WO2021165380A1 - VERFAHREN ZUM ANALYSIEREN EINER SCHWEIßVERBINDUNG BEIM LASERSCHWEIßEN VON WERKSTÜCKEN - Google Patents

VERFAHREN ZUM ANALYSIEREN EINER SCHWEIßVERBINDUNG BEIM LASERSCHWEIßEN VON WERKSTÜCKEN Download PDF

Info

Publication number
WO2021165380A1
WO2021165380A1 PCT/EP2021/053993 EP2021053993W WO2021165380A1 WO 2021165380 A1 WO2021165380 A1 WO 2021165380A1 EP 2021053993 W EP2021053993 W EP 2021053993W WO 2021165380 A1 WO2021165380 A1 WO 2021165380A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
workpieces
gap
measurement signal
radiation
workpiece
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/053993
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens REISER
Lutz König
Erich Sauer
Thorsten Lorenz
Jonas NOLTE
Alexis Donke
Sascha GRAU
Rüdiger MOSER
Wei Quang DUONG
Matthias STREBEL
Birmanns STEFAN
Original Assignee
Precitec Gmbh & Co. Kg
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 Precitec Gmbh & Co. Kg filed Critical Precitec Gmbh & Co. Kg
Priority to US17/801,157 priority Critical patent/US20230073549A1/en
Priority to EP21706560.6A priority patent/EP4106945A1/de
Priority to CN202180015758.0A priority patent/CN115335183A/zh
Priority to JP2022550145A priority patent/JP2023514403A/ja
Priority to KR1020227032192A priority patent/KR20220137125A/ko
Publication of WO2021165380A1 publication Critical patent/WO2021165380A1/de

Links

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
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • 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
    • B23K26/034—Observing the temperature of the workpiece
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/514—Methods for interconnecting adjacent batteries or cells
    • H01M50/516—Methods for interconnecting adjacent batteries or cells by welding, soldering or brazing
    • 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
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • 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
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/38—Conductors
    • 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
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • 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
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof
    • 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
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/12—Copper or alloys thereof

Definitions

  • the present invention relates to a method for analyzing a welded joint during laser welding of workpieces, in particular during the laser welding process.
  • a laser processing system for processing a workpiece by means of a laser beam
  • the laser beam emerging from a laser light source or one end of a laser guide fiber is focused or bundled onto the workpiece to be processed with the aid of beam guidance and focusing optics.
  • the processing can include laser welding, for example.
  • the laser processing system can comprise a laser processing device, for example a laser processing head, in particular a laser welding head. Especially when laser welding a workpiece, it is important to continuously monitor the welding process in order to ensure the quality of the processing. This includes the detection of machining errors.
  • a machining process is typically monitored by recording and analyzing various parameters of a process radiation, also known as process beam, process light or process emission. These include, for example, plasma radiation generated by the machining of workpiece surfaces, process emissions in the infrared range of light, such as temperature radiation, or process emissions in the visible range of light. This is followed by an assessment in which the corresponding measurement signals are checked to determine whether certain conditions are met. If one or more measurement signals meet predefined conditions during processing, an error signal is output. Accordingly, a machined workpiece can be marked as “good” or “good part” (i.e. suitable for further processing or sale) or as “bad” or “bad part” (i.e. as reject).
  • the continuous monitoring of a machining process typically takes place in real time while the machining process is being carried out, and is therefore also referred to as online process monitoring or in-line process monitoring.
  • the application DE 10 2019 122 047 describes a sensor module for monitoring laser welding processes, which has several detectors or sensors that detect various parameters of the process radiation and output them as a measurement signal.
  • Individual battery cells also known as “battery cells”, are connected to one another, ie contacted.
  • a A combination of several battery cells is called a "battery module".
  • the connection is mostly done by laser welding.
  • the arresters of the battery cells are connected to one another by laser welding, typically in a lap joint.
  • the weld seams have a so-called “I-seam” geometry, for example.
  • Materials are usually aluminum and copper. Typical compounds or material combinations are copper-copper, aluminum-aluminum and copper-aluminum.
  • Typical defects can occur during laser welding, especially in the lap joint with I-seams. This includes a gap between the workpieces. This error can be tolerated if there is a welded connection, i.e. the gap is bridged by melted material of the workpieces, i.e. if there is still electrical contact between the workpieces to be welded despite the existing gap. This is also referred to as “welding with gap bridging” or “gap with (electrical) contact”. Another typical error pattern is called "false friend” or "false friend”. There is a gap between the connected workpieces, the gap not being bridged and therefore no (electrical) contact between the workpieces. This is also known as “welding without bridging a gap” or “gap without (electrical) contact”. A gap between the workpieces should therefore be as small as possible or should be as small as possible.
  • the invention is based on the idea of acquiring and suitably evaluating measurement signals, especially during the laser welding process, based on process radiation generated during laser welding of welding connections and back-reflected laser radiation, in order to analyze or differentiate between welds and welded connections.
  • the measurement signals can be detected by sensors, in particular by photodiodes.
  • a method for analyzing or assessing a welded joint during laser welding of workpieces comprising the following steps: acquiring a first measurement signal of a process radiation generated during laser welding; Detection of a second measurement signal of radiation reflected from the workpieces, in particular a laser radiation reflected from the workpieces; Determining, based on the first measurement signal, whether there is a gap between the connected workpieces; and if it is determined that there is a gap, determining, based on the second measurement signal, whether a weld connection or a gap bridging exists.
  • the reflected radiation can include at least one of the following: reflected laser radiation of the (machining laser beam, reflected LED radiation or reflected LED light, and reflected pilot laser radiation.
  • the method can further include: irradiating an LED radiation or illuminating with LED light, in particular illuminating a current processing position or illuminating an area around a current point of impact of a processing laser beam.
  • the method can further include: irradiating a pilot laser Beam, in particular irradiation in a current processing position or in a Be rich around a current point of impact of a (processing) laser beam.
  • the reflected radiation or the pilot laser beam or the LED light can have any wavelength, in particular a wavelength in the infrared range or in the visible green or blue range.
  • an LED light source or a pilot laser beam source can have a wavelength of approximately 630 nm or approximately 530 nm, for example. At least part of a beam path of an LED light or pilot laser beam radiated into a processing area preferably runs coaxially to the beam path of a processing laser beam.
  • the method according to the invention therefore makes it possible to identify whether there is a gap between the connected workpieces.
  • the method according to the invention also makes it possible to identify whether a welded connection exists.
  • the welded connection can refer to an electrical and / or mechanical (i.e. physical) welded connection, i.e. there is an electrical or mechanical contact between the workpieces.
  • a welded connection exists when there is no gap between the connected workpieces (so-called zero gap), or when there is a gap, but it is bridged (gap with gap bridging). There is no weld connection if a gap is not bridged.
  • the method can be used to analyze a welded electrical connection, in particular to detect a lack of electrical contact between connected workpieces, e.g.
  • the weld is also possible to classify the weld as: (i) a proper welded connection, ie a welded connection without a gap, also referred to as a “good weld” or a “weld with a zero gap”, (ii) a weld with a gap and with a gap bridging, so that there is (electrical or mechanical) contact between the connected workpieces, and (iii) a weld with a gap but without bridging a gap, so that there is no (electrical or mechanical) contact between the connected workpieces.
  • the classification is preferably carried out during laser welding, i.e. during the laser welding process for producing the weld.
  • the workpieces connected by the laser welding are preferably assessed or marked as “good” or “good part” if it is determined that a weld connection exists, and assessed or marked as “bad” or “bad part” if determined becomes that there is no welded connection.
  • the laser welding can also be regulated or controlled. For example, processing parameters such as the laser power supplied, the distance between a laser processing device and the workpieces, a focus position and / or focus position of a laser beam used for laser welding, etc., can be adjusted or regulated, especially in real time.
  • the method can further comprise outputting an error for workpieces if it is determined that there is no welded joint and / or outputting a warning for workpieces if it is determined that a gap, in particular a gap with a gap width greater than a predetermined one Value.
  • the determination based on the second measurement signal as to whether there is a welded connection or a gap bridging can only take place if it was previously determined that a gap is present.
  • At least one step of the method according to the invention can be carried out during the laser welding of the weld, in particular in real time. Accordingly, the method according to the invention can be referred to as an “in-line method”.
  • the first and / or second measurement signal are preferably recorded during the laser welding.
  • determining whether there is a gap and / or determining whether a welded connection or a gap bridging exists can take place during the laser welding.
  • the entire method according to the invention is preferably carried out during the laser welding.
  • the method according to the invention can be used in particular for laser welding with an overlap or parallel joint.
  • the first measurement signal and / or the second measurement signal can be based on a measurement of a radiation intensity.
  • the first measurement signal can be based on a measurement of a radiation intensity of the process radiation
  • / or the second measurement signal can be based on a measurement of a radiation intensity of the reflected radiation, e.g. the reflected laser radiation.
  • the process radiation generated during laser welding can be temperature radiation in the infrared wavelength range of light and / or plasma radiation in the visible range of light.
  • the first measurement signal can be recorded in a first wavelength range above the wavelength of a laser beam used for laser welding and / or above the wavelength of the reflected radiation.
  • the first measurement signal can be used in a second wavelength range below the wavelength of a th laser beam and / or below the wavelength of the reflected radiation.
  • the first wavelength range can correspond to an infrared wavelength range of the light.
  • the first measurement signal can correspond to temperature radiation in the first wavelength range.
  • the second wavelength range can correspond to a visible wavelength range of light.
  • the first measurement signal in the second wavelength range can correspond to a plasma radiation.
  • the first measurement signal in the first wavelength range can be detected by at least one first photodiode with spectral sensitivity in the first wavelength range.
  • the first measurement signal in the second wavelength range can be detected by at least one second photodiode with spectral sensitivity in the second wavelength range.
  • the first measurement signal is preferably separated in the first wavelength range and in the second wavelength range or is detected by at least one photodiode in each case.
  • the second measurement signal or the reflected radiation, in particular the reflected laser radiation, or the laser beam used for laser welding or the irradiated pilot laser beam or the irradiated LED light can be in the infrared, blue or green wavelength range or spectral range.
  • an infrared laser beam source can be used as the beam source for the (machining) laser beam or for the pilot laser beam.
  • a laser beam source can emit the laser beam used for laser welding or the pilot laser beam in the green or blue spectral or wavelength range.
  • the first measurement signal can therefore be based on a detection of the radiation intensity of the process radiation in a first wavelength range, in particular in an infrared range, in order to detect temperature radiation, and / or based on a detection of the radiation intensity of the process radiation in a second wavelength range, in particular in a visible area in order to detect plasma radiation.
  • the first measurement signal recorded in the first wavelength range can accordingly be referred to as a “temperature signal”.
  • the first measurement signal recorded in the second wavelength range can accordingly be referred to as a “plasma signal”.
  • the process radiation generated during laser welding can be detected by at least one (first and / or second) photodiode as the first measurement signal and / or the reflected radiation can be detected by at least one (third) photodiode as the second measurement signal.
  • the third photodiode can have a spectral sensitivity in the wavelength range of the laser used for laser welding.
  • the first and the second measurement signal are preferably separated or by at least each detected by a photodiode.
  • the photodiodes preferably have different spectral sensitivities from one another.
  • Determining whether there is a gap between the workpieces can include determining a gap width based on the first measurement signal. In this case, it can be determined that there is a gap if the gap width is greater than a predetermined gap width limit value.
  • the gap width limit value can be between 50 pm and 200 pm, in particular 100 pm and 175 pm, or be 50 pm, 100 pm or 150 pm.
  • the gap width can for example be defined as the shortest distance between the connected workpieces adjacent to but outside the weld or a weld seam.
  • the gap width for example in the case of a lap joint or parallel joint, can be defined as the shortest distance between the oppositely arranged workpiece surfaces.
  • Determining whether there is a gap between the workpieces can include determining whether the first measurement signal is below a reference value or a reference curve. If the first measurement signal is recorded for the first wavelength range and the second wavelength range, it can be determined whether the first measurement signal of the first wavelength range is below a first reference value or reference curve and whether the first measurement signal of the second wavelength range is below a second reference value or Reference curve is located.
  • Determining whether there is a gap between the workpieces can include forming a first integral over the first measurement signal. In this case, it can be determined that there is a gap between the workpieces when the first integral falls below a predetermined first integral limit value.
  • the first integral can be formed over at least one area of the first measurement signal.
  • determining whether there is a gap between the workpieces can include forming a first mean value using the first measurement signal. In this case it can be determined that there is a gap between the workpieces when the first mean value falls below a predetermined first mean value limit value.
  • the first mean value can be formed over at least one range of the first measurement signal.
  • determining whether there is a gap between the workpieces can include determining a first outlier frequency of the first measurement signal. In this case, it can be determined that there is a gap between the workpieces if the first outlier frequency of the first measurement signal exceeds a predetermined first outlier limit value.
  • the first outlier frequency can be formed over at least one area of the first measurement signal.
  • the determination of whether there is a gap between the workpieces the formation of a first integral over the first measurement signal recorded in the first wavelength range, ie the temperature signal, and the Forming a second integral over the first measurement signal recorded in the second wavelength range, ie the plasma signal, it being determined that there is a gap between the workpieces when the first integral falls below a predetermined first integral limit value and / or when the second Integral falls below a predetermined second integral limit value.
  • the determination of whether there is a gap between the workpieces the formation of a first mean value over the first measurement signal recorded in the first wavelength range, ie the temperature signal, and the Forming a second mean value over the first measurement signal recorded in the second wavelength range, ie the plasma signal, it being determined that there is a gap between the workpieces if the first mean value falls below a predetermined first mean value limit value and / or if the second mean value falls below a predetermined second mean value limit value.
  • the determination of whether there is a gap between the workpieces the determination of a first outlier frequency of the first measurement signal recorded in the first wavelength range, ie the temperature signal, and that Calculate a second outlier frequency of the first measurement signal detected in the second wavelength range, ie the plasma signal.
  • the first outlier frequency exceeds a predetermined first outlier value.
  • the outlier frequency can be defined as a frequency or number of values of the first measurement signal that lie outside of predetermined envelope curves for the first measurement signal.
  • the outlier frequency can be specified as a percentage in relation to a considered and / or predefined time interval or measurement interval or to an observed and / or predefined range of the first measurement signal. Alternatively, the outlier frequency can be given in absolute terms.
  • the first outlier frequency based on a frequency or number of values of the first measurement signal in the first wavelength range, which lie outside of predetermined first envelope curves for the first measurement signal
  • the second Outlier frequency can be determined based on a frequency or number of values of the first measurement signal in the second wavelength range that lie outside of predefined second envelope curves for the first measurement signal.
  • the determination of whether a welded connection or a gap bridging exists can be determined based on a noise of the second measurement signal.
  • the noise can be determined as the deviation from a mean value of the second measurement signal, e.g. in a specified time interval or measurement interval or in a considered and / or specified range of the second measurement signal, and optionally provided with a gain factor.
  • the noise can also be referred to as the “noise signal” or the “noise component” of the second measurement signal.
  • the outlier frequency of the noise of the second measurement signal can be defined as a frequency or number of values of the noise that lie outside predetermined envelope curves and / or predetermined tolerance ranges for the noise.
  • the outlier frequency can be specified as a percentage in relation to a considered time interval and / or measurement interval or to an area of the second measurement signal. Alternatively, the outlier frequency can be given in absolute terms.
  • At least one of the workpieces can have or consist of aluminum and / or copper and / or nickel.
  • one of the workpieces can be made of aluminum and another of the workpieces can comprise copper, the latter optionally being able to be coated with nickel (layer thickness, for example, 8 ⁇ m). The coating can be applied by electroplating.
  • At least one of the workpieces can have a thickness of 0.10 mm to 0.50 mm, preferably a thickness of 0.15 mm to 0.35 mm, particularly preferably a thickness of 0.20 mm to 0.30 mm.
  • the workpieces can be or comprise a sheet metal or an arrester.
  • One of the workpieces can comprise a battery, a battery module and / or a battery cell, and / or another of the workpieces can comprise an arrester.
  • a welded electrical contact between the arrester and the battery cell can be analyzed as a weld.
  • a method for laser welding a first workpiece and a second workpiece comprising the steps of: arranging the workpieces such that a first surface of the first workpiece and a first surface of the second workpiece lie on top of one another or with one another are in contact; Laser welding of the workpieces to form a welded connection between the workpieces by irradiating a laser beam onto a second surface of the first workpiece, the second surface of the first workpiece being opposite the first surface of the first workpiece and / or by irradiating a laser beam onto a second upper surface of the second workpiece, the second surface of the second workpiece facing the first surface of the second workpiece; and performing the method for analyzing the weld joint according to one of the preceding claims.
  • the first surface and the second surface of the first workpiece and / or the first surface and the second surface of the second workpiece can be formed parallel to one another.
  • the first workpiece and / or the second workpiece can be designed as a sheet metal or a conductor or comprise a metal sheet or a conductor.
  • the first and second surfaces of the work pieces can be referred to as the main surfaces of the work pieces.
  • the first surfaces of the workpieces can touch in at least one area. In a further area, there can be a gap between the workpieces.
  • the workpieces can be arranged with the aim of ensuring that the gap between the workpieces does not exist or is as small as possible.
  • the workpieces can be arranged in an overlap joint or parallel joint.
  • the methods according to the invention can be carried out by a laser processing system which comprises a laser processing device for processing a workpiece by means of a laser beam, in particular a laser welding head, and a sensor module.
  • the laser processing device can have a beam splitter for decoupling process radiation from the beam path of the laser beam.
  • the laser processing device can comprise an optical output for coupling out process radiation and the sensor module can comprise an optical input for coupling in the process radiation emerging from the laser processing device.
  • the sensor module comprises at least one detector for detecting the process radiation and for detecting the reflected radiation, in this example the reflected laser radiation of the (processing) laser beam.
  • the laser processing system can include an LED lighting unit for irradiating LED light.
  • the reflected radiation detected by the sensor module comprises reflected LED radiation or reflected LED light.
  • the laser processing system can comprise a pilot laser unit for irradiating a pilot laser beam.
  • the reflected radiation detected by the sensor module comprises reflected pilot laser radiation or reflected LED light.
  • the pilot laser unit can comprise a pilot laser beam source.
  • the laser processing system can comprise a pilot laser beam source, for example for generating a pilot laser beam with a wavelength of approximately 630 nm or approximately 530 nm.
  • the laser processing system can comprise an LED source for generating LED light.
  • the LED light can be coupled into a beam path of the machining laser beam or into the laser machining device, for example by means of a beam splitter.
  • the sensor module can be coupled to the laser processing device.
  • the at least one detector can be set up to detect at least one beam parameter of the process radiation, in particular an intensity in a specific wavelength range.
  • the at least one detector can also be set up to output a measurement signal based on the detection.
  • the detectors can comprise a photodiode and / or a photodiode array and / or a camera, for example a CMOS- or CCD-based camera.
  • the sensor module can comprise a plurality of detectors which are each set up to detect the process radiation at different wavelengths or in different wavelength ranges.
  • the laser processing system can further comprise a control unit.
  • the control unit can be set up to receive analog measurement signals from the at least one detector.
  • the control unit can be set up a method perform according to one of the embodiments listed in this disclosure to analyze welded joints.
  • the control unit can also be set up to regulate or control the laser processing system, in particular the laser processing device, based on a result of the analysis, as described above.
  • the respective detectors can only be sensitive at a certain wavelength or in a certain wavelength range.
  • a first detector can be sensitive in the visible range of light
  • a second detector can be sensitive in an infrared range
  • / or a third detector can be sensitive in a laser emission wavelength range of the laser processing device.
  • the detectors can therefore be designed in such a way that they are sensitive in different wavelength ranges.
  • the sensor module comprises a first detector with a photodiode that is sensitive in the visible spectrum of light to detect plasma process emissions or plasma radiation, a second detector with a photodiode that is sensitive in the infrared wavelength range to detect temperature To detect process emissions or thermal radiation, and a third detector with a photodiode that is sensitive in the laser emission wavelength range to detect back reflections from the laser of the laser processing device.
  • the method according to the invention can be carried out with the laser processing system.
  • the described sensor module can detect the first measurement signal, in particular the temperature signal and / or the plasma signal, and the second measurement signal.
  • a method for the detection of gaps and in particular for differentiating between gaps with connection or with contact and gaps without connection or without contact, in particular with the aid of sensors such as photodiodes, is specified.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a laser processing system for processing a workpiece by means of a laser beam for performing a method for analyzing a welded joint according to embodiments of the present disclosure
  • FIG. 2 shows a detailed schematic representation of a sensor module of the laser processing system shown in FIG. 1; 3 shows a flow diagram of a method for analyzing a weld joint during laser welding in accordance with embodiments of the present disclosure;
  • FIGS. 4A-4D show weld joints analyzed using a method for analyzing a weld joint in laser welding of workpieces in accordance with embodiments of the present disclosure
  • FIGS. 5A-5D show, by way of example, temporal progressions of measurement signals that were recorded by a method for analyzing a welded joint during laser welding of workpieces according to embodiments.
  • FIG. 6 shows, by way of example, a determination of gap widths by a method for analyzing a welded joint during laser welding of workpieces according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a laser processing system for processing a workpiece by means of a (processing) laser beam according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 2 shows a detailed schematic illustration of the sensor module of the laser processing system shown in FIG. 1.
  • the laser processing system 1 comprises a laser processing device 10, a sensor module 20 and a control unit 40.
  • the laser processing device 10 which can be designed, for example, as a laser processing head, in particular as a laser welding head, is designed to generate a (processing) laser beam (not shown) exiting from a laser light source or one end of a laser guide fiber with the aid of beam guidance and focusing optics (not shown) to focus or bundle on the work piece 30a, 30b to be machined, in order thereby to carry out a machining or a machining process.
  • the processing can in particular include laser welding.
  • process radiation 11 is produced, which enters the laser processing device 10 and is there out of the beam path of the laser beam by a beam splitter 12. is coupled. The process radiation is directed into the sensor module 20 and there strikes at least one detector D1, D2, D3.
  • the workpieces 30a, 30b can be arranged in such a way that they overlap.
  • the workpieces 30a, 30b can be arranged in particular in a parallel joint or lap joint.
  • a lower surface of the workpiece 30a is opposed to an upper surface of the workpiece 30b, and the laser beam is irradiated onto an upper surface of the workpiece 30a.
  • the upper surfaces and the lower surfaces of the workpieces 30a, 30b can also be referred to as main surfaces or main surfaces of the workpieces 30a, 30b.
  • the laser beam is irradiated onto the upper surface or the upper main surface of the workpiece 30a, preferably essentially perpendicular to the main surfaces of the workpieces 30a, 30b.
  • the laser beam is accordingly not radiated onto the edges or edges or parallel to the main surfaces of the workpieces 30a, 30b.
  • the resulting process radiation 11 is emitted from the upper surface or from the upper main surface of the workpiece 30a.
  • the process radiation 11 is thus preferably detected from the upper surface of the workpiece 30a.
  • a reflected radiation is detected preferably from the upper surface of the workpiece 30a.
  • the laser processing system can comprise an LED lighting unit for irradiating LED light into a processing area on the workpiece.
  • the reflected radiation detected by the sensor module comprises reflected LED radiation or reflected LED light.
  • the laser processing system can comprise a pilot laser unit for irradiating a pilot laser beam into a processing area on the workpiece.
  • the reflected radiation detected by the sensor module comprises reflected pilot laser radiation or reflected LED light.
  • the pilot laser unit can comprise a pilot laser beam source.
  • the arrangement of the workpieces 30a, 30b in the overlap or parallel joint should be such that there is no gap between the workpieces 30a, 30b so arranged, or that the gap is as small as possible.
  • a plan view of the workpieces 30a, 30b in particular in a plan view of the upper surface of the workpiece 30a or a plan view of the lower surface of the workpiece 30b, it cannot be recognized whether there is a gap between the workpieces 30a, 30b.
  • the sensor module 20 preferably comprises a plurality of detectors or sensors D1, D2, D3 which are set up to detect various parameters, such as an intensity, of the process radiation 11 and to output a measurement signal based thereon.
  • Each of the detectors D1, D2, D3 can comprise a photodiode or a photodiode or pixel array.
  • the detectors preferably comprise a photodiode or a sensor for the visible spectral range, a photodiode or a sensor for the infrared spectral range and a photodiode or a sensor for a wavelength range of the laser beam or the irradiated pilot laser beam or the irradiated LED light.
  • the sensor module 20 can comprise a plurality of beam splitters 221, 222 in order to split up the process radiation 11 and direct it onto the corresponding detectors D1, D2, D3.
  • the beam splitters 221, 222 can be designed as partially transparent mirrors and, according to embodiments, can be wavelength-selective.
  • the control unit 40 is connected to the sensor module 20 and receives the measurement signals from the detectors D1, D2, D3.
  • the control unit 40 can be set up to record the measurement signals from the detectors D1, D2, D3.
  • the control unit 40 is set up to determine and / or analyze a machining result of the laser machining, and is set up in particular to analyze welded connections.
  • the control unit 40 can further be set up to control the laser processing device 10 based on a result of the analysis.
  • the laser processing system 1 can be set up to carry out laser processing processes, in particular special laser welding, and to carry out methods for analyzing a weld connection during laser welding of workpieces according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method for analyzing a welded connection during laser welding of workpieces according to embodiments of the present disclosure.
  • the method begins with the acquisition of a first measurement signal for a process radiation generated during laser welding (step S1).
  • the method further includes detecting a second Measurement signal for a radiation reflected from the workpieces (step S2).
  • the acquisition of the first measurement signal and the acquisition of the second measurement signal can take place simultaneously according to embodiments.
  • it is determined whether there is a gap between the workpieces step S3. If it is determined that there is a gap, it is determined on the basis of the second measurement signal whether there is or is a welded connection or a gap bridging between the two workpieces (step S4). In other words, it is determined whether there is electrical or mechanical contact between the workpieces.
  • the method therefore makes it possible to identify whether there is a gap between the connected workpieces.
  • the method also makes it possible to identify whether there is a gap bridging, i.e. a welded connection, in particular an electrical and mechanical welded connection.
  • the method can be used to analyze a welded electrical connection, for example to detect a lack of electrical contact between connected workpieces.
  • a proper weld ie a weld without a gap, also known as a "good weld” or as a “weld with an O-gap", or whether a weld with a gap and with gap bridging, so that a There is electrical contact between the connected workpieces, or a weld with a gap but without a gap bridging, so that there is no electrical contact between the connected workpieces.
  • the first measurement signal is preferably recorded in two different wavelength ranges.
  • the first measurement signal can be based on a detection of the radiation intensity of the process radiation in a first wavelength range above the wavelength of the reflected radiation or above the wavelength of the laser beam used for laser welding, in particular in an infrared range, and on a detection of the radiation intensity of the process radiation in one second wavelength range below the wavelength of the reflected radiation or below the wavelength of the laser beam, in particular in a visible range.
  • the first measurement signal recorded in the first wavelength range can correspond to temperature radiation and can be referred to as a “temperature signal”.
  • the first measurement signal recorded in the second wavelength range can correspond to a plasma radiation and can be referred to as a “plasma signal”.
  • the reflected radiation can comprise reflected laser radiation from an irradiated pilot laser beam or reflected laser radiation from the (machining) laser beam used for the welding process or reflected laser radiation from an irradiated LED light.
  • the plasma signal can be detected by the detector Dl, which is sensitive in a wavelength range below the wavelength of the reflected radiation or the laser beam, in particular in the visible wavelength range of light, in order to measure the intensity of plasma Detect process emissions.
  • the temperature signal can be detected by the detector D2, which is sensitive in a wavelength range above the wavelength of the reflected radiation or the laser beam, in particular in an infrared wavelength range of the light, in order to determine the intensity of process emissions in the infrared or temperature range. Spectral range, ie of temperature radiation, to be detected.
  • the second measurement signal can be detected by the detector D3, which is sensitive in the wavelength range of the reflected radiation or the laser beam in order to detect back reflections from the laser of the laser processing device.
  • determining whether there is a gap between the workpieces can include forming a first integral over the plasma signal and forming a second integral over the temperature signal. In this case, it can be determined that there is a gap between the workpieces when the first integral falls below a predetermined first integral limit value and / or when the second integral falls below a predetermined second integral limit value.
  • the determination of whether a welded connection or a gap is bridged can take place on the basis of a noise in the second measurement signal of the noise of the second measurement signal exceeds a predetermined first noise limit value, and / or if an integral over the noise of the second measurement signal exceeds a predetermined second noise limit value.
  • the noise can be defined as a deviation from a mean value of the second measurement signal, preferably in a predetermined time interval or measurement signal, and in particular amplified by a predetermined factor.
  • the mean value can be specified or determined based on the second measurement signal.
  • steps S1 to S4 can take place during the laser welding of the welded connection.
  • One of the workpieces preferably comprises a battery, a battery module and / or a battery cell and another of the workpieces comprises an arrester.
  • the method according to embodiments of the present disclosure for analyzing a ge welded electrical contact between the arrester and the battery, the battery module or the battery cell can be used.
  • one of the workpieces can consist of aluminum and another of the workpieces can comprise copper and be coated with nickel. The coating can be applied by electroplating.
  • At least one of the workpieces can have a thickness of 0.10 mm to 0.50 mm, preferably a thickness of 0.15 mm to 0.35 mm, particularly preferably a thickness of 0.20 mm to 0.30 mm.
  • arresters of two or more batteries are welded or contacted with one another.
  • the arresters can be made of copper Cu or aluminum Al.
  • an arrester of a first battery can be made of aluminum or copper and an arrester of a second battery can be made of aluminum or copper, so that the weld connection between aluminum and aluminum Al-Al, or between copper and copper Cu-Cu or between aluminum and Copper Al-Cu is formed.
  • the laser welding can comprise the gas-tight welding of cell housings of battery cells, the welding of membranes of cell covers of battery cells, the welding of connections in the cell covers of battery cells and the welding of a rupture plate of cell covers of battery cells.
  • the method according to embodiments of the present disclosure can be used, in particular, for analyzing a welded joint when laser welding workpieces in an overlap or parallel joint, and in particular in the case of I-welded seams.
  • FIGS. 4A-4D show weld joints analyzed using a method for analyzing a weld joint during laser welding of workpieces in accordance with embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 4A-4D each show in the top line (“camera”) a top view of I-welds created during laser welding in the lap joint and each show a sectional view of the respective weld in the middle line. In the lower line, a schematic view of the sectional view is shown in each case.
  • the top view is of the upper surface of the workpiece 30a, as was explained with reference to FIG. 1. In the first column (“Gap: 0 pm”), FIG.
  • FIG. 4A shows a proper weld seam, also referred to as a “good weld”, which was recognized with the aid of the method for analyzing welded joints during laser welding of workpieces according to embodiments of the present disclosure.
  • the welded workpieces 30a, 30b, shown here as metal sheets, have no gap between them and current can flow via the weld seam.
  • the resulting weld joint is marked as a "good weld” or with a "0 gap”.
  • 4B-4D show typical defect patterns that were detected with the aid of the method for analyzing welded joints during laser welding of workpieces according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 4B shows a gap S between the two welded workpieces 30a, 30b.
  • This gap S can be tolerated because the gap S is bridged (gap bridging “B” in Fig. 4B).
  • a welded connection This is also referred to as “weld with gap bridging” or “gap with (electrical) connection or (electrical) contact”.
  • 5A to 5D show, by way of example, temporal profiles of measurement signals that were recorded by a method for analyzing a welded joint during laser welding of workpieces according to embodiments.
  • the first measurement signal was recorded in the first and second wavelength ranges and comprises the plasma signal PI and the temperature signal P2.
  • the second measurement signal for the reflected laser light is referred to as the back-reflection signal P3.
  • FIGS. 5A-5D show exemplary courses of the measurement signals PI, P2 and P3 each for a laser welding process.
  • the course of a noise of the measurement signal P3 is shown as “P3 noise”.
  • the method according to embodiments of the present disclosure includes acquiring the plasma signal PI and the temperature signal P2.
  • the plasma signal PI and / or the temperature signal P2 falls, ie lies on a respective lower envelope curve or lies below or falls below it. This can be determined, for example, by forming a first integral over the plasma signal PI and a second integral over the temperature signal P2. If the first integral falls below a predefined first integral limit value and / or if the second integral falls below a predefined second integral limit value, there is a gap. If there is a gap, it is determined based on the reflex signal P3 whether a weld connection or a gap bridging exists.
  • welds i.e. welds without a gap between the workpieces
  • welds with a gap but with gap bridging can be distinguished from welds with a gap but without gap bridging.
  • the integrals of the plasma signal PI and of the temperature signal P2 exceed the respective limit values.
  • the weld produced during the laser welding process is marked as a "good weld”.
  • a welding connection with an O-gap is present between the workpieces connected in this way. In particular, there is an electrical contact or an electrical connection between the connected workpieces. This corresponds to the weld connection shown in FIG. 4A.
  • the plasma signal PI and the temperature signal P2 have fallen compared to the respective given reference values or envelope curves. In other words, the integrals of the plasma signal PI and the temperature signal P2 fall below the respective limit values.
  • the welds produced during the respective laser welding process are identified as welds with a gap.
  • the integral of the plasma signal PI or the integral of the temperature signal P2 falls below the respective limit value. According to in further embodiments, it can be determined that a gap is only present if both the integral of the plasma signal PI and the integral of the temperature signal P2 fall below the respective limit value.
  • FIG. 5B there is a gap with a 100 ⁇ m gap width between the workpieces
  • FIG. 5C there is a gap with a 150 ⁇ m gap width between the workpieces
  • FIG. 5D there is a gap with a 200 ⁇ m gap width between the workpieces.
  • the welds shown in FIGS. 5B-5D correspond to the welds shown in FIGS. 4B-4D.
  • the gap width can be determined based on the integral value of the plasma signal PI and / or the temperature signal P2. If the integral value lies in a first range, the corresponding weld can be assigned a gap width of a first value or value range.
  • a gap width of a second value or value range can be assigned to an integral value which lies in a second range, etc. This is illustrated by way of example in FIG. 6 for the plasma signal PI.
  • an outlier frequency of the noise of the back reflex signal P3 is below a predetermined first noise limit value. It is therefore determined that, despite the existing gap, there is a welded connection between the workpieces or a gap bridging.
  • an outlier frequency of the noise of the back reflex signal P3 is above the predetermined first noise limit value. It is therefore determined that there is no weld connection or gap bridging, and thus no electrical contact, between the workpieces.
  • the present invention is based on the knowledge that in the case of laser welding in the overlap joint, a good weld can be distinguished from welds with a gap in that the intensity of a plasma signal and the intensity of a temperature signal of the laser welding process decrease. Furthermore, the present invention is based on the knowledge that a weld with a gap and with gap bridging can be distinguished from a weld with a gap but without gap bridging in that in the latter case the noise of a back-reflection signal of the radiation reflected back by the workpieces is significant. kant increases.
  • a combination of the plasma signal and the temperature signal with the back-reflection signal provides unambiguous information about the presence or absence of a welded connection, in particular an electrical contact, between the workpieces.
  • “there is a gap” can be viewed as a necessary condition, and excessive noise as a sufficient condition for the gap not to be bridged. This means that it can be clearly identified whether there is a wrong friend.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

Verfahren zum Analysieren einer Schweißverbindung beim Laserschweißen von Werkstücken (30a, 30b), umfassend: - Erfassen (S1) eines ersten Messsignals (P1, P2) für eine beim Laserschweißen erzeugte Prozessstrahlung; - Erfassen (S2) eines zweiten Messsignals (P3) für eine von den Werkstücken (30a, 30b) reflektierte Strahlung; - Bestimmen (S3) basierend auf dem ersten Messsignal (P1, P2), ob ein Spalt (S) zwischen den Werkstücken (30a, 30b) vorliegt; und - wenn bestimmt wird, dass ein Spalt (S) vorliegt, Bestimmen (S4) basierend auf dem zweiten Messsignal (P3), ob eine Schweißverbindung besteht.

Description

Verfahren zum Analysieren einer Schweißverbindung beim Laserschweißen von Werkstü cken
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Analysieren einer Schweißverbindung beim Laserschweißen von Werkstücken, insbesondere während des Laserschweißvorgangs.
Hintergrund und Stand der Technik
In einem Laserbearbeitungssystem zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls wird der von einer Laserlichtquelle oder einem Ende einer Laserleitfaser austretende Laserstrahl mit Hilfe einer Strahlführungs- und Fokussieroptik auf das zu bearbeitende Werkstück fokussiert oder gebündelt. Die Bearbeitung kann beispielsweise ein Laserschweißen umfassen. Das Laser bearbeitungssystem kann eine Laserbearbeitungsvorrichtung, beispielsweise einen Laserbearbei tungskopf, insbesondere einen Laserschweißkopf, umfassen. Insbesondere beim Laserschweißen eines Werkstücks ist es wichtig, den Schweißprozess kontinuierlich zu überwachen, um die Qua lität der Bearbeitung zu sichern. Dies schließt die Erkennung von Bearbeitungsfehlern ein.
Die Überwachung eines Bearbeitungsprozesses erfolgt typischerweise durch Erfassung und Ana lyse verschiedener Parameter einer Prozessstrahlung, auch Prozessstrahl, Prozesslicht oder Pro zessemission genannt. Dazu zählen beispielsweise von Werkstückoberflächen durch die Bearbei tung entstehende Plasmastrahlung, Prozessemissionen im infraroten Bereich des Lichts, wie Temperaturstrahlung, oder Prozessemissionen im sichtbaren Bereich des Lichts. Anschließend erfolgt eine Beurteilung, bei der die entsprechenden Messsignale dahingehend überprüft werden, ob gewisse Bedingungen erfüllt sind. Wenn ein oder mehrere Messsignale während der Bearbei tung zuvor festgelegte Bedingungen erfüllen, wird ein Fehlersignal ausgegeben. Dementspre chend kann ein bearbeitetes Werkstück als „gut“ oder „Gutteil“ (d.h. geeignet für die Weiterver arbeitung oder den Verkauf) oder als „schlecht“ oder „Schlechtteil“ (d.h. als Ausschuss) gekenn zeichnet werden. Die kontinuierliche Überwachung eines Bearbeitungsprozesses erfolgt typi scherweise in Echtzeit während der Durchführung des Bearbeitungsprozesses, und wird daher auch als Online-Prozessüberwachung oder In-Line-Prozessüberwachung bezeichnet.
Die Anmeldung DE 10 2019 122 047 beschreibt ein Sensormodul zur Überwachung von Laser schweißprozessen, welches mehrere Detektoren oder Sensoren aufweist, die verschiedene Para meter der Prozessstrahlung detektieren und als Messsignal ausgeben.
Im Bereich der Elektromobilität spielen Batterien eine zentrale Rolle. Einzelne Batteriezel len, auch „Akkuzellen“ genannt, werden dabei miteinander verbunden, d.h. kontaktiert. Ein Verbund aus mehreren Batteriezellen wird als „Batteriemodul“ bezeichnet. Das Verbinden erfolgt dabei zumeist durch Laserschweißen. Dabei werden die Ableiter der Batteriezellen durch Laserschweißen, typischerweise im Überlappstoß, miteinander verbunden. Die Schweißnähte haben beispielsweise eine sogenannte „I-Naht“-Geometrie. Werkstoffe sind für gewöhnlich Aluminium und Kupfer. Typische Verbindungen bzw. Materialkombinatio nen sind Kuper-Kupfer, Aluminium-Aluminium und Kupfer-Aluminium. Beim Verbinden von Batteriezellen zu Batteriemodulen und somit für einen erfolgreichen Modulbau ist es essentiell, dass zwischen den verbundenen Werkstücken ein elektrischer Kontakt besteht, d.h. dass zwischen den verbundenen Werkstücken bzw. über die Schweißnaht Strom flie ßen kann. Nur in diesem Fall ist die Kontaktierung erfolgreich.
Beim Laserschweißen, insbesondere im Überlappstoß mit I-Nähten, können typische Fehlerbilder auftreten. Dazu zählt ein Spalt zwischen den Werkstücken. Dieser Fehler kann toleriert werden, wenn eine Schweißverbindung vorliegt, d.h. der Spalt durch aufgeschmol zenes Material der Werkstücke überbrückt ist, d.h. wenn trotz des vorhandenen Spalts noch ein elektrischer Kontakt zwischen den zu verschweißenden Werkstücken besteht. Dies wird auch als „Schweißung mit Spaltüberbrückung“ bzw. „Spalt mit (elektrischem) Kontakt“ bezeichnet. Ein weiteres typisches Fehlerbild wird als „false friend“ oder „falscher Freund“ bezeichnet. Dabei ist ein Spalt zwischen den verbundenen Werkstücken vorhanden, wobei der Spalt nicht überbrückt ist und somit kein (elektrischer) Kontakt zwischen den Werkstü cken besteht. Dies wird auch als „Schweißung ohne Spaltüberbrückung“ oder „Spalt ohne (elektrischem) Kontakt“ bezeichnet. Ein Spalt zwischen den Werkstücken sollte also mög lichst nicht vorhanden sein oder sollte möglichst klein sein.
Bei einer Draufsicht, insbesondere bei einer Inspektion nach Durchführung des Laser schweißens, ist rein visuell nicht zu unterscheiden, ob eine ordnungsgemäße Schweißung, d.h. eine Schweißverbindung ohne Spalt, auch als „Gutschweißung“ oder als „Schweißung mit Nullspalt“ bezeichnet, vorliegt, oder ob eine Schweißung mit Spalt aber mit Spaltüber brückung, d.h. eine Schweißverbindung mit Spalt, oder eine Schweißung mit Spalt aber ohne Spaltüberbrückung vorliegt. Aktuell besteht keine Möglichkeit, einen falschen Freund während des Schweißprozesses zu erkennen.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, beim Laserschweißen eine Schweißver bindung zwischen Werkstücken einfach und schnell zu analysieren bzw. zu beurteilen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, beim Laserschweißen, eine einfache und schnelle Einterscheidung zwischen einer Schweißung ohne Spalt und einer Schweißung mit Spalt zu ermöglichen.
Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Schweißung mit einem zwischen den Werkstücken vorhandenen Spalt zu erkennen, ob ein Spalt mit Spalt überbrückung, d.h. mit elektrischem Kontakt zwischen den Werkstücken, oder ein Spalt ohne Anbindung, d.h. ohne elektrischen Kontakt zwischen den Werkstücken, vorliegt.
Es ist weiter eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Analyse bzw. die Unterschei dung in Echtzeit, insbesondere während des Laserschweißvorgangs der Schweißverbindung, zu ermöglichen.
Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, basierend auf beim Laserschweißen von Schweißver bindungen entstandener Prozessstrahlung und rückreflektierter Laserstrahlung Messsignale, ins besondere während des Laserschweißvorgangs, zu erfassen und geeignet auszuwerten, um dadurch Schweißungen bzw. Schweißverbindungen zu analysieren bzw. zu unterscheiden. Die Messsignale können durch Sensoren, insbesondere durch Photodioden, erfasst werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Analysieren bzw. Beurteilen einer Schweißverbindung beim Laserschweißen von Werkstücken angegeben wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erfassen eines ersten Messsignals einer beim Laserschweißen erzeugten Prozessstrahlung; Erfassen eines zweiten Messsig nals einer von den Werkstücken reflektierten Strahlung, insbesondere einer von den Werk stücken reflektierten Laserstrahlung; Bestimmen basierend auf dem ersten Messsignal, ob ein Spalt zwischen den verbundenen Werkstücken vorliegt; und wenn bestimmt wird, dass ein Spalt vorliegt, Bestimmen basierend auf dem zweiten Messsignal, ob eine Schweißver bindung bzw. eine Spaltüberbrückung besteht. Die reflektierte Strahlung kann hierbei zu mindest eines der folgenden umfassen: reflektierte Laserstrahlung des (Bearbeitungs- Laserstrahls, reflektierte LED Strahlung bzw. reflektiertes LED Licht, und reflektierte Pilotlaserstrahlung. Das Verfahren kann ferner umfassen: Einstrahlen einer LED Strahlung bzw. Beleuchten mit LED Licht, insbesondere Beleuchten einer aktuellen Bearbeitungspo sition bzw. Beleuchten eines Bereichs um einen aktuellen Auftreffpunkt eines (Bearbei tungs-Laserstrahls. Das Verfahren kann ferner umfassen: Einstrahlen eines Pilotlaser- Strahls, insbesondere Einstrahlen in eine aktuelle Bearbeitungsposition bzw. in einen Be reich um einen aktuellen Auftreffpunkt eines (Bearbeitungs-)Laserstrahls. Die reflektierte Strahlung bzw. der Pilotlaserstrahl bzw. das LED Licht kann jede beliebige Wellenlänge aufwei sen, insbesondere eine Wellenlänge im infraroten Bereich oder im sichtbaren grünen oder blauen Bereich. Insbesondere kann eine LED Lichtquelle oder eine Pilotlaserstrahlquelle beispielsweise eine Wellenlänge von ca. 630 nm oder ca. 530 nm aufweisen. Vorzugsweise verläuft zumindest ein Teil eines Strahlengangs eines in einen Bearbeitungsbereich eingestrahlten LED Lichts oder Pilotlaserstrahls koaxial zum Strahlengang eines Bearbeitungslaserstrahls.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es demnach möglich, zu erkennen, ob ein Spalt zwischen den verbundenen Werkstücken vorliegt. Ferner wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, zu erkennen, ob eine Schweißverbindung besteht. Die Schweißver bindung kann eine elektrische und/oder mechanische (d.h. physikalische) Schweißverbin dung bezeichnen, d.h. es besteht ein elektrischer bzw. mechanischer Kontakt zwischen den Werkstücken. Eine Schweißverbindung liegt vor, wenn kein Spalt zwischen den verbunde nen Werkstücken vorhanden ist (sogenannter Nullspalt), oder wenn ein Spalt vorhanden ist, dieser aber überbrückt wird (Spalt mit Spaltüberbrückung). Es besteht keine Schweißver bindung, wenn ein Spalt nicht überbrückt wird. Demnach kann das Verfahren zum Analy sieren einer geschweißten elektrischen Verbindung, insbesondere zum Erkennen eines fehlen den elektrischen Kontakts zwischen verbundenen Werkstücken, z.B. bei der Kontaktierung von Batteriezellen zu Batteriemodulen, verwendet werden. Somit kann erfindungsgemäß eine Unter scheidung von Gutschweißungen bzw. Schweißungen ohne Spalt von Schweißungen mit Spalt und eine Unterscheidung der Schweißungen mit Spalt in solche mit Spaltüberbrückung und in solche ohne Spaltüberbrückung erfolgen.
Ferner ist es möglich, die Schweißung zu klassifizieren in: (i) eine ordnungsgemäße Schweißverbindung, d.h. eine Schweißverbindung ohne Spalt, auch als „Gutschweißung“ oder als „Schweißung mit Nullspalt“ bezeichnet, (ii) eine Schweißung mit Spalt und mit Spaltüberbrückung, sodass ein (elektrischer bzw. mechanischer) Kontakt zwischen den verbundenen Werkstücken besteht, und (iii) eine Schweißung mit Spalt aber ohne Spalt überbrückung, sodass kein (elektrischer bzw. mechanischer) Kontakt zwischen den ver bundenen Werkstücken besteht, vorliegt. Die Klassifizierung erfolgt vorzugsweise noch beim Laserschweißen, d.h. während des Laserschweißvorgangs zur Herstellung der Schweißung.
Vorzugsweise werden die durch das Laserschweißen verbundenen Werkstücke als „gut“ bzw. „Gutteil“ bewertet oder gekennzeichnet, wenn bestimmt wird, dass eine Schweißverbindung besteht, und als „schlecht“ bzw. „Schlechtteil“ bewertet oder gekennzeichnet, wenn bestimmt wird, dass keine Schweißverbindung besteht. Basierend darauf kann ferner das Laserschweißen geregelt bzw. gesteuert werden. Beispielsweise können Bearbeitungsparameter wie zugeführte Laserleistung, Abstand einer Laserbearbeitungsvorrichtung zu den Werkstücken, eine Fokuspo sition und/oder Fokuslage eines zum Laserschweißen verwendeten Laserstrahls etc., insbesonde re in Echtzeit, angepasst bzw. geregelt werden. Das Verfahren kann weiter das Ausgeben ei nes Fehlers für Werkstücke umfassen, wenn bestimmt wird, dass keine Schweißverbindung besteht, und/oder das Ausgeben einer Warnung für Werkstücke umfassen, wenn bestimmt wird, dass ein Spalt, insbesondere ein Spalt mit Spaltbreite größer als einer vorgegebener Wert, vorliegt.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Bestimmen basierend auf dem zweiten Messsignal, ob eine Schweißverbindung bzw. eine Spaltüberbrückung besteht, nur dann erfolgen, wenn zuvor bestimmt wurde, dass ein Spalt vorhanden ist.
Zumindest ein Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens kann während des Laserschweißens der Schweißung, insbesondere in Echtzeit, durchgeführt werden. Demnach kann das erfindungs gemäße Verfahren als „In-Line- Verfahren“ bezeichnet werden. Vorzugsweise werden das erste und/oder zweite Messsignal während des Laserschweißens erfasst. Ebenso können das Bestim men, ob ein Spalt vorliegt, und/oder das Bestimmen, ob eine Schweißverbindung bzw. eine Spaltüberbrückung besteht, während des Laserschweißens erfolgen. Vorzugsweise wird das gesamte erfindungsgemäße Verfahren während des Laserschweißens ausgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere beim Laserschweißen im Überlapp- oder Parallelstoß verwendet werden.
Das erste Messsignal und/oder zweite Messsignal können auf einer Messung einer Strahlungsin tensität basieren. Insbesondere kann das erste Messsignal auf einer Messung einer Strahlungsin tensität der Prozessstrahlung basieren, und/oder das zweite Messsignal kann auf einer Messung einer Strahlungsintensität der reflektierten Strahlung, z.B. der reflektierten Laserstrahlung, basie ren. Die beim Laserschweißen erzeugte Prozessstrahlung kann eine Temperaturstrahlung im infraroten Wellenlängenbereich des Lichts und/oder eine Plasmastrahlung im sichtbaren Bereich des Lichts umfassen.
Das erste Messsignal kann in einem ersten Wellenlängenbereich oberhalb der Wellenlänge eines zum Laserschweißen verwendeten Laserstrahls und/oder oberhalb der Wellenlänge der reflek tierten Strahlung erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann das erste Messsignal in einem zweiten Wellenlängenbereich unterhalb der Wellenlänge eines zum Laserschweißen verwende- ten Laserstrahls und/oder unterhalb der Wellenlänge der reflektierten Strahlung erfasst werden. Der erste Wellenlängenbereich kann einem infraroten Wellenlängenbereich des Lichts entspre chen. Mit anderen Worten kann das erste Messsignal im ersten Wellenlängenbereich einer Tem peraturstrahlung entsprechen. Der zweite Wellenlängenbereich kann einem sichtbaren Wellen längenbereich des Lichts entsprechen. Mit anderen Worten kann das erste Messsignal im zweiten Wellenlängenbereich einer Plasmastrahlung entsprechen. Das erste Messsignal im ersten Wel lenlängenbereich kann durch mindestes eine erste Photodiode mit spektraler Empfindlichkeit im ersten Wellenlängenbereich erfasst werden. Das erste Messsignal im zweiten Wellenlängenbe reich kann durch mindestens eine zweite Photodiode mit spektraler Empfindlichkeit im zweiten Wellenlängenbereich erfasst werden. Mit anderen Worten wird das erste Messsignal vor zugsweise im ersten Wellenlängenbereich und im zweiten Wellenlängenbereich getrennt bzw. durch jeweils mindestens eine Photodiode erfasst.
Das zweite Messsignal bzw. die reflektierte Strahlung, insbesondere die reflektierte Laser strahlung, bzw. der für das Laserschweißen verwendete Laserstrahl bzw. der eingestrahlte Pilotlaserstrahl bzw. das eingestrahlte LED Licht kann im infraroten, blauen oder grünen Wellenlängenbereich bzw. Spektralbereich liegen. Mit anderen Worten kann eine Infrarot- Laserstrahlquelle als Strahlquelle für den (Bearbeitungs-)Laserstrahl oder für den Pilotla serstrahl verwendet werden. Alternativ kann eine Laserstrahlquelle des für das Laser schweißen verwendeten Laserstrahls oder des Pilotlaserstrahls im grünen oder blauen Spektral- bzw. Wellenlängenbereich emittieren.
Das erste Messsignal kann also basierend auf einer Detektion von Strahlungsintensität der Pro zessstrahlung in einem ersten Wellenlängenbereich, insbesondere in einem infraroten Bereich, um Temperaturstrahlung zu detektieren, und/oder basierend auf einer Detektion von Strahlungs intensität der Prozessstrahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich, insbesondere in einem sichtbaren Bereich, um Plasmastrahlung zu detektieren, erfasst werden. Das in dem ersten Wel lenlängenbereich erfasste erste Messsignal kann dementsprechend als „Temperatursignal“ be zeichnet werden. Das in dem zweiten Wellenlängenbereich erfasste erste Messsignal kann dem entsprechend als „Plasmasignal“ bezeichnet werden.
Die beim Laserschweißen erzeugte Prozessstrahlung kann durch mindestens eine (erste und/oder zweite) Photodiode als erstes Messsignal erfasst werden und/oder die reflektierte Strahlung kann durch mindestens eine (dritte) Photodiode als zweites Messsignal erfasst werden. Die dritte Photodiode kann eine spektrale Empfindlichkeit im Wellenlängenbe reich des zum Laserschweißen verwendeten Lasers aufweisen. Mit anderen Worten werden das erste und das zweite Messsignal vorzugsweise getrennt bzw. durch jeweils mindestens eine Photodiode erfasst. Die Photodioden weisen vorzugsweise voneinander verschiedene spektrale Empfindlichkeiten auf.
Das Bestimmen, ob ein Spalt zwischen den Werkstücken vorliegt, kann das Bestimmen einer Spaltbreite basierend auf dem ersten Messsignal umfassen. In diesem Fall kann bestimmt werden, dass ein Spalt vorliegt, wenn die Spaltbreite größer als ein vorgegebener Spaltbreiten- Grenzwert ist. Der Spaltbreiten-Grenzwert kann zwischen 50 pm und 200 pm, insbesonde re 100 pm und 175 pm, liegen oder 50 pm, 100 pm oder 150 pm betragen.
Die Spaltbreite kann beispielsweise als kürzester Abstand zwischen den verbundenen Werkstücken angrenzend zu aber außerhalb der Schweißung bzw. einer Schweißnaht defi niert sein. Beispielsweise kann die Spaltbreite, beispielsweise beim Überlappstoß oder Pa rallelstoß, als kürzester Abstand zwischen den gegenüberliegend angeordneten Werkstück oberflächen definiert sein.
Das Bestimmen, ob ein Spalt zwischen den Werkstücken vorliegt, kann das Bestimmen um fassen, ob das erste Messsignal unter einem Referenzwert oder einem Referenzverlauf liegt. Wenn das erste Messsignal jeweils für den ersten Wellenlängenbereich und den zweiten Wellen längenbereich erfasst wird, kann bestimmt werden, ob das erste Messsignal des ersten Wellen längenbereichs unter einem ersten Referenzwert bzw. Referenzverlauf liegt und ob das erste Messsignal des zweiten Wellenlängenbereichs unter einem zweiten Referenzwert bzw. Refe renzverlauf liegt. Der Referenzverlauf kann eine untere Hüllkurve sein. In diesem Fall kann be stimmt werden, dass ein Spalt zwischen den Werkstücken vorliegt, wenn das Messsignal unter dem Referenzwert oder dem Referenzverlauf liegt. Das Bestimmen, ob ein Spalt zwischen den Werkstücken vorliegt, kann auch das Bestimmen umfassen, ob das erste Messsignal unter einen Referenzwert oder einen Referenzverlauf abfällt. In diesem Fall kann bestimmt werden, dass ein Spalt zwischen den Werkstücken vorliegt, wenn das Messsignal unter dem Refe renzwert oder dem Referenzverlauf abfällt.
Das Bestimmen, ob ein Spalt zwischen den Werkstücken vorliegt, kann das Bilden eines ers ten Integrals über das erste Messsignal umfassen. In diesem Fall kann bestimmt werden, dass ein Spalt zwischen den Werkstücken vorliegt, wenn das erste Integral einen vorgegebenen ersten Integral -Grenzwert unterschreitet. Das erste Integral kann über mindestens einen Bereich des ersten Messsignals gebildet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das Bestimmen, ob ein Spalt zwischen den Werkstücken vor liegt, das Bilden eines ersten Mittelwerts über das erste Messsignal umfassen. In diesem Fall kann bestimmt werden, dass ein Spalt zwischen den Werkstücken vorliegt, wenn der erste Mittelwert einen vorgegebenen ersten Mittelwert-Grenzwert unterschreitet. Der erste Mittelwert kann über mindestens einen Bereich des ersten Messsignals gebildet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das Bestimmen, ob ein Spalt zwischen den Werkstücken vor liegt, das Ermitteln einer ersten Ausreißerhäufigkeit des ersten Messsignals umfassen. In diesem Fall kann bestimmt werden, dass ein Spalt zwischen den Werkstücken vorliegt, wenn die erste Ausreißerhäufigkeit des ersten Messsignals einen vorgegebenen ersten Ausreißer-Grenzwert überschreitet. Die erste Ausreißerhäufigkeit kann über mindestens einen Bereich des ersten Messsignals gebildet werden.
Wenn das erste Messsignal jeweils für den ersten Wellenlängenbereich und den zweiten Wellen längenbereich erfasst wird, kann das Bestimmen, ob ein Spalt zwischen den Werkstücken vor liegt, das Bilden eines ersten Integrals über das im ersten Wellenlängenbereich erfasste erste Messsignal, d.h. das Temperatursignal, und das Bilden eines zweiten Integrals über das im zwei ten Wellenlängenbereich erfasste erste Messsignal, d.h. das Plasmasignal, umfassen, wobei be stimmt wird, dass ein Spalt zwischen den Werkstücken vorliegt, wenn das erste Integral einen vorgegebenen ersten Integral -Grenzwert unterschreitet und/oder wenn das zweite Integral einen vorgegebenen zweiten Integral -Grenzwert unterschreitet.
Wenn das erste Messsignal jeweils für den ersten Wellenlängenbereich und den zweiten Wellen längenbereich erfasst wird, kann das Bestimmen, ob ein Spalt zwischen den Werkstücken vor liegt, das Bilden eines ersten Mittelwerts über das im ersten Wellenlängenbereich erfasste erste Messsignal, d.h. das Temperatursignal, und das Bilden eines zweiten Mittelwerts über das im zweiten Wellenlängenbereich erfasste erste Messsignal, d.h. das Plasmasignal, umfassen, wobei bestimmt wird, dass ein Spalt zwischen den Werkstücken vorliegt, wenn der erste Mittelwert einen vorgegebenen ersten Mittelwert-Grenzwert unterschreitet und/oder wenn der zweite Mit telwert einen vorgegebenen zweiten Mittelwert-Grenzwert unterschreitet.
Wenn das erste Messsignal jeweils für den ersten Wellenlängenbereich und den zweiten Wellen längenbereich erfasst wird, kann das Bestimmen, ob ein Spalt zwischen den Werkstücken vor liegt, das Ermitteln einer ersten Ausreißerhäufigkeit des im ersten Wellenlängenbereich erfass ten ersten Messsignals, d.h. des Temperatursignals, und das Berechnen einer zweiten Ausreißer häufigkeit des im zweiten Wellenlängenbereich erfassten ersten Messsignals, d.h. des Plasma signals, umfassen. In diesem Fall kann bestimmt werden, dass ein Spalt zwischen den Werk stücken vorliegt, wenn die erste Ausreißerhäufigkeit einen vorgegebenen ersten Ausreißer- Grenzwert überschreitet und/oder wenn die zweite Ausreißerhäufigkeit einen vorgegebenen zweiten Ausreißer-Grenzwert überschreitet.
Die Ausreißerhäufigkeit kann definiert sein als eine Häufigkeit bzw. Anzahl von Werten des ersten Messsignals, die außerhalb von vorgegebenen Hüllkurven für das erste Messsignal liegen. Die Ausreißerhäufigkeit kann prozentual bezogen auf ein betrachtetes und/oder vorgegebenes Zeitintervall bzw. Messintervall bzw. auf einen betrachteten und/oder vorgegebenen Bereich des ersten Messsignals angegeben sein. Alternativ kann die Ausreißerhäufigkeit absolut angegeben sein. Wird das erste Messsignal im ersten und im zweiten Wellenlängenbereich erfasst, kann jeweils getrennt die erste Ausreißerhäufigkeit, basierend auf einer Häufigkeit bzw. Anzahl von Werten des ersten Messsignals im ersten Wellenlängenbereich, die außerhalb von vorgebebenen ersten Hüllkurven für das erste Messsignal liegen, und die zweite Ausreißerhäufigkeit, basierend auf einer Häufigkeit bzw. Anzahl von Werten des ersten Messsignals im zweiten Wellenlängen bereich, die außerhalb von vorgebebenen zweiten Hüllkurven für das erste Messsignal liegen, bestimmt werden.
Das Bestimmen, ob eine Schweißverbindung bzw. eine Spaltüberbrückung besteht, kann ba sierend auf einem Rauschen des zweiten Messsignals bestimmt werden. Das Rauschen kann bestimmt werden als Abweichung von einem Mittelwert des zweiten Messsignals, z.B. in einem vorgegebenen Zeitintervall bzw. Messintervall bzw. in einem betrachteten und/oder vorgegebenen Bereich des zweiten Messsignals, und optional mit einem Verstärkungs faktor versehen werden. Das Rauschen kann auch als „Rauschsignal“ oder als „Rauschanteil“ des zweiten Messsignals bezeichnet werden.
Es kann bestimmt werden, dass keine Schweißverbindung bzw. eine Spaltüberbrückung be steht, wenn eine Ausreißerhäufigkeit des Rauschens des zweiten Messsignals einen vorgegebe nen ersten Rausch-Grenzwert überschreitet, und/oder wenn ein Integral über das Rauschen des zweiten Messsignals einen vorgegebenen zweiten Rausch-Grenzwert überschreitet.
Die Ausreißerhäufigkeit des Rauschens des zweiten Messsignals kann definiert sein als eine Häufigkeit bzw. Anzahl von Werten des Rauschens, die außerhalb vorgegebener Hüllkurven und/oder vorgegebener Toleranzbereiche für das Rauschen liegen. Die Ausreißerhäufigkeit kann prozentual bezogen auf ein betrachtetes Zeitintervall und/oder Messintervall bzw. auf einen Be reich des zweiten Messsignals angegeben sein. Alternativ kann die Ausreißerhäufigkeit absolut angegeben sein. Zumindest eines der Werkstücke kann Aluminium und/oder Kupfer und/oder Nickel auf weisen oder daraus bestehen. Insbesondere kann eines der Werkstücke aus Aluminium be stehen und ein anderes der Werkstücke kann Kupfer umfassen, wobei letzteres optional mit Nickel beschichtet (Schichtdicke z.B. 8 pm) sein kann. Die Beschichtung kann galvanisch aufgebracht sein.
Zumindest eines der Werkstücke kann eine Dicke von 0,10 mm bis 0,50 mm, bevorzugt eine Dicke von 0,15 mm bis 0,35 mm, besonders bevorzugt eine Dicke von 0,20 mm bis 0,30 mm aufweisen.
Die Werkstücke können ein Blech oder ein Ableiter sein oder umfassen. Eines der Werk stücke kann eine Batterie, ein Batteriemodul und/oder eine Batteriezelle umfassen, und/oder ein weiteres der Werkstücke kann einen Ableiter umfassen. Als Schweißung kann ein geschweißter elektrischer Kontakt zwischen dem Ableiter und der Batteriezelle analy siert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Laser schweißen eines ersten Werkstücks und eines zweiten Werkstücks angegeben, umfassend die Schritte: Anordnen der Werkstücke derart, dass eine erste Oberfläche des ersten Werkstücks und eine erste Oberfläche des zweiten Werkstücks aufeinander liegen bzw. miteinander in Kontakt sind; Laserschweißen der Werkstücke zum Ausbilden einer Schweißverbindung zwischen den Werkstücken durch Einstrahlen eines Laserstrahls auf eine zweite Oberfläche des ersten Werk stücks, wobei die zweite Oberfläche des ersten Werkstücks der ersten Oberfläche des ersten Werkstücks gegenüberliegt und/oder durch Einstrahlen eines Laserstrahls auf eine zweite Ober fläche des zweiten Werkstücks, wobei die zweite Oberfläche des zweiten Werkstücks der ersten Oberfläche des zweiten Werkstücks gegenüberliegt; und Durchführen des Verfahrens zum Ana lysieren der Schweißverbindung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.
Die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche des ersten Werkstücks und/oder die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche des zweiten Werkstücks können parallel zueinander ausgebildet sein. Das erste Werkstück und/oder das zweite Werkstück kann als Blech oder Ableiter ausgebildet sein oder ein Bleck oder einen Ableiter umfassen. Die ersten und zweiten Oberflächen der Werkstücke können als Hauptoberflächen der Werkstücke be zeichnet werden.
Die ersten Oberflächen der Werkstücke können sich in zumindest einem Bereich berühren. In einem weiteren Bereich kann ein Spalt zwischen den Werkstücken vorhanden sein. Das Anordnen der Werkstücke kann mit dem Ziel erfolgen, dass der Spalt zwischen den Werkstücken nicht vorhanden oder möglichst klein ist. Die Werkstücke können im Über lappstoß oder Parallelstoß angeordnet werden.
Die erfindungsgemäßen Verfahren können durch ein Laserbearbeitungssystem durchgeführt werden, welches eine Laserbearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels Laserstrahl, insbesondere einen Laserschweißkopf, und ein Sensormodul umfasst. Die Laserbe arbeitungsvorrichtung kann einen Strahlteiler zum Auskoppeln von Prozessstrahlung aus dem Strahlengang des Laserstrahls aufweisen. Die Laserbearbeitungsvorrichtung kann einen opti schen Ausgang zum Auskoppeln von Prozessstrahlung umfassen und das Sensormodul kann einen optischen Eingang zum Einkoppeln der aus der Laserbearbeitungsvorrichtung austretenden Prozessstrahlung umfassen. Das Sensormodul umfasst mindestens einen Detektor zum Detektie- ren der Prozessstrahlung und zum Detektieren der reflektierten Strahlung, in diesem Beispiel der reflektierten Laserstrahlung des (Bearbeitungs-)Laserstrahls. In einem Ausführungsbeispiel kann das Laserbearbeitungssystem eine LED-Beleuchtungseinheit zum Einstrahlen von LED Licht umfassen. In diesem Fall umfasst die durch das Sensormodul detektierte reflektierte Strahlung reflektierte LED Strahlung bzw. reflektiertes LED Licht. In einem weiteren Ausführungsbei spiel kann das Laserbearbeitungssystem eine Pilotlaser-Einheit zum Einstrahlen eines Pilotlaser strahls umfassen. In diesem Fall umfasst die durch das Sensormodul detektierte reflektierte Strahlung reflektierte Pilotlaserstrahlung bzw. reflektiertes LED Licht. Die Pilotlaser-Einheit kann eine Pilotlaser-Strahlquelle umfassen. Das Laserbearbeitungssystem kann eine Pilotlaser strahlquelle, z.B. zum Erzeugen eines Pilotlaserstrahls mit einer Wellenlänge von ca. 630 nm oder ca. 530 nm, umfassen. Alternativ oder zusätzlicsh kann das Laserbearbeitungssystem eine LED Quelle zur Erzeugung von LED Lichts umfassen. Das LED-Licht kann, z.B. mittels eines Strahlteilers, in einen Strahlengang des Bearbeitungslaserstrahls bzw. in die Laserbearbeitungs vorrichtung eingekoppelt werden. Das Sensormodul kann an die Laserbearbeitungsvorrichtung gekoppelt sein. Der zumindest eine Detektor kann eingerichtet sein, um zumindest einen Strahl parameter der Prozessstrahlung, insbesondere eine Intensität in einem bestimmten Wellenlän genbereich, zu detektieren. Der zumindest eine Detektor kann ferner eingerichtet sein, um basie rend auf der Detektion ein Messsignal auszugeben. Die Detektoren können eine Photodiode und/oder ein Photodiodenarray und/oder eine Kamera, beispielsweise eine CMOS- oder CCD- basierte Kamera, umfassen. Das Sensormodul kann mehrere Detektoren umfassen, die jeweils eingerichtet sind, um die Prozessstrahlung bei verschiedenen Wellenlängen bzw. in verschiede nen Wellenlängenbereichen zu detektieren. Das Laserbearbeitungssystem kann ferner eine Steu ereinheit umfassen. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, um analoge Messsignale von dem zumindest einen Detektor zu empfangen. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, ein Verfahren gemäß einer der in dieser Offenbarung aufgeführten Ausführungsformen durchzuführen, um Schweißverbindungen zu analysieren. Die Steuereinheit kann ferner eingerichtet sein, um basie rend auf einem Ergebnis der Analyse das Laserbearbeitungssystem, insbesondere die Laserbear beitungsvorrichtung, wie vorstehend beschrieben zu regeln bzw. zu steuern.
Die jeweiligen Detektoren können nur bei einer bestimmten Wellenlänge oder in einem be stimmten Wellenlängenbereich sensitiv sein. Beispielsweise kann ein erster Detektor im sichtba ren Bereich des Lichts sensitiv sein, ein zweiter Detektor kann in einem infraroten Bereich sensi tiv sein, und/oder ein dritter Detektor kann in einem Laseremissions-Wellenlängenbereich der Laserbearbeitungsvorrichtung sensitiv sein. Die Detektoren können also so ausgebildet sein, dass sie in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen sensitiv sind. Gemäß einer Ausführung umfasst das Sensormodul einen ersten Detektor mit einer Photodiode, die im sichtbaren Spektrum des Lichts sensitiv ist, um Plasma-Prozessemissionen bzw. Plasmastrahlung zu detektieren, einen zweiten Detektor, mit einer Photodiode, die im infraroten Wellenlängenbereich sensitiv ist, um Temperatur-Prozessemissionen bzw. Temperaturstrahlung zu detektieren, und einen dritten De tektor mit einer Photodiode, die im Laseremissions-Wellenlängenbereich sensitiv ist, um Rück reflexe des Lasers der Laserbearbeitungsvorrichtung zu detektieren. Demnach kann mit dem Laserbearbeitungssystem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden. Insbesondere können durch das beschriebene Sensormodul das erste Messsignal, insbesondere das Tempera tursignal und/oder das Plasmasignal, und das zweite Messsignal erfasst werden.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Detektion von Spalten und insbeson dere zur Unterscheidung von Spalten mit Anbindung bzw. mit Kontakt und von Spalten ohne Anbindung bzw. ohne Kontakt, insbesondere mit Hilfe von Sensoren wie Photodioden, angege ben.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren im Detail beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Laserbearbeitungssystems zur Bearbeitung ei nes Werkstücks mittels eines Laserstrahls zum Durchführen eines Verfahrens zum Analysieren einer Schweißverbindung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
Fig. 2 zeigt eine detaillierte schematische Darstellung eines Sensormoduls des in Fig. 1 darge stellten Laserbearbeitungssystems; Fig. 3 zeigt ein Flussidagramm eines Verfahrens zum Analysieren einer Schweißverbindung beim Laserschweißen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
Fig. 4A-4D zeigen Schweißverbindungen, die mit einem Verfahren zum Analysieren einer Schweißverbindung beim Laserschweißen von Werkstücken gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung analysiert wurden;
Fig. 5A-5D zeigen beispielhaft zeitliche Verläufe von Messsignalen, die von einem Verfahren zum Analysieren einer Schweißverbindung beim Laserschweißen von Werkstücken gemäß Aus führungsformen erfasst wurden; und
Fig. 6 zeigt beispielhaft eine Bestimmung von Spaltbreiten durch ein Verfahren zum Analysieren einer Schweißverbindung beim Laserschweißen von Werkstücken gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden, sofern nicht anders vermerkt, für gleiche und gl eich wirkende Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Laserbearbeitungssystems zur Bearbeitung ei nes Werkstücks mittels eines (Bearbeitungs-)Laserstrahls gemäß Ausführungsformen der vorlie genden Offenbarung. Fig. 2 zeigt eine detaillierte schematische Darstellung des Sensormoduls des in Fig. 1 dargestellten Laserbearbeitungssystems.
Das Laserbearbeitungssystem 1 umfasst eine Laserbearbeitungsvorrichtung 10, ein Sensormodul 20 und eine Steuereinheit 40.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 10, die beispielsweise als Laserbearbeitungskopf, insbesonde re als Laserschweißkopf, ausgebildet sein kann, ist eingerichtet, um einen von einer Laserlicht quelle oder einem Ende einer Laserleitfaser austretenden (Bearbeitungs-)Laserstrahl (nicht ge zeigt) mit Hilfe einer Strahlführungs- und Fokussieroptik (nicht gezeigt) auf das zu bearbeitende Werkstücke 30a, 30b zu fokussieren oder zu bündeln, um dadurch eine Bearbeitung oder einen Bearbeitungsprozess auszuführen. Die Bearbeitung kann insbesondere ein Laserschweißen um fassen. Bei der Bearbeitung entsteht Prozessstrahlung 11, die in die Laserbearbeitungsvorrich tung 10 eintritt und dort von einem Strahlteiler 12 aus dem Strahlengang des Laserstrahls ausge- koppelt wird. Die Prozessstrahlung wird in das Sensormodul 20 geleitet und trifft dort auf zu mindest einen Detektor Dl, D2, D3.
Zur Bearbeitung können die Werkstücke 30a, 30b derart angeordnet werden, dass sie sich über lappen. Die Werkstücke 30a, 30b können insbesondere im Parallelstoß oder Überlappstoß ange ordnet sein.
Wie in Fig. 1 liegt beispielsweise eine untere Oberfläche des Werkstücks 30a einer oberen Ober fläche des Werkstücks 30b gegenüber und der Laserstrahl wird auf eine obere Oberfläche des Werkstücks 30a eingestrahlt. Die oberen Oberflächen und die unteren Oberflächen der Werkstü cke 30a, 30b können auch als Hauptflächen oder Hauptoberflächen der Werkstücke 30a, 30b bezeichnet werden.
Wie gezeigt erfolgt das Einstrahlen des Laserstrahls auf die obere Oberfläche bzw. die obere Hauptfläche des Werkstücks 30a, vorzugweise im Wesentlichen senkrecht zu den Hauptflächen der Werkstücke 30a, 30b. Das Einstrahlen des Laserstrahls erfolgt demnach nicht auf die Ränder oder Kanten oder parallel zu den Hauptflächen der Werkstücke 30a, 30b.
Demnach wird die entstehende Prozessstrahlung 11 von der oberen Oberfläche bzw. von der oberen Hauptfläche des Werkstücks 30a abgestrahlt. Die Erfassung der Prozessstrahlung 11 er folgt also vorzugsweise von der oberen Oberfläche des Werkstücks 30a. Ebenso erfolgt die Er fassung einer reflektierten Strahlung vorzugweise von der oberen Oberfläche des Werkstücks 30a. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann das Laserbearbeitungssystem eine LED- Beleuchtungseinheit zum Einstrahlen von LED Licht in einen Bearbeitungsbereich auf dem Werkstück umfassen. In diesem Fall umfasst die durch das Sensormodul detektierte reflektierte Strahlung reflektierte LED Strahlung bzw. reflektiertes LED Licht. In einem weiteren nicht ge zeigten Ausführungsbeispiel kann das Laserbearbeitungssystem eine Pilotlaser-Einheit zum Ein strahlen eines Pilotlaserstrahls in einen Bearbeitungsbereich auf dem Werkstück umfassen. In diesem Fall umfasst die durch das Sensormodul detektierte reflektierte Strahlung reflektierte Pilotlaserstrahlung bzw. reflektiertes LED Licht. Die Pilotlaser-Einheit kann eine Pilotlaser- Strahlquelle umfassen.
Insbesondere zum Laserschweißen der Werkstücke 30a 30b sollte das Anordnen der Werkstücke 30a, 30b im Überlapp oder Parallelstoß derart erfolgen, dass ein Spalt zwischen den so angeord neten Werkstücken 30a, 30b nicht vorhanden ist, oder dass der Spalt möglichst klein ist. Wie gezeigt ist ein (unerwünschter) Spalt zwischen den Werkstücken 30a, 30b, d.h. zwischen der oberen Oberfläche des Werkstücks 30b und der unteren Oberfläche des Werkstücks 30a, vor- handen. Bei einer Draufsicht auf die Werkstücke 30a, 30b, insbesondere bei einer Draufsicht auf die obere Oberfläche des Werkstücks 30a oder einer Draufsicht auf die untere Oberfläche des Werkstücks 30b kann nicht erkannt werden, ob ein Spalt zwischen den Werkstücken 30a, 30b vorhanden ist.
Wie in Fig. 2 gezeigt umfasst das Sensormodul 20 vorzugsweise mehrere Detektoren oder Sen soren Dl, D2, D3 die eingerichtet sind, um verschiedene Parameter, wie beispielsweise eine In tensität, der Prozessstrahlung 11 zu erfassen und darauf basierend ein Messignal auszugeben. Jeder der Detektoren Dl, D2, D3 kann eine Photodiode oder ein Photodioden- oder Pixelarray umfassen. Vorzugsweise umfassen die Detektoren eine Photodiode bzw. einen Sensor für den sichtbaren Spektralbereich, eine Photodiode bzw. einen Sensor für den infraroten Spektralbe reich und eine Photodiode bzw. einen Sensor für einen Wellenlängenbereich des Laserstrahls bzw. des eingestrahlten Pilotlaserstrahls bzw. des eingestrahlten LED Lichts. Ferner kann das Sensormodul 20 mehrere Strahlteiler 221, 222 umfassen, um die Prozessstrahlung 11 aufzuspal ten und auf die entsprechenden Detektoren Dl, D2, D3 zu richten. Die Strahlteiler 221, 222 kön nen als teildurchlässige Spiegel ausgebildet und können gemäß Ausführungsformen wellenlän genselektiv sein.
Die Steuereinheit 40 ist mit dem Sensormodul 20 verbunden und empfängt die Messignale der Detektoren Dl, D2, D3. Die Steuereinheit 40 kann eingerichtet sein, um die Messsignale der Detektoren Dl, D2, D3 aufzuzeichnen. Die Steuereinheit 40 ist eingerichtet, um ein Bearbei tungsergebnis der Laserbearbeitung zu bestimmen und/oder zu analysieren, und ist insbesondere eingerichtet, um Schweißverbindungen zu analysieren. Die Steuereinheit 40 kann ferner einge richtet sein, um basierend auf einem Ergebnis der Analyse die Laserbearbeitungsvorrichtung 10 zu steuern.
Das Laserbearbeitungssystem 1 kann eingerichtet sein, um Laserbearbeitungsprozesse, insbe sondere ein Laserschweißen durchzuführen, und um Verfahren zum Analysieren einer Schweiß verbindung beim Laserschweißen von Werkstücken gemäß Ausführungsformen der vorliegen den Offenbarung durchzuführen.
Fig. 3 zeigt ein Flussidagramm eines Verfahrens zum Analysieren einer Schweißverbindung beim Laserschweißen von Werkstücken gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenba rung.
Das Verfahren beginnt mit dem Erfassen eines ersten Messsignals für eine beim Laserschweißen erzeugte Prozessstrahlung (Schritt Sl). Ferner umfasst das Verfahren das Erfassen eines zweiten Messsignals für eine von den Werkstücken reflektierte Strahlung (Schritt S2). Das Erfassen des ersten Messignals und das Erfassen des zweiten Messsignals kann gemäß Ausführungsformen gleichzeitig erfolgen. Anschließend wird basierend auf dem ersten Messsignal bestimmt, ob ein Spalt zwischen den Werkstücken vorliegt (Schritt S3). Wenn bestimmt wird, dass ein Spalt vor liegt, wird basierend auf dem zweiten Messsignal bestimmt, ob eine Schweißverbindung bzw. eine Spaltüberbrückung zwischen den beiden Werkstücken besteht oder vorliegt (Schritt S4). Mit anderen Worten wird bestimmt, ob ein elektrischer bzw. mechanischer Kontakt zwischen den Werkstücken besteht.
Durch das Verfahren ist es demnach möglich, zu erkennen, ob ein Spalt zwischen den ver bundenen Werkstücken vorliegt. Ferner wird durch das Verfahren ermöglicht, zu erkennen, ob eine Spaltüberbrückung, d.h. eine Schweißverbindung, insbesondere eine elektrische und mechanische Schweißverbindung, vorliegt. Insbesondere kann das Verfahren zum Analysie ren einer geschweißten elektrischen Verbindung, beispielsweise zum Erkennen eines fehlenden elektrischen Kontakts zwischen verbundenen Werkstücken, verwendet werden. Demnach ist es möglich, zu unterscheiden, ob eine ordnungsgemäße Schweißung, d.h. eine Schweißung ohne Spalt, auch als „Gutschweißung“ oder als „Schweißung mit O-Spalt“ bezeichnet, vor liegt, oder ob eine Schweißung mit Spalt und mit Spaltüberbrückung, sodass ein elektri scher Kontakt zwischen den verbundenen Werkstücken besteht, oder eine Schweißung mit Spalt aber ohne Spaltüberbrückung, sodass kein elektrischer Kontakt zwischen den verbun denen Werkstücken besteht, vorliegt.
Das erste Messsignal wird vorzugsweise in zwei verschiedenen Wellenlängenbereichen erfasst. Beispielsweise kann das erste Messsignal auf einer Detektion von Strahlungsintensität der Pro zessstrahlung in einem ersten Wellenlängenbereich oberhalb der Wellenlänge der reflektierten Strahlung bzw. oberhalb der Wellenlänge des zum Laserschweißen verwendeten Laserstrahls, insbesondere in einem infraroten Bereich, und auf einer Detektion von Strahlungsintensität der Prozessstrahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich unterhalb der Wellenlänge der reflek tierten Strahlung bzw. unterhalb der Wellenlänge des Laserstrahls, insbesondere in einem sicht baren Bereich erfasst werden. Das in dem ersten Wellenlängenbereich erfasste erste Messsignal kann einer Temperaturstrahlung entsprechen und als „Temperatursignal“ bezeichnet werden. Das in dem zweiten Wellenlängenbereich erfasste erste Messsignal kann einer Plasmastrahlung ent sprechen und als „Plasmasignal“ bezeichnet werden. Es ist aber auch möglich, nur das erste Messsignal nur in einem dieser Wellenlängenbereiche zu erfassen bzw. auszuwerten. Wie oben erwähnt, kann die reflektierte Strahlung reflektierte Laserstrahlung eines eingestrahlten Pilotla serstrahls oder reflektierte Laserstrahlung des für den Schweißprozess verwendeten (Bearbei- tungs-)-Laserstrahls oder reflektierte Laserstrahlung eines eingestrahlten LED Lichts umfassen. In dem Ausführungsbeispiel von Figuren 1 und 2 kann das Plasmasignal durch den Detektor Dl erfasst werden, welcher in einem Wellenlängenbereich unterhalb der Wellenlänge der reflektier ten Strahlung bzw. des Laserstrahls, insbesondere im sichtbaren Wellenlängenbereich des Lichts, sensitiv ist, um die Intensität von Plasma-Prozessemissionen zu detektieren. Das Temperatursig- nal kann durch den Detektor D2 erfasst werden, welcher in einem Wellenlängenbereich oberhalb der Wellenlänge der reflektierten Strahlung bzw. des Laserstrahls, insbesondere in einem infra roten Wellenlängenbereich des Lichts, sensitiv ist, um die Intensität von Prozessemissionen im Infrarot- oder Temperatur-Spektralbereich, d.h. von Temperaturstrahlung, zu detektieren. Das zweite Messsignal kann durch den Detektor D3 erfasst werden, welcher im Wellenlängenbereich der reflektierten Strahlung bzw. des Laserstrahls sensitiv ist, um Rückreflexe des Lasers der La serbearbeitungsvorrichtung zu detektieren.
Gemäß Ausführungsformen kann das Bestimmen, ob ein Spalt zwischen den Werkstücken vor liegt, (Schritt S3) das Bilden eines ersten Integrals über das Plasmasignal und das Bilden eines zweiten Integrals über das Temperatursignal umfassen. In diesem Fall kann bestimmt werden, dass ein Spalt zwischen den Werkstücken vorliegt, wenn das erste Integral einen vorgegebenen ersten Integral -Grenzwert unterschreitet und/oder wenn das zweite Integral einen vorgegebenen zweiten Integral -Grenzwert unterschreitet.
Gemäß Ausführungsformen kann das Bestimmen, ob eine Schweißverbindung bzw. eine Spalt überbrückung besteht, (Schritt S4) basierend auf einem Rauschen des zweiten Messsignals erfol gen. In diesem Fall kann bestimmt werden, dass keine Schweißverbindung bzw. keine Spalt überbrückung besteht, wenn eine Ausreißerhäufigkeit des Rauschens des zweiten Messsignals einen vorgegebenen ersten Rausch-Grenzwert überschreitet, und/oder wenn ein Integral über das Rauschen des zweiten Messsignals einen vorgegebenen zweiten Rausch-Grenzwert überschrei tet. Das Rauschen kann als eine Abweichung von einem Mittelwert des zweiten Messsignals, vorzugsweise in einem vorgegebenen Zeitintervall bzw. Messsignal, und insbesondere verstärkt um einen vorgegebenen Faktor, definiert sein. Der Mittelwert kann vorgegeben sein oder basie rend auf dem zweiten Messsignal bestimmt werden.
Gemäß Ausführungsformen kann zumindest einer der Schritte S1 bis S4 während des Laser schweißens der Schweißverbindung erfolgen.
Vorzugsweise umfasst eines der Werkstücke eine Batterie, ein Batteriemodul und/oder eine Bat teriezelle und ein weiteres der Werkstücke umfasst einen Ableiter. In diesem Fall kann das Ver fahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zum Analysieren eines ge- schweißten elektrischen Kontakts zwischen dem Ableiter und der Batterie, dem Batteriemodul bzw. der Batteriezelle eingesetzt werden. Insbesondere kann eines der Werkstücke aus Alu minium bestehen und ein anderes der Werkstücke kann Kupfer umfassen und mit Nickel beschichtet sein. Die Beschichtung kann galvanisch aufgebracht sein. Zumindest einer der Werkstücke kann eine Dicke von 0,10 mm bis 0,50 mm, bevorzugt eine Dicke von 0,15 mm bis 0,35 mm, besonders bevorzugt eine Dicke von 0,20 mm bis 0,30 mm aufweisen.
In einer Ausführungsform werden Ableiter von zwei oder mehr Batterien verschweißt bzw. miteinander kontaktiert. Die Ableiter können aus Kupfer Cu oder Aluminium Al sein. Ins besondere kann ein Ableiter einer ersten Batterie aus Aluminium oder Kupfer sein und ein Ableiter einer zweiten Batterie kann aus Aluminium oder Kupfer sein, sodass die Schweiß verbindung zwischen Aluminium und Aluminium Al-Al, oder zwischen Kupfer und Kupfer Cu-Cu oder zwischen Aluminium und Kupfer Al-Cu gebildet wird.
Das Laserschweißen kann das gasdichte Schweißen von Zellgehäusen von Batteriezellen, das Schweißen von Membranen von Zelldeckeln von Batteriezellen, das Schweißen von Anschlüs sen in den Zelldeckeln von Batteriezellen und das Schweißen einer Berstplatte von Zelldeckeln von Batteriezellen umfassen.
Das Verfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann insbesondere zum Analysieren einer Schweißverbindung beim Laserschweißen von Werkstücken im Über lapp- oder Parallelstoß, und insbesondere bei I- Schweißnähten, verwendet werden.
Fig. 4A-4D zeigen Schweißverbindungen, die mit einem Verfahren zum Analysieren einer Schweißverbindung beim Laserschweißen von Werkstücken gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung analysiert wurden.
Fig. 4A-4D zeigen jeweils in der oberen Zeile („Camera“) eine Draufsicht von beim Laser schweißen im Überlappstoß entstanden I-Schweißnähten und zeigen jeweils in der mittleren Zei le eine Schnittansicht der jeweiligen Schweißnaht. In der unteren Zeile ist jeweils eine schematische Ansicht der Schnittansicht gezeigt. Bei der Draufsicht auf die jeweiligen Werkstücke 30a, 30b bzw. die jeweiligen Schweißnähte ist nicht zu unterscheiden, ob eine Schweißung ohne Spalt, eine Schweißung mit Spalt und Spaltüberbrückung, oder eine Schweißung mit Spalt aber ohne Spaltüberbrückung vorliegt. Die Draufsicht erfolgt auf die obere Oberfläche des Werkstücks 30a, wie mit Bezug auf Fig. 1 erläutert wurde. Fig. 4A zeigt in der ersten Spalte („Gap: 0 pm“) eine ordnungsgemäße Schweißnaht, auch als „Gutschweißung“ bezeichnet, die mithilfe des Verfahrens zum Analysieren von Schweißverbindungen beim Laserschweißen von Werkstücken gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erkannt wurde. Die verschweißten Werkstücke 30a, 30b, hier als Bleche gezeigt, weisen keinen Spalt dazwischen auf und über die Schweißnaht kann Strom fließen. Die entstandene Schweißverbindung wird als „Gutschweißung“ oder mit „0- Spalt“ gekennzeichnet.
Fig. 4B-4D zeigen typische Fehlerbilder, die mithilfe des Verfahrens zum Analysieren von Schweißverbindungen beim Laserschweißen von Werkstücken gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erkannt wurden.
Fig. 4B zeigt in der zweiten Spalte („Gap: 100 pm“) einen Spalt S zwischen den beiden verschweißten Werkstücken 30a, 30b. Dieser Spalt S kann toleriert werden, denn der Spalt S ist überbrückt ( Spaltüberbrückung „B“ in Fig. 4B). Somit besteht trotz des vorhandenen Spaltes S noch ein elektrischer Kontakt zwischen den verschweißten Werkstücken, d.h. es besteht eine Schweißverbindung. Dies wird auch als „Schweißung mit Spaltüberbrückung“ bzw. „Spalt mit (elektrischer) Anbindung bzw. (elektrischem) Kontakt“ bezeichnet.
Fig. 4C und 4B zeigen in der dritten und vierten Spalte („Gap: 150 pm“ und „Gap: 200 pm“) ein weiteres typisches Fehlerbild, auch als „false friend“ oder „falscher Freund“ be zeichnet. Dabei liegt ein Spalt S zwischen den verschweißten Werkstücken 30a, 30b vor, der nicht überbrückt ist, sodass kein elektrischer Kontakt zwischen den Werkstücken be steht. Dies wird auch als „Schweißung ohne Spaltüberbrückung“ „Spalt ohne (elektrische) Anbindung bzw. (elektrischem) Kontakt“ bezeichnet. Es besteht also keine Schweißverbin dung.
In Fig. 5A bis 5D sind beispielhaft zeitliche Verläufe von Messsignalen, die von einem Verfah ren zum Analysieren einer Schweißverbindung beim Laserschweißen von Werkstücken gemäß Ausführungsformen erfasst wurden, gezeigt.
In der in Fig. 5A bis 5D gezeigten Ausführungsform wurde das erste Messsignal im ersten und im zweiten Wellenlängenbereich aufgenommen und umfasst das Plasmasignal PI und das Tem peratursignal P2. Das zweite Messsignal für das reflektierte Laserlicht wird als Rückreflexsignal P3 bezeichnet. Fig. 5A-5D zeigen beispielhafte Verläufe der Messsignale PI, P2 und P3 jeweils für einen Laserschweißprozess. Zudem ist der Verlauf eines Rauschens des Messignals P3 als „P3 noise“ dargestellt. Das Verfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst das Erfassen des Plasmasignals PI und des Temperatursignals P2. Es wird bestimmt, dass ein Spalt zwischen den Werkstücken vorliegt, wenn beispielsweise das Plasmasignal PI und/oder das Temperatur signal P2 abfällt, d.h. auf einer jeweiligen unteren Hüllkurve liegt oder darunter liegt oder darun ter abfällt. Dies kann beispielsweise ermittelt werden, indem ein erstes Integral über das Plasma signal PI und ein zweites Integral über das Temperatursignal P2 gebildet wird. Wenn das erste Integral einen vorgegebenen ersten Integral -Grenzwert unterschreitet und/oder wenn das zweite Integral einen vorgegebenen zweiten Integral -Grenzwert unterschreitet, liegt ein Spalt vor. Wenn ein Spalt vorliegt, wird basierend auf dem Rückreflexsignal P3 bestimmt, ob eine Schweißver bindung bzw. eine Spaltüberbrückung besteht. Keine Schweißverbindung bzw. Spaltüberbrü ckung besteht, wenn eine Ausreißerhäufigkeit des Rauschens des Rückreflexsignals P3 einen vorgegebenen ersten Rausch-Grenzwert überschreitet, und/oder wenn ein Integral über das Rau schen des Rückreflexsignals P3 einen vorgegebenen zweiten Rausch-Grenzwert überschreitet. Andernfalls liegt ein Spalt mit Spaltüberbrückung, d.h. eine Schweißverbindung, vor.
Durch das Verfahren können einerseits Gutschweißungen, also Schweißungen ohne Spalt zwischen den Werkstücken, von Schweißungen mit Spalt unterschieden werden. Anderer seits können durch das Verfahren Schweißungen mit einem Spalt aber mit Spaltüberbrü ckung von Schweißungen mit einem Spalt aber ohne Spaltüberbrückung unterschieden werden.
In Fig. 5A überschreiten die Integrale des Plasmasignals PI und des Temperatursignals P2 die jeweiligen Grenzwerte. Die beim Laserschweißprozess entstandene Schweißung wird als „Gut schweißung“ gekennzeichnet. Zwischen den so verbundenen Werkstücken ist eine Schweißver bindung mit einem O-Spalt vorhanden. Insbesondere ist zwischen den verbundenen Werkstücken ein elektrischer Kontakt, bzw. eine elektrische Anbindung vorhanden. Dies entspricht der in Fig. 4A dargestellten Schweißverbindung.
In Fig. 5B-5D sind das Plasmasignal PI und das Temperatursignal P2 gegenüber jeweils vorge gebenen Referenzwerten bzw. Hüllkurven abgefallen. Mit anderen Worten unterschreiten die Integrale des Plasmasignals PI und des Temperatursignals P2 die jeweiligen Grenzwerte. Die beim jeweiligen Laserschweißprozess entstandenen Schweißungen werden als Schweißungen mit Spalt gekennzeichnet.
Gemäß Ausführungsformen ist es ausreichend, wenn entweder das Integral des Plasmasignals PI oder das Integral des Temperatursignals P2 den jeweiligen Grenzwert unterschreitet. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann bestimmt werden, dass ein Spalt nur vorliegt, wenn sowohl das Integral des Plasmasignals PI und das Integral des Temperatursignals P2 den jeweiligen Grenzwert unterschreiten.
In Fig. 5B ist zwischen den Werkstücken ein Spalt mit 100 pm Spaltbreite vorhanden, in Fig. 5C ist zwischen den Werkstücken ein Spalt mit 150 pm Spaltbreite vorhanden und in Fig. 5D ist zwischen den Werkstücken ein Spalt mit 200 pm Spaltbreite vorhanden. Die in Fig. 5B-5D ge zeigten Schweißungen entsprechen den in Fig. 4B-4D dargestellten Schweißungen. Die Spalt breite kann basierend auf dem Integralwert des Plasmasignals PI und/oder des Temperatursig- nals P2 bestimmt werden. Liegt der Integralwert in einem ersten Bereich, kann der entsprechen den Schweißung eine Spaltbreite von einem ersten Wert bzw. Wertebereich zugeordnet werden. Entsprechend kann einem Integralwert, der in einem zweiten Bereich liegt, eine Spaltbreite von einem zweiten Wert bzw. Wertebereich zugeordnet werden, etc. Dies ist in Fig. 6 für das Plas masignal PI beispielhaft veranschaulicht.
Für die entsprechenden Schweißungen der Fig. 5B-5D wird nun bestimmt, ob dennoch eine Schweißverbindung zwischen den Werkstücken, und entsprechend ein elektrischer Kontakt bzw. eine elektrische Anbindung, vorhanden ist. Dazu wird das Rauschen des Rückreflexsignals P3, P3 noise, analysiert.
In Fig. 5B liegt eine Ausreißerhäufigkeit des Rauschens des Rückreflexsignals P3 unterhalb ei nes vorgegebenen ersten Rausch-Grenzwerts. Deshalb wird bestimmt, dass trotz des vorhande nen Spalts eine Schweißverbindung zwischen den Werkstücken bzw. eine Spaltüberbrückung vorhanden ist.
In Fig. 5C und 5D liegt eine Ausreißerhäufigkeit des Rauschens des Rückreflexsignals P3 über dem vorgegebenen ersten Rausch-Grenzwert. Deshalb wird bestimmt, dass keine Schweißver bindung bzw. Spaltüberbrückung, und somit kein elektrischer Kontakt, zwischen den Werkstü cken vorliegt.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass beim Laserschweißen im Über lappstoß eine Gutschweißung von Schweißungen mit Spalt dadurch unterschieden werden kann, dass die Intensität eines Plasmasignal und die Intensität eines Temperatursignal des Laser schweißprozesses abfallen. Des Weiteren beruht die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis, dass eine Schweißung mit Spalt und mit Spaltüberbrückung von einer Schweißung mit Spalt aber ohne Spaltüberbrückung dadurch unterschieden werden kann, dass im letzten Fall das Rau schen eines Rückreflexsignals der von den Werkstücken zurückreflektierten Strahlung signifi- kant zunimmt. Demnach liefert eine Kombination des Plasmasignals und des Temperatursignals mit dem Rückreflexsignal eine eindeutige Aussage über das Vorhandensein bzw. das Fehlen einer Schweißverbindung, insbesondere eines elektrischen Kontakts, zwischen den Werkstücken. Hier kann „Spalt liegt vor“ als notwendige Bedingung betrachtet werden, ein übermäßiges Rau schen als hinreichende Bedingung dafür, dass der Spalt nicht überbrückt wird. Demnach kann eindeutig erkannt werden, ob ein falscher Freund vorliegt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Analysieren einer Schweißverbindung beim Laserschweißen von Werkstücken (30a, 30b), umfassend:
Erfassen (Sl) eines ersten Messsignals (PI, P2) für eine beim Laserschweißen er zeugte Prozessstrahlung;
Erfassen (S2) eines zweiten Messsignals (P3) für eine von den Werkstücken (30a, 30b) reflektierte Strahlung;
Bestimmen (S3) basierend auf dem ersten Messsignal (PI, P2), ob ein Spalt (S) zwi schen den Werkstücken (30a, 30b) vorliegt; und wenn bestimmt wird, dass ein Spalt (S) vorliegt, Bestimmen (S4) basierend auf dem zweiten Messsignal (P3), ob eine Schweißverbindung besteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die reflektierte Strahlung zumindest eines der fol genden umfasst: reflektierte Laserstrahlung des Bearbeitungslaserstrahls, reflektierte Strah lung von in einen Bearbeitungsbereich eingestrahltem LED Licht und reflektierte Laser strahlung eines in einen Bearbeitungsbereich eingestrahlten Pilotlaserstrahls.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Messsignal (PI, P2) und/oder zweite Messsignal (P3) auf einer Detektion einer Strahlungsintensität basiert.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Messsignal (PI, P2) in einem ersten Wellenlängenbereich oberhalb der Wellenlänge eines zum Laserschweißen ver wendeten Bearbeitungslaserstrahls und/oder oberhalb der Wellenlänge der reflektierten Strah lung erfasst wird, und/oder wobei das erste Messsignal (PI, P2) in einem zweiten Wellenlängenbereich unterhalb der Wel lenlänge eines zum Laserschweißen verwendeten Bearbeitungslaserstrahls und/oder unterhalb der Wellenlänge der reflektierten Strahlung erfasst wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die als erstes Messsignal (PI, P2) erfasste Prozessstrahlung eine Temperaturstrahlung im infraroten Spektralbereich und/oder eine Plasmastrahlung im sichtbaren Spektralbereich ist.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die als zweites Messsignal (P3) erfasste reflektierte Strahlung im infraroten Spektralbereich oder im sichtbaren grünen oder blauen Spektralbereich liegt.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen (S3), ob ein Spalt (S) zwischen den Werkstücken (30a, 30b) vorliegt, das Bestimmen einer Spaltbreite basierend auf dem ersten Messsignal (PI, P2) umfasst, und wobei bestimmt wird, dass ein Spalt (S) vorliegt, wenn die Spaltbreite größer als ein vor gegebener Spaltbreiten-Grenzwert ist.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen (S3), ob ein Spalt (S) zwischen den Werkstücken (30a, 30b) vorliegt, das Bestimmen umfasst, ob das erste Messsignal (PI, P2) unter einem Referenzwert oder einem Referenzverlauf liegt oder da runter abfällt, wobei bestimmt wird, dass ein Spalt (S) zwischen den Werkstücken (30a, 30b) vorliegt, wenn das Messsignal (PI, P2) unter dem Referenzwert oder dem Referenzverlauf liegt oder da runter abfällt.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen (S3), ob ein Spalt (S) zwischen den Werkstücken (30a, 30b) vorliegt, das Bilden eines ersten Integrals über das erste Messsignal (PI, P2) und/oder eines ersten Mittelwerts des ersten Messsignals (PI, P2) umfasst, wobei bestimmt wird, dass ein Spalt (S) zwischen den Werkstücken (30a, 30b) vorliegt, wenn das erste Integral einen vorgegebenen ersten Integral -Grenzwert unterschreitet und/oder wenn der erste Mittelwert einen vorgegebenen ersten Mittelwert-Grenzwert unterschreitet.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Messsignal (PI, P2) in einem ersten Wellenlängenbereich oberhalb der Wellenlänge der reflektierten Strahlung oder oberhalb der Wellenlänge eines zum Laserschweißen verwendeten Bearbeitungslaserstrahls und in einem zweiten Wellenlängenbereich unterhalb der Wellenlänge der reflektierten Strahlung oder unterhalb der Wellenlänge des zum Laserschweißen verwendeten Bearbeitungslaserstrahls erfasst wird, und das Bestimmen (S3), ob ein Spalt (S) zwischen den Werkstücken (30a, 30b) vorliegt, das Bilden eines ersten Integrals über das im ersten Wellenlängenbereich erfasste erste Messsignal (PI) und das Bilden eines zweiten Integrals über das im zweiten Wellenlängen bereich erfasste erste Messsignal (P2) umfasst, und wobei bestimmt wird, dass ein Spalt (S) zwischen den Werkstücken (30a, 30b) vorliegt, wenn das erste Integral einen vorgegebenen ersten Integral -Grenzwert unterschreitet und/oder wenn das zweite Integral einen vorgegebenen zweiten Integral -Grenzwert unterschreitet.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei basierend auf einem Rau schen des zweiten Messsignals (P3) bestimmt wird, ob eine Schweißverbindung besteht.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei bestimmt wird, dass keine Schweißverbindung be steht, wenn eine Ausreißerhäufigkeit des Rauschens des zweiten Messsignals (P3) einen vorge gebenen ersten Rausch-Grenzwert überschreitet, und/oder wenn ein Integral über das Rauschen des zweiten Messsignals (P3) einen vorgegebenen zweiten Rausch-Grenzwert überschreitet.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens eines der Werk stücke (30a, 30b) Aluminium und/oder Kupfer und/oder Nickel aufweist oder daraus be steht.
14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Werk stücke eine Dicke von 0,10 mm bis 0,50 mm, bevorzugt eine Dicke von 0,15 mm bis 0,35 mm, besonders bevorzugt eine Dicke von 0,20 mm bis 0,30 mm aufweist.
15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Werkstücke (30a, 30b) einen Ableiter einer ersten Batterie und einen Ableiter einer zweiten Batterie umfassen, und wobei als Schweißverbindung ein geschweißter elektrischer Kontakt zwischen den Ab leitern der Batterien analysiert wird.
16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Werkstücke beim La serschweißen im Überlappstoß oder Parallelstoß angeordnet sind.
17. Verfahren zum Laserschweißen eines ersten Werkstücks (30a) und eines zweiten Werk stücks (30b), umfassend die Schritte:
Anordnen der Werkstücke (30a, 30b) derart, dass eine erste Oberfläche des ersten Werk stücks (30b) und eine erste Oberfläche des zweiten Werkstücks (30b) aufeinander liegen;
Laserschweißen der Werkstücke (30a, 30b) zum Ausbilden einer Schweißverbindung zwi schen den Werkstücken (30a, 30b) durch Einstrahlen eines Bearbeitungslaserstrahls auf eine zweite Oberfläche des ersten Werkstücks (30a), wobei die zweite Oberfläche des ersten Werk stücks (30a) der ersten Oberfläche des ersten Werkstücks (30b) gegenüberliegt und/oder durch Einstrahlen eines Bearbeitungslaserstrahls auf eine zweite Oberfläche des zweiten Werkstücks (30b), wobei die zweite Oberfläche des zweiten Werkstücks (30b) der ersten Oberfläche des zweiten Werkstücks (30b) gegenüberliegt;
Durchführen des Verfahrens zum Analysieren der Schweißverbindung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Werkstücke im Überlappstoß oder Parallel stoß angeordnet werden.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei sich die ersten Oberflächen der Werk stücke (30a, 30b) in zumindest einem Bereich berühren und/oder wobei in einem weiteren Bereich zwischen den ersten Oberflächen der Werkstücke (30a, 30b) ein Spalt vorhanden ist.
PCT/EP2021/053993 2020-02-20 2021-02-18 VERFAHREN ZUM ANALYSIEREN EINER SCHWEIßVERBINDUNG BEIM LASERSCHWEIßEN VON WERKSTÜCKEN WO2021165380A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/801,157 US20230073549A1 (en) 2020-02-20 2021-02-18 Method for analysing a weld during laser welding of workpieces
EP21706560.6A EP4106945A1 (de) 2020-02-20 2021-02-18 VERFAHREN ZUM ANALYSIEREN EINER SCHWEIßVERBINDUNG BEIM LASERSCHWEIßEN VON WERKSTÜCKEN
CN202180015758.0A CN115335183A (zh) 2020-02-20 2021-02-18 用于在激光焊接工件时分析焊接连接部的方法
JP2022550145A JP2023514403A (ja) 2020-02-20 2021-02-18 加工物のレーザ溶接中に溶接された接続部を分析する方法
KR1020227032192A KR20220137125A (ko) 2020-02-20 2021-02-18 공작물의 레이저 용접 동안 용접된 연결부 분석 방법

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020104462.3A DE102020104462A1 (de) 2020-02-20 2020-02-20 Verfahren zum Analysieren einer Schweißverbindung beim Laserschweißen von Werkstücken
DE102020104462.3 2020-02-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021165380A1 true WO2021165380A1 (de) 2021-08-26

Family

ID=74668858

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/053993 WO2021165380A1 (de) 2020-02-20 2021-02-18 VERFAHREN ZUM ANALYSIEREN EINER SCHWEIßVERBINDUNG BEIM LASERSCHWEIßEN VON WERKSTÜCKEN

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230073549A1 (de)
EP (1) EP4106945A1 (de)
JP (1) JP2023514403A (de)
KR (1) KR20220137125A (de)
CN (1) CN115335183A (de)
DE (1) DE102020104462A1 (de)
WO (1) WO2021165380A1 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020120670A1 (de) 2020-08-05 2022-02-10 Precitec Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Analysieren eines Laserschweißprozesses und Laserbearbeitungssystem
DE102020120649A1 (de) 2020-08-05 2022-02-10 Precitec Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks für einen Laserbearbeitungsprozess
DE102022100571A1 (de) 2022-01-12 2023-07-13 Precitec Gmbh & Co. Kg Prozessüberwachungsmodul zur Überwachung eines Laserbearbeitungsprozesses und Laserbearbeitungssystem mit demselben
EP4292749A1 (de) * 2022-06-15 2023-12-20 Fritz Stepper GmbH & Co. KG Laser-schweissvorrichtung und verfahren zur überwachung, mit einem laser-schweisskopf und einer überwachungseinrichtung
EP4321291A1 (de) * 2022-07-27 2024-02-14 Fritz Stepper GmbH & Co. KG Laser-schweissvorrichtung und verfahren zur überwachung, mit einem laser-schweisskopf und einer überwachungseinrichtung

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007024789B3 (de) * 2007-05-26 2008-10-23 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren zum Erkennen von Fehlern an einer Schweißnaht während eines Laser-Schweißprozesses
DE102013015710A1 (de) * 2013-09-20 2014-07-24 Daimler Ag Verfahren zur Herstellung einer flächigen Schweißverbindung und Anordnung mit einer flächigen Schweißverbindung
WO2016082823A1 (de) * 2014-11-24 2016-06-02 Scansonic Mi Gmbh Verfahren und vorrichtung zum fügen von werkstücken an einem überlappungsstoss
US20180245616A1 (en) * 2015-09-15 2018-08-30 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Weld structure of metal member and welding process
US20190099833A1 (en) * 2016-03-09 2019-04-04 Spi Lasers Uk Limited Apparatus and method for controlling laser processing of a material
DE102019122047A1 (de) 2019-08-16 2021-02-18 Precitec Gmbh & Co. Kg Ausrichteinheit, Sensormodul umfassend dieselbe und Laserbearbeitungssystem umfassend das Sensormodul

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3603843B2 (ja) 2001-02-23 2004-12-22 日産自動車株式会社 レーザー溶接部の品質モニタリング方法およびその装置
JP2003103386A (ja) 2001-09-26 2003-04-08 Komatsu Ltd Ｙａｇレーザ溶接のモニタリング装置
JP5158924B2 (ja) 2006-06-08 2013-03-06 株式会社シャルマン レーザ突合せ溶接における溶接可否およびルートギャップ適否判定方法
JP5971533B2 (ja) 2012-05-15 2016-08-17 トヨタ自動車株式会社 溶接方法、溶接装置、及び電池の製造方法
JP6784232B2 (ja) 2017-06-20 2020-11-11 トヨタ自動車株式会社 積層金属箔の溶接方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007024789B3 (de) * 2007-05-26 2008-10-23 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren zum Erkennen von Fehlern an einer Schweißnaht während eines Laser-Schweißprozesses
DE102013015710A1 (de) * 2013-09-20 2014-07-24 Daimler Ag Verfahren zur Herstellung einer flächigen Schweißverbindung und Anordnung mit einer flächigen Schweißverbindung
WO2016082823A1 (de) * 2014-11-24 2016-06-02 Scansonic Mi Gmbh Verfahren und vorrichtung zum fügen von werkstücken an einem überlappungsstoss
US20180245616A1 (en) * 2015-09-15 2018-08-30 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Weld structure of metal member and welding process
US20190099833A1 (en) * 2016-03-09 2019-04-04 Spi Lasers Uk Limited Apparatus and method for controlling laser processing of a material
DE102019122047A1 (de) 2019-08-16 2021-02-18 Precitec Gmbh & Co. Kg Ausrichteinheit, Sensormodul umfassend dieselbe und Laserbearbeitungssystem umfassend das Sensormodul

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220137125A (ko) 2022-10-11
DE102020104462A1 (de) 2021-08-26
US20230073549A1 (en) 2023-03-09
EP4106945A1 (de) 2022-12-28
CN115335183A (zh) 2022-11-11
JP2023514403A (ja) 2023-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4106945A1 (de) VERFAHREN ZUM ANALYSIEREN EINER SCHWEIßVERBINDUNG BEIM LASERSCHWEIßEN VON WERKSTÜCKEN
DE60106444T2 (de) Verfahren zur feststellung, lokalisierung und identifizierung von fehlerstellen in einer schweissnaht mit einem laserstrahl
DE112010003406B4 (de) Laserschweißgütebestimmungs-Verfahren und -Vorrichtung
EP2567773B1 (de) Verfahren zum überprüfen der nahtqualität während eines laserschweissprozesses
EP0573474B1 (de) Verfahren zum bearbeiten von werkstücken mit laserstrahlung
EP1099506B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Prozessparametern eines Materialbearbeitungsprozesses
DE102019127323B4 (de) Laserbearbeitungssystem zum Durchführen eines Bearbeitungsprozesses an einem Werkstück mittels eines Laserstrahls und Verfahren zur Überwachung eines Bearbeitungsprozesses an einem Werkstück mittels eines Laserstrahls
DE10013892A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Schweissqualität an einer Schweissnaht zwischen Werkstücken
DE10113518A1 (de) Verfahren zur Messung des Verschmutzungsgrades eines Schutzglases eines Laserbearbeitungskopfs sowie Laserbearbeitungsanlage zur Durchführung des Verfahrens
WO2008145237A1 (de) Verfahren zum erkennen von fehlern an einer schweissnaht während eines laser-schweissprozesses
DE4320408C2 (de) Verfahren zur Prozeßkontrolle und -regelung bei der Oberflächenbearbeitung von Werkstücken mit gepulster Laserstrahlung
DE102020002826A1 (de) Verfahren zur Überwachung eines Laserschweißvorgangs mittels optischer Kohärenztomografie
DE102008006625B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung des Laserstrahlschweißens von beschichteten Platinen
DE102010023663A1 (de) Prüfeinrichtung zur Online-Prüfung von Schweiß- bzw. Lötprozessen
DE102021002040A1 (de) Schweißvorrichtung und Verfahren zum Verbinden eines ersten Werkstücks mit einem zweiten Werkstück durch Laserschweißen
EP4146426A1 (de) Verfahren zum analysieren eines laserbearbeitungsprozesses, system zum analysieren eines laserbearbeitungsprozesses und laserbearbeitungssystem mit einem solchen system
DE3507299A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur steuerung von schweissprozessen durch analyse der intensitaet des beim schweissen erzeugten lichtes
EP3210002B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur überprüfung des transmissionsgrads eines flachglas-substrats
EP2618958B1 (de) Nutzung der polarisation der wärmestrahlung zur detektion von 3d-strukturen
DE60127541T2 (de) Kontrollsystem für widerstandsschweissung
DE4006622C2 (de) Vorrichtung zum Überwachen von mit Laserstrahlung bearbeiteten Werkstücken
WO2022029073A1 (de) Verfahren zum bestimmen einer position eines werkstücks für einen laserbearbeitungsprozess und laserbearbeitungssystem
DE102021107544B4 (de) Verfahren zur Normierung von Sensorsignalen für die Überwachung eines Laserbearbeitungsprozesses, Verfahren zum Überwachen eines Laserbeitungsprozesses und Laserbearbeitungssystem
WO1999044784A1 (de) Schweissnahtprüfung
DE102021121112A1 (de) Analysieren eines Laserbearbeitungsprozesses basierend auf einem Spektrogramm

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21706560

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022550145

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20227032192

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021706560

Country of ref document: EP

Effective date: 20220920