EP4366906A1 - Verfahren zur überwachung eines laserschweissprozesses, überwachungsvorrichtung und laserschweissvorrichtung - Google Patents

Verfahren zur überwachung eines laserschweissprozesses, überwachungsvorrichtung und laserschweissvorrichtung

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Publication number
EP4366906A1
EP4366906A1 EP22735850.4A EP22735850A EP4366906A1 EP 4366906 A1 EP4366906 A1 EP 4366906A1 EP 22735850 A EP22735850 A EP 22735850A EP 4366906 A1 EP4366906 A1 EP 4366906A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpieces
measured values
value range
measuring beam
measured value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22735850.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan-Patrick Hermani
Martin Stambke
Christoph Scharfenberg
Patrick Haug
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Laser Se
Original Assignee
Trumpf Laser GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Laser GmbH filed Critical Trumpf Laser GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B23K26/705—Beam measuring device
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    • B23K31/12—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to investigating the properties, e.g. the weldability, of materials
    • B23K31/125—Weld quality monitoring
    • G—PHYSICS
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • G01B11/22—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring depth
    • G—PHYSICS
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    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/0037—Measuring of dimensions of welds
    • G—PHYSICS
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    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/0209—Low-coherence interferometers
    • G01B9/02091—Tomographic interferometers, e.g. based on optical coherence

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring a laser welding process for welding two workpieces by means of a welding laser beam, which interacts with the workpieces in an interaction area to form a weld seam.
  • the invention further relates to a monitoring device for monitoring a laser welding process for welding two workpieces by means of a welding laser beam, which interacts with the workpieces in an interaction area to form a weld seam.
  • the invention further relates to a laser welding device for carrying out a laser welding process for welding two workpieces by means of a welding laser beam which interacts with the workpieces in an interaction area to form a weld seam.
  • DE 10 2019 006 282 A1 discloses a method for process evaluation during laser beam welding of an upper joining partner with at least one lower joining partner, wherein optical coherence tomography is used to evaluate height information in a keyhole formed by laser beam welding and/or in an area surrounding the keyhole and wherein Height information signals of the optical coherence tomography are evaluated, which are assigned to a top side of the at least one lower joining partner.
  • EP 0 573 474 B1 discloses a method for processing workpieces with laser radiation, in which the processing process, in particular the welding depth or the degree of penetration, is monitored by detecting optical and/or acoustic signals originating from a non-shielding, laser-induced plasma or vapor are subjected to a frequency analysis, the result of which is used to calculate a predetermined function Determination of an evaluation variable is applied. The mean amplitudes of two different frequency bands of the frequencies analyzed are used with the predetermined arithmetic function to determine the evaluation variable.
  • a processing method for a workpiece is known from US 2020/0198050 A1, wherein a process beam is directed onto the workpiece for material processing and the material processing is monitored by means of an imaging beam directed onto the workpiece.
  • the invention is based on the object of providing a method for monitoring a laser welding process, as mentioned at the outset, by means of which penetration welds can be detected with increased reliability.
  • this object is achieved according to the invention in that, in order to monitor the laser welding process during the laser welding process, a measuring beam from an optical coherence tomograph is directed onto the interaction area to record measured values, with the measuring beam covering the workpieces in the interaction area at least if the workpieces are welded through partially penetrates and the measuring beam penetrating the workpieces strikes a reference element at a distance from the workpieces, a first measured value range is defined, which is associated with a detection of a material of the workpieces by the measuring beam in the interaction area, a second measured value range is defined, which is associated with a detection of the reference element is assigned by the measuring beam, and measured values recorded during the laser welding process are evaluated, with a ratio of a number of values lying in the first measured value range measured values and measured values lying in the second measured value range is formed and/or wherein a respective variance of measured values lying in the first measured value range and measured values lying in the second measured value range is determined.
  • a vapor capillary is formed on the workpieces in the interaction area by means of the welding laser beam. From a technical point of view, the workpieces can be welded through both with the vapor capillary open and with it closed.
  • penetration welding is to be understood as meaning penetration welding of the workpieces with the steam capillary open.
  • this is to be understood as meaning a penetration weld which was formed or is being formed when the vapor capillary is open.
  • penetration welding of the workpieces can be detected when the steam capillary is open.
  • an opening state of the vapor capillary during the formation of the weld seam can be detected and/or evaluated.
  • An open vapor capillary means that the vapor capillary extends through the workpieces in such a way that the measuring beam can penetrate a combination of the workpieces to be welded, i.e. that it enters the vapor capillary in particular on a first side of the combination and on one to the first Side spaced second side of the combination of the vapor capillary at least partially emerges again.
  • the reference element is used to generate clearly assignable measured values when the weld seam is formed. Based on these measured values, it can therefore be reliably determined whether there are penetration welds at the weld seam.
  • a spatial density of penetration welds on the weld seam formed can also be reliably determined.
  • this density of penetration welds on the weld seam for example, its fluid tightness can be evaluated, with a higher number and/or higher density of penetration welds indicating greater fluid tightness.
  • the fluid-tightness of welded joints can be relevant, for example, in the manufacture of fuel cells.
  • the method according to the invention is suitable for detecting penetration welds in the laser welding process and in particular for determining a spatial number and/or density of penetration welds on a formed weld seam.
  • the reference element is in particular an element that is independent of the workpieces and in particular independent of an arrangement and/or design of the workpieces.
  • the reference element is not part of the workpiece and/or is not connected to the workpiece and/or is not arranged on the workpiece.
  • the reference element is preferably arranged and/or formed on a holding device on which the workpieces are arranged for carrying out the laser welding process.
  • the interaction area is an area in which the welding laser beam strikes a material of the workpieces when the laser welding process is carried out, and/or in which an interaction of the welding laser beam with a material of the workpieces takes place, with the material being heated in particular by the laser beam and /or is melted.
  • the workpieces consist of a material that is opaque and/or non-transparent for a wavelength of the welding laser beam.
  • the welding laser beam is absorbed by the workpieces in the interaction area.
  • At least partial penetration of the workpieces by the measuring beam is to be understood in particular as meaning that the measuring beam is at least partially transmitted through a combination of the workpieces to be welded.
  • the measured values recorded by means of the measuring beam are recorded and/or evaluated during the laser welding process.
  • the measured values recorded during the laser welding process can be evaluated at a later point in time, for example after the laser welding process has ended.
  • the weld seam can be monitored with a high spatial resolution and, in particular, can be monitored for penetration welds.
  • the measuring beam of the optical coherence tomograph is used to record measured values at a spatial distance of at most 10.0 ⁇ m, preferably at most 5.0 ⁇ m and particularly preferably at most 3.0 ⁇ m during the laser welding process.
  • the spatial distance is at least 1.0 pm.
  • a spatial density of penetration welds of the weld seam formed and/or a fluid tightness of the weld seam formed and/or an open state of a Laser welding process trained vapor capillary is rated or can be rated.
  • the spatial number and/or density of penetration welds can thus be assessed particularly reliably.
  • a fluid-tightness of the weld seam can be assessed on the basis of the number or density of penetration welds at the weld seam.
  • based on the ratio whether the vapor capillary is opened or not when the weld is formed, and more specifically, how often the vapor capillary is opened when the weld is formed, can be evaluated based on the ratio.
  • Sufficient fluid tightness can be provided, for example, when at least 10% and in particular at least 50% and in particular at least 90% of the recorded measured values are in the second measured value range.
  • a spatial density of penetration welds of the weld seam formed and/or a fluid-tightness of the weld seam formed and/or an open state a vapor capillary formed during the laser welding process is evaluated or can be evaluated.
  • the variance it is possible to evaluate whether or not the vapor capillary is open when the weld seam is formed and, in particular, how often the vapor capillary is open when the weld seam is formed.
  • a variance of the recorded measured values which is assigned to a detection of the reference element by the measuring beam, is greater than a variance of the recorded measured values, which is assigned to a detection of the material of the workpiece by the measuring beam in the interaction area.
  • Adequate fluid tightness can be provided, for example, when the variance of the measured values in the second measured value range is smaller than the variance of the measured values in the first measured value range.
  • the measured values used for the evaluation are recorded in a defined time interval, with the time interval being at least 1 ms and/or at most 50 ms. This results in the weld seam being monitored along a specific route.
  • the measuring beam is oriented parallel and/or coaxially to the welding laser beam.
  • the measuring beam can be directed onto the interaction area in a technically simple manner. one at that The measuring beam reflected by the reference element can thus be detected in a technically simple manner during the welding process.
  • the measuring beam and the welding laser beam are directed onto the workpieces from the same direction and/or impinge on the workpieces from the same direction.
  • the measuring beam and the welding laser beam impinge on a first side of a combination of the workpieces to be welded.
  • the measuring beam exits from a second side of the combination of workpieces to be welded if the workpieces are welded through, the second side being spaced apart from the first side in a beam propagation direction of the welding laser beam and/or the measuring beam .
  • the reference element is spaced apart from the workpieces in a beam propagation direction of the welding laser beam and/or the measuring beam and in particular is spaced apart from the second side of the combination of workpieces to be welded.
  • the measuring beam penetrating the workpieces in the case of penetration welding is reflected on the reference element and a measuring beam reflected on the reference element is detected by means of the optical coherence tomograph.
  • a measuring beam reflected at the reference element can thus be detected in a technically simple manner during the welding process.
  • the reflected measuring beam is directed in the opposite direction to the welding laser beam and/or if the reflected measuring beam penetrates the interaction area before it is detected by the optical coherence tomograph.
  • the measuring beam is reflected in the interaction area on a material of at least one of the workpieces and a measuring beam reflected on the material is detected by means of the optical coherence tomograph .
  • the measuring beam is not reflected at the reference element if there is no penetration welding.
  • measured values are then recorded in the first measured value range.
  • the laser welding process is a deep welding process and/or that a vapor capillary is formed on the workpieces in the interaction area during the laser welding process by means of the welding laser beam.
  • the workpieces are welded by means of the welding laser beam as an overlap joint and/or parallel joint.
  • the measuring beam penetrates the workpiece at least partially through the vapor capillary.
  • measured values are then detected in the second measured value range.
  • the measuring beam cannot penetrate the workpieces on the vapor capillary.
  • measured values are then detected in the first measured value range.
  • a feed rate between the welding laser beam and the workpieces is at least 0.5 m/s and/or at most 1.5 m/s.
  • a monitoring device comprising an optical coherence tomograph for providing a measuring beam for acquiring measured values during the laser welding process, the measuring beam being set up such that it is directed onto the interaction area during the laser welding process and if the workpieces are welded through, it at least partially penetrates the workpieces in the interaction area, a reference element which is at a distance from the workpieces and on which the measuring beam penetrating the workpieces strikes, and an evaluation device for evaluating measured values recorded during the laser welding process, with the evaluation device Ratio of a number of measured values in a first measured value range and measured values in a second measured value range is formed and/or a respective variance of measured values in a first measured value range and in a second measured value range is formed by means of the evaluation device, with the first measured value range is assigned to a detection of a material of the workpieces by the measuring beam in the interaction area and the second measured value area is assigned to a detection of the reference element by the measuring beam is arranged.
  • the monitoring device according to the invention has in particular one or more features and/or advantages of the method according to the invention.
  • the method according to the invention can be carried out using the device according to the invention.
  • the device according to the invention carries out the method according to the invention.
  • a laser welding device mentioned at the outset comprising a monitoring device according to the invention.
  • the laser welding device comprises a holding device on which the workpieces can be arranged or are arranged for carrying out the laser welding process, the reference element being arranged and/or formed on the holding device.
  • the reference element can thus be integrated into the laser welding device in a technically simple manner and can be arranged at a defined distance from the workpieces to be welded.
  • the holding device is or includes a clamping device on which the workpieces can be clamped and arranged.
  • the terms “at least approximately” or “approximately” generally mean a deviation of at most 10%. Unless otherwise stated, the terms “at least approximately” or “approximately” mean in particular that an actual value and/or distance and/or angle deviates by no more than 10% from an ideal value and/or distance and/or angle .
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of a
  • Laser welding device for carrying out a laser welding process, which has a monitoring device for monitoring the laser welding process;
  • FIG. 2 shows an example of measured values recorded by means of the monitoring device during a laser welding process.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of a laser welding device is shown schematically in FIG. 1 and is denoted by 100 there.
  • a laser welding process in particular a deep welding process, can be carried out using the laser welding device 100 to produce a welded connection between at least two workpieces.
  • a welded connection is produced between a first workpiece 102 and a second workpiece 104 by means of the laser welding device 100 .
  • the workpieces 102, 104 to be welded are in particular plate-shaped and/or panel-shaped.
  • the workpieces 102, 104 consist of a metallic material and/or are designed as sheet metal.
  • the workpieces 102, 104 to be welded preferably each have a thickness D of approximately 75 ⁇ m.
  • the laser welding device 100 includes a laser source 106, by means of which a welding laser beam 108 is provided to form the welded connection.
  • the welding laser beam 108 has a wavelength of at least 500 nm and/or at most 1100 nm, for example.
  • the welding laser beam preferably has a wavelength of at least 515 nm and/or at most 535 nm or at least 1030 nm and/or at most 1070 nm.
  • the workpieces 102, 104 consist of a material that is opaque and/or impermeable to the wavelength of the welding laser beam 108.
  • the welding laser beam 108 is directed onto the first workpiece 102 in the example shown and then moved at a feed rate relative to the first workpiece 102 and the second workpiece 104. As a result, a weld seam is formed between the first workpiece 102 and the second workpiece 104 along a trajectory of the welding laser beam 108 .
  • the feed rate is preferably approx. 1.0 m/s.
  • the second workpiece 104 is positioned behind the first workpiece 102 and/or below the first workpiece 102 with respect to a beam propagation direction 110 of the welding laser beam 108 .
  • the workpieces 102, 104 are welded by means of the welding laser beam 108 as an overlap joint and/or parallel joint.
  • the first workpiece 102 and the second workpiece 104 each have outer sides 112 which are perpendicular or approximately perpendicular to a Thickness direction of the respective thickness D of the first workpiece 102 and the second workpiece 104 are oriented.
  • first workpiece 102 and the second workpiece 104 are in particular flat against one another, with opposite and/or abutting outer sides 112 of the first workpiece 102 and the second workpiece 104 being oriented parallel or approximately parallel to one another.
  • the welding laser beam 108 is preferably oriented perpendicularly or approximately perpendicularly to an outer side 112a of the first workpiece 102, onto which the welding laser beam 108 is directed.
  • the welding laser beam 108 is oriented parallel or approximately parallel to the thickness direction of the first workpiece 102 and/or the second workpiece 104 .
  • the welding laser beam 108 interacts with the formation of the weld seam with the material of the first workpiece 102 and in particular also the second workpiece 104 in an interaction region 114.
  • the welding laser beam 108 penetrates the outside 112a of the first workpiece 102 in this interaction region 114 into the first Workpiece 102 and in particular also into the second workpiece 104 .
  • the welding laser beam 108 is absorbed in particular by the material of the first workpiece 102 or of the second workpiece 104 .
  • a penetration weld is formed in particular when the vapor capillary 116 formed during the laser welding process completely penetrates a combination 118 of the first workpiece 102 and second workpiece 104 to be welded. In this case, we are dealing with a penetration weld with an open vapor capillary 116.
  • weld penetration refers to a weld penetration that was formed or is being formed when the vapor capillary 116 is open.
  • the vapor capillary 116 extends in the case of a mentioned full penetration from a first side 120 of the combination 118 to be welded to a second side 122 of the combination 118, the second side 122 being spaced apart from the first side 120 in the beam propagation direction 110 of the welding laser beam 108.
  • the welding laser beam 108 is directed onto the first side 120 to form the welded joint, the welding laser beam 108 being coupled into the combination 118 in particular through this first side 120 .
  • the first side 120 with respect to the beam propagation direction 110 is an upper side of the combination 118 and the second side 122 is an underside of the combination 118.
  • Laser welding device 100 includes a monitoring device 124 for monitoring the laser welding process.
  • monitoring device 124 can be used to monitor the weld seam formed during the laser welding process for a sufficient number and/or density of penetration welds.
  • the number or the density of penetration welds on the weld seam formed can be used in particular as a criterion for evaluating a Fluid tightness of the weld serve.
  • the weld seam is monitored for the presence of penetration welds during or after its formation by means of the monitoring device 124 .
  • the monitoring device 124 includes an optical coherence tomograph 126, by means of which a measuring beam 128 is provided for recording measured values during the formation of the weld seam.
  • a wavelength of the measuring beam 128 is at least 800 nm and/or at most 1600 nm.
  • distance information of a distance A with respect to a zero point position 129 can be detected by means of the measuring beam 128, wherein this distance information can preferably be detected one-dimensionally and/or with respect to a spatial direction.
  • the distance information can be detected with regard to the beam propagation direction 110 and/or with regard to the thickness direction of the respective thickness D of the workpieces 102, 104.
  • the measuring beam 128 is directed onto an object and reflected on it.
  • the reflected measurement beam is then detected by a detector element 130 of the optical coherence tomograph 126 .
  • Monitoring device 124 includes, in particular, an evaluation device 132 for evaluating and/or temporarily storing measured values recorded by means of optical coherence tomograph 126.
  • the measuring beam 128 is directed onto the interaction region 114, with the measuring beam 128 preferably being oriented parallel and/or coaxially to the welding laser beam 108.
  • the measuring beam 128 is projected onto the first side 120 of the Combination 118 directed and/or coupled into combination 118 through first side 120 .
  • a beam propagation direction of measuring beam 128 corresponds at least approximately to beam propagation direction 110 of welding laser beam 108.
  • the vapor capillary 116 formed in the interaction region 114 during the laser welding process is open at least towards the first side 120 of the combination 118 so that the measuring beam 128 can penetrate into it.
  • the vapor capillary 116 is closed on the second side 122 .
  • the measuring beam 128 is consequently reflected in the interaction region 114 on a material of the first workpiece 102 and/or the second workpiece 104 which is arranged in particular on a boundary 131 of the vapor capillary 116 .
  • this material can be in a solid or liquid state.
  • measurement beam 128 is used to generate measured values, in particular, which can be assigned to a position of the material of workpieces 102 , 104 at boundary 131 of vapor capillary 116 in interaction region 114 .
  • the material on which the measurement beam 128 is reflected if no vapor capillary 116 is open is positioned in particular at a lowest point 133 (indicated in FIG. 1) of the vapor capillary 116 that is at a distance from the first side 120 in the beam propagation direction 110 .
  • the measured values recorded by means of the measuring beam 128 are then assigned, for example, to a welding depth of the laser welding process.
  • the vapor capillary 116 is open towards the second side 122 .
  • the vapor capillary 116 then extends in particular continuously between the first side 120 and the second side 122 of the combination 118 of workpieces 102, 104 to be welded.
  • measuring beam 128 is transmitted at least partially and/or at least in sections through combination 118 of workpieces 102, 104.
  • the measuring beam 128 penetrates, for example, the vapor capillary 116 and/or the workpieces 102, 104 in the interaction area 114, so that it exits at least partially on the second side 122.
  • the transmitted measuring beam 128 then strikes a reference element 134, which is assigned to the monitoring device 124 and/or is part of the monitoring device 124, and is reflected on it.
  • This reference element 134 is arranged at a reference position 136 and/or at a reference distance.
  • the reference position 136 is at a distance from the zero point position 129 by the reference distance.
  • a reflected measuring beam 135 is formed by reflection of the measuring beam 128 on the reference element 134 , which is preferably transmitted back through the vapor capillary 116 and is then detected by the detector element 130 .
  • measured values are consequently generated by means of the measuring beam 128 which are to be assigned to the reference position 136 .
  • the wavelength of the measuring beam 128 is selected in particular such that the measuring beam is transmitted through the vapor capillary 116 and is reflected by the material of the workpieces 102, 104, so that in particular measurement values are recorded in the case of penetration welding on the reference element and in the case of no penetration welding and/or there is no penetration welding with the vapor capillary 116 open on the material of the workpieces 102, 104.
  • the laser welding device 100 includes in particular a holding device 137 on which the first workpiece 102 and the second workpiece 104 are arranged for carrying out the laser welding process.
  • a holding device 137 comprises a clamping device for clamping the first workpiece 102 and the second workpiece 104.
  • the first workpiece 102 and the second workpiece 104 are arranged clamped by means of the clamping device and/or arranged clamped against one another.
  • the reference element 134 is in particular part of the laser welding device 100 and/or the monitoring device 124. In particular, the reference element 134 is arranged and/or formed on the holding device 137.
  • FIG. 2 An example of measured values recorded by means of the measuring beam 128 during the formation of the weld seam as a function of time is shown in FIG. 2 .
  • the measured values recorded during the implementation of the laser welding process are essentially (apart from outliers) in a first measured value range 138, which can be assigned to a detection of the material of the workpieces 102, 104 in the interaction area 114, and in a second measured value range 140, which can be assigned to a detection of the Reference element 134 is assigned.
  • the first measured value range 138 is defined in such a way that those measured values fall within it that are to be assigned to the detection of the material of the workpieces 102 , 104 in the interaction region 114 .
  • the first measured value range 138 includes those measured values which are to be assigned to a distance range 142 in which the workpieces 102, 104 extend from the zero point position 129 with respect to the beam propagation direction 110.
  • the second range of measured values 140 is defined in such a way that those measured values which are to be assigned to the detection of the reference element 134 fall within it.
  • the second range of measured values includes those measured values which are to be assigned to a distance between the reference position 136 and the zero point position 129 .
  • the laser welding device 100 with the monitoring device 124 works as follows:
  • the workpieces 102, 104 to be welded are arranged on the holding device 137.
  • the welding laser beam 108 generated by the laser source 106 is directed onto the first workpiece 102 and moved relative to it in order to produce a weld seam.
  • the welding laser beam 108 interacts with the material of the workpieces 102, 104 in the interaction area 114, with a vapor capillary 116 being formed.
  • the measuring beam 128 is directed onto the interaction area 114 while the weld seam is being produced.
  • the measuring beam 128 is reflected there on the material of the workpieces 102, 104, so that measured values are recorded which lie within the first measured value range 138. In particular, no measured values that are in the second measured value range 140 are then recorded.
  • measuring beam 128 is at least partially transmitted through the material of workpieces 102, 104 at least at this point, so that measured values that lie within second measured value range 140 are recorded. In the event of partial transmission of measuring beam 128, it may happen that two measured values are generated at this point, with one being assigned to first measured value range 138 and one to second measured value range 140.
  • the measured values recorded during the formation of the weld seam are temporarily stored and/or evaluated by means of evaluation device 132, for example.
  • evaluation device 132 In order to evaluate the weld seam with regard to a spatial density of penetration welds, in particular measured values are considered which were recorded within a specific time interval and/or which are assigned to a specific spatial section of the weld seam formed.
  • a ratio of a respective number of measured values that lie in the first measured value range 138 and in the second measured value range 140 with respect to a specific time interval and/or spatial section is determined.
  • a weld seam with sufficient tightness and/or with a sufficient density of penetration welds is present in particular when at least one defined proportion, for example a proportion of at least 50%, of the measured values under consideration are in the second measured value range 140.
  • those measured values which can be assigned to a reflection of the measuring beam 128 on the material of the first workpiece 102 and/or the second workpiece 104 in the interaction region 114 typically have a greater variance and/or scatter than those measured values which are to be assigned to a reflection of the measuring beam 128 at the reference element 134 .
  • a spatial position of the boundary 131 of the vapor capillary 116, at which solid and/or liquid material of the workpieces 102, 104 is detected by means of the measuring beam 128, varies in particular.
  • measurement beam 128 is always reflected at reference element 134 at reference position 136 of reference element 134.
  • a weld seam with sufficient tightness and/or with a sufficient density of penetration welds is present in particular when the variance of the measured values under consideration in the first measured value range 140 is greater than the variance of the measured values in the second measured value range 142.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Laserschweißprozesses zum Verschweißen zweier Werkstücke (102, 104) mittels eines Schweißlaserstrahls (108), welcher zur Ausbildung einer Schweißnaht mit den Werkstücken (102, 104) in einem Wechselwirkungsbereich (114) wechselwirkt, wobei zur Überwachung des Laserschweißprozesses - während des Laserschweißprozesses ein Messstrahl (128) eines optischen Kohärenztomographen (126) zur Erfassung von Messwerten auf den Wechselwirkungsbereich (114) gerichtet wird, wobei der Messstrahl (128) im Fall einer Durchschweißung der Werkstücke (102, 104) die Werkstücke (102, 104) in dem Wechselwirkungsbereich (114) zumindest teilweise durchdringt und der die Werkstücke (102, 104) durchdringende Messstrahl (128) auf ein zu den Werkstücken (102, 104) beabstandetes Referenzelement (134) trifft, - ein erster Messwertebereich (138) definiert wird, welcher einer Detektion eines Materials der Werkstücke (102, 104) durch den Messstrahl (128) in dem Wechselwirkungsbereich (114) zugeordnet ist, - ein zweiter Messwertebereich (140) definiert wird, welcher einer Detektion des Referenzelements (134) durch den Messstrahl (128) zugeordnet ist, und - während dem Laserschweißprozess erfasste Messwerte ausgewertet werden, wobei ein Verhältnis einer Anzahl von in dem ersten Messwertebereich (138) liegenden Messwerten und in dem zweiten Messwertebereich (140) liegenden Messwerten gebildet wird und/oder wobei eine jeweilige Varianz von in dem ersten Messwertebereich (138) liegenden Messwerten und in dem zweiten Messwertebereich (140) liegenden Messwerten ermittelt wird.

Description

Verfahren zur Überwachung eines Laserschweißprozesses, Überwachungsvorrichtung und Laserschweißvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Laserschweißprozesses zum Verschweißen zweier Werkstücke mittels eines Schweißlaserstrahls, welcher zur Ausbildung einer Schweißnaht mit den Werkstücken in einem Wechselwirkungsbereich wechselwirkt.
Weiter betrifft die Erfindung eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung eines Laserschweißprozesses zum Verschweißen zweier Werkstücke mittels eines Schweißlaserstrahls, welcher zur Ausbildung einer Schweißnaht mit den Werkstücken in einem Wechselwirkungsbereich wechselwirkt.
Weiter betrifft die Erfindung eine Laserschweißvorrichtung zur Durchführung eines Laserschweißprozesses zum Verschweißen zweier Werkstücke mittels eines Schweißlaserstrahls, welcher zur Ausbildung einer Schweißnaht mit den Werkstücken in einem Wechselwirkungsbereich wechselwirkt.
Aus der DE 10 2019 006 282 Al ist ein Verfahren zur Prozessbewertung beim Laserstrahlschweißen eines oberen Fügepartners mit mindestens einem unteren Fügepartner bekannt, wobei mittels optischer Kohärenztomografie Höheninformationen in einem sich durch das Laserstrahlschweißen bildenden Keyhole und/oder in einem Umgebungsbereich des Keyholes ausgewertet werden und wobei Höheninformationssignale der optischen Kohärenztomografie ausgewertet werden, die einer Oberseite des mindestens einen unteren Fügepartners zuzuordnen sind.
Aus der EP 0 573 474 Bl ist ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mit Laserstrahlung bekannt, bei dem der Bearbeitungsprozess, insbesondere die Einschweißtiefe oder der Durchschweißgrad überwacht wird, indem aus einem nicht abschirmenden, laserinduzierten Plasma oder Dampf herrührende optische und/oder akustische Signale detektiert werden, die einer Frequenzanalyse unterworfen werden, auf deren Ergebnis eine vorbestimmte Rechenfunktion zur Ermittlung einer Bewertungsgröße angewendet wird. Die mittleren Amplituden zweier unterschiedlicher Frequenzbänder der analysierten Frequenzen werden mit der vorbestimmten Rechenfunktion zur Ermittlung der Bewertungsgröße verwendet.
Aus der US 2020/0198050 Al ist ein Bearbeitungsverfahren für ein Werkstück bekannt, wobei zur Materialbearbeitung ein Prozessstrahl auf das Werkstück gerichtet wird und wobei eine Überwachung der Materialbearbeitung mittels eines auf das Werkstück gerichteten Bildgebungsstrahls erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zur Überwachung eines Laserschweißprozesses bereitzustellen, mittels welchem Durchschweißungen mit erhöhter Zuverlässigkeit detektierbar sind.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Überwachung des Laserschweißprozesses während des Laserschweißprozesses ein Messstrahl eines optischen Kohärenztomographen zur Erfassung von Messwerten auf den Wechselwirkungsbereich gerichtet wird, wobei der Messstrahl im Fall einer Durchschweißung der Werkstücke die Werkstücke in dem Wechselwirkungsbereich zumindest teilweise durchdringt und der die Werkstücke durchdringende Messstrahl auf ein zu den Werkstücken beabstandetes Referenzelement trifft, ein erster Messwertebereich definiert wird, welcher einer Detektion eines Materials der Werkstücke durch den Messstrahl in dem Wechselwirkungsbereich zugeordnet ist, ein zweiter Messwertebereich definiert wird, welcher einer Detektion des Referenzelements durch den Messstrahl zugeordnet ist, und während dem Laserschweißprozess erfasste Messwerte ausgewertet werden, wobei ein Verhältnis einer Anzahl von in dem ersten Messwertebereich liegenden Messwerten und in dem zweiten Messwertebereich liegenden Messwerten gebildet wird und/oder wobei eine jeweilige Varianz von in dem ersten Messwertebereich liegenden Messwerten und in dem zweiten Messwertebereich liegenden Messwerten ermittelt wird.
Während des Laserschweißprozesses wird mittels dem Schweißlaserstrahl an den Werkstücken in dem Wechselwirkungsbereich eine Dampfkapillare ausgebildet. Eine Durchschweißung der Werkstücke kann aus technischer Sicht sowohl bei geöffneter als auch bei geschlossener Dampfkapillare erfolgen.
Vorliegend ist, falls nicht anders angegeben, unter einer Durchschweißung grundsätzlich eine Durchschweißung der Werkstücke bei geöffneter Dampfkapillare zu verstehen. Insbesondere ist hierunter eine Durchschweißung zu verstehen, welche bei geöffneter Dampfkapillare ausgebildet wurde oder ausgebildet wird.
Mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder den erfindungsgemäßen Vorrichtungen lassen sich insbesondere Durchschweißungen der Werkstücke bei geöffneter Dampfkapillare detektieren. Insbesondere lässt sich ein Öffnungszustand der Dampfkapillare bei der Ausbildung der Schweißnaht detektieren und/oder bewerten.
Unter einer geöffneten Dampfkapillare ist zu verstehen, dass sich die Dampfkapillare derart durch die Werkstücke erstreckt, dass der Messstrahl eine Kombination der zu verschweißenden Werkstücke durchdringen kann, d.h. dass er insbesondere an einer ersten Seite der Kombination in die Dampfkapillare eintritt und an einer zu der ersten Seite beabstandeten zweiten Seite der Kombination aus der Dampfkapillare zumindest teilweise wieder austritt.
Mittels dem Referenzelement werden im Fall von Durchschweißungen mit geöffneter Dampfkapillare bei Ausbildung der Schweißnaht eindeutig zuordenbare Messwerte generiert. Auf Grundlage dieser Messwerte kann daher zuverlässig ermittelt werden, ob Durchschweißungen an der Schweißnaht vorliegen. Insbesondere kann auf Grundlage dieser Messwerte auch eine räumliche Dichte von Durchschweißungen an der ausgebildeten Schweißnaht zuverlässig ermittelt werden. Auf Basis dieser Dichte von Durchschweißungen an der Schweißnaht lässt sich beispielsweise deren Fluiddichtigkeit bewerten, wobei eine höhere Anzahl und/oder höhere Dichte von Durchschweißungen auf eine höhere Fluiddichtigkeit schließen lässt. Die Fluiddichtigkeit von Schweißverbindungen kann beispielsweise bei der Herstellung von Brennstoffzellen relevant sein. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion von Durchschweißungen bei dem Laserschweißprozess geeignet und insbesondere zur Ermittlung einer räumlichen Anzahl und/oder Dichte von Durchschweißungen an einer ausgebildeten Schweißnaht.
Das Referenzelement ist insbesondere ein von den Werkstücken unabhängiges Element und insbesondere unabhängig von einer Anordnung und/oder Ausgestaltung der Werkstücke. Insbesondere ist das Referenzelement nicht Teil des Werkstücks und/oder nicht mit dem Werkstück verbunden und/oder nicht an dem Werkstück angeordnet.
Vorzugsweise ist das Referenzelement an einer Halteeinrichtung, an welcher die Werkstücke zur Durchführung des Laserschweißprozesses angeordnet sind, angeordnet und/oder ausgebildet.
Insbesondere ist unter dem Wechselwirkungsbereich ein Bereich zu verstehen, in welchem der Schweißlaserstrahl bei Durchführung des Laserschweißprozesses auf ein Material der Werkstücke trifft, und/oder in welchem eine Wechselwirkung des Schweißlaserstrahls mit einem Material der Werkstücke stattfindet, wobei das Material mittels dem Laserstrahl insbesondere erwärmt und/oder aufgeschmolzen wird.
Insbesondere bestehen die Werkstücke aus einem für eine Wellenlänge des Schweißlaserstrahls opaken und/oder intransparenten Material. Insbesondere wird der Schweißlaserstrahl von den Werkstücken in dem Wechselwirkungsbereich absorbiert.
Unter einem zumindest teilweisen Durchdringen der Werkstücke durch den Messstrahl ist insbesondere zu verstehen, dass der Messstrahl zumindest teilweise durch eine Kombination der zu verschweißenden Werkstücke transmittiert wird.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die mittels dem Messstrahl erfassten Messwerte während dem Laserschweißprozess erfasst und/oder ausgewertet werden. Es ist grundsätzlich auch möglich, dass die Auswertung von während dem Laserschweißprozess erfassten Messwerten zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise nach Abschluss des Laserschweißprozesses, erfolgt.
Günstig kann es sein, wenn mittels dem Messstrahl des optischen Kohärenztomographen während dem Laserschweißprozess Messwerte mit einer Frequenz von mindestens 200 kHz und/oder höchstens 300 kHz erfasst werden. Es lässt sich dadurch Schweißnaht mit einer hohen räumlichen Auflösung überwachen und insbesondere auf Durchschweißungen überwachen.
Aus dem gleichen Grund kann es vorteilhaft sein, wenn mittels dem Messstrahl des optischen Kohärenztomographen während dem Laserschweißprozess Messwerte in einem räumlichen Abstand von höchstens 10,0 pm, bevorzugt von höchstens 5,0 pm und besonders bevorzugt von höchstens 3,0 pm erfasst werden.
Beispielsweise beträgt der räumliche Abstand mindestens 1,0 pm.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass basierend auf dem Verhältnis der Anzahl von in dem ersten Messwertebereich liegenden Messwerten und in dem zweiten Messwertebereich liegenden Messwerten eine räumliche Dichte von Durchschweißungen der ausgebildeten Schweißnaht und/oder eine Fluiddichtigkeit der ausgebildeten Schweißnaht und/oder ein Öffnungszustand einer beim Laserschweißprozess ausgebildeten Dampfkapillare bewertet wird oder bewertbar ist. Die räumliche Anzahl und/oder Dichte von Durchschweißungen lässt sich dadurch besonders zuverlässig beurteilen. Insbesondere lässt sich auf Grundlage der Anzahl bzw. Dichte der Durchschweißungen an der Schweißnaht eine Fluiddichtigkeit der Schweißnaht beurteilen. Insbesondere lässt sich basierend auf dem Verhältnis bewerten, ob bei Ausbildung der Schweißnaht die Dampfkapillare geöffnet ist oder nicht und insbesondere wie häufig die Dampfkapillare bei Ausbildung der Schweißnaht geöffnet ist. Eine ausreichende Fluiddichtigkeit kann beispielsweise dann gegeben sein, wenn mindestens 10% und insbesondere mindestens 50% und insbesondere mindestens 90% der erfassten Messwerte in dem zweiten Messwertebereich liegen.
Aus dem gleichen Grund kann es günstig sein, wenn basierend auf der jeweiligen Varianz der in dem ersten Messwertebereich liegenden Messwerten und in dem zweiten Messwertebereich liegenden Messwerten eine räumliche Dichte von Durchschweißungen der ausgebildeten Schweißnaht und/oder eine Fluiddichtigkeit der ausgebildeten Schweißnaht und/oder ein Öffnungszustand einer beim Laserschweißprozess ausgebildeten Dampfkapillare bewertet wird oder bewertbar ist. Insbesondere lässt sich basierend auf der Varianz bewerten, ob bei Ausbildung der Schweißnaht die Dampfkapillare geöffnet ist oder nicht und insbesondere wie häufig die Dampfkapillare bei Ausbildung der Schweißnaht geöffnet ist.
Insbesondere ist eine Varianz der erfassten Messwerte, welche einer Detektion des Referenzelements durch den Messstrahl zugeordnet ist, größer als eine Varianz der erfassten Messwerte, welche einer Detektion des Materials des Werkstücks durch den Messstrahl in dem Wechselwirkungsbereich zugeordnet ist.
Eine ausreichende Fluiddichtigkeit kann beispielsweise dann gegeben sein, wenn die Varianz der in dem zweiten Messwertebereich liegenden Messwerte kleiner ist als die Varianz der in dem ersten Messwertebereich liegenden Messwerte.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die zur Auswertung herangezogenen Messwerte in einem definierten zeitlichen Intervall erfasst werden, wobei insbesondere das zeitliche Intervall mindestens 1 ms und/oder höchstens 50 ms beträgt. Es ergibt sich dadurch eine Überwachung der Schweißnaht entlang einer bestimmten Strecke.
Vorteilhaft kann es sein, wenn der Messstrahl parallel und/oder koaxial zu dem Schweißlaserstrahl orientiert ist. Es lässt sich dadurch der Messstrahl auf technisch einfache Weise auf den Wechselwirkungsbereich richten. Ein an dem Referenzelement reflektierter Messstrahl kann dadurch während dem Schweißprozess auf technisch einfache Weise detektiert werden.
Aus dem gleichen Grund kann es vorteilhaft sein, wenn der Messstrahl und der Schweißlaserstrahl aus einer gleichen Richtung auf die Werkstücke gerichtet werden und/oder aus einer gleichen Richtung auf die Werkstücke treffen.
Aus dem genannten Grund kann es vorteilhaft sein, wenn der Messstrahl und der Schweißlaserstrahl auf eine erste Seite einer Kombination der zu verschweißenden Werkstücke treffen.
Aus dem gleichen Grund kann es vorteilhaft sein, wenn der Messstrahl im Fall einer Durchschweißung der Werkstücke aus einer zweiten Seite der Kombination der zu verschweißenden Werkstücke austritt, wobei die zweite Seite zu der ersten Seite in einer Strahlausbreitungsrichtung des Schweißlaserstrahls und/oder des Messstrahls beabstandet ist.
Insbesondere ist das Referenzelement in einer Strahlausbreitungsrichtung des Schweißlaserstrahls und/oder des Messstrahls zu den Werkstücken beabstandet und insbesondere zur zweiten Seite der Kombination der zu verschweißenden Werkstücke beabstandet.
Vorteilhaft kann es sein, wenn der im Fall einer Durchschweißung die Werkstücke durchdringende Messstrahl an dem Referenzelement reflektiert wird und ein an dem Referenzelement reflektierter Messstrahl mittels dem optischen Kohärenztomographen detektiert wird. Ein an dem Referenzelement reflektierter Messstrahl kann dadurch während dem Schweißprozess auf technisch einfache Weise detektiert werden.
Aus dem gleichen Grund kann es vorteilhaft sein, wenn der reflektierte Messstrahl dem Schweißlaserstrahl entgegengerichtet ist, und/oder wenn der reflektierte Messstrahl vor dessen Detektion durch den optischen Kohärenztomographen den Wechselwirkungsbereich durchdringt. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass, falls keine Durchschweißung und/oder keine Durchschweißung mit geöffneter Dampfkapillare vorliegt vorliegt, der Messstrahl in dem Wechselwirkungsbereich an einem Material von zumindest einem der Werkstücke reflektiert wird und ein an dem Material reflektierter Messstrahl mittels dem optischen Kohärenztomographen detektiert wird. Insbesondere wird der Messstrahl nicht am Referenzelement reflektiert, wenn keine Durchschweißung vorliegt. Es erfolgt dann insbesondere eine Erfassung von Messwerten in dem ersten Messwertebereich.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass der Laserschweißprozess ein Tiefenschweißprozess ist, und/oder dass bei dem Laserschweißprozess mittels dem Schweißlaserstrahl an den Werkstücken in dem Wechselwirkungsbereich eine Dampfkapillare ausgebildet wird.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass eine Verschweißung der Werkstücke mittels dem Schweißlaserstrahl als Überlappungsstoß und/oder Parallelstoß erfolgt.
Im Fall einer Durchschweißung durchdringt der Messstrahl die Werkstücke zumindest teilweise durch die Dampfkapillare. Insbesondere werden dann Messwerte in dem zweiten Messwertebereich detektiert.
Falls keine Durchschweißung vorliegt, kann der Messstrahl die Werkstücke an der Dampfkapillare nicht durchdringen. Insbesondere werden dann Messwerte in dem ersten Messwertebereich detektiert.
Beispielsweise beträgt eine Vorschubgeschwindigkeit zwischen dem Schweißlaserstrahl und den Werkstücken mindestens 0,5 m/s und/oder höchstens 1,5 m/s beträgt.
Erfindungsgemäß wird eine eingangs genannte Überwachungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend einen optischen Kohärenztomographen zur Bereitstellung eines Messstrahls zur Erfassung von Messwerten während des Laserschweißprozesses, wobei der Messstrahl so eingerichtet ist, dass dieser während des Laserschweißprozesses auf den Wechselwirkungsbereich gerichtet wird und im Fall einer Durchschweißung der Werkstücke die Werkstücke in dem Wechselwirkungsbereich zumindest teilweise durchdringt, ein zu den Werkstücken beabstandetes Referenzelement, auf welches der die Werkstücke durchdringende Messstrahl trifft, und eine Auswertungseinrichtung zur Auswertung von während dem Laserschweißprozess erfassten Messwerten, wobei mittels der Auswertungseinrichtung ein Verhältnis einer Anzahl von in einem ersten Messwertebereich liegenden Messwerten und in einem zweiten Messwertebereich liegenden Messwerten gebildet wird und/oder wobei mittels der Auswertungseinrichtung eine jeweilige Varianz von in einem ersten Messwertebereich liegenden Messwerten und in einem zweiten Messwertebereich liegenden Messwerten gebildet wird, wobei der erste Messwertebereich einer Detektion eines Materials der Werkstücke durch den Messstrahl in dem Wechselwirkungsbereich zugeordnet ist und der zweite Messwertebereich einer Detektion des Referenzelements durch den Messstrahl zugeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung weist insbesondere ein oder mehrere Merkmale und/oder Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auf.
Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführbar. Insbesondere führt die erfindungsgemäße Vorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren durch.
Erfindungsgemäß wird eine eingangs genannte Laserschweißvorrichtung bereitgestellt, umfassend eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Laserschweißvorrichtung eine Halteeinrichtung umfasst, an welcher die Werkstücke zur Durchführung des Laserschweißprozesses anordenbar sind oder angeordnet sind, wobei das Referenzelement an der Halteeinrichtung angeordnet und/oder ausgebildet ist. Das Referenzelement lässt sich dadurch auf technisch einfache Weise in die Laserschweißvorrichtung integrieren und in definiertem Abstand zu den zu verschweißenden Werkstücken anordnen.
Beispielsweise ist oder umfasst die Halteeinrichtung eine Spanneinrichtung, an welcher die Werkstücke eingespannt anordenbar sind. Insbesondere ist unter den Angaben "zumindest näherungsweise" oder "näherungsweise" im Allgemeinen eine Abweichung von höchstens 10 % zu verstehen. Falls nicht anders angegeben, ist unter den Angaben "zumindest näherungsweise" oder "näherungsweise" insbesondere zu verstehen, dass ein tatsächlicher Wert und/oder Abstand und/oder Winkel um höchstens 10 % von einem idealen Wert und/oder Abstand und/oder Winkel abweicht.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer
Laserschweißvorrichtung zur Durchführung eines Laserschweißprozesses, welche eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung des Laserschweißprozesses aufweist; und
Fig. 2 ein Beispiel von mittels der Überwachungsvorrichtung während eines Laserschweißprozesses erfassten Messwerten.
Ein Ausführungsbeispiel einer Laserschweißvorrichtung ist in Fig. 1 schematisch gezeigt und dort mit 100 bezeichnet. Mittels der Laserschweißvorrichtung 100 lässt sich ein Laserschweißprozess, insbesondere ein Tiefenschweißprozess, zur Herstellung einer Schweißverbindung zwischen mindestens zwei Werkstücken durchführen.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass mittels der Laserschweißvorrichtung 100 eine Schweißverbindung zwischen einem ersten Werkstück 102 und einem zweiten Werkstück 104 hergestellt wird.
Die zu verschweißenden Werkstücke 102, 104 sind insbesondere plattenförmig und/oder tafelförmig ausgebildet. Beispielsweise bestehen die Werkstücke 102, 104 aus einem metallischen Material und/oder sind als Metallblech ausgebildet. Vorzugsweise weisen die zu verschweißenden Werkstücke 102, 104 jeweils eine Dicke D von ca. 75 pm auf.
Die Laserschweißvorrichtung 100 umfasst eine Laserquelle 106, mittels welcher ein Schweißlaserstrahl 108 zur Ausbildung der Schweißverbindung bereitgestellt wird.
Der Schweißlaserstrahl 108 weist beispielsweise eine Wellenlänge von mindestens 500 nm und/oder höchstens 1100 nm auf. Bevorzugt weist der Schweißlaserstrahl eine Wellenlänge von mindestens 515 nm und/oder höchstens 535 nm oder von mindestens 1030 nm und/oder höchstens 1070 nm auf.
Insbesondere bestehen die Werkstücke 102, 104 aus einem für die Wellenlänge des Schweißlaserstrahls 108 opaken und/oder undurchlässigen Material.
Zur Ausbildung der Schweißverbindung zwischen dem ersten Werkstück 102 und dem zweiten Werkstück 104 wird der Schweißlaserstrahl 108 bei dem gezeigten Beispiel auf das erste Werkstück 102 gerichtet und anschließend mit einer Vorschubgeschwindigkeit relativ zu dem ersten Werkstück 102 und dem zweiten Werkstück 104 bewegt. Es wird dadurch entlang einer Trajektorie des Schweißlaserstrahls 108 eine Schweißnaht zwischen dem ersten Werkstück 102 und dem zweiten Werkstück 104 ausgebildet.
Vorzugsweise beträgt die Vorschubgeschwindigkeit ca. 1,0 m/s.
Bezüglich einer Strahlausbreitungsrichtung 110 des Schweißlaserstrahls 108 ist das zweite Werkstück 104 hinter dem ersten Werkstück 102 und/oder unterhalb dem ersten Werkstück 102 positioniert. Eine Verschweißung der Werkstücke 102, 104 mittels dem Schweißlaserstrahl 108 erfolgt dadurch als Überlappungsstoß und/oder Parallelstoß.
Das erste Werkstück 102 und das zweite Werkstück 104 weisen jeweils Außenseiten 112 auf, welche senkrecht oder näherungsweise senkrecht zu einer Dickenrichtung der jeweiligen Dicke D des ersten Werkstücks 102 bzw. des zweiten Werkstücks 104 orientiert sind.
Das erste Werkstück 102 und das zweite Werkstück 104 sind bei Ausbildung der Schweißverbindung insbesondere flächig aneinander angelegt, wobei einander gegenüberliegende und/oder aneinander anliegende Außenseiten 112 des ersten Werkstücks 102 und des zweiten Werkstücks 104 parallel oder näherungsweise parallel zueinander orientiert sind.
Vorzugsweise ist der Schweißlaserstrahl 108 senkrecht oder näherungsweise senkrecht zu einer Außenseite 112a des ersten Werkstücks 102 orientiert, auf welche der Schweißlaserstrahl 108 gerichtet wird. Insbesondere ist der Schweißlaserstrahls 108 parallel oder näherungsweise parallel zur Dickenrichtung des ersten Werkstücks 102 und/oder des zweiten Werkstücks 104 orientiert.
Der Schweißlaserstrahl 108 wechselwirkt bei Ausbildung der Schweißnaht mit dem Material des ersten Werkstück 102 und insbesondere auch des zweiten Werkstücks 104 in einem Wechselwirkungsbereich 114. Bei dem gezeigten Beispiel dringt der Schweißlaserstrahl 108 in diesem Wechselwirkungsbereich 114 die Außenseite 112a des ersten Werkstücks 102 hindurch in das erste Werkstück 102 und insbesondere auch in das zweite Werkstück 104 ein.
In dem Wechselwirkungsbereich 114 wird der Schweißlaserstrahl 108 insbesondere von dem Material des ersten Werkstücks 102 bzw. des zweiten Werkstücks 104 absorbiert.
Aufgrund der Wechselwirkung des Schweißlaserstrahls 108 mit dem Material der Werkstücke 102, 104 wird in dem Wechselwirkungsbereich 114 nicht nur das Material der Werkstücke 102, 104 aufgeschmolzen, sondern es wird auch Dampf erzeugt. Dadurch wird in dem Wechselwirkungsbereich eine von geschmolzenem Material umgebene Dampfkapillare 116 ausgebildet, welche auch als Keyhole bezeichnet wird. Diese Dampfkapillare 116 bewegt sich insbesondere mit dem Schweißlaserstrahl 108 durch die Werkstücke 102, 104. Zur Ausbildung einer Schweißverbindung zwischen dem ersten Werkstück 102 und dem zweiten Werkstück 104 mit einer hinreichenden Fluiddichtigkeit kann es erwünscht sein, dass bei Durchführung des Laserschweißprozesses eine Durchschweißung des ersten Werkstücks 102 und des zweiten Werkstücks 104 erfolgt. Eine Durchschweißung wird insbesondere dann ausgebildet, wenn die während des Laserschweißprozesses ausgebildete Dampfkapillare 116 eine Kombination 118 des zu verschweißenden ersten Werkstücks 102 und zweiten Werkstücks 104 vollständig durchdringt. In diesem Fall handelt es sich um eine Durchschweißung mit geöffneter Dampfkapillare 116.
Falls nicht anders angegeben bezieht sich der Begriff Durchschweißung nachfolgend auf eine Durchschweißung, welche bei geöffneter Dampfkapillare 116 ausgebildet wurde oder ausgebildet wird.
Insbesondere erstreckt sich die Dampfkapillare 116 im Fall einer genannten Durchschweißung von einer ersten Seite 120 der zu verschweißenden Kombination 118 zu einer zweiten Seite 122 der Kombination 118, wobei die zweite Seite 122 zu der ersten Seite 120 in Strahlausbreitungsrichtung 110 des Schweißlaserstrahls 108 beabstandet ist.
Bei dem gezeigten Beispiel wird der Schweißlaserstrahl 108 zur Ausbildung der Schweißverbindung auf die erste Seite 120 gerichtet, wobei der Schweißlaserstrahl 108 insbesondere durch diese erste Seite 120 in die Kombination 118 eingekoppelt wird. Beispielsweise ist die erste Seite 120 bezüglich der Strahlausbreitungsrichtung 110 eine Oberseite der Kombination 118 und die zweite Seite 122 eine Unterseite der Kombination 118.
Zur Überwachung des Laserschweißprozesses umfasst die Laserschweißvorrichtung 100 eine Überwachungsvorrichtung 124. Insbesondere lässt sich mittels der Überwachungsvorrichtung 124 die beim Laserschweißprozess ausgebildete Schweißnaht auf eine hinreichende Anzahl und/oder Dichte an Durchschweißungen überwachen.
Die Anzahl bzw. die Dichte von Durchschweißungen an der gebildeten Schweißnaht kann insbesondere als Kriterium zur Bewertung einer Fluiddichtigkeit der Schweißnaht dienen. Je höher die Anzahl bzw. die Dichte von Durchschweißungen an der gebildeten Schweißnaht ist, desto höher ist üblicherweise auch deren Fluiddichtigkeit.
Insbesondere wird mittels der Überwachungsvorrichtung 124 die Schweißnaht während oder nach deren Ausbildung auf ein Vorhandensein von Durchschweißungen überwacht.
Die Überwachungsvorrichtung 124 umfasst einen optischen Kohärenztomographen 126, mittels welchem ein Messstrahl 128 zur Erfassung von Messwerten während der Ausbildung der Schweißnaht bereitgestellt wird.
Beispielsweise beträgt eine Wellenlänge des Messstrahls 128 mindestens 800 nm und/oder höchstens 1600 nm.
Insbesondere sind mittels dem Messstrahl 128 Abstandsinformationen eines Abstands A bezüglich einer Nullpunktsposition 129 erfassbar, wobei diese Abstandsinformationen vorzugsweise eindimensional und/oder bezüglich einer Raumrichtung erfassbar sind. Beispielsweise sind die Abstandsinformationen bezüglich der Strahlausbreitungsrichtung 110 und/oder bezüglich der Dickenrichtung der jeweiligen Dicke D der Werkstücke 102, 104 erfassbar.
Zur Erfassung von Messwerten und/oder Abstandsinformationen wird der Messstrahl 128 auf ein Objekt gerichtet und an diesem reflektiert. Der reflektierte Messstrahl wird anschließend von einem Detektorelement 130 des optischen Kohärenztomographen 126 detektiert.
Zur Auswertung und/oder Zwischenspeicherung von mittels dem optischen Kohärenztomographen 126 erfassten Messwerten umfasst die Überwachungsvorrichtung 124 insbesondere eine Auswertungseinrichtung 132.
Im Betrieb der Laserschweißvorrichtung 100 wird der Messstrahl 128 auf den Wechselwirkungsbereich 114 gerichtet, wobei der Messstrahl 128 vorzugsweise parallel und/oder koaxial zu dem Schweißlaserstrahl 108 orientiert ist. Der Messstrahl 128 wird bei dem gezeigten Beispiel auf die erste Seite 120 der Kombination 118 gerichtet und/oder durch die erste Seite 120 in die Kombination 118 eingekoppelt.
Insbesondere entspricht eine Strahlausbreitungsrichtung des Messstrahls 128 zumindest näherungsweise der Strahlausbreitungsrichtung 110 des Schweißlaserstrahls 108.
Die während des Laserschweißprozesses in dem Wechselwirkungsbereich 114 ausgebildete Dampfkapillare 116 ist zumindest zur ersten Seite 120 der Kombination 118 hin geöffnet, sodass der Messstrahl 128 in diese eindringen kann.
Falls keine Durchschweißung und/oder keine Durchschweißung mit geöffneter Dampfkapillare 116 vorliegt, ist die Dampfkapillare 116 zur zweiten Seite 122 hin geschlossen. In diesem Fall wird der Messstrahl 128 folglich in dem Wechselwirkungsbereich 114 an einem Material des ersten Werkstücks 102 und/oder des zweiten Werkstücks 104 reflektiert, welches insbesondere an einer Begrenzung 131 der Dampfkapillare 116 angeordnet ist. Beispielsweise kann dieses Material in festem oder flüssigem Zustand vorliegen.
Mittels dem Messstrahl 128 werden im Fall keiner geöffneten Dampfkapillare 116 insbesondere Messwerte erzeugt, welche einer Position des Materials der Werkstücke 102, 104 an der Begrenzung 131 der Dampfkapillare 116 in dem Wechselwirkungsbereich 114 zuzuordnen sind.
Das Material, an welchem im Fall keiner geöffneten Dampfkapillare 116 eine Reflexion des Messstrahls 128 erfolgt, ist insbesondere an einer zu der ersten Seite 120 in Strahlausbreitungsrichtung 110 beabstandeten tiefsten Stelle 133 (angedeutet in Fig. 1) der Dampfkapillare 116 positioniert. Die mittels dem Messstrahl 128 erfassten Messwerte sind dann beispielsweise einer Einschweißtiefe des Laserschweißprozesses zugeordnet.
Im Fall einer Durchschweißung mit geöffneter Dampfkapillare 116 ist die Dampfkapillare 116 zur zweiten Seite 122 hin geöffnet. Die Dampfkapillare 116 erstreckt sich dann insbesondere durchgängig zwischen der ersten Seite 120 und der zweiten Seite 122 der Kombination 118 der zu verschweißenden Werkstücke 102, 104.
Insbesondere wird der Messstrahl 128 im Fall der Durchschweißung zumindest teilweise und/oder zumindest abschnittsweise durch die Kombination 118 der Werkstücke 102, 104 transmittiert. Der Messstrahl 128 durchdringt beispielsweise die Dampfkapillare 116 und/oder die Werkstücke 102, 104 in dem Wechselwirkungsbereich 114, sodass er zumindest teilweise an der zweiten Seite 122 austritt.
Anschließend trifft der transmittierte Messstrahl 128 auf ein Referenzelement 134, welches der Überwachungsvorrichtung 124 zugeordnet ist und/oder Teil der Überwachungsvorrichtung 124 ist, und wird an diesem reflektiert. Dieses Referenzelement 134 ist an einer Referenzposition 136 und/oder an einem Referenzabstand angeordnet. Insbesondere ist die Referenzposition 136 mit dem Referenzabstand zu der Nullpunktsposition 129 beabstandet.
Insbesondere wird durch Reflexion des Messstrahls 128 an dem Referenzelement 134 ein reflektierter Messstrahl 135 gebildet, welcher vorzugsweise zurück durch die Dampfkapillare 116 transmittiert wird und anschließend von dem Detektorelement 130 detektiert wird.
Im Fall der Durchschweißung werden mittels dem Messstrahl 128 folglich Messwerte erzeugt, welche der Referenzposition 136 zuzuordnen sind.
Die Wellenlänge des Messstrahls 128 ist insbesondere so gewählt, dass der Messstrahl durch die Dampfkapillare 116 transmittiert wird und an dem Material der Werkstücke 102, 104 reflektiert wird, sodass insbesondere eine Erfassung von Messwerten im Fall der Durchschweißung an dem Referenzelement erfolgt und im Fall keiner Durchschweißung und/oder keine Durchschweißung mit geöffneter Dampfkapillare 116 an dem Material der Werkstücke 102, 104 erfolgt.
Die Laserschweißvorrichtung 100 umfasst insbesondere eine Halteeinrichtung 137, an welcher das erste Werkstück 102 und das zweite Werkstück 104 zur Durchführung des Laserschweißprozesses angeordnet sind. Beispielsweise ist oder umfasst die Halteeinrichtung 137 eine Spanneinrichtung zur Einspannung des ersten Werkstücks 102 und des zweiten Werkstücks 104. Beispielsweise sind das erste Werkstück 102 und das zweite Werkstück 104 mittels der Spanneinrichtung eingespannt angeordnet und/oder gegeneinander verspannt angeordnet.
Das Referenzelement 134 ist insbesondere Teil der Laserschweißvorrichtung 100 und/oder der Überwachungsvorrichtung 124. Insbesondere ist das Referenzelement 134 an der Halteeinrichtung 137 angeordnet und/oder ausgebildet.
Ein Beispiel von mittels dem Messstrahl 128 während der Ausbildung der Schweißnaht in Abhängigkeit der Zeit erfassten Messwerten ist in Fig. 2 gezeigt.
Die während der Durchführung des Laserschweißprozesses erfassten Messwerte liegen im Wesentlichen (abgesehen von Ausreißern) in einem ersten Messwertebereich 138, welcher einer Detektion des Materials der Werkstücke 102, 104 in dem Wechselwirkungsbereich 114 zuzuordnen ist, und in einem zweiten Messwertebereich 140, welcher einer Detektion des Referenzelements 134 zugeordnet ist.
Der erste Messwertebereich 138 wird derart definiert, dass in diesen diejenigen Messwerte fallen, welche der Detektion des Materials der Werkstücke 102, 104 in dem Wechselwirkungsbereich 114 zuzuordnen sind. Insbesondere umfasst der erste Messwertebereich 138 diejenigen Messwerte, welche einem Abstandsbereich 142 zuzuordnen sind, in welchem sich die Werkstücke 102, 104 bezüglich der Strahlausbreitungsrichtung 110 von der Nullpunktsposition 129 erstrecken.
Der zweite Messwertebereich 140 wird derart definiert, dass in diesen diejenigen Messwerte fallen, welche der Detektion des Referenzelements 134 zuzuordnen sind. Insbesondere umfasst der zweite Messwertebereich diejenigen Messwerte, welche der einem Abstand der Referenzposition 136 von der Nullpunktsposition 129 zuzuordnen sind. Die Laserschweißvorrichtung 100 mit der Überwachungsvorrichtung 124 funktioniert wie folgt:
Die zu verschweißenden Werkstücke 102, 104 werden an der Halteeinrichtung 137 angeordnet. Zur Ausbildung einer Schweißverbindung zwischen den Werkstücken 102, 104 wird der mittels der Laserquelle 106 generierte Schweißlaserstrahl 108 auf das erste Werkstück 102 gerichtet und relativ zu diesem bewegt, um eine Schweißnaht zu erzeugen.
Während der Erzeugung der Schweißnaht wechselwirkt der Schweißlaserstrahl 108 mit dem Material der Werkstücke 102, 104 in dem Wechselwirkungsbereich 114, wobei eine Dampfkapillare 116 ausgebildet wird.
Zur Überwachung des Laserschweißprozesses wird während der Erzeugung der Schweißnaht der Messstrahl 128 auf den Wechselwirkungsbereich 114 gerichtet.
Falls keine Durchschweißung und/oder keine Durchschweißung mit geöffneter Dampfkapillare 116 an einer bestimmten Stelle vorliegt, wird der Messstrahl 128 dort an dem Material der Werkstücke 102, 104 reflektiert, sodass Messwerte erfasst werden, welche innerhalb dem ersten Messwertebereich 138 liegen. Es werden dann insbesondere keine Messwerte erfasst, welche in dem zweiten Messwertebereich 140 liegen.
Falls an einer bestimmten Stelle eine Durchschweißung mit geöffneter Dampfkapillare vorliegt, wird der Messstrahl 128 zumindest an dieser Stelle zumindest teilweise durch das Material der Werkstücke 102, 104 transmittiert, sodass Messwerte erfasst werden, welche innerhalb dem zweiten Messwertebereich 140 liegen. Bei teilweiser Transmission des Messstrahls 128 kann es in diesem Fall Vorkommen, dass an dieser Stelle zwei Messwerte generiert werden, wobei einer dem ersten Messwertebereich 138 zuzuordnen ist und einer dem zweiten Messwertebereich 140.
Die während der Ausbildung der Schweißnaht erfassten Messwerte werden beispielsweise mittels der Auswertungseinrichtung 132 zwischengespeichert und/oder ausgewertet. Zur Bewertung der Schweißnaht hinsichtlich einer räumlichen Dichte von Durchschweißungen werden insbesondere Messwerte betrachtet, welche innerhalb einem bestimmten Zeitintervall erfasst wurden und/oder welche einem bestimmten räumlichen Abschnitt der ausgebildeten Schweißnaht zugeordnet sind.
Insbesondere wird ein Verhältnis einer jeweiligen Anzahl von Messwerten bestimmt, welche bezüglich eines bestimmten Zeitintervalls und/oder räumlichen Abschnitts in dem ersten Messwertebereich 138 und in dem zweiten Messwertebereich 140 liegen.
Eine Schweißnaht mit hinreichender Dichtigkeit und/oder mit einer hinreichen Dichte an Durchschweißungen liegt insbesondere dann vor, wenn ein mindestens ein Definierter Anteil, beispielsweise ein Anteil von mindestens 50%, der betrachteten Messwerte in dem zweiten Messwertebereich 140 liegen.
Es hat sich gezeigt, dass diejenigen Messwerte, welcher einer Reflexion des Messstrahls 128 an dem Material des ersten Werkstücks 102 und/oder des zweiten Werkstücks 104 in dem Wechselwirkungsbereich 114 zuzuordnen sind, typischerweise eine größere Varianz und/oder Streuung aufweisen als diejenigen Messwerte, welcher einer Reflexion des Messstrahls 128 an dem Referenzelement 134 zuzuordnen sind.
Bei Ausführung des Schweißprozesses variiert insbesondere eine Ortsposition der Begrenzung 131 der Dampfkapillare 116, an welcher mittels dem Messstrahl 128 festes und/oder flüssiges Material der Werkstücke 102, 104 detektiert wird. Eine Reflexion des Messstrahls 128 an dem Referenzelement 134 erfolgt hingegen stets an der Referenzposition 136 des Referenzelements 134.
Alternativ oder zusätzlich kann es daher vorgesehen sein, zur Bewertung der Schweißnaht die jeweilige Varianz der in dem ersten Messwertebereich 138 und in dem zweiten Messwertebereich 140 liegenden Messwerte heranzuziehen. Eine Schweißnaht mit hinreichender Dichtigkeit und/oder mit einer hinreichenden Dichte an Durchschweißungen liegt insbesondere dann vor, wenn die Varianz der betrachteten Messwerte in dem ersten Messwertebereich 140 größer ist als die Varianz der Messwerte in dem zweiten Messwertebereich 142.
Bezugszeichenliste
100 Laserschweißvorrichtung
102 erstes Werkstück
104 zweites Werkstück
106 Laserquelle
108 Schweißlaserstrahl
110 Strahlausbreitungsrichtung
112 Außenseite
112a Außenseite
114 Wechselwirkungsbereich
116 Dampfkapillare
118 Kombination
120 erste Seite
122 zweite Seite
124 Überwachungsvorrichtung
126 optischer Kohärenztomograph
128 Messstrahl
129 Nullpunktsposition
130 Detektorelement
131 Begrenzung
132 Auswertungseinrichtung
133 tiefste Stelle
134 Referenzelement
135 reflektierter Messstrahl
136 Referenzposition
137 Halteeinrichtung
138 erster Messwertebereich
140 zweiter Messwertebereich
142 Abstandsbereich
A Abstand
D Dicke

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung eines Laserschweißprozesses zum Verschweißen zweier Werkstücke (102, 104) mittels eines Schweißlaserstrahls (108), welcher zur Ausbildung einer Schweißnaht mit den Werkstücken (102, 104) in einem Wechselwirkungsbereich (114) wechselwirkt, wobei zur Überwachung des Laserschweißprozesses
- während des Laserschweißprozesses ein Messstrahl (128) eines optischen Kohärenztomographen (126) zur Erfassung von Messwerten auf den Wechselwirkungsbereich (114) gerichtet wird, wobei der Messstrahl (128) im Fall einer Durchschweißung der Werkstücke (102, 104) die Werkstücke (102, 104) in dem Wechselwirkungsbereich (114) zumindest teilweise durchdringt und der die Werkstücke (102, 104) durchdringende Messstrahl (128) auf ein zu den Werkstücken (102, 104) beabstandetes Referenzelement (134) trifft,
- ein erster Messwertebereich (138) definiert wird, welcher einer Detektion eines Materials der Werkstücke (102, 104) durch den Messstrahl (128) in dem Wechselwirkungsbereich (114) zugeordnet ist,
- ein zweiter Messwertebereich (140) definiert wird, welcher einer Detektion des Referenzelements (134) durch den Messstrahl (128) zugeordnet ist, und
- während dem Laserschweißprozess erfasste Messwerte ausgewertet werden, wobei ein Verhältnis einer Anzahl von in dem ersten Messwertebereich (138) liegenden Messwerten und in dem zweiten Messwertebereich (140) liegenden Messwerten gebildet wird und/oder wobei eine jeweilige Varianz von in dem ersten Messwertebereich (138) liegenden Messwerten und in dem zweiten Messwertebereich (140) liegenden Messwerten ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels dem Messstrahl (128) des optischen Kohärenztomographen (126) während dem Laserschweißprozess Messwerte in einem räumlichen Abstand von höchstens 10,0 pm, bevorzugt von höchstens 5,0 pm und besonders bevorzugt von höchstens 3,0 pm erfasst werden.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf dem Verhältnis der Anzahl von in dem ersten Messwertebereich (138) liegenden Messwerten und in dem zweiten Messwertebereich (140) liegenden Messwerten eine räumliche Dichte von Durchschweißungen der ausgebildeten Schweißnaht und/oder eine Fluiddichtigkeit der ausgebildeten Schweißnaht und/oder ein Öffnungszustand einer beim Laserschweißprozess ausgebildeten Dampfkapillare (116) bewertet wird oder bewertbar ist.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf der jeweiligen Varianz der in dem ersten Messwertebereich (138) liegenden Messwerten und in dem zweiten Messwertebereich (140) liegenden Messwerten eine räumliche Dichte von Durchschweißungen der ausgebildeten Schweißnaht und/oder eine Fluiddichtigkeit der ausgebildeten Schweißnaht und/oder ein Öffnungszustand einer beim Laserschweißprozess ausgebildeten Dampfkapillare (116) bewertet wird oder bewertbar ist.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Auswertung herangezogenen Messwerte in einem definierten zeitlichen Intervall erfasst werden, wobei insbesondere das zeitliche Intervall mindestens 1 ms und/oder höchstens 50 ms beträgt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messstrahl (128) parallel und/oder koaxial zu dem Schweißlaserstrahl (108) orientiert ist.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messstrahl (128) und der Schweißlaserstrahl (108) auf eine erste Seite (120) einer Kombination (118) der zu verschweißenden Werkstücke (102, 104) treffen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Messstrahl (128) im Fall einer Durchschweißung der Werkstücke (102, 104) aus einer zweiten Seite (122) der Kombination (118) der zu verschweißenden Werkstücke (102, 104) austritt, wobei die zweite Seite (122) zu der ersten Seite (120) in einer Strahlausbreitungsrichtung (110) Schweißlaserstrahls (108) und/oder des Messstrahls (128) beabstandet ist.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Fall einer Durchschweißung die Werkstücke (102, 104) durchdringende Messstrahl (128) an dem Referenzelement (134) reflektiert wird und ein an dem Referenzelement (134) reflektierter Messstrahl (135) mittels dem optischen Kohärenztomographen (126) detektiert wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, falls keine Durchschweißung und/oder keine Durchschweißung mit geöffneter Dampfkapillare (116) vorliegt, der Messstrahl (128) in dem Wechselwirkungsbereich (114) an einem Material von zumindest einem der Werkstücke (102, 104) reflektiert wird und ein an dem Material reflektierter Messstrahl mittels dem optischen Kohärenztomographen (126) detektiert wird.
11. Überwachungsvorrichtung zur Überwachung eines Laserschweißprozesses zum Verschweißen zweier Werkstücke (102, 104) mittels eines Schweißlaserstrahls (108), welcher zur Ausbildung einer Schweißnaht mit den Werkstücken (102, 104) in einem Wechselwirkungsbereich (114) wechselwirkt, umfassend
- einen optischen Kohärenztomographen (126) zur Bereitstellung eines Messstrahls (128) zur Erfassung von Messwerten während des Laserschweißprozesses, wobei der Messstrahl (128) so eingerichtet ist, dass dieser während des Laserschweißprozesses auf den Wechselwirkungsbereich (114) gerichtet wird und im Fall einer Durchschweißung der Werkstücke (102, 104) die Werkstücke (102, 104) in dem Wechselwirkungsbereich (114) zumindest teilweise durchdringt, - ein zu den Werkstücken (102, 104) beabstandetes Referenzelement (134), auf welches der die Werkstücke (102, 104) durchdringende Messstrahl (128) trifft, und
- eine Auswertungseinrichtung (132) zur Auswertung von während dem Laserschweißprozess erfassten Messwerten, wobei mittels der Auswertungseinrichtung (132) ein Verhältnis einer Anzahl von in einem ersten Messwertebereich (138) liegenden Messwerten und in einem zweiten Messwertebereich (140) liegenden Messwerten gebildet wird und/oder wobei mittels der Auswertungseinrichtung (132) eine jeweilige Varianz von in einem ersten Messwertebereich (138) liegenden Messwerten und in einem zweiten Messwertebereich (140) liegenden Messwerten ermittelt wird, wobei der erste Messwertebereich (138) einer Detektion eines Materials der Werkstücke (102, 104) durch den Messstrahl (128) in dem Wechselwirkungsbereich (114) zugeordnet ist und der zweite Messwertebereich (140) einer Detektion des Referenzelements (134) durch den Messstrahl (128) zugeordnet ist.
12. Laserschweißvorrichtung zur Durchführung eines Laserschweißprozesses zum Verschweißen zweier Werkstücke (102, 104) mittels eines Schweißlaserstrahls (108), welcher zur Ausbildung einer Schweißnaht mit den Werkstücken (102, 104) in einem Wechselwirkungsbereich (114) wechselwirkt, umfassend eine Überwachungsvorrichtung (124) gemäß Anspruch 11.
13. Laserschweißvorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Halteeinrichtung (137), an welcher die Werkstücke (102, 104) zur Durchführung des Laserschweißprozesses anordenbar sind oder angeordnet sind, wobei das Referenzelement (134) an der Halteeinrichtung (137) angeordnet und/oder ausgebildet ist.
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