DE102012104115A1 - Joining rotationally symmetrical workpieces along its longitudinal axis, comprises e.g. positioning the front side of a to-be-joined workpiece end in a measuring device, and measuring the geometry and/or orientation of the workpiece ends - Google Patents

Joining rotationally symmetrical workpieces along its longitudinal axis, comprises e.g. positioning the front side of a to-be-joined workpiece end in a measuring device, and measuring the geometry and/or orientation of the workpiece ends Download PDF

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Abstract

Joining rotationally symmetrical workpieces (2a, 2b) along its longitudinal axis, preferably joining glass tubes, comprises (a) positioning the front side of a to-be-joined workpiece end in a measuring device, (b) measuring the geometry and/or orientation of the workpiece ends, (c) determining an axial joining position and/or rotational position of the workpieces mutually depending on the measured geometry and/or orientation, (d) positioning the to-be-joined workpieces in the determined axial joining position and/or the determined rotational position, and (e) joining the workpieces. Joining rotationally symmetrical workpieces (2a, 2b) along its longitudinal axis, preferably joining glass tubes, comprises (a) positioning the front side of a to-be-joined workpiece end in a measuring device, (b) measuring the geometry and/or orientation of the workpiece ends, (c) determining an axial joining position and/or rotational position of the workpieces mutually depending on the measured geometry and/or orientations to achieve a coaxial alignment and/or a predetermined axial distance between the workpiece ends, (d) positioning the to-be-joined workpieces in the determined axial joining position and/or the determined rotational position, and (e) joining the workpieces. An independent claim is also included for a device for joining rotationally symmetrical workpieces along its longitudinal axis, preferably for joining glass tubes comprising a holding device (3) for receiving and positioning the workpieces, and for carrying out the above mentioned method, a measuring device (7) for measuring the geometry and/or orientation of the workpiece ends and a device for evaluating the measured geometries and/or orientations, where the evaluation device for achieving a coaxial alignment and/or a predetermined axial distance of the workpiece ends determines the axial joining position and/or rotational position of the workpiece ends depending on the measured geometries and/or orientations.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Fügen von rotationssymmetrischen Werkstücken, insbesondere von Glasrohren, wobei die Vorrichtung eine Halteeinrichtung zumindest zum Aufnehmen und Positionieren der Werkstücke aufweist. The invention relates to a method and a device for joining rotationally symmetrical workpieces, in particular of glass tubes, wherein the device has a holding device at least for receiving and positioning the workpieces.

Das im Rahmen dieser Erfindung beschriebenen Verfahren und die entsprechende Vorrichtungen eignen sich zum Fügen sämtlicher Werkstückegeometrien mit einem rotationssymmetrischen Querschnittsprofil, also beispielsweise einem runden, quadratischen, symmetrisch n-eckigen o. dgl. Querschnitt. Ferner eignet sich das Verfahren bzw. die Vorrichtung zum, insbesondere stirnseitigen, Fügen von Hohl- als auch von Vollprofilen, also beispielsweise zum Fügen von Rohren oder Rundstäben. Als Fügetechnologien kommen sämtliche, vorzugsweise für das jeweilige Werkstückmaterial geeignete Methoden, wie Kleben, Löten, Verschweißen o.dgl., in Betracht. The method described in the context of this invention and the corresponding devices are suitable for joining all workpiece geometries with a rotationally symmetrical cross-sectional profile, that is, for example, a round, square, symmetrical n-cornered or the like. Cross-section. Furthermore, the method or the device for, in particular frontal, joining of hollow as well as solid profiles, so for example for joining pipes or rods is. As joining technologies are all, preferably suitable for the respective workpiece material methods, such as gluing, soldering, welding or the like., In consideration.

Fügeverfahren und -vorrichtungen der eingangs genannten Art kommen u.a. bei der Herstellung und Fertigung von Solarröhrenkollektoren aus Glas zum Einsatz. Dabei werden die zu fügenden Glaskomponenten typischerweise an den Fügestellen gleichmäßig erhitzt, zusammengefahren und anschließend verschmolzen. Um eine Deformation der angeschmolzenen Fügestellen zu vermeiden, werden die zu verschweißenden Komponenten mitunter in Gleichlaufmaschinen eingespannt und während des Schmelzvorganges synchron um eine gemeinsame Drehachse rotiert. Die durch die Rotation entstehenden Fliehkräfte verhindern dabei ein Zusammenfallen des weichen Glases in den Innenbereich der Glasbauteile. Die zum Erzeugen der Schmelznaht erforderliche Energie wird in der Regel über Gasbrenner eingebracht, die je nach Nennweite der Glaskomponenten ein Gemisch aus Brenngas und Sauerstoff und/oder Luft verbrennen. Anstelle von Gasbrennern werden mitunter auch Plasmabrenner eingesetzt, insbesondere beim Fügen von Quarz-Komponenten. Joining methods and devices of the type mentioned above come u.a. used in the manufacture and manufacture of solar tube collectors made of glass. The glass components to be joined are typically uniformly heated at the joints, brought together and then fused. In order to avoid deformation of the fused joints, the components to be welded are sometimes clamped in synchronous machines and rotated synchronously around a common axis of rotation during the melting process. The centrifugal forces generated by the rotation prevent a collapse of the soft glass in the interior of the glass components. The energy required to produce the melt is usually introduced via gas burners, which burn a mixture of fuel gas and oxygen and / or air depending on the nominal size of the glass components. Instead of gas burners and plasma torches are sometimes used, especially when joining quartz components.

Aus dem Stand der Technik ist es neben der Brennertechnologie auch bekannt, Laser, insbesondere CO2-Laser, zum Verschmelzen von Werkstücken, insbesondere von Glaskomponenten zu verwenden. Dazu wird z.B. ein Laserstrahl stationär auf einen Punkt im Fügebereich der Werkstückenden ausgerichtet, während das zu verarbeitende Werkstück entsprechend um eine Drehachse rotiert, um einen gleichmäßigen Wärmeeintrag zu erreichen. From the prior art, it is also known, in addition to burner technology, to use lasers, in particular CO 2 lasers, for fusing workpieces, in particular glass components. For this purpose, for example, a laser beam is stationary aligned to a point in the joining region of the workpiece ends, while the workpiece to be processed accordingly rotates about a rotation axis in order to achieve a uniform heat input.

So ist aus DE 10 2008 022 259 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Glaskomponenten bekannten, bei der das zu verarbeitende Glasteil mit Hilfe einer Haltevorrichtung in Rotation versetzt und mit einem Laser bearbeitet wird. Um den Wärmeeintrag im Glas noch gleichförmig zu gestalten, weist die Vorrichtung eine Strahlungsleitvorrichtung auf, mit der der Laserstrahl entgegen der Rotationsrichtung des Glasteils entweder von innen oder außen um die Glaskomponenten geführt wird. That's how it is DE 10 2008 022 259 A1 a method and an apparatus for processing of glass components known, in which the glass part to be processed by means of a holding device in rotation and processed with a laser. In order to make the heat input in the glass still uniform, the device has a Strahlungsleitvorrichtung, with which the laser beam is guided against the direction of rotation of the glass part either from the inside or outside around the glass components.

Häufig sind jedoch die zu fügenden Werkstücke, also beispielsweise Glaskomponenten wie Glasröhren, bedingt durch ihren Herstellungsprozess mit größeren Toleranzen behaftet. So kann treten mitunter bei Glasröhren Abweichungen in axialer und radialer Richtung auf, beispielsweise herstellungsprozessbedingte Unebenheiten und Schrägverläufe der Fügestellen in axialer Richtung. Desweiteren können Abweichungen in radialer Richtung u.a. dadurch entstehend, wenn die zu fügenden Werkstücke beim Einsetzen in die Fügevorrichtung mitunter verkantet in die Halteeinrichtung eingespannt werden. Eine Kontrolle der Einspannposition oder der Fügestellen auf etwaige Abweichungen oder übermäßige Toleranzen erfolgt in der Regel nicht. Vielmehr werden die Komponenten direkt nach dem Einspannen ohne Kontrolle zusammengefügt. Insbesondere bei automatisierten Prozessen kann es dann zu Fehlproduktionen kommen, wenn die Rohre nicht hinreichend zueinander ausgerichtet sind oder weil Abweichung von der idealen Werkstückgeometrie den Fügeprozess nachteilig beeinflussen. Mitunter ist es sogar möglich, dass der Fügeprozess vollkommen fehlschlägt, was meist den kostenintensiven Totalverlust der zu fügenden Werkstücke nach sich zieht. Often, however, the workpieces to be joined, for example glass components such as glass tubes, are subject to greater tolerances due to their production process. For example, deviations in the axial and radial directions may occur with glass tubes, for example, production-related unevenness and oblique courses of the joints in the axial direction. Furthermore, deviations in the radial direction u.a. thereby resulting, when the workpieces to be joined are sometimes jammed in the holding device when inserted into the joining device. A check of the clamping position or the joints for any deviations or excessive tolerances usually does not occur. Rather, the components are assembled directly after clamping without control. In particular, in automated processes, it can then lead to defective production, if the tubes are not sufficiently aligned with each other or because deviation from the ideal workpiece geometry affect the joining process adversely. Sometimes it is even possible that the joining process fails completely, which usually entails the costly total loss of the workpieces to be joined.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Fügen von rotationssymmetrischen Werkstücken, insbesondere von Glasröhren, anzugeben, mit der Fehlproduktionen, die durch die Toleranzen bzw. Maßabweichung der zu fügenden Komponenten bedingten sind, minimiert werden können. The object of the invention is therefore to provide a method and an apparatus for joining rotationally symmetrical workpieces, in particular of glass tubes, with which defective production, which are due to the tolerances or dimensional deviation of the components to be joined, can be minimized.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Fügen von rotationssymmetrischen Werkstücken nach Anspruch 1 sowie einer Vorrichtung zum Fügen von rotationssymmetrischen Werkstücken nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. This object is achieved by a method for joining rotationally symmetrical workpieces according to claim 1 and a device for joining rotationally symmetrical workpieces according to claim 11. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß der Erfindung ist das Verfahren zum Fügen von rotationssymmetrischen Werkstücken entlang ihrer Längsachse, insbesondere zum Fügen von Glasrohren durch folgende Schritte gekennzeichnet:

  • • Positionieren der zu fügenden Werkstückenden in einer Messeinrichtung,
  • • Messen der Geometrie und/oder Ausrichtung der Werkstückenden,
  • • Ermitteln einer axialen Fügeposition und/oder einer Drehstellung der Werkstücke zueinander in Abhängigkeit der gemessenen Geometrien und/oder Ausrichtungen zum Erreichen einer im Wesentlichen koaxialen Ausrichtung und/oder eines vorgegebenen axialen Abstandes der Werkstückenden zueinander,
  • • Positionieren der zu fügenden Werkstücke in der ermittelten radialen und/oder axialen Fügeposition,
  • • Fügen der Werkstücke.
According to the invention, the method for joining rotationally symmetrical workpieces along their longitudinal axis, in particular for joining glass tubes, is characterized by the following steps:
  • Positioning the workpiece ends to be joined in a measuring device,
  • Measuring the geometry and / or orientation of the workpiece ends,
  • Determining an axial joining position and / or a rotational position of the workpieces relative to each other as a function of the measured geometries and / or orientations for achieving a substantially coaxial alignment and / or a predetermined axial distance of the workpiece ends,
  • Positioning of the workpieces to be joined in the determined radial and / or axial joining position,
  • • joining the workpieces.

In erfindungsgemäßer Weise wurde hierbei erkannt, dass möglicherweise auftretende, größere Toleranzen bzw. Maßabweichung der zu fügenden Werkstücke beim Fügeprozess berücksichtigt werden können, indem unter Ausnutzung der Rotationssymmetrie der Werkstücke eine Fügeposition bzw. Drehstellung der Werkstückenden zueinander ermittelt wird, mit der eine möglichst koaxiale Ausrichtung der Werkstücke und/oder eine Positionierung der Werkstücke in einem vorgegebenen axialen Abstand, vorzugsweise innerhalb vorgegebener Toleranzbereiche, erreicht werden kann. Im Wesentlichen beruht die Erfindung darauf, die zu fügenden Werkstücke in einer für den Fügeprozess und das zu erreichende Fügeresultat optimalen Position zueinander auszurichten, so dass nachteilige Effekte der möglicherweise auftretender Toleranzen und Abweichungen minimiert werden. In accordance with the invention, it has been recognized here that potentially occurring, larger tolerances or dimensional deviations of the workpieces to be joined in the joining process can be taken into account by utilizing the rotational symmetry of the workpieces to determine a joining position or rotational position of the workpiece ends with respect to one another as far as possible the workpieces and / or a positioning of the workpieces in a predetermined axial distance, preferably within predetermined tolerance ranges, can be achieved. In essence, the invention is based on aligning the workpieces to be joined in an optimal position for the joining process and the joining result to be achieved, so that disadvantageous effects of the tolerances and deviations that may occur are minimized.

Hierzu ist es gemäß der Erfindung erforderlich, die zu fügenden Werkstückenden in einer Messeinrichtung zu positionieren und die Geometrie und/oder Ausrichtung der Werkstückenden zu messen. Auf Grundlage bzw. in Abhängigkeit der gemessenen Geometrien und/oder Ausrichtungen erfolgt sodann die Ermittlung der optimal axialen Fügeposition und/oder optimalen Drehstellung der Werkstücke zueinander. Sobald die beste Ausrichtestrategie bzw. -anordnung der zu fügenden Werkstücke ermittelt wurde, werden die Werkstücke entsprechend in der ermittelten Fügeposition bzw. Drehstellung positioniert und anschließend zusammengefügt. For this purpose, it is necessary according to the invention to position the workpiece ends to be joined in a measuring device and to measure the geometry and / or orientation of the workpiece ends. On the basis of or in dependence on the measured geometries and / or orientations, the determination of the optimal axial joining position and / or optimum rotational position of the workpieces relative to each other then ensues. Once the best alignment strategy or arrangement of the workpieces to be joined has been determined, the workpieces are positioned according to the determined joining position or rotational position and then joined together.

Vorliegend beziehen sich die Begriffe radial und axial auf die Rotationsachse einer Halte- bzw. Einspanneinrichtung gemäß dem Oberbegriffs des Anspruchs 11, die zum Aufnehmen, Positionieren und/oder Rotieren der Werkstücke – wie eingangs beschreiben – verwendet wird. In der Regel fällt diese Achse spätestens nach der Ausrichtung mit der Rotationssymmetrieachse, insbesondere Zylindersymmetrieachse, wenigstens eines, vorzugsweise beider, der insbesondere zwei, Werkstücke zusammen. In the present case, the terms radial and axial refer to the axis of rotation of a holding or clamping device according to the preamble of claim 11, which is used for receiving, positioning and / or rotating the workpieces - as described above. As a rule, this axis coincides at the latest after the alignment with the axis of rotational symmetry, in particular the axis of symmetry of the cylinder, of at least one, preferably both, in particular two, workpieces.

Die Ermittlung der optimalen axialen Fügeposition und/oder Drehstellung erfolgt vorzugsweise nach einem frei wählbaren Optimierungsalgorithmus bzw. -verfahren, wobei unter dem Optimum das Minimieren oder Maximieren einer entsprechend gewählten Zielfunktion zu verstehen ist. So kann beispielweise die Fügeposition dahingehend optimiert werden, dass der Fügespalt zwischen den beiden Werkstücken in der Fügeposition einem vorgegebenen Wert möglichst nahe kommt, insbesondere möglichst klein ist. Denkbar ist es auch, die optimale Fügeposition hinsichtlich eines möglichst glatten Rundlaufs der zu fügenden Werkstücke, d.h. einer im Wesentlichen koaxialen Ausrichtung der rotationssymmetrischen Werkstücke zueinander, zu ermitteln. Selbstverständlich kann auch eine kombinierte Optimierung der Fügeposition bzw. Drehstellung hinsichtlich der Ausrichtung der Werkstücklängsachsen zueinander und des axiale Abstand erfolgen. The determination of the optimal axial joining position and / or rotational position preferably takes place according to a freely selectable optimization algorithm or method, whereby the optimum is to be understood as minimizing or maximizing a correspondingly selected target function. Thus, for example, the joining position can be optimized to the effect that the joint gap between the two workpieces in the joining position comes as close as possible to a predetermined value, in particular as small as possible. It is also conceivable, the optimum joining position with regard to the smoothest possible concentricity of the workpieces to be joined, i. a substantially coaxial alignment of the rotationally symmetrical workpieces to each other to determine. Of course, a combined optimization of the joining position or rotational position with respect to the alignment of the workpiece longitudinal axes to each other and the axial distance can take place.

So kann beispielsweise eine bestmögliche Drehstellung bzw. Rotationsposition der Werkstücke zueinander dadurch erreicht werden, dass die zu fügenden Werkstückenden relativ zu einander um ihre Längsachse in eine bestimmte Drehstellung gedreht werden, in der sich eine im Rahmen von Maßabweichungen bzw. Toleranzen eine etwaig auftretende, axiale Erhebung auf der Stirnseite des einen Werkstückes in eine etwaig korrespondierende, toleranzbedingte Vertiefung in der Stirnseite des anderen Werkstückes im Wesentlichen einfügt und sich die jeweiligen Unebenheiten bzw. axialen Abweichungen der beiden Werktücke in dieser optimalen Drehstellung gerade ausgleichen. Eine vorteilhafte Ausführungsform des Optimierungsverfahrens zum Ermitteln der Fügeposition bzw. Drehstellung wird weiter unten beschrieben. Thus, for example, a best possible rotational position or rotational position of the workpieces to each other can be achieved in that the workpiece ends to be joined are rotated relative to each other about their longitudinal axis in a specific rotational position in which one in the context of dimensional deviations or tolerances any occurring, axial Survey on the front side of a workpiece in a possibly corresponding, tolerance-related depression in the end face of the other workpiece substantially inserts and compensate for the respective unevenness or axial deviations of the two workpieces in this optimal rotational position straight. An advantageous embodiment of the optimization method for determining the joining position or rotational position is described below.

Gemäß der Erfindung ist zum Ermitteln der axialen Fügeposition und/oder der Drehstellung eine Auswerteinrichtung vorgesehen, die mit der Messeinrichtung zum Auswerten der gemessenen Werkstückgeometrien und/oder Ausrichtungen wirkverbunden ist. Als Auswerteinrichtung kann insbesondere ein üblicher Industrie-PC verwendet werden. Somit kann in vorteilhafter Weise auf günstige, da massenhaft hergestellte Standard-Hardwarekomponenten zurückgegriffen werden, auf denen das zum Einsatz kommende Optimierungsverfahren implementiert ist. According to the invention, an evaluation device is provided for determining the axial joining position and / or the rotational position, which is operatively connected to the measuring device for evaluating the measured workpiece geometries and / or orientations. As an evaluation device, in particular a conventional industrial PC can be used. Thus, it is advantageously possible to make use of inexpensive mass-produced standard hardware components on which the optimization method used is implemented.

Nach einer ersten vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Verfahren zumindest vor dem Verfahrensschritt des eigentlichen Fügens gestoppt wird, wenn die Ausrichtung der Werkstücklängsachsen zueinander und/oder der axiale Abstand der Werkstückenden in der ermittelten axialen Fügeposition und/oder der ermittelten Drehstellung außerhalb eines jeweils vorgegebenen Toleranzbereiches liegt. So kann es beispielweise sein, dass die Abweichungen bzw. Toleranzen derart groß sind, dass sich die Werkstücke in keiner für das Fügen geeigneten Position zueinander anordnen bzw. ausrichten lassen. Dies ist beispielweise dann der Fall, wenn ein Glasrohr als Werkstück derart verkantet in die Halteeinrichtung aufgenommen ist, dass der Radialschlag, d.h. die Verkippung in radialer Richtung größer ist als die Wandstärke des Rohrs. Vorzugswiese wird dem Anwender des Verfahrens bzw. dem Benutzer eine entsprechende Fügevorrichtung das Nicht-Erreichen können der optimalen Fügeposition signalisiert, so dass dieser gegebenenfalls das Werkstück erneut einlegen kann, um das Fügeverfahren von vorne zu starten. Somit werden insbesondere kostspielige Fehlproduktionen vermieden. According to a first advantageous embodiment of the invention, it is provided that the method is stopped at least before the step of the actual joining, if the alignment of the workpiece longitudinal axes to each other and / or the axial distance of the workpiece ends in the determined axial joining position and / or the determined rotational position outside each predetermined tolerance range is. For example, it may be that the deviations or tolerances are so great that the workpieces can not be arranged or aligned with one another in any position suitable for joining. This is, for example, then Case, when a glass tube is tilted as a workpiece received in the holding device, that the radial impact, ie the tilt in the radial direction is greater than the wall thickness of the tube. Preferably, the user of the method or the user, a corresponding joining device not reaching the optimum joining position can be signaled so that it may optionally reinsert the workpiece to start the joining process from the front. Thus, in particular costly defective productions are avoided.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Werkstückenden iterativ in einer vorgegebenen Anzahl von Schritten, vorzugsweise durch Profilprojektion, aus unterschiedlichen radialen Richtungen vermessen werden, wobei die zu vermessenden Werkstücke einerseits und/oder die Messeinrichtung andererseits pro Iterationsschritt relativ zueinander jeweils um einen vorgegebenen Winkel, vorzugsweise um äquidistante Winkel, um die Werkstücklängsachse gedreht werden. Profilprojektionen erlauben in besonders vorteilhafter Weise eine sehr präzise Vermessung von Werkstückgeometrien. Ferner erlaubt die iterative Vermessung des Werkstücks aus verschiedenen radialen Richtungen bereits eine im Hinblick auf die Ermittlung der optimalen Drehstellung nützliche Parametrisierung verschiedener Rotationskonfiguration bzw. Drehstellung der zu fügenden Werkstücke zueinander, aus denen die optimale Drehstellung gewählt werden kann. According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the workpiece ends are measured iteratively in a predetermined number of steps, preferably by profile projection, from different radial directions, wherein the workpieces to be measured on the one hand and / or the measuring device on the other hand per iteration step relative to each other rotated by a predetermined angle, preferably by equidistant angle, about the workpiece longitudinal axis. Profile projections allow in a particularly advantageous manner a very precise measurement of workpiece geometries. Furthermore, the iterative measurement of the workpiece from different radial directions already allows a parameterization of different rotational configurations or rotational positions of the workpieces to be joined, which is useful with regard to determining the optimum rotational position, from which the optimum rotational position can be selected.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Messeinrichtung vorzugsweise eine Profilprojektionseinrichtung mit einer Beleuchtungseinheit zum Beleuchten der Werkstückenden und einer Detektionseinheit, vorzugsweise einer CCD-Kamera, auf. Derartige Messeinrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der Produktinformation „Keyence – 2D Inline-Messsysteme“ der Keyene Corpoation, 1-3-14, Higashi-Nakajima, Higashi-Yodogawa-ku, Osaka, 533–8555, Japan, aus 2011 , auf welche hier Bezug genommen wird. Diese Messeinrichtungen beruhen darauf, ein zweidimensionales Schattenbild auf einen Detektor zu projizieren und in dem detektierten Bild der projizierten Werkstücksilhouette Längen, Winkel, Flächen, Radien, Abstände u. dgl., vorzugsweise automatisch, zu messen. In vorteilhafter Weise können derartige Messeinrichtungen innerhalb von automatisierten Fertigungslinien eingesetzt werden. Durch Projektion der Werkstücke aus unterschiedlichen radialen Richtungen ist es weiterhin in vorteilhafter Weise möglich, die Geometrie und/oder Ausrichtung der Werkstücke in drei Dimensionen aus den jeweiligen zweidimensionalen Bildern bzw. Messdaten zu ermitteln. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the measuring device preferably has a profile projection device with a lighting unit for illuminating the workpiece ends and a detection unit, preferably a CCD camera. Such measuring devices are known from the prior art, for example from the product information "Keyence - 2D Inline Measurement Systems" of Keyene Corporation, 1-3-14, Higashi-Nakajima, Higashi-Yodogawa-ku, Osaka, 533-8555, Japan, from 2011 to which reference is hereby made. These measuring devices are based on projecting a two-dimensional shadow image onto a detector and on the detected image of the projected workpiece silhouette comprising lengths, angles, surfaces, radii, distances and the like. Like., Preferably automatically, to measure. Advantageously, such measuring devices can be used within automated production lines. By projecting the workpieces from different radial directions, it is furthermore advantageously possible to determine the geometry and / or orientation of the workpieces in three dimensions from the respective two-dimensional images or measurement data.

Gemäß der Erfindung werden vor dem eigentlichen Messen der Geometrie der Werkstückenden und/oder deren Ausrichtung die zu fügenden Werkstückenden der Messeinrichtung positioniert: Vorzugsweise geschieht dies mit Hilfe der Halteinrichtung, in die die Werkstücke zum Positionieren aufgenommen werden. Im Hinblick auf ein automatisiertes Fügeverfahren ist es nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Positionierung der Werkstücke in einem vorgegebenen Messfeld der Messeinrichtung automatisch erfolgt, insbesondere durch Rückkopplung der Halteeinrichtung mit der Messeinrichtung, d.h. die Messeinrichtung erkennt selbständig, dass sich die Werkstückenden im Messfeld befinden und optimiert sodann selbständig die Werkstücke in eine für die Messung der Werkstoffgeometrie optimalen Position zum Detektor. So ist es beispielsweise denkbar, dass die Messeinrichtung eine bestimmte Kontur, beispielweise einem bestimmten, vorher definierten Kantenverlauf des Werkstückes selbstständig erkennt und das Werkstück entsprechend in eine bestimmte Position zum Sensor anordnet. According to the invention, the workpiece ends of the measuring device to be joined are positioned before the actual measurement of the geometry of the workpiece ends and / or their orientation: Preferably, this is done with the aid of the holding device, in which the workpieces are received for positioning. With regard to an automated joining method, it is provided according to a further advantageous embodiment of the invention that the positioning of the workpieces takes place automatically in a predetermined measuring field of the measuring device, in particular by feedback of the holding device with the measuring device, i. The measuring device automatically detects that the workpiece ends are in the measuring field and then optimizes the workpieces automatically in an optimum position for the measurement of the material geometry to the detector. For example, it is conceivable that the measuring device automatically recognizes a specific contour, for example a specific, previously defined edge profile of the workpiece, and arranges the workpiece correspondingly in a specific position relative to the sensor.

Bei der iterativen Vermessung der Werkstückenden ist die Messeinrichtung vorzugsweise stationär angeordnet, während die Werkstücke von Iterationsschritt zu Iterationsschritt um einen vorgegebenen Winkel, vorzugsweise um äquidistante Winkel, um die Werkstücklängsachse gedreht werden. Vorzugsweise erfolgt die Drehung der Werkstücke ebenso mit Hilfe der Halteeinrichtung. In vorteilhafter Weise kann dann bei der Ermittlung der optimalen Drehstellung der Werkstücke zueinander auf die bei die bei der iterativen Drehmessung eingestellten Winkelpositionen zurückgegriffen werden. In the iterative measurement of the workpiece ends, the measuring device is preferably arranged stationary while the workpieces are rotated from iteration step to iteration step by a predetermined angle, preferably at equidistant angles, about the workpiece longitudinal axis. Preferably, the rotation of the workpieces also takes place with the aid of the holding device. In an advantageous manner, the determination of the optimum rotational position of the workpieces relative to one another can then be made using the angular positions set in the iterative rotational measurement.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Werkstücke zunächst automatisch in die für die Messeinrichtung optimale Erkennungsposition gebracht und in einer ersten Winkel- bzw. Rotationsposition vermessen. Sodann werden die Werkstücke um einen festgelegten Winkel in eine zweite Winkelposition gedreht, in der wiederum eine Messung, nunmehr aus einer anderen radialen Richtung, vorgenommen. Dies erfolgt so lange bis eine vorher festgelegte Anzahl von Rotationen und entsprechenden Messungen durchgeführt wurde. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the workpieces are first automatically brought into the optimal detection position for the measuring device and measured in a first angular or rotational position. Then, the workpieces are rotated by a predetermined angle in a second angular position, in turn, a measurement, now made from another radial direction. This is done until a predetermined number of rotations and corresponding measurements have been made.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird pro Iterationsschritt jeweils wenigstens der radiale und/oder axiale Abstand wenigstens einer vorgegebenen Kantenposition der jeweiligen Werkstückenden zu einem Referenzpunkt ermittelt. Eine derartige Messung erlaubt in vorteilhafter Weise eine sehr effiziente Parametrisierung der Werkstoffkontur mit möglichst wenigen Datenpunkten, die dennoch ausreicht, um daraus das Optimum der axialen Fügeposition und/oder Drehstellung zu ermitteln. So kann es beispielweise vorgesehen sein, dass bei einem rohrartigen Werkstück jeweils die zum gegenüberliegenden Werkstück weisende, untere Kantenposition in den Projektionsbildern ermittelt wird. Daraus ergeben sich für jedes Werkstück pro Winkelposition bzw. Projektionsrichtung drei Koordinaten für den entsprechenden Kantenpunkte in Relation zu einem Referenzpunkt, nämlich die Winkelposition, d.h. die Azimutalwinkelkoordinate, sowie die radiale und die axiale Position. In vorteilhafter Weise wird hierbei also die Rotationssymmetrie des Werkstücks ausgenutzt, um die stirnseitigen Kanten der Werkstücke zu parametrisieren. Aus dieser Parametrisierung bzw. aus den entsprechenden Koordinaten der Werkstückkanten kann dann die optimale Fügeposition und/oder Drehstellung der Werkstücke zueinander ermittelt werden. According to a further advantageous embodiment of the invention, at least the radial and / or axial distance of at least one predetermined edge position of the respective workpiece ends to a reference point is determined per iteration step. Such a measurement advantageously allows a very efficient parameterization of the material contour with as few data points as possible, which nevertheless suffice to obtain the optimum of the axial joining position and / or rotational position to investigate. Thus, it may be provided, for example, that in each case the lower edge position pointing to the opposite workpiece is determined in the projection images in the case of a tubular workpiece. This results in three coordinates for the corresponding edge points in relation to a reference point, namely the angular position, ie the azimuthal angle coordinate, as well as the radial and the axial position for each workpiece per angular position or projection direction. Advantageously, in this case the rotational symmetry of the workpiece is used to parameterize the front edges of the workpieces. From this parameterization or from the corresponding coordinates of the workpiece edges, the optimum joining position and / or rotational position of the workpieces relative to one another can then be determined.

Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt dies nach dem nachfolgend beschriebenen Algorithmus: In einem ersten Schritt wird für jedes der zu fügenden Werkstücke separat der Mittelwert der radialen und axialen Abstände über alle Winkelpositionen bestimmt, d.h. eine Mittelung über den Azimutalwinkel durchgeführt. Sodann wird für jeden radialen Abstand und jeden axialen Abstand die Abweichung zum azimutal gemittelten Axial- bzw. Radialabstand bestimmt. Damit erhält man für die stirnseitige Abschlusskante jedes der zu fügenden Werkstücke die radiale und axiale Abweichung in Abhängigkeit der Winkelpositionen, die im Folgenden als Radialschlag und Axialschlag bezeichnet werden. According to a preferred embodiment of the invention, this is done according to the algorithm described below: In a first step, the average of the radial and axial distances over all angular positions is determined separately for each of the workpieces to be joined, i. averaging over the azimuthal angle. Then, for each radial distance and each axial distance, the deviation from the azimuthally averaged axial or radial distance is determined. Thus, for the end-side end edge of each of the workpieces to be joined, the radial and axial deviation is obtained as a function of the angular positions, which are referred to below as radial and axial strokes.

In einem nächsten Schritt erfolgt für jedes der Werkstücke die Berechnung einer gewichteten Gesamtabweichung, indem jeweils für jede Winkelposition die gewichtete Summe aus dem Axialschlag und dem Radialschlag berechnet wird. Dabei kann die Gewichtung des Axial- bzw. Radialschlags frei gewählt werden, insbesondere in Abhängigkeit der gemessenen Werkstückgeometrien. Die Vornahme der Gewichtung kann entweder manuell erfolgen oder automatisiert durch die Auswerteeinrichtung, die die Gewichtung anhand vorgegebener, sich an den Werkstückgeometrien orientierender Kriterien vornimmt. In a next step, the calculation of a weighted total deviation is carried out for each of the workpieces by calculating the weighted sum of the axial and radial strokes for each angular position. In this case, the weighting of the axial or radial stroke can be chosen freely, in particular as a function of the measured workpiece geometries. The weighting can be carried out either manually or automatically by the evaluation device, which carries out the weighting on the basis of predetermined criteria that are based on the workpiece geometries.

Im nächsten Schritt erfolgt die eigentliche Ermittlung der optimalen Drehstellung durch zyklische Permutation der Winkelpositionen des einen, hier als Slave bezeichneten, Werkstücks gegenüber den Winkelpositionen des zweiten, hier als Master bezeichneten, Werkstücks. Bildlich gesprochen entspricht diese zyklische Permutation einer schrittweisen Rotation des Slaves gegenüber dem Master um die Werkstücklängsachse entsprechend den bei der iterativen Vermessung gewählten Winkelschritten. Dabei folgt die für das Fügen optimale Drehstellung der Werkstücke zueinander aus derjenigen Permutationskonfiguration, bei der eine entsprechend gewählte Zielfunktion einen Extremalwert, vorzugsweise einen Minimalwert, annimmt. Die Wahl der Zielfunktion und des konkret anzuwendenden Optimierungsverfahrens erfolgt nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung benutzerdefiniert, um somit größtmögliche Flexibilität zu erreichen. In the next step, the actual determination of the optimal rotational position by cyclic permutation of the angular positions of the one, referred to here as slave, workpiece with respect to the angular positions of the second, here referred to as master, workpiece. Figuratively speaking, this cyclic permutation corresponds to a stepwise rotation of the slave relative to the master about the workpiece longitudinal axis corresponding to the angular steps selected during the iterative measurement. In this case, the optimal rotational position of the workpieces for joining results from the one permutation configuration in which a correspondingly selected target function assumes an extremal value, preferably a minimum value. The choice of the objective function and the specific optimization method to be used is done according to a further advantageous embodiment of the invention user-defined, so as to achieve the greatest possible flexibility.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird hierzu beispielsweise für jede Permutation die Differenz zwischen der Gesamtabweichung einer bestimmten Winkelposition des Masters und der Gesamtabweichung der entsprechend gegenüberliegenden, durch die Permutation gegebenen Winkelposition des Slaves gebildet. Als Zielfunktion kann dann beispielsweise entweder die Summe über alle Gesamtabweichungsdifferenzen oder das Maximum aller Gesamtabweichungsdifferenzen einer Permutation dienen. Das Optimum ergibt sich dann für diejenige Permutationskonfiguration, für die die Summendifferenz einen Minimalwert annimmt bzw. für die das Maximum der Differenzen einen Minimalwert einnimmt. Nach diesem beispielhaften Optimierungsverfahren wird also die optimale Fügeausrichtung der Werkstücke hinsichtlich einer bestmöglichen Drehstellung zueinander ermittelt. According to a preferred embodiment of the invention, for example, the difference between the total deviation of a certain angular position of the master and the total deviation of the corresponding opposite, given by the permutation angular position of the slave is formed for each permutation. For example, either the sum over all total deviation differences or the maximum of all total deviation differences of a permutation can serve as the objective function. The optimum then results for that permutation configuration for which the sum difference assumes a minimum value or for which the maximum of the differences assumes a minimum value. Thus, according to this exemplary optimization method, the optimum joining orientation of the workpieces with respect to a best possible rotational position relative to one another is determined.

Entsprechend kann auch eine optimale Fügeposition hinsichtlich des axialen Abstands ermittelt werden, so dass beispielsweise der Fügespalt möglichst klein wird. Denkbar ist aber auch eine kombinierte Optimierung beider Parameter, d.h. der axialen Position und der Drehstellung, wobei in vorteilhafter Weise jeweils eine Priorisierung bzw. Gewichtung der axialen Position bzw. der Drehstellung vorgenommen werden kann. Accordingly, an optimal joining position with respect to the axial distance can be determined, so that, for example, the joint gap is as small as possible. It is also conceivable, however, a combined optimization of both parameters, i. E. the axial position and the rotational position, wherein in each case a prioritization or weighting of the axial position or the rotational position can be made in an advantageous manner.

So kann nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem nächsten Schritt die axiale Fügeposition auf Basis der bereits ermittelten optimalen Drehstellung bestimmt werden. Diese kann beispielsweise dadurch gegeben sein, dass der Master in der ermittelten optimalen Drehstellung in Richtung des Slaves um den kleinsten, zwischen Slave und Master gemessenen Abstand verschoben wird. Thus, according to a further preferred embodiment of the invention in a next step, the axial joining position can be determined on the basis of the already determined optimum rotational position. This can for example be given by the fact that the master is moved in the determined optimum rotational position in the direction of the slave by the smallest distance measured between slave and master.

Das hier beschriebene Optimierungsverfahren zur Ermittlung einer optimalen axialen Fügeposition und Drehstellung stellt einen beispielhaften, besonders einfach anzuwendenden Analysealgorithmus dar, der insbesondere auf einem als Auswerteeinrichtung dienenden, handelsüblichen Industrie-PC implementiert werden kann. The optimization method described here for determining an optimum axial joining position and rotational position represents an exemplary, particularly easy-to-use analysis algorithm which can be implemented, in particular, on a commercially available industrial PC serving as the evaluation device.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Auswerteeinrichtung eine Steuereinrichtung zugeordnet, die zumindest zum Positionieren der Werkstückenden in der Fügeposition bzw. Drehstellung mit der Halteeinrichtung in Wirkverbindung steht. Durch die Verkettung von Messeinrichtung, Auswerteeinrichtung und Steuereinrichtung kann insbesondere ein automatisierter und geregelter Fügeprozess realisiert werden, bei dem die einzelnen erfindungsgemäßen Verfahrensschritte automatisch hintereinander ausgeführt werden. Als Steuereinrichtung kann in vorteilhafter Weise eine CPU (Central Processing Unit) basierte, speicherprogrammierbare Steuerung verwendet werden, wie sie bei vielen standardisierten Industrieprozessen zur Steuerung und Regelung von Maschinen und Anlagen dienen. Somit kann auf standardisierte und damit kostengünstige Massenprodukte zurückgegriffen werden. According to a further advantageous embodiment of the invention, the evaluation device is associated with a control device, at least for positioning the workpiece ends in the joining position or rotational position with the holding device is in active connection. In particular, an automated and controlled joining process can be realized by concatenating the measuring device, evaluation device and control device, in which the individual method steps according to the invention are carried out automatically in succession. As a control device, a CPU (Central Processing Unit) based, programmable logic controller can be used, as they serve in many standardized industrial processes for the control and regulation of machinery and equipment in an advantageous manner. Thus, standardized and therefore inexpensive mass products can be used.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Werkstücke durch Erhitzen und Zusammenführen der Werkstückenden gefügt, wobei die Energie zum Erhitzen vorzugsweise radial von einer Heizeinrichtung zugeführt wird. Neben dem thermischen Fügen sind aber auch andere Fügetechnologien, wie beispielsweise Kleben oder Löten denkbar. According to a further advantageous embodiment of the invention, the workpieces are joined by heating and merging the workpiece ends, wherein the energy for heating is preferably supplied radially from a heating device. In addition to thermal joining but other joining technologies, such as bonding or soldering are conceivable.

Das thermische Fügen durch externes Einbringen von Heizenergie stellt jedoch insbesondere beim Fügen von später thermisch beanspruchten Glaskomponenten, wie beispielsweise Solarkollektorröhren, die bevorzugte Fügetechnologie dar, da durch Schmelzen erzeugte Fügenähte den bei der späteren, zweckmäßigen Verwendung dieser Komponenten mitunter auftretenden hohen thermischen Beanspruchungen besonders gut standhalten. The thermal joining by external introduction of heating energy, however, is the preferred joining technology, especially when joining laterally stressed glass components, such as solar collector tubes, because joining seams produced by melting are particularly well able to withstand the high thermal stresses that sometimes occur during later, expedient use of these components ,

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die zu fügenden Werkstücke beim Erhitzen und Zusammenführen synchron um die Werkstücklängsachse gedreht. Dadurch wird ein besonders gleichmäßiger Wärmeeintrag erreicht. Zum Drehen der Werkstücke um die Werkstücklängsachse kann besonders bevorzugt die zum Aufnehmen und Positionieren der Werkstücke vorgesehene Halteeinrichtung genutzt werden. Hierzu ist die Halteeinrichtung vorzugsweise als Gleichlaufmaschine ausgebildet, in die die zu fügenden Werkstoffe eingespannt werden. According to a further advantageous embodiment of the invention, the workpieces to be joined during heating and merging are rotated synchronously about the workpiece longitudinal axis. As a result, a particularly uniform heat input is achieved. For rotating the workpieces about the workpiece longitudinal axis, the holding device provided for receiving and positioning the workpieces can be used with particular preference. For this purpose, the holding device is preferably designed as a synchronous machine, in which the materials to be joined are clamped.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Halteeinrichtung nicht nur zum für das Erhitzen erforderliche synchrone Drehen ausgebildet, sondern auch dazu, die Werkstücke relativ zueinander um die Werkstücklängsachse zu drehen. Dies ist insbesondere zur Einstellung der ermittelten Drehstellung von Vorteil ebenso wie bei der iterativen Vermessung der Werkstückgeometrie, wenn die Werkstücke um jeweils vorgegebene Winkelschritte um die Werkstücklängsachse relativ zur Messeinrichtung gedreht werden. According to a further advantageous embodiment, the holding device is not only designed for the required synchronous rotation for heating, but also to rotate the workpieces relative to each other about the workpiece longitudinal axis. This is particularly advantageous for setting the determined rotational position as well as in the iterative measurement of the workpiece geometry, when the workpieces are rotated by respectively predetermined angular steps about the workpiece longitudinal axis relative to the measuring device.

Außerdem kann die Halteeinrichtung nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zum Positionieren der Werkstücke in axialer Richtung verwendet werden. Hierzu weist die Halteeinrichtung in vorteilhafter nicht nur Drehantriebseinrichtungen, sondern auch Linearantriebseinrichtungen auf, mit denen die Werkstück unabhängig voneinander in axialer Richtung verschoben bzw. um ihre Längsachse rotiert werden können. Für die synchrone Drehung sind die Rotationsantriebe vorzugsweise über eine Synchronisationseinrichtung verbunden. Insgesamt können durch eine derart ausgebildete Halteeinrichtung in vorteilhafter Weise alle für das Fügeverfahren erforderlichen translatorischen und rotorischen Bewegungen der Werkstücke realisiert werden. In addition, the holding device can be used according to a further advantageous embodiment of the invention for positioning the workpieces in the axial direction. For this purpose, the holding device advantageously not only rotary drive means, but also linear drive means with which the workpiece can be moved independently of each other in the axial direction or rotated about its longitudinal axis. For the synchronous rotation, the rotary drives are preferably connected via a synchronization device. Overall, all of the translational and rotor movements of the workpieces required for the joining process can be realized in an advantageous manner by a holding device designed in this way.

Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass das Erhitzen und das anschließende Zusammenführen der Werkstückenden in jeweils eigenen optimalen Drehstellungen erfolgt. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn sich die zum eigentlichen Fügen, d.h. zum Zusammenführen der angeschmolzenen Werkstückenden, optimale Drehstellung hinsichtlich dem Erhitzen nicht als optimal erweist, also für das bloße Erhitzen eine bessere Drehstellung der Werkstücke zueinander existiert. Hierzu kann es also nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass die Werkstücke nach dem Erhitzen beim anschließenden Zusammenführen nicht nur in axialer Richtung bewegt werden, sondern auch gegeneiander gedreht werden. Furthermore, it may be provided that the heating and the subsequent merging of the workpiece ends takes place in their own optimal rotational positions. This may be particularly advantageous when the actual joining, i. for merging the molten workpiece ends, optimal rotational position with respect to the heating is not optimal, so there is a better rotational position of the workpieces to each other for the mere heating. For this purpose, it may thus be provided according to a further embodiment of the invention that the workpieces are not only moved in the axial direction after heating during the subsequent merge, but are also rotated against each other.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Heizeinrichtung einen Laser, insbesondere einen CO2-Laser, und/oder einen Gasbrenner und/oder einen Plasmabrenner auf. Das Laserfügen stellt jedoch die bevorzugte Technologie dar, da sich Laser durch eine gegenüber der Brennertechnologie deutlich verbesserte Energieeffizienz, wie auch durch einen besonders präzisen und lokal steuerbaren Energieeintrag auszeichnen. Dadurch werden insbesondere Spannungen im Material, insbesondere bei Glas, reduziert bzw. beherrschbar. Außerdem finden beim Laserfügen nahezu keine chemischen Materialbeeinflussungen in der Fügezone statt. Weiterhin zeichnen sich Laser in vorteilhafter Weise durch eine kurze Prozesszeit, insbesondere beim Fügen von Werkstücken mit kleinem Durchmesser und kleinen Wandstärken aus. According to a further advantageous embodiment of the invention, the heating device on a laser, in particular a CO 2 laser, and / or a gas burner and / or a plasma torch. However, laser joining is the preferred technology, as lasers are characterized by a significantly improved energy efficiency compared to burner technology, as well as by a particularly precise and locally controllable energy input. As a result, in particular stresses in the material, in particular glass, are reduced or manageable. In addition, almost no chemical material influences take place in the joining zone during laser joining. Furthermore, lasers advantageously feature a short process time, in particular when joining workpieces with a small diameter and small wall thicknesses.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Heizeinrichtung zum Steuern der Leistung und/oder der Position und/oder der räumlichen Verteilung der eingebrachten Energie am Ort der Werkstückenden, d.h. in der Fügezone, ausgebildet ist. Insbesondere ist die Heizeinrichtung zum Steuern der Leistung und/oder radialen bzw. axialen Modeposition und/oder der Modengröße und/oder der Modenform des eingebrachten Laserlichts am Ort der zu fügenden Werkstückenden ausgebildet. Besonders bevorzugt erfolgt das Erhitzen in Abhängigkeit der gemessenen Werkstückgeometrien und/oder der eingestellten Fügeposition und/oder Drehstellung und/oder der gemessenen Temperatur im Fügebereich. Insgesamt wird dadurch in vorteilhafter Weise erreicht, dass der Heiz- bzw. Schmelzprozess lokal gesteuert bzw. geregelt werden kann, um definiert Einfluss auf das Fügen und die Qualität der Fügenaht zu nehmen. So ist es beispielsweise denkbar, dass der Laserstrahl in axialer Richtung über den Fügespalt in einer Art Zitterbewegung geführt wird, um so definiert die Wärmeeinflusszone zu regeln. Auf diese Weise können insbesondre auch Unregelmäßigkeiten im Verlauf des umlaufen Fügespalts beim Erhitzen berücksichtig werden. According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the heating device for controlling the power and / or the position and / or the spatial distribution of the introduced energy at the location of the workpiece ends, ie in the joint zone, is formed. In particular, the heating device is for controlling the power and / or radial or axial mode position and / or the mode size and / or the mode shape of the introduced laser light formed at the location of the workpiece ends to be joined. The heating is particularly preferably carried out as a function of the measured workpiece geometries and / or the adjusted joining position and / or rotational position and / or the measured temperature in the joining region. Overall, this advantageously achieves that the heating or melting process can be locally controlled or regulated in order to take a defined influence on the joining and the quality of the joint seam. Thus, it is conceivable, for example, that the laser beam is guided in the axial direction over the joint gap in a kind of dithering movement so as to define the heat-affected zone in a defined manner. In particular, irregularities in the course of the circumferential joint gap during heating can be taken into account in this way.

Denkbar ist auch, die Laserintensität und/oder die Fokussierung des vorzugsweise radial auf die Werkstücke eingestrahlten Laserlichts je nach Geometrie der zu fügenden Werkstücke anzupassen. Auf diese Weise kann die Fügevorrichtung für unterschiedliche Werkstücke, insbesondere mit unterschiedlichen Wandstärken und Nenngrößen verwendet werden, wobei vorzugsweise jeweils der optimale Wärmeeintrag eingestellt werden kann. It is also conceivable to adapt the laser intensity and / or the focusing of the laser light, which is preferably radiated radially onto the workpieces, depending on the geometry of the workpieces to be joined. In this way, the joining device can be used for different workpieces, in particular with different wall thicknesses and nominal sizes, wherein preferably each of the optimum heat input can be adjusted.

Weiterhin ist denkbar, dass die Modenform des zum Erhitzen verwendeten Laserstrahls variierbar ist. Somit kann insbesondere die räumliche Verteilung der eingebrachten Energie am Ort der Werkstückenden beeinflusst werden. Denkbar sind neben Gauß’schen Moden auch Transversalmoden höherer Ordnung. Furthermore, it is conceivable that the mode shape of the laser beam used for heating is variable. Thus, in particular the spatial distribution of the introduced energy at the location of the workpiece ends can be influenced. Conceivable, in addition to Gaussian modes, are also transversal modes of higher order.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Messen der Temperatur der Werkstücke, insbesondere im Bereich der Fügestelle, vorgesehen, die vorzugsweise mit der Steuereinrichtung in Wirkverbindung steht. Auf diese Weise kann neben einer Steuerung auch eine Regelung der Fügestellenerhitzung realisiert werden. Hierzu ist die Steuereinrichtung in vorteilhafter Weise zum Ansteuern der Heizeinrichtung nicht nur in Abhängigkeit der gemessenen Werkstückgeometrie und/oder der eingestellten Fügeposition, sondern auch in Abhängigkeit der Temperatur der Werkstücke ausgebildet. According to a further advantageous embodiment of the invention, a device for measuring the temperature of the workpieces, in particular in the region of the joint, is provided, which is preferably in operative connection with the control device. In this way, in addition to a controller, a regulation of the joint heater can be realized. For this purpose, the control device is advantageously designed for driving the heating device not only as a function of the measured workpiece geometry and / or the adjusted joining position, but also as a function of the temperature of the workpieces.

Durch gezielte Beeinflussung des Energieeintrags kann somit also gezielt die Qualität des Fügeprozesses in Abhängigkeit der konkret zu fügenden Werkstücke beeinflusst werden, wodurch sich ebenfalls Fehlproduktionen verringern lassen. By deliberately influencing the energy input, the quality of the joining process can thus be deliberately influenced as a function of the workpieces to be specifically joined, which can also reduce defective production.

Um dem Benutzer der Fügevorrichtung das Einstellen der gewünschten Parameter zur Temperaturregelung, Werkstückpositionierung und Ermittlung der optimalen Fügeposition bzw. Drehstellung zu ermöglichen, ist es nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Auswerteeinrichtung und/oder die Steuereinrichtung jeweils Schnittstellen zum benutzerdefinierten Beeinflussen der Fügepositionsermittlung und/oder der Halteinrichtung und/oder der Werkstückpositionierung aufweisen. In order to allow the user of the joining device to set the desired parameters for temperature control, workpiece positioning and determination of the optimum joining position or rotational position, it is provided according to a further advantageous embodiment of the invention that the evaluation and / or the control device respectively interfaces for user-controlled influencing Include joining position detection and / or the holding device and / or the workpiece positioning.

Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Other objects, advantages, features and applications of the present invention will become apparent from the following description of an embodiment with reference to the drawings. All described and / or illustrated features alone or in any meaningful combination form the subject matter of the present invention, also independent of their summary in the claims or their dependency.

Es zeigen: Show it:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Fügen von rotationssymmetrischen Werkstücken in isometrischer Ansicht, 1 An embodiment of an inventive device for joining rotationally symmetrical workpieces in isometric view,

2 die Vorrichtung gemäß 1 in Vorderansicht, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit die Messeinrichtung 7 nicht dargestellt ist, und 2 the device according to 1 in front view, for reasons of clarity, the measuring device 7 not shown, and

3 eine Detailansicht der Vorrichtung gemäß 1. 3 a detailed view of the device according to 1 ,

Die 1 bis 3 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Fügen von rotationssymmetrischen Werkstücken 2a, 2b entlang ihrer Längsachse S. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Werkstücken 2a, 2b um Glasrohre, die in einer Halteeinrichtung 3 eingespannt sind. The 1 to 3 show a preferred embodiment of a device according to the invention 1 for joining rotationally symmetrical workpieces 2a . 2 B along its longitudinal axis S. In the embodiment shown here are the workpieces 2a . 2 B around glass tubes in a holding device 3 are clamped.

Die beiden zu fügenden Glasrohre 2a, 2b sind dabei in jeweils separaten Einspanneinrichtungen 4a, 4b aufgenommen, die auf einer gemeinsamen Trägerbank 10 aufgesetzt sind. Jede der beiden Einspannvorrichtungen 4a, 4b der Halteeinrichtung kann zwecks Anpassung an die Länge der zu fügenden Werkstücke entlang der Trägerbank 10 verschoben werden. Ferner weist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel jede der Einspanneinrichtung 4a, 4b eine eigene Antriebseinrichtung 11a, 11b zum Einspannen auf, mit deren Hilfe die Werkstücke in vorteilhafter Weise maschinell unterstützt eingespannt werden können, also insbesondere die Einspannbacken betätigt werden können. The two glass tubes to be joined 2a . 2 B are in each case separate clamping devices 4a . 4b taken on a common carrier bank 10 are set up. Each of the two clamping devices 4a . 4b the holding device can for the purpose of adaptation to the length of the workpieces to be joined along the carrier bank 10 be moved. Furthermore, in the embodiment shown here, each of the clamping device 4a . 4b a separate drive device 11a . 11b for clamping, with the help of which the workpieces can be clamped in an advantageous manner supported by machines, so in particular the clamping jaws can be operated.

Weiterhin weist die Halteeinrichtung 3 für jede der Einspannvorrichtungen 4a, 4b vorzugsweise jeweils separate Linearantriebseinrichtungen 14a, 14b auf, mit denen die eingespannten Werkstücke 2a, 2b jeweils separate in entlang der Längsachse S positioniert werden können. Ferner sind die Einspanneinrichtungen 4a, 4b dazu ausgebildet, die darin aufgenommenen Werkstücke 2a, 2b mit Hilfe von separaten Drehantriebseinrichtungen 12a, 12b um die Längsachse S zu drehen. Insbesondere können die Werkstücke 2a, 2b mit Hilfe der Halteeinrichtung relativ zueinander oder synchron miteinander um die Werkstücklängsachse S gedreht werden. Die Antriebseinrichtungen können beispielsweise Servoantriebe sein. Furthermore, the holding device 3 for each of the jigs 4a . 4b preferably in each case separate linear drive devices 14a . 14b on, with which the clamped workpieces 2a . 2 B each separate in along the longitudinal axis S can be positioned. Furthermore, the clamping devices 4a . 4b adapted to the workpieces received therein 2a . 2 B with the help of separate rotary drive devices 12a . 12b to rotate about the longitudinal axis S. In particular, the workpieces can 2a . 2 B be rotated by means of the holding device relative to each other or synchronously with each other about the workpiece longitudinal axis S. The drive devices may be, for example, servo drives.

Des Weiteren ist zum thermischen Fügen der Werkstücke 2a, 2b eine Heizeinrichtung 5 zum Erhitzen der zu fügenden Werkstückenden vorgesehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht die Heizeinrichtung 5 im Wesentlichen aus einem Laser 6, beispielsweise einem CO2-Laser, der einen Laserstrahl 6a senkrecht zur Werkstücklängsachse S von oben in den Bereich des Fügespaltes an den Werkstückenden einstrahlt. Dadurch werden die Werkstückenden in dem vom Laserlicht bestrahlten Bereich erhitzt und in Folge angeschmolzen. Furthermore, the thermal joining of the workpieces 2a . 2 B a heating device 5 provided for heating the workpiece ends to be joined. In the present embodiment, the heating device 5 essentially from a laser 6 , For example, a CO 2 laser, the laser beam 6a perpendicular to the workpiece longitudinal axis S radiates from above into the region of the joint gap at the workpiece ends. As a result, the workpiece ends are heated in the area irradiated by the laser light and fused in sequence.

Um einen möglichst gleichmäßigen Wärmeeintrag in die Werkstücke 2a, 2b zu erreichen, werden diese mit Hilfe der Halteeinrichtung 3 bzw. den Einspanneinrichtungen 4a, 4b während des Erhitzungsprozesses synchron miteinander um die Werkstücklängsachse S gedreht. Hierzu ist die Halteeinrichtung 3 vorzugsweise als Gleichlaufmaschine ausgebildet. Durch die synchrone Rotation der beiden Werkstücke 2a, 2b wird außerdem erreicht, dass die dabei entstehenden Fliehkräfte ein Zusammenfallen des geschmolzenen, weichen Glases nach innen während des Schmelzvorganges verhindern. Sobald die Werkstückenden stirnseitig ausreichend angeschmolzen sind, werden die Werkstücke 2a, 2b in axialer Richtung aufeinander zu bewegt, d.h. zusammengeführt und somit miteinander verschmolzen. Zur Vermeidung von Verschmelzspannungen im Material kann es weiterhin vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Werkstücke 2a, 2b, nachdem sie zunächst zusammengefügt wurden, d.h. sich das Material der beiden Werkstückenden miteinander verbunden hat, wieder um eine fest vorgegebene Distanz in axialer Richtung auseinander gefahren werden. To ensure a uniform heat input into the workpieces 2a . 2 B These are achieved with the help of the holding device 3 or the clamping devices 4a . 4b during the heating process synchronously with each other about the workpiece longitudinal axis S rotated. For this purpose, the holding device 3 preferably designed as a synchronous machine. Due to the synchronous rotation of the two workpieces 2a . 2 B is also achieved that prevent the resulting centrifugal forces collapse of the molten, soft glass inward during the melting process. As soon as the workpiece ends have melted sufficiently on the front side, the workpieces become 2a . 2 B moved towards each other in the axial direction, ie merged and thus fused together. To avoid Verschmelzspannungen in the material, it may also be advantageously provided that the workpieces 2a . 2 B After they have been joined together, ie, the material of the two workpiece ends has connected to each other again be driven apart by a fixed predetermined distance in the axial direction.

Vor dem eigentlichen thermischen Fügen der beiden Werkstücke 2a, 2b werden diese relativ zueinander ausgerichtet, um den für den Fügeprozess optimalen axialen Abstand der Werkstücke 2a, 2b zueinander und/oder eine im Wesentlichen koaxiale Ausrichtung der beiden Werkstücke 2a, 2b zueinander zu erreichen. Um die optimale axiale Fügeposition und/oder Drehstellung zu ermitteln, ist es erforderlich, zunächst die Geometrie und/oder Abmessung der Werkstückenden zu messen. Hierzu ist eine Messeinrichtung 7 vorgesehen, in deren Messfeld die Werkstücke 2a, 2b mit den stirnseitig zu fügenden Werkstückenden positioniert werden. Before the actual thermal joining of the two workpieces 2a . 2 B These are aligned relative to each other to the optimum for the joining process axial distance of the workpieces 2a . 2 B to each other and / or a substantially coaxial alignment of the two workpieces 2a . 2 B to reach each other. In order to determine the optimum axial joining position and / or rotational position, it is first necessary to measure the geometry and / or dimension of the workpiece ends. For this purpose, a measuring device 7 provided in the measuring field, the workpieces 2a . 2 B be positioned with the end faces to be joined workpiece ends.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Messeinrichtung 7 ebenso auf der Trägerbank 10, insbesondere axial verschiebbar, angeordnet, so dass das Messfeld an die jeweilige Position der Fügestelle je nach Länge der zu fügenden Werkstücke 2a, 2b verfahren werden kann. Umgekehrt kann die Messeinrichtung 7 aber auch ortsfest angeordnet sein, während die Position der Einspannvorrichtungen 4a, 4b entlang der Längsachse S angepasst werden. Zum Messen werden dann die Werkstückenden mit Hilfe der Halteeinrichtung 3 in das Messfeld der Messeinrichtung 7 eingebracht. In vorteilhafter Weise erfolgt die Positionierung der Werkstückenden relativ zum Messfeld der Messeinrichtung 7 automatisch, beispielsweise indem die Messeinrichtung 7 automatisch erkennt, wenn die Werkstückenden in das Messfeld der Messeinrichtung 7 eingebracht werden. Weiterhin kann dann in vorteilhafter Weise noch, beispielsweise mit Hilfe der Linearantriebseinrichtung 14a, 14b, eine Nachpositionierung der Werkstückenden relativ zur Messeinrichtung 7 erfolgen, damit sich die Fügestelle bzw. die Werkstückenden in einer zuvor bestimmten, vorzugsweise für die Detektion bzw. das Vermessen optimalen Position relativ zur Messeinrichtung 7 befinden. In the present embodiment, the measuring device 7 also on the carrier bank 10 , in particular axially displaceable, arranged, so that the measuring field to the respective position of the joint depending on the length of the workpieces to be joined 2a . 2 B can be moved. Conversely, the measuring device 7 but also be stationary while the position of the jigs 4a . 4b be adjusted along the longitudinal axis S. For measuring then the workpiece ends by means of the holding device 3 into the measuring field of the measuring device 7 brought in. Advantageously, the positioning of the workpiece ends takes place relative to the measuring field of the measuring device 7 automatically, for example by the measuring device 7 automatically detects when the workpiece ends in the measuring field of the measuring device 7 be introduced. Furthermore, in an advantageous manner, for example with the aid of the linear drive device 14a . 14b , a Nachpositionierung the workpiece ends relative to the measuring device 7 take place, so that the joint or the workpiece ends in a previously determined, preferably for the detection or measuring optimal position relative to the measuring device 7 are located.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Messeinrichtung 7 als Profilprojektionseinrichtung ausgebildet, die eine Beleuchtungseinheit 8 zum homogenen Beleuchten der Werkstückenden und eine Detektionseinheit 9, vorzugsweise eine CCD-Kamera, zur Detektion projizierten Werkstückkontur aufweist. Dabei sind also die zu vermessenden Werkstücke zwischen Detektionseinheit und Beleuchtungseinheit angeordnet. Bei der im vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigten Projektionseinrichtung handelt es sich um ein kommerzielles System, wie es aus der Produktinformation „Keyence – 2D Inline-Messsysteme“ der Keyene Corpoation, 1-3-14, Higashi-Nakajima, Higashi-Yodogawa-ku, Osaka, 533–8555, Japan, aus 2011 , bekannt ist. In the present embodiment, the measuring device 7 designed as a profile projection device, which is a lighting unit 8th for homogeneous illumination of the workpiece ends and a detection unit 9 , Preferably, a CCD camera, for detecting projected workpiece contour. Thus, the workpieces to be measured are arranged between the detection unit and the illumination unit. The projection device shown in the present embodiment is a commercial system as shown in FIG Product Information "Keyence - 2D Inline Measurement Systems" of Keyene Corporation, 1-3-14, Higashi-Nakajima, Higashi-Yodogawa-ku, Osaka, 533-8555, Japan, from 2011 , is known.

Die Vermessung der Werkstückenden folgt in bevorzugter Weise iterativ durch Profilprojektion aus unterschiedlichen radialen Richtungen. Hierzu werden die beiden zu vermessenden Werkstückenden pro Iterationsschritt jeweils um einen vorgegeben Winkel α, vorzugsweise um äquidistante Winkel, um die Werkstücklängsachse S gedreht und in jeder der eingestellten Winkelpositionen mit Hilfe der Messeinrichtung 7 abgebildet und vermessen. Für die Drehung der Werkstücke 2a, 2b um die Werkstücklängsachse S relativ zur Messeinrichtung 7 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel in vorteilhafter Weise die Halteeinrichtung 3 mit den Drehantriebseinrichtungen 12a, 12b verwendet. Zu diesem Zweck ist die Halteinrichtung 3 dazu ausgelegt, die eingespannten Werkstücke 2a, 2b präzise um jeweils vorgegebene Winkel in unterschiedliche Winkelpositionen zu drehen. The measurement of the workpiece ends preferably follows iteratively by profile projection from different radial directions. For this purpose, the two workpiece ends to be measured per iteration step are respectively rotated by a predetermined angle α, preferably at equidistant angles, about the workpiece longitudinal axis S and in each of the set angular positions with the aid of the measuring device 7 imaged and measured. For the rotation of the workpieces 2a . 2 B about the workpiece longitudinal axis S relative to the measuring device 7 is in the present embodiment in an advantageous manner, the holding device 3 with the rotary drive devices 12a . 12b used. For this purpose, the holding device 3 designed to be clamped workpieces 2a . 2 B precisely to turn each predetermined angle in different angular positions.

Aus den gemessenen Geometrien und Ausrichtungen der Werkstückenden zueinander kann dann beispielsweise nach dem zuvor beschriebenen Optimierungsverfahren eine optimale axiale Fügeposition und/oder Drehstellung der Werkstücke 2a, 2b zueinander ermittelt werden, mit dem Ziel, eine im Wesentlichen koaxiale Ausrichtung und/oder einen vorgegebenen axialen Abstand der Werkstücke 2a, 2b zueinander zu erreichen. From the measured geometries and orientations of the workpiece ends to one another, an optimal axial joining position and / or rotational position of the workpieces can then be achieved, for example, according to the optimization method described above 2a . 2 B are determined to each other, with the aim of a substantially coaxial alignment and / or a predetermined axial distance of the workpieces 2a . 2 B to reach each other.

Hierbei ist es insbesondere möglich, dass bei der Ermittlung der optimalen axialen Fügeposition und/oder Drehstellung die zu erreichende koaxiale Ausrichtung und/oder der zu erreichende axiale Abstand der Werkstücke 2a, 2b zueinander gewichtet berücksichtigt werden. Die Gewichtung kann entweder manuell vom Benutzer gewählt werden oder ergibt sich nach zuvor festgelegten Bewertungskriterien aus den gemessenen Werkstückdaten, wie beispielsweise der Wandstärke und/oder dem Nenndurchmesser der Glasrohre 2a, 2b. In this case, it is possible in particular for the determination of the optimum axial joining position and / or rotational position to achieve the coaxial alignment and / or the axial distance of the workpieces to be achieved 2a . 2 B weighted to each other. The weighting can either be selected manually by the user or results from previously determined evaluation criteria from the measured workpiece data, such as the wall thickness and / or the nominal diameter of the glass tubes 2a . 2 B ,

Zum Positionieren der Werkstückenden in der ermittelten Fügeposition ist eine hier nicht gezeigte Auswerteeinrichtung vorgesehen, die vorzugsweise mit einer ebenso hier nicht gezeigten Steuereinrichtung verbunden ist. Die Steuereinrichtung selbst steht wiederum mit der Halteeinrichtung 3 in Wirkverbindung, um die Werkstückenden in der ermittelten Fügeposition zu positionieren. Ferner kann dann mithilfe der Steuereinrichtung und Halteeinrichtung 3 auch eine automatische Positionierung der Werkstückenden im Messfeld der Messeinrichtung 7 erfolgen, da die Messeinrichtung 7 in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Steuereinrichtung in Wirkverbindung steht. For positioning the workpiece ends in the determined joining position, an evaluation device not shown here is provided, which is preferably connected to a control device also not shown here. The control device itself is in turn connected to the holding device 3 in operative connection to position the workpiece ends in the determined joining position. Furthermore, then by means of the control device and holding device 3 also an automatic positioning of the workpiece ends in the measuring field of the measuring device 7 done, because the measuring device 7 in the embodiment shown here is in operative connection with the control device.

So kann es in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel der Fügevorrichtung 1 weiterhin vorgesehen sein, dass nach Ermittlung der optimalen Drehstellung die beiden Werkstücke 2a, 2b mit Hilfe der Halteeinrichtung 3 in die entsprechende relative Winkelausrichtung zueinander gedreht werden. Zu dieser optimalen Winkelposition wird sodann der optimale axiale Abstand, d.h. die optimale axiale Fügeposition ermittelt, um beispielsweise einen zuvor definierten Fügespaltabstand zu erzielen. So it may in the embodiment shown here, the joining device 1 be further provided that after determining the optimum rotational position, the two workpieces 2a . 2 B with the help of the holding device 3 be rotated in the corresponding relative angular orientation to each other. The optimum axial distance, ie the optimum axial joining position, is then determined for this optimum angular position in order, for example, to achieve a previously defined joint gap.

Nachdem die Werkstückenden in der ermittelten axialen Fügeposition und/oder Drehstellung positioniert wurden, erfolgt das eigentliche thermische Fügen der Werkstücke 2a, 2b mit Hilfe des Lasers 6. Dieser wird hierzu zunächst auf die zu erwärmenden Werkstückenden in radialer und axialer Richtung ausgerichtet. Zum Positionieren des Lasers weist die Heizeinrichtung 5 eine hier nicht gezeigte Verstelleinrichtung auf, mit der der Laser entlang der Werkstücklängsachse S und senkrecht dazu in vertikaler Richtung positioniert werden kann. In Hinblick auf einen automatisierten Fügeprozess ist hierzu die Verstelleinrichtung in vorteilhafter Weise mit der Steuereinrichtung verbunden, damit der Laser 6 bzw. der Laserstrahl 6a auf die zuvor ermittelte optimale Fügeposition der Werkstückenden automatisch eingestellt werden kann. After the workpiece ends have been positioned in the determined axial joining position and / or rotational position, the actual thermal joining of the workpieces takes place 2a . 2 B with the help of the laser 6 , This is first aligned for this purpose on the workpiece ends to be heated in the radial and axial directions. To position the laser, the heater has 5 an adjusting device, not shown here, with which the laser along the workpiece longitudinal axis S and can be positioned perpendicular thereto in the vertical direction. With regard to an automated joining process for this purpose, the adjusting device is advantageously connected to the control device, so that the laser 6 or the laser beam 6a can be adjusted automatically to the previously determined optimum joining position of the workpiece ends.

In besonders vorteilhafter Weise ist es nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, dass die zu fügenden Werkstückenden in Abhängigkeit der gemessenen Werkstückgeometrien und/oder der eingestellten Fügeposition, insbesondere dem eingestellten Fügespalt, erhitzt werden. Um die genannten Parameter beim Schmelzprozess zu berücksichtigen, ist die Steuereinrichtung deshalb in vorteilhafter Weise zum Ansteuern der Heizeinrichtung 5 ausgebildet. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass beim Ansteuern mit Hilfe der Heizeinrichtung 5 die Leistung und/oder die Position und/oder die räumliche Verteilung der eingebrachten Energie am Ort der Werkstückenden gesteuert werden kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Heizeinrichtung 5 deshalb insbesondere zum Steuern der Leistung und/oder der radialen bzw. axialen Modenposition und/oder der Modengröße und/oder der Modenform des eingestrahlten Laserlichts am Ort der Werkstückenden ausgebildet. In a particularly advantageous manner, according to the present embodiment, it is possible for the workpiece ends to be joined to be heated in dependence on the measured workpiece geometries and / or the set joining position, in particular the set joining gap. In order to take into account the mentioned parameters during the melting process, the control device is therefore advantageously for driving the heating device 5 educated. Thus, it may be provided, for example, that when driving by means of the heater 5 the power and / or the position and / or the spatial distribution of the introduced energy at the location of the workpiece ends can be controlled. In the present embodiment, the heating device 5 Therefore, in particular for controlling the power and / or the radial or axial mode position and / or the mode size and / or the mode shape of the irradiated laser light formed at the location of the workpiece ends.

Weiterhin ist eine Einrichtung 13 zum Messen der Temperatur der Werkstücke 2a, 2b, insbesondere der Werkstückenden, vorgesehen, die hier vorzugsweise ebenso mit der Steuereinrichtung in Wirkverbindung steht. Diese Temperaturmesseinrichtung kann beispielsweise, wie hier gezeigt, in Infrarot-Kamera sein, wodurch in vorteilhafter Weise ein berührungsloses Temperaturmessen der empfindlichen Glasbauteile ermöglicht wird. Durch die Temperaturmessung und Rückkopplung zur Steuereinrichtung lässt sich somit nicht nur eine Steuerung, sondern auch eine Regelung des Erwärmungs- bzw. Schmelzprozesses realisieren. Furthermore, a device 13 for measuring the temperature of the workpieces 2a . 2 B , in particular the workpiece ends, provided, which is here also preferably in operative connection with the control device. This temperature measuring device may be, for example, as shown here, in infrared camera, which advantageously allows a non-contact temperature measurement of the sensitive glass components. As a result of the temperature measurement and feedback to the control device, not only a control, but also a regulation of the heating or melting process can be realized.

Um eine benutzerdefinierte Beeinflussung der Fügepositionsermittlung und/oder der Heizeinrichtung 5 und/oder der Werkstückpositionierung zu ermöglichen, weisen die hier nicht gezeigten Auswerteeinrichtungen und/oder die Steuereinrichtung jeweils Schnittstellen zur benutzerdefinierten Eingabe von Prozessparametern auf. In order to have a custom influence on the joining position determination and / or the heating device 5 and / or to enable workpiece positioning, the evaluation devices and / or the control device, not shown here, each have interfaces for the user-defined input of process parameters.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Vorrichtung zum Fügen von rotationssymmetrischen Werkstücken Device for joining rotationally symmetrical workpieces
2a, 2b 2a, 2b
Werkstücke, insbesondere Glasrohre Workpieces, in particular glass tubes
3 3
Halteeinrichtung holder
4a, 4b 4a, 4b
Einspanneinrichtung chuck
5 5
Heizeinrichtung heater
6 6
Laser laser
6a 6a
Laserstrahl laser beam
7 7
Messeinrichtung measuring device
8 8th
Beleuchtungseinheit lighting unit
9 9
Detektionseinheit detection unit
10 10
Trägerbank der Halteeinrichtung Carrier bank of the holding device
11a, 11b 11a, 11b
Antriebseinrichtung zum Einspannen Drive device for clamping
12a, 12b 12a, 12b
Drehantriebseinrichtung Rotary drive device
13 13
Temperaturmessvorrichtung Temperature measuring device
14a, 14b 14a, 14b
Linearantriebseinrichtung Linear drive device
S S
Werkstücklängsachse Work longitudinal axis
α α
Drehwinkel angle of rotation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102008022259 A1 [0005] DE 102008022259 A1 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • „Keyence – 2D Inline-Messsysteme“ der Keyene Corpoation, 1-3-14, Higashi-Nakajima, Higashi-Yodogawa-ku, Osaka, 533–8555, Japan, aus 2011 [0018] "Keyence - 2D Inline Measurement Systems" of Keyene Corporation, 1-3-14, Higashi-Nakajima, Higashi-Yodogawa-ku, Osaka, 533-8555, Japan, from 2011 [0018]
  • Produktinformation „Keyence – 2D Inline-Messsysteme“ der Keyene Corpoation, 1-3-14, Higashi-Nakajima, Higashi-Yodogawa-ku, Osaka, 533–8555, Japan, aus 2011 [0056] Product Information "Keyence - 2D Inline Measurement Systems" of Keyene Corporation, 1-3-14, Higashi-Nakajima, Higashi-Yodogawa-ku, Osaka, 533-8555, Japan, from 2011 [0056]

Claims (20)

Verfahren zum Fügen von rotationssymmetrischen Werkstücken (2a, 2b) entlang ihrer Längsachse (S), insbesondere zum Fügen von Glasrohren, gekennzeichnet durch folgende Schritte: • Positionieren der stirnseitig zu fügenden Werkstückenden in einer Messeinrichtung (7), • Messen der Geometrie und/oder Ausrichtung der Werkstückenden, • Ermitteln einer axialen Fügeposition und/oder einer Drehstellung der Werkstücke (2a, 2b) zueinander in Abhängigkeit der gemessenen Geometrien und/oder Ausrichtungen zum Erreichen einer im Wesentlichen koaxialen Ausrichtung und/oder eines vorgegebenen axialen Abstandes der Werkstückenden zueinander, • Positionieren der zu fügenden Werkstücke (2a, 2b) in der ermittelten axialen Fügeposition und/oder der ermittelten Drehstellung, • Fügen der Werkstücke (2a, 2b). Method for joining rotationally symmetrical workpieces ( 2a . 2 B ) along its longitudinal axis (S), in particular for joining glass tubes, characterized by the following steps: • Positioning of the end faces to be joined at the end of a measuring device ( 7 ), • measuring the geometry and / or orientation of the workpiece ends, • determining an axial joining position and / or a rotational position of the workpieces ( 2a . 2 B ) to each other depending on the measured geometries and / or orientations to achieve a substantially coaxial alignment and / or a predetermined axial distance of the workpiece ends to each other, • Positioning of the workpieces to be joined ( 2a . 2 B ) in the determined axial joining position and / or the determined rotational position, • joining the workpieces ( 2a . 2 B ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zumindest vor dem Verfahrensschritt des eigentlichen Fügens gestoppt wird, wenn die Ausrichtung der Werkstücklängsachsen zueinander und/oder der axiale Abstand der Werkstückenden in der ermittelten axialen Fügeposition und/oder der ermittelten Drehstellung außerhalb eines jeweils vorgegebenen Toleranzbereiches liegt. A method according to claim 1, characterized in that the method is stopped at least before the process step of the actual joining, if the alignment of the workpiece longitudinal axes to each other and / or the axial distance of the workpiece ends in the determined axial joining position and / or the determined rotational position outside of each predetermined Tolerance range is. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückenden iterativ in einer vorgegebenen Anzahl von Schritten, vorzugsweise durch Profilprojektion, aus unterschiedlichen radialen Richtungen vermessen werden, wobei die zu vermessenden Werkstücke (2a, 2b) und/oder die Messeinrichtung (7) pro Iterationsschritt relativ zueinander jeweils um einen vorgegebenen Winkel (α), vorzugswiese um äquidistante Winkel, um die Werkstücklängsachse (S) gedreht werden. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the workpiece ends are iteratively measured in a predetermined number of steps, preferably by profile projection, from different radial directions, wherein the workpieces to be measured ( 2a . 2 B ) and / or the measuring device ( 7 ) per iteration step relative to each other by a predetermined angle (α), preferably by equidistant angle to the workpiece longitudinal axis (S) are rotated. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass pro Iterationsschritt jeweils wenigstens der radiale und/oder axiale Abstand wenigstens einer vorgegebenen Kantenposition der jeweiligen Werkstückenden zu einem Referenzpunkt ermittelt wird. A method according to claim 3, characterized in that each iteration step at least the radial and / or axial distance of at least one predetermined edge position of the respective workpiece ends is determined to a reference point. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem eigentlichen Messen der Geometrie der Werkstückenden und/oder deren Ausrichtung die zu fügenden Werkstückenden in einem vorgegebenen Messfeld der Messeinrichtung (7), vorzugsweise durch Rückkopplung mit der Messeinrichtung (7), positioniert werden. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that prior to the actual measurement of the geometry of the workpiece ends and / or their orientation, the workpiece ends to be joined in a predetermined measuring field of the measuring device ( 7 ), preferably by feedback with the measuring device ( 7 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der axialen Fügeposition und/oder der Drehstellung die zu erreichende koaxiale Ausrichtung und/oder der zu erreichende axiale Abstand der Werkstückenden gewichtet berücksichtigt werden. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that are taken into account in the determination of the axial joining position and / or the rotational position to be achieved coaxial alignment and / or the axial distance to be reached of the workpiece ends weighted. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke (2a, 2b) durch Erhitzen und Zusammenführen der Werkstückenden gefügt werden, wobei den Werkstückenden die Energie zum Erhitzen vorzugsweise radial von einer Heizeinrichtung (5) zugeführt wird. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the workpieces ( 2a . 2 B ) are joined by heating and merging of the workpiece ends, wherein the energy for heating preferably radially from a heating device ( 5 ) is supplied. Verfahren nach einem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zu fügenden Werkstücke (2a, 2b) beim Erhitzen und Zusammenführen synchron um die Werkstücklängsachse (S) gedreht werden. Method according to claim 7, characterized in that the workpieces to be joined ( 2a . 2 B ) are rotated synchronously around the workpiece longitudinal axis (S) during heating and merging. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückenden in Abhängigkeit der gemessenen Werkstückgeometrien und/oder der eingestellten Fügeposition und/oder der eingestellten Drehstellung erhitzt werden. A method according to claim 7 or 8, characterized in that the workpiece ends are heated in dependence of the measured workpiece geometries and / or the adjusted joining position and / or the set rotational position. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass beim Erhitzen der Werkstückenden die Leistung und/oder der Ort und/oder die räumliche Verteilung der eingebrachten Energie am Ort der Werkstückenden in Abhängigkeit der gemessenen Werkstückgeometrien und/oder der eingestellten Fügeposition und/oder der eingestellten Drehstellung und/oder der Temperatur der Werkstückenden geregelt und/oder gesteuert wird. Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that when heating the workpiece ends, the power and / or the spatial and / or spatial distribution of the introduced energy at the location of the workpiece ends depending on the measured workpiece geometries and / or the adjusted joining position and / or the set rotational position and / or the temperature of the workpiece ends is controlled and / or controlled. Vorrichtung (1) zum Fügen von rotationssymmetrischen Werkstücken (2a, 2b) entlang ihrer Längsachse (S), insbesondere zum Fügen von Glasrohren, mit einer Halteeinrichtung (3) zumindest zum Aufnehmen und Positionieren der Werkstücke, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (7) zum Messen der Geometrie und/oder Ausrichtung der Werkstückenden sowie eine Einrichtung zum Auswerten der gemessenen Geometrien und/oder Ausrichtungen vorgesehen sind, wobei die Auswerteeinrichtung zum Erreichen einer im Wesentlichen koaxialen Ausrichtung und/oder eines vorgegebenen axialen Abstandes der Werkstückenden zueinander eine axiale Fügeposition und/oder eine Drehstellung der Werkstückenden zueinander in Abhängigkeit der gemessenen Geometrien und/oder Ausrichtungen ermittelt. Contraption ( 1 ) for joining rotationally symmetrical workpieces ( 2a . 2 B ) along its longitudinal axis (S), in particular for joining glass tubes, with a holding device ( 3 ) at least for picking up and positioning the workpieces, in particular for carrying out a method according to one of the preceding claims, characterized in that a device ( 7 ) are provided for measuring the geometry and / or orientation of the workpiece ends and a device for evaluating the measured geometries and / or orientations, wherein the evaluation device for achieving a substantially coaxial alignment and / or a predetermined axial distance of the workpiece ends to each other an axial joining position and / or a rotational position of the workpiece ends to each other depending on the measured geometries and / or orientations determined. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerteeinrichtung eine Steuereinrichtung zugeordnet ist, die zumindest zum Positionieren der Werkstückenden in der ermittelten Fügeposition und/oder der ermittelten Drehstellung mit der Halteeinrichtung (3) in Wirkverbindung steht. Contraption ( 1 ) according to claim 11, characterized in that the evaluation device is associated with a control device, at least for positioning the workpiece ends in the determined joining position and / or the determined rotational position with the holding device ( 3 ) is in operative connection. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (7) eine Profilprojektionseinrichtung mit einer Beleuchtungseinheit (8) zum Beleuchten der Werkstückenden und einer Detektionseinheit (9), vorzugsweise einer CCD-Kamera, aufweist. Contraption ( 1 ) according to claim 11 or 12, characterized in that the measuring device ( 7 ) a profile projection device with a Lighting unit ( 8th ) for illuminating the workpiece ends and a detection unit ( 9 ), preferably a CCD camera. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke (2a, 2b) mit Hilfe der Halteeinrichtung (3) relativ zueinander oder synchron miteinander um die Werkstücklängsachse (S) drehbar sind. Contraption ( 1 ) according to one of claims 11 to 13, characterized in that the workpieces ( 2a . 2 B ) by means of the holding device ( 3 ) are rotatable relative to each other or synchronously with each other about the workpiece longitudinal axis (S). Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum thermischen Fügen der Werkstücke (2a, 2b) eine Heizeinrichtung (5) zum Erhitzen der Werkstückenden vorgesehen ist, die die zum Erhitzen benötigte Energie vorzugsweise radial zuführt. Contraption ( 1 ) according to any one of claims 11 to 14, characterized in that for the thermal joining of the workpieces ( 2a . 2 B ) a heating device ( 5 ) is provided for heating the workpiece ends, which preferably supplies the energy required for heating radially. Vorrichtung (1) nach Anspruch 15, dass die Heizeinrichtung (5) einen Laser (6), insbesondere CO2-Laser, und/oder einen Gasbrenner und/oder einen Plasmabrenner aufweist. Contraption ( 1 ) according to claim 15, that the heating device ( 5 ) a laser ( 6 ), in particular CO 2 laser, and / or has a gas burner and / or a plasma torch. Vorrichtung (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (5) zum Steuern der Leistung und/oder der Position und/oder der räumlichen Verteilung der eingebrachten Energie am Ort der Werkstückenden ausgebildet ist, insbesondere zum Steuern der Leistung und/oder der radialen bzw. axialen Modenposition und/oder der Modengröße und/oder der Modenform des eingebrachten Laserlichts (6a) am Ort der Werkstückenden. Contraption ( 1 ) according to claim 16, characterized in that the heating device ( 5 ) for controlling the power and / or the position and / or the spatial distribution of the introduced energy at the location of the workpiece ends, in particular for controlling the power and / or the radial or axial mode position and / or the mode size and / or the mode shape of the inserted laser light ( 6a ) at the location of the workpiece ends. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, das eine Vorrichtung (13) zum Messen der Temperatur der Werkstücke (2a, 2b), insbesondere der Werkstückenden, vorgesehen ist, die vorzugsweise mit der Steuereinrichtung in Wirkverbindung steht. Contraption ( 1 ) according to one of claims 12 to 17, characterized in that a device ( 13 ) for measuring the temperature of the workpieces ( 2a . 2 B ), in particular the workpiece ends, is provided, which is preferably in operative connection with the control device. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung zum Ansteuern der Heizeinrichtung (5) in Abhängigkeit der gemessenen Werkstückgeometrien und/oder der eingestellten Fügeposition und/oder der eingestellten Drehstellung und/oder der Temperatur der Werkstücke (2a, 2b) ausgebildet ist. Contraption ( 1 ) according to one of claims 15 to 18, characterized in that the control device for driving the heating device ( 5 ) depending on the measured workpiece geometries and / or the adjusted joining position and / or the set rotational position and / or the temperature of the workpieces ( 2a . 2 B ) is trained. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass Auswerteeinrichtung und/oder die Steuereinrichtung jeweils Schnittstellen zum benutzerdefinierten Beeinflussen der Fügepositionsermittlung und/oder der Heizeinrichtung (5) und/oder Werkstückpositionierung aufweisen. Contraption ( 1 ) according to any one of claims 12 to 19, characterized in that the evaluation device and / or the control device in each case interfaces for user-defined influencing of the joining position determination and / or the heating device ( 5 ) and / or workpiece positioning.
DE201210104115 2012-05-10 2012-05-10 Joining rotationally symmetrical workpieces along its longitudinal axis, comprises e.g. positioning the front side of a to-be-joined workpiece end in a measuring device, and measuring the geometry and/or orientation of the workpiece ends Withdrawn DE102012104115A1 (en)

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Produktinformation "Keyence - 2D Inline-Messsysteme" der Keyene Corpoation, 1-3-14, Higashi-Nakajima, Higashi-Yodogawa-ku, Osaka, 533-8555, Japan, aus 2011

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