CN107000119A - 用于将两个工件在重叠接合点处进行连接的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过加工射束(2)沿着重叠接合点形成焊点来将两个由金属材料制成的工件(6,7)进行接合的方法和装置，其中在重叠接合点处形成的位于两个工件(6,7)之间的缝隙(16)在焊接时被填充。加工射束(2)在焊接时进行一种与进给运动相叠加的，空间上振荡的，平行和/或垂直于连接接合点的运动。振荡的振荡参数，进给速度(vs)，加工射束(2)的功率和加工射束(2)在工件上表面的入射角在焊接过程中如此动态调整，上层板(6)根据需要被熔化并且熔液(17)由上层板(6)流到下层板(7)缝隙的闭合处之间。缝隙高度在焊接时持续被测量并且工艺参数将如此调整，缝隙(16)能够通过熔化的材料可靠地闭合。此外在产生焊缝之后，焊缝的质量被直接地、实时地分析并且工艺参数鉴于改善焊缝质量地进行调整。

Description

用于将两个工件在重叠接合点处进行连接的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种借助连续发射的加工射束通过形成沿着重叠接合点的焊缝而将两个由同种材料制成的，特别是由铝或者高强度钢制成的第一和第二工件，或者将由不同种金属材料连接成一个工件的方法。通过填充在工件之间的重叠接合点处形成的缝隙改善焊缝质量。此外，本发明还涉及一种用于通过沿着重叠接合点形成焊缝的方式连接工件的装置。

背景技术

在利用加工射束焊接的过程中，例如通过激光，在加工射束待连接工件接触的部位产生熔池。熔池的形状(宽度，长度)通过加工射束与工件之间相对运动的速度、加工射束的特性以及很大程度上通过待连接的工件确定。均匀的焊缝路径通常产生均匀的熔池，也就是说，熔池在焊接过程中具有恒定的大小。然而焊缝路径的改变(在连接接合点处的工件之间的缝隙，相对运动的变化的速度以及散热)导致熔池大小的改变。

在深熔焊接时需要每平方厘米1兆瓦的非常高的功率密度。加工射束不仅熔化金属，还会产生蒸汽。在金属溶液中形成一个深的、窄的、充满蒸汽的孔：所谓的蒸汽毛细管-也称作Keyhole(英语的钥匙孔)。蒸汽毛细管是蒸发的材料的压力以及作用在熔液上的表面张力和与蒸汽压力相反作用的闭合蒸汽毛细管的重力之间平衡的结果。蒸汽毛细管也影响焊缝的质量。

在焊接过程中的熔池大小的变化，特别是在高动态条件的蒸汽毛细管的影响能够导致与熔池大小相关的共振在特定位置上与熔池表面重叠并且形成所谓的“熔波”。对部件质量的要求日益提高。特别是在汽车领域中，有对质量与产量相结合的要求。焊接质量在焊缝上表面由焊缝观感(光洁度、平整度)，在焊缝下表面由焊缝下垂度，以及由机械承载能力(横截面，形状，边缘缺口)和密封性(封闭式焊缝)定义。

在通过加工射束连接工件时，即使已经在工件准备方面，从部件设计开始、冲压、物流到夹紧和焊接顺序或者连接本身的巨大投入，始终在待连接工件之间存在未定义的、不恒定的缝隙。这个问题尤其涉及到使用范围越来越广的高强度钢材料。高强度钢在变型过程中被硬化。在接下来的连接环结，由于高强度钢定位产生的缝隙即使在非常大的冲压力的作用下也无法消除。在其他方面，由于在接合方法中进入到部件内部的、能够导致热变形的热量使情况更困难。因此可能存在以下情况，即部件在冷的状态具有零缝隙并且只有在热导入时才产生缝隙，这种缝隙在生产时无法察觉也因此无法消除。尤其是高度自动化运行引起未定义的缝隙。为了满足日益提高的对质量的要求，这一问题必须被识别并在接合方法中被修正。

在现有技术中已知的利用激光束连接(熔焊或钎焊)工件(例如板)的方法和装置，其中需要在要产生焊缝的位置处施加丝状的附加材料，从而尤其在两个待焊接的工件之间的焊缝上有间隔的缝隙能够在焊接过程中利用材料进行填充。公开文献DE 196 10 242 A1给出了一种方法，其中附加材料在进给方向的上激光束的后边被导入到焊接部位的熔池中。通过使用填充焊条使得周期时间变长，从而使加工过程相对变慢。这与高效的批量生产再此违背。

还已知的是，两个工件间事先测量的缝隙能够通过调整激光工艺参数进行封闭。公开文献DE 38 20 848 A1和DE 38 44 727 C2给出了一种利用激光束连接工件的方法，其中测量两个工件的与连接接合点相邻的边沿的高度差并且在连接位置的激光束的强度根据高度差以如下方式进行调整，即缝隙不是通过由激光束熔化的附加材料就是通过由增强的材料熔化所产生的融化的材料在连接位置所封闭。高度差的测量通过使用一种不被遮蔽的、由激光束短暂制造的等离子体实现。

公开文献DE 10 2004 043 076 A1公开了一种利用激光束在重叠接合点处连接工件的方法，其中上部板和下部板之间的高度通过照相系统测量，并且在工件上的激光烧结的轨迹通过调整激光束的往复运动的幅度根据缝隙高度地进行改变，从而由上部板上熔化足够多的材料用于封闭缝隙。提高在上部板的能量导入会影响加工速度，因为在增加的往复运动的幅度中进给速度不可避免地会由于熔化用时的提高而降低。

尤其是铝材和热成型的、高强度的钢材在汽车制造领域中的日益广泛的使用不允许待连接的工件间的缝隙的高度变化，因为在铝材中工艺窗口本身已经是相对较小的或者因为从技术上来说硬化的材料不能够在特定的-对于工艺来说-小的缝隙的情况下挤压。

由光纤耦合激光源产生的激光在室温下对于铝材的吸收率在1％和2％之间浮动，也就是说98％的激光功率被反射。因此需要在加工过程开始时设置一个蒸汽毛细管(Keyhole)，激光的吸收率在其中急剧提高到接近90％。600℃是相对于铝的熔点较低的温度，因此在打开的蒸汽毛细管(Keyhole)中存在向部件中导入过多功率的危险。从而焊缝会在部件的下侧下垂，进而产生残次部件。工艺窗口因此相对较小。在外部工艺条件的波动和缝隙宽度的微小变化(最大0.2mm)时，工艺窗口都会急剧减小。

此外，在熔融状态下的铝材，由于在熔液与空气接触的表面形成的氧化层，而呈膏状(也就是粘稠的)，其中表面张力在此处是关键性的。这种膏状的状态有损材料的流动性。因此，为了产生足够量的材料，将加工射束放置于上层板上，也就是在连接过程中放置在重叠接合点处的位于上部的工件上，是不够的。熔融状态下的铝由于氧化层而不会流到下层板上。需要采取其他影响熔池运动的措施，从而使熔融的、膏状的铝流动到在缝隙中。然而需要为此调整的工艺参数是彼此多重相关的。

因此，尤其是对于铝或者高强度钢，存在使用高性能的激光遥控技术(也就是加工射束或者激光束的定位通过高动态驱动的反光镜进行)的愿望，其中需要连续地测量缝隙高度(也就是两个待连接工件之间在连接接合点处形成的缝隙的高度)并通过调整工艺参数借助融化的材料封闭缝隙，其中工艺参数必须置入到一个封闭的控制模型中，该闭环控制模型具有合适的动态特性地整合在闭环的、自主反应的系统工程中。

发明内容

本发明的目的在于，将两个工件在重叠接合点的、在两个工件之间具有在整个重叠部位的长度上变化的宽度或高度的接缝，利用加工射束连接，其中连接过程应当能够通过调整工艺参数这样被影响，即在重叠接合点处形成的缝隙在连接过程中沿着整个重叠接合点通过符合需求的材料的熔液无缝地消除。用于封闭缝隙的工艺参数的调整工作应当能够在整个焊接过程中动态、自动并且连续地实现，其中为了控制并在必要时修正所使用的流程参数，焊缝的形成应当被监视。

该目的通过具有权利要求1特征的方法和符合权利要求7的装置实现；发明的实际实施例位于从属权利要求中。

根据本发明将提供一种方法和一种装置，用于在重叠接点处利用加工射束连接多个工件，尤其是由铝或高强度钢制成的工件。待连接的工件能够例如是铝制的板材。加工射束能够例如是激光；然而加工射束也能够是一般的电磁波射束(例如红外线)、粒子射束(例如电子射束)或者声波射束(例如定向的超声波)。

根据本发明地，在连接时对在重叠接合点处的、出现在两个待连接工件间的接缝的弥补通过由上层板的，也就是由在焊接重叠接合点处(垂直方向上)位于上部的板或者工件的借助加工射束的材料的熔化以这样的方式实现，在焊缝处的缝隙通过熔融状态的材料的流下和/或流入完整地借助材料填充。例如在中间具有较大的缝隙的起初(也就是焊接开始前)是直的接缝，，在连接之后将具有一小段曲线，其中曲线的顶点因为上层板的熔化材料而出现在缝隙最大的位置上。

根据目的，为了执行上述连接方法设置一个连接装置，该装置具有所谓的遥控加工光学部件，也就是用于引导和对焦加工射束的(如光学)元件以这样的方式(运动地)进行，允许在加工光学部件和焊缝间存在较大的加工距离，其中尤其是加工射束的运动(以及由加工射束在工件上表面生成的烧斑的运动)是通过单独运动的、由执行器驱动的元件在加工光学系统内部进行，从而包含整个(必要时由封闭罩封闭)加工光学系统的单元，能够除了可能需要的进给运动外，不需要运动。

符合需求的熔化，特别是上层板的熔化，基于参照编程的的流程模型的工艺参数的调整，通过整合在连接装置中的的执行器的控制进行运动、功率控制和加工射束的对焦，流程模型作为输入参数包含是材料种类(也就是材料类型)、缝隙高度、工件厚度和工件在空间内的位置和彼此间的相对位置，其中至少对缝隙高度和部件边缘位置的计算是以连续测量为基础的。

根据本发明地设置，缝隙高度既能够例如利用光切法直接地确定，也能够间接地通过对待连接工件的与重叠接合点相邻的上表面片段(也就是在连接过程中位于上部的上表面部分)的高度位置(例如在连接装置上的，在垂直方向上相对于参考位置的)的测量，其中要考虑到上侧板，也就是在连接过程中在重叠接合点处位于上面的工件的板厚度，从而计算缝隙高度。

对于熔化需要调整的参数是：进给速度(也就是加工射束和工件间相对运动的速度)、一个叠加在进给运动上的加工射束的空间振荡(也就是在焊接件上的烧斑周期性地往复摆动)，其中振荡通过一个或多个振荡参数来描述特征，例如幅值或频率、烧斑相对于工件边沿的相对位置、加工射束在工件上表面的入射角以及加工射束的功率及对焦(也就是在工件上表面的烧斑大小)。

这些工艺参数能够单独或共同符合需求地、动态地在焊接过程中调整；也就是说工艺参数能够在焊接过程中根据在焊接时已知的(以及例如通过测量获取的)条件而变化。

由于需要考虑包括上述工艺参数在内的众多影响熔液在缝隙内的流动以及充分填充缝隙的变量，根据本发明，对形成的焊缝设置一个跟随连接过程的实时监控。由此在连接过程中为了可控的焊缝形成以及在必要时的工艺参数的调整，鉴于稳定性和/或焊缝质量的提高，监视通过连接过程产生焊缝的形成。

加工射束在焊接过程中的空间振荡(也就是离心的摆动)能够纵向和/或横向，然而优选地横向于进给方向(也就是加工射束和工件间的相对运动的方向)地进行。对此加工射束将通过位于加工光学部件内的、由执行器驱动的、用于在三个空间方向的至少一个方向上的射束偏转的元件偏转。例如激光射束能够通过电流计触发相对于进给方向的纵向或横向的偏转。

熔池和蒸汽毛细管在焊接过程中在进给方向上沿着两个待连接工件的连接接合点运动，其中蒸汽毛细管通过由主动空间烧斑定位引起的振荡还影响环绕熔池的振荡。在此振荡确定了一个重要的因素，即待连接工件的材料以及在工件上的涂层。

通过利用射束振荡实现的蒸汽毛细管和/或熔液的摆动影响能够依据工件材料、重叠接合点处的缝隙高度和焊接时的进给速度地观察含铝(和被氧化层覆盖的)熔液的流动。其中特别是振荡参数，如频率、幅值和摆动形状(如正弦、矩形、三角或锯齿形)需要作为因素考虑。

此外还可以设置成，利用运动的、例如光学的、连接装置的遥控加工光学系统能够改变在工件上表面的加工射束的入射角、焦距和/或校正以及由此改变加工射束的对焦。由此能够有针对性地调节在工件表面上的烧斑的大小(也就是空间范围)和几何形状，以及功率密度。角度调整和对焦调整能够通过马达、压电、液压或气压驱动(在轴向的射束方向)进行。

用来执行根据本发明的方法所设置的连接装置具有用来识别相对加工头的连接接合点的相对位置的第一传感器和适用于检测上层板和下层板之间的距离(定量的)的第二传感器。也能够设置为，用于识别连接接合点的位置的第一传感器和用于确定缝隙高度的第二传感器整合在一个单独的传感器中。该传感器包括例如能够在连接点处、在进给方向上出现在工件表面上的加工射束(也就是烧斑)的前方投影一条垂直于工件表面上的连接接合点光线，以及例如基于CCD或CMOS的微芯片的数码相机，以这样的方式设计和设置，通过该相机能够获得在工件表面上投影的光线的区域中的连接点的图片，至少在投影装置获得的光线波长范围内的连接点的图片，然而优选在可见光、近红外和远红外波长范围内的以拍摄频率至少50Hz拍摄的图片。

此外用来执行根据本发明的方法所设置的连接装置具有与一个或几个传感器相连的评估及调节单元，通过其帮助能够进行对传感器所获得的例如通过相机拍摄的画面所能包含的数据的自动处理和评估，其中评估和调节单元以这样的方式设置，使其能够通过软件驱动。例如所述评估和控制单元是带有用于连接传感器的接口的计算机(PC)或者一个高度集成的具有所谓“嵌入式”(embedded)软件的控制装置。

此外评估和调节单元具有至少一个(另外的)用于与连接装置的遥控加工光学系统相连的接口和用于产生进给运动的执行器，通过该执行器能够调节与加工射束相关的工艺参数，如振荡或对焦和进给速度。也可以设置成，评估和调节单元具有用于连接产生加工射束的加工射束制造单元的接口，用于例如功率调节。

此外连接装置能够这样设置，能够利用其中一个传感器测量工件相对于加工头的位置，也就是其分别绕三个旋转自由度的转动位置。为了确定工件相对于垂直方向的转动位置，连接装置能够具有一个例如设置在加工头上的、额外的角传感器。

借助上述的连接装置，具有自动适应的工艺参数调节的根据本发明的连接方法，借助用于改善在连接过程中第一工件和第二工件在包含连接缝隙的重叠接合点处的焊缝质量的流程模型，以如下的步骤进行：

根据在重叠接合点处的第一和第二待连接工件之间的缝隙的高度的确定、根据材料(也就是材质)和根据可能的两个待连接工件的镀层以及根据所应用的焊接进给速度将确定在焊接过程中需要设置的参数。该过程优选地在技术人员将传感器无法获得的输入参数手动输入后，通过评估和调节单元进行。

缝隙的高度的确定能够通过例如测量重叠接合点的断层的高度并且减去上层板的板厚度(已知)完成。重叠部位的断层的高度的确定可以(自动)通过激光三角测量法进行。也能够通过其他方法确定高度，例如通过光学相干性断层摄影术或通过评估投影在重叠接合点的光线的扭曲的方法确定。

下一步将利用流程模型根据材料、缝隙高度、工件厚度、和工件在空间内的位置(也就是相对于连接装置的遥控加工光学系统的位置)和彼此之间的相对位置确定工艺参数，例如加工射束的振荡参数、进给速度和烧斑大小。这些参数决定性地影响熔池的大小和熔池流动。特别是能够通过有针对性的输入加工射束的振荡参数实现了，通过例如在谐振中的、在熔池上形成的熔波中的加工射束振荡的耦合使膏状、含铝的熔液由上层板流到下层板上并且流入上层板和下层板之间的缝隙中。已确定的理论工艺参数可能会与当前在连接过程中使用的实际工艺参数不同。

对于执行机构的控制，例如在遥控加工光学系统内，控制连接装置内和利用评估和调节单元控制加工射束制造单元，需要对输入调节信号进行同步。因此加工射束的功率例如与最大为8Hz的频率或者加工射束源常用的调节极限、主动扫描单元的运动、自动对焦以及其他位置传感器相互协调地确定。

根据所述方法的理论工艺参数的确定能够利用评估单元根据数据库(例如以所谓“查询表”的形式)完成，在该数据库中为了大量的输入参数的组合记录有相对应的待使用的工艺参数，这些参数例如是通过经验确定的。该数据库能够置于评估和调节单元内，从而待使用的工艺参数的选择能够通过评估和调节单元自动进行。

理论工艺参数的确定也能够通过解析函数(同样可能是经验函数，例如通过对离散的实验数据组进行曲线拟合确定)完成。同样可能的是，理论工艺参数通过利用(复杂的)仿真模型在评估和调节单元内自动计算而得出。

此外还能够设置，在焊接过程后进行焊缝观察和分析，该工作是为了检查和必要时调整工艺参数而加入的。对此将通过焊缝质量检测传感器直接(在进给方向上)在熔池后边测量焊缝并且自动地进行焊缝质量(例如焊缝上表面的焊缝观感、焊缝下表面的焊缝下垂度，影响机械承载能力的焊缝地形特性和/或其密封性)的分析。如果分析结果反映存在例如不完整封闭的缝隙，将通过评估和调整单元对工艺参数这样进行调整，即在接下来的焊接过程中重新通过上层板融化形成的熔融的材料完整地封闭缝隙。

焊缝观察和分析能够作为一个或多个工艺步骤在焊缝质量检测传感器中进行。或者焊缝的测量工作通过焊缝质量检测传感器进行，分析工作在与焊缝质量检测传感器相连的评估和调节单元中进行。

焊缝观察工作能够通过高速照相机进行，该相机也是在红外区域感光的。分析工作能够自动地借助基于相机拍摄的焊缝图像实时的搜寻具有缺陷特征的图像的图像处理软件进行。

根据本发明的方法的优点在于，通过对工艺参数(例如振荡频率和幅值)的有针对性的调整，能够连续实时地使在重叠接合点处形成的、沿着连接接合点具有随机变化的缝隙高度的缝隙始终可靠地封闭。由于待使用的工艺参数在焊接过程中始终根据利用传感器获得的实际位置重新确定，所以其调整工作能够在流程中动态地完成，其中同样能够对变化的输入参数(例如工件相对于彼此在焊缝上的位置变化)实时地方法固有地进行反应。

根据本发明的方法的另一个优点是其高自动化的程度，使得仅仅需要在焊接过程的开始时在例如评估和调节单元中(手动)输入受连接过程影响的参数，如工件的材料组成或板厚度。

此外如果通过焊缝分析发现焊缝质量变差，通过在焊接过程之后的焊缝观察和分析能够实现对待使用的实际工艺参数的瞬间修正，从而保证焊缝质量始终良好。

通过根据本发明的方法能够显著地降低准备部件的成本。此外能够简化用于压紧待连接工件的夹紧装置或者使卡具不必为了使工件彼此以恒定的、小的缝隙或者甚至无缝隙的方式固定而以通常的精度调节。由此可以显著地减少工艺时间并且节省成本。

根据本发明的连接装置将数值测量和对所有必要操作变量的调节统一在一个设备中。连接过程能够全自动地进行，也就是不必引入其他的外部措施。

能够设置为，加工射束的振荡，也就是振荡幅度在时域上的曲线走势具有正弦曲线、三角形(锯齿形)、矩形或其他高阶函数的形状，从而使功率分布与部件特性相匹配。

根据本发明的实施例，为了通过后置的焊缝观察和分析工作发现的、必要的理论工艺参数的修正能够使用革命性的算法。该革命性的算法允许输入参数或测量变量，优选缝隙高度，与待使用的工艺参数根据良好的焊接结果(重新)组合。通过这种方式能够产生学习系统，其能够持续地对变化的影响因素做出反应。由此而重新获得的参数组合能够例如永久地放置在评估和调节单元中的数据库内或者放置在焊接期间与数据库无关的存储区域中。通过该灵活度不受限制的方法能够根据在焊接过程中的焊接质量分别动态地在焊接过程中对工艺参数进行调整。

还能够这样设置，在焊接期间由于(外部)流程特定的要求而对进给速度进行必要的改变时，根据改变的进给速度而确定工艺参数(进给速度除外)，也就是说进给速度将作为不受影响的工艺参数处理，而其他的工艺参数在焊接过程中与通过外部输入改变的进给速度相匹配。

根据本发明的实施例，为了改善含铝熔液的流动性并且临时性地去除熔液表面形成的氧化层，在加工射束上加调制短时脉冲，也就是说由加工射束制造单元产生的连续的加工射束以脉冲形式(功率上)加强。其中能够这样设置，脉冲在焊接过程中在连续发射的加工射束在工件表面上的同样的作用位置处出现，或者加工射束在脉冲时段钟偏转到工件表面上的与形成焊缝的作用位置距离很近的位置上，其中距离优选地小于4mm。

附图说明

本发明接下来将根据实施例进行详细阐述，其中

图1示出了根据本发明的连接装置的概括图和重叠接合点的纵截面图；

图2示出了具有垂直于重叠接合点的振荡的加工射束的重叠接合点的纵截面图；和

图3示出了垂直于重叠部位的振荡的加工射束在烧斑内的强度分布。

具体实施方式

根据图1的连接装置是带有遥控激光加工光学系统的激光束焊接装置；加工光束因此是激光。激光束制造单元1产生激光束2，其由沿着射束轴可移动的瞄准单元3瞄准到围绕其各自的横轴振荡的偏转单元4a和围绕其纵轴振荡的偏转单元4b上。对焦单元5最终在工件6(上层板)和7(下层板)的表面上产生激光烧斑8，该烧斑以进给速度V_s沿着连接接合点移动。

投影装置10利用测量光束11在工件表面上投影一条垂直于连接部位的光线。传感器13检测该光线，其中传感器对焦单元12可以串联在传感器13的前端。与传感器相连的评估和调节单元15由此计算出准确的连接接合点的位置、工件6和7的相对位置(或者两个工件之一是上层板6)以及在工件6和7之间的连接部位处的缝隙16的高度。

焊缝质量检测传感器18在烧斑8后直接生成一个在进给方向(x)上的焊缝的抓拍。该抓拍将由评估和调节单元15处理并且流程参数在出现焊缝质量变差迹象时根据留存在评估和调节单元15中的流程模型与获得的迹象匹配。

图2示出了遥控激光加工光学系统的偏转单元4a，其由评估和调整单元15控制，激光束2在重叠接合点上方这样振荡，即由铝制成的上层板6熔化，从而形成熔池17。此外以这样的方式调整振荡参数，至少膏状熔池17的一部分流到下层板7上，其中将接缝16封闭。

图3中描绘了在工件表面上生成的激光烧斑8的强度分布。激光束2(或者激光烧斑8)的振荡这样调整，使垂直于连接部位、由激光2导入到工件表面上的强度I的最大值I₂位于上层板6上。强度I的额外的局部最大值I₁位于下层板7上。

附图标记

1 加工激光

2 激光束

3 瞄准单元

4a 偏转单元，围绕其横轴振荡

4b 偏转单元，围绕其纵轴振荡

5 对焦单元

6 工件(上层板)

7 工件(下层板)

8 激光烧斑

10 投影装置

11 测量光束

12 传感器-对焦单元

13 传感器

15 评估和调节单元

16 缝隙

17 熔池

18 焊缝质量检测传感器

v_s 进给速度

I 强度

x x-方向/进给方向

y y-方向/垂直于进给方向

z z-方向/垂直线

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种利用连接装置的加工射束(2)连接工件的方法，所述连接装置具有加工光学系统，该光学系统带有用于引导加工射束(2)的主动驱动的偏转单元和用于将该加工射束对焦到待连接的第一(6)和/或第二(7)工件表面上的至少一部分可动的多个光学元件，所述方法包含通过利用加工射束(2)产生的一个空间上有限的熔池(17)将第一(6)与第二(7)工件在重叠接合点上进行的连接，其中，

-所述加工射束(2)在连接过程中进行由振荡参数定义的、空间上的振荡运动，

-测量一个或多个相关于垂直线的、在分别的通过所述加工射束(2)待加工的加工位置处的、与重叠接合点相接的所述第一工件(6)的上表面片段上的高度位置和在加工位置处的、与重叠接合点相接的所述第二工件(7)的上表面片段上的高度位置，

-鉴于处于加工位置的、与重叠接合点相接的第一(6)和第二(7)工件的上表面片段之间的高度差的确定对高度位置进行评估，并且

-在加工位置上处于较高位置的工件(6)的上表面片段中，所述加工射束(2)的能量导入随着重叠接合点的高度差的变大而变大，并且随着高度差的减小而减小，

其特征在于，

-对重叠部位、第一(6)和第二(7)工件的位置进行确定，

-基于已编程的、至少与待连接工件(6,7)的材料组成、工件(6,7)的厚度以及在连接过程中连续确定的缝隙(17)的高度和工件(6,7)在空间内的位置以及彼此相对的位置有关的流程模型来实现振荡运动的振荡参数以及加工射束(2)的调焦的多个工艺参数的设置，

-其中，加工射束(2)的振荡运动的至少一个振荡参数这样确定，即，使加工射束(2)的振荡在熔池(17)的表面上形成的熔波中耦合，从而熔化的材料从加工位置上的熔池(17)流入到重叠接合点处的两个工件(6,7)之间形成的缝隙(16)中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以光切法为基础地完成高度位置的测量，其中至少一条投影在部件上的测量线通过相机记录并且为了得到与加工位置相接的第一(6)和第二(7)工件的上表面片段的高度位置而评估测量线的扭曲。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以激光的运行时间测定为基础地完成高度位置的测量，其中为了第一(6)和第二(7)工件的上表面片段上的大量的测量位置，测量由激光束发射器到达各个测量位置的激光的运行时间并且根据测得的运行时间差来确定上表面片段在空间中的方位以及与加工位置相接的第一(6)和第二(7)工件的上表面片段的高度差。

4.根据上述权利要求任意一项所述的方法，其特征在于，所述工艺参数包括加工射束(2)的振荡运动的振荡参数，进给速度(v_s)，加工射束(2)的功率，加工射束(2)的功率的振荡，加工射束(2)的射束轴线与垂直方向(z)的夹角，加工射束(2)的烧斑(8)在工件表面上的几何形状和大小。

5.根据上述权利要求任意一项所述的方法，其特征在于，待调节的所述振荡参数包括加工射束(2)的空间振荡的幅值和/或振荡频率和/或振荡形状。

6.根据上述权利要求任意一项所述的方法，其特征在于，描述所生成的焊缝的质量特征的质量测量值，在进给方向(x)上直接在加工射束(2)后方利用光学加工的焊缝质量检测传感器(18)测得并且鉴于变差的质量进行评估并且通过调整一个或多个工艺参数弥补变差的质量。

7.利用所述加工射束(2)根据权利要求1到6中任意一项所述的方法在重叠接合点处将第一工件(6)与第二工件(7)相连的连接装置，具有加工射束制造单元(1)，带有用于引导所述加工射束(2)的扫描装置(4a、4b)和用于将所述加工射束(2)在待连接的第一(6)和/或第二(7)工件表面上对焦的部分可动的光学元件(3,5)的遥控加工光学系统，用于确定重叠部位、第一(6)和第二(7)工件各自位置的多个传感器，和与传感器、加工射束制造单元(1)和遥控加工光学系统相连的评估和调节单元(15)，通过这样的方式设置，使遥控加工光学系统和加工射束制造单元(1)能够基于在评估和调节单元(15)中的、程序化的流程模型进行调节，所述流程模型至少与在程序开始前需要输入的待连接工件(6,7)的材料组成和工件(6,7)的厚度，以及通过传感器测量值能够确定的在重叠接合点处的第一(6)和第二(7)工件之间的缝隙(17)的高度和工件(6,7)在空间内的以及彼此相对位置有关。

8.根据权利要求7所述的连接装置，其特征在于，在所述评估和调节单元(15)中存放用于输入参数的大量数值的数据库，包括待连接工件(6,7)的材料组成、缝隙高度、工件厚度、工件(6,7)彼此相对的位置和/或通过六个自由度确定的工件(6,7)在空间内的位置，和用于工艺参数的分别对应的规定值的组合。

9.根据权利要求7到8任意一项所述的连接装置，其特征在于，连接装置具有用于确定第一(6)和/或第二(7)工件的上侧分别相对于遥控加工光学系统所包含的加工装置的加工头的倾斜程度的角传感器。

10.根据权利要求7到9任意一项所述的连接装置，其特征在于，连接装置具有与所述评估和调节单元(15)相连的焊接质量检测传感器(18)，通过所述焊接质量检测传感器能够实时地在进给方向(x)上的熔池后方直接测量焊缝。

Claims (10)

1.一种利用连接装置的加工射束(2)连接工件的方法，所述连接装置具有加工光学系统，该光学系统带有用于引导加工射束(2)的主动驱动的偏转单元和用于将该加工射束对焦到待连接的第一(6)和/或第二(7)工件表面上的至少一部分可动的多个光学元件，所述方法包含通过利用加工射束(2)产生的一个空间上有限的熔池(17)将第一(6)与第二(7)工件在重叠接合点上进行的连接，其中，

-所述加工射束(2)在连接过程中进行由振荡参数定义的、空间上的振荡运动，

-测量一个或多个相关于垂直线的、在分别的通过所述加工射束(2)待加工的加工位置处的、与重叠接合点相接的所述第一工件(6)的上表面片段上的高度位置和在加工位置处的、与重叠接合点相接的所述第二工件(7)的上表面片段上的高度位置，

-鉴于处于加工位置的、与重叠接合点相接的第一(6)和第二(7)工件的上表面片段之间的高度差的确定对高度位置进行评估，并且

-在加工位置上处于较高位置的工件(6)的上表面片段中，所述加工射束(2)的能量导入随着重叠接合点的高度差的变大而变大，并且随着高度差的减小而减小，

其特征在于，

-基于已编程的、至少与待连接工件(6,7)的材料组成、缝隙(17)的高度、工件(6,7)的厚度和工件(6,7)在空间内的位置以及彼此相对的位置有关的流程模型来实现振荡运动的振荡参数以及加工射束(2)的调焦的多个工艺参数的设置，

-其中，加工射束(2)的振荡运动的至少一个振荡参数这样确定，即，使加工射束(2)的振荡在熔池(17)的表面上形成的熔波中耦合，从而熔化的材料从加工位置上的熔池(17)流入到重叠接合点处的两个工件(6,7)之间形成的缝隙(16)中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以光切法为基础地完成高度位置的测量，其中至少一条投影在部件上的测量线通过相机记录并且为了得到与加工位置相接的第一(6)和第二(7)工件的上表面片段的高度位置而评估测量线的扭曲。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以激光的运行时间测定为基础地完成高度位置的测量，其中为了第一(6)和第二(7)工件的上表面片段上的大量的测量位置，测量由激光束发射器到达各个测量位置的激光的运行时间并且根据测得的运行时间差来确定上表面片段在空间中的方位以及与加工位置相接的第一(6)和第二(7)工件的上表面片段的高度差。

4.根据上述权利要求任意一项所述的方法，其特征在于，所述工艺参数包括加工射束(2)的振荡运动的振荡参数，进给速度(v_s)，加工射束(2)的功率，加工射束(2)的功率的振荡，加工射束(2)的射束轴线与垂直方向(z)的夹角，加工射束(2)的烧斑(8)在工件表面上的几何形状和大小。

5.根据上述权利要求任意一项所述的方法，其特征在于，待调节的所述振荡参数包括加工射束(2)的空间振荡的幅值和/或振荡频率和/或振荡形状。

6.根据上述权利要求任意一项所述的方法，其特征在于，描述所生成的焊缝的质量特征的质量测量值，在进给方向(x)上直接在加工射束(2)后方利用光学加工的焊缝质量检测传感器(18)测得并且鉴于变差的质量进行评估并且通过调整一个或多个工艺参数弥补变差的质量。

7.利用所述加工射束(2)根据权利要求1到6中任意一项所述的方法在重叠接合点处将第一工件(6)与第二工件(7)相连的连接装置，具有加工射束制造单元(1)，带有用于引导所述加工射束(2)的扫描装置(4a、4b)和用于将所述加工射束(2)在待连接的第一(6)和/或第二(7)工件表面上对焦的部分可动的光学元件(3,5)的遥控加工光学系统，焊缝引导传感器，用于确定与重叠接合点相接的第一(6)和第二(7)工件上表面片段上的高度位置的传感器，和与传感器、加工射束制造单元(1)和遥控加工光学系统相连的评估和调节单元(15)，通过这样的方式设置，使遥控加工光学系统和加工射束制造单元(1)能够基于在评估和调节单元(15)中的流程模型进行调节，所述流程模型至少与待连接工件(6,7)的材料组成、在重叠接合点处的第一(6)和第二(7)工件之间的缝隙(17)的高度、工件(6,7)的厚度和工件(6,7)在空间内的以及彼此相对位置有关。

8.根据权利要求7所述的连接装置，其特征在于，在所述评估和调节单元(15)中存放用于输入参数的大量数值的数据库，包括待连接工件(6,7)的材料组成、缝隙高度、工件厚度、工件(6,7)彼此相对的位置和/或通过六个自由度确定的工件(6,7)在空间内的位置，和用于工艺参数的分别对应的规定值的组合。

9.根据权利要求7到8任意一项所述的连接装置，其特征在于，连接装置具有用于确定第一(6)和/或第二(7)工件的上侧分别相对于遥控加工光学系统所包含的加工装置的加工头的倾斜程度的角传感器。

10.根据权利要求7到9任意一项所述的连接装置，其特征在于，连接装置具有与所述评估和调节单元(15)相连的焊接质量检测传感器(18)，通过所述焊接质量检测传感器能够实时地在进给方向(x)上的熔池后方直接测量焊缝。