DE102018008873A1 - Method and apparatus for machining a workpiece with a jet - Google Patents

Method and apparatus for machining a workpiece with a jet Download PDF

Info

Publication number
DE102018008873A1
DE102018008873A1 DE102018008873.2A DE102018008873A DE102018008873A1 DE 102018008873 A1 DE102018008873 A1 DE 102018008873A1 DE 102018008873 A DE102018008873 A DE 102018008873A DE 102018008873 A1 DE102018008873 A1 DE 102018008873A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
workpiece
sensor
processing
welding
sensor signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102018008873.2A
Other languages
German (de)
Inventor
Harald Sehrschön
Guido Reuter
Matthias Sehrschön
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of DE102018008873A1 publication Critical patent/DE102018008873A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4409Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by comparison
    • G01N29/4436Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by comparison with a reference signal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0013Positioning or observing workpieces, e.g. with respect to the impact; Aligning, aiming or focusing electronbeams
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0026Auxiliary equipment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0046Welding
    • B23K15/0053Seam welding
    • B23K15/006Seam welding of rectilinear seams
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0046Welding
    • B23K15/0093Welding characterised by the properties of the materials to be welded
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/21Bonding by welding
    • B23K26/24Seam welding
    • B23K26/26Seam welding of rectilinear seams
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/32Bonding taking account of the properties of the material involved
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/12Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to investigating the properties, e.g. the weldability, of materials
    • B23K31/125Weld quality monitoring
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/07Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24Probes
    • G01N29/2418Probes using optoacoustic interaction with the material, e.g. laser radiation, photoacoustics
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023Solids
    • G01N2291/0234Metals, e.g. steel
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/02854Length, thickness
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26Scanned objects
    • G01N2291/267Welds

Abstract

Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes mit einem Strahl wobei mit dem Strahl (4) ein Wärmepunkt (11) am Werkstück (3) und so Körperschallwellen (12) im Werkstück (3) erzeugt werden und mit einem Sensor (16) die Körperschallwellen (12) detektiert werden.Method for processing a workpiece with a beam, whereby a heat point (11) on the workpiece (3) and thus structure-borne sound waves (12) in the workpiece (3) are generated with the beam (4) and the structure-borne sound waves (12) are generated with a sensor (16) be detected.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Strahl hoher Energiedichte, wie eine Strahlbearbeitungsmaschine insbesondere zum Strahlschweißen.The invention relates to a method and an apparatus for processing a workpiece with a beam of high energy density, such as a beam processing machine, in particular for beam welding.

Eine Vielzahl an industriellen Strahlbearbeitungsmaschinen, insbesondere bei Schweißverfahren speziell die der Strahlschweißverfahren bedienen sich unterschiedlichster Sensoren zur Erfassung des Schweißspaltes sowie der Regelung der Strahlführung zur Erreichung der notwendigen Qualität und Ausprägung der Schweißverbindung oder der Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Strahl.A variety of industrial beam processing machines, especially in welding processes especially those of the beam welding process use a variety of sensors for detecting the welding gap and the control of the beam to achieve the necessary quality and expression of the weld or machining a workpiece with a beam.

Unter Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Strahl wird das Strahlschweißen wie beispielsweise Laserstrahlschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder Plasmastrahlschweißen verstanden. Weiters versteht man neben dem Fügen von Werkstückteilen, auch Strahlschneiden zum Trennen als Bearbeitung, insbesondere Elektronenstrahlschneiden, Laserstrahlschneiden und Plasmastrahlschneiden oder Strahlbohren, insbesondere Elektronenstrahlbohren und Laserstrahlbohren unter Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Strahl. Auch das Auftragsschweißen, beispielsweise Plasmastrahlspritzen oder die Oberflächenmodifikation eines Werkstücks mit einem Strahl werden hier eingeordnet. Das Bearbeiten kann unter Zuführung eines Zusatzwerkstoffes, insbesondere Schweißzusatzwerkstoff erfolgen. Beispielsweise können die Zusatzwerkstoffe auch Keramikteilchen oder Hartstoffe sein, die in der Oberfläche und in oberflächennahen Schichten dispergiert werden. Auch Lote sind als Zusatzwerkstoffe zu verstehen.Machining a workpiece with a beam is understood to mean beam welding, such as, for example, laser beam welding, electron beam welding or plasma beam welding. Furthermore, in addition to the joining of workpiece parts, also jet cutting for cutting as processing, in particular electron beam cutting, laser beam cutting and plasma jet cutting or jet drilling, in particular electron beam drilling and laser drilling under machining a workpiece with a beam. The build-up welding, for example plasma jet spraying or the surface modification of a workpiece with a jet are also classified here. The processing can be carried out with the supply of an additional material, in particular welding filler material. For example, the filler materials may also be ceramic particles or hard materials dispersed in the surface and in near-surface layers. Also solders are to be understood as additional materials.

Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl an Verfahren zur Führung des Strahles beim Strahlschweißen bekannt. Ein solches ist in der EP0770445B1 beschrieben. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Notwendigkeit zweier Sensoren zur Durchführung. Dadurch ist das Verfahren aufwendiger. Das Verfahren offenbart auch keine Signalinformation, die auf die Qualität der Schweißverbindung schließen lässt.From the prior art, a variety of methods for guiding the beam during beam welding is known. Such is in the EP0770445B1 described. A disadvantage of this method is the need for two sensors to carry out. As a result, the process is more complicated. The method also does not disclose signal information indicative of the quality of the weld joint.

Weiterer Stand der Technik ist beispielsweise aus JPH04143084 (A) bekannt. Die Vorrichtung und das Verfahren lehren den Einsatz eines Ultraschallprüfkopfes zur Ermittlung der Schweißnahtqualität. Nachteilig an dieser Vorrichtung und Verfahren ist die Kopplung des Ultraschallprüfkopfes zur Erzeugung des Ultraschalls im Werkstück und gleichzeitiger Detektion des zurückgeworfenen Signals.Further prior art is known, for example, from JPH04143084 (A). The apparatus and method teach the use of an ultrasonic probe to determine weld quality. A disadvantage of this device and method is the coupling of the ultrasonic probe for generating the ultrasound in the workpiece and simultaneous detection of the reflected signal.

Weiterer Stand der Technik ist beispielsweise aus DE102010005896A1 bekannt. Die Vorrichtung und das Verfahren lehren den Einsatz eines Laserschweißroboters und ein Verfahren zur Detektion des Fokuspunktes durch bildgebende Verfahren und den Einsatz von Detektoren zur Ermittlung der Position des Fügespaltes sowie die Ansteuerung des Laserstrahls. Das bekannte Verfahren gibt jedoch nur Aufschluss über die oberflächliche Ausgestaltung und Lage der Strahlschweißverbindung.Further prior art is for example off DE102010005896A1 known. The apparatus and method teach the use of a laser welding robot and a method for detecting the focal point by imaging techniques and the use of detectors to determine the position of the joint gap and the driving of the laser beam. However, the known method provides only information about the superficial design and position of the beam welding connection.

Die Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäße Vorrichtung ist es die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, und ein wirtschaftliches Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Strahl zu schaffen.The object of the method and the device according to the invention is to overcome the disadvantages of the prior art, and to provide an economical method for machining a workpiece with a beam.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Ansprüchen gelöst.This object is achieved by a method according to the claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes mit einem Strahl wobei mit dem Strahl ein Wärmepunkt am Werkstück und so Körperschallwellen im Werkstück erzeugt werden und mit einem Sensor die Körperschallwellen detektiert werden.The method according to the invention is a method for processing a workpiece with a beam, wherein a heat point on the workpiece and thus structure-borne sound waves in the workpiece are generated with the beam and the structure-borne sound waves are detected with a sensor.

Vorteilhaft ist es wenn das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte umfasst,

  1. (i) positionieren eines Werkstücks zur Bearbeitung durch einen oder mehrere Strahlen, oder positionieren wenigstens zweier Werkstückteile zur Bearbeitung durch einen oder mehrere Strahlen zur Ausprägung einer Strahlbearbeitung, insbesondere Strahlschweiß- oder Lötverbindung
  2. (ii) führen des Strahles und/oder des Werkstücks oder der Werkstückteile und Umlenken des Strahles zur Erzeugung einer lokalen Aufheizung an der Werkstückoberfläche zur Erzeugung von Körperschall im Werkstück
  3. (iii) Messung der erzeugten Oberflächenbewegung des Körperschalls des Werkstücks mit einem Sensor
It is advantageous if the method according to the invention comprises the steps of
  1. (I) position a workpiece for processing by one or more beams, or position at least two workpiece parts for processing by one or more beams for the expression of a beam processing, in particular beam welding or soldering connection
  2. (ii) guiding the beam and / or the workpiece or the workpiece parts and deflecting the beam to produce a local heating on the workpiece surface to produce structure-borne noise in the workpiece
  3. (iii) Measurement of the generated surface motion of the structure-borne noise of the workpiece with a sensor

Das erfindungsgemäße Verfahren bringt den wesentlichen Vorteil, dass für die Anregung des Körperschalls ein hochenergetischer Strahl der annähernd masselos ist, hochdynamisch auf beliebige Punkte des Werkstückes geführt werden kann, damit erzeugt man nicht nur Frequenzen, die wie bei einem Impulshammer oder Piezokristall orthogonal auf die Oberfläche mit der definierten Frequenz eingetragen werden. Sondern man erreicht eine bzw. mehrere sich von dem Punkt ausbreitende Körperschallwellen und auch Oberflächenwellen, wie longitudinal schwingende und transversal schwingende Wellen über ein sehr breites Frequenzspektrum in Abhängigkeit der Dauer des Wärmeimpulses. Ebenso ist das Verfahren so ausführbar, dass ein und derselbe Punkt zyklisch angeregt wird. So können bestimmte Körperschallwellenmuster erzielt werden. Ebenso kann die Anregung des Körperschalls durch das erfindungsgemäße Verfahren in linienform erfolgen.The inventive method has the significant advantage that for the excitation of structure-borne noise, a high-energy beam is approximately massless, can be performed highly dynamically on any points of the workpiece, so not only generates frequencies that are orthogonal to the surface as in a pulse hammer or piezoelectric crystal be entered with the defined frequency. But one reaches one or more of the point propagating structure-borne sound waves and surface waves, such as longitudinally oscillating and transversely oscillating waves over a very wide frequency spectrum as a function of the duration of the heat pulse. Likewise, the method is executable so that one and the same point is cyclically excited. So can certain structure-borne sound wave patterns are achieved. Likewise, the excitation of structure-borne noise by the method according to the invention can be carried out in line form.

In allen Fällen ist der enorme Vorteil des berührungslosen Anregens des Körperschalls wesentlich, somit geschieht eine Anregung ohne Koppelmedium, was auch im Vakuum wie zum Beispiel bei Elektronenstrahlschweißgeräten zur Anwendung kommen kann.In all cases, the enormous advantage of non-contact stimulation of structure-borne noise is essential, thus an excitation occurs without coupling medium, which can also be used in vacuum such as electron beam welding equipment.

Ein weiterer Vorteil ist die weite Freiheit der Oberflächenstruktur zur Anregung. Bei Piezokristallen werden hier ohne Koppelmedium hohe Ansprüche an die Qualität der Oberfläche gestellt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hingegen können sowohl glatte aber auch rauhe, beispielsweise unbearbeitete Oberflächen wie Gußoberflächen oder sägerauhe Flächen zum Einsatz kommen. Auch Strukturen wie Rippen, Gravuren oder ähnliche erhabene wie auch versenkte Formelemente stören das Verfahren nicht.Another advantage is the wide freedom of the surface structure for excitation. In the case of piezocrystals, high demands are placed on the quality of the surface without coupling medium. By contrast, in the method according to the invention, it is possible to use both smooth but also rough, for example unprocessed, surfaces such as cast surfaces or saw-rough surfaces. Even structures such as ribs, engravings or similar raised as well as recessed form elements do not disturb the process.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt, eine Strahlbearbeitungsmaschine zum Bearbeiten eines Werkstückes durch einen Strahl und/oder Schweißen wenigstens zweier Werkstückteile, einen Strahlführungsmechanismus zum Führen des Strahles und/oder wenigstens einer Bewegungsachse zum Bewegen des Werkstücks und/oder der wenigstens zwei Werkstückteile und einen Sensor zur Erfassung der Oberflächenbewegung durch Körperschall.The device according to the invention comprises a beam processing machine for processing a workpiece by a beam and / or welding at least two workpiece parts, a beam guiding mechanism for guiding the beam and / or at least one movement axis for moving the workpiece and / or the at least two workpiece parts and a sensor for detection the surface movement by structure-borne noise.

Die erfindungsgemäße Ausprägung kann auch eine Strahlschweißvorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstückes durch zwei oder mehrere Strahlen oder wenigstens zweier Werkstückteile sein. Eine solche Strahlbearbeitungsmaschinen kann zwei oder mehrere Strahlführungsmechanismen zum Führen der Strahlen und/oder einer oder mehrere Bewegungsachse zum Bewegen des Werkstücks und/oder der wenigstens zwei Werkstückteile und einen oder mehrere Sensoren zur Erfassung der Oberflächenbewegung durch Körperschall aufweisen.The expression according to the invention can also be a beam welding device for machining a workpiece by two or more jets or at least two workpiece parts. Such a beam-processing machine can have two or more beam-guiding mechanisms for guiding the beams and / or one or more movement axes for moving the workpiece and / or the at least two workpiece parts and one or more sensors for detecting the surface movement by structure-borne noise.

Mit der obig genannten Vorrichtung sowie dem eingangs genannten Verfahren ist es in einer Ausprägung möglich den Strahl hoch dynamisch zu führen und so ein Werkstück zu bearbeiten, während der Durchführung der Bearbeitung durch den Strahl wird durch den Strahl eine lokale Aufheizung der Oberfläche erzeugt. Durch die lokale zeitliche Wärmedehnung wird in dem Werkstückteil Körperschall erzeugt. Der Körperschall breitet sich durch das Werkstück und auf der Oberfläche aus und wird an Grenzflächen zurückgeworfen und erzeugt dadurch Oberflächenbewegungen, beispielsweise das Rückwandecho. Die Oberflächenbewegungen werden mit einem Sensor detektiert. Die Auswertung des detektierten Oberflächenbewegungssignals gibt Aufschluss über die Geometrie des Werkstücks und/ oder Qualität des bearbeiteten Werkstücks. Ebenso gibt das nicht vorhanden sein, oder die Abschwächung einer zu erwartenden Oberflächenbewegung Aufschluss über die Ausprägung der Werkstückbearbeitung durch den Strahl oder des Werkstückes. Im einfachsten Fall wird das Sensorsignal auf einer Anzeige, wie zum Beispiel analog auf einem Oszilloskop, oder digitalisiert auf einem Display von Bedienern überwacht.With the device mentioned above and the method mentioned above, it is possible in one embodiment to guide the jet highly dynamically and thus to machine a workpiece, while the execution of the processing by the jet generates a local heating of the surface by the jet. Due to the local temporal thermal expansion structure-borne noise is generated in the workpiece part. The structure-borne sound propagates through the workpiece and on the surface and is reflected back to interfaces, thereby producing surface movements, such as the back wall echo. The surface movements are detected by a sensor. The evaluation of the detected surface movement signal provides information about the geometry of the workpiece and / or quality of the machined workpiece. Likewise, this does not exist, or the weakening of an expected surface movement provides information about the extent of workpiece machining by the beam or the workpiece. In the simplest case, the sensor signal is monitored on a display, such as analog on an oscilloscope, or digitized on a display by operators.

Mit der obig genannten Vorrichtung sowie dem eingangs genannten Verfahren ist es ebenso möglich, nicht nur ein Werkstück zu bearbeiten sondern durch den Strahl an wenigstens zwei Werkstückteilen eine Schweiß- und oder Lötverbindung auszubilden. Dabei kann die Schweißverbindung über eine bestimmte geometrische Ausprägung wie zum Beispiel über die gesamte Dicke der zu verschweißenden Teile ausgeführt werden, ebenso ist es denkbar die Schweißverbindung nur über eine definierte Einschweißtiefe, also nicht über den gesamten Querschnitt zu erzeugen. Durch die Strahlführung wird auf einem der Werkstückteile während der Durchführung des Strahlschweißprozesses eine lokale Aufheizung der Oberfläche erzeugt. Durch die lokale Wärmedehnung wird in dem Werkstückteil Körperschall erzeugt. Der Körperschall breitet sich durch das Werkstückteil und auf der Oberfläche aus und wird an Grenzflächen zurückgeworfen und erzeugt dadurch Oberflächenbewegungen, zum Beispiel ein Rückwandecho. Die Oberflächenbewegungen werden mit einem Sensor detektiert. Die Auswertung des detektierten Oberflächenbewegungssignal gibt Aufschluss über die Geometrie der Werkstückteile und/ oder Qualität der gefügten Werkstückteile. Ebenso gibt das nicht vorhanden sein, oder die Abschwächung einer zu erwartenden Oberflächenbewegung Aufschluss über die Ausprägung der Schweißverbindung oder Bearbeitung des Werkstücks durch den Strahl. Im einfachsten Fall wird das Sensorsignal auf einer Anzeige, wie zum Beispiel analog auf einem Oszilloskop, oder digitalisiert auf einem Display vom Bediener überwacht.With the above-mentioned device and the method mentioned above, it is also possible not only to process a workpiece but to form a welding and or solder joint through the beam to at least two workpiece parts. In this case, the welded connection can be executed over a certain geometric expression, for example over the entire thickness of the parts to be welded, and it is conceivable to produce the welded connection only over a defined welding depth, ie not over the entire cross section. The beam guidance generates local heating of the surface on one of the workpiece parts during the execution of the beam welding process. Due to the local thermal expansion, structure-borne noise is generated in the workpiece part. The structure-borne sound propagates through the workpiece part and on the surface and is thrown back to interfaces and thereby generates surface movements, for example a back wall echo. The surface movements are detected by a sensor. The evaluation of the detected surface movement signal provides information about the geometry of the workpiece parts and / or quality of the joined workpiece parts. Likewise, this does not exist, or the weakening of an expected surface movement provides information about the characteristics of the welded joint or machining of the workpiece by the beam. In the simplest case, the sensor signal is monitored on a display, such as analog on an oscilloscope, or digitized on a display by the operator.

Zur Erreichung einer qualitativ hochwertigen Schweißung beim Strahlschweißverfahren insbesondere Elektronenschweißverfahren ist eine hoch genaue Strahlführung auf den Schweißstoß der zu fügenden Werkstücke notwendig. Geometrieabweichungen wie die Lage des Schweißstoßes müssen in der Strahlführung oder in der Werkstückpositionierung korrigiert werden. Bei Dickentoleranzen der Werkstücke müssen die Parameter des Strahles zur Ausprägung der Schweißnaht an die Abweichungen angepaßt werden. Zum Beispiel führt eine Erhöhung der Dicke der zu fügenden Werkstücke zu einer Abweichung bzw. Ungänzen wie unvollständiger Durchschweißung oder zu geringer Nahtüberhöhung, auch kann eine starke Änderung der Dicke zu einer nicht ausreichenden Nahttiefe führen. Ebenso führt eine verringerte Dicke gegebenenfalls zu Durchhang der Schweißnaht.In order to achieve a high-quality welding in the beam welding process, in particular electron-welding process, a highly accurate beam guidance on the weld joint of the workpieces to be joined is necessary. Geometrical deviations, such as the position of the weld joint, must be corrected in the beam guidance or in the workpiece positioning. For thickness tolerances of the workpieces, the parameters of the beam must be adapted to the extent of the weld to the deviations. For example, increasing the thickness of the workpieces to be joined will result in divergences such as incomplete penetration or insufficient seam exaggeration, and a large change in thickness may result in insufficient seam depth. Likewise leads one Reduced thickness, where appropriate, to sag the weld.

Eine weitere vorteilhafte Ausprägung des Verfahrens ist die Speicherung des Sensorsignals auf einem Datenspeicher. Dadurch können die Signale dem gefügten Werkstück bzw. der erzeugten Schweißnaht zugeordnet werden. Speziell für die Qualitätsbeurteilung sowie Chargenverfolgung sind diese Daten vorteilhaft und können für die Verbesserung der Qualität sowie des Prozesses verwendet werden. Ebenso denkbar ist Auswertung von mehreren Daten mehrerer Schweißverbindungen zur Erkennung von Prozessfähigkeitsschwankungen. Somit ist es möglich, die Toleranzen der Werkstückteile sowie zulässige stoffliche Abweichungen wie Legierungsunterschiede auf ihre Prozessfähigkeit zu ermitteln. Dadurch können Toleranzen erweitert werden und voranstehenden Prozesse wie der Erzeugung und Bearbeitung der Werkstückteile wirtschaftlicher erfolgen.A further advantageous embodiment of the method is the storage of the sensor signal on a data memory. As a result, the signals can be assigned to the joined workpiece or the weld produced. Especially for quality assessment and batch tracking, these data are beneficial and can be used to improve quality and process. It is also conceivable evaluation of multiple data multiple welds to detect process capability fluctuations. Thus, it is possible to determine the tolerances of the workpiece parts as well as permissible material deviations such as alloying differences on their process capability. As a result, tolerances can be extended and previous processes such as the production and processing of the workpiece parts made more economical.

Ebenso vorteilhaft ist es, das Sensorsignal einer speicherprogrammierbaren Recheneinheit zuzuführen und von einer speicherprogrammierbaren Recheneinheit auswerten zu lassen. Dadurch wird das Signal weiter verrechnet und für Bediener vereinfacht dargestellt. Eine beispielhafte Vereinfachung ist die Verrechnung des Signals zu einer Information wie zum Beispiel „in Ordnung“ oder „Nicht in Ordnung“. Andere Verrechnungen können beispielsweise die Ausgabe der errechneten Dickeninformation eines Werkstückteils sein. Diese ergibt sich beispielsweise aus der Verrechnung der Laufzeit des Körperschalls nach der Reflexion an der dem Sensor gegenüberliegenden Begrenzungsfläche.It is equally advantageous to supply the sensor signal to a programmable logic unit and to have it evaluated by a programmable logic unit. As a result, the signal is further billed and simplified for operators. An example simplification is the offsetting of the signal to information such as "okay" or "out of order". Other allocations can be, for example, the output of the calculated thickness information of a workpiece part. This results for example from the calculation of the duration of the structure-borne noise after the reflection at the boundary surface opposite the sensor.

Eine weiterführende vorteilhafte Ausprägung ist es, wenn die speicherprogrammierbare Rechnereinheit so programmiert wird, dass das verrechnete Signal und/oder auch weitere Daten wie Prozessdaten der Strahlquelle und der Strahlbearbeitungsmaschine als Eingangsdaten für die Verrechnung zu einer der Qualität der Bearbeitung korrelierenden Bewertung, insbesondere durch ein mathematisches Modell verrechnet werden, um damit eine Beurteilung der Qualität zu ermöglichen. Ein solches mathematisches Modell kann auch ein Datenmuster sein, welches mit validierten Datenmustern verglichen wird.A further advantageous embodiment is when the programmable logic controller is programmed so that the signal and / or other data such as process data of the beam source and the beam processing machine as input data for the calculation of the quality of the processing correlating valuation, in particular by a mathematical Model to allow an assessment of the quality. Such a mathematical model can also be a data pattern which is compared with validated data patterns.

Eine weiterführende vorteilhafte Ausprägung ist es, wenn die speicherprogrammierbare Rechnereinheit so programmiert wird, dass das verrechnete Signal und/oder auch weitere Daten wie Prozessdaten der Strahlquelle und der Strahlbearbeitungsmaschine als Eingangsdaten zum Trainieren eines künstlichen neuronalen Netzes verwendet werden. Dabei werden die verrechneten Eingangsdaten mit der Qualität der Bearbeitung durch eine Qualitätskontrolle bewertet. Mit dem trainierten künstlichen neuronalen Netz kann dann mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit die Qualität der Bearbeitung beurteilt werden.A further advantageous embodiment is when the memory-programmable computer unit is programmed so that the calculated signal and / or other data such as process data of the beam source and the beam processing machine are used as input data for training an artificial neural network. The calculated input data are evaluated with the quality of the processing by a quality control. With the trained artificial neural network, the quality of the processing can then be assessed with a very high probability.

Ebenso ist es vorteilhaft, das neuronale Netz mit einer Simulation der Bearbeitung zu trainieren. Dabei wird ein virtuelles Modell der Bearbeitung, beispielsweise ein CAD Modell generiert. Das CAD Modell wird in ein Netz von finiten Elementen umgewandelt, beispielsweise Hexaeder. Den finiten Elementen wird ein Materialmodell des Werkstoffes zugeordnet. Mit Simulationssoftware kann nun das vorliegende, teilweise vereinfachte Modell und die Ausbreitung von Körperschall simuliert werden. In einem weiteren Schritt kann das CAD Modell in seinen Parametern variiert werden. Beispielsweise kann die Dicke des Werkstückes in einer definierten Abstufung wie in hundertstel Millimeter geändert und das Simulationsmodell neu generiert und ausgewertet werden. Damit kann ein freiskalierbares Abbild der Realität erzeugt werden und der Einfluss von Toleranzen auf die Auswertung der erfassten Sensordaten mit Simulation ermittelt werden. Da ein freiskalierbares Abbild einer bereits sehr einfachen Bearbeitung mit jedem weiteren skalierbaren Parameter in der Anzahl der Lösungen mit deren Produkt wächst und die Simulationsdauer einer Finite-Elemente-Analyse (FEA) je nach Rechenleistung zeitintensiv sein kann, ist es vorteilhaft ein neuronales Netz zu programmieren, welches mit den Simulationsergebnissen trainiert wird. Ein neuronales Netz ist in der Auswertung in einem Softwarealgorithmus um ein vielfaches einfacher und weniger zeitintensiv. So hat man zwar während des Trainings des neuronalen Netzes einen enormen Zeitaufwand für die Durchführung der hohen Anzahl an Simulationen (FEA) dieser kann aber über die programmierte automatische Generierung von Daten wie beispielsweise das Erstellen des CAD Modells und der Generierung des Netzes aus finiten Elementen vollständig automatisiert werden. Idealerweise kann zum Trainieren eines solchen Netzes ein entsprechend leistungsfähiges Rechnernetzwerk verwendet werden. Wohingegen das trainierte neuronale Netz in der weiteren Anwendung in Softwarealgorithmen, beispielsweise der Bewertung der Qualität der Strahlbearbeitung wenig Rechenleistung benötigt.Likewise, it is advantageous to train the neural network with a simulation of the processing. In the process, a virtual model of the processing, for example a CAD model, is generated. The CAD model is transformed into a network of finite elements, such as hexahedra. The finite elements are assigned a material model of the material. With simulation software, the present, partially simplified model and the propagation of structure-borne noise can now be simulated. In a further step, the CAD model can be varied in its parameters. For example, the thickness of the workpiece can be changed in a defined gradation as in hundredths of a millimeter and the simulation model can be regenerated and evaluated. Thus, a free-scalable image of the reality can be generated and the influence of tolerances on the evaluation of the acquired sensor data can be determined with simulation. Since a freiskalierbares image of an already very simple processing with each additional scalable parameter in the number of solutions with their product grows and the simulation time of a finite element analysis (FEA) depending on the computing power can be time-consuming, it is advantageous to program a neural network , which is trained with the simulation results. A neural network is much easier and less time-consuming to evaluate in a software algorithm. Thus, while training the neural network, it takes a tremendous amount of time to perform the high number of simulations (FEA), but this can be accomplished through the programmed automatic generation of data such as the creation of the CAD model and the generation of the network of finite elements be automated. Ideally, a correspondingly powerful computer network can be used to train such a network. Whereas the trained neural network requires little computing power in its further application in software algorithms, for example the evaluation of the quality of the beam processing.

Weiters vorteilhaft ist es, wenn das trainierte neuronale Netz im Produktionsprozess und weiteren Qualitätskriterien weiter trainiert wird. Somit ist es möglich, über die laufende Produktion eine Anpassung, insbesondere maschinelles Lernen des neuronalen Netzes zu ermöglichen.It is also advantageous if the trained neural network is further trained in the production process and further quality criteria. Thus, it is possible to enable adaptation, in particular machine learning, of the neural network via the current production.

Eine weitere Ausprägung sieht vor die Strahlführung durch die speicherprogrammierbare Recheneinheit zu steuern.Another characteristic provides to control the beam guidance by the programmable logic unit.

Eine weitere vorteilhafte Ausprägung des Verfahrens ist die Regelung der Strahlführung durch eine speicherprogrammierbare Recheneinheit durch Rückführung des Sensorsignals im Regelkreis der Strahlführung und/oder Strahlerzeugung. Dadurch wird eine online Verfahrensregelung ermöglicht.A further advantageous embodiment of the method is the regulation of the beam guidance a programmable logic unit by returning the sensor signal in the control loop of the beam guidance and / or beam generation. This will enable online process control.

Eine weitere vorteilhafte Ausprägung des Verfahrens ist der Abgleich der Regelung der Strahlführung durch eine speicherprogrammierbare Recheneinheit durch Rückführung des Sensorsignals im Regelkreis der Strahlführung und/oder Strahlerzeugung. Beispielsweise kann durch Messung der Dicke bzw. der mittleren Dicke des Werkstücks ein Abgleich der erwarteten Laufzeiten der Rückwandechos erfolgen und so der Prozess auf Toleranzschwankungen in der Dicke robuster ausgebildet werden. Dadurch wird eine online Strahlverfahrensregelung ermöglicht.A further advantageous embodiment of the method is the adjustment of the control of the beam guidance by a programmable logic unit by returning the sensor signal in the control loop of the beam guidance and / or beam generation. For example, can be done by measuring the thickness or the average thickness of the workpiece a balance of the expected maturities of the back wall echoes and so the process can be made more robust to tolerance variations in thickness. This will enable online blasting process control.

Besonders vorteilhaft beim Erzeugen des Körperschalls durch den Strahl als lokale Aufheizung ist die breitbandige Anregung des Werkstückteils. Herkömmliche Sensoren zur Erzeugung von Körperschall wie Piezokristalle erzeugen keine so breitbandige Anregung. Durch die breitbandige Anregung in einem breiten Frequenzspektrum kann beim Sensor die Dämpfung bestimmter Frequenzen im Signal erfasst werden und dadurch auf Materialeigenschaften wie das Gefüge des Werkstoffes geschlossen werden. Beispielhaft konnte mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Gefügeveränderung wie eine Aufhärtung des Werkstoffes und die Einhärtetiefe bei der Bearbeitung mit einem Strahl detektiert werden. Solche Eigenschaften sind sonst nur zerstörend mit Gefügeschliffen, Mikroskopie und Mikrohärteprüfung feststellbar. Weiters ist die Erzeugung des Körperschalls durch einen Strahl eine Anregung im Werkstückteil selbst und es ist möglich auch mit einem abgelenkten Strahl, der schräg auf die Werkstückoberfläche geführt wird, möglich eine Anregung zu erzeugen. Herkömmliche Schallerzeuger koppeln das Signal über die Oberfläche bevorzugt in orthogonaler Richtung zur Oberfläche ein. So werden zum Beispiel durch Piezokristalle keine oder nur geringe Longitudinalwellen in der Oberfläche erzeugt. Ein erzeugter Wärmepunkt erzeugt hingegen durch die Ausdehnung auch Longitudinal Wellen in der Oberfläche. Diese Longitudinalwellen können bevorzugt zur Laufzeitmessung an der Oberfläche verwendet werden und so die Lage von Grenzflächen zum Anregungspunkt ermittelt werden. So kann insbesondere der Abstand des Wärmepunktes von einer Werkstückkante oder Fügeverbindung ermittelt werden. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren auch die Lage des Fügespaltes detektieren und die Strahlführung darauf abgestimmt werden.Particularly advantageous in generating the structure-borne noise by the beam as local heating is the broadband excitation of the workpiece part. Conventional sensors for generating structure-borne noise, such as piezocrystals, do not produce such broadband excitation. Due to the broadband excitation in a broad frequency spectrum, the sensor can detect the attenuation of certain frequencies in the signal and thus infer material properties such as the microstructure of the material. By way of example, it was possible with the method according to the invention to detect the structure change such as hardening of the material and the hardening depth during the machining with a jet. Such properties are otherwise detectable only destructive with Gefügeschliffen, microscopy and microhardness. Furthermore, the generation of structure-borne noise by a beam is an excitation in the workpiece part itself and it is possible even with a deflected beam, which is guided obliquely on the workpiece surface, possible to generate an excitation. Conventional sound generators preferably couple the signal across the surface in an orthogonal direction to the surface. For example, piezocrysts produce no or only small longitudinal waves in the surface. By contrast, a generated heat point also generates longitudinal waves in the surface due to the expansion. These longitudinal waves can preferably be used for transit time measurement on the surface and thus the position of interfaces to the excitation point can be determined. In particular, the distance of the heat point from a workpiece edge or joint connection can be determined. Thus, the method according to the invention can also detect the position of the joint gap and the beam guidance can be tuned to it.

Bei der Ausprägung einer Strahlschweißverbindung verläuft die Gefügeänderung der WEZ (Wärmeeinflusszone) quer zum Schweißstoß vom unveränderten Grundwerkstoff des einen Werkstückteils über eine Gefügeänderung wie der Grobkornbildung durch die Wärme des Schweißprozesses zum Gefüge durch Aufschmelzung durch den Strahl im Schweißstoß zur Gefügeänderung durch die Wärme des Schweißprozesses im zweitem Werkstückteil zum unveränderten Grundwerkstoff des zweiten Werkstückteils. Über den Schweißstoß und der Ausprägung der WEZ in der Breite quer dazu kann durch die Laufzeitänderung und der Dämpfung durch die Gefügeänderung durch das erfindungsgemäße Verfahren diese in der Qualität zerstörungsfrei beurteilt werden.In the expression of a beam welding connection, the microstructural change of the HAZ (heat-affected zone) across the weld joint from the unchanged base material of a workpiece part via a structural change as the coarse grain formation by the heat of the welding process to the structure by melting through the beam in the weld joint to structure change by the heat of the welding process second workpiece part to the unchanged base material of the second workpiece part. About the weld joint and the manifestation of the HAZ in the width across it can be assessed by the propagation delay and the attenuation by the structural change by the method according to the invention in the non-destructive quality.

Ebenso können Gefügeänderungen durch Aufschweißen einer Schweißraupe mit oder ohne Schweißzusatz auf ein Werkstück durch das Verfahren zerstörungsfrei beurteilt werden.Likewise, microstructural changes can be assessed non-destructively by welding a weld bead with or without welding filler to a workpiece by the method.

Ebenso können durch Reflexionen und Streuung des Körperschalls an Fehlstellen, diese detektiert werden. Beispielhafte Fehlstellen sind Poren und Lunker die Hohlräume ausbilden. Auch sind Bindefehler detektierbar, die keinen Hohlraum aufweisen, aber eine Phasengrenze besitzen, wo sich kein vollständiger Stoffschluss durch Aufschmelzen des Grundwerkstoffes bildet. Diese Fehlstelle kann zum Beispiel auftreten, wenn die Planflächen der Werkstückteile aneinander anliegen, jedoch keine Schweißung durch Aufschmelzung erfolgt. Bei Klebungen wird ein solcher Fehler als Kissing Bond bezeichnet.Likewise reflections and scattering of structure-borne noise at imperfections can be detected. Exemplary defects are pores and voids which form cavities. Also, binding errors are detectable which have no cavity, but have a phase boundary where no complete material bond is formed by melting the base material. This flaw may occur, for example, when the planar surfaces of the workpiece parts abut each other, but no fusion takes place by melting. For gluing, such an error is referred to as a kissing bond.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch eingesetzt werden, wenn durch den Strahl nur eine Veränderung der Oberfläche oder oberflächennahen Schicht wie eine Aufschmelzung nur eines Werkstückteils, insbesondere Gefügeveränderung der Randschicht, durchgeführt wird. Solche Bearbeitungen werden zum Beispiel zur Oberflächenhärtung bzw. Randschichthärtung eingesetzt. Auch kann durch die Abkühlgeschwindigkeit in der Schweißtechnik als t8/5 Zeit bekannt je nach Legierung das Gefüge verändert werden. Hier kann sich die Gitterstruktur wie beispielsweise bei Martensit bei gleicher chemischer Zusammensetzung verändern. Auch kann die Korngröße verändert werden. Ebenso kann die Verteilung von unterschiedlichen Phasen sich verändern. Auch können Ausscheidungen zur Veränderung der Eigenschaften des Werkstoffes führen.The method according to the invention can also be used if only a change in the surface or near-surface layer, such as a melting of only one workpiece part, in particular structural modification of the edge layer, is carried out by the beam. Such treatments are used, for example, for surface hardening or surface hardening. Also known by the cooling rate in the welding technology as t8 / 5 time depending on the alloy, the structure can be changed. Here, the lattice structure can change, for example with martensite, with the same chemical composition. Also, the grain size can be changed. Likewise, the distribution of different phases can change. Also, precipitates can lead to changes in the properties of the material.

In unterschiedlichen Gefügen ändert sich auch die Schallgeschwindigkeit des Körperschalls, da diese mit dem Elastizitätsmodul zusammenhängt. Chemisch ist der Werkstoff annähernd gleich geblieben, was die Zusammensetzung betrifft. Jedoch ist die obig beschriebene Ausbildung des Gefüges eine andere. Diese Übergänge im Werkstück bewirken Dämpfungen in der Ausbreitung des Körperschalls. Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielweise eine Aufhärtungsschichtdicke ermittelt werden.The sound velocity of structure-borne noise also changes in different structures, since this is related to the elastic modulus. Chemically, the material has remained approximately the same in terms of composition. However, the structure of the structure described above is different. These transitions in the workpiece cause damping in the propagation of structure-borne noise. Thus, with the method according to the invention For example, a hardening layer thickness can be determined.

Ebenso kann das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden zur Aufschweißung eines Schweißzusatzes auf wenigstens nur einem Werkstückteil. Unter Schweißzusätzen werden Massivdrähte, Fülldrähte, Bänder und Pulver verstanden, die der Strahlbearbeitung, insbesondere dem Schweißprozess zugeführt werden oder auf dem Werkstückteil vor oder bei der Strahlbearbeitung aufgebracht werden. Ebenso kann der Werkstoff, wenn er schmelzflüssig wird, Elemente aufnehmen oder abgeben, wenn unterschiedliche Werkstoffe verwendet werden. Dadurch wird die Dämpfung ebenfalls geändert und können zerstörungsfrei beurteilt werden.Likewise, the method according to the invention can be used for welding on a welding filler on at least one workpiece part. Welding additives are understood to mean solid wires, cored wires, strips and powders, which are supplied to the beam machining, in particular the welding process, or are applied to the workpiece part before or during beam machining. Likewise, when the material becomes molten, it can absorb or release elements when different materials are used. As a result, the damping is also changed and can be assessed non-destructively.

Unter Beurteilung wird der Vergleich von Sensorsignalen mit Sensorsignalen von Referenzproben verstanden. Bei den Referenzproben wird unter Einbeziehen aller Prozessparameter das Sensorsignal ermittelt und durch beispielsweisen Gefügeschliff, Mikroskopie, Härteprüfung anschließend in der Qualität bewertet. Für die Prozessfähigkeit werden genügend Referenzproben gebildet und eine untere und obere Toleranzgrenze festgelegt werden. Damit kann ein ermitteltes Sensorsignal einer Bearbeitung mit den Referenzproben verglichen werden und, wenn es zwischen der unteren und oberen Toleranz liegt, als „in Ordnung“ beurteilt werden. Liegt das Sensorsignal außerhalb des Toleranzfeldes, wird es als „nicht in Ordnung“ beurteilt. Ebenso ist es vorteilhaft die Referenzproben durch zerstörungsfreie Prüfung wie Computertomographie oder Röntgen zu ermitteln.Assessment is the comparison of sensor signals with sensor signals from reference samples. With the reference samples, the sensor signal is determined by including all process parameters and then evaluated in terms of quality by means of exemplary microstructure, microscopy, hardness testing. For the process capability, sufficient reference samples are formed and a lower and upper tolerance limit are set. Thus, a determined sensor signal of a processing can be compared with the reference samples and, if it lies between the lower and upper tolerance, be judged as "OK". If the sensor signal is outside the tolerance range, it is judged to be "out of order". It is also advantageous to determine the reference samples by non-destructive testing such as computed tomography or X-ray.

Die Aufgabe zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch folgend beschriebene Vorrichtung ermöglicht.The object for carrying out the method according to the invention is made possible by the device described below.

Eine Strahlschweißanlage umfassend eine Strahlquelle, einer Strahlführung zur Bewegung des Strahls relativ zu wenigstens einem Werkstücktisch. Einem Werkstücktisch zur Aufnahme wenigstens eines Werkstückteils. Einem Sensor zur Detektion der Oberflächenbewegung des wenigstens einen Werkstückteils. Einer Anzeige zur Darstellung des Sensorsignals.A beam welding system comprising a beam source, a beam guide for moving the beam relative to at least one workpiece table. A workpiece table for receiving at least one workpiece part. A sensor for detecting the surface movement of the at least one workpiece part. A display for displaying the sensor signal.

Weiters ist es vorteilhaft, wenn der Sensor ein Vibrometer ist. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines Laservibrometers. Bei einem Laservibrometer wird die Oberflächenbewegung in einer Phasenverschiebung des Laserlichtes durch ein Interferometer ermittelt. Dadurch ist eine besonders hochauflösende Detektion der Oberflächenbewegung möglich. Vorteilhaft ist auch die berührungslose Detektion der Oberflächenbewegung durch ein Laservibrometer.Furthermore, it is advantageous if the sensor is a vibrometer. Particularly advantageous is the use of a laser vibrometer. In a laser vibrometer, the surface movement is determined in a phase shift of the laser light by an interferometer. As a result, a particularly high-resolution detection of the surface movement is possible. Also advantageous is the non-contact detection of the surface movement by a laser vibrometer.

In einer weiteren Ausprägung der Erfindung ist der Sensor an eine speicherprogrammierbare Rechnereinheit angeschlossen. An dieser Rechnereinheit kann auch ein Datenspeicher zur Speicherung der Signaldaten vorgesehen sein. Ebenso ist es von Vorteil, den Datenspeicher als Cloud auszuführen und die Rechnereinheit durch eine Kommunikationsverbindung an ein übergeordnetes Rechnersystem anzubinden. Bevorzugte Kommunikationsverbindungen sind zum Beispiel das weitverbreitete Profinet mit einem TCP/IP als Protokoll. Dadurch sind hohe Datenübertragungsraten mit bis zu 100 Mbit/s möglich.In a further embodiment of the invention, the sensor is connected to a memory-programmable computer unit. A data memory for storing the signal data can also be provided at this computer unit. Likewise, it is advantageous to run the data storage as a cloud and connect the computer unit through a communication link to a higher-level computer system. Preferred communication links are, for example, the widely used Profinet with a TCP / IP protocol. This enables high data transfer rates of up to 100 Mbit / s.

Es ist jedoch vorteilhaft, die Regelung der Strahlführung und die Verrechnung des Regelsignals aus den Sensordaten auf getrennten speicherprogrammierbaren Rechnereinheiten durchzuführen, wobei das bereitgestellte Regelsignal zyklisch im Regelzyklus der speicherprogrammierbaren Recheneinheit zur Verfügung gestellt wird. Besonders vorteilhaft ist, die Ausführung der Regel und der Strahlführung durch eine CNC taugliche speicherprogrammierbare Rechnereinheit. Unter CNC tauglich wird die Synchronisierung zur Ansteuerung mehrere Bewegungsachsen in einem bestimmten, gleichbleibenden zeitlichen Zyklus verstanden, wodurch die erzeugten Bewegungen hoch präzise sind.However, it is advantageous to carry out the control of the beam guidance and the billing of the control signal from the sensor data on separate memory-programmable computer units, wherein the control signal provided is provided cyclically in the control cycle of the programmable logic unit. Particularly advantageous is the execution of the rule and the beam guidance by a CNC memory programmable computer unit. Under CNC suitable synchronization for controlling several axes of motion in a certain, constant temporal cycle understood, whereby the movements generated are highly accurate.

Eine weitere vorteilhafte Ausprägung der Vorrichtung besteht in der Verwendung einer Bewegungsachse zur Bewegung des Werkstücktisches und des aufgenommenen Werkstückes wenigstens relativ in einer Richtung quer zum Strahl. Dadurch ist es möglich, größere Werkstückteile auf der Vorrichtung zu bearbeiten.A further advantageous embodiment of the device consists in the use of a movement axis for moving the workpiece table and the recorded workpiece at least relatively in a direction transverse to the beam. This makes it possible to process larger workpiece parts on the device.

Besonders vorteilhaft ist die Regelung der Strahlführung in einem definierten Bereich relativ zum Werkstücktisch und die Regelung der wenigstens einen Bewegungsachse des Werkstücktisches durch die obig beschriebene speicherprogrammierbare Rechnereinheit, wobei die Bewegungen überlagert werden können, um das Verfahren auszuführen.Particularly advantageous is the control of the beam guidance in a defined area relative to the workpiece table and the regulation of the at least one movement axis of the workpiece table by the above-described programmable memory computer unit, wherein the movements can be superimposed to perform the method.

Ebenso ist es denkbar, dass die wenigstens eine Bewegungsachse das wenigstens eine Werkstückteil am Werkstücktisch positioniert, das Verfahren durch die Strahlführung durchgeführt wird und anschließend die wenigstens eine Bewegungsachse das Werkstückteil weiterbewegt zu einer weiteren Position und das Verfahren ausgeführt wird. Hierbei ist die Ausführung der Regelung einfacher.Likewise, it is conceivable that the at least one movement axis positions the at least one workpiece part on the workpiece table, the method is carried out by the beam guide and then the at least one movement axis moves the workpiece part to a further position and the method is executed. Here, the execution of the scheme is easier.

In einer vorteilhaften Ausführung verfügt die Vorrichtung über wenigstens einer Bewegungsachse zur Bewegung des Sensors relativ zum Werkstücktisch.In an advantageous embodiment, the device has at least one movement axis for moving the sensor relative to the workpiece table.

Bei Verwendung eines Laservibrometers ist es vorteilhaft, wenn die Bewegungsachse des Sensors den Laserstrahl bewegt zum Beispiel durch bewegte Spiegel. Dadurch ist eine besonders dynamische Bewegung des Punktes zur Detektion der Oberflächenbewegung des Werkstückteils möglich. When using a laser vibrometer, it is advantageous if the movement axis of the sensor moves the laser beam, for example by moving mirrors. As a result, a particularly dynamic movement of the point for detecting the surface movement of the workpiece part is possible.

Bei Verwendung eines Laservibrometers ist es vorteilhaft, wenn der Laserstrahl über einen optischen Pfad auf einen weiteren Punkt zur Detektion der Oberflächenbewegung des Werkstückteils umgeschaltet werden kann. Beispielhaft kann durch einen aktivierbaren Spiegel der Strahl auf einen weiteren optischen Pfad umgeschaltet werden. Dadurch kann zum Beispiel rund um den Strahl die Bewegungen der Oberfläche der Werkstückteile detektiert werden. Beispielsweise kann dem Strahl in Bewegungsrichtung voreilend bzw. nacheilend die Oberflächenbewegung detektiert werden. Ebenso kann die Oberflächenbewegung links und rechts des Strahls in Bewegungsrichtung detektiert werden.When using a laser vibrometer, it is advantageous if the laser beam can be switched over an optical path to another point for detecting the surface movement of the workpiece part. By way of example, the beam can be switched over to another optical path by means of an activatable mirror. As a result, for example, the movements of the surface of the workpiece parts can be detected around the beam. For example, the beam can be detected in the direction of movement leading or lagging the surface movement. Likewise, the surface movement can be detected left and right of the beam in the direction of movement.

Ebenso ist es zweckmäßig, wenn der Laserstrahl des Laservibrometer orthogonal auf die Werkstückoberfläche geführt wird. So werden hauptsächlich Bewegungen der Oberfläche in orthogonaler Richtung zur Oberfläche im Lasersignal erfasst. Wohingegen Körperschallwellen, die sich in der Oberfläche ausbreiten, wie zum Beispiel Longitudinalwellen kaum im Lasersignal erfasst werden.It is likewise expedient if the laser beam of the laser vibrometer is guided orthogonally onto the workpiece surface. Thus, mainly movements of the surface are detected in the orthogonal direction to the surface in the laser signal. Whereas structure-borne sound waves that propagate in the surface, such as longitudinal waves are hardly detected in the laser signal.

Zweckmäßig ist es, wenn der Laserstrahl in einem schrägen Winkel, d.h. nicht orthogonal auf den Detektionspunkt geführt wird. Dadurch können Longitudinalwellen und Transversalwellen der Oberfläche detektiert werden.It is useful if the laser beam is at an oblique angle, i. is not orthogonally guided to the detection point. As a result, longitudinal waves and transverse waves of the surface can be detected.

Besonders vorteilhaft hat sich gezeigt, wenn der Winkel des Laserstrahls des Laservibrometers mit der Oberfläche veränderbar ist. Je stärker der Winkel aus der orthogonalen Richtung zur Oberfläche heraus angeordnet ist, desto größer ist die Phasenverschiebung des Laserlichts des Laservibrometers in der Richtung der Longitudinalwelle in der Oberfläche.It has proven particularly advantageous if the angle of the laser beam of the laser vibrometer with the surface can be changed. The more the angle is arranged out of the orthogonal direction to the surface, the larger the phase shift of the laser light of the laser vibrometer in the direction of the longitudinal wave in the surface.

Vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung über eine geschlossene Kammer verfügt, in der das Werkstück bearbeitet wird. Dadurch kann die Kammer mit einem Schutzgas oder einem Prozessgas gefüllt werden, was vorteilhaft ist bei der Verwendung eines Laserstrahls. Dabei kann sich auch die chemische Zusammensetzung des Werkstückes an der Oberfläche ändern. Beispielsweise durch Einsatz von Gasen zur Aufhärtung der Randschicht.It is advantageous if the device has a closed chamber in which the workpiece is processed. As a result, the chamber can be filled with a protective gas or a process gas, which is advantageous when using a laser beam. In this case, the chemical composition of the workpiece on the surface can change. For example, by using gases to harden the surface layer.

Ebenso ist es möglich, die Kammer als Vakuumkammer auszuführen. Speziell bei Verwendung eines Elektronenstrahls.It is also possible to carry out the chamber as a vacuum chamber. Especially when using an electron beam.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren.Further advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims and from the description in conjunction with the figures.

An dieser Stelle wird angemerkt, dass sich die verschiedenen Varianten des Verfahrens sowie die daraus resultierenden Vorteile sinngemäß auch auf die vorgestellte Vorrichtung angewendet werden können und umgekehrt.It should be noted at this point that the various variants of the method as well as the resulting advantages can be applied mutatis mutandis to the presented device and vice versa.

Einführend sei festgehalten, dass gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiterhin können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus dem gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiel für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.By way of introduction, it should be noted that the same parts are provided with the same reference numerals or the same component designations, wherein the disclosures contained in the entire description can be mutatis mutandis transferred to like parts with the same reference numerals or the same component designations. Also, the location information chosen in the description, such as top, bottom, side, etc. related to the immediately described and illustrated figure and are to be transferred to the new situation mutatis mutandis when a change in position. Furthermore, individual features or combinations of features from the exemplary embodiment shown and described can also represent independent, inventive or inventive solutions.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematisch dargestellte Vorrichtung zur Bearbeitung zweier Werkstücketeile zur Ausprägung einer Schweißverbindung und Detektion der Oberflächenbewegung infolge der Ausbreitung eines durch einen Wärmepunkt erzeugten Körperschalls zur Regelung der Strahlführung;
  • 2 eine schematisch dargestellte Vorrichtung zur Bearbeitung zweier Werkstücketeile zur Ausprägung einer Schweißverbindung und Detektion der Oberflächenbewegung infolge der Ausbreitung eines durch einen Wärmepunkt erzeugten Körperschalls zur Darstellung einer detektierten Fehlstelle;
  • 3 eine schematisch dargestellte Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstückteils zur Ausprägung einer Aufschweißung und Detektion der Oberflächenbewegung infolge der Ausbreitung und Dämpfung eines durch einen Wärmepunkt erzeugten Körperschalls zur Darstellung der Ermittlung der Ausprägung der Aufschweißung;
  • 4 eine schematische Darstellung eines Werkstückteils und der Ausbreitung von Körperschall durch Wärmepunkte in der Draufsicht normal zum Strahl;
For a better understanding of the invention, this will be explained in more detail with reference to the following figures. Show it:
  • 1 a schematically illustrated apparatus for processing two workpiece parts for the expression of a welded joint and detection of the surface movement due to the propagation of a structure-borne noise generated by a heat point for controlling the beam guidance;
  • 2 a schematically illustrated device for processing two workpiece parts for the expression of a welded joint and detection of the surface movement due to the propagation of a structure-borne noise generated by a heat point to represent a detected defect;
  • 3 a schematically illustrated apparatus for processing a workpiece part to the expression of a welding and detection of the surface movement due to the propagation and attenuation of a structure-borne noise generated by a heat point to illustrate the determination of the expression of the weld;
  • 4 a schematic representation of a workpiece part and the propagation of structure-borne noise by thermal spots in plan view normal to the beam;

1 zeigt eine schematisch dargestellte Vorrichtung (1) zur Bearbeitung zweier Werkstücketeile (2a, 2b) zu einem Werkstück (3) mittels eines Strahls (4). Die Verbindungsfläche (5) bildet durch Aufschmelzen der Werkstückteile (2a,2b) die Schweißverbindung (6) aus. Die Strahlquelle (7) erzeugt den Strahl und wird von einer Strahlführung (8) geführt. Die Strahlquelle (7) und die Strahlführung (8) sind an eine speicherprogrammierbare Recheneinheit (9) zur Regelung und Steuerung des Strahls (4) verbunden. So kann ein abgelenkter Strahl (4a) auf einen beliebigen Punkt auf der Oberfläche (10) des Werkstücks (3) bzw. wie hier dargestellt auf Werkstückteil (2a) einen Wärmepunkt (11) erzeugen. Der erzeugte Körperschall (12) läuft durch das Werkstückteil (2a) und wird an der gegenüberliegenden Oberfläche (13) reflektiert. Die reflektierte Körperschallwelle (14) erzeugt eine Oberflächenbewegung am Detektionspunkt (15). Der Sensor (16) beispielsweise ein Laservibrometer, erfasst die Oberflächenbewegung am Detektionspunkt (15) über einen Laserstrahl (17). Das Sensorsignal (18) kann über eine Anzeige (19) dargestellt werden und oder mit der speicherprogrammierbaren Recheneinheit (9) und oder mit einem Datenspeicher (20) verbunden sein. Die speicherprogrammierbare Recheneinheit (9) kann mit einer nicht dargestellten übergeordneten Recheneinheit oder einem Rechnernetzwerk über die Kommunikationsverbindung (21) verbunden sein. Die Werkstückteile (2a, 2b) sind bzw. das Werkstück (3) ist auf einem Werkstücktisch (22) fixiert. Der Werkstücktisch (22) kann über Bewegungsachsen(24) relativ zum Grundgestell (23) bewegt werden. 1 shows a schematically illustrated device ( 1 ) for machining two workpiece parts ( 2a . 2 B) to a workpiece ( 3 ) by means of a jet ( 4 ). The interface ( 5 ) forms by melting the workpiece parts ( 2a . 2 B ) the welded connection ( 6 ) out. The beam source ( 7 ) generates the beam and is guided by a beam guide ( 8th ) guided. The beam source ( 7 ) and the beam guide ( 8th ) are connected to a programmable logic unit ( 9 ) for controlling and controlling the jet ( 4 ) connected. So a deflected beam ( 4a) to any point on the surface ( 10 ) of the workpiece ( 3 ) or as shown here on workpiece part ( 2a) a heat point ( 11 ) produce. The generated structure-borne sound ( 12 ) runs through the workpiece part ( 2a) and will be on the opposite surface ( 13 ) reflected. The reflected structure-borne sound wave ( 14 ) generates a surface movement at the detection point ( 15 ). The sensor ( 16 ), for example, a laser vibrometer, detects the surface movement at the detection point ( 15 ) via a laser beam ( 17 ). The sensor signal ( 18 ) can be displayed via an ad ( 19 ) and or with the programmable logic unit ( 9 ) and or with a data memory ( 20 ). The programmable logic unit ( 9 ) can with a higher-level arithmetic unit, not shown, or a computer network via the communication link ( 21 ). The workpiece parts ( 2a . 2 B) are or the workpiece ( 3 ) is on a workpiece table ( 22 ) fixed. The workpiece table ( 22 ) can be moved via motion axes ( 24 ) relative to the base frame ( 23 ) are moved.

2 zeigt eine schematisch dargestellte Vorrichtung (1) zur Bearbeitung zweier Werkstücketeile (2a, 2b) zu einem Werkstück (3) mittels eines Strahls (4). Die Verbindungsfläche (5) bildet durch Aufschmelzen der Werkstückteile (2a, 2b) die Schweißverbindung (6) aus. Ein Fehler in der Schweißverbindung (6) zum Beispiel ein Bindefehler, unterbricht die Schweißverbindung und ein Teil der Verbindungsfläche (5) bleibt unverbunden. Die Strahlquelle (7) erzeugt den Strahl und wird von einer Strahlführung (8) zu einem abgelenkten Strahl (4a) auf einen beliebigen Punkt auf der Oberfläche (10) des Werkstücks (3) bzw. wie hier dargestellt auf Werkstückteil (2b) geführt und ein Wärmepunkt (11) erzeugt. Der erzeugte Körperschall (12) läuft durch das Werkstückteil (2b) und durch die Schweißverbindung (6) und wird an der gegenüberliegenden Oberfläche (13) reflektiert. Die reflektierte Körperschallwelle (14) erzeugt eine Oberflächenbewegung am Detektionspunkt (15). Der Sensor (16) beispielsweise ein Laservibrometer, erfasst die Oberflächenbewegung am Detektionspunkt (15) über einen Laserstrahl (17). Die Körperschallwelle (14a) in einem anderen Reflexionspunkt der Oberfläche (13) wird an der Verbindungsfläche (5) abermals reflektiert und erreicht den Detektionspunkt (15a) nicht, hier strichpunktiert dargestellt. Dadurch kann die Fehlstelle erkannt werden. 2 shows a schematically illustrated device ( 1 ) for machining two workpiece parts ( 2a . 2 B) to a workpiece ( 3 ) by means of a jet ( 4 ). The interface ( 5 ) forms by melting the workpiece parts ( 2a . 2 B) the welded connection ( 6 ) out. An error in the welded connection ( 6 ), for example, a binding error, breaks the weld joint and a part of the joint surface ( 5 ) remains unconnected. The beam source ( 7 ) generates the beam and is guided by a beam guide ( 8th ) to a deflected beam ( 4a) to any point on the surface ( 10 ) of the workpiece ( 3 ) or as shown here on workpiece part ( 2 B) guided and a heat point ( 11 ) generated. The generated structure-borne sound ( 12 ) runs through the workpiece part ( 2 B) and by the welded connection ( 6 ) and is on the opposite surface ( 13 ) reflected. The reflected structure-borne sound wave ( 14 ) generates a surface movement at the detection point ( 15 ). The sensor ( 16 ), for example, a laser vibrometer, detects the surface movement at the detection point ( 15 ) via a laser beam ( 17 ). The structure-borne sound wave ( 14a) in another reflection point of the surface ( 13 ) is at the interface ( 5 ) again and reaches the detection point ( 15a) not, shown in phantom here. As a result, the defect can be detected.

3 zeigt schematisch eine Vorrichtung (1) zur Bearbeitung eines Werkstücks (3) zur Ausprägung einer Aufschweißung (25). Der Strahl (4) schmilzt die Oberfläche (10) des Werkstücks (3) auf und durch Erstarrung des Schmelzbades (6a) entsteht die Aufschweißung (25), die auch durch Zuführung eines Zusatzwerkstoffes bzw. Schweißzusatzes (26) andere Eigenschaften als der Grundwerkstoffes des Werkstücks (3) haben kann. Ebenso kann durch die Abkühlgeschwindigkeit eine neue Werkstoffeigenschaft des Werkstücks in der Aufschweißung (25) erzeugt werden. Über den abgelenkten Strahl (4a) wird auf der Oberfläche (10a) der Aufschweißung (25) ein Wärmepunkt (4) erzeugt beispielsweise Schallwellen (14) und (14a). Eine Detektion der Oberflächenbewegung im Detektionspunkt (15) durch einen Laserstrahl (17) ermöglicht zum Beispiel die Auswertung der Eigenschaften der Schallwelle (14) und ermöglicht die Ermittlung der Ausprägung der Verbindung der Aufschweißung (25). Bei Gleichheit der Werkstoffeigenschaften wird die Schallwelle (14) weniger gedämpft und weniger gestreut oder reflektiert. Gefügeänderungen der Aufschweißung (25) dissipieren bestimmte Frequenzen der breitbandigen Anregung. Ebenso wird eine Schallwelle (14a) an Grenzflächen reflektiert und können im Detektionspunkt (15a) durch einen Laserstrahl (17a) detektiert werden. Grenzflächen stellen auch Übergänge in den Werkstoffeigenschaften wie Gefügeänderungen dar. 3 schematically shows a device ( 1 ) for machining a workpiece ( 3 ) for the expression of a weld-on ( 25 ). The beam ( 4 ) melts the surface ( 10 ) of the workpiece ( 3 ) on and by solidification of the molten bath ( 6a) arises the weld ( 25 ), which also by supplying a filler material or filler ( 26 ) other properties than the base material of the workpiece ( 3 ) may have. Likewise, by the cooling rate, a new material property of the workpiece in the weld ( 25 ) be generated. About the deflected beam ( 4a) gets on the surface ( 10a) the welding ( 25 ) a heat point ( 4 ) generates sound waves ( 14 ) and ( 14a ). A detection of the surface movement in the detection point ( 15 ) by a laser beam ( 17 ) allows, for example, the evaluation of the properties of the sound wave ( 14 ) and allows the determination of the expression of the connection of the weld ( 25 ). If the material properties are equal, the sound wave ( 14 ) less attenuated and less scattered or reflected. Microstructural changes of the weld ( 25 ) dissipate certain frequencies of broadband excitation. Likewise, a sound wave ( 14a) reflected at interfaces and can be detected in the detection point ( 15a) by a laser beam ( 17a) be detected. Interfaces also represent transitions in the material properties such as structural changes.

4 zeigt schematische die Darstellung eines Werkstücks (3) bestehend aus den Werkstückteilen (2a) und (2b) auf dem Werkstücktisch (22) normal auf den Strahl (4). Die Schweißverbindung (6) verbindet die Werkstückteile (2) und (2b). Im Zeitpunkt der Schweißung ist der Bereich der Schweißverbindung (6) ein Schweißbad (6a) und schmelzflüssig. Die Schweißverbindung (6) kann über die gesamte Werkstückdicke ausgeprägt sein (durchgeschweißt) oder aber auch nur eine bestimmte Dicke (Schweißtiefe) haben. Der abgelenkte Strahl kann Wärmepunkte (11) und (11a) an beliebigen Stellen der Werkstückteiloberfläche (10) erzeugen. Die Körperschallwellen (12) und (12a) breiten sich im angeregten Werkstückteil (2a) aus und können in Abhängigkeit des Vorliegens einer Schweißverbindung (6) an der Oberfläche des Werkstückteils (2b) detektiert werden. Die Verbindungsfläche (5) stellt für die Körperschallwelle (12a) eine Grenzfläche dar und reflektiert die Körperschallwelle bzw. dämpft die Körperschallwelle (12a) so dass die Detektion im Detektionspunkt (15a) nur sehr abgeschwächt möglich ist (strichpunktierter Pfeil). Eine reflektierte Körperschallwelle (12a) an der Verbindungsfläche (5) erzeugt im Detektionspunkt (15b) auf der Oberfläche des Werkstückteils (2a) eine Oberflächenbewegung der Werkstückoberfläche (10). Durch Ermittlung des Laufzeitsignals der Körperschallwelle (12a) im Detektionspunkt (15b) kann so die Lage der Verbindungsfläche (5) genau ermittelt werden. Damit ist es möglich die Strahlführung des Strahls (4) an die Lage der Verbindungsfläche (5) anzupassen und die Qualität und Ausprägung der Schweißverbindung (6) wesentlich verbessert werden. Die Eigenschaften der Schweißverbindung (6) kann beispielsweise über die Detektion der Körperschallwelle (12) ermittelt werden. Beispielsweise können eine Vielzahl an Wärmepunkten und Detektionspunkten und Sensorsignale in beliebiger Lage kombiniert werden. Zudem ist durch Zeitabhängigkeit der Erzeugung von Wärmepunkten und Detektionspunkten und ermittelten Sensorsignalen eine rechnerische Ermittlung der Eigenschaften über das Werkstück (3) möglich, insbesondere über das Volumen rund um die Schweißverbindung (6). 4 schematically shows the representation of a workpiece ( 3 ) consisting of the workpiece parts ( 2a) and ( 2 B ) on the workpiece table ( 22 ) normal to the beam ( 4 ). The welded connection ( 6 ) connects the workpiece parts ( 2 ) and ( 2 B ). At the time of welding, the area of the welded joint ( 6 ) a weld pool ( 6a) and molten. The welded connection ( 6 ) can be pronounced over the entire workpiece thickness (welded through) or else only have a certain thickness (welding depth). The deflected beam can cause heat spots ( 11 ) and ( 11a ) at any point on the workpiece part surface ( 10 ) produce. The structure-borne sound waves ( 12 ) and ( 12a ) spread in the excited workpiece part ( 2a) and depending on the presence of a welded joint ( 6 ) on the surface of the workpiece part ( 2 B) be detected. The interface ( 5 ) provides for the structure-borne sound wave ( 12a) represents an interface and reflects the structure-borne sound wave or attenuates the structure-borne sound wave ( 12a) so that the detection in the detection point ( 15a) only very weakly possible (dot-dashed arrow). A reflected structure-borne sound wave ( 12a) at the interface ( 5 ) generated in the detection point ( 15b) on the surface of the workpiece part ( 2a) a surface movement of the workpiece surface ( 10 ). By determining the Duration signal of the structure-borne sound wave ( 12a) in the detection point ( 15b) So can the location of the interface ( 5 ) are determined accurately. This makes it possible the beam guidance of the beam ( 4 ) to the location of the interface ( 5 ) and the quality and characteristics of the welded joint ( 6 ) are significantly improved. The properties of the welded joint ( 6 ), for example, via the detection of the structure-borne sound wave ( 12 ) be determined. For example, a plurality of heat points and detection points and sensor signals can be combined in any position. In addition, by time-dependent generation of heat points and detection points and detected sensor signals, a computational determination of the properties of the workpiece ( 3 ), in particular about the volume around the welded joint ( 6 ).

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt.
Der Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können für sich eigenständige erfinderische Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.
Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7 oder 3,2 bis 8,1 oder 5,5 bis 10.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmassstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
The embodiments show possible embodiments, it being noted at this point that the invention is not limited to the specifically illustrated embodiments thereof, but also various combinations of the individual embodiments are mutually possible and this variation possibility due to the teaching of technical action by representational invention in Can the expert working in this technical field.
The scope of protection is determined by the claims. However, the description and drawings are to be considered to interpret the claims. Individual features or combinations of features from the illustrated and described different embodiments may represent for themselves inventive solutions. The task underlying the independent inventive solutions can be taken from the description.
All information on ranges of values in objective description should be understood to include any and all sub-ranges thereof, eg the indication 1 to 10 to understand that all subsections, starting from the lower limit 1 and the upper limit 10 are encompassed, ie all subregions begin with a lower limit of 1 or greater and end at an upper limit of 10 or less, eg 1 to 1.7 or 3.2 to 8.1 or 5.5 to 10.
For the sake of order, it should finally be pointed out that, for better understanding of the structure, elements have been shown partially unmeshold and / or enlarged and / or reduced in size.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtungdevice
2a, 2b2a, 2b
WerkstücketeileWorkpieces Parts
33
Werkstückworkpiece
44
Strahlbeam
4a4a
abgelenkter Strahldeflected beam
55
Verbindungsflächeinterface
66
Schweißverbindungwelded joint
77
Strahlquellebeam source
88th
Strahlführungbeamline
99
Recheneinheitcomputer unit
1010
Oberflächesurface
1111
Wärmepunktheat spot
1212
Körperschallstructure-borne sound
1313
gegenüberliegende Oberflächeopposite surface
14a-b14a-b
KörperschallwelleBAW
15a-b15a-b
Detektionspunktdetection point
1616
Sensorsensor
17,17a17,17a
Laserstrahllaser beam
1818
Sensorsignalsensor signal
1919
Anzeigedisplay
2020
Datenspeicherdata storage
2121
Kommunikationsverbindungcommunication link
2222
WerkstücktischWorktable
2323
Grundgestellbase frame
2424
Bewegungsachsenmotion axes
2525
Aufschweißunghardfacing
2626
Zusatzwerkstoff / SchweißzusatzAdditional material / welding filler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0770445 B1 [0004]EP 0770445 B1 [0004]
  • DE 102010005896 A1 [0006]DE 102010005896 A1 [0006]

Claims (15)

Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes mit einem Strahl dadurch gekennzeichnet dass mit dem Strahl (4) ein Wärmepunkt (11) am Werkstück (3) und so Körperschallwellen (12) im Werkstück (3) erzeugt werden und mit einem Sensor (16) die Körperschallwellen (12) detektiert werden.A method for processing a workpiece with a beam characterized in that the beam (4) a heat point (11) on the workpiece (3) and so structure-borne sound waves (12) in the workpiece (3) are generated and with a sensor (16) the structure-borne sound waves ( 12) are detected. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass der Strahl während der Bearbeitung dynamisch abgelenkt wird und der abgelenkte Strahl (4a) den Wärmepunkt (11) am Werkstück (3) und so die Körperschallwellen (12) erzeugt.Method according to Claim 1 characterized in that the beam is dynamically deflected during processing and the deflected beam (4a) generates the heat point (11) on the workpiece (3) and thus the structure-borne sound waves (12). Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass das Sensorsignal (18) des Senors (16) auf einer Anzeige (19) dargestellt wird.Method according to Claim 1 characterized in that the sensor signal (18) of the sensor (16) is displayed on a display (19). Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass das Sensorsignal (18) auf einem Datenspeicher (20) aufgezeichnet wird.Method according to Claim 1 characterized in that the sensor signal (18) is recorded on a data memory (20). Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass das Sensorsignal (18) in einer Rechnereinheit (9) zu einer Qualitätsbeurteilung des durch den Strahl (4) bearbeiteten Werkstücks (3) ausgewertet wird.Method according to Claim 1 characterized in that the sensor signal (18) is evaluated in a computer unit (9) for a quality assessment of the workpiece (3) processed by the beam (4). Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass das Sensorsignal (18) in einer Rechnereinheit (9) über eine Kommunikationsverbindung (21) an ein übergeordnetes Rechnersystem oder Datenspeicher übergeben wird.Method according to Claim 1 characterized in that the sensor signal (18) in a computer unit (9) via a communication link (21) is transferred to a higher-level computer system or data storage. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass das Sensorsignal (18) in der Rechenreinheit (9) für die Regelung der Strahlführung (8) und /oder der Bewegungsachsen (24) des Werkstücks (3) verwendet wird.Method according to Claim 1 characterized in that the sensor signal (18) in the computing unit (9) for the control of the beam guide (8) and / or the axes of movement (24) of the workpiece (3) is used. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet dass auf der Recheneinheit (9) ein Algorithmus unter Verwendung eines neuronalen Netzes zur Anwendung kommt.Method according to Claim 5 characterized in that an algorithm using a neural network is used on the arithmetic unit (9). Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks durch einen Strahl dadurch gekennzeichnet dass ein Sensor (16) zur Messung der Oberflächenbewegung des Werkstücks (3) angeordnet ist.Apparatus for processing a workpiece by a jet characterized in that a sensor (16) for measuring the surface movement of the workpiece (3) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet dass der Sensor (16) ein Laservibrometer ist.Device after Claim 9 characterized in that the sensor (16) is a laser vibrometer. Vorrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet dass das Laservibrometer schräg auf die Oberfläche des Werkstücks (3) gerichtet ist.Device after Claim 10 characterized in that the laser vibrometer is directed obliquely on the surface of the workpiece (3). Vorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet dass der Sensor (16) relativ zur Oberfläche des Werkstücks (3) verlagerbar ist.Device after Claim 9 characterized in that the sensor (16) relative to the surface of the workpiece (3) is displaceable. Vorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet dass der Strahl (4) zum Bearbeiten des Werkstücks (3) ein Elektronenstrahl ist.Device after Claim 9 characterized in that the beam (4) for processing the workpiece (3) is an electron beam. Vorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet dass der Strahl (4) relativ zum Werkstück (3) verlagerbar ist.Device after Claim 9 characterized in that the beam (4) relative to the workpiece (3) is displaceable. Vorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet dass der Strahl (4) relativ zum Werkstück (3) verlagerbar ist und dass eine Bearbeitung des Werkstücks (3) durch den Strahl (4) und eine Erzeugung eines Wärmepunktes (11) auf der Oberfläche (10) des Werkstücks (3) durch einen abgelenkten Strahl (4a) erfolgt.Device after Claim 9 characterized in that the beam (4) relative to the workpiece (3) is displaceable and that a machining of the workpiece (3) by the beam (4) and a generation of a heat point (11) on the surface (10) of the workpiece (3) by a deflected beam (4a).
DE102018008873.2A 2017-11-13 2018-11-12 Method and apparatus for machining a workpiece with a jet Withdrawn DE102018008873A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT9422017 2017-11-13
ATA942/2017 2017-11-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018008873A1 true DE102018008873A1 (en) 2019-05-16

Family

ID=66335711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018008873.2A Withdrawn DE102018008873A1 (en) 2017-11-13 2018-11-12 Method and apparatus for machining a workpiece with a jet

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102018008873A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112548368A (en) * 2021-02-25 2021-03-26 山东新迪医疗科技有限公司 Laser cutting device is used in production of medical instrument

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0770445A2 (en) 1995-10-06 1997-05-02 Elpatronic Ag Control and positioning method of a beam or jet for machining a workpiece
DE102010005896A1 (en) 2010-01-27 2010-10-14 Daimler Ag Laser welding robot for connecting components by a welding seam, comprises a laser welding device arranged on an arm of the robot, a coupling device for laser radiation, a laser head and an electronic control

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0770445A2 (en) 1995-10-06 1997-05-02 Elpatronic Ag Control and positioning method of a beam or jet for machining a workpiece
DE102010005896A1 (en) 2010-01-27 2010-10-14 Daimler Ag Laser welding robot for connecting components by a welding seam, comprises a laser welding device arranged on an arm of the robot, a coupling device for laser radiation, a laser head and an electronic control

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112548368A (en) * 2021-02-25 2021-03-26 山东新迪医疗科技有限公司 Laser cutting device is used in production of medical instrument

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014117157B4 (en) Method and device for joining workpieces to a lap joint
EP3463811B1 (en) Method and device for the additive manufacture of components
EP3585541A1 (en) Device and method for an additive manufacture
DE102008030783B3 (en) Process for laser beam angle cutting of workpiece involving ultrasonic gas cutting stream generally useful in laser cutting operations gives higher quality products at increased cutting speeds
DE102014107716B3 (en) Laser beam welding process
EP3429794A1 (en) Detection of hot cracks in laser welding
DE112012004184T5 (en) Apparatus for laser cleaning of coated materials prior to welding
EP3768454B1 (en) Method for automatically determining optimal welding parameters for welding on a workpiece
WO2019092238A1 (en) Method and device for layer-by-layer additively manufacturing components by means of a continuous and a pulsed laser beam and associated computer program product
DE60109012T2 (en) Quality assurance of laser shock processing by ultrasonic analysis
DE3909471C2 (en) Lap joint for welding coated workpieces using laser radiation
DE102015015330A1 (en) Apparatus and method for monitoring a machining process performed with an oscillating machining beam using an OCT measuring beam
DE102019112757A1 (en) Method and device for additive manufacturing of a workpiece
DE4216643A1 (en) Method and device for welding with several high-energy welding beams
DE102020000630A1 (en) Method and device for performing and monitoring a machining process for a workpiece
DE102004030381B3 (en) Online quality testing method for use during friction stir welding comprises feeding a friction tool under rotation and pressure into the material of the workpieces being welded and guiding along a joining site of the workpieces
DE202014105648U1 (en) Device for joining workpieces to a lap joint
AT520842B1 (en) Method and apparatus for machining a workpiece with a jet
DE102018008873A1 (en) Method and apparatus for machining a workpiece with a jet
DE4219549C2 (en) Process for welding workpieces
EP4032649A1 (en) Method of determining welding parameters for a welding process on a workpiece and welding device for carrying out a welding process on a workpiece with fixed welding parameters
EP2338635B1 (en) Equipment and method for laser protection by vibration measurement
DE102019212403B4 (en) Method for controlling at least one processing parameter based on at least one spatter feature and associated processing machine and computer program product
DE102020203983A1 (en) Method for OCT weld seam monitoring as well as the associated laser processing machine and computer program product
DE102018124208B4 (en) Method and device for monitoring a laser machining process on a workpiece and the associated laser machining system

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee