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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Laser-Hybridschweißen gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1, eine Vorrichtung zum Laser-Hybridschweißen gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 14, sowie einen Laser-Hybrid-Schweißkopf gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 19.
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Verfahren und Vorrichtungen der hier
angesprochenen Art sind bekannt (
DE 200 80 266 U1 ). Das Laser-Hybridschweißen ist
eine Kombination des Laserschweißen und des Schweißens mittels
eines elektrischen Lichtbogens, wobei der mindestens eine Laserstrahl
und der elektrische Lichtbogen üblicherweise
zeitgleich in einer Schweißzone
wirken und sich gegenseitig beeinflussen beziehungsweise unterstützen.
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Die bekannte Vorrichtung umfasst
einen Laser-Hybrid-Schweißkopf, welcher
mittels einer Montageplatte mit einem Roboterarm verbunden ist und einen
durch einen Laser oder eine optische Fokussiereinrichtung gebildeten
Laserschweißkopf
und einen Schweißbrenner
zum Erzeugen eines elektrischen Lichtbogens aufweist. Der Laser-Hybrid-Schweißkopf weist
ferner Mittel auf, die eine gegenseitige Ausrichtung des Schweißbrenners
und des Laserstrahls in X-, Y- und Z-Richtung zueinander ermöglichen.
Daher können
diese Komponenten vor dem Schweißvorgang in eine vordefinierte
Position beziehungsweise Ausgangsstellung gebracht werden, in der
insbesondere ein Fokusabstand der optischen Fokussiereinrichtung
zu einer Oberfläche
eines Werkstücks,
der Winkel, unter dem der Schweißbrenner gegenüber der
Werkstückoberfläche und
der Längsmittelachse
des Laserstrahls geneigt ist, und/oder der Abstand auf der Werkstückoberfläche zwischen
dem Laserstrahl und einem aus dem Schweißbrenner austretenden Schweißdraht in
gewünschter
Weise für
den bevorstehenden beziehungsweise vorgesehenen Schweißvorgang
eingestellt werden. Die so in eine vordefinierte Position gebrachten
Komponenten (Laserschweißkopf, Schweißbrenner)
werden mittels des Roboterarms entlang der zu verschweißenden Schweißfuge am Werkstück geführt, wobei
deren Anordnung zueinander während
des Schweißvorgangs
nicht verändert wird.
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Aufgrund von Bauteil- und Ausrichttoleranzen
weist die Schweißfuge über ihre
Länge gesehen häufig keine
konstante Geometrie beziehungsweise Kontur auf, was beispielsweise
bei einer Stumpfnaht mit einer gewissen Spaltbreite zwischen den
miteinander zu verschweißenden
Werkstückteilen
dazu führen
kann, dass der Laserstrahl ab einer bestimmten Spaltbreite die Werkstückteile
nicht mehr beziehungsweise nicht mehr in gewünschter Weise trifft, so dass
keine beziehungsweise nur eine verschlechterte Überdeckung des Schweißfugenbereichs
durch den Laserstrahl besteht. Dies hat zur Folge, dass die Schweißnaht nicht
an allen Stellen die gewünschte Qualität oder Eigenschaften
aufweist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein
Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels dem eine
korrekte Schweißnaht
herstellbar ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin,
eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens zu schaffen. Ein drittes Ziel der Erfindung besteht
darin, einen Laser-Hybrid-Schweißkopf für die Vorrichtung zu schaffen.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Es zeichnet sich dadurch
aus, dass während
eines laufenden Schweißvorgangs
eine optimale Überdeckung
des Schweißfugenbereichs
durch den mindestens ei nen Laserstrahl in Abhängigkeit der realen Geometrie
und/oder Kontur der Schweißfuge
eingestellt wird. Damit können
Ungenauigkeiten der miteinander zu verschweißenden Werkstückteile
hinsichtlich ihrer Ausrichtung zueinander, Werkstücktoleranzen
sowie sonstige, gegebenenfalls nicht vorhersehbare Unregelmäßigkeiten,
die zu einer partiellen Änderung
der Schweißfugengeometrie
und/oder -kontur führen, beispielsweise
eine nicht vorgesehen örtliche
Deformierung eines der Werkstückteile
im Schweißfugenbereich,
während
des Schweißvorgangs
durch Anpassung des Laserstrahls an die vorliegenden, in geeigneter
Weise ermittelten Geometrie- und/oder Konturparameter im Schweißfugenbereich
kompensiert werden.
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Die Schweißnaht kann beispielsweise dann "korrekt" sein, wenn sie über ihre
Länge eine
gewünschte
Geometrie, insbesondere Breite und Höhe, und/oder bestimmte Eigenschaften,
beispielsweise Einbrandtiefe, Festigkeit oder Steifigkeit aufweist. Wie
eine korrekte Schweißnaht
im Einzelfall auszusehen hat beziehungsweise welche Eigenschaften sie
aufweisen soll, ist insbesondere vom Werkstück und/oder von dessen Anwendung/Einsatz
abhängig und
ist daher variabel.
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Die "optimale" Überdeckung
des Schweißfugenbereichs
durch den Laserstrahl ist nicht zwingend eine feste Sollgröße über die
gesamte Länge
der Schweißnaht,
sondern kann beispielsweise in Abhängigkeit des Werkstückmaterials,
der Werkstückgeometrie,
der Schweißnahtart,
der Schweißfugengeometrie,
der an die Schweißnaht
gestellten Kriterien hinsichtlich statischer und dynamischer Belastbarkeit
und dergleichen davon abweichen. Eine optimale Überdeckung kann beispielsweise
dann gegeben sein, wenn der Laserstrahl nur auf eines der mindestens
zwei miteinander zu verschweißenden
Werkstückteile
geleitet wird oder wenn der Laserstrahl die mindestens zwei Werkstückteile
im Schweißfugenbereich
gleichmäßig beaufschlagt,
das heißt,
die Querschnittsgröße des Laserstrahls
auf der jeweiligen Werkstückteiloberfläche ist
gleich groß.
Selbstverständlich
kann auch eine ungleichmäßige Verteilung
des Laserstrahls auf die Werkstückteile
gewünscht
sein, so dass die optimale Überdeckung
des Schweißfugenbereichs
durch den Laserstrahl beispielsweise darin bestehen kann, dass 70
% des Laserlichts auf das eine Werkstückteil und die übrigen 30
% des Laserlichts auf das andere Werkstückteil geleitet werden. Die
quantitative Verteilung des Laserlichts auf die miteinander zu verschweißenden Werkstückteile
ist praktisch beliebig variierbar.
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Die Einstellung der optimalen Überdeckung des
Schweißfugenbereichs
durch den Laserstrahl während
des laufenden Schweißvorgangs
ist grundsätzlich
manuell durch einen Bediener möglich.
Es wird jedoch die Ausführungsvariante
bevorzugt, bei der diese Einstellung automatisch vorgenommen wird,
so dass insbesondere beim Einsatz des Verfahrens bei der Serienherstellung,
beispielsweise von Karosserieteilen, eine gleichbleibend hohe Präzision gewährleistet
werden kann.
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Weiterhin wird eine Ausführungsvariante
des Verfahrens bevorzugt, bei der die Einstellung der optimalen Überdeckung
des Schweißfugenbereichs durch
den Laserstrahl während
des Schweißvorgangs
kontinuierlich vorgenommen wird, also von Beginn bis zur Fertigstellung
der Schweißnaht.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante
des Verfahrens sieht vor, dass die Einstellung der optimalen Überdeckung
des Schweißfugenbereichs
durch den Laserstrahl durch Verlagerung einer Laserstrahlfokussiereinheit
und gegebenenfalls einer Laserstrahlquelle relativ gegenüber einem
in einer optimalen Position gegenüber den Werkstückteilen angeordneten
Schweißbrenner
erfolgt. Der Schweißbrenner
ist also während
er entlang der Schweißfuge über die
Werkstückteile
geführt
wird beziehungsweise während
die Werkstückteile
an ihm vorbeigeführt werden
immer gemäß dem durchzuführenden
Lichtbogenschweißverfahren
optimal gegenüber
den Werkstückteilen
beziehungsweise dem Schweißfugenbereich
angeordnet, wobei die Verlagerung der Laserstrahlfokussiereinheit
und gegebenenfalls der Laser strahlquelle zum Zwecke der Einstellung
der optimalen Überdeckung
des Schweißfugenbereichs durch
den Laserstrahl dieser Bewegung überlagert ist.
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Die Verlagerung der Laserstrahlfokussiereinheit
und gegebenenfalls der Laserstrahlquelle zum Zwecke der Einstellung
einer optimalen Überdeckung
des Schweißfugenbereichs
durch den Laserstrahl erfolgt vorzugsweise derart, dass eine definierte
Vorausrichtung und -anordnung zwischen Laserstrahl und Schweißbrenner,
zum Beispiel:
- – der Winkel zwischen dem Schweißbrenner,
insbesondere einer in Längsrichtung
des Schweißbrenners
verlaufenden Längsmittelachse,
und dem Laserstrahl, insbesondere einer im Zentrum der Laserstrahlung
verlaufenden Laserachse, und/oder
- – der
Abstand zwischen einem aus dem Schweißbrenner austretenden Schweißdraht,
insbesondere einem Schweißdrahtende,
beziehungsweise einer Elektrode und der Laserachse
trotz
dieser Verlagerung der Laserstrahlfokussiereinheit und gegebenenfalls
der Laserstrahlquelle bestehen bleibt. Dies wird in vorteilhafter
Weise dadurch realisiert, indem die Laserstrahlfokussiereinheit
und gegebenenfalls die Laserstrahlquelle entlang einer Geraden,
nämlich
der Laserachse oder einer parallel zur Laserachse verlaufenden Geraden
bewegt wird/werden.
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Weiterhin wird eine Ausführungsvariante
des Verfahrens bevorzugt, bei dem die Einstellung der optimalen Überdeckung
des Schweißfugenbereichs durch
den Laserstrahl durch Verstellung der Laserstrahlfokussiereinheit
bei gleichbleibender oder geänderter
Positionierung der Laserstrahlfokussiereinheit relativ gegenüber dem
Schweißbrenner
erfolgt. Die Verstellung der Laserstrahlfokussiereinheit kann derart
sein, dass sich nur die Form des Laserstrahls, jedoch nicht dessen
Ausrichtung beziehungsweise die Ausrichtung der Laserachse gegenüber dem Schweißbrenner
beziehungsweise dessen Längsmittelachse
oder Elektrode beziehungsweise Schweißdraht ändert, was zum Bei spiels mittels
Verlagerung mindestens einer Linse zum Fokussieren des von der Laserstrahlquelle
erzeugten Laserlichts realisierbar ist (Kollimationslinsensystem).
Alternativ oder zusätzlich
kann die Ausrichtung des Laserstrahls gegenüber der Schweißfuge geändert werden,
um die optimale Überdeckung
des Schweißfugenbereichs durch
den Laserstrahl herbeizuführen
beziehungsweise wieder herzustellen, wobei sich in diesem Fall jedoch
die Ausrichtung des Laserstrahls gegenüber dem Schweißbrenner ändert, was
insbesondere bei einer geringen Verstellung nicht zwingend nachteilig im
Bezug auf die gegenseitige Beeinflussung beziehungsweise Unterstützung von
Laserstrahl und Lichtbogen in der Schweißzone sein muss.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist eine Ermittlung der realen, also tatsächlich vorliegenden Schweißfugengeometrie und/oder
Schweißfugenkontur
erforderlich, die gemäß einer
ersten Ausführungsvariante
während
des laufenden Schweißvorgangs
kontinuierlich ermittelt werden/wird. Nach einer anderen Ausführungsvariante
werden/wird zunächst
die Schweißfugengeometrie
und/oder die Schweißfugekontur
vor dem Schweißvorgang
ermittelt und dann daraus ein Verlauf der optimalen Überdeckung
des Schweißfugenbereichs
durch den Laserstrahl in Längsrichtung
der Schweißfuge
ermittelt oder bestimmt. Aus den Schweißfugenparameter wird dann ein
Steuerungsprogramm erstellt beziehungsweise aus einer Anzahl von
vorliegenden Steuerungsprogrammen ein geeignetes ausgewählt, das
während
des Schweißvorgangs
die Einstellung der optimalen Überdeckung des
Schweißfugenbereichs
durch den Laserstrahl automatisch vornimmt. Auf eine Ermittlung
von zumindest der Geometrie der Schweißfuge während des laufenden Schweißvorgangs
kann hier verzichtet werden. Gegebenenfalls kann auch auf die Verwendung
eines Bahn(Schweißfugen-)verfolgungssensorsystems,
beispielsweise einen SCOUT-Sensor, verzichtet werden, sofern das
vorstehend genannte Steuerungsprogramm auch die Schweißfugenkontur, also
den Verlauf der Schweißfuge
im dreidimensionalen Raum abdeckt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung
ist vorgesehen, dass bei einer Änderung
der Querschnittsgröße des Laserstrahls
auf der Oberfläche der
Werkstückteile
in Folge der Einstellung der optimalen Überdeckung des Schweißfugenbereichs durch
den Laserstrahl mindestens ein Betriebsparameter des Schweißbrenners
daran entsprechend angepasst wird. Beispielsweise kann mit größer oder kleiner
werdendem Spalt zwischen den Werkstückteilen die in die Schweißzone eingebrachte
Menge eines Zusatzwerkstoffs entsprechend daran angepasst werden,
also erhöht
beziehungsweise verringert werden.
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Schließlich wird eine Ausführungsform
des Verfahrens bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass bei
einer Anpassung der Querschnittsgröße des Laserstrahls auf der
Werkstückoberfläche an die Schweißfugengeometrie
und/oder Schweißfugenkontur,
insbesondere Brennfleckvergrößerung,
die Leistungsintensität
des Laserstrahls entsprechend verändert wird, so dass der Laserstrahl
entlang der Schweißfuge
kontinuierlich eine optimale Leistungsintensität aufweist oder zumindest eine
erforderliche, minimale Leistungsintensität nicht unterschreitet. Dies
ist insbesondere beim Schweißen
von Aluminium oder Aluminiumlegierungen wichtig, da ein Unterschreiten
einer bestimmten Intensität
(W/cm2) einen erheblichen Einfluss auf den
Schweißvorgang
zur Folge hat.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen
des Verfahrens ergeben sich aus Kombinationen der in den Unteransprüchen genannten
Merkmale.
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Zur Lösung der Aufgabe wird auch
eine Vorrichtung zum Laser-Hybridschweißen mit
den Merkmalen des Anspruchs 14 vorgeschlagen, die einen Laserschweißkopf zum
Zuleiten mindestens eines fokussierten Laserstrahls auf die zu schweißenden Werkstückteile
und einen Schweißbrenner
zum Erzeugen eines Lichtbogens zwischen einer Elektrode und den
Werkstückteilen
umfasst. Die Vorrichtung zeichnet sich durch eine Steuer- oder Regeleinrichtung
zur automatisierten Betätigung
eines Ver stellsystems zur Einstellung der optimalen Überdeckung des
Schweißfugenbereichs
durch den Laserstrahl und durch eine an die Steuer- oder Regeleinrichtung angeschlossene
Sensorik zur Schweißfugengeometrieerfassung
und/oder Schweißfugenkonturverfolgung
aus. Die Betätigung
des Verstellsystems erfolgt in Abhängigkeit des mindestens einen,
mittels der Sensorik ermittelten Schweißfugenparameters.
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Der Aufbau und die Funktion dieser
Sensorik, die beispielsweise einen bekannten SCOUT-Sensor umfassen
beziehungsweise von diesem gebildet sein kann, ist allgemein bekannt,
so dass hier nicht näher
darauf eingegangen wird.
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Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Vorrichtung
ergeben sich aus Kombinationen der in den Unteransprüchen, der
in der vorstehenden Beschreibungseinleitung und in der nachfolgenden
Figurenbeschreibung genannten Merkmale.
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Ferner wird zur Lösung der Aufgabe ein Laser-Hybrid-Schweißkopf mit
den Merkmalen des Anspruchs 19 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele
des Laser-Hybrid-Schweißkopfs
ergeben sich aus Kombinationen der in den Unteransprüchen genannten
Merkmale.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand
der Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
des erfindungemäßen Laser-Hybrid-Schweißkopfs in
vereinfachter, schematischer Darstellung,
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2 einen
Querschnitt durch zwei mittels einer Stumpfnaht zu verschweißenden Werkstückteile
im Schweißfugenbereich,
zwischen denen im Bereich ihrer gegenüberliegende Ränder ein
Spalt mit einer bestimmten Breite besteht,
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3 einen
Querschnitt durch die Werkstückteile
gemäß 2 an einer anderen Stelle
des Schweißfugenbereichs
mit vergrößerter Spaltbreite,
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4 einen
Querschnitt durch zwei mittels einer Kehlnaht im Überlappstoß zu verschweißende Werkstückteile
in einem Bereich der Schweißfuge,
in dem kein Spalt zwischen den Werkstückteilen besteht, und
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5 einen
Querschnitt durch die Werkstückteile
gemäß 4 an einer anderen Stelle
der Schweißfuge,
an der ein Spalt zwischen den Werkstückteilen besteht.
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1 zeigt
stark schematisiert ein Ausführungsbeispiel
eines Laser-Hybrid-Schweißkopfs 1, der
Teil einer Vorrichtung 3 zum Laser-Hybrid-Schweißen ist.
Der als modulare Baueinheit ausgebildete Laser-Hybrid-Schweißkopf 1 ist
mit einer Positionierungseinheit 5 zu dessen dreidimensionalen
Positionierung/Führung
gegenüber
zu verschweißenden
Werkstückteilen
verbunden. Die Positionierungseinheit 5 ist hier von einem
nicht näher
dargestellten Roboter 7 gebildet, von dem lediglich ein
Teil eines Roboterarms 9 dargestellt ist, an dem eine Halterung 11 des
Laser-Hybrid-Schweißkopfs 1 angebracht
ist.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel sind an der hier
plattenförmigen
Halterung 11 ein Schutzgas-Schweißbrenner 13 zum Erzeugen
eines Lichtbogens zwischen einer Elektrode und den Werkstückteilen
und eine Schweißdrahtvorschubeinrichtung 15 lagefest
angebracht. Der Schweißbrenner 13 weist
ein Kontaktrohr 17 auf, aus dem ein mittels der Schweißdrahtvorschubeinrichtung 15 bewegter,
die Elektrode bildender Schweißdraht 19 (Zusatzwerkstoff)
austritt. Die Zuführung
des Schweißdrahts 19 und
eines während
des Schweißprozesses
der Schmelzzone beziehungsweise dem Schmelzbad zugeführten Schutzgases
zum Schweißbrenner 13 erfolgt über ein
Schlauchpaket 21. Je nach Art des Schutzgasschweißverfahrens
(Metall – Schutzgas – Schweißen) wird
beispielsweise Argon, CO2 (Kohlendioxid)
oder ein entsprechendes Mischgas verwendet.
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An der Halterung 11 ist
weiterhin ein Laserschweißkopf 23 angeordnet,
der hier eine Laserstrahlfokussiereinheit 25 aufweist,
die einen von einer nicht dargestellten Laserstrahlquelle erzeugten Laserstrahl 27 (Strahlenbündel) zu
einem Brennfleck 29 fokussiert, dessen Abstand von der
Laserstrahlfokussiereinheit 25 einstellbar ist. Der Laserstrahl 27 ist in
den Figuren schematisiert dargestellt und beschreibt in der Realität üblicherweise
eine Taillenform.
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Der Laserschweißkopf 23 selbst ist
an einem Halter 31 befestigt, der über ein Verbindungsteil 32 mit
einer Verstelleinheit 33 gekoppelt ist, mit deren Hilfe
der Halter 31 mit dem daran angebrachten Laserschweißkopf 23 in
Richtung einer im Zentrum des Laserstrahls 27 verlaufenden
Laserachse 35 (Z-Richtung)
relativ gegenüber
dem ortsfest an der Halterung 11 angebrachten Schweißbrenner 13 verlagerbar
ist, wie mit einem Doppelpfeil 37 angedeutet. Die Verstelleinheit 33 ist
beispielsweise von einem Linearantrieb mit Step-Motor gebildet.
Die Verstelleinheit 33 ist Teil eines Verstellsystems 34 zur Einstellung
einer optimalen Überdeckung
des Schweißfugenbereichs
durch den Laserstrahl 27 beziehungsweise bildet das Verstellsystem 34.
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Zur Ausrichtung des Laserstrahls 27 gegenüber dem
Schweißbrenner 13 beziehungsweise
dem Schweißdraht 19 in
X- und Y-Richtung,
also in der Ebene der Werkstückteile,
sind ferner hier nur angedeutete Stellmittel 39 vorgesehen,
mittels der der Laserschweißkopf 23 am
Halter 31 entsprechend verstellbar ist.
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Damit beim Schweißprozess der Laserstrahl 27 und
der Lichtbogen zeitgleich in einer Schweißzone wirken und sich in gewünschter
Weise gegenseitig beeinflussen beziehungsweise unterstützen, werden der
Laserschweißkopf 23 und
der Schweiß brenner 13 entsprechend
zueinander angeordnet, so dass insbesondere der Winkel zwischen
Schweißdraht 19 und
dem Laserstrahl 27 und deren Abstand auf der Werkstückoberfläche voneinander
zum Erzeugen einer korrekten Schweißnaht zumindest annährend optimal
ist.
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Die Vorrichtung 3 umfasst
ferner eine in den Figuren nicht dargestellte Steuer- oder Regeleinrichtung
zur automatisierten Betätigung
des Verstellsystems 34 beziehungsweise der Verstelleinheit 33 zur Einstellung
der optimalen Überdeckung
des Schweißfugenbereichs
durch den Laserstrahl 27 und eine an die Steuer- oder Regeleinrichtung
angeschlossene, nicht dargestellte Sensorik zur Schweißfugengeometrieerfassung
und/oder Schweißfugenkonturverfolgung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist mittels der
vorstehend beschriebenen Vorrichtung 3 ohne weiteres realisierbar,
was im Folgenden anhand der 2 bis 5 näher erläutert wird.
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2 zeigt
Werkstückteile 41 und 43,
beispielsweise Blechteile, insbesondere Karosserieblechteile, die
mittels der anhand der 1 beschriebenen
Vorrichtung 3 entlang einer Schweißfuge 45 miteinander
verschweißt
werden. Zwischen den hier senkrecht zu ihrer Flachseite verlaufende, gerade
Ränder
aufweisenden Werkstückteilen 41, 43 besteht
ein Spalt mit der Sollbreite B1. Zum Herstellen einer Stumpfnaht
wird der Laser-Hybrid-Schweißkopf 1 mittels
des Roboters 7 entlang der Schweißfuge 45 bewegt, wobei
die Anordnung des Laser-Hybrid-Schweißkopfs 1 gegenüber der
Werkstückoberfläche so eingestellt
ist und beibehalten wird, dass der Schweißdraht 19 in einem
gewünschten
Abstand zu den Werkstückteilen 41, 43 beziehungsweise
der Schweißzone
angeordnet ist und der Laserstrahl 27 den Bereich der Schweißfuge 45 optimal überdeckt.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel überdeckt
der Laserstrahl 27 die Ränder der Werkstückteile 41,
43,
wobei der Brennpunkt 29 des Laserstrahls 27 sich
außerhalb
der Werkstückteile 41, 43 befindet.
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Infolge Material- und/oder Ausrichttoleranzen
kann sich die Spaltbreite B in Längsrichtung
der Schweißfuge 45 ändern, wie
in 3 dargestellt. Die Spalt
zwischen den Werkstückteilen 41, 43 ist
an dieser Stelle der Schweißfuge 45 größer als
an der in 2 abgebildeten
Stelle und weist eine Breite B2 auf. Der Laser-Hybrid-Schweißkopf 1 wird
trotz der veränderten
Schweißfuge 45 weiterhin
so geführt, dass
der Schweißdraht 19 gleichbleibend
gegenüber der
Schweißfuge
angeordnet bleibt.
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Die Spaltebreite B2 ist so groß, dass
der mit gestrichelter Linie angedeutete Laserstrahl 27 mit den
gleichen Einstellungen wie in 2 abgebildet an
den Werkstückteiloberflächen vorbei
in den Spalt hineinstahlt. Zur Herstellung einer optimalen Überdeckung
des Schweißfugenbereichs
durch den Laserstrahl, dass also die Schweißfugenrandbereiche der Werkstückteile 41, 43 mit
Laserlicht beaufschlagt werden, sind insbesondere folgende Maßnahmen möglich:
- 1. Verlagerung der gesamte Laserstrahlfokussiereinheit 25 in
Z-Richtung, also in Richtung der Laserachse 35 auf die
Werkstückoberfläche mittels der
Verstelleinheit 33. Die neue Position des Laserstrahls 27' und dessen
Brennfleck 29' ist
in 3 mit gestrichelter
Linie angedeutet. Bei dieser Ausführungsvariante wird also die
Einstellung der optimalen Überdeckung
des Schweißfugenbereichs
durch den Laserstrahl unter Ausnutzung der physikalischen Eigenschaften
des fokussierten Laserstrahls durch eine Vertikalverschiebung der
Laserstrahlfokussiereinheit realisiert.
- 2. Verstellung der Laserstrahlfokussiereinheit 25 bei
unveränderter
Anordnung derselben gegenüber
dem Schweißbrenner 13,
was zu einer Formänderung
des Laserstrahls 27'' mit dem Brennfleck 29'' führt, wie in 3 mit durchgezoge ner Linie beispielhaft
dargestellt (Kollimationslinsensystem).
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Weitere Möglichkeiten sind zum Beispiel eine
Kombination der vorstehend genannten Verfahrensvarianten 1 und 2 und
zusätzlich
oder alternativ eine Verlagerung der Werkstückteile 41, 43 in
Richtung auf den Laser-Hybrid-Schweißkopf 1.
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Wichtig ist, dass das Laserlicht
bei jeder Spaltbreite in gewünschter
Weise auf die Werkstückteile
geleitet wird, was bei dem anhand der 2 und 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel
bedeutet, dass das Laserlicht auf die Oberfläche der Werkstückteile 41, 43 strahlt,
wobei der mit Laserlicht beaufschlagte Oberflächenbereich der Werkstückteile
jeweils einstellbar ist.
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4 zeigt
die Werkstückteile 41, 43 im Überlappstoß angeordnet,
wobei zwischen der Stirnseite des oberen Werkstückteils 43 und der
Flachseite des unteren Werkstückteils 41 eine
Schweißfuge in
Form einer Kehle gebildet ist. Zwischen den Werkstückteilen 41, 43 besteht
kein Spalt. Die optimale Überdeckung
des Schweißfugenbereichs
durch den Laserstrahl 27 ist hier so gewählt, dass
das Laserlicht direkt auf das Werkstückteil 43 gerichtet
ist. In 5 sind die Werkstückteile 41, 43 an
einer anderen Stelle der Schweißfuge 45 dargestellt,
an der ein Spalt im Schweißfugenbereich
zwischen den Werkstückteilen besteht.
Wenn der Laserstrahl 27, wie mit gestrichelter Linie angedeutet,
in Form und Ausrichtung gegenüber
dem Schweißbrenner 13 unverändert bleibt, wird
das Werkstückteil 43 nicht
mehr mit Laserlicht beaufschlagt, was zu einer nicht korrekten Schweißnaht führt. Es
wird daher erfindungsgemäß eine Anpassung
der Schweißparameter
an die tatsächliche Schweißfugenkontur
vorgenommen, was dadurch erfolgt, dass die Laserstrahlfokussiereinheit 25 mittels der
Verstelleinheit 33 in Richtung der Laserachse 35 den
Werkstückteilen 41, 43 angenähert wird.
Der kegelförmige,
mit durchgezogener Linie dargestellte Laserstrahl 27' erreicht nun
wieder wie gewünscht das
obere Werkstückteil 43.
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Zusammenfassend bleibt festzuhalten,
dass durch das Einstellen der optimalen Überdeckung des Schweißfugenbereichs
durch den Laserstrahl während
des laufenden Schweißvorgangs
ein verbessertes Schweißergebnis
erzielbar ist.