造成L形，或者可以从该构件上凸起一个筋板。作为可选方案，坡口也可以由两个构件相应布置而构成。例如两个构件可以部分搭接地设置，通过这种方式，坡口例如在上部构件的端面与下部构件的表面之间产生。同样，坡口也可以由两个上下重叠设置并且彼此部分地穿透的构件构成。

按照本发明的方法采用了对激光器工作区域的光学监视，其中，既对激光射束在工件上实际位置方面的数据也对有关坡口位置的数据进行分析处理。

在此，这样一个区域被称为激光器的工作区域，该区域既包括过程区(Prozesszone，作业加工区)也包括过程准备区(Prozessvorlaufzone，作业加工准备区)。这里，匙孔(Keyhole)亦即激光射束的直接作用区和邻接的熔化区被称为过程区。过程准备区沿着加工方向位于熔化区的前面。紧邻的过程准备区表示沿着加工方向位于熔化区之前小于2mm的区域。

照明光束可以是可见光，作为可选方案，也可以使用紫外线或者红外线。在一个设计方案中，照明光束被输入耦合在加工激光射束的光路中并且与这个加工激光射束同轴地被导引到工件上面。为此，可以在扫描设备中设置一个附加的光学系统和/或反光镜。例如，照明光束与加工激光射束被同时往工件上转向引导。在另一个设计方案中，照明光束可以由第二扫描设备(也就是说一个与用于加工激光射束的扫描设备不同的扫描设备)导引到工件上面。照明光束优选为定向的光束，例如可以是激光射束。照明光束的波长优选与用于加工的激光射束的波长不同。

(加工)激光射束的工作区域位于至少一个第一图像采集装置的视域内。在一个设计方案中，工作区域位于第一和第二图像采集装置的视域内。第一或者第二图像采集装置例如可以具有一个或多个传感器或者照相机以及在必要时可以包括一计算单元。图像采集装置采集激光器的工作区域的图像。优选在加工过程期间实施采集。图像采集装置采集从工件的工作区域反射的照明光束的一部分。另外，图像采集装置还可以采集过程光(Prozesslicht)。过程光由从加工位置反射的光束和在加工过程中由工件与激光射束之间交互影响产生的二次辐射组合而成。

摄录到的图像数据可以被自动分析处理。例如利用图像处理算法在考虑照明数据和/或加工激光器的功率数据的情况下实施对图像数据的分析处理。例如，在坡口的位置方面和在加工激光射束的实际位置方面进行分析处理。根据分析处理的结果对用于加工的激光射束的轨迹进行适配调整，以便尽可能地与额定走向相符。

按照本发明，照明光束成一个定位角地指向工件，该定位角依据工件的坡口几何结构被调节。在此，所述定位角是侧面的定位角，即射束横向于加工方向或者焊缝的倾斜度。定位角表示这样的角度，激光射束相对于铅垂线成该角度倾斜到达工件的朝向扫描设备的表面上。已经证明：通过选择依据坡口的几何结构而定的定位角，即使是对于复杂的坡口几何结构也能保证可靠和精确的边缘识别。特别是定位角依据坡口角、亦即由两个限定坡口的面所成的夹角被调节。因此通过简单的措施显著提高了过程稳定性。坡口角例如可以通过在开始加工之前在工件上的测量来求得。因此本方法特别是适用于加工被剪切的板材，在这些板材中通常不能保证大约90度的剪切角，或者说这些板材在端面上具有倒角或者棱刺。

在一个设计方案中，为了确定坡口或者边缘走向的位置，对从紧邻的过程准备区中反射的那些照明光束加以分析处理。通过这种方式，可以确定激光射束的实际位置与进一步的边缘走向或者坡口走向之间的调整量。相对于在加工激光器的高度上确定边缘走向，由此能够提高光束修正的质量。

在另一个设计方案中，使带有第二图像采集装置的第二扫描设备指向后续的加工位置，以此方式来实现边缘识别。后续的加工位置可以距离眼前的加工位置例如几个毫米或者几个厘米，也就是说，沿着加工方向位于加工位置前。这样，在后续的接合位置上便已经可以识别出实际的边缘位置并将其作为调节值回传给控制系统，而加工依然在之前的加工位置上进行。

优选地，对图像数据的分析处理借助灰度值测定来实现。对于出自过程准备区的数据来说，例如灰度值横向于加工方向的分布提供了有关构件几何结构的情况。例如，可以由灰度值的一个最大值或者最小值确定坡口或者边缘的位置。通过以激光(器)的即时位置进行补偿调整，该激光(器)继后的轨迹便能够与坡口的走向相匹配以及能够避免将来的错误定位。

通过对图像数据在对比度方面加以分析处理，可以达到进一步的过程可靠性。伴随着所采集的图像的对比度的减小，对于保护图像采集装置免受过程气体诸如焊接烟尘和飞溅物脏污的保护玻璃则发生增多的污染。监视是否存在充分的对比度，可以防止边缘检测突然失灵，方式是：例如在达到预先给定的阈值时发出更换保护玻璃的信号。

由于上述在边缘识别或坡口识别过程中过程可靠性的提高，本方法特别适用于在坡口中构造角焊缝。角焊缝可以构造成连续的焊缝或者带有焊缝中断。

另外，通过角焊缝的设置可产生理想的除气条件，因此本方法特别适用于将两个以搭接接头设置的板材借助正面角焊缝(也就是说在一个板材的端面与另一个板材的邻接的接触面之间的焊缝)相互连接。优选板材能够无间隙(所谓的零间隙)连接。本方法特别适用于具有锌或铝镀层的板材的焊接。因此本发明也适用于在机动车车身制造中的批量使用。

在另一个设计方案中，对图像数据加以分析处理，以便确定坡口处的间隙尺寸和在必要时修正激光射束的位置。通过这种方式能够以简单却有效的方式防止由于间隙尺寸中的偏差导致焊接缺陷(例如由于减小的连接宽度)和由此导致过程可靠性或过程质量的降低。因此，间隙尺寸中由于构件公差或者对构件有缺陷的夹紧固定所引起的不可避免的偏差能够通过对激光射束的轨迹或者焦点的相应适配调整而得到补偿，例如，可以通过射线振荡(Strahloszillation)为接缝连接熔化更多的材料。

例如可以从图像数据的灰度值中确定所述间隙尺寸。因而，一个间隙在区域图示中例如就显现为两个亮区之间的暗区。由该区域的宽度可以推断出间隙宽度。控制设备相应地改变光束导引，例如改变位置或者聚焦位置。

在另一个设计方案中，过程可靠性可得到进一步改善，方式是：附加地对过程光进行分析处理，以便能够识别出可消除的加工缺陷。由于激光(器)相对坡口的错误定位可能导致有缺陷的加工结果，但这种有缺陷的加工结果还是可以被消除的。例如，在搭接接头处进行角焊接时激光射束可能只被定位在上部板材上。在过程光中例如由于在灰度值图示中看不到过程光中的黑斑点而能够识别出由此产生的焊透不足。然而，这样的过程缺陷依然可以修正并且在本方法中可以有益地在加工过程中在分析处理之后便立即进行修正。在此情况中，控制设备对激光射束的轨迹进行相应的修正，以便将激光射束例如重新转向引导到有缺陷的轨迹区段上面。

另外还可通过下述方式来改善过程可靠性，即，对出自过程区的图像数据进行分析处理，以便识别出不再能消除的缺陷并在必要时产生一个缺陷信号。例如当由于错误定位在工件中产生穿孔时可能存在这种缺陷。例如，穿孔的产生伴随着匙孔的破裂，因此能够根据过程光的中断被识别出来。例如能够以电信号的形式发出一个缺陷信号，通过这种方式例如加工过程被中断。作为可选方案，缺陷信号也可以是通过例如一个标记给工件做记号。例如控制设备可以设置为用于产生所述缺陷信号或者调整和引导激光射束将记号标注在工件上。根据该缺陷信号，工件可以被剔出而不需要重新再控制。

通过使用一种包括一个第二图像采集装置和一个第二照明设备的第二扫描装置，可以实现更好的质量识别。例如在对被观察的位置诸如焊缝进行照明时能够具有较大的灵活性。因此保证了对焊缝的可靠评估。

对于所述分析处理，可采用由现有技术已知的合适的分析处理算法。

通过上述用于与所描述的各种不同分析处理相组合的焊缝跟踪的方法，对于带有坡口的构件的激光远程加工、特别是对于角焊缝焊接实现了达到工业应用所需程度的过程可靠性。

在另一个设计方案中，将一种附加加工激光射束导引到工件上面。该附加加工激光射束优选借助不同于加工激光射束的另一扫描设备被导引到构件上面，例如借助第二扫描设备。通过这种方式实现了焊缝预先准备或者焊缝后续准备。

为了提高过程稳定性，附加加工激光射束还可以与加工射束同轴地进行导引。

在一个设计方案中，附加加工激光射束尾随作业过程之后被定位到已由加工激光器进行过加工的位置上，例如焊缝上，通过这种方式例如可以实现事后的焊缝平整。

另外，在一个设计方案中，附加加工激光射束可以通过定位在尚未被焊接的边缘/接合位置上用来实现先行的构件准备，诸如用于预热、脱锌或者清洁。

如果应该利用本方法在一个上部板材的端面与一个下部板材的邻接的接触面之间构造一条正面角焊缝，则使上部板材在其背离下部板材的表面上具有一个与端面交界的凸形区段，通过这种方式进一步改善了焊缝跟踪调整(Nahtfolgeregelung)。至少凸形区段的一部分指向扫描设备的方向，由此改善了照明光的反射并且能够提高边缘识别或者坡口识别。上部板材上的相应造型例如可以通过在用于板材下料的冲压模具/冲压工具上的相应造型来实现。

按照本发明的用于在坡口处对构件进行激光远程加工的设备包括至少一个第一扫描设备和至少一个激光源，该激光源的激光射束能够借助第一扫描设备被转向引导到工件上面。作为激光源，优选使用固体激光器，然而作为可选方案，也可以使用气体激光器或者染料激光器。优选激光源产生例如波长超过1000纳米的激光射束。

另外，按照本发明的设备具有一个照明装置，该照明装置的照明射线成一定定位角射在工件上，其中所述定位角视工件的坡口几何结构而定。照明装置可以是一种产生在可视频谱内的光的光源或者是紫外线或红外线，例如是一种激光源。照明装置优选产生一个定向的光束。优选照明装置可以是一种激光源。例如它可以是一种产生波长超过800纳米的激光射束的激光源。照明装置可以安置在扫描设备上或者嵌装于该扫描设备中，作为可选方案，照明装置可以安装在一个第二扫描设备上。优选照明装置被如此地安装，使得照明光束被输入耦合到加工激光射束的光路之中并且能够与该光路同轴地被扫描设备的可运动的反光镜转向。例如可以通过可运动的反光镜(如扫描设备的可运动的反光镜)对照明光束的定位角进行调节。如果照明光束输入耦合到加工激光器的光路之中，优选通过同一个反光镜对定位角进行调节，借助该反光镜也将加工激光射束导引到工件上面。

另外，按照本发明的设备具有至少一个如前所述的、采集激光射束的加工区域的图像数据的图像采集装置以及一个在必要时根据对所采集图像数据的分析处理对(加工)激光射束的轨迹进行修正的控制设备。

可以由至少一个图像采集装置来进行所述分析处理，作为可选方案，也可以由控制设备进行所述分析处理。图像采集装置或者控制设备相应地设置为用于分析处理，例如它们可以含有一个分析处理单元，诸如微处理器。

为了能够对激光射束的轨迹和照明光束的定位角设定进行调节或跟踪，控制设备被相应地设置以及例如通过接口与图像采集装置、扫描设备、用于产生加工激光射束的激光源和照明源相连接。

在一个设计方案中，扫描设备安装在一个可动机构上，如机器人或门架上，通过这种方式能实现“on the fly(即时)”激光加工。在此情况下，控制设备设置为：用于同步化和调控在可动机构的运动与激光扫描仪的运动之间的必要同步。

如果利用按照本发明的设备实施上述方法，那么便可实现在那里所述的同样的优点和技术效果。

在一个设计方案中，该设备具有一个第二扫描设备。这个扫描设备例如安装在第一扫描设备上。在控制技术方面，可以将第二扫描设备合并到第一扫描设备的控制系统中，例如作为附加轴。作为可选方案，第二扫描设备可以具有自己的控制系统。

另外，所述设备可以具有一个附加加工激光器，该附加加工激光器优选可以通过第二扫描设备指向工件。附加加工激光器例如可以是固体激光器或者也可以是气体激光器或染料激光器。优选使用二极管激光器。

另外，所述设备可以具有一个第二图像采集设备，该图像采集设备安装在第二扫描设备上。图像采集设备与附加加工激光器的光路优选同轴地设置。

另外，可以在第二扫描设备上设置一个第二照明装置。该第二照明装置的光被第二扫描设备优选与附加加工激光器的光路同轴地导引。

结合下文对实施例的说明，能够更清楚和更明确地理解本发明的上述特性、特征和优点以及如何实现它们的方式方法。针对在本申请中使用“能够/可以”之说法的情形，既涉及技术可能性也涉及实际的技术转化。

附图说明

下文将参照附图对实施例加以阐述。附图中：

图1A为本发明的用于在工件上进行激光远程加工的设备的第一实施例的示意图；

图1B为根据图像采集装置的观察窗的、图1A中工件200的加工位置的俯视图A-A；

图2A至2D为工件200、200A、200B和200C的横截面图，用于说明定位角依据坡口角进行的适配调整；

图3为图2A所示工件的过程准备区域的图像数据的灰度值示意图；

图4为图2A所示工件的过程区的图像数据的灰度值示意图；以及

图5为所使用的构件的一个特别有益的设计方案；

图6为本发明的设备的第二实施例的示意图，用于说明提前先行的边缘识别；

图7为本发明的设备的第二实施例的示意图，用于说明质量保障和焊缝平整。

具体实施方式

在图1A中示出了本发明的用于激光远程加工的设备的示意图。设备100包括一个激光源110以及一个扫描设备120。在扫描设备120中设置有至少一个可运动的反光镜130，利用该反光镜可以将来自激光源110的激光射束L转向工件200并且使其在这个工件上面运动。在扫描设备120中可以设置一个未示出的、用于使激光射束L聚焦的光学系统。另外，扫描设备120被固定在一个可动机构140上，该可动机构能够使整个扫描设备120附加地运动。设备100另外包括形式上为激光源的一个照明装置150，利用该照明装置，照明光束B借助扫描设备120被转向工件200。照明光束B至少在它从扫描设备120中向工件200的方向射出的区段中与激光射束L同轴地被导引。根据图1A，照明光束作为同轴照明射线被输入耦合到激光射束L的光路中以及通过可运动的反光镜130被转向工件200。从扫描设备120中射到工件200上的用于加工的激光射束L和用于照明的激光射束B从扫描设备120中成一定定位角α射出。定位角α表示这样的角度，激光射束相对于铅垂线160成该角度倾斜到达工件200的朝向扫描设备120的表面212上。在图1A中，示出的是侧面定位角α，也就是说，定位角横向于加工方向。另外，根据是希望进行锐刻(stechend)加工还是缓钝(schleppend)加工而定，激光射束L或B还可以沿着纵方向与工件成不等于90度的角度延伸。

工件200由第一构件210和设置在其上的第二构件220构成。在图1A示出的实施例中所述构件为板材。作为加工预期进行的是借助正面角焊缝对构件210和220的焊接，因此构件220部分重叠地设置在构件210上。由此产生构件表面的一种梯级式延伸走向。由于这个梯级式的延伸走向，射到工件200上的照明光束B的一部分作为定向反射与照明光束B同轴地被反射回到扫描设备120。这个反射的光束R被引向一个安装在扫描设备120上的图像采集装置170。被反射的光束R借助反光镜180、182转向到图像采集装置170。另外，在照明光束B的或者被反射的光束R的光路中还可以设置一光学系统，诸如一个或者多个(未示出的)透镜。另外，设备100还包括一控制设备190，该控制设备通过未示出的接口与图像采集装置170、照明装置150、扫描设备120和可动机构140相连。

为了对工件200进行加工，控制设备190在工件200上沿着一个预先给定的、表示理论焊接走向的轨迹引导激光射束L的位置。为了能够识别定位误差和相应地逆向调控，加工位置用照明光束B照明，以及，被反射的光束R在加工过程中由图像采集装置170采集并分析处理。控制设备190由分析处理结果来确定是否需要和需要以何种程度改变激光射束L的轨迹。控制设备190通过对扫描设备120或者说可动机构140的相应控制来实施这个改变。借助下面的附图进一步详细地对所采集的图像数据的分析处理方式加以阐述。

图1B示出了图像采集装置170俯视工件200的观察窗300。可以清楚地看到两个构件210和220以及第二构件220的端面230，因为对工件200成角度α进行俯视。另外，在图1B中示出了匙孔240，激光射束L直接作用在该匙孔中。匙孔240由熔化区250包围。沿着焊接方向在熔化区250之前存在着过程准备区域。

针对边缘跟踪或者为了识别坡口的位置，对在搜索窗310中采集的那些图像数据加以分析处理。搜索窗310横向于加工方向延伸并且既检测第一构件的表面也检测第二构件的表面。搜索窗310设置在过程区240和熔化区250之前并且至少对紧邻的过程准备区进行检测。

另外，为了识别缺陷部位和焊接缺陷而对在过程窗320中采集的图像数据加以分析处理。过程窗320沿着加工方向设置在搜索窗310之后。它检测来自过程区、亦即来自匙孔240和邻接的熔化区250的光束。

借助图2A至2D示例性地阐述了如何根据坡口角γ来适配调整定位角α。

图2A再次示出了图1A中的工件200以及示意性地示出了照明光束B的和被反射的光束R的走向。工件200由在搭接接头中上下叠置的第一和第二构件210和220所构成。第二构件220具有一个端面230，该端面大致垂直于第一构件210的表面212延伸。由端面230与第一构件210的表面212所成的角γ在85度与95度之间。由此，由端面230与表面212限定的坡口具有一个张角或坡口角γ。对于这样的坡口几何结构，能够针对广阔范围的定位角α进行可靠的边缘识别，例如定位角α可以在0度至45度的范围内或者在5度至40度的范围内。

在图2B中示出的工件200A与工件200的不同之处在于：使用一个具有锐角切角的第二构件220A，因此在第二构件220A的端面230A与第一构件的表面212之间产生一个为锐角的坡口角γ，也就是说85度或更小的坡口角。在此，只有在定位角作为坡口角γ的函数被设定调整时，也就是说适用定位角α：α＝f(γ)，才能够实现可靠的边缘识别。例如，当适用：α＝2×(90度-γ)时，产生可靠的边缘识别。

在图2C中示出的工件200B与工件200的不同之处在于：使用一个具有钝角切角的第二构件220B，因此在第二构件220B的端面230B与第一构件的表面212之间产生一个为钝角的坡口角γ，也就是说95度或更大的坡口角。在此，例如在照明光束作为入射光指向构件表面212或者端面230B时，能够实现可靠的边缘识别。例如，定位角在这种情况中可以处于0度至10度的范围内或者例如可以适用：α＝(γ-90度)。

图2D示出具有一个工件200C的另一个实施例，包括一个第一构件210C和一个设置在其上的第二构件220C。第一构件210C具有一个固定件214C，该固定件被材料接合地固定在第一构件210C上。作为可选方案，固定件也可以被力锁合地或者形状锁合地固定或者可以设置有多个固定件。固定件214C在一个开口的区域内穿过第二构件220C并且超出于该第二构件220C的表面222C伸出。为了将固定件214C与第二构件220C焊接在一起，在所期望的接合位置处第二构件220C的表面222C与接合位置的区域内固定件214C的表面222C上的切线之间产生应考虑的坡口角γ。根据图2D，该坡口角是一个钝角以及因此如同对图2C所说明的那样选择定位角。

通过上述根据坡口处的几何结构对定位角的设定调整，保证了对照明光束B的充分反射，由此，即使在边缘几何结构很复杂的情况下分析处理也同样得以保证。

经过反射的光束由图像采集装置170采集。图像数据在灰度值方面得到分析处理。进行光反射的区域在灰度值图示中显现为亮区，而没有或者具有微弱反射的区域显现为暗区。由此可以推断出当前存在的几何结构，例如边缘的或者间隙的位置。由此获得的位置数据可以用于检查以及在必要时修正激光射束的位置。

图3示例性地示出图2A所构件200的过程准备区域的图像数据的示意性灰度值图示400。灰度值图示400表示出两个亮区410和420以及一个位于其间的暗区430。两个亮区通过工件200的端面230上的反射而产生。暗区430由于第一构件210与第二构件220之间的间隙而产生。根据间隙的大小，可以实施焊接工艺参数方面的改变，或者可以将激光射束不同地定位在工件上。这一点可以由控制设备190使用分析处理算法对暗区430(如暗区430的宽度)的分析处理予以实施。

为了进一步提高过程可靠性，除了过程准备区域之外还可以由图像采集装置对过程区进行检测并对图像数据加以分析处理。图4示出了图2A所示工件200的过程区的图像数据的示例性灰度值图示500，其中，激光射束定位在坡口处。灰度值图示表示出一个由亮区520包围的暗区或者说斑点510。由暗斑点510的大小可以推断出激光射束的位置。例如，在激光射束定位在第二构件220上的情况下由于没有充分焊透而没有暗斑点。同样，借助过程光的中断可以识别出过程缺陷(作业加工缺陷)，诸如孔。

图5示出了一个工件600，其具有所使用的构件的一种用于产生正面角焊缝的特别有益的构造。在这个构造中，一个上部板材620设置在一个下部板材610的表面612上。上部板材620在其背离下部板材610的表面622上具有一个凸形区段624，该凸形区段与端面630邻接。凸形区段可以构造成具有预先给定的半径的被倒圆的边缘并且无棱边地过渡到端面630内。作为可选方案，凸形区段也可以通过一个棱边与端面630分开。凸形区段624的至少一个部分指向扫描设备的方向，由此，照明光的反射得到改善并且边缘或坡口识别能够得以提高。上部板材620上的相应造型例如可以通过在用于板材下料的冲压模具/冲压工具上的相应造型来实现。

在各实施例中示出的构件210、210C、220、220A、220B、220C、220D、610和620优选为板材，特别是镀锌或镀铝的板材。尽管构件被示出为平的板材，作为可选方案，也可以使用立体成形的板材。

图6示出了本发明设备的第二实施例的示意图，用于图解说明提前先行的边缘识别。设备100A与第一实施例的设备100一样具有相同的组成部分。就这一点而言，省略了对这些组成部分的重复说明。第二实施例的设备100A附加地具有一个第二扫描设备120A和一个第二图像采集装置170A。设置在第二扫描设备120A中的、用于光束导引的元件诸如反光镜或透镜未予示出。如在图6中用虚线画出的那样，设备100A可以具有一个备选的附加加工激光器110A，和/或一个备选的第二照明装置150A。附加加工激光器110A可以安装在第二扫描设备120A上，作为可选方案，附加加工激光射束L1也可以通过光导纤维缆线被输入耦合到扫描设备120A中。第二照明装置150A的光束B1优选至少部分地与附加加工激光器110A的射束L1同轴地由第二扫描设备120A导引。同样，导引至第二图像采集装置170A的光束R1优选至少部分地与附加加工激光射束L1同轴地被导引。优选通过控制设备190对第二扫描设备120A、第二图像采集设备170A、附加加工激光器110A和第二照明装置150A进行控制。同样可以将图像采集装置170A的数据发送到控制设备190。

为了实现提前先行的边缘识别，第二图像采集装置170A对工件的沿着加工方向位于过程区之前的坡口区段或者说边缘区段进行检测。这一点应该在图6中通过工件200的双重插图得到了清楚说明，其中用虚线画出的工件200的图示表示提前边缘识别的区域。可以借助第二扫描设备170A选择在边缘识别当中的准备阶段，而与由加工激光射束L实施的加工位置无关。该准备阶段例如可以位于紧邻的过程准备区的区域内。有益的方式是，也可以在使用第二扫描设备120A的情况下，特别是与第二照明装置150A共同地在明显位于紧邻的过程准备区之前、例如前面几个毫米或者厘米的区域内进行提前的边缘识别。

图7示出了本发明设备的第二实施例的示意图，用以说明质量保障和焊缝平整性或者提前的构件准备。为进行构件准备，例如预热、脱锌或者清洁，将附加加工激光射束L1在时间上在加工激光射束L之前由第二扫描设备120A导引到工件上面。同样也可以将附加加工激光射束L1用来尾随作业过程之后对已由加工激光器加工处理过的位置、例如焊缝进行追加优化处理，例如通过事后的焊缝平整或者消除识别出的且可消除的焊接缺陷。

为了保障质量，按照图7，将第二图像采集装置170A的视域借助第二扫描设备对准加工位置。对第一和第二图像采集装置170和170A的数据进行分析处理能够实现更好的缺陷识别。

这些实施例不是按照正确比例表示的而且不是限制性的。在本领域技术人员常规手段范围之内的变型修改均是可能的。

附图标记列表

100，100A                    用于激光远程加工的设备

110，110A                    激光源

120，120A                    扫描设备

130                          可运动的反光镜

140                          可动机构

150，150A                    照明装置

160                          铅垂线

170，170A                    图像采集装置

180，182                     反光镜

190                          控制设备

200，200A，200B，200C，600   工件

210，210B，210C              第一构件

212，222C                    表面

220，220A，220B，220C        第二构件

230，230A，230B              端面

240                          匙孔

250                          熔化区

300                          观察窗

310                          搜索窗

320                          过程窗

400，500                     灰度值图示

410，420，520                亮区

430，440，450，510           暗区

610                          下部板材

612，622                     表面

620                          上部板材

624                          凸形区段

630                          端面

B，B1                        照明光束

L，L1                        用于加工的激光射束

R，R1                        被反射的光束

α                           定位角

γ                           坡口角

Claims (15)

1.用于在坡口处对工件进行激光远程加工的方法，其中，

-将激光射束(L)借助扫描设备(120)转向工件(200；200A；200B；200C；600)并将其导引到该工件上面，

-所述激光射束(L)在工件(200；200A；200B；200C；600)上的工作区域用照明光束(B)照明并被至少一个图像采集装置(170)采集，

其中，使所述照明光束(B)成一定定位角(α)地指向所述工件(200；200A；200B；200C；600)，该定位角依据工件的坡口几何结构被调节，

-对所采集的图像数据自动地加以分析处理，以及

-根据分析处理结果在必要时对激光射束(L)的轨迹进行自动修正。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，依据坡口角(γ)预先给定所述定位角(α)。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对反射的光束(R)加以分析处理，该反射的光束从紧邻的过程准备区中被反射。

4.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于，所述分析处理通过灰度值测定实现。

5.如权利要求1至4之任一项所述的方法，其特征在于，对图像数据另外在对比度方面加以分析处理。

6.如权利要求1至5之任一项所述的方法，其特征在于，在所述坡口中构造角焊缝。

7.如权利要求1至6之任一项所述的方法，其特征在于，所述工件包括两个以搭接接头设置的板材(210，220)，所述板材通过正面角焊缝相互连接。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述板材(210，220)为镀锌钢板。

9.如权利要求1至8之任一项所述的方法，其特征在于，对图像数据加以分析处理，以确定在坡口处的间隙尺寸。

10.如权利要求1至9之任一项所述的方法，其特征在于，所述分析处理附加地考虑过程光，并且根据该分析处理通过改变激光的轨迹将能够消除的加工缺陷予以消除。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，对出自过程区的图像数据关于不再能消除的加工缺陷加以分析处理，并且在必要时产生缺陷信号。

12.如权利要求1至11之任一项所述的方法，其特征在于，

-在上部板材(620)的端面(630)与下部板材(610)的邻接的表面(612)之间构造一正面角焊缝，并且

-所述上部板材(620)在其背离所述下部板材的表面(622)上具有一凸形区段(624)，该凸形区段与所述上部板材(620)的端面(630)邻接。

13.用于对具有坡口的工件进行激光远程加工的设备，其包括：

至少一个第一扫描设备(120)，

一个激光源(110)，该激光源的激光射束(L)能够借助所述第一扫描设备(120)转向到工件(200；200A；200B；200C；600)上面，

一个照明装置(150)，该照明装置的照明光束(B)成一定定位角(α)地射到所述工件(200；200A；200B；200C；600)上，其中，所述定位角(α)依据工件的坡口几何结构而定，

至少一个第一图像采集装置(170)，该图像采集装置采集激光射束(L)的加工区域的图像数据，和

一个控制设备(190)，该控制设备根据对所采集的图像数据的分析处理在必要时修正激光射束(L)的轨迹。

14.如权利要求13所述的设备，利用该设备实施如权利要求1至12之任一项所述的方法。

15.如权利要求13或14所述的设备，另外还包括：

-第二扫描设备(120A)。