WO2024251594A1 - Prozessanordnung sowie verfahren zur herstellung einer baugruppe - Google Patents

Prozessanordnung sowie verfahren zur herstellung einer baugruppe Download PDF

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WO2024251594A1
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welding device
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welded
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Jan-Oliver Brassel
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    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G01N23/046—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using tomography, e.g. computed tomography [CT]

Definitions

  • the invention relates to a process arrangement and a method for producing an assembly according to the preamble of claim 1 or claim 9.
  • a generic process arrangement has a welding device with which joining partners can be connected to one another in a material-locking manner via a connecting seam designed as a weld seam.
  • the welding or soldering device is integrated into a control circuit in which an electronic control unit sets a seam parameter of the welding or soldering device that influences the seam quality depending on a target specification.
  • the control circuit has, for example, an optical sensor for photo-optical detection of a surface profile of the connecting seam formed in the welding or soldering process. This sensor generates an actual value that is compared with a target specification in the electronic control unit. From the comparison between the actual value and the target specification, the control unit determines a control value with which the welding device can be controlled.
  • the optical sensor is used to capture a 2D image of the connecting seam surface, so that only external quality characteristics of the connecting seam are taken into account in the control system.
  • DE 10 2015 016 513 B4 discloses a process arrangement with a welding device, with the help of which a component connection can be made, the joining partners of which are connected to one another via a connecting seam.
  • the welding or soldering device is integrated into a control loop.
  • the control loop has an X-ray device for actual value recording, which records the internal quality characteristics of the connecting seam by radiating the joining zone and uses this to determine an actual value.
  • the object of the invention is to provide a process arrangement and a method for producing a component connection which, compared to the prior art, enables an improved welding result with reduced energy consumption.
  • the invention is based on a process arrangement with a welding device and with an assembly to be welded.
  • the assembly has an upper workpiece facing the welding device and a lower workpiece facing away from the welding device.
  • the welding device is used to create a hole weld connection in which the welding device welds a hole weld through the overlapping upper workpiece into the lower workpiece.
  • the welding device moves in a welding direction along a welding path.
  • the welding device is integrated in a control loop in which a electronic control unit controls the welding device with a control signal depending on a target specification, in particular the target seam thickness.
  • a plug weld connection can be problematic if the lower workpiece facing away from the welding device has a complex component geometry along the welding path, for example, free spaces on the contact surface with the upper workpiece, and/or different material thicknesses along the welding path.
  • Such complex component geometries of the lower workpiece cannot be detected by a photo-optical sensor, for example one arranged on the welding device; this can only detect the external, visible quality characteristics of the plug weld surface.
  • the target specification in particular the seam thickness or welding depth
  • the target specification for plug weld welding is therefore set sufficiently large so that the weld is always secure for the component geometry of the lower workpiece that varies along the welding path, even if the component geometry of the lower workpiece is unfavorable for the welding result.
  • an excessively large target specification for example the target seam thickness or welding depth
  • the process arrangement is a self-learning system in which the target specification is determined in a learning process that precedes the welding process.
  • the control/regulation circuit is therefore no longer provided with an excessive target specification (as in the prior art).
  • the target specification is determined depending on the component geometry of the lower part, which varies along the welding path. workpiece. This reduces the target specification (i.e. target seam thickness or welding depth) - and thus also the associated welding energy consumption - compared to the state of the art, without compromising seam reliability.
  • the process arrangement can have a radiometry device that carries out a test of the joining zone to be welded by means of irradiation.
  • the radiometry device can have a radiation source that generates X-rays or gamma radiation and an imaging detection module.
  • the radiation source is used in the 3D detection of the joining zone to be welded as a transmitted light radiation source that completely illuminates the joining area.
  • a radiation intensity image is generated of the illuminated joining zone.
  • An evaluation module of the radiometry device determines the target specification by evaluating the radiation intensity image.
  • a photo-optical sensor can be integrated into the control loop.
  • the sensor can photo-optically detect a surface profile (for example a weld seam bulge) of the weld seam formed during the welding process as an actual value.
  • the electronic control unit of the control loop can have a comparator module which, on the basis of a target/actual value comparison, generates the control signal with which the welding device can be controlled during the welding process, for example to increase or reduce the laser power.
  • the learning process for determining the target specification can be carried out continuously during the welding operation.
  • the learning process takes place directly during the welding process; this means that the radiometric device illuminates the joining zone to be welded during the welding process, which produces a radiation intensity image from which the target specification can be determined.
  • the process arrangement can have an X-ray station and a welding station connected downstream of the process.
  • the following process sequence results:
  • the workpieces to be welded are pre-positioned in a welding position in the correct position relative to one another.
  • a second process step in which the assembly can be transferred to the X-ray station.
  • the learning process takes place in the X-ray station, from which the target specification for the subsequent welding process is determined.
  • the assembly is transferred to the welding station, in which the welding process can be carried out depending on the target specification.
  • the process arrangement can be assigned a simulation unit that generates a calculation model of the assembly, by means of which the component safety of the assembly is calculated in a strength calculation.
  • the simulation unit can be in signal connection with the radiometry device.
  • the calculation of the component safety can be carried out on the basis of the radiation intensity image generated in the radiometry device, in particular on the basis of the target specification determined by the evaluation module.
  • the target specification can be a target seam thickness.
  • the target seam thickness is used as the basis for the strength calculation in the simulation unit.
  • the welding device can be implemented as a laser welding device that connects the workpieces by means of the plug weld.
  • the assembly produced can be a mixed assembly in which the upper workpiece is a sheet metal part while the lower workpiece is a metal casting part.
  • Fig. 1 to 3 are different representations which illustrate the process arrangement and the method for manufacturing an assembly.
  • Figure 1 shows a finished mixed assembly 6 in a sectional view, in which an upper workpiece 1 is a sheet metal part, while a lower workpiece 3 is a cast metal part.
  • the upper sheet metal part 1 has been welded to the lower cast metal part 3 by means of a hole weld 4 in a laser welding process ( Figures 2 or 3).
  • the lower metal casting 3 has a complex component geometry along the weld path; i.e., free spaces 7 on the contact surface to the upper metal sheet part 1, which are spaced apart from one another via material domes 9.
  • the material domes 9 are welded to the metal sheet part 1.
  • the free spaces 7 can be coolant channels that are separated from one another in a fluid-tight manner via the material domes 9 and the hole weld seam 4.
  • the material thicknesses Si to s 4 of the lower metal casting 3 vary.
  • the seam thickness d of the plug weld 4 is not constant throughout in the longitudinal direction, but varies depending on the respective component geometry of the lower metal casting 3.
  • the seam thickness d is always adapted to the component geometry of the lower metal casting 3 in such a way that sufficient seam security is guaranteed.
  • the mixed assembly 6 shown in Figure 1 can be produced by a laser welding process, as indicated in Figure 2. Accordingly, a laser beam 11 generated by the laser welding device 5 is guided in the welding direction S along the welding path. In the laser welding process, it is important to produce a perfect hole weld seam quality with as little energy consumption as possible.
  • Radiometry device 13 is provided, with the help of which the
  • a core of the invention is that a learning process is carried out before the laser welding process.
  • a target value z of the control loop R is determined, taking into account the component geometry of the lower metal casting 3, which varies along the welding path.
  • the control circuit R consists of an electronic control unit 15, the welding device 5, an optical sensor 17 and a target setting unit 19, which is in signal connection with the electronic control unit 15.
  • the optical sensor 17 detects a surface profile, for example a weld seam bulge, of the hole weld 4 formed in the welding process photo-optically as an actual value. x.
  • the electronic control unit 15 Based on a target/actual value comparison, the electronic control unit 15 generates a control signal y to control the laser welding device 5.
  • the joining zone to be welded is checked by means of radiation using the radiometry device 13.
  • the radiometry device 13 has a radiation source 21 that generates X-rays or gamma radiation and an imaging detection module 23.
  • the radiation source 21 is used as a transmitted light radiation source that illuminates the joining area.
  • the imaging detection module 23 generates a radiation intensity image of the illuminated joining area.
  • the target specification z is determined by evaluating the radiation intensity image and can be forwarded to the target specification unit 19.
  • the process arrangement is also assigned a simulation unit 27 in which a calculation model 26 of the assembly 6 is generated.
  • the simulation unit 27 determines the component safety of the assembly 6 by means of a strength calculation.
  • the simulation unit 27 is connected in signal connection to the evaluation module 25 of the
  • Radiometry device 13 Accordingly, the strength calculation in the simulation unit 27 can be carried out on the basis of the
  • the target specification z i.e. in particular the target weld depth, generated by the radiometry device 13 can be carried out.
  • Figure 3 shows a process arrangement according to a further embodiment.
  • the process arrangement in Figure 3 has an X-ray station 28 and a welding station 29 connected downstream of the process.
  • the welding process is carried out in this process arrangement as follows:
  • a first process step I the workpieces 1, 3 to be welded are pre-positioned in a welding position in the correct position relative to one another.
  • a second process step II in which the assembly 6 is transferred to the X-ray station 28.
  • the learning process takes place in the X-ray station 28, from which the target specification z for the subsequent welding process is determined.
  • the assembly 6 is transferred to the welding station 29 in which the welding process is carried out depending on the target specification z.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Prozessanordnung mit einem Schweißgerät (5) und mit einer zu verschweißenden Baugruppe (6), bestehend aus einem dem Schweißgerät (5) zugewandten oberen Werkstück (1) und einem vom Schweißgerät (5) abgewandten unteren Werkstück (3), wobei mit dem Schweißgerät (5) eine Lochschweißnaht (4) durch das überlappende obere Werkstück (1) in das untere Werkstück (3) schweißbar ist, und wobei das Schweißgerät (5) in einem Steuer-/Regelkreis (R) eingebunden ist, in dem eine elektronische Steuereinheit (15) in Abhängigkeit von einer Sollvorgabe (z), insbesondere Soll-Nahtdicke, das Schweißgerät (5) mit einem Stellsignal (y) ansteuert. Erfindungsgemäß ist die Prozessanordnung ein selbstlernendes System, bei dem die Sollvorgabe (z) in einem dem Schweißvorgang prozesstechnisch vorgeschalteten Anlernprozess ermittelbar ist.

Description

Beschreibung
Prozessanordnunq sowie Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe
Die Erfindung betrifft eine Prozessanordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 oder nach Anspruch 9.
In der Serienfertigung von Automobilkarosserien sind mittels Industrielaser durchgeführte Schweiß- oder Lötprozesse etabliert, um zum Beispiel eine Mischbaugruppe aus einem Metallgussteil und einem Metallblechteil zu fügen.
Eine gattungsgemäße Prozessanordnung weist ein Schweißgerät auf, mittels dem Fügepartner über eine als Schweißnaht ausgebildete Verbindungsnaht miteinander stoffschlüssig verbindbar sind. Das Schweiß- oder Lötgerät ist in einem Regelkreis eingebunden, in dem eine elektronische Steuereinheit in Abhängigkeit von einer Sollvorgabe einen die Nahtqualität beeinflussenden Nahtparameter des Schweiß- oder Lötgeräts einstellt. Der Regelkreis weist zum Beispiel einen optischen Sensor zur foto-optischen Erfassung eines Oberflächen profils der im Schweiß- oder Lötvorgang gebildeten Verbindungsnaht auf. Dieser Sensor erzeugt einen Istwert, der in der elektronischen Steuereinheit mit einer Sollvorgabe verglichen wird. Aus dem Vergleich zwischen Istwert und Sollvorgabe ermittelt die Steuereinheit einen Stellwert, mit dem das Schweißgerät ansteuerbar ist. Mit Hilfe des optischen Sensors erfolgt eine 2D-Erfassung der Verbindungsnaht-Oberfläche, so dass lediglich äußere Qualitätsmerkmale der Verbindungsnaht in die Regelung einfließen.
Aus der DE 10 2015 016 513 B4 ist eine Prozessanordnung mit einem Schweißgerät bekannt, mit dessen Hilfe eine Bauteilverbindung herstellbar ist, deren Fügepartner über eine Verbindungsnaht miteinander verbunden sind. Das Schweiß- oder Lötgerät ist in einem Regelkreis eingebunden. Der Regelkreis weist für eine Istwert-Erfassung ein Röntgengerät auf, das mittels Durchstrahlung der Fügezone die inneren Qualitätsmerkmale der Verbindungsnaht erfasst und daraus einen Istwert ermittelt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Prozessanordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Bauteilverbindung bereitzustellen, die im Vergleich zum Stand der Technik ein verbessertes Schweißergebnis mit reduziertem Energieaufwand ermöglicht.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 9 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung geht von einer Prozessanordnung mit einem Schweißgerät und mit einer zu verschweißenden Baugruppe aus. Die Baugruppe weist ein, dem Schweißgerät zugewandtes oberes Werkstück und ein vom Schweißgerät abgewandtes unteres Werkstück auf. Mit dem Schweißgerät wird eine Lochschweißnahtverbindung erzeugt, bei der das Schweißgerät eine Lochschweißnaht durch das überlappende obere Werkstück in das untere Werkstück schweißt. Das Schweißgerät bewegt sich dabei während des Schweißprozesses in einer Schweißrichtung entlang einer Schweißbahn. Das Schweißgerät ist in einem Steuer-ZRegelkreis eingebunden, in dem eine elektronische Steuereinheit in Abhängigkeit von einer Sollvorgabe, insbesondere Soll-Nahtdicke, das Schweißgerät mit einem Stellsignal ansteuert.
Eine Lochschweißnahtverbindung kann problematisch sein, wenn das vom Schweißgerät abgewandte, untere Werkstück entlang der Schweißbahn eine komplexe Bauteilgeometrie aufweist, zum Beispiel Freiräume an der Kontaktfläche zum oberen Werkstück, und/oder unterschiedliche Materialstärken entlang der Schweißbahn. Derart komplexe Bauteilgeometrien des unteren Werkstückes sind von einem, zum Beispiel am Schweißgerät angeordneten foto-optischen Sensor nicht erfassbar; dieser kann lediglich die äußeren, sichtbaren Qualitätsmerkmale der Lochschweißnaht-Oberfläche erfassen.
Im Stand der Technik wird beim Lochschweißnahtschweißen daher die Sollvorgabe (insbesondere Nahtdicke bzw. Einschweißtiefe) ausreichend groß bemessen, damit für die entlang der Schweißbahn variierende Bauteilgeometrie des unteren Werkstücks stets eine Nahtsicherheit gewährleistet ist, und zwar selbst bei für das Schweißergebnis ungünstiger Bauteilgeometrie des unteren Werkstücks. Eine solche übermäßig große Sollvorgabe (zum Beispiel Soll- Nahtdicke bzw. Einschweißtiefe) ist jedoch mit einem übermäßig hohen Schweißenergieaufwand verbunden.
In Abkehr davon ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 die Prozessanordnung ein selbstlernendes System, bei dem die Sollvorgabe in einem dem Schweißvorgang prozesstechnisch vorgeschalteten An lern prozess ermittelt wird. Dem Steuer-ZRegelkreis wird daher nicht mehr (wie im Stand der Technik) eine übermäßig Sollvorgabe bereitgestellt. Vielmehr wird im erfindungsgemäßen Anlernprozess die Sollvorgabe in Abhängigkeit von der entlang der Schweißbahn variierenden Bauteilgeometrie des unteren Werkstückes angepasst. Dadurch wird die Sollvorgabe (das heißt Soll- Nahtdicke bzw. Einschweißtiefe) - und damit auch der damit korrelierende Schweißenergieverbrauch - im Vergleich zum Stand der Technik gesenkt, ohne die Nahtsicherheit zu beeinträchtigen.
Zur Durchführung des An lern prozesses kann die Prozessanordnung eine Radiometrievorrichtung aufweisen, die eine Prüfung der zu verschweißenden Fügezone mittels Durchstrahlung durchführt. Die Radiometrievorrichtung kann eine Röntgen- oder Gammastrahlung erzeugende Strahlungsquelle und einen bildgebenden Erfassungsbaustein aufweisen. Die Strahlungsquelle wird bei der 3D-Erfassung der zu verschweißenden Fügezone als eine Durchlichtstrahlungsquelle eingesetzt, die den Fügebereich komplett durchleuchtet. Mit Hilfe des bildgebenden Erfassungsbausteins wird von der durchleuchteten Fügezone ein Strahlungsintensitätsbild erzeugt. Ein Auswertebaustein der Radiometrievorrichtung ermittelt unter Auswertung des Strahlungsintensitätsbildes die Sollvorgabe.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann in dem Regelkreis ein fotooptischer Sensor eingebunden sein. Der Sensor kann als Istwert ein Oberflächenprofil (zum Beispiel eine Schweißnaht-Aufwölbung) der im Schweißvorgang gebildeten Lochschweißnaht foto-optisch erfassen. Die elektronische Steuereinheit des Regelkreises kann einen Vergleicherbaustein aufweisen, der auf der Grundlage eines Soll/Istwert-Vergleichs das Stellsignal erzeugt, mit dem das Schweißgerät während des Schweißvorgangs ansteuerbar ist, zum Beispiel um die Laserleistung zu erhöhen oder zu reduzieren.
In einer ersten Ausführungsvariante kann der Anlernprozess zur Ermittlung der Sollvorgabe während der Schweißoperation permanent durchgeführt werden. In diesem Fall findet also der Anlernprozess unmittelbar während des Schweißvorganges statt; das heißt, dass die Radiometrievorrichtung die zu verschweißende Fügezone während des Schweißvorgangs durchleuchtet, woraus ein Strahlungsintensitätsbild erzeugt wird, aus dem Sollvorgabe ermittelbar ist.
Alternativ dazu kann die Prozessanordnung eine Röntgenstation und eine prozesstechnisch nachgeschaltete Schweißstation aufweisen. In diesem Fall ergibt sich der folgende Prozessverlauf: In einem ersten Prozessschritt werden die zu verschweißenden Werkstücke zueinander lagerichtig in einer Schweißposition vorpositioniert. Anschließend folgt ein zweiter Prozessschritt, in dem die Baugruppe zur Röntgenstation transferierbar ist. In der Röntgenstation findet der Anlernprozess statt, aus dem die Sollvorgabe für den nachfolgenden Schweißprozess ermittelt wird. Im dritten Prozessschritt wird die Baugruppe zur Schweißstation transferiert, in der der Schweißvorgang in Abhängigkeit von der Sollvorgabe durchführbar ist.
In einer bevorzugten Weiterbildung kann der Prozessanordnung eine Simulationseinheit zugeordnet sein, die ein Berechnungsmodell der Baugruppe erzeugt, mittels dem in einer Festigkeitsberechnung die Bauteilsicherheit der Baugruppe berechnet wird. Im Fahrzeugbau kann beispielhaft die Crashsicherheit der Baugruppe berechnet werden. Erfindungsgemäß kann die Simulationseinheit in Signalverbindung mit der Radiometrievorrichtung sein. In diesem Fall kann die Berechnung der Bauteilsicherheit auf der Grundlage des in der Radiometrievorrichtung erzeugten Strahlungsintensitätsbildes durchgeführt werden, insbesondere auf der Grundlage der vom Auswertebaustein ermittelten Sollvorgabe. Beispielhaft kann die Sollvorgabe eine Soll-Nahtdicke sein. In diesem Fall wird die Soll-Nahtdicke für die Festigkeitsberechnung in der Simulationseinheit zugrunde gelegt. Das Schweißgerät kann als ein Laserschweißgerät realisiert sein, das die Werkstücke mittels der Lochschweißnaht verbindet. Die erzeugte Baugruppe kann eine Mischbaugruppe sein, bei der das obere Werkstück ein Metallblechteil ist, während das untere Werkstück ein Metallgussteil ist.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 bis 3 jeweils unterschiedliche Darstellungen; anhand derer die Prozessanordnung sowie das Verfahren zur Herstellung bei einer Baugruppe veranschaulicht sind.
In der Figur 1 ist eine fertiggestellte Mischbaugruppe 6 in Schnittdarstellung gezeigt, bei der ein oberes Werkstück 1 ein Metallblechteil ist, während ein unteres Werkstück 3 ein Metallgussteil ist. Das obere Metallblechteil 1 ist in einem Laserschweißprozess (Figuren 2 oder 3) mittels einer Lochschweißnaht 4 mit dem unteren Metallgussteil 3 verschweißt worden.
Gemäß der Figur 1 weist das untere Metallgussteil 3 entlang der Schweißbahn eine komplexe Bauteilgeometrie auf; d.h. Freiräume 7 an der Kontaktfläche zum oberen Metallblechteil 1 , die über Materialdome 9 voneinander beabstandet sind. Die Materialdome 9 sind in Schweißverbindung mit dem Metallblechteil 1. Beispielhaft können die Freiräume 7 Kühlmittelkanäle sein, die über die Materialdome 9 sowie die Lochschweißnaht 4 voneinander fluiddicht getrennt sind. Im weiteren Verlauf der Lochschweißnaht 4 (das heißt in der Figur 1 nach links) variieren die Materialstärken Si bis s4 des unteren Metallgussteils 3. In der Figur 1 ist die Nahtdicke d der Lochschweißnaht 4 in Längsrichtung nicht durchgängig konstant, sondern variiert diese in Abhängigkeit von der jeweiligen Bauteilgeometrie des unteren Metallgussteils 3. Die Nahtdicke d ist dabei stets so an die Bauteilgeometrie des unteren Metallgussteils 3 angepasst, dass eine ausreichende Nahtsicherheit gewährleistet ist. Durch die Anpassung der Nahtdicke d an die entlang der Schweißbahn variierende Bauteilgeometrie des unteren Metallgussteils 3 kann der Energieverbrauch des Schweißgerätes 5 auf ein Minimum beschränkt und trotzdem die Nahtsicherheit gewährleistet werden.
Die in der Figur 1 gezeigte Mischbaugruppe 6 ist durch einen Laserschweißprozess herstellbar, wie er in der Figur 2 angedeutet ist. Demnach wird ein von dem Laserschweißgerät 5 erzeugter Laserstrahl 11 in der Schweißrichtung S entlang der Schweißbahn geführt. Im Laserschweißprozess ist es von Bedeutung, eine einwandfreie Lochschweißnahtqualität mit möglichst reduziertem Energieaufwand zu erzeugen. Hierzu ist gemäß der Figur 2 eine Prozessanordnung mit einem Regelkreis R sowie mit einer
Radiometrievorrichtung 13 bereitgestellt, mit deren Hilfe der
Laserschweißprozess durchführbar ist.
Ein Kern der Erfindung besteht darin, dass dem Laserschweißprozess ein Anlernprozess vorgeschaltet ist. Im Anlernprozess wird eine Sollvorgabe z des Regelkreises R ermittelt, und zwar unter Berücksichtigung der sich entlang der Schweißbahn variierenden Bauteilgeometrie des unteren Metallgussteils 3.
Wie aus der Figur 2 hervorgeht, besteht der Regelkreis R aus einer elektronischen Steuereinheit 15, dem Schweißgerät 5, einem optischen Sensor 17 sowie einer Sollvorgabeeinheit 19, die in Signalverbindung mit der elektronischen Steuereinheit 15 ist. Im Schweißprozess erfasst der optische Sensor 17 ein Oberflächenprofil, zum Beispiel eine Schweißnaht-Aufwölbung, der im Schweißvorgang gebildeten Lochschweißnaht 4 foto-optisch als Istwert x. Anhand eines Soll-/Istwertvergleiches erzeugt die elektronische Steuereinheit 15 ein Stellsignal y zur Ansteuerung des Laserschweißgeräts 5.
In dem, dem Laserschweißprozess vorgeschalteten Anlernprozess wird mit Hilfe der Radiometrievorrichtung 13 die zu verschweißende Fügezone mittels Durchstrahlung geprüft. Hierzu weist die Radiometrievorrichtung 13 eine Strahlungsquelle 21 , die Röntgen- oder Gammastrahlung erzeugt, und einen bildgebenden Erfassungsbaustein 23 auf. Während des An lern prozesses wird die Strahlungsquelle 21 als Durchlichtstrahlungsquelle eingesetzt, die den Fügebereich durchleuchtet. Der bildgebende Erfassungsbaustein 23 erzeugt von dem durchleuchteten Fügebereich ein Strahlungsintensitätsbild. In einem nachgeschalteten Auswertebaustein 25 wird unter Auswertung des Strahlungsintensitätsbilds die Sollvorgabe z ermittelt, die zur Sollvorgabeeinheit 19 weiterleitbar ist.
Der Prozessanordnung ist außerdem eine Simulationseinheit 27 zugeordnet, in der ein Berechnungsmodell 26 der Baugruppe 6 erzeugt wird. Anhand des Berechnungsmodells 26 ermittelt die Simulationseinheit 27 die Bauteilsicherheit der Baugruppe 6 durch eine Festigkeitsberechnung. Die Simulationseinheit 27 ist in Signalverbindung mit dem Auswertebaustein 25 der
Radiometrievorrichtung 13. Entsprechend kann die Festigkeitsberechnung in der Simulationseinheit 27 auf der Grundlage des von der
Radiometrievorrichtung 13 erzeugten Sollvorgabe z, d.h. insbesondere der Soll- Nahttiefe, durchgeführt werden.
In der Figur 3 ist eine Prozessanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt. Alternativ zur Figur 2 weist die Prozessanordnung in der Figur 3 eine Röntgenstation 28 und eine prozesstechnisch nachgeschaltete Schweißstation 29 auf. Der Schweißprozess wird in dieser Prozessanordnung wie folgt durchgeführt: In einem ersten Prozessschritt I werden die zu verschweißenden Werkstücke 1 , 3 zueinander lagerichtig in eine Schweißposition vorpositioniert. Anschließend folgt ein zweiter Prozessschritt II, in dem die Baugruppe 6 zur Röntgenstation 28 transferiert wird. In der Röntgenstation 28 findet der Anlernprozess statt, aus dem die Sollvorgabe z für den nachfolgenden Schweißprozess ermittelt wird. Im dritten Prozessschritt III wird die Baugruppe 6 zur Schweißstation 29 transferiert, in der der Schweißvorgang in Abhängigkeit von der Sollvorgabe z durchgeführt ist.
Bezuqszeichenliste
1 oberes Werkstück
3 unteres Werkstück
4 Lochschweißnaht
5 Schweißgerät
6 Baugruppe
7 Freiraum
9 Materialdom
11 Laserstrahl
13 Radiometrievorrichtung
15 elektronische Steuereinheit
17 optischer Sensor
19 Sollvorgabeeinheit
21 Strahlungsquelle
23 bildgebender Erfassungsbaustein
25 Auswertebaustein
26 Berechnungsmodell
27 Simulationseinheit
28 Röntgenstation
29 Schweißstation z Sollvorgabe y Stellwert
X Istwert
S Schweißrichtung
R Regelkreis
I bis III Prozessschritte

Claims

Patentansprüche
1. Prozessanordnung mit einem Schweißgerät (5) und mit einer zu verschweißenden Baugruppe (6), bestehend aus einem dem Schweißgerät (5) zugewandten oberen Werkstück (1) und einem vom Schweißgerät (5) abgewandten unteren Werkstück (3), wobei mit dem Schweißgerät (5) eine Lochschweißnaht (4) durch das überlappende obere Werkstück (1) in das untere Werkstück (3) schweißbar ist, und wobei das Schweißgerät (5) in einem Steuer-ZRegelkreis (R) eingebunden ist, in dem eine elektronische Steuereinheit (15) in Abhängigkeit von einer Sollvorgabe (z), insbesondere Soll-Nahtdicke, das Schweißgerät (5) mit einem Stellsignal (y) ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessanordnung ein selbstlernendes System ist, bei dem die Sollvorgabe (z) in einem dem Schweißvorgang prozesstechnisch vorgeschalteten Anlernprozess ermittelbar ist.
2. Prozessanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des An lern prozesses die Prozessanordnung eine Radiometrievorrichtung (13) aufweist, die eine Prüfung der zu verschweißenden Fügezone mittels Durchstrahlung durchführt.
3. Prozessanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radiometrievorrichtung (13) einen bildgebenden Erfassungsbaustein (23), der von der durchleuchteten Fügezone ein Strahlungsintensitätsbild erzeugt, und einen Auswertebaustein (25) aufweist, der unter Auswertung des Strahlungsintensitätsbildes die Sollvorgabe (z) ermittelt.
4. Prozessanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Regelkreis (R) ein Sensor (17) eingebunden ist, der als Istwert (x) ein Oberflächenprofil der im Schweißvorgang gebildeten Lochschweißnaht (4) foto-optisch erfasst, und dass die elektronische Steuereinheit (19) aus einem Vergleich des Istwerts (x) mit der Sollvorgabe (z) das Stellsignal (y) zur Ansteuerung des Schweißgeräts (5) erzeugt.
5. Prozessanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessanordnung eine Röntgenstation (28) und eine prozesstechnisch nachgeschaltete Schweißstation (29) aufweist, und dass in
- einem ersten Prozessschritt (I) die zu verschweißenden Werkstücke
(1 , 3) zueinander lagerichtig in einer Schweißposition vorpositionierbar sind;
- einem zweiten Prozessschritt (II) die Baugruppe (6) zur Röntgenstation (28) transferierbar ist, in der der Anlernprozess stattfindet, aus dem die Sollvorgabe (z) für den nachfolgenden Schweißprozess ermittelbar ist; und
- in einem dritten Prozessschritt (II) die Baugruppe (6) zur Schweißstation (29) transferiert wird, in der der Schweißvorgang in Abhängigkeit von der Sollvorgabe (z) durchführbar ist.
6. Prozessanordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlernprozess während des Schweißvorgangs stattfindet, und dass insbesondere die Radiometrievorrichtung (13) die zu verschweißende Fügezone während des Schweißvorgangs durchleuchtet.
7. Prozessanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessanordnung eine Simulationseinheit (27) aufweist, mit der die Bauteilsicherheit, insbesondere
Crashsicherheit, der Baugruppe (6) berechenbar ist, und dass insbesondere die Simulationseinheit (27) in Signalverbindung mit der Radiometrievorrichtung (13) ist, so dass die Berechnung der Bauteilsicherheit auf der Grundlage des in der Radiometrievorrichtung (13) erzeugten Strahlungsintensitätsbildes erfolgt, insbesondere auf der Grundlage der vom Auswertebaustein (25) ermittelten Sollvorgabe (z).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißgerät (5) ein Laserschweißgerät ist, das die Werkstücke (1 , 3) mittels einer Lochschweißnaht (4) verbindet, und/oder dass die Baugruppe (6) eine Mischbaugruppe ist, bei der das obere Werkstück (1) ein Blechteil ist und das untere Werkstück (3) ein Metallgussteil ist.
9. Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe mittels einer
Prozessanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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