KR102656029B1 - Oct 용접 시임 모니터링을 위한 방법과 관련 레이저 가공 기계 및 컴퓨터 프로그램 제품 - Google Patents

Oct 용접 시임 모니터링을 위한 방법과 관련 레이저 가공 기계 및 컴퓨터 프로그램 제품 Download PDF

Info

Publication number
KR102656029B1
KR102656029B1 KR1020227029864A KR20227029864A KR102656029B1 KR 102656029 B1 KR102656029 B1 KR 102656029B1 KR 1020227029864 A KR1020227029864 A KR 1020227029864A KR 20227029864 A KR20227029864 A KR 20227029864A KR 102656029 B1 KR102656029 B1 KR 102656029B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
post
measurement
line
measurement line
weld seam
Prior art date
Application number
KR1020227029864A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220126786A (ko
Inventor
얀 패트릭 헤르마니
마틴 스탐케
다그마르 아벤샤인
크리스찬 플래이그
Original Assignee
트룸프 레이저 게엠베하
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 트룸프 레이저 게엠베하 filed Critical 트룸프 레이저 게엠베하
Publication of KR20220126786A publication Critical patent/KR20220126786A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102656029B1 publication Critical patent/KR102656029B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • 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
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • 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
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/044—Seam tracking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding
    • B23K26/244—Overlap seam welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

본 출원은 가공 레이저 빔을 이용해서 공작물을 용접할 때 광 간섭 단층 촬영기의 측정 빔을 이용해서 곡선 용접 시임을 모니터링하기 위한 방법에 관한 것으로, 다음 방법 단계를 포함한다. 용접 동안, 용접 방향으로 볼 때 현재 용접 위치(22)에 앞에 있는 적어도 하나의 사전 측정점(MPre)에서 및 용접 방향으로 볼 때 현재 용접 위치(22)에 뒤에 있는 적어도 하나의 사후 측정점(MPost)에서 각각 측정 빔을 공작물을 따라 편향시킴으로써 측정 빔을 이용해서 거리 측정을 수행하는 단계 및 사후 거리 측정에 기초해서 응고된 곡선 용접 시임(21a)을 모니터링하는 단계로서, 복수의 사후 측정점(MPost)으로 형성된 사후 측정 라인(24)은, 복수의 사전 측정점(MPre)으로 형성된 사전 측정 라인(23)에 대해 사후 측정 라인(24)이 응고된 곡선 용접 시임(21a)을 향한 사전 측정 라인(23)의 방향으로 오프셋 되도록 및/또는 사전 측정 라인(23)에 대해 응고된 곡선 용접 시임(21a)의 법선을 향한 방향으로 회전되도록 위치 설정된다.

Description

OCT 용접 시임 모니터링을 위한 방법과 관련 레이저 가공 기계 및 컴퓨터 프로그램 제품
본 발명은 다음 단계들, 즉
- 용접 동안, 용접 방향으로 볼 때 현재 용접 위치 앞에 있는 적어도 하나의 사전 측정점에서 및 용접 방향으로 볼 때 현재 용접 위치 뒤에 있는 적어도 하나의 사후 측정점에서 각각 측정 빔을 공작물을 따라 편향시킴으로써 측정 빔을 이용해서 거리 측정을 수행하는 단계, 및
- 사후 거리 측정에 기초해서 곡선 용접 시임을 모니터링하는 단계
를 포함하는, 가공 레이저 빔을 이용해서 공작물을 용접할 때 광 간섭 단층 촬영기(OCT; optical coherence tomography)의 측정 빔을 이용해서 곡선 용접 시임을 모니터링하기 위한 방법에 관한 것이다.
OCT 용접 시임 모니터링을 위한 이러한 방법은 예를 들어 DE 10 2016 014 564 A1호에 공개되어 있다.
레이저 빔 용접 시 공작물에 대한 레이저 빔의 정확한 위치 설정이 특히 중요하다. 위치 설정 시스템의 제한된 정확성과 일반적인 부품 허용 오차로 인해 공작물의 위치를 기록하고 그에 따라 레이저 빔의 위치를 조절하는 시스템이 필수적이다. 일반적으로 이를 위해 레이저 빔보다 먼저 기하학적 특징의 위치가 기록된다. 상기 특징의 추가 처리 후에 레이저 빔의 위치가 상대적으로 조절된다. 랩 조인트에서 필렛 시임이 용접될 때 주로 상부 시트의 에지가 레이저 빔의 위치 설정을 위한 기하학적 특징으로써 이용된다. 응고된 용접 시임의 기하학적 형상은 공정 후에 측정될 수 있다. 이와 같이 얻어진 기하학적 변수는 용접 시임의 외부 검사에 이용되며, 용접 연결부의 품질에 대한 정보를 제공한다.
상업적으로 이용 가능한 시임 후속 제어는 이미징 광 섹션- 또는 입사광 방법을 기반으로 한다. 최근에는 OCT(optical coherence tomography) 기반의 방법도 이용되고 있다. OCT 기반 시스템에서는 OCT(소조사면) 스캐너가 이용되고, 상기 스캐너는 OCT 측정 빔을 부품 위로 빠르게 이동시킨다. 그런 다음 개별 측정점으로부터 OCT 거리 측정 이미지가 계산되며, 측정점을 따라 측정된 OCT 거리는 상기 OCT 거리 측정 이미지에 표시된다. 널리 보급된 광 섹션에 비해 OCT 기반 시스템은, 가공 중에 OCT(소조사면) 스캐너의 스캐닝 모양이 변경될 수 있는 장점을 제공한다.
기하학적 특징의 위치 또는 기하학적 측정 변수를 결정하는 이미지 처리 알고리즘은 시임 위치 제어에 있어서 중요한 역할을 한다. 2개의 금속 시트의 랩 조인트에서 레이저 빔보다 먼저 상부 시트 에지의 위치가 결정되고(소위 사전 측정), 그 다음에 응고된 시임 평가를 위해 시임 특징들이 결정된다(소위 사후 측정). 알고리즘의 신뢰성은 OCT 거리 측정 이미지 내의 관심 영역(사전 영역: 상부 시트 에지, 사후 영역: 응고된 용접 시임)의 위치에 매우 의존적이다. OCT를 이용하여 생성된 이미지에서, 이미지 처리 알고리즘을 이용하여 금속 시트의 표면을 규정하는 것이 적용된다. 여기서 중요한 단계는 기존 이미지 데이터에서 시트 표면의 라인들을 보간하는 것이다. 기하학적 특징에 비해 보간 길이가 너무 짧으면, 보간이 불확실해진다. 예를 들어 OCT 거리 측정 이미지에서 보간에 이용 가능한 범위가 너무 작으면, 결과가 부정확해지거나 결정될 수 없다. 레이저 빔의 궤적이 곡선 경로를 나타내면, 사후 측정 라인의 잘못된 위치 설정이 이루어진다. OCT 거리 측정 이미지에서 시임 형상은 곡선 용접 시임으로부터 멀어지는 방향으로 변위된다. 이로 인해 이미지 처리 알고리즘은 기하학적 시임 특징들을 계산하기에 충분한 정보를 가지고 있지 않다.
이와 달리 본 발명의 과제는, OCT 거리 측정 이미지에 곡선 용접 시임이 가능한 한 최적으로 기록될 수 있도록 전술한 방식의 방법을 개선하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라, 복수의 사후 측정점으로 형성된 사후 측정 라인의 경우에 사후 측정 라인은, 사후 측정 라인이 응고된 곡선 용접 시임을 향한 사전 측정 라인의 방향으로 복수의 사전 측정점으로 형성된 사전 측정 라인에 대해 오프셋 되도록 및/또는 응고된 곡선 용접 시임의 법선을 향한 방향으로 사전 측정 라인에 대해 회전하도록 위치 설정됨으로써, 그리고 단일 사후 측정점의 경우에 단일 사후 측정점은, 용접 방향으로 현재 용접 위치를 통과하는 라인과 상기 단일 사후 측정점이 각각의 사전 측정점보다 멀리 응고된 곡선 용접 시임을 향한 방향으로 이격되도록 위치 설정됨으로써 해결된다.
사후 측정 라인 또는 단일 사후 측정점의 본 발명에 따른 동적 위치 설정은 사후 측정 데이터의 훨씬 더 안정적이고 정확한 평가를 가능하게 한다. 사후 거리 측정에 기초해서 응고된 용접 시임의 기하학적 형상이 뒤이어 측정되고 모니터링될 수 있다. 이로써 기하학적 시임 특징의 훨씬 더 안정적이고 정확한 측정이 가능해진다.
특히 바람직하게 사후 측정 라인은, 응고된 곡선 용접 시임 상에 사후 측정 라인의 라인 중심점이 놓이도록 위치 설정된다. 이러한 경우에 OCT 거리 측정 이미지는 최적으로 평가될 수 있다.
사후- 및 사전 측정 라인은 예를 들어 직선 측정 라인이거나 폐쇄 또는 개방된 곡선 측정 라인일 수 있다. 특히 바람직하게 사후 측정 라인은 응고된 곡선 용접 시임과 90°±10°, 특히 90°의 각도로 교차한다. 이러한 경우에 OCT 거리 측정 이미지는 최적으로 평가될 수 있다. 바람직한 실시예에서 사전- 및 사후 측정 라인은 일치하며, 즉 직선 측정 라인의 경우에 동일한 길이이다.
특히 바람직한 변형예에서, 사후 측정 라인은 오프셋만큼 사후 측정 라인이 변위됨으로써 및/또는 회전 각도 만큼 사후 측정 라인이 회전함으로써 사전 측정 라인에 대해 회전되지 않은 그리고 라인과 동일한 거리로 이격된 초기 위치로부터 그것의 측정 위치로 이동된다. 이에 필요한 사후 측정 라인의 오프셋 또는 회전 각도는 예를 들어 가공 레이저 빔의 궤적으로부터 계산된 응고된 곡선 용접 시임의 위치에 기초해서 결정될 수 있다.
단일 사후 측정점의 경우에 단일 사후 측정점의 측정 위치는 바람직하게, 응고된 곡선 용접 시임 상에 상기 단일 사후 측정점이 놓이도록 선택된다.
본 발명은 또한 가공 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 빔 생성기, 공작물을 따라 가공 레이저 빔을 2차원으로 편향시키기 위한 레이저 스캐너, 레이저 스캐너에 의해 공작물을 향하는 OCT 측정 빔을 생성하기 위한 광 간섭 단층 촬영기, 광 간섭 단층 촬영기와 레이저 스캐너 사이에 배치되며 공작물을 따라 OCT 측정 빔을 2차원으로 편향시키기 위한 OCT 스캐너 및, 레이저 스캐너와 OCT 스캐너를 제어하기 위한 기계 제어부를 포함하는 레이저 가공 기계에 관한 것으로, 이 경우 본 발명에 따라 기계 제어부는, 사후 측정 라인 또는 단일 사후 측정점을 본 발명에 따른 방법에 따라 위치 설정하도록 프로그래밍된다.
본 발명은 또한, 프로그램이 레이저 가공 기계의 기계 제어부에서 실행될 때, 본 발명에 따른 방법의 모든 단계를 수행하도록 조정된 코드 수단을 갖는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
본 발명의 대상의 다른 장점 및 바람직한 실시예들은 상세한 설명, 도면 및 청구범위에 제시된다. 마찬가지로 전술한 그리고 아래에 추가로 언급된 특징들은 각각 그 자체로 또는 임의의 조합된 형태로 사용될 수 있다. 도시되고 설명된 실시예들은 이 목록이 전부가 아니며, 오히려 본 발명의 설명을 위한 예시적인 특성을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 레이저 가공 기계를 개략적으로 도시한 도면.
도 2a 및 도 2b는 선행 기술에 따른 OCT 측정 빔을 이용해서 직선 용접 시임(도 2a) 및 곡선 용접 시임(도 2b)을 모니터링하기 위한 방법을 각각 관련 OCT 거리 측정 이미지와 함께 도시한 도면.
도 3a 내지 도 3c는 OCT 측정 빔을 이용해서 곡선 용접 시임을 모니터링하기 위한 본 발명에 따른 방법을 각각 관련 OCT 거리 측정 이미지와 함께 도시한 도면.
도 1에 개략적으로 도시된 레이저 가공 기계(1)는 가공 레이저 빔(3)을 생성하기 위한 레이저 빔 생성기(2), 가공 레이저 빔(3)을 x, y 방향으로 공작물(5)을 따라 2차원으로 편향시키기 위한 레이저 스캐너(4) 및 공작물(5)의 표면(7)의 영역을 광학적으로 스캐닝하기 위한 광 간섭 단층 촬영기(OCT; 6)를 포함한다. 레이저 스캐너(4)는 예를 들어, 2개의 축을 중심으로 편향할 수 있는 스캐너 미러 또는 하나의 축을 중심으로 각각 편향할 수 있는 2개의 스캐너 미러를 가질 수 있다.
OCT(6)는 공개된 방식으로 광 빔(9)을 생성하기 위한 OCT 광원(예를 들어, 초발광 다이오드)(8), 광 빔(9)을 OCT 측정 빔(11)과 기준 빔(12)으로 분할하기 위한 빔 스플리터(10)를 갖는다. OCT 측정 빔(11)은 측정 암(13)으로 전달되고 공작물 표면(7)에 부딪히며, 상기 표면에서 OCT 측정 빔(11)은 적어도 부분적으로 반사되어 이 방향으로 비투과성이거나 반투과성인 빔 스플리터(10)로 리턴된다. 기준 빔(12)은 기준 암(14)으로 전달되고 기준 암(14)의 단부에서 미러(15)에 의해 반사된다. 반사된 기준 빔도 빔 스플리터(10)로 리턴된다. 반사된 2개의 빔의 중첩은 최종적으로 검출기(OCT 센서; 16)에 의해 검출되고, 기준 암(14)의 길이를 고려하여 공작물 표면(7)에 대한 높이 정보 및/또는 공작물(5) 내로 가공 레이저 빔(3)의 현재 침투 깊이가 결정될 수 있다. 이 방법은 광파 간섭의 기본 원리에 기반하고, 측정 빔 축을 따라 마이크로미터 범위의 높이차가 기록될 수 있다.
OCT(소조사면) 스캐너(17)는, OCT 측정 빔(11)을 공작물 표면(7)을 따라 2차원으로, 즉 x, y 방향으로 편향시키고 이와 같이 공작물 표면(7)의 영역을 예를 들어 라인 스캔으로 스캔하기 위해, 측정 암(13)에 연결된다. OCT 스캐너(17)는, 예를 들어 2개의 축을 중심으로 편향할 수 있는 스캐너 미러 또는 하나의 축을 중심으로 각각 편향할 수 있는 2개의 스캐너 미러를 가질 수 있다. 가공 레이저 빔(3)의 빔 경로에 사선으로 배치되고 가공 레이저 빔(3)에 대해 투과성이고 OCT 측정 빔(11)에 대해 반사하는 미러(18)를 통해 OCT 측정 빔(11)이 레이저 스캐너(4)에 커플링 인됨으로써, OCT 측정 빔(11)이 공작물(5)을 향할 수 있다. OCT 센서(16)의 센서 데이터는 또한 스캐너(4, 17)의 이동을 제어하는 기계 제어부(19)로 전달된다.
도 1은 조인트 에지를 따라 연장되는 용접 시임(21a, 21b)을 이용해서 2개의 공작물 부분(5a, 5b)을 서로 용접하기 위해, 2개의 공작물 부분(5a, 5b)의 조인트 에지를 따라 안내되는(용접 방향; 20) 가공 레이저 빔(3)을 이용해서 랩 조인트에 상하로 놓인 2개의 공작물 부분(5a, 5b)을 용접하는 것을 도시한다. 응고된 용접 시임은 21a로 표시되고, 추가로 생성될 용접 시임은 21b로 표시된다. 현재 용접 위치, 즉 공작물(5) 상의 가공 레이저 빔(3)의 충돌점은 22로 표시된다.
용접하는 동안 용접 방향으로 볼 때 현재 용접 위치(22) 앞에 있는 공작물 표면(7)의 복수의 사전 측정점(MPre)에서 및 용접 방향으로 볼 때 현재 용접 위치(22) 뒤에 있는 공작물(7)의 복수의 사후 측정점(MPost)에서 OCT 측정 빔(11)을 이용해서 거리 측정이 수행된다. 이를 위해 OCT 측정 빔(11)은 OCT 스캐너(17)에 의해 공작물 표면(7)을 따라 상응하게 편향된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 생성될 용접 시임(21b)을 가로지르는 사전 측정 라인(23)을 따라 복수의 사전 측정점(MPre)이 배치되고, 응고된 용접 시임(21a)을 가로지르는 사후 측정 라인(24)을 따라 복수의 사후 측정점(MPost)이 배치된다. 사후 거리 측정에 기초해서, 응고된 용접 시임(21a)의 기하학적 형상이 뒤이어 측정되고 모니터링될 수 있다.
OCT 측정 빔(11)을 이용해서 응고된 직선 용접 시임(21a; 도 2a)과 응고된 곡선 용접 시임(21a; 도 2b)을 모니터링하기 위한 공개된 방법에서, 사전- 및 사후 측정 라인(23, 24)에 동일한 스캐닝 모양, 즉 예를 들어 y-방향으로 서로에 대해 오프셋 없이 평행하게 연장되고 현재 용접 위치(22)에서 x-방향으로 연장되는 용접 방향(20)에 대해 수직으로 및 중앙으로 정렬된 동일한 길이의 사전- 및 사후 측정 라인(23, 24)이 사용된다. 더 정확하게 말하면, 사전 측정 라인(23)이 먼저 정해진 다음, 상기 스캐닝 모양이 사후 측정 라인(24)에 대해서도 채택된다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 직선 용접 시임(21a, 21b)의 경우 사전- 및 사후 측정 라인(23, 24)의 라인 중심점은 각각 용접 시임(21a, 21b) 상에 위치 설정된다. 그 결과 공작물 표면(7)의 각각의 관심 영역, 즉 한편으로는 사전 영역 내의 랩 조인트의 단차 및 다른 한편으로는 사후 영역 내의 응고된 용접 시임(21a)이 OCT 거리 측정 이미지(25)에 최적으로 기록되고, 상기 이미지에 측정 라인(23, 24)을 따라 측정된 거리(z 방향의 높이)가 표시된다. 이와 달리 응고된 용접 시임(21a)이 도 2b에 도시된 바와 같이 만곡된 경우, 곡률로 인해 사후 측정 라인(24)의 잘못된 위치 설정 및 곡선 용접 시임(21a)으로부터 멀어지는 방향으로 OCT 거리 측정 이미지(25)에서 관심 영역(응고된 용접 시임; 21a)의 변위가 발생한다. 이로써 더 적은 이미지 정보가 이용될 수 있으며, 그 결과 예를 들어 보간 길이(26)가 충분하지 않게 된다.
도 3a 내지 도 3c에는 동일한 길이의 직선 사전- 및 사후 측정 라인(23, 24)의 예에서, OCT 측정 빔(11)을 이용해서 응고된 곡선 용접 시임(21a)을 모니터링하기 위한 본 발명에 따른 방법의 3개의 변형예가 각각 관련 OCT 거리 측정 다이어그램(25)과 함께 도시된다. 대안으로서 사전- 및 사후 측정 라인(23, 24)은 또한 폐쇄된 또는 개방된 곡선 측정 라인일 수도 있다.
도 3a에서 사후 측정 라인(24)은 응고된 곡선 용접 시임(21a)을 향한 사전 측정 라인(23)의 방향으로 오프셋(A)만큼 사전 측정 라인(23)에 대해 오프셋 된다. 이를 위해 사후 측정 라인(24)은 곡선 용접 시임(21a)을 향해 도 3a에 도시된 측정 위치로, 바람직하게는 사후 측정 라인(24)의 라인 중심점이 응고된 곡선 용접 시임(21a) 상에 놓일 때까지 예를 들어 도 2a 및 도 2b에 도시된, 사전 측정 라인(23)에 대해 평행한 그리고 오프셋 되지 않은 초기 위치에 대해 변위될 수 있다. 그 결과, 응고된 용접 시임(21a)이 OCT 거리 측정 이미지(25)에 최적으로 기록된다. 이에 필요한 오프셋(A)은, 예를 들면 가공 레이저 빔(3)의 궤적으로부터 계산된 응고된 곡선 용접 시임(21a)의 위치에 기초해서 결정될 수 있다.
도 3b에서, 사후 측정 라인(24)은 응고된 곡선 용접 시임(21a)의 법선을 향한 방향으로 각도 B만큼 사전 측정 라인(23)에 대해 회전된다. 이를 위해 사후 측정 라인(24)은 도 2a 및 도 2b에 도시된, 사전 측정 라인(23)에 대해 평행한 그리고 오프셋 되지 않은 초기 위치에 대해 임의의 지점을 중심으로, 특히 오프셋 되지 않은 사후 측정 라인(24)의 라인점(예를 들어 라인 중심점)을 중심으로 도 3b에 도시된 그것의 측정 위치로, 바람직하게는 사후 측정 라인(24)이 응고된 제 1 용접 시임(21a)과 90°각도로 교차할 때까지 회전될 수 있다. 그 결과, 응고된 용접 시임(21a)이 OCT 거리 측정 이미지(25)에 최적으로 기록된다. 이에 필요한 회전 각도(B)는, 예를 들어 가공 레이저 빔(3)의 궤적으로부터 계산된 응고된 곡선 용접 시임(21a)의 위치에 기초해서 결정될 수 있다.
도 3c에서 사후 측정 라인(24)은 오프셋(A)만큼 사전 측정 라인(23)에 대해 오프셋 될 뿐만 아니라 회전 각도(B)만큼 회전된다. 바람직하게는 사후 측정 라인(24)의 라인 중심점은 응고된 곡선 용접 시임(21a) 상에 놓이고, 사후 측정 라인(24)은 응고된 곡선 용접 시임(21a)과 90°의 각도로 교차한다.
본 발명에 따르면 사후 측정 라인(24)의 위치는, 관심 영역이 이미지 섹션에 최적으로 위치 설정되도록, 병진식(도 2a), 회전식(도 3b) 또는 병진 및 회전식(도 3c)으로 조정된다. 이를 통해 기하학적 형상의 시임 특징을 훨씬 더 신뢰적이고 정확하게 결정할 수 있다. 시스템의 다른 부분이나 제어부에 의해 전송되거나 (이동 벡터) 시스템 자체에서 생기는 입력 변수에 기초해서 사후 측정 라인(24)의 오프셋(A)과 회전 각도(B)가 계산된다. 시스템 측정값에 대한 예는 이전에 측정된 측방향 설정각, 윈상(preimage)에서 금속 시트의 길이 및 상부 시트 에지의 위치이다. 폐쇄형 조절 알고리즘은 응고된 용접 시임(21a)의 측정된 또는 추정된 위치(사후 측정값)를 입력 변수로서 사용한다.
사후 측정 라인(24)을 형성하는 복수의 사후 측정점(MPost) 대신에 단일 사후 측정점(MPost)만이 사용될 수 있으며, 상기 단일 사후 측정점은, 용접 방향(20)으로 볼 때 현재 용접 위치(22)를 통과하는 라인(L; 도 3a-도 3c)으로부터 응고된 곡선 용접 시임(21a)을 향한 방향으로 각각의 사전 측정점(MPre)보다 멀리 이격되도록 위치 설정된다. 바람직하게는 단일 사후 측정점(MPost)의 측정 위치는, 그것이 응고된 곡선 용접 시임(21a) 상에 놓이도록 선택된다.

Claims (11)

  1. 가공 레이저 빔(3)을 이용해서 공작물(5)을 용접할 때 광 간섭 단층 촬영기(6)의 측정 빔(11)을 이용해서 곡선 용접 시임(21a)을 모니터링하기 위한 방법에 있어서,
    용접 동안, 용접 방향(20)으로 볼 때 현재 용접 위치(22) 앞에 있는 적어도 하나의 사전 측정점(MPre)에서 및 용접 방향(20)으로 볼 때 현재 용접 위치(22) 뒤에 있는 적어도 하나의 사후 측정점(MPost)에서 각각 측정 빔(11)을 공작물을 따라 편향시킴으로써 측정 빔(11)을 이용해서 거리 측정을 수행하는 단계, 및
    사후 거리 측정에 기초해서 응고된 곡선 용접 시임(21a)을 모니터링하는 단계
    를 포함하고,
    복수의 사후 측정점(MPost)으로 형성된 사후 측정 라인(24)의 경우에 사후 측정 라인(24)은, 사후 측정 라인(24)이 응고된 곡선 용접 시임(21a)을 향한 사전 측정 라인(23)의 방향으로 복수의 사전 측정점(MPre)으로 형성된 사전 측정 라인(23)에 대해 오프셋 되도록 또는 응고된 곡선 용접 시임(21a)의 법선을 향한 방향으로 사전 측정 라인(23)에 대해 회전되도록 위치 설정되고, 단일 사후 측정점(MPost)의 경우에 단일 사후 측정점(MPost)은, 용접 방향(20)으로 볼 때 현재 용접 위치(22)를 통과하는 라인(L)과 상기 단일 사후 측정점이 각각의 사전 측정점(MPre)보다 멀리 응고된 곡선 용접 시임(21a)을 향한 방향으로 이격되도록 위치 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 사후 측정 라인(24)은, 응고된 곡선 용접 시임(21a) 상에 사후 측정 라인(24)의 라인 중심점이 놓이도록 위치 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 사후 측정 라인(24)과 사전 측정 라인(23)은 직선으로 연장되거나 또는 사후 측정 라인(24)과 사전 측정 라인(23)은 곡선으로 연장되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 사후 측정 라인(24)은, 응고된 곡선 용접 시임(21a)과 상기 사후 측정 라인(24)이 90±10°의 각도로 교차하도록 위치 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 사전 및 사후 측정 라인(23, 24)은 일치하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 사후 측정 라인(24)은 오프셋(A)만큼 사후 측정 라인(24)이 변위됨으로써 또는 회전 각도(B) 만큼 사후 측정 라인(24)이 회전함으로써 사전 측정 라인(23)에 대해 회전되지 않은 그리고 라인(L)과 동일한 거리로 이격된 초기 위치로부터 그것의 측정 위치로 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 오프셋(A) 및 회전 각도(B) 중 적어도 하나는 응고된 곡선 용접 시임(21a)의 계산된 위치에 기초해서 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 사후 측정 라인(24)은 사전 측정 라인(23)에 대해 평행한 그리고 오프셋 되지 않은 초기 위치에 대해 임의의 지점을 중심으로, 그것의 측정 위치로 회전되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 단일 사후 측정점(MPost)의 측정 위치는, 응고된 곡선 용접 시임(21a) 상에 상기 단일 사후 측정점이 놓이도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 레이저 가공 기계(1)에 있어서,
    가공 레이저 빔(3)을 생성하기 위한 레이저 빔 생성기(2),
    공작물(5; 5a, 5b)을 따라 가공 레이저 빔(3)을 2차원으로 편향시키기 위한 레이저 스캐너(4),
    레이저 스캐너(4)에 의해 공작물(5; 5a, 5b)을 향하는 OCT 측정 빔(11)을 생성하기 위한 광 간섭 단층 촬영기(6),
    광 간섭 단층 촬영기(6)와 레이저 스캐너(4) 사이에 배치되며 공작물(5; 5a, 5b)을 따라 OCT 측정 빔(11)을 2차원으로 편향시키기 위한 OCT 스캐너(17), 및
    레이저 스캐너(4)와 OCT 스캐너(17)를 제어하기 위한 기계 제어부(19)
    를 포함하고,
    상기 기계 제어부(19)는, 사후 측정 라인(24) 또는 단일 사후 측정점(MPost)이 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법에 따라 위치 설정되도록 프로그래밍되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 기계.
  11. 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 있어서,
    프로그램이 레이저 가공 기계(1)의 기계 제어부(19)에서 실행될 때, 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법의 모든 단계를 수행하도록 조정된 코드 수단을 갖는, 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
KR1020227029864A 2020-03-27 2021-03-26 Oct 용접 시임 모니터링을 위한 방법과 관련 레이저 가공 기계 및 컴퓨터 프로그램 제품 KR102656029B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020203983.6 2020-03-27
DE102020203983.6A DE102020203983A1 (de) 2020-03-27 2020-03-27 Verfahren zur OCT-Schweißnahtüberwachung sowie zugehörige Laserbearbeitungsmaschine und Computerprogrammprodukt
PCT/EP2021/058000 WO2021191440A1 (de) 2020-03-27 2021-03-26 Verfahren zur oct-schweissnahtüberwachung sowie zugehörige laserbearbeitungsmaschine und computerprogrammprodukt

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220126786A KR20220126786A (ko) 2022-09-16
KR102656029B1 true KR102656029B1 (ko) 2024-04-08

Family

ID=75529974

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227029864A KR102656029B1 (ko) 2020-03-27 2021-03-26 Oct 용접 시임 모니터링을 위한 방법과 관련 레이저 가공 기계 및 컴퓨터 프로그램 제품

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230035237A1 (ko)
KR (1) KR102656029B1 (ko)
CN (1) CN115335180A (ko)
DE (1) DE102020203983A1 (ko)
WO (1) WO2021191440A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022106558A1 (de) 2022-03-21 2023-09-21 Blackbird Robotersysteme Gmbh Verfahren zur Erfassung einer Oberfläche zumindest eines Objekts für eine Bearbeitungsvorrichtung
DE102022116927A1 (de) 2022-07-07 2024-01-18 Trumpf Laser Gmbh Laserbearbeitungsmaschine mit frequenzkammbasiertem Abstandssensor sowie zugehöriges Verfahren mit frequenzkammbasierter Abstandsmessung

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050041852A1 (en) 2001-11-15 2005-02-24 Joachim Schwarz Method and device for evaluation of jointing regions on workpieces
DE102014113283A1 (de) 2014-09-15 2016-03-17 Blackbird Robotersysteme Gmbh Vorrichtung zur Remote-Laserbearbeitung mit Sensor-Scannereinrichtung
DE102017126867A1 (de) 2017-11-15 2019-05-16 Precitec Gmbh & Co. Kg Laserbearbeitungssystem und Verfahren zur Laserbearbeitung

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7081599B2 (en) 2000-10-24 2006-07-25 Elpatronic Ag Apparatus and method for processing workpieces
DE102015007142A1 (de) 2015-06-02 2016-12-08 Lessmüller Lasertechnik GmbH Messvorrichtung für ein Laserbearbeitungssystem und Verfahren zum Durchführen von Positionsmessungen mittels eines Messstrahls auf einem Werkstück
DE102016014564A1 (de) 2016-12-07 2018-06-07 Lessmüller Lasertechnik GmbH Messvorrichtung zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses unter Verwendung von an unterschiedlichen Messpositionen erfassten Messinformationen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050041852A1 (en) 2001-11-15 2005-02-24 Joachim Schwarz Method and device for evaluation of jointing regions on workpieces
DE102014113283A1 (de) 2014-09-15 2016-03-17 Blackbird Robotersysteme Gmbh Vorrichtung zur Remote-Laserbearbeitung mit Sensor-Scannereinrichtung
DE102017126867A1 (de) 2017-11-15 2019-05-16 Precitec Gmbh & Co. Kg Laserbearbeitungssystem und Verfahren zur Laserbearbeitung

Also Published As

Publication number Publication date
DE102020203983A1 (de) 2021-09-30
KR20220126786A (ko) 2022-09-16
US20230035237A1 (en) 2023-02-02
WO2021191440A1 (de) 2021-09-30
CN115335180A (zh) 2022-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11148232B2 (en) Laser machining system and laser machining method
US10578428B2 (en) Method for optically measuring the weld penetration depth
CN110869149B (zh) 用于增材制造的设备和方法
US9816808B2 (en) Measuring device for acquiring surface data and/or interfaces of a workpiece to be processed by a laser processing device
CN113015595B (zh) 用于oct测量射束调整的方法和计算机程序产品
KR102656029B1 (ko) Oct 용접 시임 모니터링을 위한 방법과 관련 레이저 가공 기계 및 컴퓨터 프로그램 제품
CA2792322C (en) Laser processing head and method for processing a workpiece by means of a laser beam
CN112469526A (zh) 使用内联相干成像(ici)监视和/或控制摆动处理的系统和方法
US20210187657A1 (en) Method and device for monitoring a joining seam during joining by means of a laser beam
DE102007027377B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls
Stadter et al. Process control and quality assurance in remote laser beam welding by optical coherence tomography
US11103952B2 (en) Laser beam welding of geometric figures using OCT seam tracking
KR20220119507A (ko) Ｏｃｔ를 사용하여 공작물 위치를 감지하기 위한 방법, 처리 기계 및 컴퓨터 프로그램
JP5242940B2 (ja) 非接触形状測定装置
CN114787579A (zh) 用于为了激光加工材料的焦点控制而借助于oct测量间距的方法及所属的计算机程序产品
CN115246035A (zh) 用于监控激光加工过程的方法以及所属的激光加工系统
US7176408B2 (en) Method for laser-cutting structural components to be joined
US20220357150A1 (en) Method for displaying an OCT-scanned region of a workpiece surface and/or for measuring surface features, and associated OCT system
Dilger et al. Camera-based closed-loop control for beam positioning during deep penetration welding by means of keyhole front morphology
JP2020175409A (ja) 溶接判定装置、溶接装置、および、溶接判定方法
US20230201957A1 (en) Method for monitoring and/or controlling in a closed loop a laser welding process on the basis of oct-captured melt bead or weld bead geometry and associated processing machine and computer program product
JPH03193270A (ja) 溶接位置検出装置および方法
JP2022110864A (ja) レーザ加工装置
JP2021152525A (ja) 計測装置、計測方法、移動体、ロボット、電子機器及び造形装置
JP3901346B2 (ja) Ｙａｇレーザ加工機における溶接線検出方法およびｙａｇレーザ加工機における溶接線検出装置

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant