DE10221210A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Prozessüberwachung und/oder -steuerung beim Laserstrahlschweissen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Prozessüberwachung und/oder -steuerung beim Laserstrahlschweissen

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DE10221210A1 DE2002121210 DE10221210A DE10221210A1 DE 10221210 A1 DE10221210 A1 DE 10221210A1 DE 2002121210 DE2002121210 DE 2002121210 DE 10221210 A DE10221210 A DE 10221210A DE 10221210 A1 DE10221210 A1 DE 10221210A1
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Prozessüberwachung und/oder -steuerung beim Laserstrahlschweißen, mit mindestens einem die von der Prozesszone (4) ausgehende Strahlung aufnehmenden Strahlungssensor (9) und einer den Schweißprozess, unter Berücksichtigung der aufgenommenen Strahlung, steuernden Steuerung. Erfindungsgemäß wird eine Prozessüberwachung und/oder -steuerung mit einwandfreier Durchschweißkontrolle dadurch gewährleistet, dass der Strahlungssensor (9) die von der Prozesszone (4) an der Schweißnahtwurzel ausgehende Wurzelstrahlung (12) aufnimmt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Prozessüberwachung und/oder -steuerung beim Laserstrahlschweißen, bei welchem mit Hilfe mindestens eines Strahlungssensors die von der Prozesszone ausgehende Strahlung aufgenommen wird und mit Hilfe einer Auswerte- und Steuereinheit der Schweißprozess unter Berücksichtigung der aufgenommenen Strahlung überwacht und/oder gesteuert wird.
  • Das Laserstrahlschweißen gewinnt in zunehmendem Maße höhere Bedeutung bei der Verbindung von Metallbauteilen über eine Schweißnaht. Beim Laserstrahlschweißen handelt es sich um ein Strahlschweißverfahren. Als weiteres Strahlschweißverfahren ist beispielsweise das Elektronenstrahlschweißen bekannt.
  • Beim Laserstrahlschweißen ermöglicht die konzentrierte Energie des Strahls das Arbeiten im sogenannten Tiefschweißmode, bei dem sich die Prozesswärme im wesentlichen gleichförmig über die gesamte Fügetiefe verteilt. Hieraus resultiert eine geringere Wärmebelastung des Bauteils als bei der Verwendung von Lichtbogenschweißverfahren. Außerdem lässt sich beim Laserstrahlschweißen eine hohe Prozessgeschwindigkeit für die Herstellung von Schweißnähten erreichen, was für den wirtschaftlichen Einsatz von Hochleistungslasern ausschlaggebend ist. Es ist weiter bekannt, dass Laserstrahlschweißen mit dem Lichtbogenschweißen zu kombinieren (vgl. Christof Maier, "Laserstrahl- Lichtbogen-Hybridschweißen von Aluminiumwerkstoffen", Shaker Verlag, Aachen, 1999). Man spricht dann von sogenannten Hybridschweißverfahren. Darüber hinaus ist es bekannt, mit zwei neben- oder hintereinander angeordneten Laserstrahlen im Tiefschweißmode (Doppelstrahlschweißen) oder von beiden Seiten (Simultanschweißen) zu arbeiten. Hierdurch wird die Prozessstabilität verbessert und eine Porenreduktion gewährleistet. Die Fortbildung dieser und anderer Laserstrahlschweißverfahren ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
  • Die beim Laserstrahlschweißen erzielbaren hohen Prozessgeschwindigkeiten führen dazu, dass sich die Laserstrahlschweißverfahren insbesondere zur Herstellung großer Schweißnahtlängen eignen. Derartige große Schweißnahtlängen treten beispielsweise bei der Herstellung von sogenannten "Tailored Blanks" auf. Unter "Tailored Blanks" versteht man ebene Metallbauteile, beispielsweise Bleche, die aus verschiedenartigen, insbesondere verschieden dicken Teilen bestehen. Häufig werden diese "Tailored Blanks" dadurch hergestellt, dass die verschiedenen Teile im Stumpfstoß bzw. I-Stoß als Stumpfnaht verschweißt werden. Zur Herstellung dieser Schweißverbindungen eignen sich aus den bereits genannten Gründen die verschiedenen Laserstrahlschweißverfahren.
  • Ein weiterer Anwendungsbereich für die Laserstrahlschweißverfahren sind die im Automobilbau zunehmend erforderlichen langen Schweißnähte zur Verbindung von stranggepressten Hohlprofilen aus Aluminiumwerkstoffen mit anderen Karosserieteilen.
  • Beim Laserstrahlschweißen unterscheidet man unterschiedliche physikalische Phänomene beim Auftreffen des Laserstrahls auf den metallischen Werkstoff. Abhängig von der Strahlintensität unterscheidet man bei der Wechselwirkung zwischen Laserstrahl und Metallwerkstoff zwischen dem Wärmeleitungsmode bei eher niedrigen Laserstrahlintensitäten, dem Tiefschweißmode bei mittleren Laserstrahlintensitäten und der Plasmaabschirmung bei hohen Laserstrahlintensitäten.
  • Beim Wärmeleitungsmode wird das Metall von der Oberfläche her aufgeschmolzen, im wesentlichen ohne dass der Laserstrahl in das Material eindringt.
  • Im Tiefschweißmode, der zur Herstellung von Schweißnähten zwischen Metallbauteilen überwiegend eingesetzt wird, nimmt die Verdampfung an der Metalloberfläche unter der Einwirkung des Laserstrahls so weit zu, dass sich in dem Werkstück eine Dampfkapillare ausbildet. Durch die Dampfkapillare gelangt der Laserstrahl in das Werkstück und die Wärmeeinkopplung wird über die gesamte Fügezone verteilt. Man spricht hier auch von der sogenannten "Keyhole"-Bildung, da sich die Dampfkapillare in der Regel bis hin zur dem Laserstrahl abgewandten Oberfläche der Fügezone erstreckt. Relativbewegungen des Laserstrahls zum Werkstück sorgen für ein Fortschreiten der Kapillare entlang der Fügezone der Metallbauteile. Dabei schmilzt an der Schmelzfront kontinuierlich Material auf, dass um die Kapillare herumgetrieben wird und an der Schmelzrückwand unter Bildung einer schmalen Naht erstarrt.
  • Bei der Plasmaabschirmung ist die Laserstrahlintensität schließlich so hoch, dass der Laserstrahl in einem abschirmenden Plasma an der Metalloberfläche absorbiert wird und nur noch geringfügig in die Oberfläche des Werkstoffes eindringen kann.
  • Aus der DE 100 37 109.4 ist es bekannt, die Schweißnaht, insbesondere die Schweißnahtwurzel, unter Veränderung eines vorzugsweise von einem Diodenlaser erzeugten Schmelzstrahls, im Wärmeleitungsmode zu glätten. Dies führt zu einer deutlich verbesserten Qualität der Schweißnaht.
  • Bei der Herstellung von Schweißnähten im Stumpfstoß, insbesondere bei der Herstellung von Tailored Blanks, wird zunächst eine sogenannte Kalibrierschweißung der zu verschweißenden Metallbauteile vorgenommen, während derer die Metallbauteile unter Prozessbedingungen verschweißt werden. Anhand dieser Kalibrierschweißung werden die Parameter des Schweißprozesses für das anschließende Verschweißen der Metallbauteile im Produktionsprozess eingestellt. Mit Hilfe dieser Kalibrierschweißung werden unter anderem die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Schweißstrahl und dem Werkstück sowie beispielsweise die Laserstrahlleistung und/oder die Fokussierung des Schweißstrahls so eingestellt, dass die Metallbauteile über die gesamte Fügezone verschweißt werden. Dies bedeutet, dass sich die im Tiefschweißmode entstehende Dampfkapillare, wie bereits oben erwähnt, bis zur Unterseite der Metallbauteile erstreckt, sodass ein Verschweißen über den gesamten Querschnitt gewährleistet ist.
  • Trotz dieser Kalibrierschweißung kann es während des Prozessablaufes zu Randbedingungen kommen, während derer ein Verschweißen der Metallbauteile über die gesamte Fügezone nicht erzielt werden kann. Mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Prozessüberwachung beim Laserstrahlschweißen ist es möglich, die Bereiche, innerhalb derer die Metallbauteile nicht über die gesamte Fügezone verschweißt wurden, zu identifizieren. Bei der Prozessüberwachung wird dem gemäß das bekannte Verfahren dazu verwendet, zwischen Gutteilen, innerhalb derer keine Prozessstörungen der oben beschriebenen Art aufgetreten ist, und Schlechtteilen, innerhalb derer es zu Prozessstörung und damit mangelnden Durchschweißung gekommen ist, zu unterscheiden.
  • Prinzipiell ermöglicht das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren auch eine Prozesssteuerung, mit Hilfe derer es möglich ist, den Schweißprozess so zu steuern, dass ein Verschweißen über den gesamten Querschnitt gewährleistet ist.
  • Sowohl zur Prozessüberwachung als auch zur Prozesssteuerung beim Laserstrahlschweißen ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Verfahren einzusetzen, bei welchen mit Hilfe mindestens eines Strahlungssensors die von der Prozesszone ausgehende Strahlung aufgenommen wird. Das Ausgangssignal wird bei diesen bekannten Verfahren zur Überwachung und/oder Steuerung des Schweißprozesses verwendet.
  • Neben der Aufnahme und Auswertung räumlich integrierter Strahlungsintensitäten, d. h. bei nicht ortsauflösenden Verfahren, sind auch bildnehmende Verfahren bekannt, die die Strahlungsintensitäten ortsaufgelöst aufnehmen. Üblicherweise wird durch optische Filter die von der Prozesszone reflektierte Schweißlaserstrahlung ausgeblendet und von der verbleibenden Sekundärstrahlung gewisse Wellenlängenbereiche ausgewählt. Durch räumliche Filter und Frequenzfilter lassen sich somit gezielt Strahlungsbeiträge auswählen, die zum Beispiel vom Plasma innerhalb oder außerhalb des Keyholes oder von der Schmelzoberfläche ausgehen.
  • Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen wird die von der Prozesszone ausgehende Strahlung durch ein optisches System koaxial zum tiefschweißenden Laserstrahl oder aber unter einem Winkel zum tiefschweißenden Laserstrahl entgegen der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls aufgenommen. Hierzu befindet sich das optische System des Strahlungssensors auf derselben Seite wie die Optik des Schweißstrahls und ist in vielen Fällen in diese integriert.
  • Ein Beispiel für eine bekannte Vorrichtung zur Prozesssteuerung beim Laserstrahlschweißen ist in der Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. Bei dieser bekannten Vorrichtung erzeugt ein Schweißstrahlgenerator 1 einen Schweißlaserstrahl 2, der über eine Optik 3 auf die Prozesszone 4 fokussiert wird. Wie bereits erwähnt, bildet sich im Tiefschweißmode eine Dampfkapillare 5 im Fügebereich zwischen zwei Metallbauteilen aus. Durch den Transport der Metallbauteile in der Transportrichtung 6entsteht eine Relativbewegung zwischen dem Schweißlaserstrahl 2 und den Metallbauteilen, so dass sich die Dampfkapillare 5 entlang der Fügezone der Metallbauteile bewegt. Dabei schmilzt an der Schmelzfront 7 kontinuierlich Material auf, das um die Dampfkapillare 5 herumgetrieben wird und an der Schmelzrückwand 8 unter Bildung einer schmalen Naht erstarrt.
  • Bei der bekannten Vorrichtung zur Prozessüberwachung und/oder -steuerung nimmt eine Kamera 9 ortsaufgelöst die von der Prozesszone ausgehende Strahlung 12 aus der Dampfkapillare 5 auf und erzeugt ein Strahlungsbild 10. Die Beobachtungsrichtung der Kamera ist hierbei koaxial zum Schweißlaserstrahl 2. Die von der Prozesszone 4 ausgehende Strahlung 12 wird über eine Strahlteilerplatte 11 oder über einen Umlenkspiegel mit zentrischem Beobachtungsloch aus dem gemeinsamen Strahlengang ausgekoppelt.
  • Bei dieser bekannten Vorrichtung ist der nur einseitige Zugang zum Werkstück mit der Optik des Schweißstrahls 2 und der Optik für die von der Prozesszone ausgehende Strahlung 12 gewährleistet, so dass diese mit derselben Bewegungseinheit geführt werden können.
  • Wie bereits angesprochen, besteht eine zentrale Aufgabe in der Prozessüberwachung und/oder -steuerung beim Laserstrahlschweißen in einer Durchschweißkontrolle, bzw. in der Detektion einer ausreichenden Öffnung der Dampfkapillare an der Schweißnahtwurzelseite. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Zustand dringt beispielsweise die Dampfkapillare 5 nicht bis zur Unterseite der Metallbauteile vor, so dass sich die Fügezone nur über einen Teilbereich des Stumpfstoßes erstreckt.
  • Problematisch bei der bekannten Vorrichtung zur Prozessüberwachung und/oder -steuerung beim Laserstrahlschweißen ist die Tatsache, dass dem zur Durchweißkontrolle benötigten Strahlungssignal aus dem unteren Nahtbereich das Strahlungssignal aus dem gesamten darüber liegenden Bereich überlagert ist. Das durch die Kamera 9 aufgenommene Strahlungsbild 10 ist damit nicht ohne weiteres eindeutig dem Entstehungsort zuordnenbar. Insbesondere beim Schweißen von Metallbauteilen aus Aluminiumwerkstoffen ist dem Signal der Kamera 9 kein oder nur ein geringer Unterschied zwischen Prozesszuständen mit ausreichender und mit nicht ausreichender Durchschweißung zuzuordnen.
  • Aufgrund des beschriebenen Fehlens eines eindeutigen Signals für die Ausbildung eines "Keyholes" an der Schweißnahtwurzel ermöglichen die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Prozessüberwachung und/oder -steuerung beim Laserstrahlschweißen keine hinreichende Durchschweißkontrolle, die gerade bei den hohen Qualitätsanforderungen, die im Automobilbau gestellt werden, zwingend notwendig ist.
  • Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Prozessüberwachung und/oder -steuerung beim Laserstrahlschweißen zur Verfügung zu stellen, mit Hilfe dessen/derer eine einwandfreie Durchschweißkontrolle gewährleistet wird.
  • Gemäß einer ersten Lehre der Erfindung ist die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe für ein Verfahren zur Prozessüberwachung und/oder -steuerung beim Laserstrahlschweißen dadurch gelöst, dass mit Hilfe des Strahlungssensors die von der Prozesszone an der Schweißnahtwurzel ausgehende Wurzelstrahlung aufgenommen wird. Durch die Aufnahme der von der Schweißnahtwurzel ausgehenden Wurzelstrahlung ist eine zuverlässige Durchschweißkontrolle gewährleistet, mit Hilfe derer einerseits im Rahmen der Prozessüberwachung eine präzise Gutteil/Schlechtteil-Identifizierung gewährleistet ist und andererseits im Rahmen der Prozesssteuerung der Schweißprozess derart gesteuert werden kann, dass stets gewährleistet ist, dass sich die Fügezone stets über den gesamten Stumpfstoß erstreckt. Darüber hinaus kann eine erfindungsgemäße Online-Prozesssteuerung eine Prozesseinstellung teilweise ohne die vorherige Durchführung von Zeit- und arbeitsaufwendigen Kalibrierschweißungen gewährleisten.
  • Dadurch, dass die von der Schweißnahtwurzel ausgehende Wurzelstrahlung im wesentlichen die Dampfkapillare im Schweißnahtwurzelbereich abbildet, ist eine Ortsauflösung der Wurzelstrahlung nicht unbedingt erforderlich, so dass das Verfahren gemäß der ersten Lehre der Erfindung besonders vorteilhaft dadurch weitergebildet ist, dass die Intensität der räumlich integrierten Wurzelstrahlung aufgenommen wird. Hierdurch erübrigt sich die Verwendung von aufwendigeren Strahlungssensoren.
  • Insbesondere bei problematischeren Anwendungen wird das Verfahren gemäß der ersten Lehre der Erfindung dadurch weitergebildet, dass die Wurzelstrahlung ortsaufgelöst aufgenommen wird. Eine ortsaufgelöste Aufnahme ermöglicht grundsätzlich eine differenzierte Auswertung der von der Schweißnahtwurzel ausgehenden Wurzelstrahlung und damit unter Umständen eine präzisere Prozessüberwachung und/oder -steuerung z. B. durch die Einbeziehung von geometrischen Eigenschaften der Wurzelstrahlung.
  • Beim oben angesprochenen sogenannten Doppelstrahlschweißen oder Simultanschweißen ist es vorteilhaft, wenn die Wurzelstrahlung mehrere Schweißstrahlen getrennt ausgewertet wird. Diese Auswertung der Wurzelstrahlung ermöglicht eine Prozessüberwachung und/oder -steuerung für jeden einzelnen Schweißstrahl.
  • In dem Fall, in dem die Schweißnahtwurzel beispielsweise unter Verwendung eines von einem Diodenlaser erzeugten Schmelzstrahls im Wärmeleitungsmode geglättet wird, ist es vorteilhaft, dass die aus der Bearbeitung der Schweißnahtwurzel mit dem Schmelzstrahl oder einem zweiten Schweißstrahl resultierende Wurzelstrahlung bei der Aufnahme der Wurzelstrahlung durch den Strahlungssensor ausgeblendet wird. Da die durch den Schmelzstrahl oder beim Simultanschweißen durch einen zweiten Schweißstrahl in der Prozesszone erzeugte Strahlung keinen Bezug zu dem Prozess des zu überwachenden Schweißstrahls aufweist, ist es vorteilhaft diese Strahlung durch räumliche Filter oder Frequenzfilter auszublenden.
  • Gemäß einer zweiten Lehre der Erfindung ist die oben hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe für eine Vorrichtung zur Prozessüberwachung und/oder -steuerung beim Laserstrahlschweißen dadurch gelöst, dass der Strahlungsgenerator die von der Prozesszone an der Schweißnahtwurzel ausgehende Wurzelstrahlung aufnimmt. Zu den mit der erfindungsgemäßen Verwirklichung einer derartigen Vorrichtung verbundenen Vorteilen wird auf die im Zusammenhang mit einem Verfahren gemäß der ersten Lehre der Erfindung verbundenen, bereits erläuterten Vorteile verwiesen.
  • Dadurch, dass gemäß einer ersten Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der zweiten Lehre der Erfindung der Strahlungssensor auf der der Schweißnahtwurzel zugeordneten Seite koaxial zum Schweißstrahl angeordnet ist, ist gewährleistet, dass neben der Sekundärstrahlung des Plasmas innerhalb und außerhalb des Keyholes und der Schmelze auch im wesentlichen unbeeinflusste Anteile des Schweißstrahls, die aus dem Keyhole austreten, erfasst werden. Die Sekundärstrahlung des Plasmas innerhalb des Keyholes wird mit dieser Konstellation voll erfasst.
  • Die erwähnten im wesentlichen unverändert aus dem "Keyhole" austretenden Anteile des Schweißstrahls werden dadurch ausgeblendet, dass gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Strahlungssensor auf der der Schweißnahtwurzel zugeordneten Seite in einem Winkel zur Strahlachse des Schweißstrahls angeordnet ist. Dies lässt sich alternativ auch durch einen Frequenzfilter gewährleisten.
  • In dem Fall, in dem die Metallbauteile auch von der Seite der Schweißnahtwurzel im Wärmeleitungsmode oder im Tiefschweißmode bearbeitet werden, ist es vorteilhaft, wenn der Strahlungssensor in das optische System eines die Schweißnahtwurzel bearbeitenden Schmelzstrahl- oder Schweißstrahlgenerators integriert ist. Hierdurch lassen sich der Strahlungssensor und der Strahlgenerator mit derselben Bewegungseinheit führen.
  • Es existieren nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prozessüberwachung und/oder -steuerung beim Laserstrahlschweißen gemäß der ersten und zweiten Lehre der Erfindung auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird beispielsweise verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 6 nachgeordneten Patentansprüche andererseits auf die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
  • Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Prozesssteuerung beim Laserstrahlschweißen in einer seitlichen Ansicht und
  • Fig. 3a), b) den Zusammenhang zwischen der Ausbildung der Dampfkapillare in der Prozesszone und dem Strahlungsbild eines erfindungsgemäß vorgesehenen Strahlungssensors.
  • Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Prozessüberwachung- und/oder -steuerung beim Laserstrahlschweißen weist erfindungsgemäß einen als Kamera 9 ausgebildeten Strahlungssensor auf, der die von der Prozesszone 4 an der Schweißnahtwurzel ausgehende Wurzelstrahlung 12 ortsaufgelöst aufnimmt. Bei der Kamera 9 kann es sich beispielsweise um eine CCD- oder CMOS-Kamera handeln.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kamera 9 über eine dicroide Strahlteilerplatte 11 koaxial zum Schweißstrahl 2 ausgerichtet. Die Strahlteilerplatte 11 dient dabei der Einkopplung eines nicht dargestellten Schmelzstrahls zum Umschmelzen der Schweißnahtwurzel (vgl. zum Beispiel DE 100 37 109.4).
  • Die Wurzelstrahlung 12 umfasst im wesentlichen die Anteile des Schweißstrahls 2, die weitgehend unverändert aus dem Keyhole 13 austreten, die Emissionsstrahlung des Plasmas 14 innerhalb und außerhalb der Dampfkapillare 5 und die von der Schmelzoberfläche ausgehende Strahlung.
  • Durch Ausblenden oder gleichzeitige Beobachtung der verschiedenen Strahlungsanteile vor oder in der Kamera 9 lässt sich erfindungsgemäß eine wesentlich verbesserte Prozessüberwachung und/oder -steuerung beim Laserstrahlschweißen insbesondere von Metallbauteilen aus Aluminiumwerkstoffen gewährleisten.
  • Die Prozessüberwachung und/oder -steuerung kann weiter durch die Auswertung von Geometrieeigenschaften des ortsaufgelösten Strahlungsbildes 10 der Kamera 9 optimiert werden. Dabei kann die Auswertung nach Kreis- bzw. Ellipsenformen durch gängige Verfahren zum Beispiel analog zur Strahlvermessung für die freie Strahlpropagation von Laserstrahlen erfolgen.
  • Insbesondere können die Radien bzw. die Halbachsen beispielsweise durch das Momentenverfahren oder das Verfahren der eingeschlossenen Intensität - beide bekannt aus der Vermessung für die freie Strahlpropagation von Laserstrahlen - ermittelt werden.
  • Beim Schweißen mit mehreren Laserstrahlen, also beispielsweise dem sogenannten Doppelstrahlschweißen, kann das Strahlungsbild der Kamera 9 durch die Bestimmung des Abstandes und der Lage von lokalen Intensitätsüberhöhungen und das Bilden einer Mittelsenkrechten der Verbindungslinie zwischen den Intensitätsüberhöhungen aufgeteilt werden. Hierzu bieten sich entweder die Maxima oder die Schwerpunkte der Intensitätsüberhöhungen an. Die weitere Auswertung des geteilten Strahlungsbildes erfolgt wie die Auswertung für Einzelstrahlen. Alternativ hierzu können die Hauptachsen der Intensitätsverteilung durch Abbildung auf eine Ellipse bestimmt werden, woraufhin das Strahlungsbild entlang der kürzeren Hauptachse geteilt wird. Besonders einfach ist die Teilung des Strahlungsbildes entlang einer vorgegebenen Linie, wobei diese vorgegebene Linie beispielsweise im Rahmen der Kalibrierschweißungen mechanisch derart justiert wird, dass sie die Mittelsenkrechte der Verbindungslinien zwischen den Intensitätsmaxima der Schweißstrahlen bildet.
  • Im Rahmen der Prozesssteuerung dient die von, dem Strahlungssensor erfindungsgemäß aufgenommene Wurzelstrahlung regelungstechnisch als eine Regelgröße bei der Prozesssteuerung des Laserstrahlschweißens. Stellgrößen können beispielsweise die Laserstrahlleistung, die Laserstrahlgeometrie oder die Bearbeitungs- bzw. Relativgeschwindigkeit sein. Es können einer oder mehrere Regelkreise unter Verwendung von einem oder mehreren aus der Wurzelstrahlung abgeleiteten Regelsignalen verwendet werden. Beispielsweise kann ein Radius der detektierten Intensitätsverteilung als Sollwert vorgegeben werden.
  • In Fig. 3a) der Zeichnung ist ein Prozesszustand dargestellt in dem sich die Dampfkapillare 5 unter Bildung eines Keyholes 13 bis zur Unterseite der Metallbauteile erstreckt. Aus dem zugeordneten Strahlungsbild 10 ist erkennbar, dass die Wurzelstrahlung in diesem Zustand von dem hier nicht dargestellten Strahlungssensor abgebildet wird.
  • Im Gegensatz hierzu zeigt Fig. 3b) einen Prozesszustand, in dem die Dampfkapillare 5 die Unterseite der Metallbauteile nicht erreicht, sich somit kein Keyhole bildet und das Strahlungsbild 10 demzufolge keine Wurzelstrahlung zeigt. Bereits vor der Bildung eines Keyholes kann das Strahlungsbild jedoch die aus der sich bereits an die Unterseite der Metallbauteile erstreckende Schmelze resultierende Wärmestrahlung abbilden. Dies ist hier nicht dargestellt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Prozessüberwachung und/oder -steuerung beim Laserstrahlschweißen, bei welchem mit Hilfe mindestens eines Strahlungssensors die von der Prozesszone ausgehende Strahlung aufgenommen wird und mit Hilfe einer Auswerte- und Steuereinheit der Schweißprozess unter Berücksichtigung der aufgenommenen Strahlung überwacht und/oder gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des Strahlungssensors die von der Prozesszone an der Schweißnahtwurzel ausgehende Wurzelstrahlung aufgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität der räumlich integrierten Wurzelstrahlung aufgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wurzelstrahlung ortsaufgelöst aufgenommen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wurzelstrahlung mehrerer Schweißstrahlen getrennt ausgewertet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Bearbeitung der Schweißnahtwurzel mit einem Schmelzstrahl oder Schweißstrahl resultierende Wurzelstrahlung bei der Aufnahme der Wurzelstrahlung durch den Strahlungssensor ausgeblendet wird.
6. Vorrichtung zur Prozessüberwachung und/oder -kontrolle beim Laserstrahlschweißen, mit mindestens einem die von der Prozesszone (4) ausgehende Strahlung aufnehmenden Strahlungssensor (9) und einer den Schweißprozess unter Berücksichtigung der aufgenommenen Strahlung überwachenden und/oder steuernden Auswerte- und Steuereinheit, insbesondere zur Verwirklichung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungssensor (9) die von der Prozesszone (4) an der Schweißnahtwurzel ausgehende Wurzelstrahlung (12) aufnimmt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungssensor (9) auf der der Schweißnahtwurzel zugeordneten Seite koaxial zum Schweißstrahl (3) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungssensor (9) auf der der Schweißnahtwurzel zugeordneten Seite in einem Winkel zur Strahlachse des Schweißstrahls (2) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungssensor (9) in das optische System eines die Schweißnahtwurzel bearbeitenden Schmelzstrahl- oder Schweißstrahlgenerators integriert ist.
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