DE102017202972A1

DE102017202972A1 - Verfahren und Messeinrichtung zur Detektion mindestens eines Qualitätsmerkmals innerhalb einer Laserschweißnaht sowie eine hiermit ausgestattete Laserschweißvorrichtung

Info

Publication number: DE102017202972A1
Application number: DE102017202972.2A
Authority: DE
Inventors: Johannes Hagen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2018-08-23
Also published as: WO2018153560A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung und ein Verfahren zur Detektion mindestens eines Qualitätsmerkmals innerhalb einer durch einen Bearbeitungslaserstrahl (2) zu bildenden Laserschweißnaht (7) an einem Werkstück (6), mit einer Messlaserstrahlquelle (5) zur Bereitstellung eines Messlaserstrahls (4), einer Einkopplungseinheit (3) zur Einkopplung des Messlaserstrahls (4) in den Bearbeitungslaserstrahl (2) in Richtung des Werkstücks (6), wobei eine Auswerteeinrichtung (9) den vom Werkstück (6) reflektierten Messlaserstrahl (4) hinsichtlich mindestens eines Qualitätsmerkmals der Laserschweißnaht (7) analysiert, wobei die Auswerteeinrichtung (9) Porendetektionsmittel umfasst, welche als Qualitätsmerkmal eine in die Laserschweißnaht (7) eingeschlossene Pore (10) durch Analyse des reflektierten Messsignalverlaufs (M) hinsichtlich einer porencharakteristischen Signalauffälligkeit (S) detektiert. Ferner betrifft die Erfindung auch eine hiermit ausgestattete Laserschweißvorrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion mindestens eines Qualitätsmerkmals innerhalb eines durch einen Bearbeitungslaserstrahl zu bildenden Schweißnaht an einem Werkstück, deren Messlaserstrahl über eine Einkopplungseinheit zur Einkopplung in den Bearbeitungslaserstrahl in Richtung Werkstück weitergeleitet wird, wobei aus dem in Rückrichtung vom Messlaserstrahl durch das Werkstück reflektierten Messsignalverlauf M_t das mindestens eine Qualitätsmerkmal der Laserschweißnaht ermittelt wird.Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine dieses Verfahren ausführende Messeinrichtung sowie eine die Messeinrichtung umfassende Laserschweißvorrichtung.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich auf Laserschweißanwendungen, bei denen es auf die Erzeugung einer Schweißnaht als stoffschlüssige Verbindung zwischen Werkstücken oder Werkstückbereichen ankommt, welche eine besonders hohe Qualität und damit Dauerfestigkeit aufweisen soll, beispielsweise bei sicherheitsrelevanten Rohrleitungen oder Behältern.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2010 016 862 A1 geht eine Laserschweißvorrichtung mit integrierter Messeinrichtung zur Abstandsmessung hervor. Im Rahmen der Messeinrichtung wird der Bearbeitungsabstand zwischen einem Bearbeitungslaser und dem Werkstück zu Steuerungszwecken ermittelt. Hierfür ist ein Laserscanner mit zweidimensionaler Ablenkeinrichtung mit Scannerspiegeln strahlabwärts des Bearbeitungslasers angeordnet. Eine automatische Fokusnachstelleinrichtung ist für variierende Bearbeitungsabstände vorgesehen. Eine Sensoranordnung mit einem Spektrometer und mindestens zwei Sensorlichtquellen erzeugt Messstrahlen, die über den Laserscanner und ein Objektiv gemeinsam den Bearbeitungsbereich des Werkstücks unter Erfassung des Werkstückabstandes abtasten. Die Messstrahlen der Sensorlichtquellen sind dabei linear polarisiert und mit gekreuzten Polarisationsrichtungen in den Bearbeitungsstrahlengang des Laserscanners über ein optisches Koppelelement kollimiert eingekoppelt.
Die auf diese Weise in die Bearbeitungsstrahlen eingekoppelten Messstrahlen dienen der Istwert-Erfassung des Bearbeitungsabstandes zur Regelung eines automatisierten Arbeitsprozesses. Hierdurch kann der Fokus des Bearbeitungslasers entsprechend der Werkstücktopographie nachgestellt werden.
Aus der DE 10 2014 007 887 A1 geht eine gattungsgemäße Messeinrichtung einer Laserschweißvorrichtung hervor, welche unter Zuhilfenahme eines Interferometers in der Lage ist, weitere Qualitätsmerkmale der Laserschweißnaht zu detektieren. Die Messeinrichtung erfasst Grenzflächen- und Oberflächendaten eines durch die Laserschweißvorrichtung zu bearbeitenden Werkstücks, woraus Qualitätsmerkmale der Laserschweißnaht ableitbar sind.
Die Laserschweißvorrichtung selbst umfasst eine Laserquelle und einen Bearbeitungskopf, der zur Bereitstellung zumindest eines hochenergetischen Bearbeitungslaserstrahls ausgebildet ist. Die Laserquelle und der Bearbeitungskopf sind durch eine optische Faser miteinander verbunden. Die dazugehörige Messeinrichtung umfasst eine als optischen Kohärenztomographen ausgebildete Abtasteinrichtung für eine Oberflächen- und Grenzflächenabtastung des Werkstücks. Der optische Kohärenztomograph stellt eine Messeinheit dar, die sich unter Zuhilfenahme eines Interferometers Kohärenzeigenschaften, also die Fähigkeit des Lichts zu Interferenz, zu Nutze macht. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, die von einer breitbandigen Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahlen mit Hilfe einer Strahlteileinrichtung, insbesondere mit Hilfe eines halbdurchlässigen Spiegels, in zwei Strahlbündel aufzutrennen. Das erste Strahlbündel wird in einen sogenannten Referenzraum geführt, der eine bekannte, einstellbare Länge aufweist. Das Strahlbündel wird endseitig im Referenzraum reflektiert, erneut in dem Referenzarm geführt und anschließend auf einen Detektor abgebildet. Das zweite Strahlbündel wird auf die zu vermessende Oberfläche des Werkstücks geleitet und dort zumindest teilweise wieder in Richtung des Kohärenztomographen reflektiert. Das reflektierte Licht wird ebenfalls auf den Detektor im Kohärenztomographen abgebildet und führt dort zur Interferenz mit dem ersten Strahlbündel. Aus dem vom Detektor erzeugten Messsignal kann eine Information über den Längenunterschied zwischen Messarm und Referenzarm gewonnen werden. Hieraus werden Informationen über die Oberfläche und Grenzfläche des Werkstücks ermittelt, woraus auch Qualitätsmerkmalsinformationen, wie Keyhole-Tiefe und Bearbeitungsfehler gewonnen werden können.
Die Keyhole-Tiefe einer Schweißnaht ist als Schweißparameter kennzeichnend für die Einschweißtiefe. Bei hohen Strahlintensitäten im Fokus eines Bearbeitungslaserstrahls bildet sich in der Schmelze in Strahlrichtung eine Dampfkapillare aus, welche als Keyhole bezeichnet wird. Der Werkstoff wird dadurch auch in der Tiefe aufgeschmolzen, wobei die Schmelzzone tiefer als breit sein kann. Die Dampfkapillare erhöht aufgrund von Mehrfachreflexionen an den Wandungen die Absorption der Laserstrahlung im Material, wodurch ein gegenüber dem Wärmeleitungsschweißen vergrößertes Schmelzvolumen erzeugt werden kann. Über entsprechende Optiken kann die Qualität der Schweißung mit Rahmen einer in-situ Detektion durch Begutachtung des Keyholes bestimmt werden.
Dieser Stand der Technik gestattet es also auf Basis einer interferometrischen Abstandsmessung durch die Laseroptik des Bearbeitungslasers hindurch Rückschlüsse auf die Keyhole-Tiefe der Schweißnaht zuzulassen. Hierdurch lässt sich eine Prozessregelung bezüglich der Einschweißtiefe realisieren oder eine simple Prozessüberwachung der Einschweißtiefe.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messeinrichtung zur Detektion von Qualitätsmerkmalen, ein diesbezügliches Verfahren sowie eine mit der Messeinrichtung ausgestattete Laserschweißvorrichtung dahingehend weiter zu verbessern, dass weitere Qualitätsmerkmale der Laserschweißnaht per in-situ Messung detektierbar sind.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Hinsichtlich einer dieses Verfahren ausführenden Messeinrichtung wird die Aufgabe durch Anspruch 14 gelöst. Bezüglich einer die Messeinrichtung enthaltenden Laserschweißvorrichtung wird auf den Anspruch 21 verwiesen.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass zur Detektion des Qualitätsmerkmals einer in die Laserschweißnaht eingeschlossenen Pore eine Analyse des Messsignalverlaufs M_t hinsichtlich einer porencharakteristischen Signalauffälligkeit S erfolgt. Hierzu ermitteln Porendetektionsmittel aus einem Vergleich einer im reflektierten Messsignalverlaufs M_t aufgefundenen porencharakteristischen Signalauffälligkeit S mit einem für eine porenfreie Schweißnaht zur erwartenden Messsignalverlauf das höchstwahrscheinliche Vorhandensein einer gasgefüllten Pore in der Metallumgebung der Schweißnaht.
Die porencharakteristische Signalauffälligkeit kann in einer spezifischen Amplitudenerhöhung oder Amplitudenabsenkung, einer spezifischen Amplitudenerhöhungsdauer oder Amplitudenabsenkungsdauer, einer spezifischen Frequenzerhöhung oder Frequenzverminderung, einem spezifischen Gradientenverlauf in Form eines Anstiegs oder Abfalls im Messsignalverlauf M_t oder dergleichen erkannt werden.
Vorzugsweise wird die detektierte porencharakteristische Signalauffälligkeit S in einem anschließenden Plausibilisierungsschritt dahingehend verifiziert, ob die Schlussfolgerung auf das Vorhandensein einer Pore hinreichend wahrscheinlich ist. Zur Plausibilisierung des Vorhandenseins einer Pore können mindestens zwei der vorgenannten Parameter: Amplitudenerhöhung/-absenkung, Erhöhungs-/Absenkungsdauer, Frequenzerhöhung/-verminderung, Gradientenverlauf gemeinsam herangezogen werden.
Gemäß einer die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme kann ferner auch über eine Amplitudenerhöhung und die dazugehörige Amplitudenerhöhungsdauer oder über eine Amplitudenabsenkung und die dazugehörige Amplitudenabsenkungsdauer auch auf die Porenart und/oder die Porengröße der detektierten Pore rückgeschlossen wird.
Zur Erzielung genauer Messergebnisse und zur Unterdrückung von Messsignalverfälschungen wird vorgeschlagen, dass das Messsignal zur Erkennung einer porencharakteristischen Signalauffälligkeit S gefiltert wird.
Das Messsignal kann neben der Detektion von Qualitätsmerkmalen auch zur normalen Messung des Abstandes zwischen Werkstück und Einkopplungseinheit herangezogen werden. Ferner kann die räumliche Ausdehnung der Pore mittels einer Längenmessung in Schweißrichtung durchgeführt werden.
Zur Plausibilisierung des Vorhandenseins einer Pore kann daneben auch der beim Laserschweißen auftretende Laser-Rückreflex, die Plasmaemission und/oder die Infrarotemission mit berücksichtigt werden. Ferner zeigt eine nach einer porencharakteristischen Signalauffälligkeit verringerte Einschweißtiefe gegenüber dem davor ermittelten Messwert ein Porenereignis deutlicher an.
Das Messsignal zur Erkennung einer porencharakteristischen Signalauffälligkeit S wird vorzugsweise mittels eines geeigneten digitalen Signalauswertungsverfahrens analysiert, umfassend Fourier-Transformation, Auto-/Lorenz-Korrelation, Mustererkennung, Machine-Learning, Big-Data-Algorithmus.
Die Erfindung umfasst auch eine Laserschweißvorrichtung mit einer Bearbeitungslaserstrahlquelle, deren Bearbeitungslaserstrahl einen mittels Einkopplungseinheit eingekoppelten Messlaserstrahl enthält, den eine Messeinrichtung bereitstellt, deren Auswerteeinrichtung mindestens ein Qualitätsmerkmal der Schweißnaht in vorstehend beschriebener Weise analysiert.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Laserschweißvorrichtung mit einer den erfindungsgemäßen Funktionsumfang enthaltenen Auswerteeinrichtung,
2 ein Flussdiagramm der wesentlichen Verfahrensschritte für eine in-situ Porendetektion bei einer Laserschweißnaht,
3 eine vereinfachte graphische Darstellung eines exemplarischen Messsignalverlaufs M_t des Rohsignals einer interferometrischen Abstandsmessung,
4 ein Detail aus dem Messsignalverlauf M_t aus 3 im Bereich eines Porenereignisses und
5 eine schematische Blockschaltbilddarstellung der in einer Auswerteeinrichtung für den Messsignalverlauf M_t enthaltenen signalauswertungstechnischen Porendetektionsmittel.

Nach 1 besteht eine Laserschweißvorrichtung im Wesentlichen aus einer Bearbeitungslaserstrahlquelle 1, deren Bearbeitungslaserstrahl 2 mittels einer Einkopplungseinheit 3 in einen Messlaserstrahl eingekoppelt ist, welcher koaxial im Zentrum des Bearbeitungslaserstrahls 2 verläuft. Der Messlaserstrahl 4 wird von einer Messlaserstrahlquelle 5 erzeugt und in Richtung der Einkopplungseinheit 3 ausgesendet. Eingekoppelt in den Bearbeitungslaserstrahl 2 gelangt der Messlaserstrahl 4 in Richtung eines Werkstücks 6. Während der Bearbeitungslaserstrahl 2 durch Aufschmelzen des anfokussierten Werkstückbereichs eine Laserschweißnaht 7 erzeugt, misst der innenliegende Messlaserstrahl 4 die Keyhole-Tiefe der um den Bereich des Bearbeitungslaserstrahls 2 erzeugten Gasblase, woraus sich die Einschweißtiefe T der Laserschweißnaht 7 bestimmen lässt.
Die Bestimmung der Einschweißtiefe T erfolgt im Rahmen der Messeinrichtung durch ein vom Werkstück 6 reflektiertes Rücksignal, welches in an sich bekannter Weise innerhalb einer Interferometereinheit 8 mit einem Referenzsignal verglichen wird, um hieraus vorzugsweise Abstandsmessergebnisse zu gewinnen. Dies erfolgt im Rahmen einer nachgeschalteten elektronischen Auswerteeinrichtung 9. Unter anderem wird aus dem Rohsignal des Messsignalverlaufs auch die Keyhole-Tiefe T der Laserschweißnaht 7 ermittelt.
Gemäß 2 erfolgt die Detektion von Qualitätsmerkmalen innerhalb der Laserschweißnaht, indem in einem Schritt a zunächst ein Messlaserstrahl, eingekoppelt in einen Bearbeitungslaserstrahl in Richtung Werkstück weitergeleitet wird. In Rückrichtung gelangt der reflektierte Messlaserstrahl in einem Schritt b zur Signalverarbeitung durch interferometrische Abstandsmessung. Die interferometrische Abstandsmessung wird im Schritt c durchgeführt, wodurch sich unter anderem auch der Werkstückabstand A zwischen der Laserschweißvorrichtung und dem Werkstück, sowie die Einschweißtiefe T als Abstandsmaße ableiten lässt. In einem Schritt d werden aus dem Rohsignal auch weitere Qualitätsmerkmale der Laserschweißnaht abgeleitet, insbesondere das Vorhandensein einer in der Schweißnaht eingeschlossenen Gasblase in Form einer Pore.
In der 3 ist ein charakteristischer Messsignalverlauf M_t des Abstandsmaßes über die Zeit t illustriert. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Messwertverlauf M_t des Rohsignals der interferometrischen Abstandsmessung im Zuge der Herstellung zweier aufeinanderfolgender umlaufender Schweißungen I und II an einem Rundbauteil dargestellt. Der Bereich des großen beidseitigen Amplitudenausschlages zwischen den beiden Schweißungen I und II kennzeichnet einen Werkstückwechsel.
Im Rahmen einer Schweißung I wird der Beginn der Schweißung durch einen Amplitudenverlauf zum Zeitpunkt t1 deutlich. Die Größe des Ausschlages zum Zeitpunkt t1 repräsentiert die Keyhole-Tiefe der Schweißnaht, woraus sich die Einschweißtiefe T ableiten lässt. Während der Dauer der Laserstrahleinwirkung auf das Werkstück zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 ist der Messsignalverlauf nicht konstant, sondern weist eine Amplitudendynamik auf, woraus sich auch weitere Qualitätsmerkmale der Schweißung ableiten lassen. Nach dem Zeitpunkt t2 ist der Schweißvorgang beendet. Die anschließenden Messsignalschwankungen kennzeichnen Ungleichförmigkeiten an der Oberfläche des sich relativ zur Laserschweißvorrichtung drehenden rotationsmetrischen Werkstücks.
Die 4 zeigt ein Detail des Messsignalverlaufs M_t während der Zeitpunkte t1 und t2 der 3. Aus dieser schematischen Ausschnittsvergrößerung ist zum Zeitpunkt t_1a ein Amplitudenverlauf S zu verzeichnen, der charakteristisch für eine in der Schweißnaht enthaltene Pore 10 gemäß des daneben schematisch dargestellten zugehörigen metallographischen Schliffs ist.
Dieser porencharakteristische Amplitudenspruch S lässt über dessen Amplitudenabsenkung sowie die dazugehörige Amplitudenabsenkungsdauer auf die Art und Größe der Pore 10 rückschließen. Die während der Zeitdauer t_1a bis t_1b nach dem porencharakteristischen Amplitudenverlauf S auftretende verringerte Einschweißtiefe ist ein weiterer optionaler Hinweis darauf, dass ein Porenereignis bei der Schweißnahtherstellung stattgefunden hat.
Gemäß 5 ist schematisch der von der Messlaserstrahlquelle 5 in Richtung Werkstück 6 ausgestrahlte Messlaserstrahl 4 dargestellt, dessen in Rückrichtung vom Werkstück 6 reflektierter Messlaserstrahl 4' zunächst die Interferometereinheit 8 durchläuft, ehe dieser innerhalb der Auswerteeinrichtung 9 durch spezielle Porendetektionsmittel hinsichtlich einer porencharakteristischen Signalauffälligkeit analysiert wird.
Hierzu durchläuft das Messsignal M_t zunächst eine Empfangseinheit 100 zum Empfangen des von der sich bildenden Laserschweißnaht 7 reflektierten Messlaserstrahls 4. Es folgt eine Extraktionseinheit 200 zum Extrahieren einer porencharakteristischen Signalauffälligkeit S aus dem zeitlichen Messsignalverlauf M_t. Eine nachgeschaltete Vergleichseinheit 300 vergleicht die zuvor extrahierte porencharakteristische Signalauffälligkeit S mit einem charakteristisch porenfreien Messsignalverlauf M_t. Mit einer Auswerteeinrichtung 400 wird festgestellt, ob das Vergleichsergebnis einen festgesetzten Grenzwert oder Grenzbereich überschreitet oder unterschreitet, um bejahendenfalls als Ergebnis die binäre Information des Vorhandenseins einer Pore 10 auszugeben.
Ferner umfasst die Auswerteinrichtung 9 auch eine Plausibilisierungseinheit (500) zur Plausibilisierung der zuvor signalauswertungstechnisch gewonnenen Erkenntnis des Vorhandenseins einer Pore 10.
Die Auswerteeinrichtung 9 ist neben der vorstehend beschriebenen Porendetektion auch zur interferometrischen Abstandsmessung zwischen der Einkopplungseinheit 3 und dem Werkstück 6 durch Analyse des reflektierten Messsignalverlaufs M_t ausgebildet, woraus als weiteres Qualitätsmerkmal der Laserschweißnaht 7, deren Keyhole-Tiefe T ableitbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010016862 A1 [0003]
DE 102014007887 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Detektion mindestens eines Qualitätsmerkmals innerhalb einer durch einen Bearbeitungslaserstrahl (2) zu bildenden Schweißnaht (7) an einem Werkstück (6), bei dem ein Messlaserstrahl (4) über eine Einkopplungseinheit (3) zur Einkopplung in den Bearbeitungslaserstrahl (2) in Richtung Werkstück (6) weitergeleitet wird, wobei durch eine Auswerteeinrichtung (9) aus dem in Rückrichtung vom Messlaserstrahl (4) durch das Werkstück (6) reflektierten Messsignalverlauf (Mt) das mindestens eine Qualitätsmerkmal der Laserschweißnaht (7) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Qualitätsmerkmal eine in die Laserschweißnaht (7) eingeschlossene Pore (10) durch Analyse des Messsignalverlaufs (M_t) hinsichtlich einer porencharakteristischen Signalauffälligkeit (S) detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer porencharakteristischen Signalauffälligkeit (S) über deren Amplitudenerhöhung oder über deren Amplitudenabsenkung auf die Existenz der Pore (10) rückgeschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer porencharakteristischen Signalauffälligkeit (S) über eine Amplitudenerhöhungsdauer oder eine Amplitudenabsenkungsdauer auf die Existenz der Pore (10) rückgeschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer porencharakteristischen Signalauffälligkeit (S) über eine Frequenzerhöhung oder eine Frequenzverminderung auf die Existenz der Pore (10) rückgeschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer porencharakteristischen Signalauffälligkeit (S) über den Gradientenverlauf in Form eines Anstiegs oder Abfalls im Messsignalverlauf (Mt) auf die Existenz der Pore (10) rückgeschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die detektierte porencharakteristische Signalauffälligkeit (S) in einem Plausibilisierungsschritt daraufhin geprüft wird, ob die Schlussfolgerung auf das Vorhandensein einer Pore (10) hinreichend wahrscheinlich ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Plausibilisierung des Vorhandenseins der Pore (10) mindestens zwei der vorgenannten Parameter: Amplitudenerhöhung/-absenkung, Erhöhungs-/Absenkungsdauer, Frequenzerhöhung/-verminderung, Gradientenverlauf gemeinsam herangezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Amplitudenerhöhung und die dazugehörige Amplitudenerhöhungsdauer oder über eine Amplitudenabsenkung und die dazugehörige Amplitudenabsenkungsdauer auf die Porenart und/oder die Porengröße der detektierten Pore (10) rückgeschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Plausibilisierung des Vorhandenseins einer Pore unter gleichzeitiger Verwendung des Messsignalverlaufs (Mt) als Abstandsmesssignal für den Abstand zwischen Werkstück (6) und Einkopplungseinheit (3) eine nach einer porencharakteristischen Signalauffälligkeit (S) verringerte Einschweißtiefe (T) gegenüber dem davor ermittelten Messwert einstellt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Plausibilisierung des Vorhandenseins einer Pore (10) der beim Laserschweißen auftretende Laser-Rückreflex, die Plasmaemission und/oder die Infrarotemission mit berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal zur Erkennung einer porencharakteristischen Signalauffälligkeit (S) gefiltert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal zur Erkennung einer porencharakteristischen Signalauffälligkeit (S) mittels eines digitalen Signalauswertungsverfahrens analysiert wird, umfassend Fourier-Transformation, Auto-/Lorenz-Korrelation, Mustererkennung, Machine-Learning, Big-Data-Algorithmus.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Ausdehnung der Pore (10) mittels einer Längenmessung in Schweißrichtung durchgeführt wird.
Messeinrichtung zur Detektion mindestens eines Qualitätsmerkmals innerhalb einer durch einen Bearbeitungslaserstrahl (2) zu bildenden Laserschweißnaht (7) an einem Werkstück (6), mit einer Messlaserstrahlquelle (5) zur Bereitstellung eines Messlaserstrahls (4), einer Einkopplungseinheit (3) zur Einkopplung des Messlaserstrahls (4) in den Bearbeitungslaserstrahl (2) in Richtung des Werkstücks (6), wobei eine Auswerteeinrichtung (9) den vom Werkstück (6) reflektierten Messlaserstrahl (4) hinsichtlich mindestens eines Qualitätsmerkmals der Laserschweißnaht (7) analysiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (9) Porendetektionsmittel umfasst, welche als Qualitätsmerkmal eine in die Laserschweißnaht (7) eingeschlossene Pore (10) durch Analyse des reflektierten Messsignalverlaufs (Mt) hinsichtlich einer porencharakteristischen Signalauffälligkeit (S) detektiert.
Messeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Porendetektionsmittel der Auswerteeinrichtung (9) eine Empfangseinheit (100) zum Empfangen des von der sich bildenden Laserschweißnaht (7) reflektierten Messlaserstrahls (4) umfasst.
Messeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Porendetektionsmittel der Auswerteeinrichtung (9) eine Extraktionseinheit (200) zum Extrahieren einer porencharakteristischen Signalauffälligkeit (S) aus dem zeitlichen Messsignalverlauf (Mt) umfasst.
Messeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Porendetektionsmittel der Auswerteeinrichtung (9) eine Vergleichseinheit (300) zum Vergleichen der extrahierten porencharakteristischen Signalauffälligkeit (S) mit einem charakteristisch porenfreien Messsignalverlauf (Mt) umfasst.
Messeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Porendetektionsmittel der Auswerteeinrichtung (9) eine Auswerteeinheit (400) umfasst, welche feststellt, ob das Vergleichsergebnis einen festgesetzten Grenzwert oder Grenzbereich überschreitet oder unterschreitet, um bejahendenfalls als Ergebnis die binäre Information des Vorhandenseins einer Pore (10) auszugeben.
Messeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Porendetektionsmittel der Auswerteinrichtung (9) eine Plausibilisierungseinheit (500) zur Plausibilisierung der signalauswertungstechnisch gewonnenen Erkenntnis des Vorhandenseins einer Pore (10) umfasst.
Messeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (9) neben der Porendetektion auch zur interferometrischen Abstandsmessung zwischen der Einkopplungseinheit (3) und dem Werkstück (6) durch Analyse des reflektierten Messsignalverlaufs (Mt) ausgebildet ist.
Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (9) als weiteres Qualitätsmerkmal der Laserschweißnaht (7), deren Keyhole-Tiefe (T) detektiert.
Laserschweißvorrichtung mit einer Bearbeitungslaserstrahlquelle (1), deren Bearbeitungslaserstrahl (2) einen mittels Einkopplungseinheit (3) eingekoppelten Messlaserstrahl (4) enthält, den eine Messeinrichtung zur Detektion von Qualitätsmerkmalen nach einem der vorstehenden Ansprüche 14 bis 21 bereitstellt.