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DE102007030395A1 - Continuous laser beam welding of plate-shaped workpiece e.g. pipe along welding direction of workpiece, comprises detecting markings staggered to joint gap in workpiece in welding direction before and after the welded point at the workpiece - Google Patents

Continuous laser beam welding of plate-shaped workpiece e.g. pipe along welding direction of workpiece, comprises detecting markings staggered to joint gap in workpiece in welding direction before and after the welded point at the workpiece Download PDF

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DE102007030395A1
DE102007030395A1 DE102007030395A DE102007030395A DE102007030395A1 DE 102007030395 A1 DE102007030395 A1 DE 102007030395A1 DE 102007030395 A DE102007030395 A DE 102007030395A DE 102007030395 A DE102007030395 A DE 102007030395A DE 102007030395 A1 DE102007030395 A1 DE 102007030395A1
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DE
Germany
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workpiece
welding
welding direction
weld
laser beam
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DE102007030395A
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German (de)
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Inventor
Jürgen Hohenadel
Winfried Magg
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Original Assignee
Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
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Abstract

The method for continuous laser beam welding of a plate-shaped workpiece (2) e.g. a pipe along a welding direction (3) of the workpiece, comprises detecting markings (14a, 14b) staggered to a joint gap (4) in the workpiece in welding direction before and after a welded point (5) at the workpiece, and determining an optimal welding position of the laser beam transverse to the welding direction from the position transverse to the welding direction of the detected markings before and after the welding point. A welding seam (6) and its seam geometry produced in the workpiece are detected. The method for continuous laser beam welding of a plate-shaped workpiece (2) e.g. a pipe along a welding direction (3) of the workpiece, comprises detecting markings (14a, 14b) staggered to a joint gap (4) in the workpiece in welding direction before and after a welded point (5) at the workpiece, and determining an optimal welding position of the laser beam transverse to the welding direction from the position transverse to the welding direction of the detected markings before and after the welding point. A welding seam (6) and its seam geometry produced in the workpiece are detected for marking in welding direction above the welding point to the joint gap and/or in welding direction below the welding point of the workpiece during welding. The laser beam is positioned at the determined welding position. The marking is applied on the workpiece by laser labeling or by spraying a coloring material before welding, deformation or bending process. The marking on the workpiece is applied as continuous marking or as discontinuous marking. Two markings are applied on opposite sides of the joint gap for determining the gap width of the joint gap. The determined gap width is used for regulating a device for clamping the workpiece transverse to the welding direction. An independent claim is included for a device for continuous laser beam welding of workpiece e.g. a pipe along a welding direction of the workpiece.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum bevorzugt kontinuierlichen Laserstrahlschweißen eines Werkstücks, insbesondere eines Rohrs, entlang einer Schweißrichtung längs des Werkstücks, wobei in Schweißrichtung vor einer Schweißstelle an dem Werkstück mindestens eine zu einem Fügespalt in dem Werkstück versetzte Markierung detektiert wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum bevorzugt kontinuierlichen Laserstrahlschweißen eines Werkstücks, insbesondere eines Rohrs, entlang einer Schweißrichtung längs des Werkstücks, umfassend: einen Laserschweißkopf zum Schweißen des Werkstücks an einer Schweißstelle, und eine Sensoreinheit zum Detektieren mindestens einer zu einem Fügespalt in dem Werkstück versetzten Markierung in Schweißrichtung vor der Schweißstelle.The The present invention relates to a method for preferably continuous Laser beam welding of a workpiece, in particular of a pipe, along a welding direction along of the workpiece, wherein in the welding direction in front of a weld at least one to a joint gap on the workpiece in the workpiece offset mark is detected. The invention further relates to a device for preferred continuous laser beam welding of a workpiece, in particular a pipe, along a welding direction along the workpiece, comprising: a laser welding head for welding the workpiece to a weld, and a sensor unit for detecting at least one of Joint gap in the workpiece offset mark in the welding direction in front of the weld.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus der DE 36 32 952 A1 bekannt geworden. Beim Laserstrahlschweißen muss der Laserstrahl an der Schweißstelle exakt mittig zum zu verschweißenden Fügespalt positioniert werden. Dazu ist üblicherweise am Bearbeitungskopf vorlaufend zum Laserstrahl bzw. zur Schweißstelle eine Sensoreinrichtung zur Spaltdetektion angeordnet, die beispielsweise mit Hilfe des Lichtschnittverfahrens die genaue Lage des Fügespalts detektiert. Anhand des von dem Sensor zur Spaltdetektion gelieferten Signals wird die Positionierung des Bearbeitungskopfs quer zur Schweißrichtung online während des Schweißprozesses geregelt. Alternativ kann, wie in der DE 36 32 952 A1 beschrieben, zum Bestimmen der Schweißposition quer zur Schweißrichtung eine parallel zum Fügespalt und seitlich versetzt zu diesem aufgebrachte Markierung mit einer Kamera als Sensoreinheit erfasst werden, wodurch eine Messung synchron zur Schweißstelle ermöglicht wird.Such a method and such a device are known from DE 36 32 952 A1 known. In laser beam welding, the laser beam must be positioned at the welding point exactly in the middle of the joint gap to be welded. For this purpose, a sensor device for gap detection is usually arranged on the processing head leading to the laser beam or to the welding point, which detects the exact position of the joint gap, for example with the aid of the light section method. On the basis of the signal supplied by the sensor for gap detection, the positioning of the machining head transversely to the welding direction is regulated online during the welding process. Alternatively, as in the DE 36 32 952 A1 described, for determining the welding position transversely to the welding direction a parallel to the joint gap and laterally offset applied to this mark with a camera are detected as a sensor unit, whereby a measurement is made possible synchronously to the weld.

Beim Kontinuumsschweißen von Profilen oder Tailored Blanks können Torsinnen oder Verspannungen im Werkstück auftreten. Dies hat eine ungenaue Positionierung des Laserstrahls quer zur Schweißrichtung zur Folge, wenn der Abstand zwischen der Sensoreinheit und dem Laserstrahl so groß ist, dass nach dem Zeitpunkt der Detektion des Fügespalts bzw. der Markierung innerhalb der Vorlaufstrecke Torsinnen oder Verzug auftreten, die von der Sensoreinheit nicht mehr erfassbar sind. Zur Lösung dieses Problems wurde beispielsweise in der JP 01181990 A und der JP 09182984 A vorgeschlagen, nicht nur an einer, sondern an zwei Positionen in Schweißrichtung vorlaufend zum Laserstrahl die genaue Lage des Fügespalts zu ermitteln, um so den Einfluss der Torsion berechnen zu können.Continuous welding of profiles or tailored blanks can cause torsion or tension in the workpiece. This results in an inaccurate positioning of the laser beam transversely to the welding direction, if the distance between the sensor unit and the laser beam is so large that after the time of detection of the joining gap or the mark within the delay line Torsinnen or delay occur from the sensor unit are no longer detectable. To solve this problem, for example, in the JP 01181990 A and the JP 09182984 A proposed not only at one, but at two positions in the welding direction leading to the laser beam to determine the exact position of the joint gap, so as to calculate the influence of the torsion can.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass Schweißfehler durch auftretende Verspannungen oder Torsinnen in dem Werkstück leichter detektiert und vermieden werden können.It is the object of the present invention, a method and a Device of the type mentioned in such a way that Welding defect due to tension or torsos be more easily detected and avoided in the workpiece can.

Gegenstand der ErfindungSubject of the invention

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die mindestens eine Markierung auch in Schweißrichtung nach der Schweißstelle detektiert und aus der Lage quer zur Schweißrichtung der vor und nach der Schweißstelle detektierten Markierung eine optimale Schweißposition des Laserstrahls quer zur Schweißrichtung ermittelt wird. Weicht die tatsächliche Schweißposition von der optimalen Position ab, kann beispielsweise eine Warnung ausgegeben und/oder der Prozess gestoppt werden. Vorzugsweise wird mit Hilfe einer Steuerungseinheit der Laserstrahl an der ermittelten Schweißposition geregelt positioniert.These The object is achieved according to the invention that the at least one mark also in the welding direction detected after the weld and out of the position across to the welding direction of the before and after the weld detected marking an optimal welding position of Laser beam is determined transversely to the welding direction. differs the actual welding position of the optimal Position off, for example, issued a warning and / or the process will be stopped. Preferably, with the aid of a control unit the laser beam is controlled at the determined welding position positioned.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die aufgebrachte(n) Markierung(en) auch in Schweißrichtung nach der Schweißstelle zu detektieren, da eine alleinige Detektion der beim Schweißen im Werkstück gebildeten Schweißnaht nach der Schweißstelle keine genaue Positionierung des Laserstrahls quer zur Schweißrichtung ermöglicht: Nur anhand der Detektion der Schweißnaht ist nicht erkennbar, ob die Schweißnaht tatsächlich genau mittig an der Position des Fügespalts verläuft oder ob ein geringfügiger Versatz zwischen Fügespalt und Schweißnaht vorliegt. Durch die Detektion von bevorzugt zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Fügespalts entlang der Schweißrichtung aufgebrachten Markierungen im Vorlauf und Nachlauf zur Schweißstelle oder durch die Detektion einer Markierung einerseits und des Fügespalts bzw. der Schweißnaht andererseits ist jedoch die genaue Ermittlung der Position des Fügespalts quer zur Schweißrichtung auch beim Auftreten von Torsion und/oder Verspannungen möglich. Hierdurch wird erkannt, ob die Lage der Schweißnaht von der Mitte des Fügespalts abweicht, ob also ein Schweißfehler vorliegt, so dass eine Warnung ausgegeben und/oder die Bearbeitung gestoppt werden kann. Durch eine Regelung der Positionierung des Laserstrahls anhand der detektierten Lage der Markierungen und des Fügespalts bzw. der Schweißnaht können Schweißfehler vermieden werden.According to the invention proposed, the applied mark (s) also in the welding direction to detect after the weld, as a sole Detection of the weld formed in the workpiece Weld after the weld no exact Positioning of the laser beam across the welding direction enabled: Only by detecting the weld is not apparent if the weld is actually runs exactly in the middle of the position of the joint or if there is a slight offset between joint gap and weld is present. By the detection of preferred two on opposite sides of the joint along the welding direction applied markings in the flow and caster to the weld or through the Detection of a mark on the one hand and the joining gap or the weld, on the other hand, is the exact one Determining the position of the joint gap across the welding direction also possible with the occurrence of torsion and / or tension. As a result, it is detected whether the position of the weld of the center of the joint gap deviates, so if a welding error is present, so that issued a warning and / or editing can be stopped. By regulating the positioning of the Laser beam based on the detected position of the markers and the Fügespalts or the weld can Welding errors are avoided.

Bei einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher zusätzlich zur Markierung in Schweißrichtung vor der Schweißstelle der Fügespalt und/oder in Schweißrichtung nach der Schweißstelle die beim Schweißen im Werkstück erzeugte Schweißnaht sowie bevorzugt deren Nahtgeometrie detektiert. Bei der Detektion der Schweißnaht wird bevorzugt auch deren Nahtgeometrie im Hinblick auf Breite der Naht, Nahtüberwölbung oder -einfall, Nahtlagenversatz bezüglich der Markierung, sowie oberflächige Poren oder Löcher detektiert.In an advantageous variant of the method according to the invention, therefore, in addition to the marking in the welding direction in front of the welding point of the joint gap and / or in the welding direction after the weld, the welding in the workpiece he witnessed welded seam and preferably its seam geometry detected. In the detection of the weld seam and its seam geometry is preferably detected in terms of width of the seam, seam over-curvature or incidence, seam position offset with respect to the marking, as well as surface pores or holes.

Bei einer vorteilhaften Variante wird die Markierung vor dem Schweißvorgang auf das Werkstück aufgebracht, bevorzugt an einem plattenförmigen Werkstück vor einem nachfolgenden Umformvorgang, insbesondere einem nachfolgenden Biegevorgang. Insbesondere beim Schweißen von Profilen ist es vorteilhaft, wenn nicht das zum Schweißen bereits zusammengeführte Rohrprofil, sondern das plattenförmige Bandmaterial vor dem Verformen markiert wird, da hierdurch ein genau definierter Abstand der Markierung von den Bandkanten einstellbar ist. Alternativ ist es möglich, die Markierung während des Schweißvorgangs in Schweißrichtung vor der Schweißstelle auf das Werkstück aufzubringen.at In an advantageous variant, the marking is made before the welding process applied to the workpiece, preferably on a plate-shaped workpiece before a subsequent forming process, in particular a subsequent Bending process. Especially when welding profiles it is advantageous if not already merged for welding Tube profile, but the plate-shaped band material before is marked as the deforming, as this is a well-defined Distance of the marking of the band edges is adjustable. alternative It is possible to mark during the welding process in the welding direction before the weld on the Apply workpiece.

Bei einer besonders vorteilhaften Variante wird die Markierung auf das Werkstück als kontinuierliche Markierung oder als unterbrochene Markierung aufgebracht. Wird die Markierung mit einem unterbrochenen Muster aufgebracht, z. B. als gestrichelte Linie, können beim Detektieren der Markierung zusätzliche Informationen über den Schweißprozess gewonnen werden. So kann beispielsweise bei bekanntem Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Teilstücken der Markierung ein zwischen der Detektierung des ersten und des zweiten Markierungsteilstücks auftretendes Zeitintervall bestimmt und dadurch die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückes oder des Bearbeitungskopfes gemessen werden.at a particularly advantageous variant, the mark on the Workpiece as continuous marking or as interrupted Mark applied. If the mark is interrupted with a Applied pattern, z. B. as a dashed line can when detecting the mark additional information about the welding process can be won. So, for example at a known distance between two consecutive sections the mark a between the detection of the first and the second marking portion occurring time interval determines and thereby the feed rate of the workpiece or of the machining head are measured.

Bei einer weiteren bevorzugten Variante wird die Markierung durch Laserbeschriften oder durch Aufsprühen eines Farbstoffs auf das Werkstück aufgebracht. Beide Methoden erlauben das Aufbringen einer Markierung mit hoher Präzision, ohne dass hierzu mechanische Teile auf das Werkstück einwirken müssen.at In a further preferred variant, the marking is laser marking or by spraying a dye on the workpiece applied. Both methods allow the application of a label with high precision, without requiring mechanical parts must act on the workpiece.

Bei einer äußerst bevorzugten Variante werden zum Ermitteln der Spaltbreite des Fügespalts zwei Markierungen an gegenüberliegenden Seiten des Fügespalts aufgebracht, wobei bevorzugt die ermittelte Spaltbreite zur Regelung einer Spanneinrichtung zum Spannen des Werkstücks quer zur Schweißrichtung verwendet wird. Hierdurch können die tatsächliche Spaltbreite und eine ggf. auftretende Spaltauf-Weitung ermittelt werden, was zur Regelung von Bauteilspannvorrichtungen genutzt werden kann.at an extremely preferred variant to be Determine the gap width of the joint gap two markings Applied on opposite sides of the joint, wherein preferably the determined gap width for controlling a tensioning device for clamping the workpiece transversely to the welding direction is used. This can be the actual Gap width and possibly occurring gap widening determined What can be used to control component clamping devices.

Die Erfindung ist auch realisiert in einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, welche zusätzlich eine weitere Sensoreinheit zum Detektieren der Markierung in Schweißrichtung nach der Schweißstelle sowie eine Auswerteeinheit zum Ermitteln einer Schweißposition des Laserstrahls quer zur Schweißrichtung aus der Lage quer zur Schweißrichtung der vor und nach der Schweißstelle detektierten Markierung aufweist. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Bewegungseinheit zum Bewegen des Laserschweißkopfs bzw. des Laserstrahls relativ zum Werkstück quer zur Schweißrichtung und eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Bewegungseinheit zur Positionierung des Laserstrahls an der ermittelten Schweißposition. Durch das Ermitteln der Lage der Markierung quer zur Schweißrichtung vorlaufend und nachlaufend zur Schweißstelle kann der Laserstrahl auch beim Auftreten von Torsion oder Verspannungen im Werkstück mittig im Fügespalt positioniert werden. Dazu ist entweder der gesamte Laserschweißkopf bewegbar an der Vorrichtung angebracht, oder der Laserschweißkopf ist als Scanner-Schweißkopf ausgeführt, in dem eine Positionierung des Laserschweißkopfs über Scannerspiegel erfolgt.The Invention is also realized in a device of the beginning mentioned type, which in addition a further sensor unit for detecting the mark in the welding direction the welding point and an evaluation unit for determining a welding position of the laser beam transverse to the welding direction from the position transverse to the welding direction of the before and after the weld has detected mark. Preferably The device further comprises a moving unit for moving the laser welding head or the laser beam relative to the workpiece transverse to the welding direction and a control unit for control the movement unit for positioning the laser beam on the determined welding position. By determining the location the marking leading transversely to the welding direction and trailing to the weld, the laser beam can also occur of torsion or tension in the workpiece in the center of the joint gap be positioned. This is either the entire laser welding head movably attached to the device, or the laser welding head is designed as a scanner welding head in which a positioning of the laser welding head via Scanner level is done.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sensoreinheit zum Detektieren des Fügespalts und/oder die weitere Sensoreinheit zum Detektieren der beim Schweißen am Werkstück gebildeten Schweißnaht sowie bevorzugt von deren Nahtgeometrie ausgelegt. Hierdurch können sowohl die Spaltbreite des Fügespalts bestimmt als auch Aussagen über die Qualität der Schweißnaht getroffen werden.at A preferred embodiment is the sensor unit for detecting the joining gap and / or the further sensor unit for detecting when welding to the workpiece formed weld and preferably of the seam geometry designed. This allows both the gap width of the Fügespalts determines as well as statements about the Quality of the weld can be made.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein in Schweißrichtung vor der Schweißstelle angeordnetes Markierungsgerät zum Aufbringen mindestens einer zu dem Fügespalt in dem Werkstück versetzten Markierung vorgesehen. Das Markierungsgerät bringt die Markierung während des Schweißprozesses auf das Werkstück auf, welches für diesen Prozess bereits in Schweißrichtung ausgerichtet ist. Daher kann auf einfache Weise ein Markieren parallel zum Fügespalt erfolgen.at A further advantageous embodiment is an in Welding direction arranged in front of the weld Marking device for applying at least one to the Joint gap in the workpiece offset mark intended. The marker brings the marker during the welding process on the workpiece which is already in welding direction for this process is aligned. Therefore, marking can be done in a simple way take place to the joint gap.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Markierungsgerät ausgelegt, die Markierung kontinuierlich oder in vorgebbaren zeitlichen Abständen auf das Werkstück aufzubringen. Wird eine kontinuierliche Markierung aufgebracht, so ist sichergestellt, dass diese zu jedem Zeitpunkt während des Schweißprozesses detektiert werden kann. Es ist aber auch möglich, das Aufbringen der Markierung während kurzer Zeitintervalle zu unterbrechen, wodurch ein Muster entsteht, welches bei der Detektion Aussagen über den Schweißprozess, insbesondere über die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks bzw. des Bearbeitungskopfs zulässt.at An advantageous development is the marking device designed, the marking continuously or in a predetermined temporal Apply distances to the workpiece. Becomes applied a continuous mark, this ensures that these at any time during the welding process can be detected. But it is also possible to apply to interrupt the marking during short time intervals, whereby a pattern arises, which in the detection statements about the welding process, in particular via the feed rate of the workpiece or the machining head permits.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Markierungsgerät als Laserbeschriftungseinheit oder als Druckvorrichtung mit einer Düse zum Aufbringen eines Farbstoffs ausgebildet. In beiden Fällen kann die Markierung aufgebracht werden, ohne dass dieses mit mechanischen Bauteilen in Berührung kommt, welche gegebenenfalls Verspannungen in dem Werkstück bewirken könnten.In a further advantageous development, the marking device is a laser marker processing unit or as a printing device with a nozzle for applying a dye. In both cases, the marking can be applied without this coming into contact with mechanical components, which could possibly cause tension in the workpiece.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Markierungsgerät ausgelegt, zwei Markierungen an gegenüberliegenden Seiten des Fügespalts auf das Werkstück aufzubringen, und die Auswerteeinheit ist ausgelegt, aus dem Abstand der Markierungen quer zur Schweißrichtung die Spaltbreite des Fügespalts zu ermitteln. Hierdurch kann eine ggf. auftretende Spaltaufweitung detektiert und Maßnahmen zur deren Korrektur können eingeleitet werden.at a particularly preferred embodiment is the marking device designed, two markings on opposite sides of the joining gap to apply to the workpiece, and the evaluation unit is designed from the distance of the markings transverse to the welding direction, the gap width of the joint gap to investigate. This can be a possibly occurring gap widening detected and measures for their correction can be initiated.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist/sind die Sensoreinheit und/oder die weitere Sensoreinheit als Kamerasystem mit einer Lichtschnitteinheit oder einer Auflichteinheit ausgebildet. Bei einer Auflichteinheit wird die Werkstückoberfläche mit Leuchtdioden homogen ausgeleuchtet, sodass die Lage des Fügespalts quer zur Schweißrichtung am Ort der Sensoreinheit mit Hilfe einer Kamera vermessen werden kann. Bei einer Lichtschnitteinheit wird eine Laserlinie auf die Werkstückoberfläche projiziert, wodurch auch der Abstand der Werkstückoberfläche zur Sensoreinheit bestimmt werden kann. In beiden Fällen wird als Detektor eine Kamera verwendet, z. B. eine CCD-Kamera oder eine CMOS-Kamera.at A preferred embodiment is / are the sensor unit and / or the further sensor unit as a camera system with a light-section unit or an incident light unit. In a reflected light unit becomes the workpiece surface with light emitting diodes homogeneously illuminated, so that the position of the joint gap across to the welding direction at the location of the sensor unit using a camera can be measured. In a light section unit becomes a laser line on the workpiece surface projected, whereby the distance of the workpiece surface can be determined to the sensor unit. In both cases is used as a detector camera, z. B. a CCD camera or a CMOS camera.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine in Schweißrichtung vor der Schweißstelle angeordnete Spanneinrichtung zum Einspannen des Werkstücks quer zur Schweißrichtung, deren Einspannkraft in Abhängigkeit von einer ermittelten Spaltbreite des Fügespalts geregelt wird. Die Spaltbreite kann hierbei wie oben dargestellt anhand des Abstandes zwischen zwei an gegenüberliegenden Seiten des Fügespalts aufgebrachten Markierungen ermittelt werden. Durch Abbilden des Fügespalts mittels der Sensoreinheit kann die Spaltbreite auch direkt vermessen werden. Es versteht sich, dass zur Überprüfung der Messresultate bzw. zur Erhöhung der Genauigkeit beide Möglichkeiten auch gemeinsam zum Einsatz kommen können.at In a particularly preferred embodiment, the Device one in the welding direction in front of the weld arranged clamping device for clamping the workpiece transverse to the welding direction, their clamping force depending regulated by a determined gap width of the joint becomes. The gap width can hereby as shown above based on the Distance between two on opposite sides of the Fügespalts applied markings are determined. By imaging the joining gap by means of the sensor unit can The gap width can also be measured directly. It goes without saying that for checking the measurement results or for Increasing the accuracy both ways too can be used together.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.Further Advantages of the invention will become apparent from the description and the Drawing. Likewise, the above and the even more features listed in each case or to several in any combination use. The shown and described embodiments are not to understand as a final list, but rather have exemplary character for the description the invention.

Es zeigt:It shows:

Figur eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Laserschweißen an einem rohrförmigen Werkstück.figure a schematic representation of an embodiment of a Device according to the invention for laser welding on a tubular workpiece.

Die Figur zeigt eine Vorrichtung 1 zum kontinuierlichen Laserschweißen eines Werkstücks 2 in Form eines Rohres. Das Werkstück 2 wird in einer Schweißrichtung 3 verschoben, wobei ein an dem Werkstück 2 gebildeter Fügespalt 4 an einer Schweißstelle 5 unter Ausbildung einer Schweißnaht 6 verschweißt wird. An der Schweißstelle 5 befindet sich der Fokuspunkt eines auf das Werkstück 2 fokussierten Laserstrahls 7, der von einem Laserbearbeitungskopf 8 erzeugt wird. Der Laserbearbeitungskopf 8 ist in Schweißrichtung 3 ortsfest angeordnet und mittels einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Bewegungseinheit 9 quer zur Schweißrichtung 3 bewegbar. Die Bewegungseinheit 9 ist erforderlich, um den Laserstrahl 7 auch bei einer Abweichung des Fügespalts 4 quer zur Schweißrichtung 3 von einer Ideallage 10 (gestrichelte Linie) exakt mittig zum Fügespalt 4 zu positionieren. Diese Abweichung ist in der Figur zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt.The figure shows a device 1 for continuous laser welding of a workpiece 2 in the form of a pipe. The workpiece 2 becomes in a welding direction 3 shifted, with one on the workpiece 2 formed joint gap 4 at a weld 5 under formation of a weld 6 is welded. At the weld 5 is the focal point of a on the workpiece 2 focused laser beam 7 that of a laser processing head 8th is produced. The laser processing head 8th is in the welding direction 3 fixedly arranged and by means of a movement unit indicated by a double arrow 9 transverse to the welding direction 3 movable. The movement unit 9 is required to the laser beam 7 even with a deviation of the joint gap 4 transverse to the welding direction 3 from an ideal situation 10 (dashed line) exactly in the middle of the joint gap 4 to position. This deviation is exaggerated in the figure for clarity.

Um eine solche mittige Positionierung zu erreichen, muss die Lage des Fügespalts 4 quer zur Schweißrichtung 3 am Ort des Laserbearbeitungskopfs 8 ermittelt werden.In order to achieve such a central positioning, the position of the joining gap must be 4 transverse to the welding direction 3 at the location of the laser processing head 8th be determined.

Hierzu ist in Schweißrichtung 3 vor der Schweißstelle 5 eine Sensoreinheit 11 vorgesehen, welche als Kamerasystem mit Lichtschnitteinheit ausgelegt ist. Die Sensoreinheit 11 kann jedoch die Lage des Fügespalts 4 nur an einem Ort in Schweißrichtung 3 ermitteln, welcher einen Abstand zur Schweißstelle 5 aufweist. Tritt zwischen der Sensoreinheit 11 und dem Laserschweißkopf 8 in Schweißrichtung 3 eine Torsinn oder Verspannung im Werkstück 2 auf, so trifft der Laserstrahl 7 nicht exakt an der eine Schweißposition P definierenden Mitte des Fügespalts 4 quer zur Schweißrichtung 3 auf den Fügespalt 4 und es kommt zu einem (nicht gezeigten) Versatz zwischen Schweißnaht 6 und Fügespalt 4.This is in the welding direction 3 in front of the weld 5 a sensor unit 11 provided, which is designed as a camera system with light section unit. The sensor unit 11 However, the location of the gap can 4 only in one place in the welding direction 3 determine which is a distance to the weld 5 having. Occurs between the sensor unit 11 and the laser welding head 8th in welding direction 3 a torsion or tension in the workpiece 2 the laser beam hits 7 not exactly at the welding position P defining center of the joining gap 4 transverse to the welding direction 3 on the joint gap 4 and there is an offset (not shown) between the weld 6 and joint gap 4 ,

Um dieses Problem zu vermeiden, umfasst die Vorrichtung 1 eine weitere Kamera mit Lichtschnitteinheit als weitere Sensoreinheit 12, die in Schweißrichtung 3 nach der Schweißstelle 5 angeordnet ist, sowie ein Markierungsgerät 13, welches in Schweißrichtung 3 vor der Sensoreinheit 11 angeordnet ist. Das Markierungsgerät 13 ist als Laserbeschriftungseinheit ausgelegt und bringt an beiden Seiten des Fügespalts 4 zu diesem versetzt und parallel zu diesem jeweils eine Markierung 14a, 14b auf. Die Markierungen 14a, 14b werden sowohl von der Sensoreinheit 11 vorlaufend zur Schweißstelle 5 als auch von der weiteren Sensoreinheit 13 nachlaufend zur Schweißstelle 5 detektiert.To avoid this problem, the device includes 1 another camera with light section unit as another sensor unit 12 in the welding direction 3 after the weld 5 is arranged, as well as a marking device 13 , which in welding direction 3 in front of the sensor unit 11 is arranged. The marking device 13 is designed as a laser marking unit and brings on both sides of the joint 4 offset to this and parallel to this one mark 14a . 14b on. The marks 14a . 14b be both from the sensor unit 11 leading to the weld 5 when also from the other sensor unit 13 trailing to the weld 5 detected.

Die von den Sensoreinheiten 11, 12 gelieferten Detektionsdaten werden an eine mit den Sensoreinheiten 11, 12 in Verbindung stehende Auswerteeinheit 15 übermittelt und dort zur Ermittlung der Lage der Markierungen 14a, 14b quer zur Schweißrichtung 3 ausgewertet. Die Auswerteeinheit 15 ermittelt nachfolgend den lateralen Versatz zwischen der Lage der Markierungen 14a, 14b vorlaufend und nachlaufend zur Schweißstelle 5 sowie deren relative Lage zum Fügespalt 4 und zur Schweißnaht 6. Aus diesen Daten kann die Lage des Fügespalts 4 quer zur Schweißrichtung 3 am Laserbearbeitungskopf 8 ermittelt werden und die Auswerteeinrichtung 15 kann dessen Bewegungseinrichtung 9 derart ansteuern, dass der Laserstrahl 7 exakt mittig zum Fügespalt 4 an der Schweißposition P positioniert ist. Durch die beiden Sensoreinheiten 11, 12, die Auswerteeinheit 15 und die Bewegungseinheit 9 wird somit ein Regelkreislauf zur Online-Positionierung des Laserstrahls 7 an der Schweißposition P im Fügespalt 4 während des Schweißprozesses gebildet.The of the sensor units 11 . 12 supplied detection data are sent to one with the sensor units 11 . 12 related evaluation unit 15 transmitted and there to determine the location of the markings 14a . 14b transverse to the welding direction 3 evaluated. The evaluation unit 15 subsequently determines the lateral offset between the location of the marks 14a . 14b leading and trailing to the weld 5 as well as their relative position to the joining gap 4 and to the weld 6 , From this data, the location of the joint gap 4 transverse to the welding direction 3 on the laser processing head 8th be determined and the evaluation 15 can its movement device 9 such that the laser beam 7 exactly in the middle of the joint gap 4 is positioned at the welding position P. Through the two sensor units 11 . 12 , the evaluation unit 15 and the motion unit 9 Thus, a control loop for the online positioning of the laser beam 7 at the welding position P in the joint gap 4 formed during the welding process.

Die im Nachlauf angeordnete weitere Sensoreinheit 12 kann zusätzlich die Geometrie der Schweißnaht 6 im Hinblick auf deren Breite, Nahtüberwölbung oder -einfall, Nahtlagenversatz bezüglich der Markierungen 14a, 14b, oberflächige Poren etc. ermitteln und daraus zusätzliche Informationen über den Schweißprozess gewinnen, welche ebenfalls zur Regelung des Schweißprozesses verwendet werden können, z. B. indem die Leistung des Laserstrahls 7 oder die Vorschubgeschwindigkeit in Schweißrichtung 3 verändert werden. Auch können durch Aufnahme eines Wärmebildes entlang der Schweißnaht 6 Rückschlüsse auf die Qualität der Schweißung gezogen werden.The further sensor unit arranged in the caster 12 In addition, the geometry of the weld can 6 in terms of their width, seam overhang or incidence, seam offset with respect to the markings 14a . 14b , surface pores, etc. determine and obtain additional information about the welding process, which can also be used to control the welding process, eg. B. by the power of the laser beam 7 or the feed rate in the welding direction 3 to be changed. Also, by taking a thermal image along the weld 6 Conclusions can be drawn on the quality of the weld.

An der im Vorlauf angeordneten Sensoreinheit 11 kann die Auswerteeinheit 15 den Abstand der Markierungen 14a, 14b quer zur Schweißrichtung 3 und dadurch die Spaltbreite des Fügespalts 4 ermitteln. Weicht diese von einer Soll-Spaltbreite ab, kann die Einspannkraft, welche von einer Spanneinrichtung 16 auf das Werkstück 2 ausgeübt wird, angepasst werden, bis die Soll-Spaltbreite erreicht ist.At the arranged in the flow sensor unit 11 can the evaluation unit 15 the distance of the markings 14a . 14b transverse to the welding direction 3 and thereby the gap width of the joint gap 4 determine. If this deviates from a desired gap width, the clamping force, which is determined by a clamping device 16 on the workpiece 2 is exercised, adjusted until the desired gap width is reached.

Alternativ zum in der Figur gezeigten Aufbringen der Markierungen 14a, 14b während des Schweißprozesses können diese auch schon vorher auf das Werkstück 2 aufgebracht werden. So ist es besonders beim Profilschweißen vorteilhaft, wenn nicht das zum Schweißen bereits zusammengeführte Rohrprofil sondern das Bandmaterial vor dem Verformen markiert wird. Hierdurch kann ein sehr genau definierter Abstand der Markierungen von den Bandkanten eingestellt werden, die nach einem sich anschließenden Biegeprozess die Kanten des Fügespalts bilden.Alternatively to the application of the markings shown in the figure 14a . 14b During the welding process, they can also be applied to the workpiece beforehand 2 be applied. So it is particularly advantageous in profile welding, if not the already merged for welding tube profile but the strip material is marked before deformation. In this way, a very well-defined distance of the markers from the strip edges can be set, which form the edges of the joint gap after a subsequent bending process.

Ebenfalls alternativ zu den in der Figur gezeigten, als durchgängige Linien aufgebrachten Markierungen 14a, 14b kann das Aufbringen der Markierungen auch in vorgebbaren Zeitintervallen unterbrochen werden, sodass sich markierte und unmarkierte Stellen auf dem Werkstück abwechseln und ein Muster bilden, welches ebenfalls von den Sensoreinheiten 11, 12 detektiert werden kann, um Aussagen über den Schweißprozess, insbesondere über die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks 4 zu erhalten. Bei Kenntnis dieser Informationen kann Einfluss auf den Schweißprozess genommen und beispielsweise die Vorschubgeschwindigkeit geregelt werden.Also as an alternative to the markings shown in the figure, applied as continuous lines 14a . 14b For example, the application of the markings can also be interrupted at predeterminable time intervals, so that marked and unmarked locations on the workpiece alternate and form a pattern, which also depends on the sensor units 11 . 12 can be detected to statements about the welding process, in particular about the feed rate of the workpiece 4 to obtain. Knowing this information can influence the welding process and, for example, regulate the feed rate.

Es versteht sich, dass alternativ zur Bewegung des Werkstücks 2 in Schweißrichtung 3 bei ortsfestem Laserbearbeitungskopf 8 auch das Werkstück 2 ortsfest angeordnet sein und zum Schweißen der Laserbearbeitungskopf 8 zusammen mit den Sensoreinheiten 11, 12 entlang der Schweißrichtung 3 verschoben werden kann. Auch eine kombinierte Bewegung von Laserbearbeitungskopf 8 und Werkstück 2 ist möglich. Ferner kann die oben beschriebene Vorrichtung nicht nur zum Profilschweißen, sondern auch z. B. zum Schweißen von Tailored Blanks verwendet werden. In jedem Fall können durch das Detektieren der Markierung(en) im Vorlauf und Nachlauf der Schweißstelle 5 sowie der Schweißnaht 6 und des Fügespalts 4 Schweißfehler vermieden und eine optimierte Regelung des Schweißprozess erreicht werden.It is understood that alternatively to the movement of the workpiece 2 in welding direction 3 with stationary laser processing head 8th also the workpiece 2 be arranged stationary and for welding the laser processing head 8th together with the sensor units 11 . 12 along the welding direction 3 can be moved. Also a combined movement of laser processing head 8th and workpiece 2 is possible. Furthermore, the device described above not only for profile welding, but also z. B. used for welding of tailored blanks. In any case, by detecting the mark (s) in the lead and wake of the weld 5 as well as the weld 6 and the joining gap 4 Welding errors avoided and an optimized control of the welding process can be achieved.

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Claims (17)

Verfahren zum bevorzugt kontinuierlichen Laserstrahlschweißen eines Werkstücks (2), insbesondere eines Rohrs, entlang einer Schweißrichtung (3) längs des Werkstücks (2), wobei in Schweißrichtung (3) vor einer Schweißstelle (5) an dem Werkstück (2) mindestens eine zu einem Fügespalt (4) in dem Werkstück (2) versetzte Markierung (14a, 14b) detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Markierung (14a, 14b) auch in Schweißrichtung (3) nach der Schweißstelle (5) detektiert wird und aus der Lage quer zur Schweißrichtung (3) der vor und nach der Schweißstelle (5) detektierten Markierung (14a, 14b) eine optimale Schweißposition (P) des Laserstrahls (7) quer zur Schweißrichtung (3) ermittelt wird.Method for preferably continuous laser beam welding of a workpiece ( 2 ), in particular a pipe, along a welding direction ( 3 ) along the workpiece ( 2 ), whereby in welding direction ( 3 ) in front of a weld ( 5 ) on the workpiece ( 2 ) at least one to a joint gap ( 4 ) in the workpiece ( 2 ) offset mark ( 14a . 14b ) is detected, characterized in that the at least one mark ( 14a . 14b ) also in welding direction ( 3 ) after the weld ( 5 ) is detected and from the position transversely to the welding direction ( 3 ) before and after the weld ( 5 ) detected label ( 14a . 14b ) an optimal welding position (P) of the laser beam ( 7 ) transversely to the welding direction ( 3 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (7) an der ermittelten Schweißposition (P) positioniert wird.Method according to claim 1, characterized in that the laser beam ( 7 ) is positioned at the determined welding position (P). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zusätzlich zur Markierung (14a, 14b) in Schweißrichtung (3) vor der Schweißstelle (5) der Fügespalt (4) und/oder in Schweißrichtung (3) nach der Schweißstelle (5) die beim Schweißen im Werkstück (2) erzeugte Schweißnaht (6) sowie bevorzugt deren Nahtgeometrie detektiert wird.Method according to claim 1 or 2, wherein in addition to the marking ( 14a . 14b ) in welding direction ( 3 ) in front of the weld ( 5 ) the joint gap ( 4 ) and / or in welding direction ( 3 ) after the weld ( 5 ) when welding in the workpiece ( 2 ) produced weld ( 6 ) and preferably their seam geometry is detected. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Markierung (14a, 14b) vor dem Schweißvorgang auf das Werkstück (2) aufgebracht wird, bevorzugt an einem plattenförmigen Werkstück vor einem nachfolgenden Umformvorgang, insbesondere einem nachfolgenden Biegevorgang.Method according to one of the preceding claims, in which the marking ( 14a . 14b ) before the welding process on the workpiece ( 2 ) is applied, preferably on a plate-shaped workpiece before a subsequent forming process, in particular a subsequent bending operation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Markierung (14a, 14b) auf das Werkstück (2) als kontinuierliche Markierung oder als unterbrochene Markierung aufgebracht wird.Method according to one of the preceding claims, in which the marking ( 14a . 14b ) on the workpiece ( 2 ) is applied as a continuous mark or as an interrupted mark. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Markierung (14a, 14b) durch Laserbeschriften oder durch Aufsprühen eines Farbstoffs auf das Werkstück (4) aufgebracht wird.Method according to one of the preceding claims, in which the marking ( 14a . 14b ) by laser marking or by spraying a dye on the workpiece ( 4 ) is applied. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum Ermitteln der Spaltbreite des Fügespalts (4) zwei Markierungen (14a, 14b) an gegenüberliegenden Seiten des Fügespalts (4) aufgebracht werden.Method according to one of the preceding claims, in which for determining the gap width of the joining gap ( 4 ) two marks ( 14a . 14b ) on opposite sides of the joint gap ( 4 ) are applied. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die ermittelte Spaltbreite zur Regelung einer Spanneinrichtung (16) zum Spannen des Werkstücks (2) quer zur Schweißrichtung (3) verwendet wird.Method according to Claim 7, in which the determined gap width for regulating a tensioning device ( 16 ) for clamping the workpiece ( 2 ) transversely to the welding direction ( 3 ) is used. Vorrichtung (1) zum bevorzugt kontinuierlichen Laserstrahlschweißen eines Werkstücks (2), insbesondere eines Rohres, entlang einer Schweißrichtung (3) längs des Werkstücks (2), umfassend: einen Laserschweißkopf (8) zum Erzeugen eines Laserstrahls (7) zum Schweißen des Werkstücks (2) an einer Schweißstelle (5), und eine Sensoreinheit (11) zum Detektieren mindestens einer zu einem Fügespalt (4) in dem Werkstück (2) versetzten Markierung (14a, 14b) in Schweißrichtung (3) vor der Schweißstelle (5), gekennzeichnet durch eine weitere Sensoreinheit (12) zum Detektieren der Markierung (14a, 14b) in Schweißrichtung (3) nach der Schweißstelle (5), sowie eine Auswerteeinheit (15) zum Ermitteln einer optimalen Schweißposition (P) des Laserstrahls (7) quer zur Schweißrichtung (3) aus der Lage quer zur Schweißrichtung (3) der vor und nach der Schweißstelle (5) detektierten Markierung (14a, 14b).Contraption ( 1 ) for preferably continuous laser beam welding of a workpiece ( 2 ), in particular a pipe, along a welding direction ( 3 ) along the workpiece ( 2 ), comprising: a laser welding head ( 8th ) for generating a laser beam ( 7 ) for welding the workpiece ( 2 ) at a weld ( 5 ), and a sensor unit ( 11 ) for detecting at least one to a joint gap ( 4 ) in the workpiece ( 2 ) offset mark ( 14a . 14b ) in welding direction ( 3 ) in front of the weld ( 5 ), characterized by a further sensor unit ( 12 ) for detecting the mark ( 14a . 14b ) in welding direction ( 3 ) after the weld ( 5 ), as well as an evaluation unit ( 15 ) for determining an optimum welding position (P) of the laser beam ( 7 ) transversely to the welding direction ( 3 ) from the position transverse to the welding direction ( 3 ) before and after the weld ( 5 ) detected label ( 14a . 14b ). Vorrichtung nach Anspruch 9, weiter umfassend eine Bewegungseinheit (9) zum Bewegen des Laserstrahls (7) relativ zum Werkstück (2) quer zur Schweißrichtung (3), und eine Steuereinheit (15) zur Ansteuerung der Bewegungseinheit (8) zur Positionierung des Laserstrahls (7) an der ermittelten Schweißposition (P).Apparatus according to claim 9, further comprising a moving unit ( 9 ) for moving the laser beam ( 7 ) relative to the workpiece ( 2 ) transversely to the welding direction ( 3 ), and a control unit ( 15 ) for controlling the movement unit ( 8th ) for positioning the laser beam ( 7 ) at the determined welding position (P). Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei der die Sensoreinheit (11) zum Detektieren des Fügespalts (4) und/oder die weitere Sensoreinheit (12) zum Detektieren der beim Schweißen am Werkstück (2) gebildeten Schweißnaht (6) sowie bevorzugt von deren Nahtgeometrie ausgelegt ist.Apparatus according to claim 9 or 10, wherein the sensor unit ( 11 ) for detecting the joint gap ( 4 ) and / or the further sensor unit ( 12 ) for detecting when welding on the workpiece ( 2 ) formed weld ( 6 ) and preferably designed by their seam geometry. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, welche ein in Schweißrichtung (3) vor der Schweißstelle (5) angeordnetes Markierungsgerät (13) zum Aufbringen mindestens einer zu dem Fügespalt (4) in dem Werkstück (2) versetzten Markierung (14a, 14b) aufweist.Device according to one of claims 9 to 11, which in welding direction ( 3 ) in front of the weld ( 5 ) arranged marking device ( 13 ) for applying at least one to the joint gap ( 4 ) in the workpiece ( 2 ) offset mark ( 14a . 14b ) having. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher das Markierungsgerät (13) ausgelegt ist, die Markierung (14a, 14b) kontinuierlich oder in vorgebbaren zeitlichen Abständen auf das Werkstück (2) aufzubringen.Device according to Claim 12, in which the marking device ( 13 ), the marking ( 14a . 14b ) continuously or at predeterminable time intervals on the workpiece ( 2 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei welcher das Markierungsgerät (13) als Laserbeschriftungseinheit oder als Druckvorrichtung mit einer Düse zum Aufsprühen eines Farbstoffs ausgebildet ist.Device according to one of claims 12 or 13, in which the marking device ( 13 ) is designed as a laser marking unit or as a printing device with a nozzle for spraying a dye. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei welcher das Markierungsgerät (13) ausgelegt ist, zwei Markierungen (14a, 14b) an gegenüberliegenden Seiten des Fügespalts (4) auf das Werkstück (2) aufzubringen, und bei der die Auswerteeinheit (15) ausgelegt ist, aus dem Abstand der Markierungen (14a, 14b) quer zur Schweißrichtung (3) die Spaltbreite des Fügespalts (4) zu ermitteln.Device according to one of Claims 12 to 14, in which the marking device ( 13 ), two markings ( 14a . 14b ) on opposite sides of the joint gap ( 4 ) on the workpiece ( 2 ), and where the evaluation unit ( 15 ) is designed, from the distance of the Markierun gene ( 14a . 14b ) transversely to the welding direction ( 3 ) the gap width of the joining gap ( 4 ) to investigate. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, bei welcher die Sensoreinheit (11) und/oder die weitere Sensoreinheit (12) als Kamerasystem mit Lichtschnitteinheit oder mit Auflichteinheit ausgebildet sind.Device according to one of claims 9 to 15, in which the sensor unit ( 11 ) and / or the further sensor unit ( 12 ) are formed as a camera system with light section unit or with incident light unit. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, welche eine in Schweißrichtung (3) vor der Schweißstelle (5) angeordnete Spanneinrichtung (16) zum Einspannen des Werkstücks (2) quer zur Schweißrichtung (3) umfasst, deren Einspannkraft in Abhängigkeit von einer ermittelten Spaltbreite des Fügespalts (4) geregelt wird.Device according to one of claims 9 to 16, which has a welding direction ( 3 ) in front of the weld ( 5 ) arranged tensioning device ( 16 ) for clamping the workpiece ( 2 ) transversely to the welding direction ( 3 ) whose clamping force in dependence on a determined gap width of the joining gap ( 4 ) is regulated.
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