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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen, mittels dem unabhängig von Materialeigenschaften aufgrund reduzierter Schweißspritzerbildung die Schweißnahtqualität verbessert und der Nachbearbeitungsaufwand reduziert wird.
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Das Schweißen von Bauteilen aus beispielsweise hochfestem Stahl (definiert als Stahlgüten mit einer Streckgrenze > 250 MPa) ist gekennzeichnet durch zwei Problemstellungen. Zum einen variieren Materialeigenschaften wie Rückfederungsverhalten nach Umformprozessen, aufgrund der diffizilen Einstellung von Mikrolegierungselementen während der Stahlherstellung in einer gewissen Größenordnung. Zum anderen verursachen Beschichtungen, die z. T. für den Herstellungsprozess notwendig sind (beispielhaft seien AlSi-Beschichtungen für pressgehärtete Stahlgüten genannt), erhebliche Probleme für nachgelagerte thermische Fügeverfahren. In der Kombination kommt es somit zu Bauteilversätzen und Spalten zwischen den zu fügenden Bauteilen und zum anderen zu einer reduzierten Schweißeignung auf Grund der in das Schmelzbad eindringenden Beschichtungselemente, die die chemische Zusammensetzung und damit Viskosität der Schmelze sowie Affinität zu umgebenden Gasen und folglich das Oxidationsverhalten der Schmelze beeinflussen. Dadurch geht eine Verminderung der Qualität der Schweißnaht und zusätzlich eine Reduktion der Bauteilfestigkeit einher.
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Beim Schweißprozess mittels Laser entsteht an der Stelle, an der der Laserstrahl auf die zu fügenden Werkstücke trifft, ein Schmelzbad. Beim Tiefschweißen sind sehr hohe Leistungsdichten von etwa 1 Megawatt pro Quadratzentimeter nötig. Der Laserstrahl schmilzt das Metall dann nicht nur auf, sondern erzeugt auch Dampf. In der Metallschmelze bildet sich sodann ein tiefes, schmales, dampfgefülltes Loch: die sog. Dampfkapillare – auch Keyhole genannt (englisch für Schlüsselloch). Die Dampfkapillare ist das Ergebnis eines Gleichgewichts zwischen Druck des verdampfenden Materials sowie auf die Schmelze wirkender Oberflächenspannung und Schwerkraft, welche dem Dampfdruck entgegen wirken um die Dampfkapillare zu schließen. Die Dampfkapillare ist also von flüssigem Metall umgeben. Dieser flüssige Bereich wird allgemein als Schmelzbad bezeichnet. Die Schmelzbadform (Breite, Länge) ist gekennzeichnet durch die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Werkstoff, die Form der Wärmequelle und in hohem Maße durch das Bauteil selbst. Homogene Schweißnahtverläufe führen in der Regel zur Ausbildung eines gleichmäßigen Schmelzbades, d. h. das Schmelzbad weist während des Prozesses eine konstante Größe auf. Änderungen im Schweißnahtverlauf (Spalt, Geschwindigkeit, Wärmeableitung) bewirken jedoch Änderungen in der Größe des Schmelzbades. Dies kann zur Folge haben, dass sich die von der Größe des Schmelzbades abhängigen Eigenschwingungen an determinierten Stellen auf der Schmelzbadoberfläche überlagern und sogenannte „Schmelzewellen“ bilden. Diese können sich in alle Richtungen durch das Schmelzbad bewegen. Demnach bilden die Schmelzewellen einen weiteren Faktor, der das beschriebene Gleichgewicht, welches die Dampfkapillare aufrechterhält, stören kann. Das beständige Pumpen der Dampfkapillare führt dazu, dass der ausströmende Dampf beständig kleinste Mengen der Schmelze in Form von Prozessemissionen mitreißt. Wird dieser Prozess von „Schmelzwellen“ gestört, bricht die Dampfkapillare zusammen. Eingeschlossenes Gas und der zeitgleiche Aufbau einer neuen Dampfkapillare führen zu starken Auswürfen. Es entstehen Spritzer von aufgeschmolzenem Material, die sich in der Nähe der Schweißnaht auf der Oberfläche der Werkstücke ablagern. Das ausgeworfene Material fehlt in der Schweißnaht, was im ungünstigsten Fall eine Nacharbeit erforderlich macht. Zusätzlich müssen die gelagerten Metallspritzer entfernt werden. Das bedeutet, dass nach der Laserbearbeitung des Werkstückes für dieses noch kostspielige Arbeitsgänge erforderlich sind.
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Schweißspritzer, die während des Schweißprozesses entstehen, können auf verschiedene Art detektiert sowie ggf. quantifiziert und charakterisiert werden.
DD 213 613 A1 offenbart z. B. ein Verfahren zur Detektion von Schweißspritzern und zur Steuerung eines thermischen Prozesses auf Basis der gemessenen elektrischen Ladung, die abgelöste schmelzflüssige Werkstoffteilchen mit sich tragen.
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Zur Erfassung von Schweißspritzern sind auch optische Verfahren, beispielsweise mittels Fotodioden oder Kamerasystemen, bekannt. Je nach Legierungszusammensetzung der zu fügenden Werkstücke emittieren die Schweißspritzer Licht im sichtbaren und nahen infraroten Bereich. Fotodioden haben den Vorteil, dass sie mit einer hohen Abtastrate Helligkeitsänderungen erfassen können. Kameras haben den Vorteil, neben der räumlich aufgelösten Helligkeitsverteilung zusätzliche Informationen über Schweißspritzergröße, -anzahl und Bewegungsrichtung erfassen zu können, was aber zu Lasten der Abtastrate geht. Für eine effektive Echtzeitüberwachung des Schweißprozesses ist jedoch eine hohe Abtastrate unabdingbar.
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DE 41 06 008 C2 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur on-line-Überwachung bei der Werkstückbearbeitung mit Laserstrahlung zur Erkennung von Schweißfehlern durch Beobachtung von Schweißspritzern. Hierzu wird an der Bearbeitungsstelle emittiertes Licht in der Art zu zwei optoelektrischen Empfängern geleitet, dass je eine bereits über die beobachtete, lichtemittierende Fläche mit optischen Mitteln teil-integrierte Lichtintensität von den als Empfängerzeilen ausgebildeten Empfängern erfasst wird.
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In
US 2012 0 152 916 A1 ist ein Verfahren zur Qualitätsüberwachung beim Laserstrahlschweißen offenbart, bei welchem anhand eines mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommenen Bildes qualitätsbestimmende Merkmale, wie z. B. die Anzahl der Schweißspritzer, mit Hilfe einer Vergleichstabelle analysiert und auf einem Monitor dargestellt werden.
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Nach dem Stand der Technik kann die Verunreinigung der Werkstückoberflächen mit Schweißspritzern durch eine Vielzahl von Maßnahmen reduziert werden. So beschreibt z. B. die
DE 38 07 476 C2 eine Bearbeitungseinrichtung, bei der hinter dem Laserkopf eine simple Trennwand und an deren unterem Ende eine über die Oberfläche des Werkstückes streifende Bürste angeordnet ist. Diese Trennwand verhindert jedoch nicht die Entstehung von Metallspritzern und kann auch nur den Bereich hinter dem Laserkopf vor Schweißspritzern schützen, wobei ein regelmäßiger Austausch oder Reinigung der Trennwand erforderlich ist.
DE 35 09 475 A1 offenbart ein Verfahren zum Schweißen mit einem Elektronenstrahl, bei dem die Werkstücke mit einem Schutzüberzug aus Polyimid überzogen werden zur Verhinderung des Anhaftens von Schweißspritzern in den nicht geschweißten Flächenbereichen des Werkstücks. Dies erfordert jedoch zeitaufwendige und kostenintensive Vor- und Nachbehandlung der zu verschweißenden Werkstücke.
DE 10 2011 121 420 A1 zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines auf die Werkstückoberfläche gerichteten Laserstrahls, wobei beim Schweißen entstehende Schweißspritzer mittels zweier parallel angeordneter Luftströme fortgeblasen werden. Der Laserstrahl ist hierbei während der Bearbeitung des Werkstücks zwischen den beiden beabstandeten Luftströmen angeordnet. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der zusätzlich notwendige technische und finanzielle Aufwand zu Installation und Betrieb der Einrichtung zur Erzeugung der Luftströme. Außerdem werden Schweißspritzer nicht vermieden, sondern nur entfernt.
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DE 10 2011 016 579 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Laserstrahlschweißen mittels zweier Laserstrahlen unterschiedlicher Leistungsdichte. Durch die Vorerwärmung und gegebenenfalls ein oberflächliches Anschmelzen der Schweißnaht mit einem Laser geringer Leistungsdichte und das anschließende Tiefschweißen mit einem zweiten Laser hoher Leistungsdichte können die im Schmelzbad ablaufenden dynamischen Vorgänge in der Art beeinflusst werden, dass das Auftreten von Schweißspritzern beim Laserstrahlschweißen metallischer Bauteile reduziert wird. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der zusätzlich notwendige technische und finanzielle Aufwand zur Bereitstellung und zum Betrieb eines zweiten Lasers. Außerdem ist bei dem Verfahren keine Überwachung des Auftretens von Schweißspritzern bzw. aktive Steuerung zur Schweißspritzerreduktion vorgesehen.
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In
DE 38 20 848 A1 ist ein Verfahren zum Fügen von Werkstücken mittels Laserstrahlung offenbart, bei dem in einer Ausgestaltungsvariante durch eine Oszillation des Laserstrahls quer zur Vorschubrichtung eine Verbesserung der Nahtqualität, beispielsweise aufgrund reduzierter Spritzerbildung, erzielbar sein soll. Allerdings ist bei diesem Verfahren weder eine Überwachung des Auftretens von Schweißspritzern vorgesehen noch werden Details bzw. konkret anzuwendende Parameter zur gezielten Schweißspritzerreduktion während des Fügens aufgezeigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Auftreten von Schweißspritzern beim Laserstrahl-Schweißen in Echtzeit (d. h. mit hoher Abtastrate) zu überwachen und durch eine von dieser Echtzeitüberwachung gesteuerte Adaption der Prozessparameter des Schweißprozesses unter Verwendung des Laserstrahls Größe und Anzahl der auftretenden Schweißspritzer zu reduzieren. Diese dynamische Adaption der Prozessparameter soll kontinuierlich während des Schweißvorganges möglich sein, wobei die zu Beginn des Schweißprozesses zu wählenden Prozessparameter gemäß den Bedingungen (z. B. Materialzusammensetzung der zu verbindenden Werkstücke, Eigenschaften der Schweißnaht, Vorschubgeschwindigkeit beim Schweißen, etc.) automatisiert einstellbar sein sollen.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1; zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung befinden sich in den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß erfolgt eine Reduktion bzw. Vermeidung von Schweißspritzern beim Laserschweißen durch eine die Vorschubbewegung überlagerte räumliche Oszillation des Laserstrahls, d. h., der Laserbrennfleck auf dem Schweißgut schwingt periodisch hin und her, wobei ein oder mehrere Oszillationsparameter (beispielsweise Amplitude oder Frequenz) zielgerichtet und dynamisch während des Laserschweißens angepasst werden; d. h., die Oszillationsparameter können während des Schweißens in Abhängigkeit der beim Schweißen vorliegenden Bedingungen verändert werden. Für eine kontrollierte Reduktion der Schweißspritzer und Anpassung der Oszillationsparameter wird während des Laserschweißens die Ausbildung von Schweißspritzern in Echtzeit überwacht.
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Die räumliche Oszillation (d. h. Schwingung der Ablenkung) des Laserstrahls während des Schweißprozesses erfolgt vorzugsweise eindimensional (d. h. entlang einer Linie). Hierfür wird der Laserstrahl mittels geeigneter Vorrichtungen in mindestens einer der drei Raumrichtungen abgelenkt. Eine Ablenkung des Laserstrahls längs oder quer zur Vorschubrichtung kann z. B. durch Galvanometerscanner hervorgerufen werden.
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Die Dampfkapillare wird während des Schweißprozesses durch das Bauteil bewegt und beeinflusst durch ihre Oszillation auch die Oszillation des sie umgebenden Schmelzbades. Hierbei spielen auch das Material der zu fügenden Werkstücke bzw. auf die Werkstoffe aufgebrachte Beschichtungen eine wesentliche Rolle.
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Durch die mittels Strahloszillation hervorgerufene Schwingungsbeeinflussung der Dampfkapillare und der Schmelze kann abhängig von Werkstückmaterial und Vorschubgeschwindigkeit beim Schweißen eine Reduktion der Schweißspritzerbildung beobachtet werden. Hierbei fließen insbesondere die Oszillationsparameter, wie z. B. Frequenz, Schwingform und Amplitude, als Faktoren ein.
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Da somit eine Vielzahl an Einflussgrößen auf die Entstehung bzw. Reduktion der Schweißspritzer mittels oszillierendem Laserstrahl zu berücksichtigen ist, ist erfindungsgemäß eine Echtzeitüberwachung der Schweißspritzerbildung vorgesehen.
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Außerdem ist vorgesehen, dass die Kollimation (Fokussierung) des Laserstrahls verändert werden kann. Die Kollimationsverstellung kann motorisch, piezoelektrisch, hydraulisch oder pneumatisch angetrieben (in axialer Strahlrichtung) erfolgen.
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Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene Laserstrahlschweißvorrichtung weist eine digitale Kamera, beispielsweise basierend auf CCD-oder CMOS-Mikrochips, auf, die derart gestaltet und angeordnet ist, dass mit dieser Kamera Bilder von der Fügestelle im Bereich des auf die Werkstücke auftreffenden Laserstrahls (d. h. des Laserbrennflecks) im sichtbaren, nahen infraroten und infraroten Wellenlängenbereich mit einer Bildaufnahme-Frequenz von mindestens 25 Hz aufgenommen werden können. Dieser Wellenlängenbereich ist besonders geeignet, die Schmelze bzw. schmelzflüssige Teilchen zu erfassen. Eine Bildwiederholrate von mindestens 25 Hz ist für eine Echtzeitüberwachung der beim Schweißen ablaufenden Vorgänge notwendig.
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Weiterhin weist die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene Laserstrahlschweißvorrichtung eine mit der Kamera verbundene Auswerteeinheit auf, mit deren Hilfe u. a. eine automatisierte Bearbeitung und Auswertung der mit der Kamera aufgenommenen Bilder durchgeführt werden kann, wobei die Auswerteeinheit derart gestaltet ist, dass sie mittels extern programmierter Software betrieben werden kann. Beispielsweise ist die Auswerteeinheit ein Computer (PC) mit einer zur Anbindung an die Kamera ausgestatteten Schnittstelle, wobei die Auswerteeinheit eine zweite Schnittstelle zur Anbindung an eine Steuerungseinheit der Laserstrahlschweißvorrichtung aufweist.
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Das erfindungsgemäße Laserstrahlschweißverfahren mit adaptiver Anpassung der Oszillationsparameter zum Zwecke der Reduktion der Schweißspritzerbildung während des Fügens eines ersten Werkstücks mit einem zweiten Werkstück an einem Fügestoß mittels der oben beschriebenen Laserstrahlschweißvorrichtung wird wie folgt durchgeführt:
Auf der Grundlage einer Höhenbestimmung eines Luftspaltes zwischen erstem und zweitem zu fügenden Werkstück am Überlappstoß, des Materials und einer eventuellen Beschichtung der beiden zu fügenden Werkstücke und der anzuwendenden Schweißvorschubgeschwindigkeit werden die zu Beginn des Schweißvorganges einzustellenden Oszillationsparameter festgelegt. Dies kann beispielsweise durch die Auswerteeinheit geschehen, nachdem man die entsprechenden Parameter eingegeben hat.
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Die Höhenbestimmung des Luftspaltes kann beispielsweise durch eine Messung der Sprunghöhe des Überlappstoßes und anschließendes Abziehen der (bekannten) Blechdicke des Oberblechs (d. h. des am Überlappstoß „oben“ liegenden Werkstückes) erfolgen Eine Höhenmessung der Sprunghöhe des Fügestoßes kann – manuell oder automatisiert – über Lasertriangulation erfolgen. Es können aber auch andere Verfahren zur Bestimmung der Höhe, wie beispielsweise optische Kohärenztomografie, eingesetzt werden. Bei einer automatisierten Höhenmessung kann das Messergebnis instantan an die Auswerteeinheit, beispielsweise über eine geeignete Schnittstelle, übermittelt werden.
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Vorzugsweise wird eine eindimensionale Oszillation des Laserstrahls mit einer Oszillationsrichtung entlang der Vorschubrichtung durchgeführt, falls das Ergebnis der Höhenbestimmung – innerhalb der Messgenauigkeit – einen Wert von Null ergibt. Falls das Ergebnis der Höhenbestimmung einen Wert größer der Messgenauigkeit ergibt, wird für den Laserstrahl vorzugsweise eine eindimensionale Oszillation mit einer Oszillationsrichtung senkrecht zur Vorschubrichtung gewählt.
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Im nächsten Schritt werden die weiteren Oszillationsparameter des Laserstrahls, wie Frequenz, Amplitude und Schwingungsform (z. B. Sinus, Rechteck, Dreieck oder Sägezahn) festgelegt. Diese Parameter beeinflussen die Schmelzbadströmungen in entscheidender Weise. Vorzugsweise wird für die Auswahl der verfahrensgemäßen Parameter eine Datenbank (z. B. in Form einer sog. „Look-up-table“) verwendet, in der für eine Vielzahl von Ausgangssituationen – z. B. empirisch bestimmte – Parameter hinterlegt sind. Diese Datenbank kann in der Auswerteeinheit gehalten werden, sodass die Auswahl der anzuwendenden Oszillationsparameter automatisiert durch die Auswerteeinheit erfolgen kann.
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Auf Basis dieser zu Beginn des Schweißprozesses festgelegten Oszillationsparameter wird ein Bildausschnitt des mit der Kamera von dem Fügestoß erfassten Bildes festgelegt. Die Vorgabe eines, im Vergleich zum gesamten erfassten Bild kleinen, Bildausschnitts ist notwendig, um die Echtzeitüberwachung auch in Echtzeit durchführen zu können, da die Abtastrate umgekehrt proportional zur Bildgröße abfällt.
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Vorzugsweise ist der festgelegte Bildausschnitt rechteckförmig bzw. in Form eines schmalen Streifens ausgebildet, wobei die Längsseite des Bildausschnitts senkrecht zur Oszillationsrichtung des Laserbrennflecks und somit parallel oder senkrecht zum Fügestoß angeordnet ist. Bei senkrechter Oszillationsrichtung zum Fügestoß wird der Bildausschnitt vorzugsweise auf dem Unterblech (d. h. dem beim Überlappstoß unten angeordneten Werkstück) gewählt, bei Laseroszillation parallel zum Fügestoß befindet sich der Bildausschnitt vorzugsweise in Vorschubrichtung hinter dem Laserbrennfleck.
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Während des nachfolgend durchgeführten Schweißprozesses werden von der Auswerteeinheit Helligkeitsunterschiede in dem festgelegten Bildausschnitt erfasst und hinsichtlich Spritzerbildung ausgewertet. Vorzugsweise werden Anzahl und Größe der entstandenen Schweißspritzer bestimmt.
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Die Erkennung von Spritzern erfolgt vorzugsweise durch die geometrische Form von hellen Flecken auf dem Bildausschnitt. Während Schweißspritzer eher durch eine runde Form gekennzeichnet sind, weisen beispielsweise Dampffackelartefakte eine länglich ovale Form auf. Durch Auswertung der geometrischen Form können daher Schweißspritzer auf diese Art zuverlässig detektiert werden.
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Durch eine Objektverfolgung (welche beispielsweise mittels Erkennung charakteristischer Merkmale in einer aufeinanderfolgenden Bildreihe erfolgt) kann die Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit eines Schweißspritzers ermittelt werden. Diese Daten können für eine ergänzende Prozessbewertung herangezogen werden. Kleine Schweißspritzer sind in der Regel durch eine hohe Bewegungsgeschwindigkeit gekennzeichnet, während große Spritzer üblicherweise eine geringe Geschwindigkeit aufweisen.
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Große, langsame Schweißspritzer entstehen immer dann, wenn viel Schmelzgut in die Dampfkapillare eintritt, diese zusammenbricht und daraufhin schmelzflüssiges Material auswirft. Kleine Schweißspritzer entstehen an den Wänden der Dampfkapillare und werden durch den Dampfdruck aus derselben gefördert. Dahingehend ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Prozess in der Art durch Adaption von Oszillationsparametern zu beeinflussen, dass primär die Größe und sekundär die Anzahl der Schweißspritzer reduziert wird.
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Auf Basis der Schweißspritzerparameter Schweißspritzergröße, Schweißspritzeranzahl und Schweißspritzergeschwindigkeit werden Soll-Oszillationsparameter festgelegt, die von den Ist-Oszillationsparametern abweichen können. Die Festlegung der Soll-Oszillationsparameter kann mittels der Auswerteeinheit anhand einer Datenbank erfolgen, in der beispielsweise für Kombinationen von Schweißspritzerparametern empirisch ermittelte Soll-Oszillationsparameter hinterlegt sind. Die Festlegung der Soll-Oszillationsparameter kann aber auch über eine analytische Funktion (welche ebenfalls empirisch, beispielsweise durch Kurvenanpassung an Daten von ausgedehnten Versuchsreihen, bestimmt worden sein kann) geschehen, in welcher die ermittelten Schweißspritzerparameter als Eingangsgrößen verwendet werden.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass eine Reduktion der beim Schweißvorgang entstehenden Schweißspritzer mit dem zum Schweißen verwendeten Laser erfolgen kann, wobei durch eine zielgerichtete Adaption der Oszillationsparameter (wie beispielsweise Frequenz oder Amplitude) kontinuierlich in Echtzeit die unerwünschten Schweißspritzer kontrolliert und daraufhin reduziert werden können. Da die Oszillationsparameter während des Schweißvorgangs stetig anhand der Ist-Situation neu bestimmt werden, kann ihre Anpassung zum Zwecke der Reduktion von Schweißspritzern dynamisch während des Prozesses erfolgen, wobei verfahrensimmanent auf sich ändernde Prozessparameter (wie beispielsweise Einschlüsse bzw. Materialinhomogenitäten in einem der Werkstücke an der Schweißnaht) ebenfalls in Echtzeit reagiert werden kann.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist sein hoher Grad an Automatisierung, sodass lediglich zu Beginn des Schweißprozesses die Eingabe von Prozessparametern, in beispielsweise die Auswerteeinheit, notwendig ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Oszillation des Laserstrahls, d. h. der zeitliche Kurvenverlauf der Oszillationsamplitude, die Form einer Sinuskurve, eines Dreiecks (Sägezahn) oder eines Rechtecks aufweist.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens kann zur Bestimmung der Soll-Oszillationsparameter ein evolutionärer Algorithmus verwendet werden. Dieser evolutionäre Algorithmus erlaubt eine (Re-)Kombination der Schweißspritzerparameter, vorzugsweise der Schweißspritzergröße, mit anzuwendenden Oszillationsparametern anhand guter Schweißergebnisse. Auf diese Art wird ein lernendes System erzeugt, wobei kontinuierlich auf sich verändernde Prozessparameter reagiert werden kann. Die somit neu erhaltenen Parameterkombinationen können beispielsweise dauerhaft in eine in der Auswerteeinheit hinterlegten Datenbank oder während der Dauer des Schweißprozesses in einer zweiten, temporär angelegten Datenbank gespeichert werden. Durch diese uneingeschränkte Flexibilität des Verfahrens können die Oszillationsparameter in Abhängigkeit der beim Schweißen auftretenden Schweißspritzer jeweils dynamisch während des Schweißvorganges angepasst werden.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die Oszillationsparameter in Abhängigkeit der Vorschubgeschwindigkeit gewählt werden, d. h., die Oszillationsparameter werden während des Schweißvorganges an eine sich ändernde Vorschubgeschwindigkeit angepasst.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann bei gleichbleibender Oszillationsfrequenz die Oszillationsamplitude dynamisch angepasst werden. Dies hat den Vorteil, dass das Abkühlverhalten des Schmelzbades beeinflussbar ist, wodurch ebenfalls das Nachströmen der Schmelze beeinflusst wird. Dies ist insbesondere bei Verfahrensadaptionen, wie bspw. Millistep, erfolgversprechend.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dazu zeigen in schematischer Darstellung ein mit der Kamera am Überlappstoß in Draufsicht erfasstes Bild die
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1 den Überlappstoß mit senkrecht dazu oszillierendem Laserstrahl; und
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2 den Überlappstoß mit parallel dazu oszillierendem Laserstrahl.
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Auf die Darstellung der Schweißnaht wurde in diesen Figuren verzichtet.
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1 zeigt das mit der Kamera (nicht dargestellt) erfasste Bild 1 von dem Fügestoß 2 im Bereich des Laserbrennflecks 3 (bzw. des vom Laserstrahl erzeugten Schmelzbades), der mit einer vorgegebenen Vorschubgeschwindigkeit vs entlang des Fügestoßes 2 bewegt wird. Mittels in einer Laseroptik integrierter Ablenkspiegel (nicht dargestellt) wird der Laserbrennfleck 3 zusätzlich einer räumlichen, eindimensionalen Oszillation unterworfen. Der Laserstrahl schwingt also periodisch senkrecht zu dem Überlappstoß 2.
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Der für die Bildauswertung herangezogene Bildausschnitt 4 ist, bei hier senkrecht zu dem Fügestoß 2 oszillierendem Brennfleck 3, entlang des Fügestoßes 2 definiert, wobei der Bildausschnitt 4 auf dem Unterblech und zu dem Fügestoß 2 beabstandet ist. Es werden nur die Schweißspritzer 5 analysiert, die durch den Bildausschnitt 4 „fliegen“.
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In 2 ist anhand des von der Kamera erfassten Bildes 1 der Fall des parallel zur Vorschubrichtung oszillierenden Laserbrennflecks 3 dargestellt. Hier wird der Bildausschnitt 4 senkrecht zu dem Überlappstoß 2 definiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kamerabild
- 2
- Fügestoß/Überlappstoß
- 3
- Laserbrennfleck
- 4
- Bildausschnitt
- 5
- Schweißspritzer
- vs
- Vorschubgeschwindigkeit
