DE102013215362B4 - Method, computer program product and device for determining a welding depth in laser welding - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Bestimmen einer Einschweißtiefe (T) während eines Laser-Schweißprozesses und/oder anschließend an einen Laser-Schweißprozess von Werkstücken (4), umfassend die Schritte: zweidimensional ortsaufgelöstes Detektieren der Intensität (I) von Strahlung (2b), die von einem flüssigen Schmelzbad (21) und einer sich an das flüssige Schmelzbad (21) anschließenden, erstarrten Schmelze (23) emittiert wird, Bestimmen von geometrischen Größen (M1, ..., Mn) des Schmelzbades (21) und der erstarrten Schmelze (23) anhand der zweidimensional ortsaufgelöst detektierten Strahlungsintensität (I), und Bestimmen einer Kenngröße (KT) für die Einschweißtiefe (T) als Funktion von mindestens einer geometrischen Größe (M1, M2) des Schmelzbades (21) und mindestens einer geometrischen Größe (M3, M4) der erstarrten Schmelze (23).Method for determining a welding depth (T) during a laser welding process and / or subsequent to a laser welding process of workpieces (4), comprising the steps: two-dimensionally spatially resolved detection of the intensity (I) of radiation (2b) that is from a liquid Melting bath (21) and one of the liquid molten bath (21) subsequent, solidified melt (23) is emitted, determining geometric sizes (M1, ..., Mn) of the molten bath (21) and the solidified melt (23) the radiation intensity (I) detected in two-dimensionally spatially resolved manner and determining a characteristic value (KT) for the welding depth (T) as a function of at least one geometric variable (M1, M2) of the molten bath (21) and at least one geometric variable (M3, M4) solidified melt (23).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Einschweißtiefe während eines Laser-Schweißprozesses und/oder nach einem Laser-Schweißprozess bzw. die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserschweißen, bei dem während eines Schweißprozesses und/oder nach dem Schweißprozess eine Bestimmung der Einschweißtiefe erfolgt. Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens sowie eine Vorrichtung zum Laserschweißen.The present invention relates to a method for determining a welding depth during a laser welding process and / or after a laser welding process. The invention relates to a method for laser welding in which a determination of the welding depth takes place during a welding process and / or after the welding process. The invention also relates to a computer program product for carrying out the method and to a device for laser welding.

Aus DE19716293A1 ist eine Vorrichtung zur Regelung von Schweißparametern beim Laserstrahlschweißen bekannt geworden, die eine CCD-Kamera zur Detektion der Geometrie eines beim Schweißprozess gebildeten Schmelzbades umfasst. Die DE19716293A1 offenbart außerdem ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen, bei dem die Regelung der Einschweißtiefe in Abhängigkeit von der detektierten Schmelzbadlänge oder Schmelzbadfläche erfolgt. In dem vorgeschlagenen Verfahren wird die Schmelzbadlänge linear mit der Einschweißtiefe korreliert und diese Relation zur Regelung der Einschweißtiefe genutzt. In JP04127984A wird offenbart, die Regelung des Schweißprozesses in Abhängigkeit von der gemessenen Schmelzbadbreite durchzuführen. Auch US6188041B1 und US6344625B1 offenbaren einen Zusammenhang zwischen der Schmelzbadgröße und der Einschweißtiefe.Out DE19716293A1 a device for controlling welding parameters in laser beam welding has become known, which comprises a CCD camera for detecting the geometry of a molten bath formed during the welding process. The DE19716293A1 also discloses a method of laser beam welding in which the control of the depth of penetration takes place as a function of the detected length of the molten bath or molten bath surface. In the proposed method, the length of the molten bath is correlated linearly with the depth of penetration, and this relation is used to control the depth of penetration. In JP04127984A It is disclosed to carry out the regulation of the welding process as a function of the measured width of the molten bath. Also US6188041B1 and US6344625B1 reveal a relationship between the melt pool size and the weld depth.

Aus der DE 10 2010 063 236 A1 ist ein Verfahren zum Verschweißen von Bauteilen mittels eines Laserstrahls bekannt, bei dem mittels einer Kontrolleinrichtung die Länge und die Breite des Schmelzbads erfasst werden und als Stellgrößen für eine Steuerung bzw. Regelung des Laserstrahlschweißprozesses dienen. Das Schweißverfahren kann so gesteuert oder geregelt werden, dass ein bestimmtes Verhältnis zwischen der Länge und der Breite des Schmelzbads erreicht wird.From the DE 10 2010 063 236 A1 a method for welding components by means of a laser beam is known in which by means of a control device, the length and the width of the molten bath are detected and serve as manipulated variables for a control or regulation of the laser beam welding process. The welding process can be controlled or regulated so as to achieve a certain ratio between the length and the width of the molten bath.

Aus der DE 10 2007 024 789 B3 ist ein Verfahren zum Erkennen von Fehlern an einer Schweißnaht während eines Laser-Schweißprozesses bekannt, bei dem Strahlung, die von einer sich an ein flüssiges Schmelzbad anschließenden, erstarrten Schmelze emittiert wird, zweidimensional ortsaufgelöst erfasst wird, um mindestens einen Kennwert für die Wärmeabfuhr in der erstarrten Schmelze zu ermitteln. Durch Vergleichen des Kennwerts mit einem Referenzwert wird ein Fehler an der Schweißnaht erkannt.From the DE 10 2007 024 789 B3 a method is known for detecting defects in a weld seam during a laser welding process in which radiation emitted by a solidified molten bath following a molten bath is detected in a two-dimensionally spatially resolved manner in order to obtain at least one characteristic for the heat dissipation in the to determine solidified melt. By comparing the characteristic value with a reference value, an error at the weld seam is detected.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen eine Erkennung der Einschweißtiefe prozesssicher ermöglicht wird.It is the object of the present invention to provide a method, a computer program product and a device with which a detection of the welding depth is made possible process-reliable.

Gegenstand der ErfindungSubject of the invention

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches gekennzeichnet ist durch die Schritte: zweidimensional ortsaufgelöstes Detektieren der Intensität von Strahlung, die von einem flüssigen Schmelzbad und einer sich an das flüssige Schmelzbad in Schweißrichtung anschließenden, erstarrten Schmelze sowie deren Umgebung emittiert wird, Bestimmen von geometrischen Größen des Schmelzbades und der Wärmespur, d. h. der sich an das Schmelzbad anschließenden erstarrten Schmelze und deren Umgebung, anhand der zweidimensional ortsaufgelöst detektierten Strahlungsintensität, sowie Bestimmen einer Kenngröße für die Einschweißtiefe als Funktion von mindestens einer geometrischen Größe des Schmelzbades und mindestens einer geometrischen Größe der erstarrten Schmelze.This object is achieved by a method of the type mentioned, which is characterized by the steps: two-dimensionally spatially resolved detecting the intensity of radiation emitted by a liquid melt and a subsequent to the liquid melt in the welding direction, solidified melt and the environment determining geometric sizes of the molten bath and the heat trace, d. H. the solidified melt adjoining the molten bath and its surroundings, based on the radiation intensity detected two-dimensionally spatially resolved, and determining a parameter for the welding depth as a function of at least one geometric size of the molten bath and at least one geometric size of the solidified melt.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine Kenngröße für die Einschweißtiefe, d. h. eine Größe, die möglichst gut mit der Einschweißtiefe übereinstimmt, als Funktion von mindestens zwei geometrischen Größen zu bestimmen. Die Kenngröße wird anhand eines mathematischen Zusammenhangs bzw. einer mathematischen Funktion bestimmt, welche die geometrischen Größen miteinander kombiniert. Es hat sich gezeigt, dass durch eine geeignete Kombination bzw. einen geeigneten funktionalen Ansatz aus den auf die oben beschriebene Weise bestimmten geometrischen Größen eine gute Korrelation zur Einschweißtiefe hergestellt werden kann, wenn mindestens eine geometrische Größe des Schmelzbades und der erstarrten Schmelze kombiniert werden.According to the invention, a parameter for the welding depth, d. H. To determine a size that corresponds as well as possible with the welding depth, as a function of at least two geometric sizes. The parameter is determined on the basis of a mathematical relationship or a mathematical function which combines the geometric variables. It has been found that a good correlation to the welding depth can be produced by a suitable combination or a suitable functional approach from the geometric variables determined in the manner described above, if at least one geometric size of the molten bath and the solidified melt are combined.

Die konkreten Werte der für den funktionalen Ansatz zu wählenden Parameter können mit Hilfe einer Versuchsreihe, d. h. anhand von Testmessungen an Testwerkstücken, bestimmt werden, bei denen bestimmte Schweißparameter, z. B. die Vorschubgeschwindigkeit oder die Laserleistung, variiert werden. Die optimalen Parameter, die in den funktionalen Ansatz eingehen, können durch ein statistisches Verfahren, z. B. durch eine Regressionsanalyse (beispielsweise die Methode der kleinsten Fehlerquadrate), aufgefunden werden. Es versteht sich, dass in Abhängigkeit von weiteren Größen, die einen Einfluss auf des Schweißprozess haben, gegebenenfalls mehrere Parametersätze mit jeweils optimierten Parameterwerten verwendet werden können. Beispielsweise können ggf. unterschiedliche Parametersätze für unterschiedliche Arten von Werkstückmaterialien verwendet werden.The concrete values of the parameters to be chosen for the functional approach can be determined by means of a series of experiments, i. H. determined by test measurements on test workpieces, in which certain welding parameters, eg. As the feed rate or the laser power can be varied. The optimal parameters that enter into the functional approach can be determined by a statistical method, eg. B. by a regression analysis (for example, the method of least squares), be found. It goes without saying that, depending on further variables which have an influence on the welding process, it is possible if appropriate to use a plurality of parameter sets each with optimized parameter values. For example, different parameter sets may be used for different types of workpiece materials, if necessary.

Sind die Parameter des funktionalen Ansatzes bekannt, kann während des Schweißprozesses (ggf. in Echtzeit) und/oder anschließend an den Schweißprozess die Kenngröße für die Einschweißtiefe anhand der geometrischen Größen bestimmt werden, die aus der zweidimensional ortsaufgelöst detektierten Strahlungsintensität bzw. einer von dieser abhängigen Messgröße, z. B. der Temperatur, bestimmt werden. Um den Einfluss statistischer Schwankungen bei der Messung bzw. der Bestimmung der geometrischen Größen zu reduzieren, können diese als Mittelwert aus einer vorgegebenen Anzahl von aufeinanderfolgenden Bildern bestimmt werden, die mit Hilfe einer Kamera erfasst werden. Alternativ kann bei der Bestimmung der Kenngröße für die Einschweißtiefe eine Mittelung über mehrere Werte der Kenngröße durchgeführt werden, die zu mehreren aufeinander folgenden Zeitpunkten (entsprechend mehreren Kamerabildern) errechnet wurden. If the parameters of the functional approach are known, during the welding process (possibly in real time) and / or subsequent to the welding process, the parameter for the welding depth can be determined on the basis of the geometrical variables resulting from the two-dimensionally spatially resolved detected radiation intensity or one dependent thereon Measurand, z. As the temperature can be determined. In order to reduce the influence of statistical fluctuations in the measurement or the determination of the geometrical variables, these can be determined as an average value from a predetermined number of successive images which are acquired with the aid of a camera. Alternatively, when determining the parameter for the welding depth, an averaging can be carried out over a plurality of values of the parameter which were calculated at a plurality of successive times (corresponding to a plurality of camera images).

Bei einer Variante werden aus der zweidimensional ortsaufgelöst detektierten Strahlungsintensität eine Schmelzbadbreite, eine Schmelzbadlänge, eine Wärmespurbreite der erstarrten Schmelze und eine Abklinglänge der erstarrten Schmelze als geometrische Größen bestimmt. Es hat sich gezeigt, dass ein funktionaler Ansatz, welcher diese vier geometrischen Größen berücksichtigt, eine besonders gute Korrelation bzw. Übereinstimmung mit der Einschweißtiefe ermöglicht.In one variant, a melt bath width, a melt bath length, a heat trace width of the solidified melt and a decay length of the solidified melt are determined as geometric variables from the radiation intensity detected two-dimensionally in a spatially resolved manner. It has been found that a functional approach, which takes into account these four geometric variables, allows a particularly good correlation or agreement with the welding depth.

Bei einer Variante wird die Schmelzbadbreite an der breitesten Stelle des Schmelzbades quer zur Schweißrichtung und/oder es wird die Schmelzbadlänge an der längsten Stelle des Schmelzbades parallel zur Schweißrichtung bestimmt. Zur Bestimmung der Schmelzbadbreite bzw. der Schmelzbadlänge aus der zweidimensional ortsaufgelöst bestimmten Strahlungsintensität bestehen mehrere Möglichkeiten: Beispielsweise kann zu diesem Zweck die Strahlungsintensität entlang von einer oder mehreren Linien (sog. Profilschnitte), d. h. eindimensionalen Schnitten in der zweidimensionalen Intensitätsverteilung, senkrecht bzw. parallel zur Schweiß- bzw. Vorschubrichtung bestimmt werden, wobei zur Bestimmung der Schmelzbadbreite bzw. der Schmelzbadlänge charakteristische Merkmale des Verlaufs der Strahlungsintensität (z. B. eine plötzliche starke Abnahme der Intensität) entlang der Profilschnitte identifiziert werden.In one variant, the molten bath width at the widest point of the molten bath is transverse to the welding direction and / or the molten bath length at the longest point of the molten bath is determined parallel to the welding direction. There are several possibilities for determining the width of the molten bath or the length of the molten bath from the radiation intensity determined in two-dimensionally spatially resolved form: For example, for this purpose the radiation intensity along one or more lines (so-called profile sections), ie. H. one-dimensional sections in the two-dimensional intensity distribution, perpendicular or parallel to the welding or feed direction, wherein characteristic features of the course of the radiation intensity (eg a sudden sharp decrease in intensity) along the profile sections are used to determine the width of the bath be identified.

Bei einer Weiterbildung wird die Schmelzbadbreite und/oder die Schmelzbadlänge anhand eines binärisierten Bildes der zweidimensional ortsaufgelöst detektierten Strahlungsintensität bestimmt. In diesem Fall wird die zweidimensional ortsaufgelöste Strahlungsintensität binärisiert, d. h. es erfolgt eine Filterung der ortsaufgelöst detektierten Strahlungsintensität, um diese zu segmentieren, d. h. in zwei Bereiche mit Bildpixeln zu unterteilen, von denen die ersten dem Schmelzbad und die zweiten der Umgebung des Schmelzbades zugeordnet sind. Für die Segmentierung bestehen mehrere Möglichkeiten, die auch kombiniert werden können, um dadurch die Segmentierung robuster zu gestalten. Bei den Segmentierungsstrategien wird im Wesentlichen ausgenutzt, dass am Übergang zwischen Schmelze und Feststoff bzw. erstarrter Schmelze, d. h. am Rand des Schmelzbades, eine charakteristische Änderung der Strahlungsintensität auftritt. Für die Segmentierung kann beispielsweise mit Hilfe eines Kantenfilters ein Kantenbild erzeugt und durch Vergleich mit einem Schwellwert eine binäres Bild des Kantenbildes erzeugt werden. Alternativ kann für jedes zu schweißende Material anhand von Testmessungen ein Helligkeitsschwellwert festgelegt werden, der für die Binärisierung verwendet wird.In a development, the melt pool width and / or the melt pool length is determined on the basis of a binarized image of the two-dimensionally spatially resolved detected radiation intensity. In this case, the two-dimensionally spatially resolved radiation intensity is binarized, i. H. there is a filtering of the spatially resolved detected radiation intensity in order to segment them, d. H. into two areas with image pixels, the first of which are assigned to the molten bath and the second of the surroundings of the molten bath. There are several possibilities for segmentation, which can also be combined to make the segmentation more robust. In the segmentation strategies is essentially exploited that at the transition between melt and solid or solidified melt, d. H. at the edge of the molten pool, a characteristic change in radiation intensity occurs. For example, an edge image can be generated for the segmentation with the aid of an edge filter, and a binary image of the edge image can be generated by comparison with a threshold value. Alternatively, for each material to be welded, test threshold measurements can be used to set a brightness threshold used for binarization.

Bei einer weiteren Variante wird die Wärmespurbreite der erstarrten Schmelze durch Auswerten der detektierten Strahlungsintensität entlang einer Linie quer zur Schweißrichtung als Halbwertsbreite der Verteilung der Strahlungsintensität bestimmt. Die Bestimmung der Wärmespurbreite erfolgt in der Regel durch Auswertung eines Profilschnitts quer zur Schweißrichtung, und zwar in einem festgelegten Abstand (typischer Weise mehrere Millimeter) zum hinteren Ende des Schmelzbades. Die Strahlungsintensität weist entlang einer solchen Linie typischer Weise eine Gaußverteilung um ein Intensitätsmaximum herum auf, deren Halbwertsbreite mit der geometrischen Größe „Wärmespurbreite” identifiziert werden kann.In a further variant, the heat trace width of the solidified melt is determined by evaluating the detected radiation intensity along a line transverse to the welding direction as the half-width of the radiation intensity distribution. The determination of the heat trace width is generally carried out by evaluating a profile section transversely to the welding direction, namely at a fixed distance (typically several millimeters) to the rear end of the molten bath. The radiation intensity along such a line typically has a Gaussian distribution around an intensity maximum, whose half-width can be identified with the geometric dimension "heat trace width".

Bei einer weiteren Variante wird die Abklinglänge der erstarrten Schmelze durch Auswerten der detektierten Strahlungsintensität entlang der Schweißnaht als diejenige Länge bestimmt, in welcher die Strahlungsintensität auf das 1/e-fache, d. h. auf ca. 37%, abfällt. Die Strahlungsintensität hat entlang der Linie parallel zur Schweißrichtung insbesondere im Bereich der Symmetrieachse bzw. in dem vom Brennfleck bzw. vom Laserstrahl überstrichenen Bereich der Schweißnaht einen charakteristischen Intensitätsverlauf, der mit einem mathematischen Modell, beispielsweise mit einer Exponentialfunktion, beschrieben werden kann, deren Parameter an die detektierte Strahlungsintensität angepasst bzw. für diese optimiert werden. Die geometrische Größe „Abklinglänge” kann definiert werden als diejenige Länge, in welcher die Strahlungsintensität auf das 1/e-fache, d. h. auf ca. 37%, abfällt.In a further variant, the decay length of the solidified melt is determined by evaluating the detected radiation intensity along the weld as the length in which the radiation intensity to the 1 / e-fold, d. H. to about 37%, drops. The radiation intensity along the line parallel to the welding direction, in particular in the region of the axis of symmetry or in the swept from the focal spot or laser beam region of the weld a characteristic intensity profile that can be described with a mathematical model, for example, with an exponential function, whose parameters the detected radiation intensity can be adjusted or optimized for it. The geometric quantity "decay length" can be defined as the length in which the radiation intensity is reduced to 1 / e times, ie. H. to about 37%, drops.

In einer weiteren Variante wird die Kenngröße KT für die Einschweißtiefe nach folgender Formel bestimmt: KT = C × (M1 – O1)E1 × (M2 – O2)E2 × (M3 – O3)E3 × (M4 – O4)E4, (1) wobei M1 bis M4 die vier geometrischen Größen Schmelzbadbreite, Schmelzbadlänge, Wärmespurbreite und Abklinglänge bezeichnen und wobei C, O1 bis O4 (Offset) bzw. E1 bis E4 (Exponenten) Konstanten bezeichnen, die als Parameter dienen, um eine möglichst gute Korrelation zwischen der Kenngröße KT für die Einschweißtiefe und den geometrischen Größen M1 bis M4 zu erhalten. Wie weiter oben dargestellt wurde, können die Parameter durch Testschweißungen an Testwerkstücken beispielswiese mit Hilfe einer multilinearen Regression ermittelt werden. Es hat sich gezeigt, dass der Produktansatz gemäß Gleichung (1) mit den vier oben angegebenen geometrischen Größen M1 bis M4 besonders gut zur Bestimmung der Einschweißtiefe geeignet ist.In a further variant, the parameter K T for the welding depth is determined according to the following formula: K T = C × (M1-O1) E1 × (M2-O2) E2 × (M3-O3) E3 × (M4-O4) E4 , (1) where M1 to M4 denote the four geometric sizes melt pool width, melt pool length, heat trace width and fade length, and where C, O1 to O4 (offset) and E1 to E4 (exponents) denote constants that serve as parameters to achieve the best possible correlation between the characteristic K T for the welding depth and the geometrical sizes M1 to M4. As described above, the parameters can be determined by test welding on test workpieces, for example using a multilinear regression. It has been shown that the product formulation according to equation (1) with the four geometric variables M1 to M4 given above is particularly well suited for determining the welding depth.

Bei einer weiteren Variante umfasst das Verfahren zusätzlich: Erkennen einer Durchschweißung des Werkstücks durch Vergleichen der Kenngröße für die Einschweißtiefe mit einer Kenngröße für die Dicke des Werkstücks. Wenn die Einschweißtiefe bzw. deren Kenngröße der Dicke des Werkstücks bzw. einer mit der Dicke des Werkstücks korrelierten Kenngröße entspricht, kann eine Durchschweißung erkannt werden, ohne dass zu diesem Zweck ein Leistungsüberschuss der Laserstrahlung oder ein geöffnetes Keyhole (Dampfkapillare an der Bestrahlungsfläche) detektiert werden muss. Es versteht sich, dass die Erkennung der Durchschweißung anhand der Einschweißtiefe auch mit den hier beschriebenen oder mit weiteren Methoden zur Erkennung der Durchschweißung kombiniert werden kann, um die Erkennung der Durchschweißung robuster zu gestalten.In a further variant, the method additionally comprises: detecting a through-welding of the workpiece by comparing the parameter for the welding depth with a parameter for the thickness of the workpiece. If the welding depth or its characteristic value corresponds to the thickness of the workpiece or to a parameter correlated with the thickness of the workpiece, through-welding can be detected without a power excess of the laser radiation or an opened keyhole (vapor capillary at the irradiation surface) being detected for this purpose got to. It goes without saying that the identification of the through-welding on the basis of the welding depth can also be combined with the methods described here or with further methods of detecting the through-welding in order to make the identification of the through-welding more robust.

Bei einer Variante wird die Kenngröße für die Einschweißtiefe mit einer Soll-Kenngröße für die Einschweißtiefe verglichen. Die Abweichung kann beispielsweise auf einer Anzeigeeinrichtung, z. B. einem Monitor, ausgegeben werden. Wenn die Abweichung der gemessenen Einschweißtiefe zur Soll-Einschweißtiefe einen zuvor definierten Grenzwert überschreitet, kann ein Warnsignal auf der Anzeigeeinrichtung ausgegeben werden.In one variant, the parameter for the welding depth is compared with a desired characteristic for the welding depth. The deviation may, for example, on a display device, for. As a monitor. If the deviation of the measured welding depth from the setpoint welding depth exceeds a previously defined limit value, a warning signal can be output on the display device.

In einer weiteren Variante wird die Kenngröße für die Einschweißtiefe mit einer Soll-Kenngröße für die Einschweißtiefe verglichen und bei einer Abweichung wird mindestens ein Prozessparameter des Laserschweißprozesses, insbesondere die Laserleistung und/oder die Vorschubgeschwindigkeit, geändert. Anhand der Soll-Kenngröße kann der Laserschweißprozess, genauer gesagt dessen Prozessparameter, so eingestellt werden, dass eine vorgegebene Einschweißtiefe erreicht wird.In a further variant, the parameter for the welding depth is compared with a desired characteristic for the welding depth and in the event of a deviation at least one process parameter of the laser welding process, in particular the laser power and / or the feed rate, is changed. On the basis of the desired characteristic, the laser welding process, more precisely its process parameters, can be adjusted so that a predetermined welding depth is achieved.

Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, welches zur Durchführung aller Schritte des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist, wenn das Computerprogramm auf einer Datenverarbeitungsanlage abläuft. Bei der Datenverarbeitungsanlage kann es sich beispielsweise um eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung handeln, die in einer Vorrichtung (Bearbeitungsmaschine) zur Durchführung des Verfahrens untergebracht ist, aber auch um eine externe Einrichtung, beispielsweise um einen Steuerungs-PC.The invention also relates to a computer program product, which is designed to carry out all the steps of the method described above, when the computer program runs on a data processing system. The data processing system may, for example, be a control and / or regulating device which is accommodated in a device (processing machine) for carrying out the method, but also an external device, for example a control PC.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist realisiert in einer Vorrichtung zum Laserschweißen, umfassend: einen Laserbearbeitungskopf zur Ausrichtung eines Laserstrahls auf ein zu bearbeitendes Werkstück, einen Detektor, welcher zur zweidimensional ortsaufgelösten Detektion der Intensität von Strahlung ausgebildet ist, die während des Schweißprozesses von einem flüssigen Schmelzbad und einer sich an das flüssige Schmelzbad anschließenden erstarrten Schmelze emittiert wird, eine Bildverarbeitungseinrichtung, die programmiert ist, anhand der zweidimensional ortsaufgelöst detektierten Strahlungsintensität geometrische Größen des Schmelzbades und der erstarrten Schmelze zu bestimmen, sowie eine Auswerteeinrichtung zur Bestimmung eine Kenngröße für die Einschweißtiefe als Funktion von mindestens zwei der geometrischen Größen. Die Vorrichtung ermöglicht eine prozesssichere Erkennung der Einschweißtiefe. Mit Hilfe eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung kann der Laserschweißprozess insbesondere so gesteuert bzw. geregelt werden, dass die Einschweißtiefe einen Sollwert annimmt.A further aspect of the invention is realized in a device for laser welding, comprising: a laser processing head for aligning a laser beam on a workpiece to be machined, a detector, which is designed for two-dimensionally spatially resolved detection of the intensity of radiation during the welding process of a liquid molten bath and a solidified melt adjoining the liquid molten bath is emitted, an image processing device which is programmed to determine geometrical sizes of the molten bath and the solidified melt on the basis of the radiation intensity detected two-dimensionally spatially resolved, and an evaluation device for determining a parameter for the welding depth as a function of at least two of the geometric sizes. The device enables process-reliable detection of the welding depth. With the aid of a control or regulating device, the laser welding process can in particular be controlled or regulated such that the welding depth assumes a desired value.

Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Anzeigeeinrichtung, beispielsweise einen Monitor, zur Anzeige der vom Detektor detektierten Strahlung, der geometrischen Größen und der ermittelten Kenngröße auf. Wenn die Abweichung der gemessenen Einschweißtiefe zur Soll-Einschweißtiefe einen zuvor definierten Grenzwert überschreitet, kann ein Warnsignal auf der Anzeigeeinrichtung ausgegeben werden.The device preferably has a display device, for example a monitor, for displaying the radiation detected by the detector, the geometric variables and the determined parameter. If the deviation of the measured welding depth from the setpoint welding depth exceeds a previously defined limit value, a warning signal can be output on the display device.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung.Further advantages of the invention will become apparent from the description and the drawings.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Laserschweißen von Werkstücken, 1 a schematic representation of an embodiment of an apparatus for laser welding of workpieces,

2 eine schematische Darstellung eines beim Laserschweißen gebildeten flüssigen Schmelzbads, welches eine Schmelzbadbreite und eine Schmelzbadlänge aufweist, 2 1 is a schematic representation of a liquid molten bath formed during laser welding, which has a molten bath width and a molten bath length;

3 eine Darstellung analog 2 mit einer sich an das Schmelzbad anschließenden erstarrten Schmelze und mit zwei quer zur Schweißnaht verlaufenden Profilschnitten sowie mit einem in Richtung der Schweißnaht verlaufenden Profilschnitt, 3 a representation analog 2 with a solidified melt following the molten bath and with two transverse to the weld extending profile sections and with a running in the direction of the weld profile section,

4a, b schematische Darstellungen der ortsaufgelöst detektierten Strahlungsintensität entlang der beiden senkrecht zur Schweißnaht verlaufenden Profilschnitte von 3 zur Bestimmung der Wärmespurbreite bzw. der Schmelzbadbreite, 4a , b are schematic representations of the spatially resolved detected radiation intensity along the two perpendicular to the weld profile sections of 3 for determining the heat trace width or the melt width,

5 eine schematische Darstellung der ortsaufgelöst detektierten Strahlungsintensität in dem in Richtung der Schweißnaht verlaufenden Profilschnitt von 3 zur Bestimmung der Abklinglänge der Wärmespur, 5 a schematic representation of the spatially resolved detected radiation intensity in the running in the direction of the weld profile section of 3 for determining the decay length of the heat track,

6a, b schematische Darstellungen der zweidimensional ortsaufgelöst detektierten Strahlungsintensität des flüssigen Schmelzbads sowie der erstarrten Schmelze beim Schweißen von Baustahl (6a) bzw. von Edelstahl (6b), 6a , b are schematic representations of the two-dimensionally spatially resolved detected radiation intensity of the liquid molten bath and the solidified melt during welding of structural steel ( 6a ) or stainless steel ( 6b )

7a, b eine Darstellung der direkten Umwandlung der in 7a gezeigten ortsaufgelöst detektierten Strahlungsintensität in ein in 7b gezeigtes Binärbild, und 7a , b a representation of the direct conversion of in 7a shown spatially resolved detected radiation intensity in a 7b shown binary image, and

8 eine Darstellung der Umwandlung der in 6a gezeigten ortsaufgelöst detektierten Strahlungsintensität in ein Binärbild unter Verwendung einer Kantenfilterung. 8th a representation of the transformation of in 6a shown spatially resolved detected radiation intensity into a binary image using edge filtering.

Die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 umfasst zur Ausrichtung eines Laserstrahls 2a auf ein in einem Bearbeitungsbereich 3 zu bearbeitendes Werkstück 4 einen Laserbearbeitungskopf 5. Die Vorrichtung 1 weist ferner einen Detektor in Form einer Kamera 7, insbesondere einer CMOS- oder InGaAs-Kamera, zur Aufnahme des Bearbeitungsbereiches 3 und eine vorgeschaltete Optik 8 zur Abbildung des Bearbeitungsbereiches 3 auf die Kamera 7 auf. Die Optik 8 umfasst einen Strahlteiler 9 (z. B. einen teildurchlässigen Spiegel), eine Blende 10, einen Bandpassfilter 11, Linsen 12 und ggf. einen hier nicht dargestellten Abschwächungsfilter. Die Wärmestrahlung 2b, die vom Bearbeitungsbereich 3 ausgeht, wird durch den Strahlteiler 9 vom Strahlengang des Laserstrahls 2a getrennt und durch die Blende 10, den Bandpassfilter 11 und die Linsen 12 auf die Kamera 7 gerichtet. Der Bandpassfilter 11 trennt dabei die zu detektierende Wärmestrahlung 2b von reflektierter Laserstrahlung und grenzt den detektierten Wellenlängenbereich ein: Um einen guten Kontrast zwischen Schmelzbad, erstarrter Schmelze und der leuchtenden (störenden) Metalldampffackel zu erreichen, wird möglichst langwellig beobachtet.In the 1 shown device 1 includes for aligning a laser beam 2a on one in a editing area 3 workpiece to be machined 4 a laser processing head 5 , The device 1 also has a detector in the form of a camera 7 , in particular a CMOS or InGaAs camera, for recording the processing area 3 and an upstream optics 8th for mapping the processing area 3 to the camera 7 on. The optics 8th includes a beam splitter 9 (eg, a partially transmissive mirror), an aperture 10 , a bandpass filter 11 , Lenses 12 and possibly an attenuation filter, not shown here. The heat radiation 2 B that from the editing area 3 goes out, through the beam splitter 9 from the beam path of the laser beam 2a separated and through the aperture 10 , the bandpass filter 11 and the lenses 12 to the camera 7 directed. The bandpass filter 11 separates the heat radiation to be detected 2 B of reflected laser radiation and limits the detected wavelength range: In order to achieve a good contrast between molten pool, solidified melt and the glowing (interfering) metal vapor torch is observed as long as possible.

Zur zweidimensional ortsaufgelösten Detektion der vom Bearbeitungsbereich 3 ausgehenden Strahlung können an Stelle der Kamera 7 auch andere ortsauflösende Detektoren für den sichtbaren oder nahen- bis fernen Infrarotbereich eingesetzt werden, z. B. Photodiodenarrays oder eine Quotientenpyrometrie-Messapparatur, wobei diese hierbei zur Detektion von Strahlung im Bereich des nahen Infrarots (vorzugsweise zwischen 1 μm und 2 μm) ausgelegt sind. Einsetzbar ist ebenfalls eine Kombination unterschiedlicher Detektorarten. Bei einer koaxialen Anordnung der Kamera zum Laserstrahl können sowohl das sich beim Laserschweißen ausbildende Schmelzbad als auch die sich daran anschließende erstarrte Schmelze mit der Kamera überwacht werden. Alternativ kann die erstarrte Schmelze mit einer unter einem Winkel zum Laserstrahl angeordneten ersten Kamera erfasst werden, während das Schmelzbad mit einer zweiten, koaxial zum Laserstrahl ausgerichteten Kamera erfasst wird.For two-dimensional spatially resolved detection of the processing area 3 Outgoing radiation can be in place of the camera 7 Other local resolution detectors are used for the visible or near to far infrared range, z. As photodiode arrays or a Quotientenpyrometrie measuring apparatus, which are in this case for the detection of radiation in the range of the near infrared (preferably between 1 micron and 2 microns) are designed. It is also possible to use a combination of different detector types. In a coaxial arrangement of the camera to the laser beam, both the molten bath forming during laser welding and the solidified melt which adjoins it can be monitored with the camera. Alternatively, the solidified melt can be detected with a first camera arranged at an angle to the laser beam, while the molten bath is detected by a second camera aligned coaxially with the laser beam.

Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Bildverarbeitungseinrichtung 13, die programmiert ist, in Echtzeit durch Bildverarbeitung aus den aufgenommenen Bildern des Bearbeitungsbereichs 3 eine Anzahl n von geometrischen Größen M1–Mn des flüssigen Schmelzbads, das beim Laserschweißen gebildet wird, und der Wärmespur der sich an das Schmelzbad anschließenden erstarrten Schmelze zu ermitteln. Eine Auswerteeinrichtung 14 berechnet aus diesen geometrischen Größen M1–Mn eine Kenngröße KT, die mit der Einschweißtiefe T korreliert ist. Eine Anzeigeeinrichtung 17 in Form eines Monitors dient zum Anzeigen der aufgenommenen Bilder sowie der ermittelten Größen M1–Mn und der Kenngröße KT. Um den Einfluss statistischer Schwankungen zu reduzieren, werden vorzugsweise die aus mehreren hintereinander folgend aufgenommenen Bildern bestimmten Werte für die einzelnen geometrischen Größen M1–Mn jeweils gemittelt.The device 1 further comprises an image processing device 13 , which is programmed in real time by image processing from the recorded images of the editing area 3 determine a number n of geometric sizes M1-Mn of the liquid molten bath, which is formed during laser welding, and the heat trace of the solidified melt adjoining the molten bath. An evaluation device 14 From these geometric quantities M1-Mn, a characteristic value K T is calculated, which is correlated with the welding depth T. A display device 17 in the form of a monitor is used to display the recorded images and the determined sizes M1-Mn and the characteristic K T. In order to reduce the influence of statistical fluctuations, the values determined for each individual geometric variable M1-Mn from a plurality of successively recorded images are preferably averaged in each case.

Die Bildverarbeitungseinrichtung 13 und die Auswerteeinrichtung 14 sind Teile eines Auswertesystems 15 der Vorrichtung 1 bzw. des Laserbearbeitungskopfes 5. Das Auswertesystem 15 kann beispielsweise als Steuerungs-PC mit Framegrabber ausgeführt sein. Alternativ kann die Bildverarbeitung auch ohne Framegrabber auf dem Steuerungs-PC erfolgen.The image processing device 13 and the evaluation device 14 are parts of an evaluation system 15 the device 1 or the laser processing head 5 , The evaluation system 15 can for example be designed as a control PC with frame grabber. Alternatively, the image processing can also be done without a frame grabber on the control PC.

Die berechnete Kenngröße KT wird einer Regelungseinrichtung 16 zugeführt, die dann Prozessparameter des Laserbearbeitungsprozesses, wie beispielsweise Vorschubgeschwindigkeit v oder Laserleistung P anhand der Kenngröße KT so einstellt, dass eine vorgegebene Soll-Einschweißtiefe T erreicht wird. Alternativ oder zusätzlich zur Regelungseinrichtung 16 kann auch eine Vergleichseinrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen sein, welche die ermittelten Kenngröße KT mit einer Referenzkenngröße vergleicht und so den Laserbearbeitungsprozess überwacht. Die Regelungseinrichtung 16 und/oder die Vergleichseinrichtung kann sowohl der Framegrabber direkt als auch der Steuerungs-PC sein.The calculated parameter K T is a control device 16 supplied, which then sets process parameters of the laser processing process, such as feed rate v or laser power P on the basis of the characteristic K T so that a predetermined target welding depth T is achieved. Alternatively or in addition to the control device 16 it is also possible to provide a comparison device (not shown) which compares the determined parameter K T with a reference parameter and thus monitors the laser processing process. The control device 16 and / or the comparison device can be both the frame grabber directly and the control PC.

Beim Laserschweißen zweier Werkstücke 4 wird der Laserstrahl 2a in dem Bearbeitungsbereich 3 auf die beiden Werkstücke 4 gerichtet und der Laserbearbeitungskopf 5 und die Werkstücke 4 werden relativ zueinander entlang einer Vorschub- bzw. Schweißrichtung 18 (entsprechend der X-Richtung eines XYZ-Koordinatensystems) mit einer Vorschubgeschwindigkeit v bewegt, um zwischen den beiden Werkstücken 4 eine Schweißnaht 24 zu erzeugen, welche in 2 gezeigt ist. When laser welding two workpieces 4 becomes the laser beam 2a in the editing area 3 on the two workpieces 4 directed and the laser processing head 5 and the workpieces 4 be relative to each other along a feed or welding direction 18 (corresponding to the X-direction of an XYZ coordinate system) is moved at a feed rate v to move between the two workpieces 4 a weld 24 to produce which in 2 is shown.

2 zeigt auch ein flüssiges Schmelzbad 21, das beim Laserschweißen um eine Bestrahlungsfläche 22, d. h. um die Fläche des auftreffenden Laserstrahls 2a auf den Werkstücken 4, herum entsteht, an der sich eine Dampfkapillare ausbildet. Die Bestrahlungsfläche 22 wird während des Schweißprozesses in Schweißrichtung 18 mit typischer Weise konstanter Geschwindigkeit v über die (in 2 nicht gezeigten) zu verschweißenden Werkstücke 4 bewegt. An das flüssige Schmelzbad 1 schließt sich entgegen der Schweißrichtung 18 (in negativer X-Richtung) eine erstarrte Schmelze 23 an, welche eine Schweißnaht 24 bildet. 2 also shows a liquid melt 21 , the laser welding around an irradiation surface 22 ie the area of the incident laser beam 2a on the workpieces 4 , arises around, at which a steam capillary forms. The irradiation area 22 becomes welding during the welding process 18 with a typical constant velocity v over the (in 2 not shown) to be welded workpieces 4 emotional. To the liquid molten bath 1 closes against the welding direction 18 (in the negative X direction) a solidified melt 23 on which a weld 24 forms.

In einem Bildbereich 25 des von der Kamera 7 aufgenommenen Bildes, der die Bestrahlungsfläche 22 und das Schmelzbad 21 umfasst, werden in der Bildverarbeitungseinrichtung 13 die Schmelzbadbreite, d. h. die Breite des Schmelzbads 21 an seiner breitesten Stelle sowie die Schmelzbadlänge als erste und zweite geometrische Größen M1, M2 bestimmt.In a picture area 25 from the camera 7 taken picture, the irradiation area 22 and the molten bath 21 are included in the image processing device 13 the Schmelzbadbreite, ie the width of the molten bath 21 determined at its widest point and the Schmelzbadlänge as first and second geometric sizes M1, M2.

Die Bestimmung der Schmelzbadlänge M1 und der Schmelzbadbreite M2 kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Eine Möglichkeit zur Bestimmung dieser Größen besteht in der Segmentierung des von der Kamera 7 aufgenommenen Bildbereichs 25 in erste Bildpunkte, welche dem Schmelzbad 21 zugeordnet werden (in 3 schraffiert) und zweite Bildpunkte, welche der Umgebung des Schmelzbads 21 zugeordnet werden.The determination of the molten bath length M1 and the molten bath width M2 can be carried out in different ways. One way to determine these quantities is to segment the camera 7 recorded image area 25 in first pixels, which the molten bath 21 be assigned (in 3 hatched) and second pixels surrounding the melt pool 21 be assigned.

Für die Segmentierung können verschiedene Segmentierungsstrategien genutzt werden, die nachfolgend anhand von 6a, b bis 8 dargestellt werden. Es versteht sich, dass die Aufzählung dieser Strategien nicht abschließend zu verstehen ist. Die einzelnen Strategien können kombiniert werden, um die Segmentierung robuster zu gestalten. Bei den nachfolgend beschriebenen Strategien wird im Wesentlichen ausgenutzt, dass am Übergang zwischen Schmelze 21 und Feststoff bzw. erstarrter Schmelze 23 durch eine Änderung im Emissionsgrad eine charakteristische Änderung der Helligkeit auftritt, wie dies anhand von 6a für Baustahl als Werkstoff und anhand von 6b für Edelstahl als Werkstoff zu erkennen ist.For the segmentation different segmentation strategies can be used, which are described below on the basis of 6a , b to 8th being represented. It goes without saying that the enumeration of these strategies is not conclusive. The individual strategies can be combined to make the segmentation more robust. In the strategies described below is essentially exploited that at the transition between melt 21 and solid or solidified melt 23 due to a change in the emissivity a characteristic change in brightness occurs, as indicated by 6a for structural steel as a material and based on 6b can be recognized as a material for stainless steel.

Eine Möglichkeit zur Realisierung eines Segmentierungsverfahrens besteht darin, für jedes zu schweißende Werkstückmaterial auf der Basis von Testmessungen einen Helligkeitsschwellwert festzulegen, mit dem der Bildbereich 25 segmentiert wird: Alle Pixel, die gleich hell oder heller als der festgelegte Schwellwert sind, werden dem Schmelzbad 21 zugeordnet, alle anderen Pixel gehören nicht zum Schmelzbad 21. Durch diese Segmentierung entsteht eine Region aus Pixeln, die dem Schmelzbad 21 zugeordnet werden, wie anhand von 7a, b für das Beispiel von Baustahl dargestellt ist. Anhand des in 7b gezeigten Binärbildes kann direkt die Schmelzbadbreite M1 (an der breitesten Stelle) und die Schmelzbadlänge M2 ermittelt werden. Wie in 7a, b zu erkennen ist, ist der Bereich des Bildes, der die Bestrahlungsfläche 22 enthält (in 7a, b an der linken Seite des Bildes) in der Strahlungsintensität reduziert, da die dort auftretende sehr hohe Strahlungsintensität mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Abschwächungsfilters gezielt reduziert wird.One possibility for realizing a segmentation method is to define a brightness threshold for each workpiece material to be welded on the basis of test measurements, with which the image area 25 segmented: All pixels that are equal to or brighter than the specified threshold become the melt pool 21 assigned, all other pixels do not belong to the molten pool 21 , This segmentation creates a region of pixels that forms the melt pool 21 be assigned as based on 7a , b is shown for the example of structural steel. Based on the in 7b In the binary diagram shown, the melt width M1 (at the widest point) and the melt length M2 can be determined directly. As in 7a , b is the area of the image that is the irradiation area 22 contains (in 7a , b at the left side of the image) is reduced in the radiation intensity, since the very high radiation intensity occurring there is deliberately reduced by means of an attenuation filter (not shown).

Bei einem weiteren Segmentierungsverfahren, welches in 8 dargestellt ist, wird aus dem Helligkeitsbild der Strahlungsintensität mit Hilfe eines Kantenfilters ein Kantenbild erzeugt. Das Kantenbild wird durch Vergleich mit einem Schwellwert binärisiert, um die Grenzen des Schmelzbads 21 zu bestimmen. Wie in 8 ebenfalls zu erkennen ist, kann hierbei ein Vergleich mit zwei Schwellwerten (positive bzw. negative Kante) erfolgen und die Kontur des Schmelzbades 21 kann durch eine Multiplikation oder eine logische Und-Verknüpfung der beiden auf diese Weise erhaltenen binärisierten Bilder erhalten werden, wobei anschließend typischer Weise die konvexe Hülle des segmentierten Bildes bestimmt wird.In another segmentation method, which in 8th is shown, an edge image is generated from the brightness image of the radiation intensity using an edge filter. The edge image is binarized by comparison with a threshold around the boundaries of the molten bath 21 to determine. As in 8th It can also be seen here that a comparison can be made with two threshold values (positive or negative edge) and the contour of the molten bath 21 can be obtained by a multiplication or a logical AND of the two binarized images obtained in this way, and then typically the convex hull of the segmented image is determined.

Alternativ zur oben beschriebenen Segmentierung kann zur Bestimmung der Schmelzbadbreite M1 der Helligkeitsverlauf der Bildpixel, d. h. die detektierte Intensität I der Strahlung 2b entlang mehrerer Linien 26, 27 (sog. Profilschnitte) senkrecht zur Vorschubrichtung 18 bestimmt werden, d. h. entlang von eindimensionalen Schnitten in der zweidimensionalen Strahlungsverteilung, wie sie in 3 dargestellt sind. Durch die Beschränkung der Auswertung der gemessenen Strahlung 2b auf einen oder mehrere Profilschnitte 26, 27 kann diese gegenüber einer Auswertung der gesamten zweidimensionalen Intensitätsverteilung beschleunigt durchgeführt werden, sodass die Detektion in Echtzeit erfolgen kann.As an alternative to the segmentation described above, to determine the melt width M1, the brightness curve can be the image pixel, ie the detected intensity I of the radiation 2 B along several lines 26 . 27 (so-called profile sections) perpendicular to the feed direction 18 be determined, ie along one-dimensional sections in the two-dimensional radiation distribution, as in 3 are shown. By limiting the evaluation of the measured radiation 2 B on one or more profile sections 26 . 27 this can be accelerated compared to an evaluation of the entire two-dimensional intensity distribution, so that the detection can take place in real time.

Während der Helligkeitsverlauf bzw. die Intensität I entlang von Profilschnitten 26 durch die erstarrte Schmelze 23 einer Gaußfunktion ähnelt (vgl. 4a), steigt bei Stahlwerkstoffen der Verlauf der Helligkeit im Schmelzbad 21 aufgrund der Reduktion des Emissionsgrades in der flüssigen Phase weniger stark an und fällt teilweise sogar ab (vgl. 4b). Durch diese Unterscheidung können beide Verläufe klassifiziert werden, d. h. diese können entweder der Wärmespur bzw. der erstarrten Schmelze 23 oder dem Schmelzbad 21 zugeordnet werden.During the brightness progression or the intensity I along profile sections 26 through the solidified melt 23 a Gaussian function is similar (cf. 4a ), the course of brightness in the molten bath increases with steel materials 21 due to the reduction of the emissivity in the liquid phase is less strong and sometimes even falls off (see. 4b ). By this distinction, both courses can be classified, ie they can either the heat track or the solidified melt 23 or the molten bath 21 be assigned.

Wie in 4b zu erkennen ist, wird das Schmelzbad 21 durch zwei Stellen 32 (lokale Maxima) begrenzt, an denen die Strahlungsintensität I absinkt oder weniger stark ansteigt. Der Abstand der beiden Stellen 32 in Y-Richtung, d. h. quer zur Schweißrichtung 18, definiert die Breite des Schmelzbades 21 an der Stelle des Profilschnittes 27. Durch Auswertung mehrerer Profilschnitte 27 im Bereich des Schmelzbads 21 kann der maximale Wert aller Breiten ermittelt und als Schmelzbadbreite M1 identifiziert werden.As in 4b it can be seen, the melt is 21 through two places 32 limited (local maxima) at which the radiation intensity I decreases or increases less. The distance between the two places 32 in the Y direction, ie transversely to the welding direction 18 , defines the width of the molten bath 21 at the location of the profile section 27 , By evaluation of several profile sections 27 in the area of the molten bath 21 the maximum value of all widths can be determined and identified as melt pool width M1.

Auch die Schmelzbadlänge M2 kann alternativ zur Segmentierung auch dadurch ermittelt werden, dass der Verlauf der detektierten Strahlungsintensität I entlang eines parallel zur Schweißrichtung 18 verlaufenden Profilschnitts 28 bestimmt wird, der sich in 3 beginnend vom vorderen Ende des Schmelzbads 21 über den Brennfleck 22 bis in den Bereich der erstarrten Schmelze 23 erstreckt. Insbesondere bei Stahlwerkstoffen hat sich gezeigt, dass in der Nähe des Übergangs zwischen Schmelzbad 21 und erstarrter Schmelze 23 die Helligkeit 33b im Schmelzbad 21 näherungsweise konstant verläuft, während die Helligkeit 33a entlang der erstarrten Schmelze 23 näherungsweise exponentiell abfällt, wie in 5 dargestellt ist. Durch Anpassen einer Gerade bzw. einer Exponentialfunktion an die Helligkeits- bzw. Intensitätswerte 33a, 33b der beiden Bereiche und Bilden des Schnittpunkts der Geraden und der Exponentialfunktion kann der Übergangspunkt 34 bestimmt werden, welcher das Ende des Schmelzbads 21 darstellt. Da die Strahlungsintensität I am vorderen Ende des Schmelzbads 21 sehr schnell abfällt, kann durch Kenntnis des Übergangspunktes 34 direkt die Schmelzbadlänge M2 bestimmt werden.As an alternative to the segmentation, the length of the molten bath M2 can also be determined by the course of the detected radiation intensity I along a direction parallel to the welding direction 18 extending profile section 28 which is determined in 3 starting from the front end of the molten bath 21 over the focal spot 22 into the area of the solidified melt 23 extends. Especially with steel materials it has been shown that near the transition between molten bath 21 and solidified melt 23 the brightness 33b in the molten bath 21 approximately constant while the brightness 33a along the solidified melt 23 decreases approximately exponentially, as in 5 is shown. By fitting a straight line or an exponential function to the brightness or intensity values 33a . 33b of the two regions and forming the intersection of the line and the exponential function, the transition point 34 be determined, which is the end of the molten bath 21 represents. As the radiation intensity I at the front end of the molten bath 21 can drop very quickly, by knowing the transition point 34 the melt bath length M2 can be determined directly.

Um die geometrische Größe „Wärmespurbreite” M3 zu bestimmen, wird in dem von der Kamera 7 aufgenommenen Bildbereich 25, der ein Teilstück der sich an das Schmelzbad 21 anschließenden erstarrten Schmelze 23 umfasst, wie in 4a gezeigt ist, die detektierte Intensität I der Wärmestrahlung entlang einer Linie 26 (Profilschnitt) quer zur Vorschubrichtung 18, d. h. in Y-Richtung eines XY-Koordinatensystems, in einem festgelegten Abstand von einigen Millimetern zum hinteren Ende des Schmelzbads 21 ausgewertet. Wie in 4a zu erkennen ist, ist die Strahlungsintensität I um ein Maximum 29 herum im Wesentlichen gaußverteilt. Die Halbwertsbreite der Intensitätsverteilung der detektierten Strahlung 2b wird von der Bildverarbeitungseinrichtung 13 als geometrische Größe „Wärmespurbreite” M3 bestimmt.In order to determine the geometric size "heat trace width" M3, in the camera 7 recorded image area 25 , which is a section of the melt 21 subsequent solidified melt 23 includes, as in 4a is shown, the detected intensity I of thermal radiation along a line 26 (Profile section) transverse to the feed direction 18 , ie in the Y direction of an XY coordinate system, at a specified distance of a few millimeters to the rear end of the molten bath 21 evaluated. As in 4a can be seen, the radiation intensity I is a maximum 29 essentially gaussian distributed around. The half-width of the intensity distribution of the detected radiation 2 B is from the image processing device 13 determined as geometrical size "heat track width" M3.

Zur Ermittlung der geometrischen Größe „Abklinglänge” M4 wird der in 3 gezeigte Profilschnitt 28 entlang der Symmetrieachse der Schweißnaht 4 ausgewertet, d. h. es wird der Verlauf der gemessenen Strahlungsintensität I(x) entlang des Profilschnitts 28 im Kamerabild bestimmt. Wie weiter oben erwähnt wurde, weist die Intensität I(x) entlang des Profilschnitts 28, welche der Pixelhelligkeit des mit der Kamera 7 aufgenommenen Bildes entspricht, im Anschluss an das Schmelzbad 21 einen charakteristischen Verlauf auf, der mit einem mathematischen Modell, beispielsweise mit einer Exponentialfunktion f(x) = B·exp(C·X) – A (2) beschrieben werden kann, wobei A, B und C Parameter sind, die so angepasst werden müssen, dass die Funktion f(x) dem gemessenen Intensitätsverlauf möglichst gut entspricht.To determine the geometric size "decay length" M4, the in 3 shown profile section 28 along the axis of symmetry of the weld 4 evaluated, ie it is the course of the measured radiation intensity I (x) along the profile section 28 determined in the camera image. As mentioned above, the intensity I (x) points along the profile section 28 what the pixel brightness of the camera 7 taken after the image taken, following the molten bath 21 a characteristic course, which with a mathematical model, for example, with an exponential function f (x) = B * exp (C * X) -A (2) A, B and C are parameters that must be adjusted so that the function f (x) corresponds as well as possible to the measured intensity curve.

Bei der Auswertung der gemessenen Strahlung 2b im Bereich des Profilschnitts 28 wird in einem ersten Schritt aus einer Randregion des Kamerabildes, in der keine oder eine nicht messbar kleine Intensität an Wärmestrahlung detektiert wird, der Hintergrundpegel A der Funktion f(x) bestimmt, indem die Intensität I über die gewählte Region gemittelt wird. Zur Bestimmung der anderen Parameter B und C wird diejenige Funktion (2) ausgewählt, die dem gemessenen Verlauf am nächsten kommt. Dazu kann eine lineare Regression der logarithmierten Funktion In(f(x) + A) = InB + C·X an den logarithmierten Intensitätsverlauf In I(x) durchgeführt werden, indem das Residuum (oder: die quadratische Fehlersumme) R = Σi(In(f(xi) – In(I(xi)))2 minimiert wird, wobei die Werte xi die x-Koordinate der Pixel des Profilschnitts 28 darstellen.In the evaluation of the measured radiation 2 B in the area of the profile section 28 In a first step, the background level A of the function f (x) is determined from an edge region of the camera image in which no or a measurable small amount of heat radiation is detected by averaging the intensity I over the selected region. To determine the other parameters B and C, that function (2) is selected which comes closest to the measured curve. For this purpose, a linear regression of the logarithmic function In (f (x) + A) = In B + C x to the logarithmic intensity curve In I (x) by taking the residual (or: the quadratic error sum) R = Σ i (In (f (x i ) - In (I (x i ))) 2 is minimized, where the values x i are the x-coordinate of the pixels of the profile section 28 represent.

Die Abklinglänge M4 der erstarrten Schmelze 23 ist durch L = –1/C definiert. Sie gibt die Länge an, innerhalb der die Intensität I auf den Wert 1/e ≈ 37% abfällt.The fade length M4 of the solidified melt 23 is defined by L = -1 / C. It indicates the length within which the intensity I drops to the value 1 / e ≈ 37%.

Die Erfinder haben erkannt, dass eine geeignete Kombination der auf die oben beschriebene Art ermittelten geometrischen Größen M1 bis M4 eine hohe Korrelation zur Einschweißtiefe T aufweist, so dass durch eine geeignete Kombination der vier oben genannten geometrischen Größen M1 bis M4 auf die Einschweißtiefe T geschlossen werden kann.The inventors have recognized that a suitable combination of the geometrical variables M1 to M4 determined in the manner described above has a high correlation with the welding depth T, so that the welding depth T is closed by a suitable combination of the four geometrical variables M1 to M4 mentioned above can.

Aus den Merkmalen M1–Mn (im hier beschriebenen Beispiel: Schmelzbadbreite (M1), Schmelzbadlänge (M2), Wärmespurbreite (M3) und Abklinglänge (M4)) wird durch einen funktionalen Ansatz eine Kenngröße KT berechnet, die mit der Einschweißtiefe T korreliert, wobei allgemein gilt: KT = f(M1, ..., Mn; Parameter). (3) From the features M1-Mn (in the example described here: melt pool width (M1), melt pool length (M2), heat trace width (M3) and decay length (M4)) a characteristic K T is calculated by a functional approach, which correlates with the weld depth T, where: K T = f (M1, ..., Mn; parameters). (3)

Es hat sich gezeigt, dass sich ein Potenzansatz der oben aufgeführten geometrischen Größen, nämlich Schmelzbadbreite (M1), Schmelzbadlänge (M2), Wärmespurbreite (M3) und Abklinglänge (M4), ggfs. mit spezifischer Gewichtung, besonders gut für die Korrelation zur Einschweißtiefe eignet, insbesondere eine Funktion folgender Form: KT = C × (M1 – O1)E1 × (M2 – O2)E2 × (M3 – O3)E3 × (M4 – O4)E4, (4) wobei M1 bis M4 die oben genannten geometrischen Größen, C einen (konstanten) Vorfaktor, O1 bis O4 (konstante) Offsets sowie E1 bis E4 (konstante) Exponenten bezeichnen, deren Werte für ein bestimmtes zu schweißendes Material sowie für einen bestimmten Schweißvorgang (Stumpfstoßschweißen, Schweißen am Überlappstoß, ...) mit Hilfe einer Versuchsreihe von Testmessungen an Testwerkstücken bestimmt werden können, bei denen z. B. Variationen von Vorschubgeschwindigkeit v und/oder Laserleistung P und ggf. weiterer Prozessparameter des Laserschweißprozesses erfolgen. Die Parameter der Gleichung (4) werden so bestimmt, dass die Kenngröße KT eine möglichst gute Übereinstimmung mit der bei den Testmessungen durch Querschliffe entlang der Schweißnaht 24 ermittelten Einschweißtiefe T zeigt. Durch Regressionsverfahren, beispielsweise durch die Least-Square-Fit-Methode, werden die optimalen Parameter C, O1 bis O4, E1 bis E4 ermittelt.It has been found that a power addition of the geometric variables listed above, namely melt pool width (M1), melt pool length (M2), heat trace width (M3) and fade length (M4), if necessary with specific weighting, is particularly well suited for the correlation to the weld depth , in particular a function of the following form: K T = C × (M1-O1) E1 × (M2-O2) E2 × (M3-O3) E3 × (M4-O4) E4 , (4) where M1 to M4 denote the above-mentioned geometrical quantities, C a (constant) prefactor, O1 to O4 (constant) offsets and E1 to E4 (constant) exponents, their values for a specific material to be welded and for a specific welding operation (butt welding, Welding at the lap joint, ...) can be determined with the aid of a series of test measurements on test workpieces in which z. B. Variations of feed rate v and / or laser power P and possibly other process parameters of the laser welding process done. The parameters of equation (4) are determined so that the characteristic K T is as close as possible to the one in the test measurements by transverse grinding along the weld seam 24 determined welding depth T shows. By regression methods, for example by the least-square-fit method, the optimal parameters C, O1 to O4, E1 to E4 are determined.

Die Werte für die Parameter C, E1 bis E4 können bei Vernachlässigung der Offsets O1 bis O4 beispielsweise durch eine multilineare Regression der logarithmierten Werte der gemessenen geometrischen Größen (Einschweißtiefe T ist aus Schliffen der Schweißnaht 24 bekannt) erfolgen: log(T) = log(C) + E1·log(M1) + E2·log(M2) + E3·log(M3) + E4·log(M4). Neglecting the offsets O1 to O4, the values for the parameters C, E1 to E4 can be determined, for example, by a multilinear regression of the logarithmic values of the measured geometrical variables (welding depth T is made of welds of the weld seam 24 known): log (T) = log (C) + E1 * log (M1) + E2 * log (M2) + E3 * log (M3) + E4 * log (M4).

Das Quadrat des Regressionskoeffizienten, das sog. Bestimmtheitsmaß, ist ein geeignetes Maß für die Güte der Korrelation.The square of the regression coefficient, the so-called coefficient of determination, is a suitable measure of the quality of the correlation.

Beim Schweißen von 8 mm dickem Baustahl am Stumpfstoß ohne Spalt mit einer Vorschubgeschwindigkeit v zwischen 2 m/min und 6 m/min und einer Laserleistung P zwischen 1 kW und 6 kW ergeben sich beispielsweise folgende Werte für die geometrischen Größen M1 bis M4 die zur vereinfachten Lesbarkeit explizit angegeben sind: KT/[mm] = 1,089 mm·(Abklinglänge/[mm])^0,255·(Wärmespurbreite/[mm])^0,686·(Schmelzbadlänge/[mm])^0,497·(Schmelzbadbreite/[mm])^0,125) (5) mit einem Bestimmtheitsmaß von R2 = 0,97, also einer sehr guten Korrelation (maximal mögliche Korrelation ist R2 = 1,0).When welding 8 mm thick mild steel at the butt joint without a gap with a feed rate v between 2 m / min and 6 m / min and a laser power P between 1 kW and 6 kW, the following values for the geometric sizes M1 to M4 for example simplified Readability are explicitly stated: K T / [mm] = 1.089 mm · (fade length / [mm]) ^ 0.255 · (heat trace width / [mm]) · 0.686 · (melt pool length / [mm]) · 0.497 · (melt pool width / [mm]) · 0.125) (5) with a coefficient of determination of R 2 = 0.97, ie a very good correlation (maximum possible correlation R 2 = 1.0).

Gleichung (5) zeigt eine Reihenfolge der Gewichtungen (= Anteil des Exponenten an der Summe der Exponenten) der vier geometrischen Merkmale M1 bis M4: Wärmespurbreite (M3) (44%), Schmelzbadlänge (M2) (32%), Abklinglänge (M4) (16%), Schmelzbadbreite (M1) (8%).Equation (5) shows a sequence of weights (= exponent of the sum of exponents) of the four geometric features M1 to M4: heat trace width (M3) (44%), melt pool length (M2) (32%), fade length (M4) (16%), melt width (M1) (8%).

Nach der Bestimmung der Parameter C und E1 bis E4 kann beim tatsächlichen Schweißprozess die Kenngröße KT für die Einschweißtiefe T während des Schweißens in Echtzeit aus den geometrischen Größen M1 bis M4 bestimmt werden. Um den Einfluss statistischer Schwankungen bei der Messung der geometrischen Größen M1 bis M4 zu reduzieren, können diese als Mittelwert aus einer gewissen Anzahl an aufeinanderfolgenden von der Kamera 7 aufgenommenen Bildern bestimmt werden. Alternativ kann die aus mehreren Bildern berechnete Kenngröße KT für die Einschweißtiefe T gemittelt werden. Die Kenngröße KT oder ihr Mittelwert kann dann wie weiter oben beschrieben als Regelgröße bezüglich eines Sollwertes KT,S der Einschweißtiefe T dienen. Der Schweißprozess kann auf diese Weise online überwacht und bei Bedarf geregelt werden, indem die Kenngröße KT auf einen Sollwert KT,S, d. h. auf eine Solleinschweißtiefe, geregelt wird, was beispielsweise durch Variation der Laserleistung P oder durch Veränderung eines oder mehrerer weiterer Prozessparameter des Laserschweißprozesses erfolgen kann.After determining the parameters C and E1 to E4, in the actual welding process, the characteristic K T for the welding depth T during welding can be determined in real time from the geometrical variables M1 to M4. In order to reduce the influence of statistical fluctuations in the measurement of the geometric quantities M1 to M4, these can be calculated as an average of a certain number of consecutive from the camera 7 recorded images are determined. Alternatively, the characteristic K T calculated from several images can be averaged for the welding depth T. The parameter K T or its mean value can then serve as a control variable with respect to a setpoint value K T, S of the welding depth T as described above. The welding process can be monitored in this way online and regulated as needed by the characteristic K T to a target value K T, S , ie, a target Welding depth, regulated, for example, by varying the laser power P or by changing one or more other process parameters the laser welding process can be done.

Auch kann mit Hilfe des oben beschriebenen Verfahrens eine Durchschweißung der Werkstücke 4 erkannt werden, indem die Kenngröße KT für die Einschweißtiefe T mit einer Kenngröße KD für die Dicke D des Werkstücks 4 verglichen wird. Entspricht die Einschweißtiefe T bzw. deren korrelierte Kenngröße KT der Dicke D des Werkstücks 4 bzw. einer mit der Dicke D des Werkstücks 4 korrelierten Kenngröße KD wird eine Durchschweißung detektiert.Also, by means of the method described above, a through-welding of the workpieces 4 be recognized by the characteristic K T for the welding depth T with a characteristic K D for the thickness D of the workpiece 4 is compared. Corresponds to the welding depth T or its correlated characteristic K T of the thickness D of the workpiece 4 or one with the thickness D of the workpiece 4 correlated characteristic K D is a Durchschweißung detected.

Claims (13)

Verfahren zum Bestimmen einer Einschweißtiefe (T) während eines Laser-Schweißprozesses und/oder anschließend an einen Laser-Schweißprozess von Werkstücken (4), umfassend die Schritte: zweidimensional ortsaufgelöstes Detektieren der Intensität (I) von Strahlung (2b), die von einem flüssigen Schmelzbad (21) und einer sich an das flüssige Schmelzbad (21) anschließenden, erstarrten Schmelze (23) emittiert wird, Bestimmen von geometrischen Größen (M1, ..., Mn) des Schmelzbades (21) und der erstarrten Schmelze (23) anhand der zweidimensional ortsaufgelöst detektierten Strahlungsintensität (I), und Bestimmen einer Kenngröße (KT) für die Einschweißtiefe (T) als Funktion von mindestens einer geometrischen Größe (M1, M2) des Schmelzbades (21) und mindestens einer geometrischen Größe (M3, M4) der erstarrten Schmelze (23).Method for determining a welding depth (T) during a laser welding process and / or subsequent to a laser welding process of workpieces ( 4 ), comprising the steps of two-dimensionally spatially resolved detection of the intensity (I) of radiation ( 2 B ) obtained from a liquid molten bath ( 21 ) and one to the liquid molten bath ( 21 ) subsequent, solidified melt ( 23 ), determining geometric quantities (M1, ..., Mn) of the molten bath ( 21 ) and the solidified melt ( 23 ) based on the two-dimensionally spatially resolved detected radiation intensity (I), and determining a parameter (K T ) for the welding depth (T) as a function of at least one geometric size (M1, M2) of the molten bath ( 21 ) and at least one geometric size (M3, M4) of the solidified melt ( 23 ). Verfahren nach Anspruch 1, bei dem aus der zweidimensional ortsaufgelöst detektierten Strahlungsintensität (I) eine Schmelzbadbreite (M1), eine Schmelzbadlänge (M2), eine Wärmespurbreite (M3) der erstarrten Schmelze (23) und eine Abklinglänge (M4) der erstarrten Schmelze (23) als geometrische Größen bestimmt werden.A method according to claim 1, wherein from the two-dimensionally spatially resolved detected radiation intensity (I) a melt pool width (M1), a melt pool length (M2), a heat trace width (M3) of the solidified melt ( 23 ) and a decay length (M4) of the solidified melt ( 23 ) are determined as geometric quantities. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Schmelzbadbreite (M1) an der breitesten Stelle des Schmelzbades (23) quer zur Schweißrichtung (18) bestimmt wird.A method according to claim 2, wherein the pool width (M1) at the widest point of the molten bath ( 23 ) transversely to the welding direction ( 18 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Schmelzbadlänge (M2) an der längsten Stelle des Schmelzbades (23) parallel zur Schweißrichtung (18) bestimmt wird.A method according to claim 2 or 3, wherein the molten bath length (M2) at the longest point of the molten bath ( 23 ) parallel to the welding direction ( 18 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Schmelzbadbreite (M1) und/oder die Schmelzbadlänge (M2) anhand eines binärisierten Bildes der zweidimensional ortsaufgelöst detektierten Strahlungsintensität (I) bestimmt werden.A method according to claim 3 or 4, wherein the melt pool width (M1) and / or the melt pool length (M2) are determined on the basis of a binarized image of the two-dimensionally spatially resolved detected radiation intensity (I). Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, bei dem die Wärmespurbreite (M3) der erstarrten Schmelze (23) durch Auswerten der detektierten Strahlungsintensität (I) entlang einer Linie (26) quer zur Schweißrichtung (18) als Halbwertsbreite der Verteilung der Strahlungsintensität (I) bestimmt wird.Method according to one of claims 4 to 5, wherein the heat trace width (M3) of the solidified melt ( 23 by evaluating the detected radiation intensity (I) along a line ( 26 ) transversely to the welding direction ( 18 ) is determined as the half-width of the distribution of the radiation intensity (I). Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem die Abklinglänge (M4) der erstarrten Schmelze (23) durch Auswerten der detektierten Strahlungsintensität (I) entlang der Schweißnaht (28) als diejenige Länge bestimmt wird, in welcher die Strahlungsintensität (I) auf das 1/e-fache abfällt.Method according to one of claims 2 to 6, wherein the fading length (M4) of the solidified melt ( 23 ) by evaluating the detected radiation intensity (I) along the weld ( 28 ) is determined as the length in which the radiation intensity (I) drops to 1 / e times. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem die Kenngröße (KT) für die Einschweißtiefe (T) nach folgender Formel bestimmt wird: KT = C × (M1 – O1)E1 × (M2 – O2)E2 × (M3 – O3)E3 × (M4 – O4)E4, wobei M1 bis M4 die geometrischen Größen und C, O1 bis O4, E1 bis E4 Konstante bezeichnen.Method according to one of Claims 2 to 7, in which the characteristic variable (K T ) for the welding depth (T) is determined according to the following formula: K T = C × (M1-O1) E1 × (M2-O2) E2 × (M3-O3) E3 × (M4-O4) E4 where M1 to M4 denote the geometric quantities and C, O1 to O4, E1 to E4 constant. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: Erkennen einer Durchschweißung des Werkstücks (4) durch Vergleichen der Kenngröße (KT) für die Einschweißtiefe (T) mit einer Kenngröße (KD) für die Dicke (D) des Werkstücks (4).Method according to one of the preceding claims, further comprising: detecting a through-welding of the workpiece ( 4 by comparing the characteristic value (K T ) for the welding depth (T) with a characteristic (K D ) for the thickness (D) of the workpiece ( 4 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kenngröße (KT) für die Einschweißtiefe (T) mit einer Soll-Kenngröße (KT,S) für die Einschweißtiefe (T) verglichen und bei einer Abweichung mindestens ein Prozessparameter des Laserschweißprozesses geändert wird.Method according to one of the preceding claims, in which the characteristic variable (K T ) for the welding depth (T) is compared with a nominal characteristic (K T, S ) for the welding depth (T) and at least one process parameter of the laser welding process is changed in the event of a deviation , Computerprogrammprodukt, welches zur Durchführung aller Schritte des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist, wenn das Computerprogramm auf einer Datenverarbeitungsanlage abläuft.Computer program product, which is designed to carry out all steps of the method described above, when the computer program runs on a data processing system. Vorrichtung (1) zur Durchführung eines Laserschweißprozesses, umfassend: einen Laserbearbeitungskopf (5) zur Ausrichtung eines Laserstrahls (2a) auf ein zu bearbeitendes Werkstück (4), einen Detektor (7), welcher zur zweidimensional ortsaufgelösten Detektion der Intensität (I) von Strahlung (2b) ausgebildet ist, die von einem flüssigen Schmelzbad (21) und einer sich an das flüssige Schmelzbad (21) anschließenden erstarrten Schmelze (22) emittiert wird, eine Bildverarbeitungseinrichtung (13), die programmiert ist, anhand der zweidimensional ortsaufgelöst detektierten Strahlungsintensität (I) geometrische Größen (M1, ..., Mn) des Schmelzbades (21) und der erstarrten Schmelze (23) zu bestimmen, sowie eine Auswerteeinrichtung (14), die programmiert ist, eine Kenngröße (KT) für die Einschweißtiefe (T) als Funktion von mindestens einer geometrischen Größe (M1, M2) des Schmelzbades (21) und mindestens einer geometrischen Größe (M3, M4) der erstarrten Schmelze (23) zu bestimmen.Contraption ( 1 ) for performing a laser welding process, comprising: a laser processing head ( 5 ) for aligning a laser beam ( 2a ) on a workpiece to be machined ( 4 ), a detector ( 7 ), which is used for the two-dimensionally spatially resolved detection of the intensity (I) of radiation ( 2 B ) formed by a liquid molten bath ( 21 ) and one to the liquid molten bath ( 21 ) subsequent solidified melt ( 22 ) is emitted, an image processing device ( 13 ), which is programmed, based on the two-dimensional spatially resolved detected radiation intensity (I) geometric quantities (M1, ..., Mn) of the molten bath ( 21 ) and the solidified melt ( 23 ), and an evaluation device ( 14 ), which is programmed, a parameter (K T ) for the welding depth (T) as a function of at least one geometric size (M1, M2) of the molten bath ( 21 ) and at least one geometric size (M3, M4) of the solidified melt ( 23 ). Vorrichtung nach Anspruch 12, weiter umfassend: eine Anzeigeeinrichtung (17) zur Anzeige der vom Detektor (7) detektierten Strahlung (2b), der geometrischen Größen (M1, ..., Mn) und der ermittelten Kenngröße (KT).Apparatus according to claim 12, further comprising: a display device ( 17 ) to display the from the detector ( 7 ) detected radiation ( 2 B ), the geometric quantities (M1, ..., Mn) and the determined parameter (K T ).
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