WO2022023161A1 - Method and device for regulating a laser welding process for welding two workpieces made of glass - Google Patents

Method and device for regulating a laser welding process for welding two workpieces made of glass Download PDF

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WO2022023161A1
WO2022023161A1 PCT/EP2021/070536 EP2021070536W WO2022023161A1 WO 2022023161 A1 WO2022023161 A1 WO 2022023161A1 EP 2021070536 W EP2021070536 W EP 2021070536W WO 2022023161 A1 WO2022023161 A1 WO 2022023161A1
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intensity
process radiation
welding
laser beam
radiation
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PCT/EP2021/070536
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Sebastian HECKER
Tim Hesse
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Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh
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    • B23K2103/54—Glass

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for monitoring a laser welding process for welding two work pieces that are transparent to the laser wavelength, preferably made of glass, with a pulsed laser beam, in particular an ultrashort pulsed laser beam, in the work pieces.
  • a melting volume is melted in the area of the interface between the two workpieces in order to produce a weld seam, and the intensity of the process radiation emitted by the melting volume is detected.
  • Such a monitoring method has become known, for example, from DE 102018 128377 A1 or DE 102018 128368 A1.
  • the quality control of two laser-welded glass workpieces is usually carried out in a work step downstream of the welding process.
  • the welded end workpiece is often subjected to a complex manual test. Whether or not a gap has been bridged is determined using a microscope. The position and the size of the gap have so far been examined under a microscope after the end of the process using cross sections. Strength measurements are also carried out.
  • DE 102018 128377 A1 discloses a method for monitoring a welding process for welding two work pieces made of glass, where a weld seam is formed in the work pieces in a process zone subjected to a pulsed ultra-short pulse laser beam.
  • the intensity of the process radiation emitted by the process zone is detected in a time-resolved manner and the periodicity, the frequency and the frequency spectrum of intensity fluctuations of the detected process radiation are determined in order to draw conclusions about the quality of the weld seam produced.
  • Process parameters such as power or feed rate of the laser beam are controlled based on localized cracks, imperfections and defects.
  • DE 102018 128368 A1 discloses a spatially resolved method for detecting process or laser radiation that is reflected or scattered at defects. On the basis of areas flashing outside of the process zone, a specific adjustment of the processing parameters can be made in order to prevent this flashing. Laser welding processes for transparent materials have so far been carried out in a controlled manner. To improve the quality of the weld seam, the average laser power is modulated and/or beam shaping is used.
  • the object of the present invention is to further develop the monitoring method mentioned at the outset such that welding defects can be detected at an early stage by monitoring the welding process in order to enable counteractive measures or regulation.
  • this object is achieved according to the invention in that the detected intensity curve is evaluated with regard to at least one of the following features:
  • the average laser power of the laser beam is modulated to produce a single melt volume within a modulation period.
  • the process radiation which emanates from an interaction area of the laser beam with the workpiece, is used to monitor seam formation and position and to detect welding defects, such as weld seam irregularities, and to enable countermeasures or regulation.
  • the adaptation of the welding parameter(s) takes place on the basis of features in the intensity profile of the emitted process radiation.
  • the distance between two intensity peaks of the process radiation with a vertical drop in intensity can be determined in many ways, but preferably from maximum peak intensity to maximum peak intensity.
  • the interaction zone typically emits radiation with a continuous spectrum whose intensity varies with the volume of the interaction zone correlated. Corresponding to the change in the volume of the interaction zone, radiation is thus emitted for each individual melt volume.
  • modulated laser power it has been shown that the course of intensity during the formation of melt volume is reproducible through the laser power modulation and follows a fixed course.
  • the course of the intensity is related to any irregularities in the weld seam. In this way, characteristic features in the signal curve can be used to draw conclusions about changes in the extent of the seam, process interruptions or the position of the gap within a melt volume. Since the changes in intensity affect the entire spectral range equally, monitoring can be broadband over a large wavelength range or wavelength-selective.
  • the seam position is detected based on a bridged or non-bridgeable gap. If the position deviates from the target, countermeasures are taken.
  • the at least one welding parameter is preferably the average laser power or the feed rate of the laser beam.
  • the average laser power of the laser beam can be adjusted or regulated, for example, by changing the maximum pulse energy or by changing the distance between two modulation sequences of the laser beam.
  • the at least one welding parameter is only adjusted or regulated when the at least one welding parameter falls below or exceeds a specified threshold value. If the welding parameter is adjusted or regulated based on the distance between two intensity peaks of the process radiation with a vertical drop in intensity, the welding parameters are advantageously only adjusted or regulated if there is at least one intensity peak of the process radiation without a vertical drop in intensity between two intensity peaks of the process radiation with a vertical drop in intensity located. This case relates to the regulation when the process is terminated.
  • the distance between the melt volumes should be minimal or kept minimal. It may be necessary not to wait for a melting volume that does not contribute to the welding result, but to automatically reduce the distance between two intensity peaks of the process radiation with a vertical drop in intensity until no melting volume is generated that does not contribute to the welding result contributes.
  • the invention also relates to a device for monitoring a laser welding process for welding two workpieces that are transparent to the laser wavelength, preferably made of glass, by means of a pulsed laser beam with a laser beam generator for generating the laser beam, which melts a melting volume in the workpieces to form a weld seam generate, with processing optics that images the laser beam in the area of the interface between the two workpieces, with a detector for detecting the process radiation emitted by the process zone and with an evaluation unit for evaluating the detected intensity curve, the evaluation unit being programmed, the detected To evaluate the course of intensity with regard to at least one of the following characteristics:
  • the monitoring device preferably has a control device for controlling at least one welding parameter of the welding process based on the at least one evaluated characteristic, a display unit for displaying the evaluated intensity curve and/or a data memory for storing the detected intensity curve.
  • the at least one welding parameter is advantageously the average laser power or the feed rate of the laser beam.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device for controlling a laser welding process for welding two workpieces made of glass
  • Figs. 2a, 2b measured intensity curves over time of the process radiation emitted during laser welding of two workpieces made of alkali aluminosilicate glass without regulation (FIG. 2a) and with regulation (FIG. 2b) of the time interval between the modulation sequences of the laser beam; and Figs. 3a, 3b measured intensity curves over time of the emitted process radiation when laser welding two workpieces made of quartz glass with a zero gap (Fig. 3a) and with a bridged gap (Fig. 3b).
  • the device 1 shown schematically in Fig. 1 is used to control a laser welding process for welding two superposed, plate-shaped workpieces 2, 3 made of a material that is transparent to the laser wavelength, e.g. made of glass, by means of a pulsed laser beam 4.
  • a pulsed laser beam 4 an ultrashort pulsed laser beam with pulses in the femtosecond or picosecond range and with frequencies of the repetition rates of 100 kHz up to several MHz is preferably used.
  • the underside of the upper workpiece 2 in FIG. 1 and the upper side of the lower workpiece 3 rest against one another and form an interface 5 in which the welding is to be carried out or has been carried out.
  • the laser beam 4 is focused by processing optics 6, which in principle can also have beam-shaping elements, through the upper workpiece 2 into the lower workpiece 3 near the boundary surface 5 in order to produce a melting volume 7 there.
  • the average power of the ultrashort pulse laser is modulated in time, whereby a single melt volume 7 is generated within a modulation period.
  • the melting volume 7 is accordingly placed in the workpieces 2 , 3 in such a way that it is arranged close to the interface 5 or encompasses the interface 5 .
  • the laser beam 4 is moved together with the processing optics 6 in a feed direction X, Y relative to the workpieces 2, 3 at a feed rate v in order to work in the workpieces 2, 3 draw in a weld seam 8 .
  • the workpieces 2 , 3 can also be moved relative to the processing optics 6 .
  • the absorption in the lower workpiece 3 is pulled in the direction of the incident laser beam 4, since preferred absorption occurs on the upper side of the interaction zone/process zone due to the increased temperature. Due to shielding, the longitudinal position of the local energy input varies over several pulses. If the absorption area is shifted too far into the convergent beam, the energy input breaks down and the process starts again, starting from focus F. Typically, this leads to modulated weld seams 8 with a periodic signature. Modulation initiates and terminates the melt volume formation in a targeted manner. The relocation of the absorption into the convergent beam is canceled or slowly ended by reducing or stopping the laser power. With the next modulation sequence, the absorption then starts again in the focus and another melt volume is created. This periodic generation of individual melt volumes then leads to a series of melt volumes that can overlap (periodic signature).
  • the interface 5 lies within the melted melt volume 7, there is a material connection. If there is a gap 9 between the workpieces 2, 3 to be joined, melt is expelled in pulses into the gap 9 by the prevailing pressure within the process zone. If the gap 9 between the workpieces 2, 3 is completely filled with material so that the absorption can continue in the upper workpiece 2, there is a material connection. However, if the melt spreads widely in the gap 9, the absorption cannot be maintained. The gap 9 is not bridged and there is no material connection. The position and size of the gap 9 affect the strength and visibility of the weld joint and also affect the intensity of the process radiation 10 emitted during the process from the interaction zone of the laser beam 3 in the workpiece 2, 3.
  • the intensity of the emitted process radiation 10 is determined by a detector preferably arranged coaxially to the laser beam 4, here in the form of a photodiode 11.
  • the detector can also be attached next to the processing optics 6 or underneath the workpieces 2, 3 (“off-axis”).
  • the emitted process radiation 10 can also be detected using a fast line sensor or a camera.
  • the process radiation 10 can also be detected in the near infrared range.
  • the laser beam 4 is guided to the processing optics 6 with a dichroic mirror 12, which is, for example, highly reflective for the laser wavelength and transmits radiation in the visible wavelength range from 300 to 800 nm, and is focused in the lower workpiece 3 just below the interface 5.
  • the dichroic mirror 12 can also be transmissive for the laser wavelength and reflective for the process radiation 10 .
  • the process radiation 10 can also be observed in the infrared wavelength range.
  • An optical filter element 13 is used to select a desired wavelength range and/or to suppress reflected laser radiation from the process radiation 10. Following the filter element 13, the process radiation 10 is focused on the photodiode 11 with a lens 14. With the aid of an evaluation unit 15, the temporal course of the intensity of the emitted process radiation 10 is evaluated for a change in the radiation intensity for each melt volume produced.
  • the laser beam 4 is generated in a laser beam generator (ultrashort pulse laser) 16, the mean power of which is preferably modulated over time.
  • the laser beam 4 is guided by the laser beam generator 16 to the processing optics 6 with the aid of a beam guidance system 17 .
  • the workpieces 2, 3 to be joined are fixed with a holding device 18 on an axis system 19 that can be moved in the X, Y direction.
  • the laser beam generator 16 and the axis system 19 are controlled by a machine control 20 .
  • the evaluation of The process radiation 10 detected by the photodiode 11 takes place, as described above, for each melt volume produced for features that suggest a change in the extent of the seam, a process termination or the position of the gap within a melt volume 7 .
  • the laser beam 4 together with the processing optics 6 can be moved in the X, Y direction.
  • the welding parameter is adjusted or controlled by the control device 21 in such a way that the increase in the extent of the weld seam is counteracted by the average laser power of the laser beam 4 being reduced.
  • the average laser power can be reduced by reducing the maximum pulse energy.
  • the Seam expansion by increasing the time interval between the modulation sequences of the laser beam 4 can be reduced. This leads to the distance between the melting volumes 7 increasing.
  • the internal structure of the weld seam 8 and the extent of the seam are kept constant.
  • the adjustment or control of the welding parameters is carried out as a function of the feed speed v of the axes and the evaluated maximum intensity of a melting volume 7 or of the radiation intensity integrated over a melting volume 7 .
  • the adjustment or regulation can take place, for example, when the feed rate v is below a threshold value.
  • the welding parameters are preferably adjusted in such a way that a change in the inner seam structure is counteracted by increasing the time interval between the modulation sequences of the laser beam 4 . This means that the distance between the melt volumes 7 increases and at the same time the seam expansion decreases.
  • a combination of the two variants is conceivable and makes sense.
  • a process termination is characterized in that melt is periodically ejected into the gap 9 and the formation of further melt volumes 7 is impaired by solidified melt on the glass surface and cavities.
  • the melt volumes 7 formed between the melt ejections do not reach the interface and therefore do not contribute to the process result and reduce the process efficiency. Molten ejections lead to a sudden termination of the radiation emission. In the case of small molten melt volumes 7 which do not reach the interface 5, the radiation emission is reduced.
  • Figs. 2a, 2b show exemplary intensity curves l(t) over time of the process radiation 10 emitted during laser welding of two workpieces 2, 3 made of alkali aluminosilicate glass without regulation (FIG. 2a) and with regulation (FIG. 2b) of the temporal Distance between the modulation sequences of the time-modulated laser beam 4.
  • Intensity peaks of the process radiation 10 with vertical intensity drop case 22 are denoted by 23 and intensity peaks of the process radiation 10 without vertical drop in intensity are denoted by 24.
  • Fig. 2a shows the intensity curve of a process termination during welding with distance ⁇ t between the individual melting volumes 7.
  • At least one welding parameter is adjusted or regulated as a function of one of the following features:
  • Adaptation or regulation can take place, for example, if melt volumes occur between two melt ejections that do not contribute to the welding result, and the radiation intensity therefore does not collapse completely in the case of two consecutive melt volumes 7, i.e. if at least one intensity peak 24 occurs between two intensity peaks 23 with a vertical drop in intensity 22 without a vertical drop in intensity.
  • At least one welding parameter is adjusted in such a way that each melt ejection is followed by a further melt ejection.
  • Intermediate melting volumes that do not contribute to the welding result be counteracted by increasing the time interval between the modulation sequences.
  • the distance At between the melt volumes 7 increases and the seam formation is no longer influenced by ejected melt at the interface or cavities.
  • the weld seam position has 2 when welding transparent workpieces
  • Figs. 3a, 3b show exemplary intensity curves l(t) over time of the process radiation 10 emitted during the laser welding of two workpieces 2, 3 made of quartz glass with a zero gap (FIG. 3a) and with a bridged gap (FIG. 3b).
  • the interface cannot be seen in FIG. 3a;
  • the position of the gap 9 within the melt volume 7 can be inferred from the point in time t a of the intensity drop 22 or an immediately preceding intensity peak 25 .
  • at least one welding parameter is adjusted or regulated as a function of the time t a of the brief intensity drop 22 or the intensity peak 25 .
  • the adaptation can take place, for example, when the point in time t a of the brief drop in intensity 22 lies outside of a predetermined time window.
  • at least one welding parameter is adjusted in such a way that the change in position of the gap 9 is counteracted by the focal position F being adjusted accordingly.
  • the monitoring device 1 also has a data memory 26 for storing the detected intensity profile and a display unit 27 for displaying the evaluated intensity profile.

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Abstract

The invention relates to a method for monitoring a laser welding process for welding two workpieces (2, 3) which are transparent to the laser wavelength, preferably workpieces made of glass, wherein a melt volume (7) is melted in the workpieces (1, 2) by a pulsed laser beam (4), in particular an ultrashort pulse laser beam, in the region of the boundary surface (5) of the two workpieces (2, 3) in order to produce a welding seam (8), and the intensity of the process radiation (10) emitted from the melt volume (7) is detected. According to the invention, the detected intensity curve is analyzed with respect to at least one of the following features: - the maximum intensity of an intensity peak (23, 24) of the process radiation (10), - the process radiation (10) intensity integrated over an intensity peak (23, 24), - the half-width (ΔI) of an intensity peak (23, 24) of the process radiation (10), - the distance (Δt) over time between two intensity peaks (23) of the process radiation (10) with a perpendicular intensity decrease (22), - the number of intensity peaks (24) of the process radiation (10) without a perpendicular intensity decrease which can be found between two intensity peaks (23) of the process radiation (10) with a perpendicular intensity decrease (22), and - the distance (δt) over time between the beginning of an intensity increase and a perpendicular intensity decrease (22) or the highest point (25) of an intensity peak (23) of the process radiation (10), and a welding parameter is adapted or regulated using the at least one analyzed feature.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Regeln eines Laserschweißprozesses zum Verschweißen zweier Werkstücke aus Glas Method and device for controlling a laser welding process for welding two glass workpieces
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwa chen eines Laserschweißprozesses zum Verschweißen zweier für die Laserwel lenlänge transparenter Werkstücke, vorzugsweise aus Glas, wobei in den Werk stücken von einem gepulsten Laserstrahl, insbesondere Ultrakurzpulslaserstrahl, ein Schmelzvolumen im Bereich der Grenzfläche der beiden Werkstücke aufge schmolzen wird, um eine Schweißnaht zu erzeugen, und wobei die Intensität der vom Schmelzvolumen emittierten Prozessstrahlung detektiert wird. The present invention relates to a method and a device for monitoring a laser welding process for welding two work pieces that are transparent to the laser wavelength, preferably made of glass, with a pulsed laser beam, in particular an ultrashort pulsed laser beam, in the work pieces. a melting volume is melted in the area of the interface between the two workpieces in order to produce a weld seam, and the intensity of the process radiation emitted by the melting volume is detected.
Ein derartiges Überwachungsverfahren ist beispielsweise durch die DE 102018 128377 A1 oder DE 102018 128368 A1 bekannt geworden. Such a monitoring method has become known, for example, from DE 102018 128377 A1 or DE 102018 128368 A1.
Die Qualitätskontrolle von zwei laserverschweißten Werkstücken aus Glas erfolgt zumeist in einem der Schweißbearbeitung nachgelagerten Arbeitsschritt. Das ge schweißte Endwerkstück wird dabei oftmals einer aufwendigen manuellen Prüfung unterzogen. Ob ein Spalt überbrückt wurde oder nicht, wird mit einem Mikroskop bestimmt. Die Position und die Größe des Spalts werden bisher aufwendig nach Prozessende anhand von Querschliffen mikroskopisch untersucht. Zudem werden Festigkeitsmessungen durchgeführt. The quality control of two laser-welded glass workpieces is usually carried out in a work step downstream of the welding process. The welded end workpiece is often subjected to a complex manual test. Whether or not a gap has been bridged is determined using a microscope. The position and the size of the gap have so far been examined under a microscope after the end of the process using cross sections. Strength measurements are also carried out.
Aus der DE 102018 128377 A1 ist ein Verfahren zum Überwachen eines Schweißprozesses zum Verschweißen zweier Werkstücke aus Glas bekannt, wo bei in den Werkstücken in einer mit einem gepulsten Ultrakurzpulslaserstrahl be aufschlagten Prozesszone eine Schweißnaht ausgebildet wird. Die Intensität der von der Prozesszone emittierten Prozessstrahlung wird zeitaufgelöst detektiert und die Periodizität, die Frequenz und das Frequenzspektrum von Intensitäts schwankungen der detektierten Prozessstrahlung bestimmt, um daraus auf die Qualität der erzeugten Schweißnaht zu schließen. Anhand von lokalisierten Ris sen, Störstellen und Defekten wird eine Regelung von Prozessparametern, wie z.B. Leistung oder Vorschubgeschwindigkeit des Laserstrahls, durchgeführt. DE 102018 128377 A1 discloses a method for monitoring a welding process for welding two work pieces made of glass, where a weld seam is formed in the work pieces in a process zone subjected to a pulsed ultra-short pulse laser beam. The intensity of the process radiation emitted by the process zone is detected in a time-resolved manner and the periodicity, the frequency and the frequency spectrum of intensity fluctuations of the detected process radiation are determined in order to draw conclusions about the quality of the weld seam produced. Process parameters such as power or feed rate of the laser beam are controlled based on localized cracks, imperfections and defects.
DE 102018 128368 A1 offenbart ein ortsaufgelöstes Verfahren zum Detektieren von Prozess- oder Laserstrahlung, die an Defekten reflektiert oder gestreut wer den. Auf der Basis von außerhalb der Prozesszone aufblitzenden Bereichen kann eine spezifische Anpassung der Bearbeitungsparameter erfolgen, um dieses Auf blitzen zu verhindern. Laserschweißprozesse für transparente Materialien werden bisher gesteuert durchgeführt. Zur Verbesserung der Schweißnahtqualität wird die mittlere Laser leistung moduliert und/oder Strahlformung eingesetzt. DE 102018 128368 A1 discloses a spatially resolved method for detecting process or laser radiation that is reflected or scattered at defects. On the basis of areas flashing outside of the process zone, a specific adjustment of the processing parameters can be made in order to prevent this flashing. Laser welding processes for transparent materials have so far been carried out in a controlled manner. To improve the quality of the weld seam, the average laser power is modulated and/or beam shaping is used.
Um die Verkippung eines Werkstücks zu korrigieren und die Schweißnaht optimal zu positionieren, werden bisher mehrstufige Verfahren eingesetzt (siehe z.B. Elke Kaiser, Laser Welding of Glass Replaces Glueing Procedure Glass welding with a femtosecond laser brings economic advantages and new design options, Laser Technik Journal, und Simone Russ, Strong connection: welding of different kinds of glass using femtosecond laser pulses, Lasers in Manufacturing). Im ersten Schritt wird die Position des Werkstücks entlang der Schweißnahtkontur oder an hand mehrerer Fixpunkte vermessen. Die Vermessung erfolgt dabei oftmals op tisch über die Reflexion eines Messstrahls an der Grenzfläche oder der ersten Glasoberfläche. In einem zweiten Schritt wird das Werkstück ausgerichtet oder die Fokuslage gesteuert angepasst. Im letzten Schritt erfolgt der Schweißprozess. In order to correct the tilting of a workpiece and to optimally position the weld seam, multi-stage processes have been used up to now (see e.g. Elke Kaiser, Laser Welding of Glass Replaces Glueing Procedure Glass welding with a femtosecond laser brings economic advantages and new design options, Laser Technik Journal, and Simone Russ, Strong connection: welding of different kinds of glass using femtosecond laser pulses, Lasers in Manufacturing). In the first step, the position of the workpiece is measured along the weld seam contour or using several fixed points. The measurement often takes place optically via the reflection of a measuring beam at the interface or the first glass surface. In a second step, the workpiece is aligned or the focus position is adjusted in a controlled manner. The last step is the welding process.
Der vorliegenden Erfindung stellt sich die Aufgabe, das eingangs genannte Über wachungsverfahren dahingehend weiterbilden, dass durch eine Überwachung des Schweißprozesses frühzeitig Schweißfehler erkannt werden können, um entge genwirkende Maßnahmen oder eine Regelung zu ermöglichen. The object of the present invention is to further develop the monitoring method mentioned at the outset such that welding defects can be detected at an early stage by monitoring the welding process in order to enable counteractive measures or regulation.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Überwachungsverfahren erfin dungsgemäß dadurch gelöst, dass der detektierte Intensitätsverlauf hinsichtlich mindestens eines der folgenden Merkmale ausgewertet wird: In the monitoring method mentioned at the outset, this object is achieved according to the invention in that the detected intensity curve is evaluated with regard to at least one of the following features:
- Maximalintensität eines Intensitätspeaks der Prozessstrahlung, - maximum intensity of an intensity peak of the process radiation,
- die über einen Intensitätspeak integrierte Intensität der Prozessstrahlung,- the intensity of the process radiation integrated over an intensity peak,
- Halbwertsbreite eines Intensitätspeaks der Prozessstrahlung, - FWHM of an intensity peak of the process radiation,
- zeitlicher Abstand zwischen zwei Intensitätspeaks der Prozessstrahlung mit senkrechtem Intensitätsabfall, - Time interval between two intensity peaks of the process radiation with a vertical drop in intensity,
- Anzahl der zwischen zwei Intensitätspeaks der Prozessstrahlung mit senkrech tem Intensitätsabfall befindlichen Intensitätspeaks der Prozessstrahlung ohne senkrechten Intensitätsabfall, und - zeitlicher Abstand zwischen dem Beginn eines Intensitätsanstiegs und einem senkrechten Intensitätsabfall oder einer Intensitätsspitze eines Intensitätspeaks der Prozessstrahlung, und dass mindestens ein Schweißparameter anhand des mindestens einen aus gewerteten Merkmals angepasst oder geregelt wird. - the number of process radiation intensity peaks without a vertical intensity drop located between two intensity peaks of the process radiation with a vertical drop in intensity, and - Time interval between the start of an intensity increase and a vertical decrease in intensity or an intensity peak of an intensity peak of the process radiation, and that at least one welding parameter is adjusted or regulated based on the at least one evaluated feature.
Vorzugsweise wird die mittlere Laserleistung des Laserstrahls moduliert, um inner halb einer Modulationsperiode ein einzelnes Schmelzvolumen zu erzeugen. Preferably, the average laser power of the laser beam is modulated to produce a single melt volume within a modulation period.
Erfindungsgemäß wird die Prozessstrahlung, die von einem Wechselwirkungsbe reich des Laserstrahls mit dem Werkstück ausgeht, genutzt, um Nahtausbildung und -position zu überwachen sowie Schweißfehler, wie z.B. Schweißnahtunregel mäßigkeiten, zu erkennen und entgegenwirkende Maßnahmen oder eine Rege lung zu ermöglichen. Die Anpassung des oder der Schweißparameter erfolgt an hand von Merkmalen im Intensitätsverlauf der emittierten Prozessstrahlung. Der Abstand zwischen zwei Intensitätspeaks der Prozessstrahlung mit senkrechtem Intensitätsabfall kann auf viele Arten bestimmt werden, bevorzugt aber von maxi maler Peakintensität zu maximaler Peakintensität. According to the invention, the process radiation, which emanates from an interaction area of the laser beam with the workpiece, is used to monitor seam formation and position and to detect welding defects, such as weld seam irregularities, and to enable countermeasures or regulation. The adaptation of the welding parameter(s) takes place on the basis of features in the intensity profile of the emitted process radiation. The distance between two intensity peaks of the process radiation with a vertical drop in intensity can be determined in many ways, but preferably from maximum peak intensity to maximum peak intensity.
Zur Erzeugung von Schweißnähten in Glas mit ultrakurzen Laserpulsen werden verschiedene Ansätze verfolgt. Klassisch wird mittels Gaußstrahl in das Glasvolu men nahe der Grenzfläche fokussiert und mit jeder Modulationssequenz ein ein zelnes Schmelzvolumen erzeugt. Hierbei wird insbesondere über mehrere Pulse die Absorption in Richtung der einfallenden Wellenfront gezogen, da es dort auf grund der erhöhten Temperatur zu einer bevorzugten Absorption kommt. Durch Abschirmung variiert die longitudinale Position der lokalen Energieeinbringung so mit über mehrere Pulse hinweg. Unter Vorschub bilden viele aneinandergereihte Schmelzvolumen eine zusammenhängende oder periodisch unterbrochene Schweißnaht. Die resultierende Schweißnaht weist eine periodische Signatur auf. Ein erweiterter Ansatz zum Schweißen stellt die Modulation der Laserleistung dar. Bearbeitungsparameter werden derart gewählt, dass innerhalb einer Modulations periode ein einzelnes/eigenständiges Schmelzvolumen erzeugt wird. Various approaches are being pursued to produce weld seams in glass with ultra-short laser pulses. Traditionally, a Gaussian beam is used to focus into the glass volume near the interface and an individual melt volume is generated with each modulation sequence. In this case, the absorption is pulled in the direction of the incident wave front, in particular over several pulses, since there is a preferred absorption due to the increased temperature. Due to shielding, the longitudinal position of the local energy input thus varies over several pulses. Under feed, many melt volumes lined up in a row form a continuous or periodically interrupted weld seam. The resulting weld shows a periodic signature. The modulation of the laser power represents an extended approach to welding. Processing parameters are selected in such a way that a single/independent melt volume is generated within a modulation period.
Die Wechselwirkungszone emittiert typischerweise Strahlung mit einem kontinu ierlichen Spektrum, deren Intensität mit dem Volumen der Wechselwirkungszone korreliert. Entsprechend der Änderung des Volumens der Wechselwirkungszone wird somit für jedes einzelne Schmelzvolumen Strahlung emittiert. Bei modulier ter Laserleistung hat sich gezeigt, dass der Intensitätsverlauf, während der Schmelzvolumenbildung, durch die Laserleistungsmodulation reproduzierbar ist und einem festen Verlauf folgt. Außerdem steht der Intensitätsverlauf mit auftre tenden Schweißnahtunregelmäßigkeiten in Zusammenhang. So kann anhand charakteristischer Merkmale im Signalverlauf auf Änderungen in der Nahtaus dehnung, Prozessabbrüche oder die Position des Spalts innerhalb eines Schmelzvolumens geschlossen werden. Da sich die Änderungen in der Intensität auf den gesamten Spektralbereich gleichermaßen auswirken, kann die Überwa chung breitbandig über einen großen Wellenlängenbereich oder wellenlängense lektiv erfolgen. The interaction zone typically emits radiation with a continuous spectrum whose intensity varies with the volume of the interaction zone correlated. Corresponding to the change in the volume of the interaction zone, radiation is thus emitted for each individual melt volume. In the case of modulated laser power, it has been shown that the course of intensity during the formation of melt volume is reproducible through the laser power modulation and follows a fixed course. In addition, the course of the intensity is related to any irregularities in the weld seam. In this way, characteristic features in the signal curve can be used to draw conclusions about changes in the extent of the seam, process interruptions or the position of the gap within a melt volume. Since the changes in intensity affect the entire spectral range equally, monitoring can be broadband over a large wavelength range or wavelength-selective.
Erfindungsgemäß sind beispielsweise folgende Regelungsvarianten für das Schweißen von Glas möglich: According to the invention, for example, the following control variants are possible for the welding of glass:
- Regelung der Nahthöhe durch Anpassung des Schmelzvolumenabstandes/mitt lere Leistung/Modulationsmusters, z.B. für kleine Radien. - Control of the seam height by adjusting the melt volume distance/average power/modulation pattern, e.g. for small radii.
- Regelung des Schmelzvolumenabstandes bei einem nicht überbrückten Spalt. Dadurch werden für jedes Schmelzvolumen gleichbleibende Bedingungen für Spaltüberbrückung gewährleistet, sowie Schmelzvolumen, welche die Grenzflä che nicht erreichen und damit nicht zum Schweißergebnis beitragen, und Risse, die die Einkopplung und damit den Prozess stören, vermieden. - Regulation of the melt volume distance in the case of an unbridged gap. This ensures constant conditions for gap bridging for each melt volume, as well as melt volumes that do not reach the interface and therefore do not contribute to the welding result, and cracks that disrupt coupling and thus the process are avoided.
- Regelung der Schweißnahtposition, z.B. bei einem verkippten Werkstück. Die Nahtposition wird anhand eines überbrückten oder nicht überbrückbaren Spalts erkannt. Weicht die Position vom Soll ab, wird gegengesteuert. - Regulation of the welding seam position, e.g. with a tilted workpiece. The seam position is detected based on a bridged or non-bridgeable gap. If the position deviates from the target, countermeasures are taken.
Vorzugsweise ist der mindestens eine Schweißparameter die mittlere Laserleis tung oder die Vorschubgeschwindigkeit des Laserstrahls. Die mittlere Laserleis tung des Laserstrahls kann beispielsweise durch Ändern der maximalen Pulsener gie oder durch Ändern des Abstands zwischen zwei Modulationssequenzen des Laserstrahls angepasst oder geregelt werden. Vorteilhaft erfolgen die Anpassung oder Regelung des mindestens einen Schweiß parameters erst dann, wenn der mindestens eine Schweißparameter einen vorge gebenen Schwellwert unter- oder überschreitet. Wird der Schweißparameter an hand des Abstands zwischen zwei Intensitätspeaks der Prozessstrahlung mit senkrechtem Intensitätsabfall angepasst oder geregelt, so erfolgen vorteilhaft die Anpassung oder Regelung des Schweißparameters erst dann, wenn zwischen zwei Intensitätspeaks der Prozessstrahlung mit senkrechtem Intensitätsabfall min destens ein Intensitätspeak der Prozessstrahlung ohne senkrechten Intensitätsab fall liegt. Dieser Fall bezieht sich auf die Regelung beim Prozessabbruch. Der Ab stand zwischen den Schmelzvolumen soll minimal sein oder minimal gehalten werden. Ggf. kann es erforderlich sein, nicht auf ein Schmelzvolumen, welches nicht zum Schweißergebnis beiträgt, zu warten, sondern den Abstand zwischen zwei Intensitätspeaks der Prozessstrahlung mit senkrechtem Intensitätsabfall au tomatisch so lange zu verringern, bis gerade kein Schmelzvolumen erzeugt wird, welches nicht zum Schweißergebnis beiträgt. The at least one welding parameter is preferably the average laser power or the feed rate of the laser beam. The average laser power of the laser beam can be adjusted or regulated, for example, by changing the maximum pulse energy or by changing the distance between two modulation sequences of the laser beam. Advantageously, the at least one welding parameter is only adjusted or regulated when the at least one welding parameter falls below or exceeds a specified threshold value. If the welding parameter is adjusted or regulated based on the distance between two intensity peaks of the process radiation with a vertical drop in intensity, the welding parameters are advantageously only adjusted or regulated if there is at least one intensity peak of the process radiation without a vertical drop in intensity between two intensity peaks of the process radiation with a vertical drop in intensity located. This case relates to the regulation when the process is terminated. The distance between the melt volumes should be minimal or kept minimal. It may be necessary not to wait for a melting volume that does not contribute to the welding result, but to automatically reduce the distance between two intensity peaks of the process radiation with a vertical drop in intensity until no melting volume is generated that does not contribute to the welding result contributes.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Überwachen eines Laser schweißprozesses zum Verschweißen zweier für die Laserwellenlänge transpa renter Werkstücke, vorzugsweise aus Glas, mittels eines gepulsten Laserstrahls mit einem Laserstrahlerzeuger zum Erzeugen des Laserstrahls, der in den Werk stücken ein Schmelzvolumen aufschmilzt, um eine Schweißnaht zu erzeugen, mit einer Bearbeitungsoptik, die den Laserstrahl in den Bereich der Grenzfläche der beiden Werkstücke abbildet, mit einem Detektor zum Detektieren der von der Pro zesszone emittierten Prozessstrahlung und mit einer Auswertungseinheit zum Auswerten des detektierten Intensitätsverlaufs, wobei die Auswerteeinheit pro grammiert ist, den detektierten Intensitätsverlauf hinsichtlich mindestens eines der folgenden Merkmale auszuwerten: The invention also relates to a device for monitoring a laser welding process for welding two workpieces that are transparent to the laser wavelength, preferably made of glass, by means of a pulsed laser beam with a laser beam generator for generating the laser beam, which melts a melting volume in the workpieces to form a weld seam generate, with processing optics that images the laser beam in the area of the interface between the two workpieces, with a detector for detecting the process radiation emitted by the process zone and with an evaluation unit for evaluating the detected intensity curve, the evaluation unit being programmed, the detected To evaluate the course of intensity with regard to at least one of the following characteristics:
- Maximalintensität eines Intensitätspeaks der Prozessstrahlung, - maximum intensity of an intensity peak of the process radiation,
- die über einen Intensitätspeak integrierte Intensität der Prozessstrahlung,- the intensity of the process radiation integrated over an intensity peak,
- Halbwertsbreite eines Intensitätspeaks der Prozessstrahlung, - FWHM of an intensity peak of the process radiation,
- zeitlicher Abstand zwischen zwei Intensitätspeaks der Prozessstrahlung mit senkrechtem Intensitätsabfall, - Anzahl der zwischen zwei Intensitätspeaks der Prozessstrahlung mit senkrech tem Intensitätsabfall befindlichen Intensitätspeaks der Prozessstrahlung ohne senkrechten Intensitätsabfall, und - Time interval between two intensity peaks of the process radiation with a vertical drop in intensity, - the number of process radiation intensity peaks without a vertical intensity drop located between two intensity peaks of the process radiation with a vertical drop in intensity, and
- zeitlicher Abstand zwischen dem Beginn eines Intensitätsanstiegs und einem senkrechten Intensitätsabfall oder einer Intensitätsspitze eines Intensitätspeaks der Prozessstrahlung. - Time interval between the start of an intensity increase and a vertical decrease in intensity or an intensity peak of an intensity peak of the process radiation.
Die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung weist bevorzugt eine Rege lungseinrichtung zur Regelung mindestens eines Schweißparameters des Schweißprozesses anhand des mindestens einen ausgewerteten Merkmals, eine Anzeigeeinheit zur Anzeige des ausgewerteten Intensitätsverlaufs und/oder einen Datenspeicher zum Speichern des detektierten Intensitätsverlaufs auf. Der min destens eine Schweißparameter ist vorteilhaft die mittlere Laserleistung oder die Vorschubgeschwindigkeit des Laserstrahls. The monitoring device according to the invention preferably has a control device for controlling at least one welding parameter of the welding process based on the at least one evaluated characteristic, a display unit for displaying the evaluated intensity curve and/or a data memory for storing the detected intensity curve. The at least one welding parameter is advantageously the average laser power or the feed rate of the laser beam.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen entnehmbar. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merk male je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung fin den. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschlie ßende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Further advantages and advantageous configurations of the subject matter of the invention can be found in the description, the drawings and the claims. Likewise, the features mentioned above and below can be used individually or together in any combination. The embodiments shown and described are not to be understood as an exhaustive enumeration, but rather have an exemplary character for the description of the invention.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Regelung ei nes Laserschweißprozesses zum Verschweißen zweier Werkstü cke aus Glas; und 1 shows a schematic representation of a device for controlling a laser welding process for welding two workpieces made of glass; and
Fign. 2a, 2b gemessene zeitliche Intensitätsverläufe der emittierten Prozess strahlung beim Laserschweißen zweier Werkstücke aus Alkali-Alu- minosilikat-Glas ohne Regelung (Fig. 2a) und mit Regelung (Fig. 2b) des zeitlichen Abstands zwischen den Modulationssequenzen des Laserstrahls; und Fign. 3a, 3b gemessene zeitliche Intensitätsverläufe der emittierten Prozess strahlung beim Laserschweißen zweier Werkstücke aus Quarzglas bei einem Nullspalt (Fig. 3a) und mit einem überbrückten Spalt (Fig. 3b). Figs. 2a, 2b measured intensity curves over time of the process radiation emitted during laser welding of two workpieces made of alkali aluminosilicate glass without regulation (FIG. 2a) and with regulation (FIG. 2b) of the time interval between the modulation sequences of the laser beam; and Figs. 3a, 3b measured intensity curves over time of the emitted process radiation when laser welding two workpieces made of quartz glass with a zero gap (Fig. 3a) and with a bridged gap (Fig. 3b).
Die in Fig. 1 schematisch gezeigte Vorrichtung 1 dient zum Regeln eines Laser schweißprozesses zum Verschweißen zweier aufeinanderliegender, plattenförmi ger Werkstücke 2, 3 aus einem für die Laserwellenlänge transparenten Material, z.B. aus wie Glas, mittels eines gepulsten Laserstrahls 4. Als gepulster Laser strahls 4 wird bevorzugt ein Ultrakurzpulslaserstrahl mit Pulsen im Femto- oder Pi- kosekundenbereich und mit Frequenzen der Repetitionsraten von 100kHz bis zu mehreren MHz verwendet. The device 1 shown schematically in Fig. 1 is used to control a laser welding process for welding two superposed, plate-shaped workpieces 2, 3 made of a material that is transparent to the laser wavelength, e.g. made of glass, by means of a pulsed laser beam 4. As a pulsed laser beam 4 an ultrashort pulsed laser beam with pulses in the femtosecond or picosecond range and with frequencies of the repetition rates of 100 kHz up to several MHz is preferably used.
Die Unterseite des in Fig. 1 oberen Werkstücks 2 und die Oberseite des unteren Werkstücks 3 liegen aneinander an und bilden eine Grenzfläche 5, in der die Ver schweißung vorgenommen werden soll bzw. vorgenommen wurde. Der Laser strahl 4 wird von einer Bearbeitungsoptik 6, welche prinzipiell auch strahlformende Elemente aufweisen kann, durch das obere Werkstück 2 hindurch in das untere Werkstück 3 nahe der Grenzfläche 5 fokussiert, um dort ein Schmelzvolumen 7 zu erzeugen. Die mittlere Leistung des Ultrakurzpulslasers wird zeitlich moduliert, wodurch innerhalb einer Modulationsperiode ein einzelnes Schmelzvolumen 7 er zeugt wird. The underside of the upper workpiece 2 in FIG. 1 and the upper side of the lower workpiece 3 rest against one another and form an interface 5 in which the welding is to be carried out or has been carried out. The laser beam 4 is focused by processing optics 6, which in principle can also have beam-shaping elements, through the upper workpiece 2 into the lower workpiece 3 near the boundary surface 5 in order to produce a melting volume 7 there. The average power of the ultrashort pulse laser is modulated in time, whereby a single melt volume 7 is generated within a modulation period.
Durch die dabei sehr hohen erreichbaren Intensitäten im Fokus F treten im Glas material nichtlineare Absorptionseffekte auf. Bei geeigneten Repetitionsraten des gepulsten Laserstrahls 4 kommt es zu Wärmeakkumulationseffekten im Glasmate rial, wodurch es zu einem lokalen Aufschmelzen des Glasmaterials kommt. Das Schmelzvolumen 7 wird entsprechend so in die Werkstücke 2, 3 gelegt, dass es nahe der Grenzfläche 5 angeordnet ist oder die Grenzfläche 5 umfasst. Beim er neuten Erstarren des vormals aufgeschmolzenen Materials findet eine stoffschlüs sige Verschweißung der Werkstücke 2, 3 statt. Der Laserstrahl 4 wird gemeinsam mit der Bearbeitungsoptik 6 in einer Vorschubrichtung X, Y relativ den Werkstü cken 2, 3 mit einer Vorschubgeschwindigkeit v bewegt, um in den Werkstücken 2, 3 eine Schweißnaht 8 einzuziehen. Alternativ oder zusätzlich können auch die Werkstücke 2, 3 relativ zur Bearbeitungsoptik 6 bewegt werden. Due to the very high intensities that can be achieved in the focus F, non-linear absorption effects occur in the glass material. With suitable repetition rates of the pulsed laser beam 4, heat accumulation effects occur in the glass material, resulting in local melting of the glass material. The melting volume 7 is accordingly placed in the workpieces 2 , 3 in such a way that it is arranged close to the interface 5 or encompasses the interface 5 . When he new solidification of the formerly melted material takes place a stoffschlüs denominated welding of the workpieces 2, 3 instead. The laser beam 4 is moved together with the processing optics 6 in a feed direction X, Y relative to the workpieces 2, 3 at a feed rate v in order to work in the workpieces 2, 3 draw in a weld seam 8 . Alternatively or additionally, the workpieces 2 , 3 can also be moved relative to the processing optics 6 .
Insbesondere über mehrere Pulse wird die Absorption im unteren Werkstück 3 in Richtung des einfallenden Laserstrahls 4 gezogen, da es an der Oberseite der Wechselwirkungszone/Prozesszone aufgrund der erhöhten Temperatur zu einer bevorzugten Absorption kommt. Durch Abschirmung variiert die longitudinale Posi tion der lokalen Energieeinbringung somit über mehrere Pulse hinweg. Wird der Absorptionsbereich zu weit in den konvergenten Strahl verlagert, bricht die Ener gieeinbringung ein, und der Vorgang startet, ausgehend vom Fokus F, erneut. Ty pischerweise führt dies zu modulierten Schweißnähten 8 mit periodischer Signa tur. Durch eine Modulation wird die Schmelzvolumenbildung gezielt initiiert und wieder terminiert. Die Verlagerung der Absorption in den konvergenten Strahl wird durch Verringerung oder Abbruch der Laserleistung abgebrochen oder langsam beendet. Mit der nächsten Modulationssequenz startet die Absorption dann erneut im Fokus, und ein weiteres Schmelzvolumen wird erzeugt. Diese periodische Er zeugung von einzelnen Schmelzvolumen führt dann zu aneinander gereihten Schmelzvolumen, die überlappen können (periodische Signatur). In particular over several pulses, the absorption in the lower workpiece 3 is pulled in the direction of the incident laser beam 4, since preferred absorption occurs on the upper side of the interaction zone/process zone due to the increased temperature. Due to shielding, the longitudinal position of the local energy input varies over several pulses. If the absorption area is shifted too far into the convergent beam, the energy input breaks down and the process starts again, starting from focus F. Typically, this leads to modulated weld seams 8 with a periodic signature. Modulation initiates and terminates the melt volume formation in a targeted manner. The relocation of the absorption into the convergent beam is canceled or slowly ended by reducing or stopping the laser power. With the next modulation sequence, the absorption then starts again in the focus and another melt volume is created. This periodic generation of individual melt volumes then leads to a series of melt volumes that can overlap (periodic signature).
Liegt die Grenzfläche 5 innerhalb des aufgeschmolzenen Schmelzvolumens 7, kommt es zu einer stoffschlüssigen Verbindung. Gibt es zwischen den zu fügen den Werkstücken 2, 3 einen Spalt 9, wird durch den herrschenden Druck innerhalb der Prozesszone impulsartig Schmelze in den Spalt 9 ausgetrieben. Wird der Spalt 9 zwischen Werkstücken 2, 3 vollständig mit Material gefüllt, sodass die Ab sorption im oberen Werkstück 2 fortgesetzt werden kann, kommt es zu einer stoff schlüssigen Verbindung. Verteilt sich die Schmelze jedoch weitläufig im Spalt 9, kann die Absorption nicht aufrechterhalten werden. Der Spalt 9 wird nicht über brückt, und es kommt zu keiner stoffschlüssigen Verbindung. Die Position und die Größe des Spalts 9 beeinflussen die Festigkeit und die Sichtbarkeit der Schweiß verbindung und wirken sich auch auf die Intensität der während des Prozesses von der Wechselwirkungszone des Laserstrahls 3 im Werkstück 2, 3 emittierten Prozessstrahlung 10 aus. Die Intensität der emittierten Prozessstrahlung 10 erfolgt durch einen bevorzugt koaxial zum Laserstrahl 4 angeordneten Detektor, hier in Form einer Photodiode 11. Alternativ kann der Detektor auch neben der Bearbeitungsoptik 6 oder unter halb der Werkstücke 2, 3 angebracht sein („off-axis“). Statt mit einer Photodiode kann die Detektion der emittierten Prozessstrahlung 10 auch mit einem schnellen Zeilensensor oder einer Kamera erfolgen. Neben dem sichtbaren Wellenlängenbe reich kann die Detektion der Prozessstrahlung 10 auch im nahen Infrarot Bereich erfolgen. If the interface 5 lies within the melted melt volume 7, there is a material connection. If there is a gap 9 between the workpieces 2, 3 to be joined, melt is expelled in pulses into the gap 9 by the prevailing pressure within the process zone. If the gap 9 between the workpieces 2, 3 is completely filled with material so that the absorption can continue in the upper workpiece 2, there is a material connection. However, if the melt spreads widely in the gap 9, the absorption cannot be maintained. The gap 9 is not bridged and there is no material connection. The position and size of the gap 9 affect the strength and visibility of the weld joint and also affect the intensity of the process radiation 10 emitted during the process from the interaction zone of the laser beam 3 in the workpiece 2, 3. The intensity of the emitted process radiation 10 is determined by a detector preferably arranged coaxially to the laser beam 4, here in the form of a photodiode 11. Alternatively, the detector can also be attached next to the processing optics 6 or underneath the workpieces 2, 3 (“off-axis”). . Instead of using a photodiode, the emitted process radiation 10 can also be detected using a fast line sensor or a camera. In addition to the visible wavelength range, the process radiation 10 can also be detected in the near infrared range.
Der Laserstrahl 4 wird mit einem dichroitischen Spiegel 12, der beispielsweise hochreflektierend für die Laserwellenlänge und transmittierend für Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich von 300 bis 800 nm ist, zur Bearbeitungsoptik 6 geführt und im unteren Werkstück 3 kurz unterhalb der Grenzfläche 5 fokussiert. Alternativ kann der dichroitische Spiegel 12 auch transmissiv für die Laserwellen länge und reflektiv für die Prozessstrahlung 10 sein. Statt oder zusätzlich zum sichtbaren Wellenlängenbereich kann die Beobachtung der Prozessstrahlung 10 auch im infraroten Wellenlängenbereich erfolgen. Die dabei von der Prozesszone der Werkstücke 2, 3 emittierte Prozessstrahlung 10 wird mithilfe der Bearbei tungsoptik 6 eingefangen und durch den dichroitischen Spiegel 12 aus dem La serstrahlenstrahlengang ausgekoppelt. Ein optisches Filterelement 13 dient zur Selektion eines gewünschten Wellenlängenbereiches und/oder zur Unterdrü ckung reflektierter Laserstrahlung aus der Prozessstrahlung 10. Im Anschluss an das Filterelement 13 wird die Prozessstrahlung 10 mit einer Linse 14 auf die Pho todiode 11 fokussiert. Mithilfe einer Auswertungseinheit 15 wird der zeitliche In tensitätsverlauf der emittierten Prozessstrahlung 10 für jedes erzeugte Schmelz volumen auf eine Änderung in der Strahlungsintensität hin ausgewertet. The laser beam 4 is guided to the processing optics 6 with a dichroic mirror 12, which is, for example, highly reflective for the laser wavelength and transmits radiation in the visible wavelength range from 300 to 800 nm, and is focused in the lower workpiece 3 just below the interface 5. Alternatively, the dichroic mirror 12 can also be transmissive for the laser wavelength and reflective for the process radiation 10 . Instead of or in addition to the visible wavelength range, the process radiation 10 can also be observed in the infrared wavelength range. The process radiation 10 emitted by the process zone of the workpieces 2, 3 is captured with the aid of the processing optics 6 and decoupled from the laser beam path by the dichroic mirror 12. An optical filter element 13 is used to select a desired wavelength range and/or to suppress reflected laser radiation from the process radiation 10. Following the filter element 13, the process radiation 10 is focused on the photodiode 11 with a lens 14. With the aid of an evaluation unit 15, the temporal course of the intensity of the emitted process radiation 10 is evaluated for a change in the radiation intensity for each melt volume produced.
Wie in Fig. 1 weiter gezeigt, wird der Laserstrahl 4 in einem Laserstrahlerzeuger (Ultrakurzpulslaser) 16 erzeugt, dessen mittlere Leistung bevorzugt zeitlich modu liert wird. Mit Hilfe eines Strahlführungssystems 17 wird der Laserstrahl 4 vom La serstrahlerzeuger 16 zur Bearbeitungsoptik 6 geführt. Die zu fügenden Werkstü cke 2, 3 sind mit einer Haltevorrichtung 18 auf einem in X, Y-Richtung verfahrba ren Achssystem 19 fixiert. Der Laserstrahlerzeuger 16 und das Achssystem 19 werden von einer Maschinensteuerung 20 angesteuert. Die Auswertung der von der Photodiode 11 detektierten Prozessstrahlung 10 erfolgt dabei wie oben be schrieben für jedes erzeugte Schmelzvolumen auf Merkmale hin, die auf eine Än derung der Nahtausdehnung, einen Prozessabbruch oder die Position des Spalts innerhalb eines Schmelzvolumens 7 schließen lassen. Die ermittelten Daten wer den an eine Regelungseinrichtung 21 übergeben, die wiederum den Laserstrahl erzeuger 16 bezüglich der Laserleistung und der maximalen Pulsenergie und das Achssystem 19 bezüglich der Vorschubgeschwindigkeit des Laserstrahls entspre chend ansteuert. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Laserstrahl 4 samt Be arbeitungsoptik 6 in X-, Y-Richtung bewegt werden. As further shown in FIG. 1, the laser beam 4 is generated in a laser beam generator (ultrashort pulse laser) 16, the mean power of which is preferably modulated over time. The laser beam 4 is guided by the laser beam generator 16 to the processing optics 6 with the aid of a beam guidance system 17 . The workpieces 2, 3 to be joined are fixed with a holding device 18 on an axis system 19 that can be moved in the X, Y direction. The laser beam generator 16 and the axis system 19 are controlled by a machine control 20 . The evaluation of The process radiation 10 detected by the photodiode 11 takes place, as described above, for each melt volume produced for features that suggest a change in the extent of the seam, a process termination or the position of the gap within a melt volume 7 . The determined data who passed to a control device 21, which in turn controls the laser beam generator 16 with respect to the laser power and the maximum pulse energy and the axis system 19 with respect to the feed rate of the laser beam accordingly. Alternatively or additionally, the laser beam 4 together with the processing optics 6 can be moved in the X, Y direction.
Beim Schweißen von transparenten Werkstücken 2, 3 mit UKP-Lasern sind oft mals komplexe Konturen mit kleinen Radien erforderlich. Diese Bereiche sind be sonders anfällig für Rissbildung. Aufgrund der Achsträgheit kann die Vorschubge schwindigkeit v nicht konstant gehalten werden. Durch die verringerte Vorschub geschwindigkeit v verringert sich der Abstand zwischen den einzelnen Schmelzvo lumen 7, was eine Änderung der inneren Nahtstruktur zur Folge hat. Zudem kommt es bei gleichbleibender Energieeinbringung dazu, dass mehr Wärme akku muliert wird, wodurch sich die Ausdehnung der aufgeschmolzenen Volumina än dert. Dies geht mit einer Zunahme der thermischen Spannungen einher, was letz ten Endes zur Rissbildung führen kann. Die größere Ausdehnung des aufge schmolzenen Volumens resultiert in einer Zunahme der emittierten Prozessstrah lung 10. Erfindungsgemäß wird mindestens ein Schweißbearbeitungsparameter (z.B. Vorschubgeschwindigkeit v, mittlere Laserleistung des Laserstrahls 4) in Ab hängigkeit vom ausgewerteten Intensitätsmaximum eines Schmelzvolumens 7 o- der von der über ein Schmelzvolumen 7 integrierten Strahlungsintensität ange passt bzw. geregelt. Die Anpassung kann beispielsweise erfolgen, wenn die inte grierte Intensität oberhalb eines Schwellwertes liegt. When welding transparent workpieces 2, 3 with USP lasers, complex contours with small radii are often required. These areas are particularly prone to cracking. Because of the axis inertia, the feed rate v cannot be kept constant. Due to the reduced feed rate v, the distance between the individual melting volumes 7 is reduced, resulting in a change in the internal seam structure. In addition, if the energy input remains the same, more heat is accumulated, which changes the expansion of the melted volumes. This is accompanied by an increase in thermal stresses, which can ultimately lead to cracking. The greater expansion of the melted volume results in an increase in the process radiation 10 emitted 7 integrated radiation intensity adapted or regulated. The adaptation can take place, for example, when the integrated intensity is above a threshold value.
In einer vorteilhaften Variante wird der Schweißparameter von der Regelungsein richtung 21 derart angepasst bzw. geregelt, dass der Erhöhung der Schweißnaht ausdehnung entgegengewirkt wird, indem die mittlere Laserleistung des Laser strahls 4 verringert wird. Die Reduzierung der mittleren Laserleistung kann dabei über die Reduzierung der maximalen Pulsenergie erfolgen. Alternativ kann die Nahtausdehnung durch Vergrößern des zeitlichen Abstands zwischen den Modu lationssequenzen des Laserstrahls 4 verringert werden. Dies führt dazu, dass sich der Abstand zwischen den Schmelzvolumen 7 erhöht. In an advantageous variant, the welding parameter is adjusted or controlled by the control device 21 in such a way that the increase in the extent of the weld seam is counteracted by the average laser power of the laser beam 4 being reduced. The average laser power can be reduced by reducing the maximum pulse energy. Alternatively, the Seam expansion by increasing the time interval between the modulation sequences of the laser beam 4 can be reduced. This leads to the distance between the melting volumes 7 increasing.
In einer weiteren Variante werden die innere Struktur der Schweißnaht 8 und die Nahtausdehnung konstant gehalten. Die Anpassung bzw. Regelung des Schweiß parameters erfolgt dabei in Abhängigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit v der Achsen und vom ausgewerteten Intensitätsmaximum eines Schmelzvolumens 7 bzw. von der über ein Schmelzvolumen 7 integrierten Strahlungsintensität. Die An passung bzw. Regelung kann beispielsweise erfolgen, wenn die Vorschubge schwindigkeit v unterhalb eines Schwellwertes liegt. Vorzugsweise wird der Schweißparameter derart angepasst, dass einer Änderung der inneren Nahtstruk tur entgegengewirkt wird, indem der zeitliche Abstand zwischen den Modulations sequenzen des Laserstrahls 4 vergrößert wird. Die führt dazu, dass sich der Ab stand zwischen den Schmelzvolumen 7 erhöht und sich gleichzeitig die Nahtaus dehnung verringert. Eine Kombination der beiden Varianten ist denkbar und sinn voll. In a further variant, the internal structure of the weld seam 8 and the extent of the seam are kept constant. The adjustment or control of the welding parameters is carried out as a function of the feed speed v of the axes and the evaluated maximum intensity of a melting volume 7 or of the radiation intensity integrated over a melting volume 7 . The adjustment or regulation can take place, for example, when the feed rate v is below a threshold value. The welding parameters are preferably adjusted in such a way that a change in the inner seam structure is counteracted by increasing the time interval between the modulation sequences of the laser beam 4 . This means that the distance between the melt volumes 7 increases and at the same time the seam expansion decreases. A combination of the two variants is conceivable and makes sense.
Gibt es beim Schweißen von transparenten Werkstücken 2, 3 mit UKP-Lasern zwi schen den zu fügenden Werkstücken 2, 3 einen Spalt 9, der nicht überbrückt wer den kann, kommt es zu einem Prozessabbruch. Ein Prozessabbruch ist dadurch gekennzeichnet, dass periodisch Schmelze in den Spalt 9 ausgeworfen wird und die Ausbildung weiterer Schmelzvolumen 7 durch erstarrte Schmelze an der Glas oberfläche und Hohlräume beeinträchtigt wird. Die gebildeten Schmelzvolumen 7 zwischen den Schmelzauswürfen erreichen die Grenzfläche nicht und tragen da mit nicht zum Prozessergebnis bei und verringern die Prozesseffizienz. Schmelz- auswürfe führen zu einem plötzlichen Abbruch der Strahlungsemission. Bei klei nen aufgeschmolzenen Schmelzvolumen 7, welche die Grenzfläche 5 nicht errei chen, ist die Strahlungsemission reduziert. When welding transparent workpieces 2, 3 with USP lasers, if there is a gap 9 between the workpieces 2, 3 to be joined that cannot be bridged, the process is aborted. A process termination is characterized in that melt is periodically ejected into the gap 9 and the formation of further melt volumes 7 is impaired by solidified melt on the glass surface and cavities. The melt volumes 7 formed between the melt ejections do not reach the interface and therefore do not contribute to the process result and reduce the process efficiency. Molten ejections lead to a sudden termination of the radiation emission. In the case of small molten melt volumes 7 which do not reach the interface 5, the radiation emission is reduced.
Fign. 2a, 2b zeigen exemplarische zeitliche Intensitätsverläufe l(t) der emittierten Prozessstrahlung 10 beim Laserschweißen zweier Werkstücke 2, 3 aus Alkali-Alu- minosilikat-Glas ohne Regelung (Fig. 2a) und mit Regelung (Fig. 2b) des zeitlichen Abstands zwischen den Modulationssequenzen des zeitlich modulierten Laser strahls 4. Intensitätspeaks der Prozessstrahlung 10 mit senkrechtem Intensitätsab fall 22 sind mit 23 und Intensitätspeaks der Prozessstrahlung 10 ohne senkrechten Intensitätsabfall sind mit 24 bezeichnet. Figs. 2a, 2b show exemplary intensity curves l(t) over time of the process radiation 10 emitted during laser welding of two workpieces 2, 3 made of alkali aluminosilicate glass without regulation (FIG. 2a) and with regulation (FIG. 2b) of the temporal Distance between the modulation sequences of the time-modulated laser beam 4. Intensity peaks of the process radiation 10 with vertical intensity drop case 22 are denoted by 23 and intensity peaks of the process radiation 10 without vertical drop in intensity are denoted by 24.
Fig. 2a zeigt den Intensitätsverlauf eines Prozessabbruchs beim Schweißen mit Abstand At zwischen den einzelnen Schmelzvolumen 7. Fig. 2a shows the intensity curve of a process termination during welding with distance Δt between the individual melting volumes 7.
Nach einem Schmelzauswurf, der durch einen schlagartigen bzw. senkrechten Ab fall 22 in der Intensität der emittierten Prozessstrahlung logekennzeichnet ist, können kleinere Signalausschläge 24 beobachtet werden. Diese kennzeichnen zu nehmend größer werdende Schmelzvolumen 7. Erfindungsgemäß wird mindes tens ein Schweißparameter in Abhängigkeit von einem der folgenden Merkmale angepasst bzw. geregelt: After a melt is ejected, which is characterized by a sudden or vertical drop 22 in the intensity of the emitted process radiation, smaller signal deflections 24 can be observed. These characterize increasingly larger melting volumes 7. According to the invention, at least one welding parameter is adjusted or regulated as a function of one of the following features:
- Maximalintensität eines Intensitätspeaks 23, 24, - maximum intensity of an intensity peak 23, 24,
- die über einen Intensitätspeak 23, 24 integrierte Intensität, - the intensity integrated over an intensity peak 23, 24,
- Halbwertsbreite DI eines Intensitätspeaks 23, 24, - FWHM DI of an intensity peak 23, 24,
- zeitlicher Abstand Dί zwischen zwei Intensitätspeaks 23 mit senkrechtem Inten sitätsabfall 22, - Time interval Dί between two intensity peaks 23 with a vertical drop in intensity 22,
- Anzahl der zwischen zwei Intensitätspeaks 23 mit senkrechtem Intensitätsabfall 22 befindlichen Intensitätspeaks 24 ohne senkrechten Intensitätsabfall, und- number of intensity peaks 24 located between two intensity peaks 23 with a vertical drop in intensity 22 without a vertical drop in intensity, and
- zeitlicher Abstand 5t zwischen dem Beginn t0 eines Intensitätsanstiegs und dem Zeitpunkt ta eines senkrechten Intensitätsabfalls 22 oder einer unmittelbar vorangehenden Intensitätsspitze 25 eines Intensitätspeaks 23 (Fig. 3b). - Time interval 5t between the start t 0 of an intensity increase and the time t a of a vertical drop in intensity 22 or an immediately preceding intensity peak 25 of an intensity peak 23 (FIG. 3b).
Die Anpassung bzw. Regelung kann beispielsweise erfolgen, wenn zwischen zwei Schmelzauswürfen Schmelzvolumen auftreten, die nicht zum Schweißergebnis beitragen, und somit die Strahlungsintensität bei zwei aufeinanderfolgenden Schmelzvolumen 7 nicht vollständig einbricht, also wenn zwischen zwei Intensi tätspeaks 23 mit senkrechtem Intensitätsabfall 22 mindestens ein Intensitätspeak 24 ohne senkrechten Intensitätsabfall liegt. Adaptation or regulation can take place, for example, if melt volumes occur between two melt ejections that do not contribute to the welding result, and the radiation intensity therefore does not collapse completely in the case of two consecutive melt volumes 7, i.e. if at least one intensity peak 24 occurs between two intensity peaks 23 with a vertical drop in intensity 22 without a vertical drop in intensity.
In einer vorteilhaften Variante wird mindestens ein Schweißparameter derart ange passt, dass auf jeden Schmelzauswurf ein weiterer Schmelzauswurf folgt. Dazwi schenliegenden Schmelzvolumen, die nicht zum Schweißergebnis beitragen, kann dadurch entgegengewirkt werden, dass der zeitliche Abstand zwischen den Modu lationssequenzen vergrößert wird. Dies führt dazu, dass sich der Abstand At zwi schen den Schmelzvolumen 7 erhöht und die Nahtausbildung durch ausgeworfene Schmelze an der Grenzfläche oder Hohlräumen nicht mehr beeinflusst wird. In an advantageous variant, at least one welding parameter is adjusted in such a way that each melt ejection is followed by a further melt ejection. Intermediate melting volumes that do not contribute to the welding result be counteracted by increasing the time interval between the modulation sequences. As a result, the distance At between the melt volumes 7 increases and the seam formation is no longer influenced by ejected melt at the interface or cavities.
Fig. 2b zeigt den Intensitätsverlauf beim Schweißen mit angepasstem, größe rem Abstand At zwischen den Modulationssequenzen. Jedes gebildete Schmelzvolumen 7 führt zum Auswurf von Schmelze. Durch den vergrößerten Abstand At zwischen den Schmelzvolumen 7 reduziert sich die Nahtausdeh nung. Dem kann zusätzlich durch eine Anpassung der maximalen Pulsenergie entgegengewirkt werden. 2b shows the course of intensity during welding with an adapted, larger distance At between the modulation sequences. Each melt volume 7 formed leads to the ejection of melt. The seam expansion is reduced due to the increased distance At between the melting volumes 7 . This can also be counteracted by adjusting the maximum pulse energy.
Die Schweißnahtposition hat beim Schweißen von transparenten Werkstücken 2,The weld seam position has 2 when welding transparent workpieces,
3 mit UKP-Lasern einen großen Einfluss auf die Festigkeit der Schweißverbin dungen, die Überbrückbarkeit eines Spalts 9 sowie die Anfälligkeit für Rissbil dung. Eine Verkippung des Werkstücks 2, 3 kann jedoch dazu führen, dass die Nahtposition zum Spalt 9 entlang der Bauteilgeometrie variiert. Wird ein Spalt 9 überbrückt, kann dies zu einer Emissionsspitze und oder einem kurzzeitigen Ein bruch in der Strahlungsemission führen. Die Position dieses Merkmals im detek- tierten Intensitätsverlauf gibt Aufschluss über die Spaltposition innerhalb der Schweißnaht 8. 3 with USP lasers has a major influence on the strength of the welded joints, the ability to bridge a gap 9 and the susceptibility to cracking. However, a tilting of the workpiece 2, 3 can lead to the seam position to the gap 9 varying along the component geometry. If a gap 9 is bridged, this can lead to an emission peak and/or a brief rupture in the radiation emission. The position of this feature in the detected intensity profile provides information about the gap position within weld seam 8.
Fign. 3a, 3b zeigen exemplarische zeitliche Intensitätsverläufe l(t) der emittierten Prozessstrahlung 10 beim Laserschweißen zweier Werkstücke 2, 3 aus Quarz glas bei einem Nullspalt (Fig. 3a) und mit einem überbrückten Spalt (Fig. 3b). In Fig. 3a ist die Grenzfläche nicht erkennbar; in Fig. 3b kann anhand des Zeit punkts ta des Intensitätseinbruchs 22 bzw. einer unmittelbar vorangehenden In tensitätsspitze 25 auf die Position des Spalts 9 innerhalb des Schmelzvolumens 7 geschlossen werden. Je später der Schmelzauswurf stattfindet, desto höher liegt der Spalt 9. Erfindungsgemäß wird mindestens ein Schweißparameter in Abhängigkeit vom Zeitpunkt ta des kurzzeitigen Intensitätseinbruchs 22 oder der Intensitätsspitze 25 angepasst bzw. geregelt. Die Anpassung kann beispiels weise erfolgen, wenn der Zeitpunkt ta des kurzzeitigen Intensitätseinbruchs 22 außerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters liegt. Bei einer vorteilhaften Variante wird mindestens ein Schweißparameter derart angepasst, dass der Positionsän derung des Spalts 9 entgegengewirkt wird, indem die Fokuslage F entsprechend angepasst wird. Wie in Fig. 1 gezeigt, weist die Überwachungsvorrichtung 1 weiterhin einen Daten speicher 26 zum Speichern des detektierten Intensitätsverlaufs sowie eine Anzei geeinheit 27 zur Anzeige des ausgewerteten Intensitätsverlaufs auf. Figs. 3a, 3b show exemplary intensity curves l(t) over time of the process radiation 10 emitted during the laser welding of two workpieces 2, 3 made of quartz glass with a zero gap (FIG. 3a) and with a bridged gap (FIG. 3b). The interface cannot be seen in FIG. 3a; In FIG. 3b, the position of the gap 9 within the melt volume 7 can be inferred from the point in time t a of the intensity drop 22 or an immediately preceding intensity peak 25 . The later the melt is ejected, the higher the gap 9 is. According to the invention, at least one welding parameter is adjusted or regulated as a function of the time t a of the brief intensity drop 22 or the intensity peak 25 . The adaptation can take place, for example, when the point in time t a of the brief drop in intensity 22 lies outside of a predetermined time window. In an advantageous variant at least one welding parameter is adjusted in such a way that the change in position of the gap 9 is counteracted by the focal position F being adjusted accordingly. As shown in FIG. 1, the monitoring device 1 also has a data memory 26 for storing the detected intensity profile and a display unit 27 for displaying the evaluated intensity profile.

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Verfahren zum Überwachen eines Laserschweißprozesses zum Verschwei ßen zweier für die Laserwellenlänge transparenter Werkstücke (2, 3), vor zugsweise aus Glas, wobei in den Werkstücken (1 , 2) von einem gepulsten Laserstrahl (4), insbesondere Ultrakurzpulslaserstrahl, ein Schmelzvolumen (7) im Bereich der Grenzfläche (5) der beiden Werkstücke (2, 3) aufge schmolzen wird, um eine Schweißnaht (8) zu erzeugen, und wobei die In tensität der vom Schmelzvolumen (7) emittierten Prozessstrahlung (10) de- tektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der detektierte Intensitätsverlauf hinsichtlich mindestens eines der fol genden Merkmale ausgewertet wird: 1. A method for monitoring a laser welding process for welding two work pieces (2, 3) that are transparent to the laser wavelength, preferably made of glass, wherein a melt volume ( 7) is melted in the area of the boundary surface (5) of the two workpieces (2, 3) in order to produce a weld seam (8), and the intensity of the process radiation (10) emitted by the melting volume (7) being detected , characterized in that the detected intensity profile is evaluated with regard to at least one of the following features:
- Maximalintensität eines Intensitätspeaks (23, 24) der Prozessstrahlung- Maximum intensity of an intensity peak (23, 24) of the process radiation
(10), (10),
- die über einen Intensitätspeak (23, 24) integrierte Intensität der Prozess strahlung (10), - The intensity of the process radiation (10) integrated via an intensity peak (23, 24),
- Halbwertsbreite (DI) eines Intensitätspeaks (23, 24) der Prozessstrahlung- Width at half maximum (DI) of an intensity peak (23, 24) of the process radiation
(10), (10),
- zeitlicher Abstand (At) zwischen zwei Intensitätspeaks (23) der Prozess strahlung (10) mit senkrechtem Intensitätsabfall (22) , - Time interval (At) between two intensity peaks (23) of the process radiation (10) with a vertical drop in intensity (22),
- Anzahl der zwischen zwei Intensitätspeaks (23) der Prozessstrahlung (10) mit senkrechtem Intensitätsabfall (22) befindlichen Intensitätspeaks (24) der Prozessstrahlung (10) ohne senkrechten Intensitätsabfall, und - number of intensity peaks (24) of the process radiation (10) without vertical intensity drop located between two intensity peaks (23) of the process radiation (10) with a vertical drop in intensity (22), and
- zeitlicher Abstand (öt) zwischen dem Beginn (to) eines Intensitätsanstiegs und einem senkrechten Intensitätsabfall (22) oder einer Intensitätsspitze (25) eines Intensitätspeaks (23) der Prozessstrahlung (10), und dass mindestens ein Schweißparameter anhand des mindestens einen ausgewerteten Merkmals angepasst oder geregelt wird. - Time interval (öt) between the start (to) of an intensity increase and a vertical decrease in intensity (22) or an intensity peak (25) of an intensity peak (23) of the process radiation (10), and that at least one welding parameter is adjusted based on the at least one evaluated characteristic or is regulated.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere La serleistung des Laserstrahls (4) moduliert wird, um innerhalb einer Modula tionsperiode ein einzelnes Schmelzvolumen (7) zu erzeugen. 2. The method as claimed in claim 1, characterized in that the mean laser power of the laser beam (4) is modulated in order to produce a single melting volume (7) within a modulation period.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der min destens eine Schweißparameter die mittlere Laserleistung oder die Vor schubgeschwindigkeit (v) des Laserstrahls (4) ist. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the minimum one welding parameter is the average laser power or the feed speed (v) of the laser beam (4).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere La serleistung des Laserstrahls (4) durch Ändern der maximalen Pulsenergie oder eines Modulationsmusters oder durch Ändern des Abstands zwischen zwei Modulationssequenzen des Laserstrahls (4) angepasst oder geregelt wird. 4. The method according to claim 3, characterized in that the average laser power of the laser beam (4) is adjusted or regulated by changing the maximum pulse energy or a modulation pattern or by changing the distance between two modulation sequences of the laser beam (4).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Anpassung oder Regelung des mindestens einen Schweißparameters erst erfolgen, wenn der mindestens eine Schweißpara meter einen vorgegebenen Schwellwert unter- oder überschreitet. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one welding parameter is only adjusted or regulated when the at least one welding parameter falls below or exceeds a predetermined threshold value.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Anpassung oder Regelung des mindestens einen Schweißparameters erst erfolgen, wenn zwischen zwei Intensitätspeaks (23) der Prozessstrahlung (10) mit senkrechtem Intensitätsabfall (22) min destens ein Intensitätspeak (24) der Prozessstrahlung (10) ohne senkrech ten Intensitätsabfall liegt. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one welding parameter is only adjusted or regulated if at least one intensity peak (24) the process radiation (10) is without perpendicular th intensity drop.
7. Vorrichtung (1) zum Überwachen eines Laserschweißprozesses zum Ver schweißen zweier für die Laserwellenlänge transparenter Werkstücke (2,7. Device (1) for monitoring a laser welding process for welding two workpieces (2,
3), vorzugsweise aus Glas, mittels eines gepulsten Laserstrahls (4), mit einem Laserstrahlerzeuger (16) zum Erzeugen des Laserstrahls (4), der in den Werkstücken (2, 3) ein Schmelzvolumen (7) aufschmilzt, um eine Schweißnaht (8) zu erzeugen, mit einer Bearbeitungsoptik (6), die den Laserstrahl (4) in den Bereich der Grenzfläche (5) der beiden Werkstücke (2, 3) abbildet, mit einem Detektor (11 ) zum Detektieren der vom Schmelzvolumen (7) emittierten Prozessstrahlung (10), und mit einer Auswertungseinheit (15) zum Auswerten des detektierten Intensi tätsverlaufs, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit (15) programmiert ist, den detektierten Intensi tätsverlauf hinsichtlich mindestens eines der folgenden Merkmale auszu werten: 3), preferably made of glass, by means of a pulsed laser beam (4), with a laser beam generator (16) for generating the laser beam (4), which melts a melting volume (7) in the workpieces (2, 3) in order to form a weld seam (8 ) with processing optics (6), which images the laser beam (4) in the area of the interface (5) of the two workpieces (2, 3), with a detector (11) for detecting the process radiation (10) emitted by the melting volume (7), and with an evaluation unit (15) for evaluating the detected intensity profile, characterized in that the evaluation unit (15) is programmed to analyze the detected intensity profile to be evaluated with regard to at least one of the following characteristics:
- Maximalintensität eines Intensitätspeaks (23, 24) der Prozessstrahlung- Maximum intensity of an intensity peak (23, 24) of the process radiation
(10) (10)
- die über einen Intensitätspeak (23, 24) integrierte Intensität der Prozess strahlung (10), - The intensity of the process radiation (10) integrated via an intensity peak (23, 24),
- Halbwertsbreite (DI) eines Intensitätspeaks (23, 24) der Prozessstrahlung- Width at half maximum (DI) of an intensity peak (23, 24) of the process radiation
(10), (10),
- zeitlicher Abstand (At) zwischen zwei Intensitätspeaks (23) der Prozess strahlung (10) mit senkrechtem Intensitätsabfall (22), - Time interval (At) between two intensity peaks (23) of the process radiation (10) with a vertical drop in intensity (22),
- Anzahl der zwischen zwei Intensitätspeaks (23) der Prozessstrahlung (10) mit senkrechtem Intensitätsabfall (22) befindlichen Intensitätspeaks (24) der Prozessstrahlung (10) ohne senkrechten Intensitätsabfall, und - number of intensity peaks (24) of the process radiation (10) without vertical intensity drop located between two intensity peaks (23) of the process radiation (10) with a vertical drop in intensity (22), and
- zeitlicher Abstand (öt) zwischen dem Beginn (to) eines Intensitätsanstiegs und einem senkrechten Intensitätsabfall (22) oder einer Intensitätsspitze (25) eines Intensitätspeaks (23) der Prozessstrahlung (10). - Time interval (öt) between the beginning (to) of an intensity increase and a vertical drop in intensity (22) or an intensity peak (25) of an intensity peak (23) of the process radiation (10).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Regelungseinrichtung (21) zur Regelung mindestens eines Schweißparameters des Schweißpro zesses anhand des mindestens einen ausgewerteten Merkmals. 8. The device according to claim 7, characterized by a control device (21) for controlling at least one welding parameter of the welding process based on the at least one evaluated feature.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindes tens eine Schweißparameter die mittlere Laserleistung oder die Vorschub geschwindigkeit (v) des Laserstrahls (4) ist. 9. Device according to claim 8, characterized in that the at least one welding parameter is the average laser power or the feed rate (v) of the laser beam (4).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinheit (27) zur Anzeige des detektierten oder ausgewerteten Inten sitätsverlaufs. 10. Device according to one of claims 7 to 9, characterized by a display unit (27) for displaying the detected or evaluated intensity profile.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch ei nen Datenspeicher (26) zum Speichern des detektierten Intensitätsverlaufs. 11. Device according to one of claims 7 to 10, characterized by a data memory (26) for storing the detected intensity profile.
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