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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen entlang
der Fügeverbindung
von zwei miteinander zu verschweißenden Elementen, insbesondere
bei Kehl- oder V-Nähten,
mittels eines kombinierten Hybrid-Schweißkopfes, umfassend einen Laserschweißkopf zur
Erzeugung und/oder Führung
eines Laserstrahls und einen Lichtbogenschweißkopf zur Erzeugung eines Lichtbogens.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen kombinierten Hybrid-Schweißkopf, umfassend
einen Laserschweißkopf
zur Erzeugung und/oder Führung
eines Laserstrahls und einen Lichtbogenschweißkopf zur Erzeugung eines Lichtbogens.
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Das
Prinzip des Laser-Lichtbogen-Hybridschweißens ist im Stand der Technik
ein weit etabliertes Verfahren, um ausreichende Schweißtiefen
zu erzielen und hierbei insbesondere bei der Anfertigung von Kehl-
oder V-Nähten
einen sogenannten Vollanschluss zu erzielen, bei dem bis in den
Wurzelbereich der Schweißnaht
durchgeschweißt
wird. Hierzu werden kombinierte Schweißköpfe verwendet, die innerhalb
des kombinierten Schweißkopfes
sowohl einen Laserschweißkopf
als auch einen Lichtbogenschweißkopf
umfassen. Hierbei wird normalerweise nicht der Laserstrahl selbst
innerhalb des Laserschweißkopfes
erzeugt, was jedoch vorgesehen sein kann, sondern es wird im Wesentlichen
der Laserschweißkopf
zur Führung
des Laserstrahls, gegebenenfalls über Lichtleitfasern, eingesetzt.
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Hierbei
sind bei den im Stand der Technik bekannten kombinierten Hybridschweißköpfen der
Laserschweißkopf
und der Lichtbogenschweißkopf
unmittelbar aneinander gekoppelt, um die Position dieser Schweißköpfe zueinander
während
des Schweißprozesses
konstant zu halten.
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Dabei
ist es insbesondere bei der Anfertigung von Kehl-Nähten während des
Schweißens
bekannt, den Fußpunkt
des Lichtbogens exakt in den Grund der Kehle zu positionieren und üblicherweise den
Fußpunkt
des Laserstrahls leicht oberhalb, damit der Laserstrahl auf das
hintere Ende eines auf ein erstes Element aufgestellten zweiten
Elementes zielt und somit durch den Laserstrahl der Wurzelbereich der
Schweißnaht
anvisiert wird. So kann mit diesem kombinierten Hybridschweißverfahren
unter Einsatz eines Lichtbogens und eines Lasers selbst bei dicken Elementen
ein vollständiges
Durchschweißen
und somit ein sogenannter Vollanschluss bis in die Schweißnahtwurzel
erzielt werden.
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Die
eingangs genannten Hybridschweißverfahren
können
hierbei grundsätzlich
mit jeglicher bekannter Lichtbogenschweißtechnik kombiniert werden,
wie beispielsweise MSG-Schweißen
oder auch andere Techniken, wie beispielsweise WIG- oder Plasma-
oder auch Unter-Pulver-Schweißen.
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Bei
den bekannten Verfahren hat es sich als nachteilig erwiesen, dass
gerade bei langen durchzuführenden
Schweißverbindungen,
wie sie beispielsweise im Schiffsbau auf Werften anfallen, die in
einer Robotersteuerung zur Führung
des kombinierten Hybridschweißkopfes
programmierte Trajektorie über größere Längen abweichen
kann von der Fügeverbindung
zwischen zwei zu verschweißenden
Elementen, da diese gegebenenfalls nicht genau genug zueinander
positioniert sind.
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Beispielsweise
bei langen Schweißungen von
Hollandprofilen auf Gurten kann ein solches Problem signifikant
werden. Aufgrund der Lageabweichung wird somit der kombinierte Schweißkopf nicht mehr
exakt entlang der Fügeverbindung
und somit der gewünschten
Schweißrichtung
geführt,
so dass die Qualität
des Vollanschlusses leidet und gegebenenfalls ein Durchschweißen bis
in den Wurzelbereich der Schweißnaht
unterbleibt. Ebenso kann dieses Problem bei Stoßverschweißungen auftreten.
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Im
Stand der Technik ist es zur Führung
eines Schweißkopfes
beim reinen Lichtbogenschweißen
entlang einer Fügeverbindung
zwischen zwei zu verschweißenden
Elementen und somit entlang einer gewünschten Schweißrichtung
bekannt, die programmierte Trajektorie einer Steuerung zur Führung eines
Lichtbogenschweißkopfes
zu prüfen
und gegebenenfalls die Position des Lichtbogenschweißkopfes
neu auszurichten.
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Hierfür ist es
bekannt, den Lichtbogen quer zur Schweißrichtung pendeln zu lassen
und hierbei den Lichtbogenschweißstrom zu erfassen und auszuwerten.
Aufgrund des Pendelns quer zu einer Kehl- oder V-Naht stellen sich
zur Elektrode unterschiedliche Abstände und somit Längen des
Lichtbogens ein, was sich im Lichtbogenschweißstrom wiederspiegelt und ausgewertet
werden kann. Somit kann der gemessene Lichtbogenschweißstrom verwendet werden,
um die Position des Lichtbogenschweißkopfes beim üblichen,
nicht kombinierten, d. h. nicht hybriden Schweißen an die tatsächliche
Fügeverbindung
anzupassen und so gegebenenfalls Abweichungen zu kompensieren.
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Ein
solches Verfahren ist beim Einsatz kombinierter Hybridschweißköpfe, die
einen Laserschweißkopf
und einen Lichtbogenschweißkopf
umfassen, nicht geeignet, da bei diesen bekannten Schweißköpfen die
Position von Lichtbogenschweißkopf
und Laserschweißkopf
starr aneinander gekoppelt sind, so dass eine eventuelle Pendelbewegung des
Lichtbogenschweißkopfes
automatisch auch eine Pendelbewegung des Laserschweißkopfes
zur Folge hat, was bedeutet, dass der Laserfußpunkt während der Pendelbewegung seine
optimale Lage relativ zur gewünschten
Schweißnahtwurzel
verliert. Dies würde
dazu führen,
dass bei Durchführung
eines solchen Verfahrens in der Hybridschweißtechnik ein Vollanschluss
nicht erzielt werden kann.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen entlang
der Fügeverbindung
von zwei miteinander zu verschweißenden Elementen bereitzustellen,
mittels dem die Möglichkeit
besteht, automatisch während
der Führung
eines kombinierten Hybridschweißkopfes entlang
einer Fügeverbindung
und somit in Schweißrichtung
eine automatische Kompensation von Lageabweichungen und somit eine
Repositionierung des kombinierten Hybridschweißkopfes zu den zu verschweißenden Elementen
vorzunehmen. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, einen entsprechenden Schweißkopf zur
Durchführung
des Laserlichtbogenhybridschweißens
bereitzustellen, mit dem ein solches Verfahren durchgeführt werden
kann.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass während
der Bewegung des kombinierten Schweißkopfes entlang der Fügeverbindung
und somit in der Schweißrichtung
der Laserstrahl des Laserschweißkopfes
und der Lichtbogenschweißkopf relativ
zueinander, insbesondere quer zur Fügeverbindung bewegt werden
und der Lichtbogenschweißstrom
erfasst und die Position des kombinierten Schweißkopfes relativ zur Fügeverbindung
in Abhängigkeit
des Lichtbogenschweißstroms
geregelt wird.
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Die
Aufgabe wird weiterhin durch einen kombinierten Hybrid-Schweißkopf gelöst, der
einen elektrisch/elektronisch ansteuerbaren Aktor aufweist, mittels
dem der Laserstrahl relativ zum Lichtbogen während der Bewegung des kombinierten
Schweißkopfes
entlang der Fügeverbindung
und somit in Schweißrichtung,
insbesondere quer zur Fügeverbindung,
bewegbar ist.
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Dies
kann z. B. derart erfolgen, dass entweder der Lichtbogenschweißkopf quer
zur Schweißnaht
bewegt wird und der Laser zumindest im Wesentlichen lagestabil gehalten
wird oder umgekehrt, dass der Lichtbogenschweißkopf stabil gehalten wird und
der Laserstrahl quer zur Schweißnaht
bewegt wird. Es kommt hier also im Wesentlichen nur auf relative
Bewegung beider Schweißköpfe zueinander an,
bei der bevorzugt einer der Schweißköpfe bzw. entweder der Laserstrahl
oder der Lichtbogen quer zur Schweißnaht lagestabil gehalten wird.
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Wesentlicher
Kerngedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens
und Hybridschweißkopfes
ist es, in einem kombinierten Hybridschweißkopf die starre Positionierung
des Laserschweißkopfes
sowie des Lichtbogenschweißkopfes zueinander
aufzuheben und gesteuert individuell zueinander einstellbar zu gestalten.
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So
besteht bei einem solchen Verfahren bzw. einem kombinierten Hybridschweißkopf, bei
dem Laserstrahl und Lichtbogen relativ zueinander, gegebenenfalls
unabhängig
voneinander bewegt werden können
die Möglichkeit,
den Lichtbogenschweißstrom,
der während
des Schweißprozesses
erfasst wird, auszuwerten und aus dem Verlauf und den gemessenen
Schweißstromwerten
die Position des kombinierten Schweißkopfes relativ zur Fügeverbindung
in Abhängigkeit
dieses Lichtbogenschweißstromes
zu regeln.
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So
kann z. B. in einer möglichen
Anwendung die optimale Lage des Lichtbogenschweißkopfes dadurch geregelt werden,
dass der Strom zumindest an dem Umkehrpunkten der Pendelbewegung
gemessen und verglichen wird und aus dem Ergebnis des Vergleichs
auf die Lage geschlossen wird.
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Gemäß einer
ersten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es dabei
vorgesehen sein, dass mit dem gesamten kombinierten Schweißkopf und
somit mit dem starr verbundenen Lichtbogenschweißkopf eine insbesondere periodische
Pendelbewegung quer zur Fügeverbindung (Schweißnaht bzw.
Schweißrichtung)
durchgeführt wird,
um den Lichtbogenfußpunkt
um die Fügeverbindung
herum zu pendeln, wobei gleichzeitig der Laserstrahl eine gegenläufige, insbesondere
gegenphasige Pendelbewegung durchführt.
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So
kann durch das Pendeln des Lichtbogenfußpunktes um die Fügeverbindung
herum erreicht werden, dass der Abstand zwischen den zu fügenden Elementen
und der Elektrode des Lichtbogenschweißkopfes mit der Pendelfrequenz
variiert und hierdurch ebenso Variationen im Lichtbogenschweißstrom erfasst
werden können.
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So
kann mit Bezug auf die beispielhafte Anwendung der Verschweißung eines
Hollandprofils auf einem Gurtelement der Lichtbogenfußpunkt von
der idealen Fügenaht
periodisch in Richtung zum Hollandprofil und zurück in Richtung zum Gurtelement und
dies wiederholend durchgeführt
werden.
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Durch
die gleichzeitige gegenläufige
Pendelbewegung des Laserstrahls kann dabei erzielt werden, dass
der Laserstrahl relativ zur Pendelbewegung des Lichtbogenschweißkopfes
bzw. des Lichtbogens ortsstabil bleibt oder zumindest diese Pendelbewegung
mit einer geringeren Amplitude durchführt.
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So
kann beispielsweise die Position des Laserstrahls relativ zur Fügeverbindung
konstant gehalten werden, wenn die gegenläufige Pendelbewegung des Laserstrahls
exakt amplitudengleich ist mit der Pendelbewegung des kombinierten
Schweißkopfes. Beide
Pendelbewegungen heben sich somit insgesamt auf, so dass der Laserfußpunkt relativ
zu den beiden zu verschweißenden
Elementen eine konstante Lage aufweist. Es bleibt somit sichergestellt, dass
der Laserstrahl weiterhin den Wurzelbereich anvisiert, während der
Lichtbogenfußpunkt
um die Fügeverbindung
herum pendelt.
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Neben
der Möglichkeit,
die Pendelamplitude des Laserstrahls in gleicher Größe auszuführen, wie die
Pendelbewegung des kombinierten Schweißkopfes und somit die des Lichtbogenschweißkopfes
besteht ebenso die Möglichkeit,
die Pendelbewegung des Laserstrahls kleiner zu gestalten als die
Amplitude der Pendelbewegung des kombinierten Schweißkopfes.
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Dies
kann insoweit vorteilhaft sein, um die Spalte zwischen den beiden
zu verschweißenden Elementen
stärker
zu überbrücken, wofür es bislang im
Stand der Technik bekannt war, eine bewusste Defokussierung des
Laserstrahls vorzunehmen.
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Eine
solche Defokussierung kann hier ergänzend vorgenommen werden oder
vollständig
in Entfall kommen, da die Pendelbewegung mit geringerer Amplitude
des Laserstrahls die Pendelbewegung des kombinierten Schweißkopfes
und somit die des Lichtbogenschweißkopfes nicht vollständig kompensiert und
somit bei der programmierten Pendelbewegung des kombinierten Schweißkopfes
der Laserstrahlfußpunkt
zumindest leicht mit einer geringeren Amplitude mitpendelt.
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Dies
erzeugt letzten Endes einen Defokussierungseffekt quer zur Fügenaht,
so dass hierdurch eine Überbrückung von
Spalten zwischen den zu schweißenden
Elementen erzielt werden kann.
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Statt
einer bewussten Fehlanpassung der Amplituden der beiden Pendelbewegungen
kann es ebenso vorgesehen sein, für die Durchführung der Pendelbewegung
des Laserschweißkopfes
diesen bzw. einen daran bzw. darin vorgesehenen Aktor mit einem
elektrischen oder elektronischen Signal anzusteuern, so dass grundsätzlich dieselbe
Amplitude erreicht wird bei der Pendelbewegung und sich diese beiden
Pendelbewegungen, die gegenläufig
sind, aufheben, wobei auf das Signal zur Steuerung der Pendelbewegung
des Laserstrahls zusätzlich
eine zweite Frequenz überlagert
ist.
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So
kann auch hierdurch ein bewusstes Pendeln des Laserfußpunktes
um die Fügeverbindung herum
erzeugt werden, um so ebenso zu einer Spaltüberbrückung beizutragen. So kann
bei dieser Ausführung
auch erreicht werden, dass der Laserstrahl mit einer anderen Frequenz
pendelt als der Lichtbogen.
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Erfindungsgemäß kann es
zur Erzielung der Pendelbewegungen vorgesehen sein, dass das Signal
zur Steuerung der Pendelbewegung des kombinierten Schweißkopfes
von einer übergeordneten Steuerung
zur Führung
des kombinierten Schweißkopfes
entlang der Fügeverbindung
bereitgestellt wird. Eine derartige Steuerung steht ohnehin bereit, da
in dieser die Trajektorie zur Führung
des kombinierten Schweißkopfes
entlang der zu verbindenden Elemente programmiert ist. Es besteht
somit die Möglichkeit,
aus einer solchen Steuerung auch ein Pendelsignal zur Verfügung zu
stellen, mit dem der kombinierte Schweißkopf in eine Pendelbewegung versetzt
wird. Beispielsweise kann ein Roboterarm entsprechend programmiert
sein, diese Bewegung auszuführen.
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Um
eine Pendelbewegung des Laserstrahls zu erzielen, kann es dabei
vorgesehen sein, das Signal zur Steuerung dieser Laser-Pendelbewegung aus
dem Signal zur Steuerung der Pendelbewegung des kombinierten Schweißkopfes
zu gewinnen.
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Beispielsweise
kann dieses Lichtbogen-Pendel-Signal invertiert und in der Amplitude
angepasst werden, z. B. durch Verstärkung, um so im Wesentlichen
dasselbe Signal, insbesondere nach einer Bearbeitung auch an einen
Aktor zur Durchführung
der Pendelbewegung des Laserstrahls zur Verfügung zu stellen.
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Ebenso
kann es in einer anderen Ausführung vorgesehen
sein, einen Aktor zur Durchführung
der Pendelbewegung des Laserstrahls mit einem Funktionsgenerator
anzusteuern und diesen Funktionsgenerator aus einem Signal zu triggern
bzw. zu synchronisieren, welches durch die übergeordnete Steuerung zur
Führung
des kombinierten Schweißkopfes bereitgestellt
wird.
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Beispielsweise
kann aus einem Pendelsignal, z. B. einem periodischen und gegebenenfalls
sinusförmigen
Pendelsignal, welches zu ebenso sinusförmigen Pendelbewegungen des
kombinierten Schweißkopfes
führt,
ein Triggersignal erzeugt werden, um den Funktionsgenerator zur
Durchführung der
Pendelbewegung des Laserstrahls zu triggern.
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Wegen
der Gleichmäßigkeit
der Pendelbewegung und der somit geringen Störung des gesamten Systems ist
es bevorzugt vorgesehen, diese Pendelbewegungen sinusförmig auszuführen. Jegliche anderen
Formen der Pendelbewegung sind erfindungsgemäß jedoch ebenso möglich.
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In
einer zweiten Alternative kann es auch vorgesehen sein, den kombinierten
Hybrid-Schweißkopf
quer zur Schweißnaht
lagestabil zu halten, wodurch auch der Laser lagestabil verbleibt
und einen Aktor bzw. Antrieb vorzusehen, mittels dem innerhalb des
Hybridschweißkopfes
nur der Lichtbogenschweißkopf
in eine Pendelbewegung versetzt wird. Auswertung des Stromsignals
und Regelung der Position bleiben dabei, so wie z. B. zuvor beschrieben.
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In
einer dritten Alternative zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann es statt der Pendelbewegung des gesamten kombinierten Hybridschweißkopfes
auch vorgesehen sein, dass insbesondere unter Beibehaltung der Position
des kombinierten Schweißkopfes
und somit auch des Lichtbogenschweißkopfes quer zur Fügeverbindung
der Laserstrahl aus seiner Schweißposition heraus quer zur Fügeverbindung
ausgelenkt wird.
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Eine
derartige Auslenkung kann beispielsweise wiederholend jedoch lediglich
kurzzeitig erfolgen, wobei durch die Auslenkung des Laserstrahls und
somit durch das Wandern des Laserfußpunktes auf den zu fügenden Elementen
der Lichtbogen ebenso wandert, nämlich
der Lichtbogenfußpunkt dem
ausgelenkten projizierten Laserfußpunkt folgt.
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Dies
liegt daran, dass im Laserstrahl ein Ionenkanal gebildet wird, der
eine leichtere Lichtbogenbildung entlang dieses Kanals begünstigt,
so dass der Lichtbogenfußpunkt
automatisch dem projizierten Laserfußpunkt folgt. So kann der Fußpunkt des
Lichtbogens bewegt werden, ohne den Lichtbogenschweißkopf selbst
in eine Bewegung zu versetzen.
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Es
besteht so ebenso die Möglichkeit,
bei Erfassung des Schweißstroms,
der durch den Lichtbogen fließt,
die Position des kombinierten Schweißkopfes relativ zur Fügeverbindung
der zu verschweißenden
Elemente zu ermitteln. Wird beispielsweise eine Auslenkung des Laserstrahls
senkrecht zur Fügeverbindung
nacheinander in jeweils unterschiedlichen Richtungen um die Fügeverbindung
herum durchgeführt,
so folgt hierbei in gleicher Weise der Lichtbogenfußpunkt dem
Laserfußpunkt
und wandert über
die beiden zu verbindenden Elemente, wodurch aufgrund der unterschiedlichen
Lichtbogenlängen zwischen
Elektrode und einem der beiden Elemente auf die relative Lage der
Elektrodenspitze zu den beiden zu fügenden Elementen zurückgeschlossen
werden kann.
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So
kann anhand des Schweißstromsignals, gegebenenfalls
nach weiterer Filterung und Auswertung die Position der Elektrodenspitze
relativ zu den beiden Elementen korrigiert werden durch eine Korrektur
der Position des kombinierten Hybridschweißkopfes.
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Dieses
Verfahren hat gegenüber
dem ersten alternativen Verfahren den weiteren Vorteil, dass keine
Pendelbewegung des gesamten und schweren massebehafteten Hybridschweißkopfes
durchgeführt werden
muss, sondern dass lediglich der Laserfußpunkt um die Fügeverbindung
herum bewegt werden muss, wofür
es gegebenenfalls und in bevorzugter Ausführung ausreichend ist, dass
die Auslenkung des Laserstrahls nur kurz erfolgt, wobei unter kurz eine
zeitliche Dauer verstanden wird, so dass ein Schweißeffekt
an der ausgelenkten Laserposition zumindest im Wesentlichen vermieden
wird.
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So
kann zur Ansteuerung eines Aktors für die Auslenkung des Laserstrahls
beispielsweise ein Signal verwendet werden, welches eine Impulsform
aufweist und dabei z. B. einen dutycycle von deutlich kleiner 1
hat. Beispielsweise kann es dabei vorgesehen sein, dass eine Auslenkung
des Laserstrahls in beide Richtungen um eine aktuelle Laserstrahlposition
immer dann erfolgt, wenn ein vorbestimmter Weg mit einer übergeordneten
Steuerung in Schweißrichtung
verfahren wurde. So wird periodisch nach einem derart festgelegten
Verfahrweg die Position des Schweißkopfes relativ zu den beiden
Elementen überprüft und kann
korrigiert werden.
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Bei
den vorgenannten alternativen Ausführungen des Verfahrens, insbesondere
bei der ersten und dritten Alternative, kann es vorgesehen sein, dass
zur Durchführung
der Bewegung des Laserstrahls, somit also insbesondere zur Durchführung der
kurzzeitigen Auslenkung für
die dritte Alternative oder auch einer periodischen Bewegung zur
Kompensation der periodischen Bewegungen des Hybridschweißkopfes
der Laserstrahl im Laserschweißkopf über einen Spiegel
geführt
ist, dessen Position durch einen Aktor elektrisch bzw. elektronisch
steuerbar ist.
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So
kann dieser Aktor ein Signal empfangen, was wie eingangs erwähnt, z.
B. aus einem Signal der übergeordneten
Steuerung gewonnen wird, oder zumindest durch dieses Signal gesteuert
bzw. getriggert wird. Die Bewegung des Laserstrahls mittels eines
Spiegels ist dabei bevorzugt und einfach möglich, da Spiegelmassen üblicherweise
sehr gering gehalten werden können
und für
die Verkippung eines Spiegels auf Standardelemente, wie beispielsweise Galvanometerscanner
zurückgegriffen
werden kann.
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Ebenso
ist es möglich
zur Bewegung des Laserstrahls, dass der Laserstrahl im Laserschweißkopf durch
eine Lichtleitfaser geführt
ist, deren Auskoppelende durch einen Aktor elektrisch/elektronisch in
der Position steuerbar ist. So kann auch hierdurch die Orientierung
des Laserstrahls relativ zu den beiden zu fügenden Elementen mittels eines
steuerbaren Aktors beeinflusst werden.
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Wesentlich
ist somit für
die Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
in seinen Alternativen die allgemeine abstrakte Eignung mittels
eines ansteuerbaren Aktors entweder die Strahlrichtung des Laserstrahls
und/oder des Lichtbogens in einem kombinierten Hybridlaser- und
Lichtbogenschweißkopfes
relativ zueinander ändern
zu können.
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Bevorzugte
geometrische Anordnungen werden darin gesehen, dass bei Kehlnähten der
Lichtbogen gegenüber
der Horizontalen senkrecht zur Schweißrichtung einen Winkel von
25–50
Grad, bevorzugt 45 Grad, und der Laserstrahl einen Winkel von 10–22 Grad,
bevorzugt 16 Grad, einnimmt. Hierbei kann weiterhin der Lichtbogen
gegenüber
dem Laserstrahl in Schweißrichtung
einen Winkel von 20–30
Grad, bevorzugt 25 Grad, einnehmen.
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Bei
V-Nähten
stehen Lichtbogen und Laser jeweils senkrecht zur Horizontalen bzw.
zu den zu fügenden
Elementen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind den nachfolgenden Figuren dargestellt. Es zeigen:
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1:
Eine prinzipielle Darstellung der ersten Alternative;
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2:
den Ausgleich der Pendelbewegung;
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3:
ein Ansteuerungssignal für
den Spiegel zur Ablenkung des Laserstrahls;
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4:
ein Möglichkeit
das Signal nach 3 zu bilden.
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Die 1 zeigt
hier eine prinzipielle Darstellung, bei der ein Profil z. B. ein
Hollandprofil 5 senkrecht auf einem anderen Profil, z.
B. ein Gurtprofil 6 aufgestellt ist und die so entstandenen
90 Grad-Kehle mit einer Schweißnaht
versehen werden soll.
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Die 1 zeigt
hier in der linksseitigen Darstellung ein Herauspendeln des Lichtbogenschweißkopfes 1 aus
der Position der Kehlmitte nach rechts in Richtung des Gurtprofils 6,
was durch eine Bewegung des gesamten kombinierten Hybridschweißkopfes,
der durch eine übergeordnete
Robotersteuerung bewegt wird, erfolgt.
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Gegenläufig zu
dieser Bewegung, die durch den Pfeil 2 angedeutet ist,
erfolgt das Verkippen eines den Laserstrahl umlenkenden Spiegels 3,
der einen Teil eines nicht werter gezeigten Laserschweißkopfes
bildet, durch ein Signal einer Steuerung, welches gegebenenfalls
aus dem Signal der Pendelbewegung des Lichtbogenschweißkopfes 1 hergeleitet ist.
Hier wird ein Spiegel 3 senkrecht zur hier dargestellten
Papierebene und insbesondere somit senkrecht zur Ebene, die durch
den Laserstrahl 4 und durch den Lichtbogen 7 aufgespannt
wird, im Uhrzeigersinn verkippt, um das gleichzeitige Mitbewegen des
Laserstrahls 4 aus der hier dargestellten optimalen Position
leicht oberhalb der Kehle, in der die hintere Position des aufstehenden
Hollandprofils 5 angezielt wird, zu kompensieren und somit
also diese Position beizubehalten.
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Aus
diesem Grund sind die beiden Pendelbewegungen vom kombinierten Schweißkopf und
somit vom Lichtbogenschweißkopf 1 relativ
zum Laserstrahl 4 exakt gegenläufig und in dieser Anwendung mit
gleicher Amplitude aufgeführt.
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Die
rechtsseitige Darstellung in der 1 zeigt
die Pendelbewegung des Lichtbogens 7 in die andere Richtung,
d. h. auf das aufstehende Hollandprofil 5 zu, wobei durch
eine kompensierende gegenläufige
Rotation des Spiegels 3 entgegen dem Uhrzeigersinn wiederum
die Position des Laserstrahls 4 kompensiert wird und der
Laserfußpunkt
somit weiterhin an der idealen ungeänderten Stelle liegt.
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So
kann mit dem hier dargestellten Verfahren erreicht werden, dass
bei einer Pendelbewegung des Lichtbogens 7 um die Kehle
der durchzuführenden Schweißnaht herum
der Laser 4 lagestabil bleibt, so dass der gemessene Schweißstrom im
Lichtbogen 7 ausgewertet werden kann, um die Lage des kombinierten
Schweißkopfes
relativ zur Kehle feststellen und gegebenenfalls korrigieren zu
können.
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Die 2 zeigt
hier die simulierten Pendelbewegungen im oberen Bereich A des kombinierten Hybridschweißkopfes
und somit des Lichtbogenschweißkopfes,
wohingegen im mittleren Bereich B die exakt gegenphasige Pendelbewegung
des Laserstrahls dargestellt ist. Die Überlagerung dieser beiden Pendelbewegungen
führt,
wie der untere Teil C darstellt, zu einer im Wesentlichen idealen
Gerade, was bedeutet, dass während
der Vorschubbewegung des Hybridschweißkopfes entlang der Schweißnaht der
Laserfußpunkt
seine Position beibehält.
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Allgemein
und auch unabhängig
von dieser konkreten Ausgestaltung kann es zur Anpassung der Pendelbewegungen
aneinander vorgesehen sein, dass sowohl Frequenz auch als Phase
des Steuersignals zur Durchführung
der Pendelbewegung des Laserstrahls ebenso wie die Amplitude einstellbar sind.
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Bei
der weiteren zuvor genannten Ausführung ist es vorgesehen, die
Lichtbogenausrichtung konstant zu lassen und kurzzeitig den Laser
in beide Richtungen auszulenken. Hierbei kann der Lichtbogen genau
eine Position einnehmen, die zwischen den beiden Positionen liegt,
die in 1 gezeigt sind, der Lichtbogen also genau mittig
auf die Kehle ausgerichtet ist.
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Um
nun eine kurzzeitige Auslenkung des Laserstrahles zu bewirken kann
mit einem entsprechenden Signal der Aktor zur Bewegung eines Spiegels
angesteuert werden. Ein solches mögliches Signal zeigt die 3.
Um eine Nulllinie herum gibt es dabei rechteckförmige Signalpulse nach oben
(positives Signal) und nach unten (negatives Signal). Für die Dauer
eines jeden Pulses wird der Spiegel in einer ausgelenkten Position
gehalten, die von der Position abweicht, die beim Nullsignal gegeben
ist. Der Duty-Cycle liegt hier bei ca. 1:5.
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Ein
solches Signal kann z. B. durch Summenbildung zweier Signale gebildet
werden, wie es die 4 zeigt. Im Wesentlichen werden
hier zwei zueinander um 90 Grad phasenverschobene und invertierte
Signale summiert und das Signal der 3 erhalten.
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Bezüglich sämtlicher
Ausführungen
ist festzustellen, dass die in Verbindung mit einer Ausführung genannten
technischen Merkmale nicht nur bei der spezifischen Ausführung eingesetzt
werden können,
sondern auch bei den jeweils anderen Ausführungen. Sämtliche offenbarten technischen
Merkmale dieser Erfindungsbeschreibung sind als erfindungswesentlich
einzustufen und beliebig miteinander kombinierbar oder in Alleinstellung
einsetzbar.