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DE102024001048B4 - Verfahren zur Beurteilung einer bei einem Laserschweißvorgang mittels eines Laserstrahls an einem Werkstück erzeugten Schweißnaht sowie Schweißeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Beurteilung einer bei einem Laserschweißvorgang mittels eines Laserstrahls an einem Werkstück erzeugten Schweißnaht sowie Schweißeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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Publication number
DE102024001048B4
DE102024001048B4 DE102024001048.3A DE102024001048A DE102024001048B4 DE 102024001048 B4 DE102024001048 B4 DE 102024001048B4 DE 102024001048 A DE102024001048 A DE 102024001048A DE 102024001048 B4 DE102024001048 B4 DE 102024001048B4
Authority
DE
Germany
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capillary
workpiece
laser beam
laser
welding process
Prior art date
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Active
Application number
DE102024001048.3A
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English (en)
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Inventor
Matthias Werner
Klaus Goth
Sebastian Köbele
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Mercedes Benz Group AG
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Publication date
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Publication of DE102024001048B4 publication Critical patent/DE102024001048B4/de
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    • B23K31/125Weld quality monitoring

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Abstract

Verfahren (1) zur Beurteilung einer bei einem Laserschweißvorgang (2) mittels eines Laserstrahls (3) an einem Werkstück (4) erzeugten Schweißnaht (5),
- wobei eine Schweißeinrichtung (6) mit einer Laserstrahloptik (7) und mit einer zur Durchführung einer kontinuierlichen optischen Kohärenztomografie eingerichteten Messstrahloptik (8) sowie in einer vorgebbaren Relativposition zur Schweißeinrichtung (6) ein Werkstück (4), zwei oder mehr aufeinandergestapelte Fügepartner (9, 10), bereitgestellt werden,
- wobei ein Laserschweißvorgang (2) etabliert wird, bei dem die Schweißeinrichtung (6) in einer oberflächenparallelen Schweißrichtung (11) relativ zum Werkstück (1) bewegt wird, oder umgekehrt, und anhand eines mittels der Laserstrahloptik (7) bereitgestellten Laserstrahls (3) an dem Werkstück (4) eine Schweißnaht (5) erzeugt wird, wobei
- bei dem Laserschweißvorgang (2) mittels der Messstrahloptik (8) eine kontinuierliche optische Kohärenztomografie ausgeführt wird, in deren Rahmen Kapillartiefenmesswerte (12) einer sich beim Laserschweißvorgang (2) an dem Werkstück (4) ausbildenden Dampfkapillare (13) und/oder von einem die Dampfkapillare (13) umschließenden Schweißeinflussbereich (14) und als Referenz für die Kapillartiefenmesswerte (12) dienende Oberflächentiefenmesswerte (17) von zwei sich außerhalb der Dampfkapillare (13) und außerhalb des Schweißeinflussbereichs (14) angeordneten Oberflächenabschnitten (18) einer der Messstrahloptik (8) zugewandten Oberfläche (19) des Werkstücks (4) ermittelt werden, und wobei
- fortlaufend die ermittelten Kapillartiefenmesswerte (12) in separate Kapillartiefeninformationsblöcke (20) und die ermittelten Oberflächentiefenmesswerte (17) in separate Oberflächentiefeninformationsblöcke (21) aufgeteilt werden, wobei eine Blockgröße dieser Blöcke (20, 21) durch eine vorgebbare Intervallgröße (22), eine vorgebbare Zeitspanne und/oder eine vorgebbare Schweißnahtlänge, bestimmt wird,
- wobei aus den Kapillartiefeninformationsblöcken (20) jeweils eine statistische Kapillaren-Kenngröße (23) abgeleitet wird,
- wobei aus den Oberflächentiefeninformationsblöcken (21) jeweils eine statistische Oberflächen-Kenngröße (24) abgeleitet wird,
- wobei zur Beurteilung der in einem Intervall (22) bei dem Laserschweißvorgang (2) mittels des Laserstrahls (3) an dem Werkstück (4) erzeugten Schweißnaht (5) ein Verhältnis der Oberflächen-Kenngröße (24) zu der Kapillaren-Kenngröße (23) als Bewertungskriterium genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
- aus den Oberflächentiefeninformationsblöcken (21) zumindest ein oder jeweils ein Grenzwert (25) abgeleitet wird,
- wobei der abgeleitete zumindest eine Grenzwerte (25) oder die Grenzwerte (25) fortlaufend intervallweise auf die Kapillartiefeninformationsblöcke (20) angewendet wird und diejenigen Kapillartiefenmesswerte (12) eines Kapillartiefeninformationsblocks (20), welche den zumindest einen Grenzwert (25) oder die Grenzwerte (25) übersteigen, als Bewertungskriterium zur Beurteilung der in einem Intervall (22) bei dem Laserschweißvorgang (2) mittels des Laserstrahls (3) an dem Werkstück (4) erzeugten Schweißnaht (5) dienen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beurteilung einer bei einem Laserschweißvorgang mittels eines Laserstrahls an einem Werkstück erzeugten Schweißnaht gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schweißeinrichtung gemäß dem Gegenstand des Anspruchs 3, die zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens eingerichtet ist.
  • Ein Verfahren der vorstehend genannten Art ist in der Schrift DE 10 2019 006 282 A1 beschrieben, wobei zur Beurteilung eines Laserschweißvorgangs die optische Kohärenztomographie (sog. OCT-Messverfahren, engl.: optical coherence tomography) genutzt wird, mittels der als bildgebendes Messverfahren eine 2- oder 3-dimensionale Abbildung einer Oberfläche eines Werkstücks erzeugt werden kann, indem ein Messstrahl in abrastender Bewegung auf die Oberfläche des Werkstücks ausgesendet, ein von der Oberfläche zurückgeworfener Rückstrahl erfasst und der Rückstrahl dann mit einem Referenzstrahl verglichen wird.
  • Weiterhin ist aus der Schrift DE 10 2021 002 218 A1 ein Verfahren zur Ermittlung eines Abstands bei einem Bearbeitungsverfahren mittels eines Laserstrahls bekannt.
  • Die PCT Anmeldung WO 2014 / 138 939 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung um die Dynamik einer Phasenwechselregion zu überwachen und zu charakterisieren, welche beim Laserschweißen, insbesondere beim Schlüssellochschweißen unter Verwendung von Interferometrie mit niedriger Kohärenz erzeugt wird. Durch die Ausrichtung eines Messstrahls auf mehrere Stellen innerhalb der Phasenwechselregion und deren Überlappung mit ihr, werden in Echtzeit die räumlichen und zeitlichen Eigenschaften der Schweißnaht bestimmt, wie z. B. Schlüssellochtiefe, Länge, Breite, Form und ob die Schlüssellochschweißung instabil ist, sich schließt oder zusammenbricht.
  • Diese Informationen sind wichtig, um die Qualität und die Materialeigenschaften einer fertigen Schweißnaht zu bestimmen. Es kann auch mit Feedback verwendet werden, um den Materialänderungsprozess in Echtzeit zu ändern.
  • Die DE 10 2016 005 021 A1 Bei einem Verfahren zur Messung der Tiefe der Dampfkapillare während eines industriellen Bearbeitungsprozesses mit einem Hochenergiestrahl wird ein optischer Messstrahls auf den Boden einer Dampfkapillare gerichtet. Aus Reflexen des Messstrahls erzeugt ein optischer Kohärenztomograph Interferenzspektren oder andere Roh-Messdaten. Eine Auswerteinrichtung erzeugt entstörte Messdaten, indem Roh-Messdaten, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten erzeugt wurden, im Wege einer mathematischen Operation gemeinsam verarbeitet werden. Bei dieser Operation kann es sich insbesondere um eine Subtraktion oder eine Division handeln. Dadurch lassen sich langsam verändernde Störeinflüsse eliminieren. Aus den entstörten Messdaten wird mit Hilfe eines Filters, z. B. eines Quantil-Filters, ein Endwert für den Abstand zum Boden der Dampfkapillare berechnet. Daraus lässt sich in Kenntnis des Abstands zu einem Teil der Oberfläche des Werkstücks, der nicht dem Hochenergiestrahl ausgesetzt ist, die Tiefe der Dampfkapillare bestimmen.
  • DE 10 2017 117 413 A1 offenbart ein Verfahren zur Messung der Einschweißtiefe, insbesondere beim Schweißen, Bohren oder Abtragen mittels eines Arbeitslaserstrahls, bei dem ein Messlichtstrahl eines Sensorsystems in einen Bearbeitungsstrahlengang des Arbeitslaserstrahls in einem Laserbearbeitungskopf eingekoppelt und von einer Fokussieroptik des Bearbeitungsstrahlengangs in einen Messlichtfleck auf einer Oberfläche eines Werkstücks gebündelt oder fokussiert wird. Der an der Oberfläche des Werkstücks reflektierte Messlichtstrahl wird dann zu einer Mess- und Auswerteeinheit des Sensorsystems zurückgeführt, um Information über den Abstand der Oberfläche des Werkstücks vom Laserbearbeitungskopf zu erhalten. Um ein Oberflächenprofil des Werkstücks im Bereich der Dampfkapillare zu erhalten, aus dem die Position der Dampfkapillare relativ zum Auftreffpunkt des Arbeitslaserstrahls ermittelt werden kann, wird die Position des Messlichtflecks auf der Oberfläche des Werkstücks sowohl in Schweißrichtung als auch quer dazu über die Dampfkapillare geführt. Der Messlichtfleck wird dann zur Messung der Einschweißtiefe bei der Laserbearbeitung in die ermittelte Position der Dampfkapillare bewegt.
  • Mit den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren kann ein Laserschweißvorgang, insbesondere hinsichtlich einer erzielbaren Nahtqualität und bestimmter erzielbarer Qualitätskenngrößen, nur indirekt und nicht prozesssicher beurteilt werden, was sich ungünstig auf die Qualität der hergestellten Schweißprodukte auswirkt und insbesondere in der Serienproduktion unerwünscht ist, da hier Qualitätsschwankungen bei den hergestellten Schweißprodukten hohe Kosten für Ausschuss und Nacharbeit zur Folge haben können.
  • Die Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform für ein Verfahren zur Beurteilung einer bei einem Laserschweißvorgang mittels eines Laserstrahls an einem Werkstück erzeugten Schweißnaht bereitzustellen. Weiterhin soll eine Schweißeinrichtung angegeben werden, mittels der das vorgeschlagene Verfahren ausführbar ist.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der Zeichnungen.
  • Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Beurteilung einer bei einem Laserschweißvorgang mittels eines Laserstrahls an einem Werkstück erzeugten Schweißnaht vor, in dessen Rahmen zunächst eine Schweißeinrichtung mit einer Laserstrahloptik und mit einer zur Durchführung einer kontinuierlichen optischen Kohärenztomografie eingerichteten Messstrahloptik sowie in einer vorgebbaren Relativposition zur Schweißeinrichtung ein Werkstück, insbesondere zwei oder mehr aufeinandergestapelte Fügepartner, bereitgestellt werden. Weiterhin ist vorgesehen, dass ein Laserschweißvorgang etabliert wird, bei dem die Schweißeinrichtung in einer oberflächenparallelen Schweißrichtung relativ zum Werkstück bewegt wird, oder umgekehrt, und anhand eines mittels der Laserstrahloptik bereitgestellten Laserstrahls an dem Werkstück eine Schweißnaht erzeugt wird. Wesentlich für die Erfindung ist, dass bei dem Laserschweißvorgang mittels der Messstrahloptik eine kontinuierliche optische Kohärenztomografie ausgeführt wird. Im Rahmen der oder mittels der optischen Kohärenztomografie werden Kapillartiefenmesswerte einer sich bei dem Laserschweißvorgang an dem Werkstück, insbesondere an einer der Messstrahloptik zugewandten Oberfläche des Werkstücks, ausbildenden Dampfkapillare und/oder von einem die Dampfkapillare umschließenden Schweißeinflussbereich ermittelt. Der Schweißeinflussbereich kann dabei einen ersten, der Dampfkapillare in der Schweißrichtung vorgelagerten Bereichsabschnitt und/oder einen zweiten, der Dampfkapillare in der Schweißrichtung nachgelagerten Bereichsabschnitt aufweisen, wobei die Kapillartiefenmesswerte an dem ersten Bereichsabschnitt und/oder dem zweiten Bereichsabschnitt und/oder der Dampfkapillare ermittelt werden können. Weiterhin werden im Rahmen der oder mittels der optischen Kohärenztomografie als Referenz für die ermittelten Kapillartiefenmesswerte dienende Oberflächentiefenmesswerte von zwei unterschiedliche, sich außerhalb der Dampfkapillare und außerhalb des Schweißeinflussbereichs angeordneten Oberflächenabschnitten der der Messstrahloptik zugewandten Oberfläche des Werkstücks ermittelt.
  • Durch das vorgeschlagene Verfahren wird eine verbesserte Beurteilbarkeit des Laserstrahlschweißvorgangs erreicht, wobei die Qualität der erzeugten Schweißnaht unabhängig von der Schweißdauer einzelner Schweißprozessschritte (z.B. Rampe zu Beginn des Schweißprozesses) sowie einer Schweißposition des für den Laserschweißvorgang genutzten Laserstrahls innerhalb des Erfassungsfelds der Messstrahloptik beurteilbar ist. Ferner kann das vorgeschlagene Verfahren in Echtzeit ausgeführt werden, wodurch Qualitätssteigerungsstrategien während des Laserschweißvorgangs durchgeführt werden können, sodass beispielsweise unmittelbar auf eventuelle Qualitätsstörungen reagiert und der Laserschweißvorgang entsprechend gesteuert werden kann, z.B. indem relevante physikalische Kenngröße des Laserstrahls nachgeregelt werden. Ferner können mit dem vorgeschlagenen Verfahren unerwünschte Fügespalte zwischen den Fügepartnern sowie eine vorhandene bzw. nicht vorhandene Anbindung der Fügepartner zuverlässig detektiert werden, sodass die Nahtqualität über die gesamte Schweißnahtlänge zuverlässig beurteil werden kann.
  • Zweckmäßigerweise sendet die Messstrahloptik im Rahmen des Verfahrens bei der Durchführung der kontinuierlichen optischen Kohärenztomografie wenigstens einen Messstrahl oder bevorzugt mehrere Messstrahle auf das Werkstück aus, wobei der Messstrahl oder die mehreren Messstrahle jeweils als Laserstrahl mit einer zu dem Laserstrahl der Laserstrahloptik differenter Wellenlänge realisiert sein können.
  • Die besagten Kapillartiefenmesswerte sind insbesondere Kapillar- oder Einschweißtiefen der Dampfkapillare relativ zu der Messstrahloptik. Das sind zweckmäßigerweise die bei dem Laserschweißvorgang ermittelbaren Abstände zwischen einem Grund der Dampfkapillare und der Messstrahloptik. Ferner sind die besagten Oberflächentiefenmesswerte insbesondere Referenztiefen des Oberflächenabschnitts der Oberfläche des Werkstücks relativ zu der Messstrahloptik. Das sind zweckmäßigerweise die bei dem Laserschweißvorgang ermittelbaren Abstände zwischen einem Oberflächenabschnitt der Oberfläche des Werkstücks und der Messstrahloptik.
  • Die besagten Kapillartiefenmesswerte sind zweckmäßigerweise positionsabhängig über die Schweißnahtposition und/oder abhängig von der Schweißnahtposition im Erfassungsfeld der Messstrahloptik.
  • Es ist weiterhin zu erwähnen, dass die optische Kohärenztomografie insbesondere in Form von Linienscans ausgeführt werden kann. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der besagte erste Oberflächenabschnitt bezüglich des ersten Bereichsabschnitts und/oder bezüglich der Dampfkapillare in der Schweißrichtung vorgelagert ist. Ferner kann der besagte zweite Oberflächenabschnitt bezüglich des ersten Bereichsabschnitts und/oder bezüglich der Dampfkapillare quer bezüglich der Schweißrichtung angeordnet sein.
  • Zweckmäßigerweise kann im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens weiterhin vorgesehen sein, dass fortlaufend die ermittelten Kapillartiefenmesswerte in separate Kapillartiefeninformationsblöcke und die ermittelten Oberflächentiefenmesswerte in separate Oberflächentiefeninformationsblöcke aufgeteilt werden. Dabei wird eine Blockgröße bzw. eine Blocklänge dieser Blöcke durch eine vorgebbare Intervallgröße bestimmt, wobei eine solche Intervallgröße insbesondere eine vorgebbare Zeitspanne und/oder eine vorgebbare Schweißnahtlänge sein kann. Weiterhin ist vorgesehen, dass dann aus den Kapillartiefeninformationsblöcken jeweils eine statistische Kapillaren-Kenngröße abgeleitet wird, insbesondere Perzentile, insbesondere 75%-Perzentile, Mittelwerte oder Mediane, und dass aus den Oberflächentiefeninformationsblöcken jeweils eine statistische Oberflächen-Kenngröße abgeleitet wird, insbesondere Perzentile, insbesondere 75%-Perzentile, Mittelwerte oder Mediane. Es ist weiterhin vorgesehen, dass zur Beurteilung der in einem Intervall bei dem Laserschweißvorgang mittels des Laserstrahls an dem Werkstück erzeugten Schweißnaht ein Verhältnis der Oberflächen-Kenngröße zu der Kapillaren-Kenngröße gebildet und als Bewertungskriterium genutzt wird. Die vorliegende Erfindung liefert damit einen neuartigen Ansatz zur Bewertung von im Rahmen der optischen Kohärenztomografie ermittelten Tiefenmessdaten. Die Beurteilung der Schweißnaht kann dabei in Abhängigkeit des sich ergebenen Verhältnisses beispielsweise als „Zustand der Schweißnaht in Ordnung“ oder als „Zustand der Schweißnaht nicht in Ordnung“ ausgegeben werden.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass aus den Oberflächentiefeninformationsblöcken zumindest ein Grenzwert oder jeweils ein Grenzwert abgeleitet wird, wobei es sich insbesondere um einen statistischen Grenzwert wie Perzentile, insbesondere 75%-Perzentile, Mittelwerte oder Mediane handeln kann. Der abgeleitete zumindest eine Grenzwerte oder die abgeleiteten Grenzwerte werden dann fortlaufend intervallweise auf die Kapillartiefeninformationsblöcke angewendet. Dabei werden diejenigen Kapillartiefenmesswerte eines Kapillartiefeninformationsblocks, welche den zumindest einen Grenzwert oder die Grenzwerte übersteigen, als Bewertungskriterium zur Beurteilung der bei dem Laserschweißvorgang in einem Intervall mittels des Laserstrahls an dem Werkstück erzeugten Schweißnaht genutzt. Durch das Anwenden des abgeleiteten Grenzwerts bzw. der abgeleiteten Grenzwerte auf die Kapillartiefeninformationsblöcke wird eine Art Filterung der ermittelten Kapillartiefenmesswerte erreicht, in der Hinsicht, dass lediglich die in einem jeweiligen Intervall zur Beurteilung der Schweißnaht relevanten Kapillartiefenmesswerte als Bewertungskriterium zur Beurteilung der erzeugten Schweißnaht herangezogen werden. Auf diese Art kann insbesondere ein unerwünschter Fügespalt zwischen den Fügepartnern des Werkstücks erkannt werden. Weiterhin kann eine ausreichende oder nicht ausreichende Verbindung zwischen den Fügepartnern des Werkstücks detektiert werden.
  • Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass wenigstes eine physikalische Kenngröße des mittels der Laserstrahloptik bereitgestellten Laserstrahls in Abhängigkeit einer durch das Verfahren bereitgestellten Beurteilung der bei dem Laserschweißvorgang an dem Werkstück erzeugten Schweißnaht während des Laserschweißvorgangs geregelt wird. Dadurch wird anhand einer durch das vorgeschlagene Verfahren bereitgestellten Beurteilung der bei dem Laserschweißvorgang erzeugten Schweißnaht eine Echtzeitregelung des Laserschweißvorgangs realisiert. Dadurch können Qualitätsschwankungen der Schweißnaht sozusagen in situ behoben werden. Eine derartige physikalische Kenngröße des Laserstrahls kann beispielsweise die Laserstrahlintensität (W/m2) des Laserstrahls sein.
  • Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung ist eine Schweißeinrichtung vorgesehen, die eine Laserstrahloptik und eine zur Durchführung einer kontinuierlichen optischen Kohärenztomografie eingerichtete Messstrahloptik aufweist, wobei die Schweißeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der vorhergehenden Beschreibung eingerichtet ist.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in den Zeichnungen anders dargestellt ist.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
  • Dabei zeigen, jeweils schematisch:
    • 1 schematisch einen Laserschweißvorgang an einem Werkstück, bei dem zwei aufeinandergestapelte Fügepartner des Werkstücks miteinander verschweißt werden,
    • 2 eine Draufsicht auf das Werkstück aus 1 in einer dort durch einen Pfeil II angedeuteten Blickrichtung,
    • 3 schematisch ein Diagramm von ermittelten Kapillartiefenmesswerten und Oberflächentiefenmesswerten,
    • 4 schematisch ein Histogramm von Kapillartiefenmesswerten und Oberflächentiefenmesswerten,
    • 5 schematisch ein weiteres Histogramm von Kapillartiefenmesswerten und Oberflächentiefenmesswerten,
    • 6 schematisch ein Diagramm von ermittelten Kapillartiefenmesswerten und Oberflächentiefenmesswerten.
  • Die 1 und 2 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform für ein erfindungsgemäßes Verfahren 1, mittels dem eine Beurteilung einer bei einem Laserschweißvorgang 2 mittels eines Laserstrahls 3 an einem Werkstück 4 erzeugten Schweißnaht 5 durchgeführt werden kann. Zunächst werden eine Schweißeinrichtung 6 mit einer Laserstrahloptik 7 und mit einer zur Durchführung einer kontinuierlichen optischen Kohärenztomografie eingerichteten Messstrahloptik 8 sowie in einer vorgebbaren Relativposition zur Schweißeinrichtung 6 ein Werkstück 4 bereitgestellt, wobei das Werkstück 4 rein exemplarisch zwei aufeinandergestapelte Fügepartner 9, 10 umfasst. Anschließend wird ein Laserschweißvorgang 2 etabliert, bei dem die Schweißeinrichtung 6 in einer oberflächenparallelen Schweißrichtung 11, die durch einen Pfeil angedeutet ist, relativ zum Werkstück 1 bewegt wird. Alternativ könnte das Werkstück 4 relativ zur Schweißeinrichtung 6 bewegt werden. Es ist weiterhin vorgesehen, dass anhand eines mittels der Laserstrahloptik 7 bereitgestellten Laserstrahls 3 an dem Werkstück 4 eine Schweißnaht 5 erzeugt und die beiden aufeinandergestapelten Fügepartner 9, 10 des Werkstücks 4 miteinander verschweißt werden. Damit eine Nahtqualität der erzeugten Schweißnaht 5 sowie bestimmte Qualitätskenngrößen des Laserschweißvorgangs 2 zuverlässig beurteilt werden können, ist im Rahmen des Verfahrens 1 vorgesehen, dass bei dem Laserschweißvorgang 2 mittels der Messstrahloptik 8 eine kontinuierliche optische Kohärenztomografie ausgeführt wird. Dabei werden Messstrahlen 26 auf die Oberfläche 19 des Werkstücks 4 projiziert und Kapillartiefenmesswerte 12 einer sich beim Laserschweißvorgang 2 an dem Werkstück 4 ausbildenden Dampfkapillare 13 und von einem die Dampfkapillare 13 umschließenden Schweißeinflussbereich 14 ermittelt. Der Schweißeinflussbereich 14 besitzt dabei einen ersten, der Dampfkapillare 13 in der Schweißrichtung 11 vorgelagerten Bereichsabschnitt 15 und einen zweiten, der Dampfkapillare 13 in der Schweißrichtung 11 nachgelagerten Bereichsabschnitt 16. Vorliegend werden die Kapillartiefenmesswerte 12 sowohl an dem ersten Bereichsabschnitt 15, dem zweiten Bereichsabschnitt 16 und der Dampfkapillare 13 ermittelt, insbesondere linienartig in Richtung der Schweißrichtung 11. Weiterhin werden als Referenz für die ermittelten Kapillartiefenmesswerte 12 dienende Oberflächentiefenmesswerte 17 von zwei außerhalb der Dampfkapillare 13 und außerhalb des Schweißeinflussbereichs 14 angeordneten Oberflächenabschnitten 18a, 18b der der Messstrahloptik 8 zugewandten Oberfläche 19 des Werkstücks 4 ermittelt. Dabei kann der erste Oberflächenabschnitten 18a in der Schweißrichtung 11 vor dem Schweißeinflussbereich 14 und/oder der Dampfkapillare 13 sowie der zweite Oberflächenabschnitten 18b quer zur Schweißrichtung 11 neben dem Schweißeinflussbereich 14 und/oder der Dampfkapillare 13 angeordnet sein. Die ermittelten Kapillartiefenmesswerte 12 und Oberflächentiefenmesswerte 17 sind rein exemplarisch in dem in 3 illustrierten Diagramm eingetragen, wobei die Abszisse des Diagramms eine Nahtposition in mm und die Ordinate des Diagramms eine Tiefe in mm repräsentiert.
  • Weiterhin ist im Rahmen des Verfahrens 1 vorgesehen, dass fortlaufend die ermittelten Kapillartiefenmesswerte 12 in separate Kapillartiefeninformationsblöcke 20 und die ermittelten Oberflächentiefenmesswerte 17 in separate Oberflächentiefeninformationsblöcke 21 aufgeteilt werden, wobei eine Blockgröße bzw. eine Blocklänge dieser Blöcke 20, 21 durch eine vorgebbare Intervallgröße 22, vorliegend eine Schweißnahtlänge, bestimmt wird, was in 3 durch vertikale Intervalltrennstriche angedeutet ist. Weiterhin werden, was in 4 angedeutet ist, aus den Kapillartiefeninformationsblöcken 20 jeweils ein statistische Kapillaren-Kenngröße 23 abgeleitet, vorliegend eine 75-Perzentile. Weiterhin wird aus den Oberflächentiefeninformationsblöcken 21 jeweils ein statistische Oberflächen-Kenngröße 24 abgeleitet, vorliegend ebenfalls 75%-Perzentile. Zur Beurteilung der in einem Intervall 22 bei dem Laserschweißvorgang 2 mittels des Laserstrahls 3 an dem Werkstück 4 erzeugten Schweißnaht 5 wird nun ein Verhältnis der Oberflächen-Kenngröße 24 zu der Kapillaren-Kenngröße 23 als Bewertungskriterium genutzt. Weiterhin kann zusätzlich oder alternativ, was in 5 angedeutet ist, aus den Oberflächentiefeninformationsblöcken 21 zumindest ein Grenzwert 25, insbesondere ein 75%-Perzentile, abgeleitet werden, wobei der abgeleitete zumindest eine Grenzwerte 25 fortlaufend intervallweise auf die Kapillartiefeninformationsblöcke 20 angewendet wird, in der Art, dass diejenigen Kapillartiefenmesswerte 12 eines Kapillartiefeninformationsblocks 20, welche den zumindest einen Grenzwert 25 übersteigen und in 5 durch einen Pfeil A gekennzeichnet sind, ermittelbar sind. Die verbleibenden Kapillartiefenmesswerte 12, die in 6 in einem Diagramm eingetragen sind, dessen Abszisse eine Nahtposition in mm und dessen Ordinate eine Tiefe in mm repräsentiert, können dann als Bewertungskriterium zur Beurteilung der in einem Intervall 22 bei dem Laserschweißvorgang 2 mittels des Laserstrahls 3 an dem Werkstück 4 erzeugten Schweißnaht 5 dienen.

Claims (3)

  1. Verfahren (1) zur Beurteilung einer bei einem Laserschweißvorgang (2) mittels eines Laserstrahls (3) an einem Werkstück (4) erzeugten Schweißnaht (5), - wobei eine Schweißeinrichtung (6) mit einer Laserstrahloptik (7) und mit einer zur Durchführung einer kontinuierlichen optischen Kohärenztomografie eingerichteten Messstrahloptik (8) sowie in einer vorgebbaren Relativposition zur Schweißeinrichtung (6) ein Werkstück (4), zwei oder mehr aufeinandergestapelte Fügepartner (9, 10), bereitgestellt werden, - wobei ein Laserschweißvorgang (2) etabliert wird, bei dem die Schweißeinrichtung (6) in einer oberflächenparallelen Schweißrichtung (11) relativ zum Werkstück (1) bewegt wird, oder umgekehrt, und anhand eines mittels der Laserstrahloptik (7) bereitgestellten Laserstrahls (3) an dem Werkstück (4) eine Schweißnaht (5) erzeugt wird, wobei - bei dem Laserschweißvorgang (2) mittels der Messstrahloptik (8) eine kontinuierliche optische Kohärenztomografie ausgeführt wird, in deren Rahmen Kapillartiefenmesswerte (12) einer sich beim Laserschweißvorgang (2) an dem Werkstück (4) ausbildenden Dampfkapillare (13) und/oder von einem die Dampfkapillare (13) umschließenden Schweißeinflussbereich (14) und als Referenz für die Kapillartiefenmesswerte (12) dienende Oberflächentiefenmesswerte (17) von zwei sich außerhalb der Dampfkapillare (13) und außerhalb des Schweißeinflussbereichs (14) angeordneten Oberflächenabschnitten (18) einer der Messstrahloptik (8) zugewandten Oberfläche (19) des Werkstücks (4) ermittelt werden, und wobei - fortlaufend die ermittelten Kapillartiefenmesswerte (12) in separate Kapillartiefeninformationsblöcke (20) und die ermittelten Oberflächentiefenmesswerte (17) in separate Oberflächentiefeninformationsblöcke (21) aufgeteilt werden, wobei eine Blockgröße dieser Blöcke (20, 21) durch eine vorgebbare Intervallgröße (22), eine vorgebbare Zeitspanne und/oder eine vorgebbare Schweißnahtlänge, bestimmt wird, - wobei aus den Kapillartiefeninformationsblöcken (20) jeweils eine statistische Kapillaren-Kenngröße (23) abgeleitet wird, - wobei aus den Oberflächentiefeninformationsblöcken (21) jeweils eine statistische Oberflächen-Kenngröße (24) abgeleitet wird, - wobei zur Beurteilung der in einem Intervall (22) bei dem Laserschweißvorgang (2) mittels des Laserstrahls (3) an dem Werkstück (4) erzeugten Schweißnaht (5) ein Verhältnis der Oberflächen-Kenngröße (24) zu der Kapillaren-Kenngröße (23) als Bewertungskriterium genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass - aus den Oberflächentiefeninformationsblöcken (21) zumindest ein oder jeweils ein Grenzwert (25) abgeleitet wird, - wobei der abgeleitete zumindest eine Grenzwerte (25) oder die Grenzwerte (25) fortlaufend intervallweise auf die Kapillartiefeninformationsblöcke (20) angewendet wird und diejenigen Kapillartiefenmesswerte (12) eines Kapillartiefeninformationsblocks (20), welche den zumindest einen Grenzwert (25) oder die Grenzwerte (25) übersteigen, als Bewertungskriterium zur Beurteilung der in einem Intervall (22) bei dem Laserschweißvorgang (2) mittels des Laserstrahls (3) an dem Werkstück (4) erzeugten Schweißnaht (5) dienen.
  2. Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstes eine physikalische Kenngröße des mittels der Laserstrahloptik (7) bereitgestellten Laserstrahls (3) in Abhängigkeit einer durch das Verfahren (1) bereitgestellten Beurteilung der bei dem Laserschweißvorgang (2) an dem Werkstück (4) erzeugten Schweißnaht (5) während des Laserschweißvorgangs (2) geregelt wird.
  3. Schweißeinrichtung (6) aufweisend eine Laserstrahloptik (7) und eine zur Durchführung einer kontinuierlichen optischen Kohärenztomografie eingerichtete Messstrahloptik (8), wobei die Schweißeinrichtung (6) zur Durchführung des Verfahrens (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
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