CN116438031A - 用于确定激光加工过程的工件位置的方法和激光加工系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于针对激光加工过程确定工件位置的方法，该方法包括以下步骤：沿着至少一个第一测量路径并且沿着至少第二测量路径将测量光束入射到至少一个工件和围绕该至少一个工件的承载装置上，其中所述第一测量路径与所述第二测量路径具有预定角度；沿着所述第一测量路径并且沿着所述第二测量路径检测入射的测量光束的由所述承载装置和所述至少一个工件反射的份额，并产生相应的测量信号，其中所述承载装置和所述至少一个工件具有彼此不同的反射率；并且基于所述测量信号来确定所述至少一个工件的位置。本发明还涉及一种通过激光束加工工件的方法，该方法包括用于确定工件位置的方法。本发明还涉及一种用于确定工件位置的装置，其被设置用于实施所述方法。

Description

用于确定激光加工过程的工件位置的方法和激光加工系统

技术领域

本发明涉及一种用于确定用于材料加工过程(例如激光加工过程，例如激光焊接或激光切割过程)的工件、尤其发夹电极层的位置的方法。

背景技术

在通过激光束加工工件的激光加工系统中，从激光源或激光导纤维的端部排出的激光束通过光束引导和聚焦光学器件聚焦或集束到待加工的工件上，以将工件局部加热到熔化温度。该加工可以包括用于接合工件的方法，例如激光熔焊或激光钎焊，或者也可以包括激光切割方法。激光加工系统可以包括激光加工装置，例如激光加工头。

在电动汽车领域，电动机的制造、尤其电动机定子的制造具有核心意义。为了使电动机、尤其牵引电动机的批量生产变得灵活，并实现大批量生产，需要高精度和过程稳定的系统。

为了简化用于生产定子线圈的复杂且难以自动化的缠绕过程，将由矩形铜线制成的绕组段、即所谓的发夹或杆状电极插入定子槽中。然后将发夹连接在一起，例如通过扭转和焊接。该焊接例如通过激光熔焊来实现。

发夹之间的焊接连接要求是尽可能少的孔隙数量和尽可能大的连接横截面。因此，为了保证焊接连接的质量，发夹的高精度且鲁棒的位置识别和/或方位识别(部件方位识别)和焊接前发夹之间间隙的大小非常重要。

根据现有技术，部件方位识别、尤其发夹的方位识别通常借助于相机进行。在这种情况下，x和y坐标通常通过图像分析来确定，并且可选地从中导出进一步的参数，例如发夹之间的间隙。这种用于部件方位识别的光学方法有时在精确地确定发夹的方位方面存在问题，并且容易产生误差。干扰参量、如生产大厅照明条件的变化，以及将扭转的发夹固定在一起的承载设备的金属反射表面，使得精确、可重复和鲁棒地识别发夹的方位变得困难或不可能。

使用基于相机的系统进行方位识别的替代方案是基于光学相干断层扫描(“Optical coherence tomography”，“OCT”)的系统。这样的系统能够实现用于方位识别的方法、测量距离并因此能够不仅在x方向和y方向上而且在z方向上(即在三维空间中)描绘发夹的方位。然而，OCT技术的一个缺点是这种系统的价格。

DE 10 2019 122 047描述了一种用于监测激光焊接过程的传感器模块，该传感器模块包括多个探测器或传感器，这些探测器或传感器检测过程辐射的不同参数并作为测量信号输出。

DE 10 2020 104 462.3描述了一种用于在工件的激光焊接期间分析焊接连接的方法。该方法在激光焊接过程期间实施，并且基于对等离子体辐射或温度辐射以及从工件反射的激光辐射的检测和评估。因此，可以识别在连接的工件之间是否存在间隙，以及在工件之间是否有焊接连接，尤其电接触。

DE 10 2020 111 038.3描述了一种用于分析通过激光焊接过程形成的焊缝的方法，尤其识别“虚假朋友”或区分好焊接和坏焊接。在此，在实际激光焊接过程之后，将激光功率低于激光焊接过程的激光束入射到焊缝上，并检测和评估被焊缝反射的激光辐射。基于好焊缝和坏焊缝的不同表面性质，可以基于反射的激光辐射推导出工件之间存在焊接连接的结论。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法，通过该方法可以容易、快速和精确地确定至少一个工件，尤其至少一个发夹的位置。本发明的另一个目的是提供一种方法，该方法允许鲁棒且针对干扰因素不敏感地确定工件的位置。最后，本发明的目的是提供一种易于结合到现有方法或现有的用于激光材料处理的系列系统中的方法。本发明的另一个目的是提供一种用于针对激光加工过程确定工件位置的方法，在该方法之后可以直接进行激光加工过程。

本发明基于以下构思：工件的位置可以基于反射的辐射(其例如可以借助于光电二极管检测)来确定。在此，可以是(仍然)待加工的工件，也可以是(已经)被加工的工件。为此，在这个工件或这些工件、例如两个发夹(也称为I型引脚(I-Pin))上和包围这个工件或这些工件的承载装置上施加测量光束，并且例如用光电二极管接收该测量光或测量光束的被反射或逆散射的份额，并且产生相应的测量信号。这个工件或这些工件、尤其两个发夹可以由所述承载装置保持或被夹紧在所述承载装置中。所述被反射的份额可以被工件或承载装置反射。可能的是，例如在间隙中，没有测量光被反射。工件和承载装置优选地具有不同的反射特性，例如由于不同的材料或不同的表面粗糙度。例如，测量光束被铜工件强烈反射，使得测量信号呈现相对较高的值，而测量光束被铝或钢制承载装置反射的份额非常小，并且测量信号呈现比较小的值。因此，可以确定测量光束是否在沿着测量路径的对应点处入射到工件或承载装置上。因此，基于测量信号，可以确定工件、尤其未加工工件的存在和/或位置，或者已加工工件的位置和/或表面特性。换句话说，例如在过程前方法，可以确定工件到底是否存在或者是否例如关于激光加工系统或承载装置或者在参考系或坐标系中符合规定地定位，尤其是否符合规定地安装或夹紧在承载装置中。如果在承载装置中或上存在多个工件，则可以确定工件之间存在的间隙的大小或工件之间的距离。然而，如果该方法作为焊接过程的过程后方法来执行，则例如可以确定焊缝或焊接拱顶的位置和/或多个焊缝或焊接穹顶之间的距离和/或焊缝或焊接拱顶的直径或尺寸。该距离可以是两个经焊接的发夹之间的蠕变距离。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于对于激光加工过程确定工件位置的方法，尤其用于确定激光加工过程之前和/或之后的工件位置的方法，该方法包括以下步骤：沿至少一个第一测量路径并且沿至少第二测量路径将测量光束入射到至少一个工件和围绕该至少一个工件的承载装置上；沿着所述第一测量路径并且沿着所述第二测量路径检测入射的测量光束的由所述承载装置和所述至少一个工件反射的份额，并产生相应的测量信号，其中所述承载装置和所述至少一个工件具有彼此不同的反射率；并且基于所述测量信号来确定至少一个工件的位置。入射的测量光束的被反射的份额在下文中可以简称为“反射的辐射”或“反射的份额”。该方法尤其可以是用于连接两个工件的焊接方法。

测量光束可以具有任何波长，尤其在红外范围内或在可见的绿色或蓝色范围内的波长。尤其，测量光束可以是激光束，例如源自与用于加工工件的激光束(也称为加工激光束)相同的激光源的激光束，或者源自例如具有大约630nm或大约530nm的波长的先导激光束源的激光光束。替换地，测量光束还可以包括LED光或由LED产生。优选地，测量光束的光束路径的至少一部分与激光加工过程中的加工激光束的光束路径同轴地延伸。

位置的确定可以包括以下中的至少一个：确定该工件或所有工件是否存在或是否安装或夹紧在承载装置中；确定该至少一个工件在一个或两个基本上与测量光束传播方向或者激光加工装置的光轴(例如，在激光加工装置测量光束输出的高度处)垂直的方向x和y上的位置和/或取向；两个工件之间存在间隙或距离；该间隙的尺寸或宽度等。在确定位置之后，可以在所述至少一个工件上进行激光加工过程，例如激光切割、激光熔焊或-钎焊。因此，可以在激光加工过程之前实施该用于确定工件位置的方法，即作为过程前方法。关于至少一个工件的位置的信息可以例如被传输到激光加工装置的扫描单元或偏转单元，其在后续材料加工设定、调整或调节加工激光束的偏转或光束移动。

替换地或附加地，该方法也可以在激光加工过程之后执行，即作为过程后方法，以获得关于加工结果、例如焊缝或焊接拱顶的尺寸和/或位置的信息，和/或关于加工结果之间的距离、如蠕变距离的信息。如果所求取的位置或所求取的距离偏离预定值，则加工结果可以归类为“不符合要求”。尤其，当焊接定子的发夹对时，在此产生的焊接拱顶必须具有最小距离。

测量信号可以对应于入射的测量光束的被反射份额的辐射强度。换句话说，测量信号可以基于被反射份额的辐射强度的测量或检测。因此，入射的测量光束和该测量光束的被检测为测量信号的被反射份额可以具有相同的波长。被反射份额的辐射强度的测量或检测可以借助于光电二极管进行。在这种情况下，测量信号可以被称为光电二极管信号。测量信号可以对应于光电二极管的输出电压的时间变化曲线。因此，测量信号可以是随时间变化的电压信号，尤其模拟电压信号。根据用于确定位置的实施例，可以对测量信号进行预处理。尤其，可以对测量信号进行平滑和/或滤波。例如，可以对测量信号进行低通滤波或噪声滤波。此外，测量信号可以被转换为数字电压信号，该数字电压信号包括与时间相关的电压值。沿着测量路径的每个点可以被分配给测量信号的变化曲线的时间。因此，沿着相应的测量路径的每个点被分配测量信号的值。因此，对于相应测量路径的每个点已知的是，入射的测量光束的被反射份额的检测到的强度有多大。

测量光束可以入射到承载装置的表面和所示至少一个工件的表面，这些表面具有不同的反射率。尤其，承载装置和工件的表面对于入射的测量光束的波长可以具有不同的反射率。例如，测量光束可以入射到由第一材料组成的承载装置的表面上并且入射到由不同于第一材料的第二材料组成的所述至少一个工件的表面上。第一材料可以是铝、钢或其合金，或者包括这些材料。第二材料可以是或包括铜或铜合金。替换地或附加地，承载装置的表面和至少一个工件的表面可以具有不同的表面粗糙度。例如，承载装置的表面可以由拉丝、喷砂和/或哑光的金属，尤其铝构成，并且工件的表面可以由光滑、有光泽或抛光的金属，尤其是铜构成。工件的表面尤其可以是切割或铣削的金属表面。当然，承载装置的表面也可以由光滑、有光泽或抛光的金属制成，并且工件的表面可以由拉丝的、喷砂的和/或哑光的金属制成。相应地，由承载装置表面反射的份额的强度可以不同于由工件表面的所反射的份额的强度。因此，测量信号可以呈现不同的值或水平，这取决于测量光束是否已经沿测量路径在适当部位入射到承载装置或工件上。

承载装置可以至少部分地或完全地围绕所述至少一个工件。例如，承载装置可以在垂直于入射激光束或测量束的激光加工装置、尤其激光加工头的光轴的平面中至少部分地围绕所述至少一个工件。承载装置的表面(测量光束入射到该表面上)可以是平坦的或与所述至少一个工件的表面(测量光束入射到该表面上)平面平行。承载装置可以包括部件和/或部件组。所述至少一个工件可以集成在所述部件或部件组中或安装在所述部件或部件组上。例如，承载装置可以是要焊接到工件上的部件。在另一个示例中，承载装置可以是电池或电池外壳，并且工件是电池的导线或导体。承载装置可以附加地或替代地包括用于夹紧所述至少一个工件、部件和/或部件组的夹紧装置。

测量光束入射到工件表面和/或承载装置表面上的角度可以是可变的。例如，固定的用于加工多个工件(它们也可以固定地设置)的激光加工装置具有偏转-或扫描单元，利用该偏转-或扫描单元将测量光束和/或加工激光束以不同角度指向多个工件。测量光束可以基本上垂直于工件的表面和/或承载装置的表面入射。测量光束的由承载装置和至少一个工件反射的份额可以基本上垂直于工件的表面和/或承载装置的表面来检测。测量光束也可以倾斜地入射到工件的表面上和/或承载装置的表面上。例如，测量光束可以相对于表面法线以锐角入射到工件和/或承载装置的表面上。与表面法线的锐角可以在1°到70°之间，或者在1°和45°之间，优选在5°到10°之间。在此背景下需指出的是，该反射不限于纯粹的几何反射，而是指向多个空间方向。

第二测量路径可以与第一测量路径具有预定角度。测量路径中的至少一个可以是线性的或圆形的。第一测量路径可以是圆形的或者包括多个同心的圆形测量路径。第二测量路径可以是线性的或者包括多个线性的测量路径。第二测量路径可以相对于圆形的第一测量路径径向布置。测量路径可以在以下平面中定义，该平面基本上垂直于(未偏转的)测量光束的传播方向或基本上垂直于入射测量光束的激光加工装置的光轴。测量路径可以对应于测量光束的运动路径。测量光束可以通过移动入射测量光束的激光加工头或者通过偏转单元相对于工件沿着测量路径偏转。至少一个第一测量路径和至少一个第二测量路径可以是测量光束的连续和/或持续运动路径的一部分。换句话说，测量路径之间的测量光束可以保持接通或不必在各个测量路径之间关断。第一测量路径和/或第二测量路径可以分别具有在承载装置上的第一区域和第三区域和在至少一个工件上的第二区域，其中该第二区域布置在第一区域与第三区域之间。换句话说，沿着单个测量路径，测量光束可以首先入射到承载装置上，然后入射到工件上，然后再次入射到承载装置上。因此，可以简单地确定工件沿着该测量路径的位置和维度。

至少一个第一测量路径和/或至少一个第二测量路径可以是直线或线性的。尤其，第一测量路径和/或第二测量路径可以在垂直于(未偏转的)测量光束的传播方向或垂直于入射测量光束的激光加工头的光轴的平面中具有直线。所述预定角度基本上可以是大于0°的角度，尤其大约90°的角度或者是直角。

该方法可以优选地包括：测量光束沿着多个第一测量路径(这些第一测量路径彼此平行地延伸并且相互间隔开或偏移)和/或沿着多个第二测量路径(这些地儿测量路径相互平行地延伸并且相互间隔开或偏移)入射。换言之，所述至少一个第一测量路径可以包括多个相互平行地偏移的第一测量路径和/或所述至少一个第二测量路径可以包括多个相互平行地偏移的第二测量路径。由此，可以有效地扫描工件，并且可以全面地确定工件的位置。

基于测量信号确定至少一个工件的位置可以包括确定测量光束是否在第一测量路径和/或第二测量路径的点处被所述至少一个工件的表面反射。在此，可以确定：当测量信号在对应部位或在对应时刻等于或大于或者等于或小于预定的第一值时，测量光束在该点处被所述至少一个工件的表面反射。该第一值可以基于由承载装置反射的份额的平均值来预定。

基于测量信号确定至少一个工件的位置可以包括确定至少一件工件是否存在和/或布置在预定位置和/或预定取向或被安装或夹紧在承载装置中的预定位置。例如，如果测量信号具有由承载装置反射的份额的平均值或小于由承载装置反射的份额的平均值，则可以确定工件不存在。替换地或附加地，如果测量信号仅在沿着第一测量路径和/或沿着第二测量路径的一段距离上超过预定的第一值，该距离显著小于工件沿着相应测量路径的预定维度，则可以确定工件没有被安装或夹紧，或者至少没有在承载装置中的预定位置处被安装或夹紧。在这种情况下，可以输出错误，即在激光材料处理开始之前输出。

换言之，至少一个工件的位置可以包括工件在第一方向(x)和/或在第二方向(y)上的位置，和/或工件在第一(x)方向和/或第二(y)方向上的维度，和/或至少一个工件在由第一和第二方向(x，y)定义的平面中的取向。

优选地，当确定至少一个工件的位置时，可以考虑测量光束的焦点直径或测量光束的直径或测量光束在至少一个工件和/或承载装置上的光斑的直径。入射到工件上或承载装置上的测量光束在相应表面上产生具有一定直径的点或光斑。因此，如果仅仅光斑的一部分落在工件或承载装置上，则只有这一部分可以被反射。因此，测量信号可以具有上升沿和/或下降沿。上升沿或下降沿可以是测量光束的直径或至少一个工件和/或承载装置上的光斑的直径。为了更准确地确定至少一个工件的位置，可以考虑测量信号的上升沿和/或下降沿。作为测量光束或至少一个工件和/或承载装置上的光斑的直径的估计，可以在确定该至少一个工件时考虑测量光束的预定的焦点直径。

测量光束优选地基本上完全地被所述至少一个工件反射。测量光束优选地基本上完全被承载装置吸收或漫散射。因此，基于与测量光束的反射部分相对应的测量信号，可以简单且明确地区分测量光束是被工件反射还是被承载装置反射。如果测量光束是激光束，则测量光束的功率和/或功率密度可以相应地低，和/或测量光束的直径相应地大，和/或测量光束相对于工件或沿着测量路径的移动速度可以被选择为相应地高，从而使测量光束不会耦合到工件的材料中或工件不会被改性。例如，测量光束的功率可以小于用于加工工件的加工激光束的激光功率或移动速度大于用于加工工件的进给速度。换言之，可以选择工件表面上的测量光束的功率密度，使得其低于阈值，在该阈值下，将测量光束输入这个工件或这些工件中，或者，在该阈值下，工件熔化。

至少一个工件的位置可以包括至少一个工件在第一方向和/或在第二方向上的位置。至少一个工件的位置可以包括至少一个工件在第一方向和/或第二方向上的维度。至少一个工件的位置可以包括至少一个工件在由第一方向平面和第二方向平面限定的方向上的取向。如果至少一个工件包括两个工件，则该至少一个工件的位置的确定可以包括：确定第一工件在第一方向和/或第二方向上的存在和/或位置和/或维度，和/或确定第二工件在第一方向和/或第二方向上的存在和/或位置和/或维度，和/或确定第一工件和第二工件之间在通过第一和第二方向限定的平面中的距离。第一方向和第二方向可以彼此垂直地布置，和/或可以位于与测量光束的传播方向垂直的平面中或垂直于入射测量光束的加工头的光轴布置。该距离可以定义为工件之间的最短距离。

所述至少一个工件可以是杆状工件。所述至少一个杆状工件可以具有至少一个扁平的侧面或平坦的面和/或具有矩形或正方形的横截面或具有倒角的矩形或正方形横截面。例如，工件的端部或横截面可以具有在大约1mm和大约2mm之间的宽度(或窄侧)和在4mm和5mm之间的长度(或纵侧)。所述至少一个工件可以是或包括电极、杆状电极、发夹电极或定子绕组的绕组段。

优选地，以下参数中的至少一个是已知的或预定的：至少一个工件的表面(测量光束入射到该表面上)的形状和/或维度(即长度和/或宽度)；承载装置的通孔的形状和/或维度(即长度和/或宽度)，至少一个工件安装或夹紧在该承载装置中；至少一个工件和/或承载装置的反射率；以及工件的数量。

优选地，例如对于激光焊接工艺，第一工件和第二工件可以安装或夹紧在承载装置中。在这种情况下，该方法可以包括确定第一工件的位置和第二工件的位置。工件可以是相同的和/或具有相同的尺寸。工件可以彼此平行地布置在承载装置中或上。工件的端部或端面(加工激光束随后入射到其上)可以被布置为基本上平坦的或平面平行地布置。换言之，承载装置的第一工件和第二工件可以如此布置在承载装置中，以至于工件表面(测量光束入射到该表面上)被布置为基本上平坦或平面平行。

该方法还可以包括基于第一工件的所确定的位置和第二工件的所确定的位置确定距离或两个工件之间的间隙的大小，尤其在垂直于测量光束传播方向或垂直于入射所述测量光束的所述激光加工头的光轴的平面内。间隙的尺寸或宽度可以对应于两个工件之间的距离。替换地或附加地，当确定工件的位置时，位置和/或间隙的宽度或大小可以直接从测量信号中确定。确定工件的距离可以包括，例如，确定测量信号的区域，在该区域内测量信号等于或小于预定的第二值。

根据本发明的第二方面，提供了一种通过加工激光束加工工件的方法，其中该方法包括以下步骤：通过前述方法确定工件的位置并将加工激光束入射到工件上以加工工件。

用于加工工件的方法可以例如包括两个工件的激光焊接，尤其焊接。例如，加工激光束可以以在工件上形成单独的熔池的方式入射到工件上。然后将单独的熔池组合在一起以形成共同的熔池。在共同的熔池凝固或冷却后，在两个工件之间形成具有低电阻的导电接触。

用于加工工件的激光束可以来自与用于确定工件位置的测量束相同的激光源。换句话说，用于加工工件的激光束和用于确定工件位置的测量束可以具有相同的波长。用于加工工件的激光束尤其可以具有比用于确定工件位置的激光束更高的激光功率。

根据本发明的另一个方面，提供了一种通过加工激光束加工工件的激光加工系统，包括：激光加工装置，用于将测量光束和/或加工激光束入射到工件上；传感器模块，其具有用于检测反射辐射的光电二极管；以及控制单元，其被设置为根据第一方面或根据第二方面实施之前讨论的方法。

传感器模块可以耦合到激光加工装置。激光加工装置可以尤其是激光加工头。在这种情况下，被反射的辐射到传感器模块或到光电二极管的光束曲线完全处于激光加工装置之外。替换地，被反射的辐射到传感器模块或到光电二极管的光束曲线可以部分地处于激光加工装置之内或处于激光加工头中。在这种情况下，激光加工装置可以包括分束器和光学输出部，用于将辐射从激光束的光束路径或从激光加工装置输出。传感器模块可以包括用于耦合输入从激光加工装置耦合输出的辐射的光学输入部。辐射可以包括入射的测量光束的被工件反射的部分。在另一个实施例中，传感器模块或传感器模块的至少一个光电二极管可以集成在激光束的激光源中。

传感器模块包括用于检测或探测入射的测量光束中被工件反射的部分的辐射强度。光电二极管可以被配置为检测预定波长范围内的辐射强度。光电二极管可以在包括入射的测量光束的波长的波长范围内具有光谱灵敏度，以检测激光加工装置的激光的逆反射。光电二极管在测量光束的波长处可以具有最大的光谱灵敏度。光电二极管可以被配置为基于检测来输出测量信号。测量信号尤其可以是模拟测量信号，优选地是模拟的时变电压信号。因此，可以通过所描述的传感器模块来检测测量信号。控制单元可以被配置为从光电二极管接收模拟测量信号并将其转换为数字测量信号。

控制单元可以被配置为执行根据上述方面的过程。控制单元还可以被配置为控制激光加工过程，尤其激光焊接或激光切割过程。

激光加工装置还可以包括偏转单元，例如扫描单元或至少一个电镀镜，用于偏转加工激光束和/或用于沿测量路径偏转测量束。偏转单元优选地布置为在垂直于光束传播方向的方向上偏转，或者在垂直于两个相互垂直的方向上的光束传播方向的平面中偏转。

测量光束可以具有任何波长，尤其在红外范围内或在可见的绿色或蓝色范围内的波长。激光加工系统可以包括用于加工工件的激光束(也称为加工激光束)的激光源。可以设置激光源以产生测量光束。在这种情况下，测量光束可以是具有比用于材料处理的激光束更低的功率的激光束。测量光束可以是先导激光光束。在这种情况下，激光加工系统可以包括先导激光源或导频激光源，例如用于产生波长约为630nm的先导激光光束。替换地或附加地，激光加工系统可以包括用于产生测量光束的LED源。由LED光源产生的测量光束或LED光可以例如通过分束器耦合输入到加工激光器的光束路径或者激光加工装置中。优选地，测量光束沿测量光束传播方向在偏转单元之前耦合输入到激光加工装置的光束路径中。

附图说明

下面参照附图详细描述本发明的实施例。

图1示出根据本发明实施例的用于确定工件位置的激光加工系统的示意图；

图2示出根据本发明的进一步实施例的用于确定工件位置的激光加工系统的示意图；

图3示出用于根据本发明的实施例的方法的工件的示意图；

图4示出根据本发明实施例的用于确定工件位置的方法的流程图；

图5示出承载装置中的工件的示意性透视图；

图6示出图5所示的工件和承载装置的示意俯视图，用于说明根据本发明实施例的用于确定工件位置的方法；

图7示例性示出通过根据本发明实施例的用于确定工件位置的方法检测到的测量信号的曲线；

图8和图9示出图7所示曲线的局部；

图10示出激光加工过程之前状态下的未加工工件和激光加工过程之后的已加工工件；

图11示出已加工工件的圆形和同心布置，以及用于确定已加工工件的位置和/或已加工工件之间距离的测量路径；和

图12示出相应于图11所示布置的测量信号曲线。

具体实施方式

在下文中，除非另有说明，否则对于相同和作用相同的元件使用相同的附图标记。在本公开中，x、y和z方向平行于正交-或笛卡尔坐标系的轴。在此，z轴对应于(未偏转的)测量束或激光束14的传播方向或激光加工装置12的光轴。由x方向和y方向撑开的平面可以称为x-y平面。在本详细说明中说明了测量光束14是激光束的实施例。在此，测量光束14可以来自用于产生加工激光束的激光源，或者来自用于产生先导激光束的先导激光源。但是本公开不限于此。显而易见，测量光束14可以来自LED源或耦合到激光加工装置12的加工激光束路径中的LED光。

图1示出根据本发明实施例的激光加工系统的示意图，该激光加工系统被设置用于确定工件的位置。

用于确定工件位置的激光加工系统10包括激光加工装置12。该激光加工装置12可以例如形成为激光加工头，尤其形成为激光焊接或激光切割头。该激光加工装置12被设置为借助于光束引导和聚焦光学器件(未示出)将从光纤18或激光源(未示出)的一端发出的测量光束14入射到待加工工件16a、16b上，以便从而进行激光加工，尤其激光焊接。尤其，测量光束14可以聚焦或集束到工件16a、16b上，以便将工件16a和16b局部加热至熔化温度以进行激光加工。如图1所示，传感器模块26耦合到激光加工装置12，用于检测测量光束的被反射部分。在该示例中，激光加工装置12和传感器模块26的部分光束路径是同轴的。然而，本发明并不限于此。

在测量光束14入射到工件16a、16b上时，入射的测量光束14的一部分被工件16a、16b反射。被反射的测量辐射20又部分进入激光加工装置12，并在那里例如由分束器22从测量光束14的光束路径耦合输出，并进入固定在激光加工装置12上的传感器模块26。耦合输出的辐射20在传感器模块26中撞击探测器(未示出)。

根据未示出的其他实施例，被反射的测量辐射20在进入或耦合输入到传感器模块26中之前不会再次进入激光加工装置12。换言之，被反射的测量辐射20的光束路径完全在激光加工装置12的外部延伸。为此，测量光束14优选地以一定角度指向工件16a、16b。

探测器被设置为用于探测预给定波长范围内的辐射强度。尤其，探测器可以具有在一定波长范围内的光谱灵敏度，该波长范围包括测量光束14的波长。根据实施例，探测器对于测量光束14的波长具有最大光谱灵敏度。探测器可以是或包括光电二极管或光电二极管阵列。因此，探测器设置为检测被反射的测量辐射20的强度，并基于探测到的强度输出测量信号。该测量信号尤其可以是模拟测量信号，优选是模拟的时变电压信号。

此外，激光加工系统10还具有控制单元30。该控制单元30设置为接收测量信号。控制单元30可以根据实施例设置为将模拟测量信号转换为数字测量信号。因此，可以通过所描述的传感器模块26来检测该测量信号。根据实施例，控制单元30和/或传感器模块26可以设置为记录该测量信号。

测量光束14相对于工件表面移动。为此，激光加工系统10、尤其激光加工装置12可以具有用于使测量光束相对于测量光束的传播方向偏转的偏转单元(例如，扫描光学器件)。可替换地或附加地，激光加工装置12可以相对于工件表面移动。在这种情况下，激光加工装置12可以是具有固定光学器件的激光加工头。为了总是以预定角度入射测量光束14，例如基本上垂直于工件16a、16b的表面，并且为了总是以预定的角度检测被反射的辐射20(例如基本上在垂直于工件16a、16b的表面的方向上)，激光加工装置12可以通过移动装置(未示出)、诸如机械臂在三维空间中移动。例如，激光加工装置12可以沿着第一方向x、第二方向y和/或第三方向z移动。z方向对应于测量光束14的传播方向或激光加工装置12的光轴并且可以垂直于工件16a、16b的待加工表面布置。

图2示出根据本发明的进一步实施例的用于确定工件位置的激光加工系统的示意图。图2示出激光加工系统10，其具有用于加工多个工件的激光加工装置12。激光加工装置12包括偏转单元(未示出)，例如扫描仪单元，也称为扫描光学器件，或电镀镜，用于在至少一个垂直于测量光束传播方向的方向上偏转该测量光束14和/或加工激光光束，以使测量光束指向三个工件对P1、P2和P3。借助于偏转单元，测量光束14或加工激光束入射到工件对P1至P3的工件16a、16b上而不必使激光加工装置12或工件对P1、P2和P3相对于彼此移动。由此，测量光束14加工激光束可以快速入射到并排布置的多个工件16a、16b或工件对P1至P3上。在实施根据本发明实施例的方法时，激光加工装置12可以是静止的。

在这种情况下，测量光束根据相对于工件或工件对的距离倾斜地入射到工件16a、16b或工件对P1至P3上。例如，测量光束可以表面法线成锐角入射到工件16a、16b或工件对P1至P3的表面上，其中该锐角在1°至20°之间或在5°至10°之间。该角度可以取决于工件16a、16b或工件对P1至P3和激光加工装置12的位置。

激光加工系统10被设置为实施下面描述的用于确定工件位置的方法和/或用于通过激光束加工工件的方法。尤其，控制单元30可以设置为控制用于确定工件位置的方法和/或用于加工工件的方法。根据本发明的实施例，激光加工系统10被设置为确定工件16a、16b的位置。根据实施例，工件16a、16b的位置可以包括工件16a、16b在x方向和/或y方向上的位置。此外，工件16a、16b的位置可以包括工件16a、16b在x-y平面中、即在x方向和/或y方向上的维度。此外，工件16a、16b的位置可以包括工件16a、16b在x-y平面中的取向，尤其工件16a，16b围绕z方向的旋转。此外，利用所示的方法可以确定工件16a、16b之间在x-y平面中的距离。该距离可以被确定为工件16a、16b之间的最短距离。根据实施例，控制单元30被设置为基于工件16a、16b的特定位置控制测量光束14或加工激光束的入射位置和/或移动速度和/或方向，和/或用于激光加工的加工激光束的激光功率。

图3示出用于根据本发明实施例的方法的工件的示意图。图5示出图3所示工件在承载装置中的示意图。

以下使用两个工件的例子来解释本发明，这两个工件被形成为杆状电极。然而，本发明并不限于此。工件也可以以不同的数量存在或者具有不同的形状。

工件16a、16b在图3中形成为两个杆状电极。杆状电极具有长方体形状并且具有矩形横截面。工件16a、16b的端部或端面17a、17b也是矩形的，并且根据实施例具有大约1mm和大约2mm之间的宽度(或窄侧)和4mm和5mm之间的长度(或纵侧)。这两个工件16a、16b可以类似地并且彼此平行地布置，但本发明不限于此。在图3中，工件16a、16b的端部17a、17b是平坦的面并且基本上布置在x-y平面中，但本发明不限于此。

根据本发明的实施例，工件16a、16b形成为电导体32a、32b的暴露端部17a、17b，例如形成为发夹或形成为电动机的定子线圈的绕组段。在电导体32a、32b的端部17a、17b处，已经去除了漆或绝缘材料33a、33b，使得该端部17a、17b暴露。例如，电导体32a、32b可以在10mm的长度上去除漆33a、33b。如果导体32a、32b并排布置在承载装置中，则由于绝缘材料33a、33b而在工件16a、16b之间存在中间空间或间隙36。

图4示出根据本发明实施例的用于确定工件位置的方法的流程图。使用所示的方法可以例如确定图1至图3所示工件16a、16b或工件对P1至P3的位置。根据实施例，工件16a、16b的位置可以包括工件16a和16b在x方向和/或y方向上、即在至少一个垂直于光束传播方向的方向上的位置。此外，工件16a、16b的位置可以包括工件16a、16b在x-y平面中的维度，即在x方向上的宽度和/或在y方向上的长度。此外，工件16a、16b的位置可以包括工件16a、16b在x-y平面中的取向，尤其工件16a，16b围绕z方向、即围绕光束传播方向的旋转。此外，利用所示的方法可以确定间隙36的存在及其尺寸。间隙36的尺寸可以被指定为工件16a、16b在x-y平面中的距离。如果不存在间隙36，则可以将该距离确定为“零”。

如图5和6所示，本发明的方法开始于将测量光束14(S1)入射到工件16a、16b和承载装置38上。测量光束14可以沿着相互平行的第一测量路径40a、40b、40c入射，并且然后沿着相互平行的第二测量路径42a、42b入射。承载装置38至少部分地围绕工件16a、16b。工件16a、16b的端部17a、17b或端面可以优选地布置在一个平面中。如图5和图6所示，承载装置38可以形成为夹紧装置，并具有用于引导穿过所述工件16a、16b的通孔39，但本发明不限于此。另一个例子可以在电池接触领域中找到，尤其在电池模块制造中。在此，电池单元相互连接。电池连接器位于电池单元上，并焊接到电池的极上。电池连接器的位置可以通过根据本发明的方法来识别。

承载装置38具有与工件16a、16b不同的反射率。尤其，承载装置38和工件16a、16b对测量光束14的光具有不同的反射特性。例如，工件16a、16b的表面由不同于承载装置38的表面的其他材料组成。根据实施例，工件16a、16b的表面由金属、尤其铜构成，并且承载装置的表面由金属、尤其铝或钢构成。附加地或替代地，承载装置38的表面和工件16a、16b的表面可以具有彼此不同的粗糙度。例如，承载装置38的表面可以比工件16a、16b的表面更粗糙。尤其，承载装置38的表面可以是磨砂的、刷毛的或喷砂的，并且工件16a、16b的表面可以是被切割或铣削的表面。

承载装置38可以包括部件和/或部件组，所述至少一个工件16a、16b集成到该部件和/或部件组中，或者所述至少一个工16a、16安置在该部件和/或部件组上。例如，承载装置38可以是底板并且工件16a、16b可以是要焊接到底板的顶板。在电池接触领域的另一个例子中，承载装置是电池或电池壳体，并且工件16a、16b是布置在该电池或电池壳体上的导线。在图5和图6所示的实施例中，承载装置38可以包括用于夹紧所述至少一个工件16a、16b、所述另一个工件、所述部件和/或部件组的夹紧装置。夹紧装置可以用于夹紧工件16a、16b以用于随后的激光加工。该夹紧可以包括将工件16a、16b固定或定位在夹紧装置中，这在用于位置确定的测量光束入射之前发生。通过夹紧力可以将两个工件16a、16b之间的间隙36保持尽可能小。

在此，测量光束14沿着测量路径的入射以非常低的激光功率进行，例如以240W或更低，和/或以高速进行，例如20m/min或更高。在测量光束14沿着测量路径入射期间，激光功率和/或移动速度可以保持恒定。据此，激光功率或移动速度被选择为使得测量光束14不进入工件16a、16b的材料中。换言之，测量光束14在工件16a、16b的表面上的功率密度可以被选择为使得其低于测量光束14耦合到工件16a和16b中或者使工件16a或16b熔化的阈值。

在步骤S2中，检测或接收入射的测量光束14的被工件16a、16b以及被承载装置38反射的份额20沿着相应的测量路径40a、40b、40c、42a、42b的强度，并产生相应的测量信号。根据实施例，测量信号是光电二极管的时变电压信号，如图7所示。根据实施例，可以对该测量信号进行预处理。尤其，该测量信号可以被转换为数字电压信号，该数字电压信号包括与时间相关的电压值。此外，可以对该测量信号进行平滑和/或滤波。例如，可以对该测量信号进行低通滤波或噪声滤波。

在下一步骤S3中，基于测量信号来确定工件16a、16b的位置。为此，可以对测量信号进行评估。工件16a、16b的位置的确定基于以下认识：即，工件16a、16b和承载装置38具有不同反射特性。例如，测量光束14可以被工件16a、16b强烈反射，使得测量信号呈现相对较高的值，而测量光束14可以被承载装置38强烈吸收或散射，使得测量光束14的被反射份额20非常低，并且测量信号呈现相对较小的值。如果测量光束14沿着测量路径40a、40b、40c、42a、42b进入通孔39或间隙36，也不会发生反射，从而检测不到被反射份额20，并且测量信号也具有非常小的值或甚至值“零”。通过不同的反射特性，例如由于材料和表面粗糙度的差异，被散射回去的光的量非常不同，并且根据测量光束14的位置而存在显著的信号差异。因此，通过评估测量信号，可以确定测量光束14沿着测量路径在哪里到达承载装置38、工件16a、16b之一上、或者通孔39或间隙36中。

根据实施例，用测量光束加工工件16a、16b的方法可以包括参考图4描述的方法，该方法用于确定工件16a、16b的位置并且接着将加工激光束入射到工件16a，16b上以加工工件16b。未来加工工件16a、16b，加工激光束可以具有比用于确定工件16a、16b的位置的测量光束14更高的激光功率。然而，测量光束14和加工激光光束可以由相同的激光源(未示出)提供。替换地，测量光束14也可以由先导激光束源或LED源提供。激光加工可以包括例如激光焊接，尤其工件16a、16b的焊接。例如，激光束可以入射到工件16a、16b的端面17a、17b上，从而在其上形成单独的熔池。然后将单独的熔池连接成共同的熔池。在该共同的熔池凝固或冷却后，在这两个工件16a、16b之间存在具有低电阻的导电接触。通过对工件16a、16b的位置或工件16a、16b之间的间隙36的尺寸的精确了解可以相应地控制激光加工。因此，可以提高工件16a、16b之间的焊接连接的质量。

图5示出具有单个测量路径40b的承载装置38中的工件16a、16b的示意性透视图，图6示出工件16a，16b和承载装置38的示意性俯视图，用于说明根据本发明实施例的方法的测量路径40a，40b，40c，42a，42c。图6的俯视图平行于x-y平面，在该例子中，工件表面被布置在该x-y平面中。尽管测量光束在图5和图6中在z方向上示出，但本发明不限于此。测量光束14也可以以锐角撞击工件表面，如图2所示。

入射到工件16a、16b或承载装置38上的测量光束14在相应的表面上产生光点或光斑。第一测量路径40a、40b、40c和第二测量路径42a、42b，也称为“跨越”，每个都可以定义为所述光斑在x-y平面或垂直于激光加工装置12的光轴或测量光束14的传播方向的平面上的投影。

根据实施例，测量路径40a、40b、40c、42a、42b各自形成为直线，但本发明不限于此。尤其在垂直于光束传播方向的平面中，即在x-y平面中，测量路径优选是直的。第一测量路径40a、40b、40c分别被布置为在x方向上彼此平行或反平行，并且第二测量路径42a、42b分别被布置成在y方向上彼此并行或反平行，但本发明不限于此。如图所示，第一测量路径40a、40b、40c和第二测量路径42a、42b彼此以预定角度布置，其中该预定角度为90°，但本发明不限于此。

第一测量路径40a、40b、40c和第二测量路径42a、42b可以是测量光束14或光斑的连续和/或持续移动路径的一部分，如图6中第一测量路径40c和第二测量路径42a之间的虚线所示。换句话说，不需要关停各个测量路径之间的测量光束14。因此，可以连续地记录测量信号。因此，测量信号可以包括所有测量路径40a、40b、40c、42a、42b的被反射的测量辐射20的检测强度。然而，本发明并不限于此。例如，对于测量路径40a、40b、40c、42a、42b中的每一个，可以检测单个的测量信号。替换地，测量路径40a、40b、40c可以例如各自在x方向上延伸，并且测量路径42a、42b可以例如各自在y方向上延伸。在这种情况下，可以关停各个测量路径之间的测量光束14。

每个测量路径可以在承载装置38、通孔39、间隙36和工件16a、16b中的至少一个上具有区域。换句话说，沿着第一测量路径40a、40b、40c和/或第二测量路径42a、42b的测量光束14可以跨越承载装置38、通孔39、间隙36和工件16a、16b中的至少一个。如图6所示，例如，第一测量路径40a、40b、40c分别具有在承载装置38上的第一区域、在工件16a上的第二区域、在间隙36中的第三区域、在工件16b上的第四区域、在承载装置38上的第五区域，其中第一至第五区域按此顺序沿着第一测量路径40a、40b、40c布置。此外，第二测量路径42a、42b各自具有在承载装置38上的第一区域、在通孔39中的第二区域、在工件16a或16b上的第三区域、在通孔39中的第四区域和在承载装置38上的第五区域，其中第一至第五区域按此顺序沿着第二测量路径42a、42b布置。换句话说，沿着测量路径42a、42b，测量光束14可以首先入射到承载装置38，进入通孔39，然后入射到工件16a或16b，然后再进入通孔39并入射到承载装置38上。

通过图6所示的第一测量路径40a、40b、40c和第二测量路径42a、42b，可以全面、明确、简单地确定或量化工件16a、16b的方位和维度以及间隙36的尺寸。为了明确地确定工件16a、16b的方位和维度以及间隙36的尺寸，不需要测量路径40c。测量路径40c或其他测量路径可以被用来提高精度。

图7示例性示出通过根据本发明实施方式的用于确定工件位置的方法检测到的测量信号的曲线。图8和图9示出图7所示曲线的局部。测量信号的曲线也可以被称为“测量曲线”。如图7至图9所示，检测到的测量信号包括所有测量路径40a、40b、40c、42a、42b的被反射的测量辐射20的检测到的强度。

根据实施例，测量信号对应于光电二极管的时变电压信号或光电二极管的时变输出电压。

如图7至图9所示，测量信号的每个区域对应于测量路径40a、40b、40c、42a、42b中的一个。换句话说，沿着测量路径40a、40b、40c、42a、42b的每个点都可以分配给图7至图9中所示的测量信号过程的时间。因此，给沿着相应的测量路径40a、40b、40c、42a、42b的每个点分配测量信号的值。因此，对于相应测量路径40a、40b、40c、42a、42b的每个点，可以知道入射的测量光束14的被反射的份额20的检测到的强度的大小。例如，如果测量路径40a、40b、40c、42a、42b在检测到测量信号的任何时间都是已知的，则这是可能的。

如图7至图9所示，工件16a、16b沿着测量路径40a、40b、40c、42a、42b总共跨越五次，并检测反射的测量辐射20，以获得所示的测量信号。图7示出了检测到的原始测量信号，图8和图9示出了所检测到的原始测量信号和相应的低通滤波测量信号的局部，其中在图8中，测量信号沿第一测量路径40a示出，在图9中，测量信号沿第二测量路径42b示出。作为原始测量信号的替代方案，还可以评估测量信号的噪声。

如先前参考本发明的方法所描述的那样，检测到的测量信号对应于被反射的测量辐射20沿着测量路径40a、40b、40c、42a、42b检测到的强度。

通过评估测量信号，例如可以确定测量光束14是否在沿着测量路径40a、40b、40c、42a、42b之一的相应点上指向工件16a、16b之一、承载装置38、通孔39或间隙36。因此，工件16a、16b的位置和间隙36的尺寸(它们在前面已经参考本发明的方法进行了描述)可以通过评估沿着测量路径40a、40b、40c、42a、42b的测量信号的强度来确定。

检测到的测量信号可以例如进行如下评估：测量光束14沿着测量路径40a、40b、40c、42a、42b是否被工件16a或16b反射或者反射强度如何。例如，如果测量信号在相应的时刻或相应的部位等于或大于预给定的第一值，则可以确定：测量光束14沿着相应的测量路径40a、40b、40c、42a、42b被工件16a或16b之一的表面反射。因此，可以确定在沿着测量路径40a、40b、40c、42a、42b的相应点处存在工件16a、16b。同样，如果测量信号在相应的时刻或相应的部位等于或小于预给定的第二值，则可以确定：测量光束14沿着相应的测量路径40a、40b、40c、42a、42b没有被工件16a或16b之一的表面反射。在这种情况下，在沿着测量路径40a、40b、40c、42a、42b的相应点处不存在工件。在图7至图9中，突出显示测量信号中确定存在工件16a、16b的区域。由于测量路径40a、40b、40c、42a、42c的位置、形状和取向是已知的，因此可以推断工件16a、16b在x-y平面中的位置和/或取向。因此，通过评估沿着测量路径40a、40b、40c、42a、42b的测量信号，可以明确且全面地确定工件16a、16b的位置。

通过评估沿着测量路径40a、40b、40c、42a、42b的测量信号，还可以确定工件16a、16b之间的距离43，即间隙36的尺寸。由于第一测量路径40a、40b、40c平行于x方向布置，因此可以例如基于图8中测量信号的灰色区域的距离来确定工件16a、16b之间在x方向上的距离43。根据其他实施例，在知道工件16a、16b在x-y平面中的位置和/或取向的情况下，也可以通过计算方式确定工件16a、16b之间的距离43。如图6所示，工件16a、16b之间的距离43可以定义为工件表面之间的最短距离或被定义工件16a、16b之间在x-y平面中的最短距离。

通过评估测量信号，还可以确定工件16a和/或工件16b到底是否存在和/或是否以预定位置或取向安装或夹紧在承载装置38中。例如，如果测量信号不超过前面描述的第一值，则可以确定工件16a、16b根本不存在。总之，如果测量信号具有不可信或不可预见的值，则可以确定工件16a、16b不存在或不是以预给定的位置或取向存在。在这些情况下，根据实施例，可以输出错误。

在评估测量信号时，为了精确地确定工件16a、16b的位置，可以考虑测量射束14在工件16a、16b上和/或承载装置38上的直径(也称为“光斑直径”)。根据本发明的实施例，在图7至图9所示的测量信号的示例曲线中，光斑直径为340μm(200μm光纤直径x 255/150)。例如，在图8中(其示出用于测量路径40a的测量信号)，为了评估测量信号并且为了确定工件16a、16b的位置考虑的是，在测量信号开始增加时(上升沿)，测量光束14的光斑在工件16a上为0％并且与工件16a仅仅相切，并且在测量信号开始下降时(下降沿)，光斑还100％处于工件16b上并且与工件16b的边缘仅仅相切。相应地，测量信号从上升沿的开始到下降沿的开始被评估为工件表面。此外，应当注意，低通滤波的测量信号和/或用噪声滤波器评估的测量信号与原始测量信号相比是时移的。

本发明涉及基于反射的测量辐射或基于测量信号、尤其光电二极管信号识别工件的位置，用于随后对其进行激光加工。为此，将具有非常低的功率和/或速度的测量光束引导到工件、例如I-Pins或发夹(Hairpins)以及围绕工件的承载装置上，并且记录和评估测量光束的被逆反射或逆散射的份额，例如用光电二极管。在发夹区域中，测量辐射被强烈反射并且逆反射信号强烈。在承载装置的区域中，激光功率被吸收，并且逆散射光的非常少。因此，通过评估测量信号或光电二极管信号可以确定到底是否存在工件、工件的位置如何以及工件之间的间隙有多大。

上面已经描述了本发明的应用，在该应用中，在加工过程之前探测两个待加工工件的部件位置，其方式是，例如将先导激光器转向到工件上并且评估光电二极管信号。尤其，这是以在焊接过程之前要焊接的两个引脚为例来解释的。

然而，本发明也可以应用于过程后，即在加工过程之后，以评估加工结果。例如，本发明的方法可以在用于焊接引脚的焊接过程之后应用，以确定各个焊接拱顶之间的距离和/或焊接拱顶的尺寸或直径。例如，当焊接定子的引脚时，可以指定最小蠕变距离，该最小蠕变距离不得被低于。典型地，焊接拱顶之间的蠕变距离应大于3mm。如果距离小于3mm，则该部件通常是次品。

图10在子图A中示出两个未加工的单个工件16a和16b，例如处于激光加工过程之前状态的引脚对(两个引脚)。在子图B中示出了焊接后的引脚对或所产生的焊接拱顶16c。在焊接两个引脚16a、16b时形成焊接拱顶或焊缝16c。该焊接拱顶16c在示意图中具有圆形形状。各个引脚16a、16b具有基本上细长的形状。然而，任何其他可能的形状也是可能的。因此，子图A表示激光加工之前的状态，即过程前状态，子图B表示激光加工之后的状态，也就是过程后状态。

图11示出已加工工件、例如定子的多个焊接拱顶16c的圆形同心布置，以及用于确定已加工工件的位置和/或已加工工件16c之间的距离d1、d2的测量路径44、45。因此，这是一种过程后分析，尤其是对带有焊接引脚的部件进行质量检查。在本例中，已加工工件对应于在已焊接引脚16a、16b之间形成的焊接拱顶16c。在定子中，这些焊接拱顶16c可以以圆形和同心的方式布置，如图11所示。焊接拱顶16c在图11中形成两个圆形布置，即一个内部和一个外部的圆形布置，每个布置有八个焊接拱顶16c。然而，也可以设想具有两个以上圆形布置的布置，例如三个、四个、五个或更多。

可以基本上沿着第一测量路径44来检测或求取距离d1。在图11中，沿着焊接拱顶16c的圆形布置表示第一测量路径。换言之，第一测量路径44沿着圆形布置延伸，更确切地说，它在一个圆形布置上相交于或穿过两个相邻的焊接拱顶16c。例如，第一测量路径44可以处于几乎完美的或仅仅近似圆形的轨迹上。近似圆形的轨迹可以包括连接圆形轨迹上的点的线性轨迹区段。

两个相邻的焊接拱顶16c之间的距离d2可以例如沿着线性的第二测量路径45检测，这两个焊接拱顶位于不同的圆形布置上(分别在内圆和外圆上)。在图11中，示出了第二测量路径45，每个测量路径在内部和外部圆形布置上穿过两个相邻的焊接拱顶16c以及相应对置的相邻焊接拱顶16c。换言之，图11中的第二测量路径45分别形成线性切割线，这些切割线径向穿过焊接拱顶16c的圆形布置，更确切地说穿过位于内部和外部圆形布置上的相应焊接拱顶16c。

在图11中的当前示例中，激光器穿过或经过两个圆形轨迹以及一个线性水平轨迹和一个线性垂直轨迹。此外，两条线性轨迹被经过，它们相对于线性水平轨迹和线性垂直轨迹分别倾斜45°。与图11中的第二测量路径45相对应的线性轨迹径向延伸，即穿过圆形布置的中心。根据定子类型，这种布置也可以具有两个以上的圆形布置和/或更多或更少的焊接拱顶16c。因此，激光器可以经过更多或更少的第一测量路径44并且相应地经过更多或更少的第二测量路径45。例如，可以经过两个、三个、四个、五个或更多个第一测量路径44，尤其如果分别存在两个、三个、四个、五个或更多圆形布置的话。

由于图11中的每个圆形布置都有八个焊接拱顶16c，因此四个连续的第二测量路径45被经过。一个圆形布置上的焊接拱顶16c彼此相对，并且因此图11的第二测量路径45基本上完全穿过这些圆形布置。替换地，也可以存在以下圆形布置，在这些圆形布置中，焊接拱顶16c不是镜像对称地布置，从而它们在圆形布置上没有相对的邻居。在这种情况下，第二测量路径45可以仅部分地穿过圆形布置，从而使得一个或多个焊接拱顶16沿着线性轨迹在相应圆形布置的一侧上被切割，其中线性轨迹不延伸超过圆形布置的中心到该圆形另一侧或相对侧。然而优选地，二测量路径45基本上完全切割或穿过这些圆形布置。

第一测量路径和第二测量路径优选地如此延伸，以至于焊接拱顶16c基本上在中心切割或穿过测量路径，如图11所示。在实践中，相关的测量路径44、45或轨迹可以被先导激光器经过。

“轨迹的经过”意味着：例如先导激光器的激光束被反射镜、尤其被扫描光学器件的电镀镜偏转，因此光点在该部件上实施或走过轨迹。传感器模块，尤其激光焊接监测传感器(简称：LWM传感器)基于光电二极管记录逆散射的激光并且因此可以确定或检测焊接拱顶的位置。

如果激光入射到没有布置工件16a、16b、16c、尤其没有布置引脚16a、16％和焊接拱顶16c的位置，则在该部位处的逆散射较低，因此由光电二极管记录的信号较低。相反，如果激光入射到布置有工件16a、16b、16c、尤其引脚16a、16b或焊接拱顶16c的位置，则逆散射很大，尤其与没有布置工件16a、16b、16c的位置相比。至少该信号如此之大，使得无论工件16a、16b、16c是否布置在该位置，它都允许明确的分配或对应。这基本上要求信号与噪声信号有足够的区别。

图12示出对应于图11所示布置的示例性测量信号曲线的图表。在垂直轴上记录电压U(单位为伏特)。在传感器模块26中检测电压U。该电压U尤其与传感器模块26检测到的在部件表面上反射的光的光强成比例。在水平轴上，以检测电压U的时间间隔记录时间t(单位为秒)。

如果速度v和轨迹或测量路径的曲线分别是已知的，则可以从该图表求取两个工件16a、16b、16c之间的距离。如已经讨论的那样，该图表对应于测量信号、尤其在传感器模块上检测到的电压U相对于经过该轨迹所需的时间t的记录。

在图12的图表中可以看到三个几乎呈箱形的电压信号。这三个电压信号对应于时间t，在该时间t中，激光器分别通过三个焊接拱顶16c中的一个并且因此高比例的光在焊接拱顶16c处被反射并且被传感器模块26检测到。箱形电压信号之间所示的时间间隔(在这些时间间隔中检测到的电压非常低)分别对应于激光束到达承载装置38或基底的时刻，焊接拱顶16c布置在该承载装置或基底上。在承载装置38本身上，只有相对较小的激光被反射，使得传感器模块26检测到相应较小的光强度，并且因此检测到的电压V较低。在此，这可以是第一测量路径44或第二测量路径45。

基于已知的轨迹速度v和从焊接拱顶16c到相邻的焊接拱顶16c的通过持续时间，可以确定距离d1或d2，或者还可以确定焊拱顶的直径或尺寸。相应的距离d1或d2可以对应于相邻焊接拱顶16c的对置棱边、相邻焊接拱顶16的相反棱边之间的距离或者中心位置之间、尤其相应相邻焊接拱顶16c的中点之间的距离。可以根据以下等式1来确定距离d1或d2：

d1,d2＝v*△t

d1,d2是距离d1或d2，v是轨迹速度，△t是时间间隔或在两个相邻的焊接拱顶16c之间经过轨迹的时间差。由于图12中所示的时间间隔△t表示到达相邻的焊接拱顶16c，因此它是相邻焊接拱顶16c的两个相对棱边之间的距离d1、d2的确定。换句话说，在图12中，确定了两个相邻焊接拱顶16c从棱边到棱边的距离。

到目前为止，已经提出了一种方法(方法1)，在该方法中，测量电压U随时间t的变化。通过知道先导激光器的焦点的速度，可以根据上述等式计算距离d。替换的法如下(方法2)：与方法1一样，信号由光电二极管传感器拾取，并记录电压随时间的变化。与方法1不同地，该测量注释现在与速度无关，而是读取检流计(＝扫描镜)的位置。通过知道检流计的位置，可以推断出先导激光器的焦点的位置。总结如下：

1)方法1：光电二极管提供随时间变化的电压信号→通过速度可以计算位移。

2)方法2；光电二极管提供随时间变化的电压信号→通过电流计(＝扫描镜)的位置可以分配或对应部件上的位置。

因此，在这两种情况下，电压信号可以与部件上的位置相关，从而可以确定距离。

两个相邻的焊接拱顶16c之间的距离d1、d2被称为蠕变距离。带有激光加工后的工件的部件的质量评估可以基于这个或这些蠕变距离来确定。例如，如果蠕变距离低于最小值，则该部件不满足质量标准。

因此，本发明的方法可以应用于过程前，但尤其也可以应用于过程后。在过程后中，例如确定已焊接的引脚16a、16b之间的蠕变距离d1、d2(其表示焊接拱顶16c或焊缝)，和/或焊接拱顶16c的直径或尺寸。在过程前，例如确定引脚16a、16b之间的距离。图11和图12涉及过程后分析。然而，上述方法特征可以类似地转用于过程前分析。

附图标记列表

10 激光加工系统

12 激光加工装置

14 测量光束

16a、16b 激光焊接过程之前的工件

16c 激光焊接过程后的焊缝或焊接拱顶

17a、17b 端部

18 光纤

20 反射的测量辐射

22 分束器

26 传感器模块

30 控制单元

32a、32b 导体

33a、33b 绝缘材料

36 间隙

38 承载装置

39 通孔

40a、40b、40c 第一测量路径

42a、42b 第二测量路径

43 工件之间的距离

44 第一测量路径

45 第二测量路径

A 激光加工前的状态(过程前状态)

B 激光加工后的状态(过程后状态)

d1、d2 两个相邻焊缝或焊接拱顶之间的距离

△t 检测两个相邻焊缝或焊接拱顶之间的时间间隔

t 以秒(s)为单位的时间轴

U 以伏特(V)为单位的轴。

Claims (17)

1.一种用于针对激光加工过程、尤其激光焊接过程确定工件位置的方法，该方法包括以下步骤：

-沿着至少一个第一测量路径(40a，40b，40c；44)并且沿着至少一个第二测量路径(42a，42b；45)将测量光束(14)入射(S1)到至少一个工件(16a，16b；16c)和承载装置(38)上，该承载装置保持并且至少部分地包围所述至少一个工件(16a，16b；16c)；

-沿着所述第一测量路径(40a，40b，40c)并且沿着所述第二测量路径(42a，42b)借助于至少一个光电二极管检测(S2)入射的测量光束(14)的由所述承载装置(38)和所述至少一个工件(16a，16b；16c)反射的份额(20)，并产生相应的测量信号，其中所述承载装置(38)和所述至少一个工件(16a、16b；16c)具有彼此不同的反射率；

-基于所述测量信号确定(S3)所述至少一个工件(16a，16b；16c)的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，入射的测量光束(14)是激光束、先导激光束或LED光。

3.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述承载装置(38)的表面和所述至少一个工件(16a，16b)的表面——所述测量光束(14)入射到所述表面上——由不同的材料组成和/或具有不同的表面粗糙度，和/或

所述承载装置(38)的表面由金属构成或包括金属、尤其铝或钢，和/或所述至少一个工件(16a，16b)的表面由金属构成或包括金属、尤其铜。

4.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，入射的测量光束(14)具有小于300瓦的功率或小于用于所述激光加工过程的激光功率的功率，和/或以至少0.3m/s的速度沿着所述测量路径(40a，40b，40c，42a，42b)移动，和/或

通过入射的测量光束(14)引入的能量被调整为使得所述测量光束(14a)不使所述至少一个工件(16a，16b)改性和/或熔化。

5.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述第一测量路径(40a，40b，40c)和/或所述第二测量路径(42a，42b)具有在所述承载装置(38)上的第一区域和第三区域以及在所述至少一个工件(16a，16b)上的第二区域，其中该第二区域布置在所述第一区域和所述第三区域之间。

6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述第一测量路径(40a，40b，40c)和所述第二测量路径(42a，42b)是线性的，和/或所述预定角度为90°，和/或所述第一测量路径(40a，40b，40c)包括多个平行且相互偏移的第一测量路径(40a，40b，40c)，和/或所述第二测量路径(42a，42b)包括多个并行且相互偏移的第二测量路径(42b，42c)。

7.根据前述权利要求1至6之一所述的方法，其中，所述第一测量路径(40a，40b，40c)是圆形的和/或所述第二测量路径(42a，42b)是线性的，和/或所述第一测量路径(40a，40b，40c)包括多个同心布置的圆形第一测量路径(40a，40b，40c)，和/或所述第二测量路径(42a，42b)包括多个线性且相交的第二测量路径(42b，42c)。

8.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述测量光束(14)的入射(S1)沿着所述至少一个第一测量路径(40a，40b，40c；44)和/或沿着所述至少一个第二测量路径(42a，42b；45)以恒定速度(v)进行。

9.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，为了确定所述至少一个工件(16a，16b)的位置，确定当对应点处的测量信号等于或大于预定的第一值时所述测量光束(14)在一点处被所述至少一个工件(16a，16b)的表面的反射。

10.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，基于所述测量信号确定所述至少一个工件(16a，16b)的位置包括：

-确定在所述承载装置(38)中或上是否存在至少一个工件(16a，16b)。

11.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述至少一个工件(16a，16b)的位置的确定是在考虑所述测量光束(14)在所述至少一个工件(16a，16b)上的直径的情况下进行的。

12.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，第一工件(16a)和第二工件(16b)布置在所述承载装置(38)中，并且

确定所述第一工件(16a)的位置和/或所述第二工件(16b)的位置和/或所述第一和第二工件(16a，16b)彼此相对的位置和/或所述第一和第二工件(16a，16b)之间的距离(43)和/或所述第一和第二工件(16a，16b)之间的间隙的位置和/或维度和/或加工结果(16c)的直径和/或第一和第二加工结果(16c)彼此相对的位置和/或第一和第二加工结果(16c)之间的距离。

13.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述至少一个工件(16a，16b)是或包括电极、杆状电极、I-pin、发夹或定子绕组的绕组段，和/或，所述承载装置(38)包括：部件，和/或电池，和/或用于夹紧所述至少一个工件(16a，16b)的夹紧装置，和/或夹紧两个待相互焊接或两个已相互焊接的工件(16b，16c)的夹紧装置。

14.一种用于借助于激光束加工工件的方法，该方法包括：

-借助于根据前述权利要求之一所述的方法确定工件(16a，16b)的位置，和

-将激光束(14)入射到工件(16a，16b)上，以便基于工件(16a，16b)的所确定的位置来加工该工件(16a，16b)。

15.根据前述权利要求1至14之一所述的方法，包括：

–通过将激光束(14)入射到分别两个相邻的工件(16a，16b)上并且焊接这两个相邻的工件(16b，16a)来加工多个工件(16a，16b)，其中产生多个焊接拱顶(16c)，

工件位置的确定包括两个相邻的焊接拱顶(16c)之间的至少一个距离的确定。

16.一种用于借助于激光束加工工件的激光加工系统，包括：

-激光加工装置(12)，用于将测量光束(14)入射到工件(16a，16b)上；

-传感器模块(26)，该传感器模块具有用于检测反射的测量辐射(20)的至少一个光电二极管；和

-控制单元(30)，该控制单元被设置为用于实施根据前述权利要求之一所述的方法。

17.根据权利要求16所述的激光加工系统，其中，所述激光加工装置(12)包括偏转单元，所述偏转单元用于使所述测量光束(14)沿着所述测量路径(40a，40b，40c，42a，42b)偏转。

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