DE4402345C1

DE4402345C1 - Apparatus for laser beam welding T and I sections

Info

Publication number: DE4402345C1
Application number: DE19944402345
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl Ing Funk; Peter Dipl Ing Abels
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1994-01-27
Filing date: 1994-01-27
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2014-01-28

Abstract

A laser beam (15) is directed onto the surface of a flange (10) on the opposite side to the web (11). Radiation detectors (1,2) are located on each side (13,14) of the web and in response to the signals received by the detectors, the beam is moved to the right or left. When the signal (11) is greater than that of (12), the beam is moved to the right. The opposite occurs when (11) is less than (12).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ver schweißen eines Gurts und eines Stegs, insbesondere zu einem T- oder I-Stoß, mit Hochenergiestrahlung, insbesondere mit Laserstrahlung, mit einem Strahlung aus dem jeweiligen mit Hochenergiestrahlung beaufschlagten Schweißbereich erfassen den Detektor.The invention relates to a device for ver welding a belt and a web, in particular to one T or I impact, with high energy radiation, especially with Laser radiation, with a radiation from the respective with Detect the welding area exposed to high-energy radiation the detector.

Eine Vorrichtung mit den vorgenannten Merkmalen ist aus der DE 42 16 643 A1 bekannt. Laserstrahlung wird von einer Stegseite in den Verbindungsbereich zwischen Steg und Gurt eingestrahlt und auf der anderen Stegseite ist ein optischer Detektor vorhanden, der das Durchschweißen signalisiert. Mit dieser Vorrichtung ist nur eine begrenzte Überwachung des Schweißergebnisses möglich. Beispielsweise kann nicht erfaßt werden, ob der Gurt von unten unerwünschterweise durchge schweißt wurde und sich dort eventuell ein Nahteinfall erge ben hat. Darüber hinaus hat die bekannte Vorrichtung einen vergleichsweise komplizierten Aufbau, weil der Schweißkopf quer zur Schweißrichtung und schräg zum Stoßbereich des Gurts mit dem Steg ausgerichtet und geführt werden muß. Es ist nicht möglich, Abweichungen von einer vorgegebenen Sollbahn zu ermitteln. Insbesondere nicht für geschlossene Strukturen größerer Abmessungen. A device with the aforementioned features is out known from DE 42 16 643 A1. Laser radiation is from a Web side in the connection area between web and belt irradiated and on the other side of the bridge is an optical Detector available, which signals through-welding. With this device is limited monitoring of the Welding result possible. For example, cannot be captured be whether the belt from the bottom unwanted was welded and a seam incidence may occur there ben has. In addition, the known device has a comparatively complicated structure because of the welding head transverse to the welding direction and at an angle to the area of the belt must be aligned and guided with the bridge. It is not possible, deviations from a specified target path to investigate. Especially not for closed structures larger dimensions.

Aus der GB 1 268 044 ist es bekannt, einen Gurt mit ei nem Steg zu einem T-Stoß von der Gurtseite her zu verschwei ßen, wobei die Schweißnaht bis in den Steg eindringt. Eine durch Detektoren erfolgende Überwachung der Lage der Schweiß naht findet nicht statt.From GB 1 268 044 it is known to have a belt with an egg to weld a web to a T-joint from the belt side with the weld penetrating into the web. A the position of the sweat is monitored by detectors Seam does not take place.

Aus der DE 41 24 162 C1 ist es beim Laserstrahl-Materi albearbeiten bekannt, auf der einen Seite des Werkstücks re flektierte Strahlung und auf der anderen Seite des Werkstücks aus diesem beim vollständigen Durchtrennen austretende Laser strahlung zu detektieren. Die meßtechnische Erfassung des Durchtritts des Laserstrahls durch das Werkstück dient der Erfassung eines Sollwerts, von dem ausgehend Stellwerte zur Nachregelung von Prozeßparametern ermittelt werden, die der Minimierung der Abweichung der gemessenen mittleren Plasma strahlungsintensität vom Sollwert dienen. Ein Einsatz der be kannten Vorrichtung zum Verschweißen eines Gurts und eines Stegs zu einem T-Stoß erscheint nicht möglich, beispielsweise wegen der Anordnung der den Durchtritt des Laserstrahls er mittelnden Meßeinrichtung in der Achse des Laserstrahls.From DE 41 24 162 C1 it is with laser beam materi album work known, on one side of the workpiece right reflected radiation and on the other side of the workpiece from this laser that emerges when completely cut to detect radiation. The measurement of the The laser beam passes through the workpiece Acquisition of a setpoint, from which control values for Readjustment of process parameters can be determined that the Minimization of the deviation of the measured mean plasma serve radiation intensity from the setpoint. Use of the be knew device for welding a belt and a Bridges to a T-joint do not appear possible, for example because of the arrangement of the passage of the laser beam he averaging measuring device in the axis of the laser beam.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen so zu verbessern, daß eine Überwachung der Verschweißung im Sinne einer Qualitätssicherung erleichtert und insbesondere eine vereinfachte Ausrichtung des Schweißkopfs relativ zur Schweißstelle ermöglicht wird.In contrast, the invention is based on the object a device with the features mentioned above improve that monitoring the weld in the sense quality assurance and especially one simplified alignment of the welding head relative to Weld is made possible.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein erster und ein zweiter Detektor auf jeweils einer Seite des Stegs ange ordnet sind, daß die Hochenergiestrahlung auf die dem Steg gegenüberlie gende Gurtwand auftrifft, und daß eine Regeleinrichtung vor handen ist, mit der der Strahlfleck der Hochenergiestrahlung auf dem Gurt quer zum gegenüberliegenden Steg in Abhängigkeit von De tektorsignalen einstellbar ist.This object is achieved in that a first and a second detector on each side of the web orders are that the high energy radiation on the opposite of the web belt belt strikes, and that a control device before with which the beam spot of the high-energy radiation on the Belt across the opposite web depending on De tector signals is adjustable.

Für die Erfindung ist von Bedeutung, daß die Strahlung von der dem Steg gegenüberliegenden Seite auf den Gurt trifft. Infolgedessen kann im Bereich der gegenüberliegenden Gurtwand auf beiden Seiten des Steges mit je einem Detektor gemessen werden. Das ermöglicht insbesondere eine Überwachung der Qualität der Schweißstelle bzw. der Schweißnaht auf bei den Seiten des Stegs und vor allem eine automatische Auffin dung des Stegs, der von der Seite der bestrahlten Gurtwand aus nicht sichtbar ist. Die Regeleinrichtung kann die Strah lung so steuern, daß sie stets im Projektionsbereich des Stegs auf die bestrahlte Gurtwand auftrifft, was mit einer Vermeidung einer falschen Schweißbahn und damit einer Vermei dung von Fehlstellen gleichzusetzen ist. Im Prinzip gilt, daß die vom Schweißkopf aus verdeckte Schweißnaht außerhalb des gewünschten Fügebereichs verläuft und daher keine oder keine zuverlässige Schweißverbindung zustande kommt, falls die De tektorsignale ungleich sind bzw. in einem vorbestimmten Maß voneinander abweichen. Die Einstellung des Strahlflecks er folgt, wie das Verschweißen insgesamt, durch Relativbewegung, also durch Bewegung des Schweißkopfes und/oder des Werk stücks, also der Gurte und Stege.It is important for the invention that the radiation from the side opposite the web onto the belt meets. As a result, the area opposite Belt wall on both sides of the web with one detector each be measured. This enables monitoring in particular the quality of the weld or the weld on the sides of the dock and especially an automatic opening extension of the web from the side of the irradiated belt wall is not visible from. The control device can the beam control so that they are always in the projection range of the Stegs strikes the irradiated belt wall, what with a Avoiding a wrong welding path and thus avoiding it of defects is to be equated. In principle, that the weld seam hidden from the welding head outside the desired joining area runs and therefore none or none reliable welded joint is created if the De tector signals are unequal or to a predetermined extent differ from each other. The setting of the beam spot he follows, like the welding as a whole, by relative movement, thus by moving the welding head and / or the movement pieces, i.e. the straps and webs.

Die Vorrichtung wird zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß zum Einstellen des Strahlflecks der Strahlung auf dem Gurt ein Schweißkopf vorhanden ist, mit dem die Strahlung zur das schwächere Detektorsignal aufweisenden Stegseite ver stellbar ist. Der Schweißkopf kann die Hochenergiestrahlung parallel zu sich selbst verschieben, so daß der Strahlfleck bei gleicher relativer Höhenlage des Gurts ungeändert bleibt, oder er kann die Hochenergiestrahlung verschwenken. Die Verstellung des Strahlflecks zur Stegseite mit dem schwächeren Detektorsignal kann durch die Regeleinrichtung erreicht werden, welche in der Lage ist, die Amplitude der Detektorsignale zu vergleichen und dement sprechend die Bewegung des Schweißkopfs zur Seite mit dem schwächeren Detektorsignal hin zu veranlassen.The device is expediently designed such that that to adjust the beam spot of the radiation on the Belt a welding head is available with which the radiation is used the web side having the weaker detector signal ver is adjustable. The welding head can parallel the high energy radiation move themselves so that the beam spot at the same relative height of the belt remains unchanged, or it can swivel the high energy radiation. The adjustment of the beam spot to the web side with the weaker detector signal can the control device can be reached, which is able to to compare the amplitude of the detector signals and demented speaking the movement of the welding head to the side with the to cause weaker detector signal.

Die Vorrichtung kann so ausgebildet werden, daß die Ge schwindigkeit der Ausgleichsbewegung des Strahlflecks auf konstante Werte einstellbar ist. Das vereinfacht die Steue rung der Bewegungen des Schweißkopfs und schafft bei bekann ten Querschnittsabmessungen des Stegs die Grundlage für wei tere Regel- oder Steuermaßnahmen. Beispielsweise kann bei konstanter Geschwindigkeit der Ausgleichsbewegung des Schweißkopfs und bei konstanter relativer Schweißgeschwindig keit ein Schweißnahtverlauf in Form einer Dreieckschwingung erreicht werden, deren Periodenlänge für die besagten Regel- und Steuervorgänge automatisch erfaßt werden kann.The device can be designed so that the Ge speed of the compensating movement of the beam spot constant values can be set. This simplifies the tax movement of the welding head and creates th cross-sectional dimensions of the web are the basis for white other regulatory or tax measures. For example, at constant speed of the compensatory movement of the Welding head and at constant relative welding speed a weld seam in the form of a triangular wave can be achieved, the period length of which for said control and control processes can be detected automatically.

Die Vorrichtung kann vorteilhafterweise so ausgestaltet werden, daß sie eine Meldeeinrichtung hat, die aktivierbar ist, wenn die Detektoren beider Stegseiten Signale erzeugen, deren Niveaus ein vorbestimmtes Grenzniveau überschreiten. Das Detektieren von Signalen hohen Niveaus durch die Detekto ren beider Stegseiten ist dann möglich, wenn zwischen dem Gurt und dem Steg ein Spalt ist, durch den sich die Strahlung ausbreiten kann. Die Meldeeinrichtung kann eine entsprechende Fehlermeldung erzeugen, die beispielsweise besagt, daß je nach der Größe des Spalts keine oder keine ausreichende Ver bindung mehr herzustellen ist.The device can advantageously be designed in this way be that it has a reporting device that can be activated is when the detectors on both sides of the web generate signals, whose levels exceed a predetermined limit level. Detection of high level signals by the detector ren of both sides of the bridge is possible if between the Belt and the web is a gap through which the radiation can spread. The notification device can be a corresponding one Generate an error message that says, for example, that depending on the size of the gap, no or insufficient ver is more binding.

Die Vorrichtung kann des weiteren so ausgebildet werden, daß die Regeleinrichtung eine Meldeeinrichtung anzusteuern vermag, wenn die ermittelte Periodenlänge der Querbewegung des Strahlflecks einen vorbestimmten Grenzwert unterschrei tet. Derartige in Bezug auf eine vorbestimmte Periodenlänge kurze Periodenlänge ist ein Maß dafür, daß der Gurt nicht bündig auf dem Steg liegt. Das Signal der geöffneten Stegsei te ist bei mittiger Lage der Schweißnaht größer, als das auf der anderen Stegseite. Infolgedessen verstellt die Regelein richtung den Strahlfleck und damit den Emissions- oder Schweißnahtbereich zur Berührungslinie Gurt/Steg. Eine Bewe gung der Strahlung in entgegengesetzter Richtung, also zur offenen Kehlnaht hin, wird nur kurzzeitig durchgeführt, da das Signal des hier angeordneten Detektors wegen sofort an wachsender Signalamplitude eine Bewegungsumkehr erzwingt. Die infolgedessen kurzen Periodenlängen können herangezogen wer den, um die Meldeeinrichtung anzusteuern, welche meldet, daß das Gurtblech nicht flächig auf dem Steg liegt.The device can also be designed such that the control device to control a signaling device if the determined period length of the transverse movement the beam spot falls below a predetermined limit tet. Such with respect to a predetermined period length Short period length is a measure that the belt is not lies flush on the dock. The signal of the open web egg te is larger than that on the center of the weld the other side of the bridge. As a result, the rule adjusts direction of the beam spot and thus the emission or Weld seam area to the belt / web contact line. A move radiation in the opposite direction, i.e. to open fillet weld is only carried out for a short time because the signal of the detector arranged here immediately on increasing signal amplitude forces a reversal of movement. The as a result, short period lengths can be used to control the signaling device, which reports that the belt plate is not flat on the web.

Die Vorrichtung kann so ausgestaltet werden, daß die beiden Detektoren in Schweißlängsrichtung gemeinsam mit dem Schweißkopf beweglich sind. Eine solche Vorrichtung kann dann eingesetzt werden, wenn die Schweißstruktur seitlich offen ist, so daß eine mechanische Verbindung von den beiden Detek toren zum Schweißkopf bzw. zu einem entsprechend in Schweiß richtung bewegten Bauteil der Vorrichtung ermöglicht werden kann.The device can be designed so that the two detectors in the longitudinal direction of the weld together with the Welding head are movable. Such a device can then be used when the welding structure is open on the side is, so that a mechanical connection of the two detec gates to the welding head or to a corresponding one in sweat direction of the moving component of the device can.

Die Vorrichtung kann so weitergebildet werden, daß zu sätzlich zu den ersten und zweiten Detektoren dritte und vierte Detektoren vorhanden sind, daß der erste und der drit te Detektor einander gegenüber auf der einen Seite des Stegs und der zweite und vierte Detektor einander gegenüber auf der anderen Seite des Stegs jeweils an einem Ende des Werkstücks angeordnet sind, und daß die Regeleinrichtung mit Signalen eines Detektors je einer Stegseite beaufschlagbar ist, die mit einer Kenngröße aus den Signalen beider Detektoren der zugehörigen Stegseite verknüpft sind. Eine solche Ausbildung ist insbesondere für geschlossene Strukturen geeignet, wenn also beispielsweise in ein Kastenprofil ein Mittelsteg einge schweißt werden soll. Es ist dann nicht möglich, Detektoren auf Höhe des Schweißkopfs im Inneren der Struktur zu bewegen, ohne ganz erheblichen Aufwand zu betreiben. Statt dessen beob achten je zwei Detektoren eine Stegseite und übermitteln ihre Signale an die Regeleinrichtung. Damit unterschieden werden kann, ob z. B. das Anwachsen eines Detektorsignals die Folge einer Fehlsteuerung des Schweißkopfs oder die Folge der Annä herung des Schweißkopfs an den betreffenden Detektor ist, wird das Detektorsignal mit einer Kenngröße der Signale bei der Detektoren der zugehörigen Stegseite multipliziert, z. B. mit dem Quotienten der Amplituden beider Detektoren einer Stegseite, wodurch die Einwirkung der Stellung des Schweiß kopfs bzw. die Länge der bereits geschweißten Naht auf das Meßergebnis der Fehlerdetektion ausgeschaltet werden kann.The device can be developed so that in addition to the first and second detectors third and fourth detectors are present that the first and third detector across from each other on one side of the dock and the second and fourth detectors opposite each other on the other side of the web at one end of the workpiece are arranged, and that the control device with signals of a detector can be acted upon on each web side with a parameter from the signals of both detectors associated web side are linked. Such training is particularly suitable for closed structures if So, for example, a central web is inserted into a box profile to be welded. It is then not possible to use detectors to move at the level of the welding head inside the structure, to operate without considerable effort. Instead, observe pay attention to two detectors on each web side and transmit their Signals to the control device. So that can be distinguished can whether z. B. the growth of a detector signal the result incorrect control of the welding head or the result of anna the welding head is attached to the detector in question, is the detector signal with a parameter of the signals the detectors of the associated web side are multiplied, e.g. B. with the quotient of the amplitudes of both detectors one Web side, which affects the position of the sweat head or the length of the welded seam on the Measurement result of the error detection can be switched off.

Es ist häufig so, daß das Beobachtungsfeld der Detekto ren auf den notwendigen geometrischen Bereich beschränkt wer den muß, insbesondere bei offenen Strukturen, damit die Aus wirkungen von Störungen verhindert werden können, die bei spielsweise durch andere Lichtquellen oder andere Beobach tungsfelder hervorgerufen werden können. Es ist daher vor teilhaft, die Vorrichtung so auszugestalten, daß ein Detektor eine die Schweißstelle abbildende Optik und/oder einen opti schen Bandpaßfilter aufweist. Die Optik ist im einfachsten Fall eine Linse mit bestimmter Brennweite, die so bemessen ist, daß der Detektor nur aus dem durch die Brennweite vorbe stimmten Beobachtungsfeld herrührende optische Signale er faßt. Optische Bandpaßfilter können beispielsweise Tageslicht ausschalten.It is often the case that the field of observation of the detector who are limited to the necessary geometric range that must, especially with open structures, so that the end effects of disturbances that can be prevented for example by other light sources or other observers fields can be evoked. It is therefore before partly to design the device so that a detector an optic that depicts the weld and / or an opti has bandpass filter. The look is the simplest Case a lens with a certain focal length, so dimensioned is that the detector passes only by the focal length optical field originating observation field sums up. Optical bandpass filters can, for example, daylight turn off.

Insbesondere beim Schweißen eines I-Stoßes kann es zum Erreichen einer hohen Produktivität vorteilhaft sein, die Vor richtung so auszugestalten, daß die Gurte eines I-Stoßes beim Verschweißen mit dem Steg gleichzeitig auf den dem Steg ge genüberliegenden Gurtwänden bestrahlt sind, und daß zwischen den Gurten auf jeder Stegseite entweder zwei, jeweils eine Schweißnaht überwachende Detektoren vorhanden sind oder ein einziger Detektor vorhanden ist, der beide Schweißnähte unter Berücksichtigung unterschiedlicher Kennzeichen der zu detek tierenden Strahlung abwechselnd überwacht. Wenn die beiden gleichzeitig bearbeiteten Schweißstellen von je zwei Detekto ren überwacht werden, ist lediglich zu gewährleisten, daß sie das Meßergebnis der anderen nicht ungewollt beeinflussen. Wird nur ein einziger Detektor auf jeder Stegseite einge setzt, so muß dafür gesorgt werden, daß dieser die beiden Schweißstellen unterscheiden kann bzw. Signale jeweils nur für eine der beiden Schweißstellen abgibt. Das wird bei spielsweise erreicht, wenn die zu detektierende Strahlung modulierbar ist. In beiden Fällen wird abwechselnd eins der Kennzeichen berück sichtigt, z. B. Strahlung eines ersten Modulationsgrades ab wechselnd mit Strahlung eines zweiten Modulationsgrades, bei spielsweise Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen oder z. B. zeitliche Modulation.In particular when welding an I joint, it can lead to Achieving high productivity can be beneficial to the pre direction so that the straps of an I-joint at Welding to the web at the same time as the ge opposite belt walls are irradiated, and that between the straps either two, one on each side of the web Welding monitoring detectors are present or a only detector is present that under both welds Taking into account different characteristics of detec alternating radiation is monitored. If the two simultaneously processed welds of two detectors each ren are only to be ensured that they do not inadvertently influence the measurement result of the others. If only one detector is inserted on each web side sets, it must be ensured that this the two Can distinguish welds or signals only for one of the two welds. That will be with achieved, for example, if the radiation to be detected can be modulated. In both cases, one of the indicators is alternately removed sighted, e.g. B. radiation of a first degree of modulation alternating with radiation of a second degree of modulation, at for example radiation of different wavelengths or z. B. temporal modulation.

Die vom Detektor zu erfassende Strahlung kann unterschiedli cher Herkunft sein. Zweckmäßig ist es, wenn die Detektoren von der aus der Temperaturstrahlung, der Plasmastrahlung und der Laserstrahlung zusammengesetzten Strahlung aus dem beauf schlagten Schweißbereich mindestens den Temperaturstrahlungs bereich erfassen. Die selektive Empfindlichkeit der Detekto ren ist abzustimmen auf die jeweilige Struktur des Werkstücks und die verwendete Strahlquelle, wie z. B. CO₂- oder Nd:YAG- Laser. The radiation to be detected by the detector can differ of origin. It is useful if the detectors from which from the thermal radiation, the plasma radiation and the laser radiation composed radiation from the bet struck welding area at least the temperature radiation capture area. The selective sensitivity of the detector must be matched to the structure of the workpiece and the beam source used, such as. B. CO₂- or Nd: YAG- Laser.

Die Vorrichtung kann auch so ausgebildet werden, daß sie die Bahnsteuerung der Bearbeitungsmaschine beeinflußt, näm lich dadurch, daß die Regeleinrichtung eine Bahnsteuerein richtung des Schweißkopfes anzusteuern vermag, wenn die er mittelte Periodenlänge der Querbewegung des Strahlflecks von einem für den jeweiligen Bahnpunkt vorbestimmten Wert ab weicht. Der Vergleich der tatsächlichen Periodenlänge mit der vorbestimmten Periodenlänge führt zu Regelgrößen für die Bahnsteuereinrichtung.The device can also be designed so that it affects the path control of the processing machine, näm Lich in that the control device a path control direction of the welding head can, if he average period length of the transverse movement of the beam spot from from a predetermined value for the respective path point gives way. The comparison of the actual period length with the predetermined period length leads to controlled variables for the Path control device.

Die Vorrichtung wird anhand von in der Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:The device is based on Darge in the drawing presented embodiments explained. It shows:

Fig. 1 Schnittdarstellungen a bis c an den Stellen a bis c der Fig. 2, Fig. 1 a to c-sectional views at the points A to C of Fig. 2,

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Gurt mit darunterliegendem Steg, Fig. 2 is a plan view of a belt with underlying web,

Fig. 3 einen I-Stoß im Querschnitt, Fig. 3 is a square butt joint, in cross section,

Fig. 4 eine der Fig. 1a entsprechende Darstellung für den Fall eines Spalts zwischen Gurt und Steg, Fig. 4 is a Fig. 1a corresponding representation for the case of a gap between flange and web,

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung mit einem Steg, dessen an den Gurt angrenzende Kante abge schrägt ist, Fig. 5 is a view like FIG. 4 representation corresponding with a web, which is adjacent to the belt edge abge obliquely,

Fig. 6 eine der Fig. 5 ähnliche Darstellung mit einem sich seitlich öffnenden Spalt infolge eines geneigt zum Gurt angeordneten Stegs, und Fig. 6 is a view similar to FIG. 5 with a laterally opening gap due to a web inclined to the belt, and

Fig. 7 eine Aufsicht auf einen Gurt einer geschlossenen Struktur. Fig. 7 is a plan view of a belt of a closed structure.

Fig. 2 zeigt die Aufsicht auf eine Gurtwand 16 eines Gurts 10, der gemäß Fig. 1 mit einem Steg 11 zu einem T-Stoß ver schweißt werden soll. Dem Verschweißen dient ein nicht darge stellter Laser oder eine andere Hochenergiestrahlungsquelle, z. B. eine Elektronenstrahlquelle, welche Hochenergiestrahlung 15 fokussiert auf der Gurtwand 16 zur Wirkung bringt. Es findet in bekannter Weise eine Erwärmung des Gurts 10 statt, welche die Ausbildung der schematisch dargestellten Schweißnaht 12 zur Folge hat. Das Verschweißen von Gurt 10 und Steg 11 erfolgt vorzugsweise mit Plasmaschweißen. Beim Verschweißen ist die Eindringtiefe und damit die Schweißnaht 12 so groß, daß auch der Steg 11 anteilig erfaßt und aufgeschmolzen wird, so daß es beim Erstarren des geschmolzenen Werkstoffs zu der gewünschten festen Verbindung des Gurts 10 mit dem Steg 11 kommt. Fig. 1a zeigt eine zutref fende Anordnung der Schweißnaht 12 relativ zu Gurt 10 und Steg 11. Voraussetzung hierfür ist, daß die Hochenergiestrahlung 15 bzw. durch die Hochenergiestrahlung 15 bewirkte Strahlfleck 17 auf der Gurtwand 16 trotz des aus der Blickrichtung des Lasers verdeckten Stegs 11 zutreffend geführt wird. Zur Überprüfung einer korrekten Strahlführung sind berührungslos wirkende Detektoren 1, 2 vorge sehen. Der erste Detektor 1 ist auf der Seite 13 des Stegs 11 angeordnet, während der Detektor 2 auf der Seite 14 des Stegs 11 angeordnet ist. Bei zutreffender Strahlführung ist gemäß Fig. 1a zu erwarten, daß die von den Detektoren 1, 2 abgegebenen Detektorsignale I1 und I2 gleich groß sind. Denn aufgrund der Symmetrie des Werkstücks bzw. des T-Stoßes und entsprechender symmetrischer Anordnung der Detektoren 1, 2 in Bezug auf den Gurt 10 und den Steg 11 mit gleichem Abstand zu beiden und mit Blickrichtung auf die Stoßstelle bzw. Stoßlinie 22 ist zu er warten, daß die hier emittierte Strahlung auf beiden Stegseiten 13, 14 gleich stark ist. Fig. 2 shows the top view of a belt wall 16 of a belt 10 , which is to be welded ver with a web 11 to a T-joint according to FIG. 1. The welding is a laser, not shown, or another high-energy radiation source, e.g. B. an electron beam source, which brings high energy radiation 15 focused on the belt wall 16 to effect. The belt 10 is heated in a known manner, which results in the formation of the schematically illustrated weld seam 12 . The belt 10 and the web 11 are preferably welded using plasma welding. When welding, the depth of penetration and thus the weld 12 is so great that the web 11 is also partially captured and melted, so that when the molten material solidifies, the desired firm connection of the belt 10 to the web 11 is achieved. Fig. 1a shows a true arrangement of the weld 12 relative to the belt 10 and web 11th The prerequisite for this is that the high-energy radiation 15 or the beam spot 17 caused by the high-energy radiation 15 is correctly guided on the belt wall 16 despite the web 11 hidden from the direction of the laser. To check correct beam guidance, non-contact detectors 1 , 2 are easily seen. The first detector 1 is arranged on the side 13 of the web 11 , while the detector 2 is arranged on the side 14 of the web 11 . If the beam guidance is correct, it is to be expected in accordance with FIG. 1a that the detector signals I1 and I2 emitted by the detectors 1 , 2 are of the same size. Because due to the symmetry of the workpiece or the T-joint and the corresponding symmetrical arrangement of the detectors 1 , 2 with respect to the belt 10 and the web 11 at the same distance from both and with a view of the joint or joint line 22, it is to be expected that the radiation emitted here is equally strong on both web sides 13 , 14 .

Fig. 1b zeigt eine Verlagerung der Schweißnaht 12 nach links zur Stegseite 13 hin. Fig. 1c zeigt eine Verlagerung der Schweißnaht 12 nach rechts zur Stegseite 14 hin. Im ersten Fall gilt für die Detektorsignale 11, 12 bei sonst ungeänderter An ordnung: I1 < I2, während im Fall der Fig. 1c I1 < I2 gilt. FIG. 1b shows a displacement of the welding seam 12 to the left to the web page 13 side. Fig. 1c shows a shift of the weld seam 12 to the right to the web page 14 out. In the first case applies to the detector signals 11 , 12 with otherwise unchanged arrangement: I1 <I2, while in the case of FIG. 1c I1 <I2 applies.

Die Lagen der Schweißnaht 12 nach den Fig. 1b und 1c sind unerwünscht. Es muß damit gerechnet werden, daß keine Schweiß verbindung oder aber eine ungenügende Schweißverbindung zustan de kommt. Die Vorrichtung ist daher mit einer nicht dargestell ten Regeleinrichtung versehen, welche Einfluß auf die Lage der Hochenergiestrahlung 15 nimmt, und damit Einfluß auf die Lage des Strahl flecks 17 auf der Gurtwand 16. Hierzu steuert die nicht darge stellte Regeleinrichtung die Strahlungsquelle relativ zum Werk stück 21. Insbesondere wird ein die Strahlung 15 fokussieren der, ebenfalls nicht dargestellter Schweißkopf quer zum Werk stück 21 und mit gleichem Abstand zur Gurtwand 16 verstellt, oder er wird so verschwenkt, daß der Strahlfleck 17 verlagert wird. Diese Verstellung bzw. Verlagerung ist in den Fig. 1b und 1c durch einen Pfeil dargestellt. Damit wird das Regelungsprin zip dargestellt, wonach der Strahlfleck quer zum gegenüberlie genden Steg 11 zur Stegseite 14 hin verstellt wird, wenn I1 < I2 gilt. Umgekehrt erfolgt eine Verstellung des Strahl flecks 17 zur Stegseite 13 hin, wenn I1 < I2 gilt.The positions of the weld seam 12 according to FIGS. 1b and 1c are undesirable. It must be expected that no weld connection or an insufficient weld connection will come about. The device is therefore provided with a control device, not shown, which influences the position of the high-energy radiation 15 , and thus influences the position of the beam spot 17 on the belt wall 16 . For this purpose, the control device, not shown, controls the radiation source relative to the workpiece 21 . In particular, the radiation 15 will focus the, also not shown welding head transverse to the workpiece 21 and adjusted at the same distance from the belt wall 16 , or it is pivoted so that the beam spot 17 is shifted. This adjustment or shift is shown in FIGS. 1b and 1c by an arrow. This represents the regulation principle zip, according to which the beam spot is adjusted transversely to the opposite web 11 to the web side 14 when I1 <I2 applies. Conversely, the beam spot 17 is adjusted toward the web side 13 when I1 <I2 applies.

Die Verstellung des Strahlflecks 17 ist zweckmäßigerweise einstellbar und hinsichtlich der Geschwindigkeit der Aus gleichsbewegung des Strahlflecks auf konstante Werte einstell bar. Hieraus resultiert der in Fig. 2 dargestellte Schweißnaht verlauf in Form von Dreieckschwingungen. Es wird davon ausge gangen, daß der Strahlfleck 17 in Fig. 2 von oben nach unten bzw. auf dem Längenabschnitt a-b nach links verschoben wird, so daß die Schweißnaht 12 an der Stelle b die ersichtliche Stel lung im Bereich der linken Kante 11 des Stegs 11 hat. Hier gilt I1 < I2, wobei ein vorbestimmter Schwellwert überschritten wird, was zur Umkehr der Ausgleichsbewegung des Strahlflecks 17 führt, nämlich zur Stegseite 14 mit dem schwächeren Detektor signal I2 hin. Diese Ausgleichsbewegung zur Stegseite 14 hin wird ausgeführt, bis das Detektorsignal I2 das Detektorsignal 11 um einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, wenn also die Schweißnaht 12 die Stegkante 11′′ berührt bzw. darüber hin auswandert.The adjustment of the beam spot 17 is expediently adjustable and can be adjusted to constant values with regard to the speed of the compensation movement of the beam spot. This results in the weld seam shown in FIG. 2 in the form of triangular vibrations. It is assumed that the beam spot 17 in Fig. 2 is shifted from top to bottom or on the length section from to the left, so that the weld 12 at position b, the apparent Stel development in the area of the left edge 11 of the web 11 has. Here I1 <I2 applies, a predetermined threshold value being exceeded, which leads to the reversal of the compensating movement of the beam spot 17 , namely to the web side 14 with the weaker detector signal I2. This compensating movement to the web side 14 is carried out until the detector signal I2 exceeds the detector signal 11 by a predetermined threshold value, that is when the weld seam 12 touches the web edge 11 '' or migrates over it.

In Fig. 3 ist die Herstellung eines I-Stoßes mit zwei La serstrahlen dargestellt, deren Strahlung 15 jeweils einen Strahlfleck 17 auf der zugehörigen Gurtwand 16, 16′ des Gurts 10, 10′ erzeugt. Die beiden Schweißnähte 12, 12′ sind gemäß Fig. 1a in der gewünschten Stellung relativ zum Steg 11 dargestellt. Da auch in diesem Fall die Lage des Stegs 11 relativ zu den Gurten 10, 10′ in Richtung der Laserstrahlung von außen nicht erkennbar ist, wird eine Überwachung der Lage der Schweißnähte 12, 12′ mit Detektoren 1, 2 durchgeführt, die jeweils auf einer Stegseite 13, 14 angeordnet sind. Diese Detektoren 1, 2 sind, wie die Detektoren 1, 2 der Fig. 1, gemeinsam mit dem Schweißkopf in Schweißlängsrichtung relativbeweglich, also senkrecht zur Dar stellungsebene. Sie beobachten die Stoßstelle 22 beider Schweißnähte 12, 12′ gleichzeitig und müssen daher in der Lage sein, diese meßtechnisch zu unterscheiden. Eine unterschiedli che zeitliche Modulation der Strahlquellen kann eingesetzt wer den, um die aus den Bereich der Schweißnaht 12 oder 12′ bzw. der zugehörigen Stoßstellen emittierte Strahlung zu unterschei den.In Fig. 3 the production of an I-joint with two La ser rays is shown, the radiation 15 each generates a beam spot 17 on the associated belt wall 16 , 16 'of the belt 10 , 10 '. The two welds 12 , 12 'are shown in FIG. 1a in the desired position relative to the web 11 . Since in this case the position of the web 11 relative to the belts 10 , 10 'in the direction of the laser radiation is not recognizable from the outside, the position of the weld seams 12 , 12 ' is monitored with detectors 1 , 2 , each on a Web side 13 , 14 are arranged. These detectors 1 , 2 , like the detectors 1 , 2 of FIG. 1, together with the welding head are relatively movable in the longitudinal direction of the weld, that is to say perpendicular to the plane of presentation. You observe the joint 22 of both welds 12 , 12 'at the same time and must therefore be able to distinguish them by measurement. A different temporal modulation of the beam sources can be used to distinguish the radiation emitted from the area of the weld 12 or 12 'or the associated joints.

Fig. 4 zeigt eine Querschnittsanordnung gemäß Fig. 1, bei der jedoch der Steg 11 einen Abstand zum Gurt 10 hat, so daß ein Spalt 23 entsteht, der also über die gesamte Breite des Stegs 11 gleich dick vorhanden ist. Der Spalt 23 hat zur Folge, daß im Bereich der Gurtwand 16 Schweißfehler auftreten, nämlich Einbrandkerben und Decklagenunterwölbungen, weil das aufge schmolzene Material des Gurts 10 den Spalt 23 ausfüllen muß. Die fehlerhafte Schweißung ist unerwünscht, so daß der Spalt 23 durch die Detektoren 1, 2 meßtechnisch erfaßt werden muß. Das ist unschwer möglich, weil eine Ausbreitung zu detektierender Strahlung durch den Spalt 23 praktisch nicht behindert wird. Wenn die Vorrichtung die Verschweißung durch Plasmaschweißen herstellen will, kann beispielsweise Laserstrahlung durch die Kapillare und den Spalt zu den Detektoren 1, 2 gelangen, deren Signal ein sehr hohes Niveau erreicht. Das Niveau der von den Detektoren 1, 2 erzeugten Signale kann also durch Vergleich mit einem vorbestimmten Grenzniveau dazu herangezogen werden, eine Meldeeinrichtung zu aktivieren, die den Fehler anzeigt und be darfsweise automatische Maßnahmen zur Fehlerbehebung trifft. FIG. 4 shows a cross-sectional arrangement according to FIG. 1, in which, however, the web 11 is at a distance from the belt 10 , so that a gap 23 is formed, which is therefore of equal thickness over the entire width of the web 11 . The gap 23 has the result that 16 welding errors occur in the area of the belt wall, namely penetration notches and top layer undulations, because the melted material of the belt 10 has to fill the gap 23 . The faulty welding is undesirable, so that the gap 23 must be measured by the detectors 1 , 2 . This is not difficult because spreading radiation to be detected is practically not hindered by the gap 23 . If the device wants to produce the weld by plasma welding, for example laser radiation can pass through the capillary and the gap to the detectors 1 , 2 , the signal of which reaches a very high level. The level of the signals generated by the detectors 1 , 2 can thus be used, by comparison with a predetermined limit level, to activate a signaling device which displays the error and, if necessary, takes automatic measures to correct the error.

Fig. 5 zeigt eine der Fig. 4 bezüglich der Grundanordnung des Gurts 10 und des Stegs 11 sowie der Detektoren 1, 2 ver gleichbare Darstellung, wobei der Steg 11 jedoch nicht flächig am Gurt 10 anliegt, weil er eine infolge fehlerhafter Stegvor bereitung abgeschrägte Stegkante 11′′′ hat. Es öffnet sich eine Kehle zur Seite 14 hin. Diese läßt detektierbare Strahlung zum Detektor 2 austreten, die im Vergleich zu den Detektionsver hältnissen der Stegseite 13 unbehindert ist und dementsprechend ein starkes Detektorsignal erzeugt. Dementsprechend wandert die Schweißnaht 12 aufgrund der in den Fig. 1a bis 1c erläuterten Regelprinzipien zur Stegseite 13 hin, so daß eine Verschweißung im Bereich der Berührungslinie 24 durchgeführt wird. Hier er folgt eine Umkehr der Ausgleichsbewegung des Strahlflecks 17 zur Stegseite 14 hin. Diese Ausgleichsbewegung dauert jedoch nicht lange, da der Detektor 2 aufgrund der offenen Kehle als bald ein vergleichsweise großes Signal liefert, welches eine Umkehr der Ausgleichsbewegung wiederum zur Stegseite 13 hin er zwingt. Die Periodenlänge 18, vgl. Fig. 2, ist infolgedessen sehr kurz, wobei die Stegkante 11′′ nicht erreicht wird. Aus der Kürze der ermittelten Periodenlänge 18 kann jedoch auf den in Fig. 5 dargestellten Fehler zuverlässig geschlossen werden, wenn diese Länge einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet. Es kann dann eine Meldeeinrichtung angesteuert werden, die in ähnlicher Weise zu einer Fehleranzeige bzw. zu weiteren Maßnah men zur Fehlerbehebung führt. Fig. 5 shows one of Fig. 4 with respect to the basic arrangement of the belt 10 and the web 11 and the detectors 1 , 2 ver comparable representation, but the web 11 is not flat against the belt 10 because it has a beveled web edge due to faulty web preparation 11 ′ ′ ′ has. A throat opens to page 14. This allows detectable radiation to escape to the detector 2 , which is unimpeded in comparison to the detection conditions of the web side 13 and accordingly generates a strong detector signal. Correspondingly, the weld seam 12 migrates to the web side 13 on the basis of the control principles explained in FIGS . 1a to 1c, so that welding is carried out in the region of the contact line 24 . Here he follows a reversal of the compensatory movement of the beam spot 17 to the web side 14 . This compensating movement does not last long, however, because the detector 2 soon delivers a comparatively large signal due to the open throat, which in turn forces the reversing of the compensating movement towards the web side 13 . The period length 18 , cf. Fig. 2, is very short as a result, the web edge 11 '' is not reached. From the shortness of the determined period length 18 , however, the error shown in FIG. 5 can be reliably concluded if this length falls below a predetermined limit value. A signaling device can then be activated, which in a similar way leads to an error display or to further measures for troubleshooting.

Fig. 6 zeigt eine Schräganordnung des Stegs 11 relativ zum Gurt 10. Auch in diesem Fall liegt die Kante 11′′′ schräg zum Gurt 10 und bildet eine diesmal zur Stegseite 13 hin offene Kehle. Regel- und Meldevorgang erfolgen daher prinzipiell, wie zu Fig. 5 beschrieben, jedoch mit Bewegung der Schweißnaht 12 zur Stegseite 14 hin. Fig. 6 shows an oblique arrangement of the web 11 relative to the belt 10.. In this case, too, the edge 11 '''lies obliquely to the belt 10 and forms a throat open this time towards the web side 13 . The control and signaling process therefore takes place in principle, as described for FIG. 5, but with movement of the weld seam 12 toward the web side 14 .

Das in Fig. 7 dargestellte Werkstück 21 hat eine im Quer schnitt geschlossene Struktur. Der Querschnitt ist also recht eck- oder quaderförmig. In die Mitte dieser Struktur soll ein Steg eingeschweißt werden, so daß sich ein der Fig. 3 ähnlicher Querschnitt ergibt, der dann allerdings rechts und links seit lich verschlossen ist, wodurch die Möglichkeit zur Anordnung von Detektoren 1, 2 gemäß Fig. 3 entfällt. Vielmehr müssen Detek toren 1 bis 4 gemäß Fig. 7 angeordnet werden. Die Detektoren 1, 3 sind an einander gegenüberliegenden Enden 19, 20 des Werkstücks 21 einander gegenüberliegend angeordnet und beobachten den Hohlraum unter der Gurtwand 16 links von der Schweißnaht 12, während die Detektoren 2, 4 den Hohlraum rechts von der Schweiß naht 12 beobachten. Die Schweißnaht 12 wird durch Doppelnaht führung gemäß Fig. 3 erzeugt, wobei der Strahlfleck 17 im Laufe des Verschweißens von dem Ende 19 zum Ende 20 des Werkstücks 21 geführt wird. Wird die Schweißnaht 12 bei fehlerfreien Werk stückteilen ordnungsgemäß angelegt, so fällt das Signal I1 des Detektors 1 im Verlauf des Verschweißens auf ein Minimum ab, während das Signal 13 des Detektors 3 auf ein Maximum ansteigt. Dementsprechend kann aus dem Verhältnis I1 zu I3 oder I2 zu I4 die Lage des Strahlflecks 17 zwischen den Enden 19, 20 des Werk stücks 21 im Sinne einer Ortsbestimmung ermittelt werden. Es ist auch möglich, mit den Detektoren 1 bis 4 einen Schweißfeh ler zu ermitteln, indem ein Detektorsignal mit einer Kenngröße multipliziert wird, die aus den Signalen I1 und I3 bzw. I2 und I4 gewonnen wird. Eine solche Kenngröße ist beispielsweise der Quotient von I1 und I3, durch den das Signal des Detektors 3 infolge der Annäherung der Strahlflecks bzw. der Schweißstelle relativiert wird.The workpiece 21 shown in Fig. 7 has a closed cross-sectional structure. The cross section is therefore quite angular or cuboid. In the middle of this structure, a web is to be welded in, so that a cross section similar to that of FIG. 3 results, which, however, is then closed on the right and left since Lich, thereby eliminating the possibility of arranging detectors 1 , 2 according to FIG. 3. Rather, detectors 1 to 4 must be arranged according to FIG. 7. The detectors 1 , 3 are arranged opposite one another at ends 19 , 20 of the workpiece 21 and observe the cavity under the belt wall 16 to the left of the weld seam 12 , while the detectors 2 , 4 observe the cavity to the right of the weld 12 . The weld seam 12 is double seam Fig. 3 guide in accordance generated, the beam spot 17 is out of the workpiece 21 during the welding of the end 19 to end 20. If the weld seam 12 is properly applied to flawless workpiece parts, the signal I1 of the detector 1 drops to a minimum in the course of the welding, while the signal 13 of the detector 3 rises to a maximum. Accordingly, the position of the beam spot 17 between the ends 19 , 20 of the workpiece 21 can be determined in the sense of a location from the ratio I1 to I3 or I2 to I4. It is also possible to determine a welding error with the detectors 1 to 4 by multiplying a detector signal by a parameter which is obtained from the signals I1 and I3 or I2 and I4. Such a parameter is, for example, the quotient of I1 and I3, by means of which the signal of the detector 3 is relativized due to the approach of the beam spot or the welding point.

Claims

1. Device for welding a belt ( 10 ) and a web ( 11 ), in particular to a T or I joint, with high-energy radiation ( 15 ), in particular with laser radiation, with a radiation from the respective area exposed to high-energy radiation the detector ( 1 , 2 ), characterized in that one and a second detector ( 1 , 2 ) are arranged on each side (13, 14) of the web ( 11 ), that the high-energy radiation ( 15 ) on the Web ( 11 ) opposite belt wall ( 16 ) strikes, and that a control device is available with which the beam spot ( 17 ) of the high-energy radiation ( 15 ) on the belt ( 10 ) transversely to the opposite web ( 11 ) depending on detector signals is adjustable bar .

2. Device according to claim 1, characterized in that for adjusting the beam spot ( 17 ) of the radiation ( 15 ) on the belt ( 10 ) there is a welding head with which the radiation ( 15 ) for the weaker detector signal ( 11 , 12 ) having web side ( 13 , 14 ) is adjustable.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the speed of the compensating movement of the beam spot ( 17 ) is adjustable to constant values.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that it has a signaling device which can be activated when the detectors ( 1 , 2 ) of both web sides ( 13 , 14 ) generate signals whose levels exceed a predetermined limit level .

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the control device is able to control a signaling device when the determined period length ( 18 ) of the transverse movement of the beam spot ( 17 ) falls below a predetermined limit.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the two detectors ( 1 , 2 ) in the longitudinal welding direction together with the welding head are movable.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that in addition to the first and second detectors ( 1 , 2 ) third and fourth detectors ( 3 , 4 ) are present that the first and third detectors ( 1 , 3 ) opposite each other on one side (13) of the web ( 11 ) and the second and fourth detector ( 2 , 4 ) opposite each other on the other side (14) of the web ( 11 ) each at one end ( 19 , 20th ) of the workpiece ( 21 ) are angeord net, and that the control device with signals ei nes detector (z. B. 1 ) each web side (z. B. 13) can be acted upon with a parameter from the signals (I1, I3; I2, I4) of both detectors (e.g. 1, 3 ) of the associated web side (e.g. 13) are multiplied.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that a detector ( 1 to 4 ) has an optics imaging the weld and / or an optical bandpass filter.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the straps (10, 10 ') of a square butt joint during welding to the web (11) simultaneously to the the web (11) opposite Gurtwänden (16, 16' ) be radiates, and that between the belts ( 10 , 10 ') on each web side ( 13 , 14 ) either two, each having a weld seam ( 12 ) monitoring detectors are present or a single detector ( 1 , 2 ) is present, the at the weld seams ( 12 , 12 '), taking into account the different characteristics of the radiation to be detected, taking turns.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized characterized in that the radiation to be detected can be modulated.

11. The device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the detectors ( 1 to 4 ) of the radiation composed of the temperature radiation, the plasma radiation and the laser radiation from the pressurized welding area at least detect the temperature radiation treatment area.

12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the control device is able to control a path control device of the welding head when the determined period length of the transverse movement of the beam spot ( 17 ) deviates from a predetermined value for the respective path point.