DE102012204207B4

DE102012204207B4 - Method for laser beam welding

Info

Publication number: DE102012204207B4
Application number: DE102012204207.5A
Authority: DE
Inventors: Roland Weller; Winfried Magg
Original assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Current assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2015-02-19
Anticipated expiration: 2032-03-17
Also published as: DE102012204207A1

Abstract

Verfahren zum Laserstrahlschweißen eines ersten und eines zweiten Werkstückabschnitts (2a, 2b) entlang einer Schweißrichtung (4) in einem Fügebereich (12) mittels eines Laserbearbeitungskopfs (3), bei dem sich der erste und der zweite Werkstückabschnitt (2a, 2b) in einem nicht verschweißten Bereich gegeneinander bewegen, wobei der erste Werkstückabschnitt (2a) außerhalb des Fügebereichs (12) ein geometrisches Merkmal (8) aufweist, welches im nicht verschweißten Bereich der Werkstückabschnitte (2a, 2b) einen sich aufgrund der Bewegung der Werkstückabschnitte (2a, 2b) ändernden und im verschweißten Bereich der Werkstückabschnitte (2a, 2b) einen festen Abstand zum zweiten Werkstückabschnitt (2b) aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten: • Ermittlung der Position alleinig des geometrischen Merkmals (8) des ersten Werkstückabschnitts (2a) ausschließlich im verschweißten Bereich der Werkstückabschnitte (2a, 2b) relativ zum Laserbearbeitungskopf (3) in einem Detektionsbereich (11) mittels eines Sensors (9), wobei der Detektionsbereich (11) zu jedem Zeitpunkt bezüglich der Schweißrichtung (4) hinter dem Laserstrahl (5) am Werkstück liegt, • Positionierung des Laserbearbeitungskopfes (3) senkrecht zur Schweißrichtung (4) in einem festgelegten Abstand zur ermittelten Position des Merkmals (8).A method for laser beam welding a first and a second workpiece section (2a, 2b) along a welding direction (4) in a joining region (12) by means of a laser processing head (3), in which the first and the second workpiece section (2a, 2b) are not in one move the welded portion against each other, wherein the first workpiece portion (2a) outside of the joining region (12) has a geometric feature (8) which in the non-welded portion of the workpiece sections (2a, 2b) due to the movement of the workpiece sections (2a, 2b) changing and in the welded area of the workpiece sections (2a, 2b) has a fixed distance to the second workpiece section (2b), with the following method steps: • Determining the position solely of the geometric feature (8) of the first workpiece section (2a) exclusively in the welded portion of the workpiece sections (2a, 2b) relative to the laser processing head (3) in a detection Sector (11) by means of a sensor (9), wherein the detection area (11) at any time with respect to the welding direction (4) behind the laser beam (5) on the workpiece, positioning of the laser processing head (3) perpendicular to the welding direction (4) a fixed distance to the determined position of the feature (8).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen eines ersten und eines zweiten Werkstückabschnitts entlang einer Schweißrichtung in einem Fügebereich mittels eines Laserbearbeitungskopfs, bei dem sich der erste und der zweite Werkstückabschnitt in einem nicht verschweißten Bereich gegeneinander bewegen, wobei der erste Werkstückabschnitt außerhalb des Fügebereichs ein geometrisches Merkmal aufweist, welches im nicht verschweißten Bereich der Werkstückabschnitte einen sich aufgrund der Bewegung der Werkstückabschnitte ändernden und im verschweißten Bereich der Werkstückabschnitte einen festen Abstand zum zweiten Werkstückabschnitt aufweist.The invention relates to a method for laser beam welding a first and a second workpiece section along a welding direction in a joining region by means of a laser processing head, in which the first and the second workpiece section move in a non-welded region against each other, wherein the first workpiece section outside the joining region is a geometric feature which, in the non-welded region of the workpiece sections, has a fixed distance to the second workpiece section as a result of the movement of the workpiece sections and in the welded region of the workpiece sections.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Ein solches Verfahren ist bekannt aus DE 10 2007 030 395 A1 .Such a method is known from DE 10 2007 030 395 A1 ,

Bei Verfahren zum Laserstrahlschweißen muss der Laserstrahl an der Schweißstelle exakt mittig zum zu verschweißenden Fügespalt positioniert werden. Insbesondere ein Schweißprozess von umgeformten Flachbandmaterialien, wie beispielsweise in EP 0 262 363 A2 beschrieben, stellt hohe Anforderungen an das korrekte Führen des Materials direkt vor der Schweißposition: Bevor das umgeformte Flachbandmaterial durch die Schweißung gefügt wird, ist die Lage der zu fügenden Kanten zueinander in der Regel nicht exakt festgelegt, da aus den vorgelagerten Umformprozessen Schwankungen der Kantenpositionen resultieren können. Der Abstand der zu verschweißenden Werkstückabschnitte kann daher in den Richtungen senkrecht zur Schweißrichtung variieren. Eine üblicherweise bei Schweißprozessen vor der Schweißposition eingesetzte Sensorik zur Nahtlagen- und Schweißspaltbreitenmessung kann daher die Kantenlage des Schweißspaltes nicht immer prozesssicher detektieren, da sich durch die Bewegung des Materials zwischen der Sensorposition und der Position des auftreffenden Laserstrahls (Schweißposition) Veränderungen der Kantenlage ergeben können.In laser beam welding processes, the laser beam must be positioned at the welding point exactly in the middle of the joint gap to be welded. In particular, a welding process of formed flat strip materials, such as in EP 0 262 363 A2 described, places high demands on the correct guidance of the material directly in front of the welding position: Before the deformed flat strip material is joined by the weld, the position of the edges to be joined is usually not exactly defined, since fluctuations of the edge positions result from the upstream forming processes can. The distance between the workpiece sections to be welded can therefore vary in the directions perpendicular to the welding direction. A sensor system for seam layer and weld gap width measurement usually used in welding processes before the welding position can therefore not always reliably detect the edge position of the welding gap, since changes in the edge position can result from the movement of the material between the sensor position and the position of the incident laser beam (welding position).

Aus DE 38 00 752 A1 und DE 102 34 242 A1 ist es bekannt, einen Lichtschnittsensor unmittelbar hinter einer Schweißposition anzuordnen und aus der gemessenen Lage und Geometrie der Laserschweißnaht einen Kennwert bzw. Steuersignale für die Regelung der Position des Laserschweißkopfes zu generieren. Da die Schweißnaht jedoch eine räumliche Ausdehnung besitzt, die größer ist als die des Fügespalts, lässt sich aus der ermittelten Lage der Schweißnaht die Lage der Fügestelle nicht hochgenau ableiten. Außerdem ergeben sich bei dieser Methode Schwierigkeiten, wenn die Schweißnähte unregelmäßig oder konkav sind, da in diesen Fällen der Mittelpunkt der Schweißnaht nicht zuverlässig ermittelt werden kannOut DE 38 00 752 A1 and DE 102 34 242 A1 It is known to arrange a light section sensor immediately behind a welding position and to generate from the measured position and geometry of the laser weld a characteristic value or control signals for the regulation of the position of the laser welding head. However, since the weld has a spatial extent that is greater than that of the joint, can be derived from the determined position of the weld, the position of the joint is not highly accurate. In addition, difficulties arise in this method, when the welds are irregular or concave, since in these cases, the center of the weld can not be reliably determined

Aus EP 0 770 445 A2 ist ein Laserschweißverfahren bekannt, bei dem die Position der Fügelinie sowohl vor als auch nach erfolgter Schweißung gemessen wird. So wird der Verlauf einer Schweißnaht ermittelt und mit dem Verlauf bzw. einem gewünschten Verlauf vor dem Laserschweißkopf verglichen.Out EP 0 770 445 A2 A laser welding method is known in which the position of the joint line is measured both before and after welding. Thus, the course of a weld is determined and compared with the course or a desired course before the laser welding head.

Aus DE 103 46 264 A1 und DE 10 2004 043 076 A1 ist es bekannt, während eines Laserschweißprozesses Bildsignale von der Oberfläche des Werkstücks aufzunehmen und daraus Istwerte von geometrischen Größen des Werkstücks oder der Schweißstelle abzuleiten. Bei DE 103 46 264 A1 werden dazu im Arbeitsbereich des Schweißlasers die Kanten der Sicke innerhalb der der Schweißprozess stattfindet, von einer Kamera erfasst. Bei dem aus DE 10 2004 043 076 A1 bekannten Verfahren werden Muster aus verschiedenen Richtungen auf die Oberfläche des Werkstücks projiziert. Aufgrund von Verzerrungen in den Projektionen wird die Geometrie der Werkstückoberfläche ermittelt. Aus dem Vergleich mit entsprechenden Sollwerten werden Stellwerte für Aktoren des Ablenksystems und des Fokussystems für den Laserstrahl sowie für die Positionierung des Schweißroboters errechnet.Out DE 103 46 264 A1 and DE 10 2004 043 076 A1 It is known to record image signals from the surface of the workpiece during a laser welding process and to derive therefrom actual values of geometric sizes of the workpiece or the weld. at DE 103 46 264 A1 For this purpose, in the work area of the welding laser, the edges of the bead within which the welding process takes place are detected by a camera. At the DE 10 2004 043 076 A1 Known methods project patterns from different directions onto the surface of the workpiece. Due to distortions in the projections, the geometry of the workpiece surface is determined. From the comparison with corresponding nominal values, manipulated variables are calculated for actuators of the deflection system and of the focus system for the laser beam as well as for the positioning of the welding robot.

Aus DE 10 2007 030 395 A1 ist es bekannt, zur Nahtlageregelung während eines Laserschweißprozesses vor und nach der Schweißstelle eine benachbart zur Fügestelle verlaufende Markierung zu detektieren. Dieses Verfahren ist jedoch nicht anwendbar, wenn sich die zu fügenden Kanten vor der Schweißstelle gegeneinander bewegen können.Out DE 10 2007 030 395 A1 it is known to detect the seam position control during a laser welding process before and after the weld a running adjacent to the joint mark. However, this method is not applicable if the edges to be joined can move in front of the weld against each other.

Aus DE 10 2004 039 410 A1 ist es bekannt, bei der Bearbeitung eines Werkstücks eine Lichtlinie in einen bearbeiteten Bereich eines Werkstücks dicht hinter dem Bearbeitungskopf so zu projizieren, dass sie sowohl auf dem bearbeiteten Bereich als auch auf einer von der Werkstückbearbeitung unabhängigen, vorzugsweise linienförmigen Werkstückstruktur oder Markierung liegt. Auf diese Weise wird der Abstand der Werkstückstruktur von der Mitte der Schweißnaht und somit die tatsächliche Lage des Bearbeitungsbereichs auf dem Werkstück bestimmt. Aus dem gemessenen Abstand werden Stellwerte für den Bearbeitungskopf abgeleitet. Schwierigkeiten ergeben sich bei dieser Methode jedoch, wenn die Schweißnähte unregelmäßig oder konkav sind, da in diesen Fällen der Mittelpunkt der Schweißnaht nicht zuverlässig ermittelt werden kann.Out DE 10 2004 039 410 A1 In the processing of a workpiece, it is known to project a line of light into a machined region of a workpiece close behind the machining head in such a way that it lies both on the machined area and on a workpiece-processing-independent or preferably linear workpiece structure or marking. In this way, the distance of the workpiece structure from the center of the weld and thus the actual position of the machining area on the workpiece is determined. From the measured distance, manipulated variables for the machining head are derived. Difficulties arise in this method, however, when the welds are irregular or concave, since in these cases, the center of the weld can not be reliably determined.

Aus GB 2 318 885 A ist ein Lichtbogenschweißverfahren bekannt, bei dem ein Roboterschweißgerät mit einem Schweißbrenner und einer Steuereinheit automatisch einer Schweißfügelinie zwischen zwei Werkstücken folgt, mit folgenden Verfahrensschritten:

– Markieren der zu schweißenden Kanten der Werkstücke mit einer Reihe von Punkten;
– Scannen des Bereiches der Schweißfügelinie mit einem Scanner;
– Detektieren der Punkte und Ableiten von Informationen über die Punkte;
– Verarbeiten der Informationen über die Punkte, um die Position der Fügelinie relativ zum Schweißbrenner zu bestimmen;
– Bestimmen des Positionsfehlers der Fügelinie relativ zum Schweißbrenner; und
– Senden von Positionskorrekturdaten an die Steuereinheit.

Out GB 2 318 885 A an arc welding method is known in which a robot welding device with a welding torch and a control unit automatically one Welding line between two workpieces follows, with the following process steps:

- marking the edges of the workpieces to be welded with a series of points;
- Scanning the area of the weld line with a scanner;
- detecting the points and deriving information about the points;
Processing the information about the points to determine the position of the joint line relative to the welding torch;
Determining the positional error of the joint line relative to the welding torch; and
Sending position correction data to the control unit.

Aus DE 20 2006 005 916 U1 ist schließlich eine Überwachungseinrichtung für Laserstrahlvorrichtungen mit einem Laserstrahl bekannt, wobei die Laserstrahlvorrichtung einen beweglichen Laserkopf, die Überwachungseinrichtung eine am Laserkopf anbaubare Sensoreinrichtung und die Sensoreinheit eine steuerbare Stelleinrichtung für einen Bildaufnehmer und eine Projektionseinrichtung aufweisen.Out DE 20 2006 005 916 U1 Finally, a monitoring device for laser beam devices with a laser beam is known, wherein the laser beam device has a movable laser head, the monitoring device can be attached to the laser head sensor device and the sensor unit has a controllable adjusting device for an image sensor and a projection device.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit welchem eine exakte Positionierung des Laserschweißkopfes bei Werkstücken gewährleistet werden kann, deren Fügekanten vor dem Schweißprozess nicht festgelegt sind.It is therefore the object of the present invention to propose a method of the type mentioned, with which an exact positioning of the laser welding head can be ensured in workpieces whose joining edges are not determined before the welding process.

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by a method according to claim 1.

Erfindungsgemäß wird die Position des geometrischen Merkmals relativ zum Bearbeitungskopf in einem Detektionsbereich mittels eines Sensors detektiert, wobei der Detektionsbereich zu jedem Zeitpunkt bezüglich der Schweißrichtung hinter dem Laserstrahl am Werkstück liegt. Der Laserbearbeitungskopf wird dann senkrecht zur Schweißrichtung in einem festgelegten Abstand zur ermittelten Position des geometrischen Merkmals positioniert. Der festgelegte Abstand ergibt sich aus dem Abstand des geometrischen Merkmals zur Fügekante des Werkstückabschnitts, der das geometrische Merkmal aufweist. Der Abstandswert ist in der Steuerung des Bearbeitungskopfes gespeichert.According to the invention, the position of the geometric feature relative to the machining head is detected in a detection area by means of a sensor, wherein the detection area lies behind the laser beam on the workpiece at any time with respect to the welding direction. The laser processing head is then positioned perpendicular to the welding direction at a fixed distance to the determined position of the geometric feature. The fixed distance results from the distance of the geometric feature to the joining edge of the workpiece section, which has the geometric feature. The distance value is stored in the control of the machining head.

Zur Ermittlung der Position des geometrischen Merkmals wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Parameter eines ausschließlich außerhalb des Fügebereichs (= Bereich, in dem die Werkstückabschnitte durch den Schweißprozess zusammengefügt wurden) angeordneten geometrischen Merkmals eines Werkstückabschnitts detektiert. Während des Schweißprozesses ändern sich kontinuierlich sowohl die Schweißposition (= Auftreffpunkt des Laserstrahls auf die Werkstückabschnitte zum jeweils aktuellen Zeitpunkt) als auch der Detektionsbereich. Für jede Schweißposition existiert demnach ein Detektionsbereich, der seitlich versetzt hinter der jeweiligen Schweißposition angeordnet ist.In order to determine the position of the geometric feature, in the method according to the invention, a parameter of a geometrical feature of a workpiece section which is arranged exclusively outside the joining region (= region in which the workpiece sections have been joined together by the welding process) is detected. During the welding process, both the welding position (= point of impact of the laser beam on the workpiece sections at the current time) and the detection range change continuously. Accordingly, there is a detection area for each welding position, which is arranged laterally offset behind the respective welding position.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in einfacher Weise eine genaue Nahtlageregelung für Werkstücke, deren Fügekanten sich vor dem Schweißen gegeneinander bewegen. Im Detektionsbereich sind die Werkstückabschnitte durch den Schweißprozess gegeneinander lagestabilisiert, so dass eine ungewollte Bewegung der beiden Werkstückteile verhindert wird. Eine solche Post-Prozess-Schweißnahtregelung hat den wesentlichen Vorteil, dass Führungsfehler, die beispielsweise aus einem vorgelagerten Umformprozess resultieren, bei der Detektion nicht mehr vorhanden sind, und somit eine prozesssichere Regelung der Schweißposition gegeben ist. Durch das Positionieren des Sensors zur Erfassung des geometrischen Merkmals im Nachlauf zur Schweißposition sind Störgrößen des vorgelagerten Umformprozesses nicht mehr relevant. Dies hat den Vorteil, dass ein geringerer Führungsaufwand im Umformprozess nötig ist.The method according to the invention enables in a simple manner an exact seam position control for workpieces whose joining edges move against each other before welding. In the detection area, the workpiece sections are positionally stabilized by the welding process, so that an unwanted movement of the two workpiece parts is prevented. Such a post-process weld seam control has the significant advantage that guide errors that result, for example, from an upstream forming process, are no longer present in the detection, and thus a process-reliable control of the welding position is given. By positioning the sensor to detect the geometric feature in the wake of the welding position disturbances of the upstream forming process are no longer relevant. This has the advantage that a lower management effort in the forming process is necessary.

Auf eine Detektion der Schweißnaht selber wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verzichtet. Stattdessen wird die Position des geometrischen Merkmals relativ zum Laserbearbeitungskopf, dessen Position im Raum bekannt ist, ermittelt. Auf diese Weise können Messungenauigkeiten, die aus der Form der Schweißnaht resultieren, vermieden werden.Detection of the weld itself is dispensed with in the method according to the invention. Instead, the position of the geometric feature relative to the laser processing head whose position is known in space is determined. In this way, measurement inaccuracies resulting from the shape of the weld can be avoided.

Nach Ermittlung der Position des geometrischen Merkmals wird der Laserstrahl anhand des detektierten Parameters des geometrischen Merkmals quer (senkrecht) zur Schweißrichtung relativ zum Fügebereich des Werkstücks positioniert. Der Bearbeitungskopf wird dazu im in der Steuerung gespeicherten Abstand zum geometrischen Merkmal angeordnet. Vorzugsweise weist das geometrische Merkmal einen konstanten Abstand zur Fügekante des zugeordneten Werkstückabschnitts auf, so dass in der Steuerung nur ein feststehender Abstandswert gespeichert sein muss. Alternativ kann das geometrische Merkmal einen veränderlichen Abstand zur Fügekante (und damit zum Fügebereich) aufweisen. Dann muss in der Steuerung für die gesamte Schweißbahn ein Verlauf des Abstands des geometrischen Merkmals zur Fügekante gespeichert sein.After determining the position of the geometric feature of the laser beam is positioned on the basis of the detected parameter of the geometric feature transversely (perpendicular) to the welding direction relative to the joining region of the workpiece. The machining head is arranged for this purpose in the distance stored in the control to the geometric feature. Preferably, the geometric feature has a constant distance to the joining edge of the associated workpiece section, so that in the control only a fixed distance value must be stored. Alternatively, the geometric feature may have a variable distance to the joining edge (and thus to the joint area). Then, a course of the distance of the geometric feature to the joining edge must be stored in the control for the entire welding path.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für die Nahtlageregelung bei Fügeprozessen eines umgeformten Flachbandmaterials, in denen besonders hohe Anforderungen an das korrekte Führen des Materials gestellt werden.The inventive method is particularly suitable for the seam position control in joining processes of a formed flat strip material, in which places particularly high demands on the correct guiding of the material.

Vorzugsweise dienen als geometrische Merkmale bereits vorhandene Strukturen des Werkstückabschnitts, die einen bekannten Abstand zur Fügekante des Werkstückabschnitts aufweisen. Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens dient daher als geometrisches Merkmal eine Werkstückkante, eine Werkstückrippe oder eine Werkstücksicke, deren Lage gemessen wird. Diese Merkmale sind oftmals schon am Werkstückabschnitt vorhanden und müssen nicht zusätzlich erzeugt werden.Preferably serve as geometric features already existing structures of the workpiece section, which have a known distance to the joining edge of the workpiece section. In a preferred variant of the method according to the invention therefore serves as a geometric feature, a workpiece edge, a workpiece rib or a workpiece bead whose position is measured. These features are often already present on the workpiece section and do not need to be additionally generated.

Alternativ oder zusätzlich kann als geometrisches Merkmal eine am Werkstück angeordnete Markierung dienen, deren Lage senkrecht zur Schweißrichtung gemessen wird. Eine solche Markierung muss zwar zusätzlich aufgebracht werden, hat aber den Vorteil, dass der Abstand zur Fügekante frei wählbar ist.Alternatively or additionally, a geometrical feature may be a marking arranged on the workpiece, the position of which is measured perpendicular to the welding direction. Although such a mark must be additionally applied, but has the advantage that the distance to the joining edge is arbitrary.

Bei einer speziellen Variante wird die Position des geometrischen Merkmals unter einem Winkel zur Strahlausbreitungsrichtung des Laserstrahls detektiert, wenn das geometrische Merkmal auf diese Weise besser vermessen werden kann.In a special variant, the position of the geometric feature is detected at an angle to the beam propagation direction of the laser beam, if the geometric feature can be better measured in this way.

Vorzugsweise wird der Parameter des geometrischen Merkmals mittels eines Auflicht- und/oder eines Lichtschnittsensors detektiert. Dies stellt eine zuverlässige Methode zur Vermessung eines Höhenprofils, z. B. von einer Kante, dar.Preferably, the parameter of the geometric feature is detected by means of a reflected-light and / or a light-section sensor. This provides a reliable method for measuring a height profile, eg. B. from an edge, is.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen besonders gut zur Geltung, wenn es bei Werkstückabschnitten angewandt wird, die aus umgeformtem Flachbandmaterial geformt sind, da hier die Lage der Fügekanten vor der Verschweißung in der Regel nicht exakt festgelegt sind.The advantages of the method according to the invention are particularly effective when it is applied to workpiece sections which are formed from formed flat strip material, since the position of the joining edges before welding are generally not exactly defined here.

Die beiden zu verschweißenden Werkstückabschnitte können Teile eines einzigen Werkstücks oder aber auch mehrerer Werkstücke sein.The two workpiece sections to be welded can be parts of a single workpiece or even of several workpieces.

Bei der Erfindung wurde erkannt, dass für eine Nahtlageregelung ein geometrisches Merkmal eines Werkstückabschnitts genutzt werden kann, das vor der Schweißposition in seiner Lage relativ zur Schweißnaht schwankt. Durch das Verschweißen der beiden Werkstückabschnitte wird eine Bewegung des geometrischen Merkmals verhindert und somit eine zuverlässige Detektion des geometrischen Merkmals ermöglicht. Das erfindungsgemäße Verfahren kann eingesetzt werden, wenn die Umgebung der Fügestelle in ihrer Geometrie durch den Fügeprozess nicht verändert wird.In the invention, it was recognized that for a seam position control, a geometric feature of a workpiece section can be used, which varies in position relative to the weld before the welding position. By welding the two workpiece sections a movement of the geometric feature is prevented and thus enables a reliable detection of the geometric feature. The inventive method can be used if the environment of the joint is not changed in its geometry by the joining process.

Es zeigen:Show it:

1 eine räumliche Darstellung der Vorrichtung zum erfindungsgemäßen Laserschweißen an einem umgeformten Werkstück; und 1 a spatial representation of the apparatus for laser welding according to the invention on a formed workpiece; and

2 eine Schnittdarstellung des Werkstücks während des Schweißprozesses. 2 a sectional view of the workpiece during the welding process.

1 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an einem aus einem umgeformten Flachbandmaterial geformten Werkstück 1. Das Werkstück 1 weist zwei Werkstückabschnitte 2a, 2b auf, die mittels eines Laserbearbeitungskopfes 3 miteinander verbunden werden sollen. Das Werkstück 1 wird entgegen einer Schweißrichtung 4 gegenüber dem Laserbearbeitungskopf 3 verschoben. Alternativ kann das Werkstück 1 ruhend angeordnet sein und der Laserbearbeitungskopf 3 in der Schweißrichtung 4 bewegt werden. Der Fokuspunkt eines auf das Werkstück 1 fokussierten Laserstrahls 5, der von dem Laserbearbeitungskopf 3 auf das Werkstück 1 gerichtet wird, befindet sich in einer Schweißposition 6. Der Laserbearbeitungskopf 3 ist entlang einer Stellachse 7 quer zur Schweißrichtung 4 bewegbar. Hierdurch kann der Laserstrahl 5 in die ideale Schweißposition gebracht werden, um eine Schweißnaht 10 zwischen den beiden Werkstückabschnitten 2a, 2b zu erzeugen (2). 1 shows an apparatus for performing the method according to the invention on a molded from a formed flat strip material workpiece 1 , The workpiece 1 has two workpiece sections 2a . 2 B on, by means of a laser processing head 3 to be connected to each other. The workpiece 1 is against a welding direction 4 opposite the laser processing head 3 postponed. Alternatively, the workpiece 1 be located dormant and the laser processing head 3 in the welding direction 4 to be moved. The focus point of a on the workpiece 1 focused laser beam 5 that of the laser processing head 3 on the workpiece 1 is directed, is in a welding position 6 , The laser processing head 3 is along a positioning axis 7 transverse to the welding direction 4 movable. This allows the laser beam 5 be brought into the ideal welding position to a weld 10 between the two workpiece sections 2a . 2 B to create ( 2 ).

Die Regelung der Position des Laserbearbeitungskopfes 3 (Nahtlageregelung) wird anhand der während des Schweißprozesses ermittelten Position eines geometrischen Merkmals vorgenommen. Bei dem gezeigten Beispiel wird als geometrisches Merkmal eine Kante 8 des oberen Werkstückabschnitts 2a mittels eines Lichtschnittsensors 9 vermessen. Eine detaillierte Schnittdarstellung der in 1 gezeigten Anordnung ist in 2 dargestellt.The regulation of the position of the laser processing head 3 (Seam position control) is made on the basis of the position of a geometric feature determined during the welding process. In the example shown, a geometrical feature becomes an edge 8th of the upper workpiece section 2a by means of a light section sensor 9 measured. A detailed sectional view of the in 1 shown arrangement is in 2 shown.

Vor dem Fügen werden die Werkstückabschnitte 2a, 2b mit Hilfe von Andrückrollen 13 zueinander positioniert. Die Andrückrollen können allerdings nicht vollständig verhindern, dass sich die Werkstückabschnitte 2a, 2b in einer Richtung senkrecht zur Schweißrichtung 4 gegeneinander bewegen. Erfindungsgemäß wird daher die Kante 8 in einem Detektionsbereich 11 vermessen, der hinter der Schweißposition 6, also im bereits geschweißten Teil des Werkstücks 1 liegt. Die Kante 8 ist dann durch den Schweißprozess in ihrer Lage stabilisiert. Der Abstand der Kante 8 relativ zur Fügekante des oberen Werkstückabschnitts 2a ist bekannt und in der Steuerung des Laserbearbeitungskopfes 3 gespeichert. Der Lichtschnittsensor 9 und der Laserbearbeitungskopf 3 sind in einem festen Abstand zueinander montiert, so dass mittels des Lichtschnittsensors 9 die Lage der Kante 8 relativ zum Laserbearbeitungskopf 3 ermittelt werden kann. Aus der Lage der Kante 8 können somit Soll-Stellsignale für die Positionierung des Bearbeitungskopfs 3 in der Weise abgeleitet werden, dass der Laserbearbeitungskopfes 3 mit dem gespeicherten Abstand zur Kante 8 positioniert wird.Before joining, the workpiece sections 2a . 2 B with the help of pressure rollers 13 positioned to each other. However, the pressure rollers can not completely prevent the workpiece sections 2a . 2 B in a direction perpendicular to the welding direction 4 move against each other. According to the invention, therefore, the edge 8th in a detection area 11 measured, behind the welding position 6 , ie in the already welded part of the workpiece 1 lies. The edge 8th is then stabilized in its position by the welding process. The distance of the edge 8th relative to the joining edge of the upper workpiece section 2a is known and in the control of the laser processing head 3 saved. The light section sensor 9 and the laser processing head 3 are mounted at a fixed distance from each other, so that by means of the light section sensor 9 the location of the edge 8th relative to the laser processing head 3 can be determined. From the location of the edge 8th can thus setpoint control signals for the positioning of the machining head 3 be derived in the way that the laser processing head 3 with the saved distance to the edge 8th is positioned.

Die als geometrisches Merkmal zu detektierende Kante 8 ist erfindungsgemäß zur Schweißnaht 10 seitlich versetzt (vorzugsweise benachbart, also in unmittelbarer Nähe der Schweißnaht), aber außerhalb des Fügebereichs 12 der beiden Werkstückabschnitte 2a, 2b. Zur Ermittlung der Soll-Stellsignale für die Positionierung des Bearbeitungskopfs 3 erfolgt keine Detektion der Schweißnaht 10 selber. Erfindungsgemäß ist der Laserbearbeitungskopf mit einem bekannten Abstand zum gemessenen Merkmal angeordnet, so dass auf die Vermessung der Schweißnaht verzichtet werden kann. Hierdurch wird eine flexiblere Anordnung des Lichtschnittsensors 9 ermöglicht. Das erfindungsgemäße Verfahren ist außerdem auch auf Werkstücke 1 anwendbar, die – wie in 2 gezeigt – mittels einer Kehlnaht oder Flächennaht 10 (2) verschweißt werden, deren exakter Mittelpunkt schwer zu bestimmen ist.The edge to be detected as a geometric feature 8th is according to the invention to the weld 10 offset laterally (preferably adjacent, so in the immediate vicinity of the weld), but outside the joining area 12 the two workpiece sections 2a . 2 B , For determining the setpoint positioning signals for the positioning of the machining head 3 there is no detection of the weld 10 himself. According to the invention, the laser processing head is arranged at a known distance from the measured feature, so that the measurement of the weld seam can be dispensed with. As a result, a more flexible arrangement of the light section sensor 9 allows. The inventive method is also on workpieces 1 applicable, which - as in 2 shown - by means of a fillet weld or flat seam 10 ( 2 ) whose exact center is difficult to determine.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann dadurch erweitert werden, dass nicht nur die Position des geometrischen Merkmals zur Nahtlageregelung detektiert wird, sondern auch weitere Parameter, die eine Qualitätskontrolle des Fügeprozesses erlauben. So kann beispielsweise die erfolgreiche Anbindung überprüft werden, indem der Höhenversatz zwischen den Werkstückabschnitten 2a, 2b gemessen wird. Der Höhenversatz zwischen den Werkstückabschnitten 2a, 2b ist bei Kenntnis der Blechdicke des Werkstückabschnitts 2a ein direktes Signal für die Anbindung der beiden Werkstückabschnitte 2a, 2b. Darüber hinaus kann auch zusätzlich zur Position der Kante 8 der dreidimensionale (geometrische) Verlauf der Schweißraupe, d. h. die Anbindungsfläche zwischen Ober- und Unterblech, gemessen werden. So können Unregelmäßigkeiten, wie z. B. Löcher oder Volumenänderungen detektiert werden.The method according to the invention can be extended by detecting not only the position of the geometric feature for seam position control, but also other parameters which allow a quality control of the joining process. Thus, for example, the successful connection can be checked by the height offset between the workpiece sections 2a . 2 B is measured. The height offset between the workpiece sections 2a . 2 B is with knowledge of the sheet thickness of the workpiece section 2a a direct signal for the connection of the two workpiece sections 2a . 2 B , In addition, also in addition to the position of the edge 8th the three-dimensional (geometric) course of the weld bead, ie the connection surface between upper and lower sheet, be measured. So irregularities, such. B. holes or volume changes can be detected.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Werkstückworkpiece
2a, 2b2a, 2b: WerkstückabschnitteWorkpiece sections
33: LaserbearbeitungskopfLaser processing head
44: Schweißrichtung (entgegengesetzt der Bewegungsrichtung der Werkstückabschnitte)Welding direction (opposite to the direction of movement of the workpiece sections)
55: Laserstrahllaser beam
66: Schweißposition (= Auftreffpunkt des Laserstrahls auf die Werkstückabschnitte zum jeweils aktuellen Zeitpunkt)Welding position (= point of impact of the laser beam on the workpiece sections at the current time)
77: Stellachse des Laserbearbeitungskopfs für die Positionierung des Laserbearbeitungskopfes senkrecht zur SchweißrichtungAdjustment axis of the laser processing head for the positioning of the laser processing head perpendicular to the welding direction
88th: Kanteedge
99: LichtschnittsensorLight section sensor
1010: SchweißnahtWeld
1111: Detektionsbereich (= Bereich auf dem Werkstückabschnitt, innerhalb dessen das geometrische Merkmal zum jeweils aktuellen Zeitpunkt detektiert wird)Detection area (= area on the workpiece section within which the geometric feature is detected at the current time)
1212: Fügebereich (= Bereich, in dem die Verschweißung der Werkstückabschnitte erfolgt)Joining area (= area in which the welding of the workpiece sections takes place)
1313: Andrückrollenpressure rollers

Claims

Method for laser beam welding of a first and a second workpiece section ( 2a . 2 B ) along a welding direction ( 4 ) in a joining area ( 12 ) by means of a laser processing head ( 3 ), in which the first and the second workpiece section ( 2a . 2 B ) move in a non-welded area against each other, wherein the first workpiece section ( 2a ) outside the joining area ( 12 ) a geometric feature ( 8th ), which in the non-welded region of the workpiece sections ( 2a . 2 B ) a due to the movement of the workpiece sections ( 2a . 2 B ) and in the welded area of the workpiece sections ( 2a . 2 B ) a fixed distance to the second workpiece section ( 2 B ), with the following method steps: • Determining the position of the geometric feature alone ( 8th ) of the first workpiece section ( 2a ) exclusively in the welded area of the workpiece sections ( 2a . 2 B ) relative to the laser processing head ( 3 ) in a detection area ( 11 ) by means of a sensor ( 9 ), the detection area ( 11 ) at any time with respect to the welding direction ( 4 ) behind the laser beam ( 5 ) is located on the workpiece, • positioning of the laser processing head ( 3 ) perpendicular to the welding direction ( 4 ) at a fixed distance from the determined position of the feature ( 8th ).

A method according to claim 1, characterized in that as a geometric feature a workpiece edge ( 8th ), a workpiece rib or a workpiece bead is used.

A method according to claim 1, characterized in that as a geometric feature on the workpiece (section 2a . 2 B ) arranged mark serves.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the geometric feature ( 8th ) a constant distance to a joining edge of the first workpiece section ( 2a ) having.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the position of the geometric feature ( 8th ) at an angle to the beam propagation direction of the laser beam ( 5 ) is detected.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the position of the geometric feature ( 8th ) by means of an incident light and / or a light section sensor ( 9 ) is detected.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the workpiece sections ( 2a . 2 B ) are formed from formed ribbon material.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the two workpiece sections ( 2a . 2 B ) Part of a single workpiece ( 1 ) are.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in a further method step, the geometry of the weld ( 10 ) with the help of the sensor ( 9 ) is measured.