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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Schweißprozesses nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
DE 10 2017 010 055 A1 beschrieben, ein Laserstrahlschweißen von geometrischen Figuren mit OCT-Nahtführung bekannt. Eine Messvorrichtung zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses, insbesondere eines Laserschweißprozesses, ist mit einer Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls verbunden oder verbindbar, der entlang eines einer Kontur einer geschlossenen geometrischen Figur entsprechenden Hauptbearbeitungspfads auf dem Werkstück verlagerbar ist. Die Messvorrichtung umfasst einen optischen Kohärenztomographen mit einer Messstrahlquelle zum Erzeugen eines optischen Messstrahls, der mittels wenigstens einer bewegbaren Ablenkeinrichtung auf dem Werkstück verlagerbar ist. Der optische Messstrahl ist zum Erfassen von Messdaten mittels der wenigstens einen bewegbaren Ablenkeinrichtung zumindest entlang einer ersten diskreten Messlinie, entlang einer zweiten diskreten Messlinie und entlang einer dritten diskreten Messlinie jeweils quer zu dem Hauptbearbeitungspfad, diesen schneidend, auf dem Werkstück verlagerbar, wobei die Messvorrichtung dazu eingerichtet ist, nach Maßgabe der erfassten Messdaten charakteristische Merkmale der durch den Hauptbearbeitungspfad dargestellten geometrischen Figur zu ermitteln.
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In der
DE 10 2013 012 692 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion von Fremdkörpern oder anderen Streuzentren in optisch transparenten Behältern beschrieben. Mittels optischer Kohärenztomographie werden tomographische Daten wenigstens eines Volumenbereiches im Inneren der Behälter aufgezeichnet, in denen die Fremdkörper oder anderen Streuzentren erkennbar sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Überwachung eines Schweißprozesses anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Überwachung eines Schweißprozesses mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung eines Schweißprozesses, insbesondere eines Laserstrahlschweißprozesses, wird ein OCT-Messstrahl einer OCT-Messvorrichtung entlang einer vorgegebenen Messbahn in einer Öffnung eines Niederhalters zum Niederhalten eines zu schweißenden Bauteils geführt, wobei mittels des OCT-Messstrahls ein Abstand zwischen einer Bearbeitungsoptik einer Schweißvorrichtung und einer Oberfläche, auf welche der OCT-Messstrahl auftrifft, ermittelt wird. Es wird eine Verschmutzung des Niederhalters ermittelt, wenn der ermittelte Abstand geringer ist als ein Referenzabstand.
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OCT ist die Abkürzung für optische Kohärenztomografie. Die OCT-Messvorrichtung ist daher eine optische Kohärenztomografiemessvorrichtung und deren OCT-Messstrahl ist ein optischer Kohärenztomografiemessstrahl.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine exakte Ermittlung eines Verschmutzungsgrades des Niederhalters, wobei dies, zumindest im Wesentlichen, taktzeitneutral erfolgt, da es während des regulären Schweißprozesses durchführbar ist. Zudem wird in Form der OCT-Messvorrichtung vorteilhafterweise eine Hardware verwendet, die auch zu anderen Überwachungszwecken im Schweißprozess verwendet wird. Insbesondere kann die OCT-Messvorrichtung verwendet werden, um, insbesondere während des Schweißprozesses, mittels des OCT-Messstrahls den Arbeitsabstand zwischen der Bearbeitungsoptik und dem zu schweißenden Bauteil exakt zu ermitteln. Mittels des hier beschriebenen Verfahrens wird diese OCT-Messvorrichtung nun des Weiteren zur Ermittlung der Verschmutzung des Niederhalters verwendet. Es ist somit keine zusätzliche Messvorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren erforderlich, sondern die bereits verwendete OCT-Messvorrichtung wird auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet.
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Liegt eine Verschmutzung des Niederhalters vor, kann diese mittels des OCT-Messstrahl ermittelt werden. Dafür fährt der OCT-Messstrahl auf die oben beschriebene Weise die vorgegebene Messbahn innerhalb des Niederhalters ab. Verhindern Verschmutzungen, beispielsweise Schweißspritzer oder andere Verschmutzungen, die Messung einer Oberfläche des Bauteils, lässt sich daraus ableiten, dass ein Verschmutzungsgrad des Niederhalters zu groß ist. Der Referenzabstand ist daher vorteilhafterweise ein Arbeitsabstand der Bearbeitungsoptik zu dem Bauteil.
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Über vorgegebene Messintervalle lässt sich die Verschmutzung über die Zeit aufzeichnen, d. h. im Zeitverlauf ermitteln und speichern. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenze der Verschmutzung kann eine Mitteilung an der Anlage, d. h. an der Schweißvorrichtung und/oder der OCT-Messvorrichtung, erfolgen, dass der Niederhalter getauscht oder gereinigt werden muss.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können ein Ausbau und eine Reinigung des Niederhalters zu einem zu frühen Zeitpunkt vermieden werden, wodurch eine Kapazitätssteigerung und Kostenersparnis erreicht werden kann. Ebenso können ein Ausbau und eine Reinigung des Niederhalters zu einem zu späten Zeitpunkt vermieden werden, da die Verschmutzung des Niederhalters und dadurch der Zeitpunkt, an welchem die Reinigung oder der Austausch des Niederhalters erforderlich ist, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zuverlässig erkannt wird. Dadurch wird die Qualität des Produkts, d. h. des geschweißten Bauteils, gesteigert, wodurch weniger Nacharbeit erforderlich ist und eine hohe Prozesssicherheit erreicht wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch einen sauberen Niederhalter einer Schweißvorrichtung, und
- 2 schematisch einen verschmutzen Niederhalter einer Schweißvorrichtung.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 und 2 zeigen jeweils einen Niederhalter 1 einer Schweißvorrichtung, insbesondere einer Laserstrahlschweißvorrichtung. Der Niederhalter 1 wird zum Niederhalten eines jeweils zu schweißenden Bauteils 2 verwendet, d. h. insbesondere zum Niederhalten und Anpressen von Komponenten aneinander, die zur Ausbildung des Bauteils 2 miteinander verschweißt werden sollen. Daher befindet sich der Niederhalter 1 in unmittelbarer Nähe des Schweißvorgangs. Im dargestellten Beispiel weist der Niederhalter 1 eine Öffnung 3 auf, durch welche hindurch ein Schweißstrahl, insbesondere Laserstrahl, der Schweißvorrichtung zum Schweißen des Bauteils 2 geleitet wird.
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Beim Schweißen, insbesondere Laserstrahlschweißen, entstehen Spritzer und Schmauchrückstände, welche sich am Niederhalter 1 anhaften und somit eine Verschmutzung V des Niederhalters 1 bilden. Durch einen hohen Automatisierungsgrad, beispielsweise bei einer Produktion von Li-lonen-Batterien, sind Taktzeiten sehr kurz und es werden eine große Anzahl an Schweißoperationen durchgeführt. Aus diesem Grund setzen sich die Niederhalter 1 im Zeitverlauf mit solchen Spritzern zu, bis die Verschmutzung V des Niederhalters 1 so stark ist, dass keine Schweißung mehr möglich ist und ein Ausbau und eine anschließende Reinigung des Niederhalters 1 vorgenommen werden muss.
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Bisher werden die Niederhalter 1 nach einem festgelegten Zyklus gereinigt. Dieser Zyklus kann jedoch in Abhängigkeit von einer Produktionsauslastung zu kurz oder zu lang sein. Bei einem zu kurzen Zyklus erfolgt eine unnötig frühe Reinigung. Bei einem zu langen Zyklus kann aufgrund der Verschmutzung V des Niederhalters 1 ein Schweißprozess bereits gestört sein.
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Im Folgenden wird ein Verfahren zur Überwachung des Schweißprozesses beschrieben, mit welchem dies vermieden werden kann, da die Verschmutzung V des Niederhalters 1 zuverlässig ermittelt werden kann und dadurch der Niederhalter 1 dann ausgetauscht oder gereinigt werden kann, wenn dies aufgrund der festgestellten Verschmutzung V tatsächlich erforderlich ist, d.h. stets zum richtigen Zeitpunkt. Des Weiteren können mittels dieses Verfahrens Vorhersagen getroffen werden, wann die Reinigung oder der Austausch durchzuführen ist.
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In diesem Verfahren wird ein OCT-Messstrahl einer OCT-Messvorrichtung entlang einer vorgegebenen Messbahn B innerhalb des Niederhalters 1, d. h. in der Öffnung 3 des Niederhalters 1, geführt, insbesondere in einem vorgegebenen Messabstand MA zum Niederhalter 1, d. h. zu einer Innenwand 4 des Niederhalters 1. Mittels des OCT-Messstrahls wird ein Abstand zwischen einer Bearbeitungsoptik der Schweißvorrichtung und einer Oberfläche, auf welche der OCT-Messstrahl auftrifft, ermittelt. Der OCT-Messtrahl wird vorteilhafterweise durch die Bearbeitungsoptik der Schweißvorrichtung geleitet, durch welche auch der Schweißstrahl, insbesondere der Laserstrahl, zu dem zu schweißenden Bauteil 2 geleitet wird.
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Die OCT-Messvorrichtung wird vorteilhafterweise nicht nur zur Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens verwendet, sondern auch zu weiteren Überwachungszwecken bezüglich des Schweißprozesses, so dass zur Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens keine zusätzlichen Vorrichtungskomponenten erforderlich sind. Für diese weiteren Überwachungszwecke wird mittels des OCT-Messstrahls insbesondere ein Arbeitsabstand der Bearbeitungsoptik zum Bauteil 2 ermittelt, um dadurch beispielsweise eine jeweilige Schweißnahtqualität zu beurteilen.
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Im hier beschriebenen Verfahren wird mittels der OCT-Messvorrichtung eine Verschmutzung V des Niederhalters 1 ermittelt, wenn der mittels des OCT-Messstrahls ermittelte Abstand zwischen der Bearbeitungsoptik der Schweißvorrichtung und der Oberfläche, auf welche der OCT-Messstrahl auftrifft, geringer ist als ein Referenzabstand, welcher insbesondere durch eine Referenzmessung ermittelt wird. Dieser Referenzabstand wird beispielsweise, wie in 1 gezeigt, an einer Referenzposition RP ermittelt, beispielsweise in der Mitte oder zumindest in einem mittleren Bereich der Öffnung 3 des Niederhalters 1.
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Der Referenzabstand ist dabei vorteilhafterweise der Arbeitsabstand der Bearbeitungsoptik zu dem vom Niederhalter 1 gehaltenen Bauteil 2 oder zu einer anderen Oberfläche, insbesondere Referenzoberfläche, unter dem Niederhalter 1. Das Bauteil 2, insbesondere dessen Bauteiloberfläche, als Referenzoberfläche zu verwenden, hat den Vorteil, dass die Verschmutzung V des Niederhalters 1 während des Schweißprozesses ermittelt werden kann und somit der Niederhalter 1 nicht, beispielsweise zwischen zwei Schweißoperationen, auf eine separate Referenzoberfläche abgesenkt und dann die Verschmutzung V ermittelt werden muss.
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Im Beispiel gemäß 1 wird mittels des hier beschriebenen Verfahrens somit keine Verschmutzung V ermittelt, da die auf der Messbahn B ermittelten Abstände dem Referenzabstand entsprechen. Im Beispiel gemäß 2 ist der Niederhalter 1 verschmutzt, so dass der OCT-Messstrahl durch diese Verschmutzung V beeinflusst wird.
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Dadurch werden entlang der Messbahn B kürzere Abstände im Vergleich zum Referenzabstand ermittelt, wodurch die Verschmutzung V des Niederhalters 1 zuverlässig ermittelt wird.
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Vorteilhafterweise wird die Verschmutzung V über vorgegebene Messintervalle im Zeitverlauf ermittelt und gespeichert. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenze der Verschmutzung V wird dann vorteilhafterweise eine Mitteilung ausgegeben, dass der Niederhalter 1 gereinigt oder ausgetauscht werden muss.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017010055 A1 [0002]
- DE 102013012692 A1 [0003]
