DE102023004944B3

DE102023004944B3 - Device and method for detecting and adjusting a welding depth

Info

Publication number: DE102023004944B3
Application number: DE102023004944.1A
Authority: DE
Inventors: Dirk Steffens
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2023-11-30
Filing date: 2023-11-30
Publication date: 2025-04-03
Anticipated expiration: 2043-12-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Erfassung und Einstellung einer Einschweißtiefe (ET_m1, ET_M2) bei einem Laserstrahlschweißverfahren. Die Vorrichtung umfasst erfindungsgemäß einen Laseremitter (5) zur Emission von zwei Laserstrahlen (LS1, LS2) auf eine Oberfläche eines Bauteils (2) in der Art, dass die Laserstrahlen (LS1, LS2) auf der Oberfläche in Schweißrichtung (R) auf hintereinander angeordneten Auftreffpunkten auftreffen und ein Material des Bauteils (2) unter Ausbildung mindestens einer Dampfkapillare (DK) aufschmelzen, und eine Messvorrichtung (4) zur Emission von zwei Messstrahlen (MS1, MS2) in der Art, dass jeder Messtrahl (MS1, MS2) jeweils einem der Laserstrahlen (LS1, LS2) zugeordnet ist und zu dem zugehörigen Auftreffpunkt gerichtet ist. Die Messvorrichtung ist zur Ermittlung einer jeweiligen Einschweißtiefe (ET_m1, ET_M2) aus an unterhalb der Auftreffpunkte befindlichen Bauteilbereichen unterhalb der mindestens einen Dampfkapillare (DK) reflektierten Messstrahlen (MS1, MS2) ausgebildet. Es ist eine Steuereinheit (3) vorgesehen, welche zur Steuerung des Laseremitters (5) und zumindest zur Einstellung von Parametern des in Schweißrichtung (R) hinteren Laserstrahls (LS2) in Abhängigkeit der im Bereich des vorderen Laserstrahls (LS1) ermittelten Einschweißtiefe (ET_M1) ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erfassung und Einstellung einer Einschweißtiefe (ET_m1, ET_M2) bei einem Laserstrahlschweißverfahren.

The invention relates to a device (1) for detecting and adjusting a welding depth (ET _m1 , ET _M2 ) in a laser beam welding process. According to the invention, the device comprises a laser emitter (5) for emitting two laser beams (LS1, LS2) onto a surface of a component (2) in such a way that the laser beams (LS1, LS2) impinge on the surface in the welding direction (R) at impact points arranged one behind the other and melt a material of the component (2) to form at least one vapor capillary (DK), and a measuring device (4) for emitting two measuring beams (MS1, MS2) in such a way that each measuring beam (MS1, MS2) is assigned to one of the laser beams (LS1, LS2) and is directed towards the associated impact point. The measuring device is designed to determine a respective welding depth (ET _m1 , ET _M2 ) from measuring beams (MS1, MS2) reflected from component regions located below the impact points below the at least one vapor capillary (DK). A control unit (3) is provided, which is designed to control the laser emitter (5) and at least to adjust parameters of the rear laser beam (LS2) in the welding direction (R) as a function of the welding depth (ET _M1 ) determined in the region of the front laser beam (LS1).
The invention further relates to a method for detecting and adjusting a welding depth (ET _m1 , ET _M2 ) in a laser beam welding process.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung und Einstellung einer Einschweißtiefe bei einem Laserstrahlschweißverfahren.The invention relates to a device for detecting and adjusting a welding depth in a laser beam welding process.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erfassung und Einstellung einer Einschweißtiefe bei einem Laserstrahlschweißverfahren.The invention further relates to a method for detecting and adjusting a welding depth in a laser beam welding process.

Bei einem Laserstrahlschweißverfahren ist eine Einschweißtiefe ein wichtiger Parameter zur Beurteilung einer Schweißnahtqualität. Fehlerhafte Schweißnähte mit mangelnder Einschweißtiefe bedingen eine aufwendige Reparatur mittels nochmaligem Schweißen oder einen Ausschuss.In laser beam welding, the penetration depth is an important parameter for assessing weld quality. Defective welds with insufficient penetration depth require costly repairs (re-welding) or rejection.

Aus der EP 0 674 965 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung einer Einschweißtiefe in Werkstücken beim Laserstrahlschweißen bekannt. Während eines Schweißvorgangs wird von einem Werkstück reflektierte Laserstrahlung fortlaufend gemessen und die Einschweißtiefe durch Erfassen eines Anteils der vom Werkstück reflektierten Laserstrahlung, der bei beginnender Ausbildung eines Dampfkanals im Werkstück gleichzeitig mit einer sich sprunghaft erhöhenden Laserstrahlabsorption entsprechend sinkt, ermittelt. Die Vorrichtung umfasst eine einem Laser im Strahlengang nachgeordneten, einen Laserstrahl auf ein Werkstück fokussierende Laseroptik. Die Laseroptik weist ein die vom Werkstück reflektierte Laserstrahlung auskoppelndes Element auf, dem in Richtung der ausgekoppelten, reflektierten Laserstrahlung eine diese erfassende Messeinrichtung nachgeschaltet ist.From the EP 0 674 965 A1 A method and a device for monitoring the penetration depth in workpieces during laser beam welding are known. During a welding process, laser radiation reflected by a workpiece is continuously measured, and the penetration depth is determined by detecting a portion of the laser radiation reflected by the workpiece, which decreases accordingly when a vapor channel begins to form in the workpiece, simultaneously with a sudden increase in laser beam absorption. The device comprises a laser optics system arranged downstream of a laser in the beam path and which focuses a laser beam onto a workpiece. The laser optics system has an element which decouples the laser radiation reflected from the workpiece, and which is followed by a measuring device which detects the laser radiation in the direction of the decoupled, reflected laser radiation.

Die europäische Patentanmeldung EP 1 923 165 A1 offenbart ein Laserschweißverfahren mit verbesserter Penetration. Dabei wird beim Laserschweißen von Metallteilen ein erster Laserstrahl fokussiert, um ein Schlüsselloch zu bilden, und ein zweiter Laserstrahl auf das Schlüsselloch fokussiert. Die Eindringtiefe des zweiten Strahls ist größer als die des ersten.The European patent application EP 1 923 165 A1 discloses a laser welding process with enhanced penetration. During laser welding of metal parts, a first laser beam is focused to form a keyhole, and a second laser beam is focused on the keyhole. The penetration depth of the second beam is greater than that of the first.

Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2010 010 147 A1 betrifft ein Strahlschweißverfahren zum Verschweißen von mehreren Bauteilen. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Strahlschweißvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Offenbart wird dabei ein Strahlschweißverfahren zum Verschweißen von mehreren Bauteilen, bei dem ein vorauseilender Hilfsschweißstrahl ein Hilfsschmelzbad erzeugt, das teilweise in seiner Ausdehnung quer zur Schweißrichtung durch einen nachfolgenden Arbeitsschweißstrahl zu einem Arbeitsschmelzbad vertieft wird, wobei eine durch den Hilfsschweißstrahl ausgebildete Dampfkapillare eine geringere Eindringtiefe aufweist, als eine durch den Arbeitsschweißstrahl ausgebildete Dampfkapillare.The German patent application DE 10 2010 010 147 A1 relates to a beam welding method for welding multiple components. Furthermore, the invention relates to a beam welding device for carrying out the method. Disclosed is a beam welding method for welding multiple components, in which a leading auxiliary welding beam generates an auxiliary molten pool, which is partially deepened in its extent transverse to the welding direction by a subsequent working welding beam to form a working molten pool, wherein a vapor capillary formed by the auxiliary welding beam has a smaller penetration depth than a vapor capillary formed by the working welding beam.

Die PCT-Anmeldung WO 2018/ 136 622 A1 offenbart eine Vorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Materialverarbeitungsstrahlquelle, die einen Materialverarbeitungsstrahl erzeugt, der an eine Probenstelle in einem Materialmodifizierungsprozess angelegt wird; eine optische Bildgabequelle, die Bildgabelicht erzeugt; ein optisches Interferometer, das ein Interferometrie-Ausgangssignal unter Verwendung mindestens einer Komponente des Bildgabelichts erzeugt, das auf die Probe gerichtet wird, wobei das Interferometrie-Ausgangssignal auf mindestens einer Länge eines optischen Pfades zu der Probe im Vergleich zu einer anderen Länge eines optischen Pfades basiert; und einen Rückmeldungs-Controller, der mindestens einen Verarbeitungsparameter des Materialmodifizierungsprozesses auf der Basis des Interferometrie-Ausgangssignals steuert.The PCT application WO 2018/ 136 622 A1 discloses an apparatus comprising: a material processing beam source that generates a material processing beam that is applied to a sample location in a material modification process; an optical imaging source that generates imaging light; an optical interferometer that generates an interferometry output signal using at least one component of the imaging light directed onto the sample, the interferometry output signal being based on at least one length of an optical path to the sample compared to another length of an optical path; and a feedback controller that controls at least one processing parameter of the material modification process based on the interferometry output signal.

Die PCT-Anmeldung WO 2014/ 138 939 A1 offenbart eine Vorrichtung, umfassend: eine optische Abbildungsquelle, die Abbildungslicht erzeugt, das auf ein Materialverarbeitungssystem angewendet wird, wobei das Materialverarbeitungssystem einen Materialmodifizierungsprozess implementiert und einen Phasenänderungsbereich (PCR) in einem Material erzeugt, mindestens ein Element, das das Abbildungslicht auf eine Vielzahl von Abbildungsstrahlpositionen in der Nähe des PCR lenkt, mindestens einen Eingangs-/Ausgangsanschluss, der eine erste Komponente des Abbildungslichts an einen optischen Zugangsanschluss des Materialverarbeitungssystems ausgibt und das eine Reflexionskomponente des Abbildungslichts empfängt, einen optischen Kombinierer, der die Reflexionskomponente und mindestens eine andere Komponente des Abbildungslichts kombiniert, um eine Interferometrieausgabe zu erzeugen, wobei die Interferometrieausgabe auf einer Weglänge, die durch die erste Komponente und die Reflexionskomponente zurückgelegt wird, im Vergleich zu einer Weglänge, die durch die mindestens eine andere Komponente des Abbildungslichts zurückgelegt wird, basiert, und einen Interferometrieausgabeprozessor, der die Interferometrieausgabe verarbeitet, um mindestens eine Charakteristik des PCR zu bestimmen.The PCT application WO 2014/ 138 939 A1 discloses an apparatus comprising: an optical imaging source that generates imaging light that is applied to a materials processing system, the materials processing system implementing a material modification process and generating a phase change region (PCR) in a material, at least one element that directs the imaging light to a plurality of imaging beam positions proximate the PCR, at least one input/output port that outputs a first component of the imaging light to an optical access port of the materials processing system and that receives a reflection component of the imaging light, an optical combiner that combines the reflection component and at least one other component of the imaging light to generate an interferometry output, the interferometry output being based on a path length traveled by the first component and the reflection component compared to a path length traveled by the at least one other component of the imaging light, and an interferometry output processor that processes the interferometry output to determine at least one characteristic of the PCR.

Das deutsche Patent DE 10 2022 004 289 B3 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen einer Einschweißtiefe einer durch einen Bearbeitungslaserstrahl unter Ausbildung einer Dampfkapillare erzeugten Schweißnaht an einem Fügestoß während eines Laserstrahlschweißprozesses, wobei- ein erster Messstrahl aus einer ersten Richtung in die Dampfkapillare oder auf eine die Dampfkapillare umgebende Bauteiloberfläche gelenkt wird, wobei- ein zweiter Messstrahl aus einer von der ersten Richtung verschiedenen zweiten Richtung in die Dampfkapillare gelenkt wird, wobei- anhand eines ersten Rückreflexes des ersten Messstrahls ein erstes Rücksignal erfasst wird, wobeiaus dem ersten Rücksignal ein erster Abstand bestimmt wird, wobei- anhand eines zweiten Rückreflexes des zweiten Messstrahls ein zweites Rücksignal erfasst wird, wobeiaus dem zweiten Rücksignal ein zweiter Abstand bestimmt wird, wobei- aus dem ersten Abstand und aus dem zweiten Abstand auf die Einschweißtiefe der Schweißnaht geschlossen wird, sowie eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Einschweißtiefe einer durch einen Bearbeitungslaserstrahl (5) unter Ausbildung einer Dampfkapillare erzeugten Schweißnaht an einem Fügestoß während eines Laserstrahlschweißprozesses.The German patent DE 10 2022 004 289 B3 discloses a method for determining a welding depth of a weld seam produced by a processing laser beam with formation of a vapor capillary at a joint during a laser beam welding process, wherein- a first measuring beam is directed from a first direction into the vapor capillary or onto a component surface surrounding the vapor capillary, wherein- a second measuring beam is directed from a direction different second direction into the vapor capillary, wherein- a first return signal is detected on the basis of a first return reflection of the first measuring beam, wherein a first distance is determined from the first return signal, wherein- a second return signal is detected on the basis of a second return reflection of the second measuring beam, wherein a second distance is determined from the second return signal, wherein- the penetration depth of the weld seam is deduced from the first distance and from the second distance, and a device for determining a penetration depth of a weld seam produced by a processing laser beam (5) with the formation of a vapor capillary at a joint during a laser beam welding process.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Vorrichtung und ein neuartiges Verfahren zur Erfassung und Einstellung einer Einschweißtiefe bei einem Laserstrahlschweißverfahren anzugeben.The invention is based on the object of providing a novel device and a novel method for detecting and adjusting a welding depth in a laser beam welding process.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung, welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und durch ein Verfahren, welches die im Anspruch 4 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved according to the invention by a device which has the features specified in claim 1 and by a method which has the features specified in claim 4.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.

Die Vorrichtung zur Erfassung und Einstellung einer Einschweißtiefe bei einem Laserstrahlschweißverfahren umfasst erfindungsgemäß mindestens einen Laseremitter zur Emission von zwei Laserstrahlen auf eine Oberfläche eines Bauteils in der Art, dass die Laserstrahlen auf der Oberfläche in Schweißrichtung auf hintereinander angeordneten Auftreffpunkten auftreffen und ein Material des Bauteils unter Ausbildung mindestens einer Dampfkapillare aufschmelzen. Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine Messvorrichtung mit

- zumindest einem Emitter zur Emission von zwei Messstrahlen in der Art, dass jeder Messtrahl jeweils einem der Laserstrahlen zugeordnet ist und zu dem zugehörigen Auftreffpunkt gerichtet ist,
- zumindest einem Detektor zur Detektion von an einem unterhalb der mindestens einen Dampfkapillare befindlichen Bauteilbereich reflektierten Messstrahlen und
- einer Auswerteeinheit zur Ermittlung einer jeweiligen Einschweißtiefe an den unterhalb der Auftreffpunkte befindlichen Bauteilbereichen aus den reflektierten Messstrahlen.

Ferner umfasst die Vorrichtung eine Steuereinheit, welche zur Steuerung des Laseremitters und zumindest zur Einstellung von Parametern des in Schweißrichtung hinteren Laserstrahls in Abhängigkeit der im Bereich des vorderen Laserstrahls ermittelten Einschweißtiefe ausgebildet ist.The device for detecting and adjusting a welding depth in a laser beam welding process comprises, according to the invention, at least one laser emitter for emitting two laser beams onto a surface of a component in such a way that the laser beams impinge on the surface in the welding direction at successively arranged impact points and melt a material of the component, forming at least one vapor capillary. Furthermore, the device comprises a measuring device with

- at least one emitter for emitting two measuring beams in such a way that each measuring beam is assigned to one of the laser beams and is directed to the corresponding point of incidence,
- at least one detector for detecting measuring beams reflected from a component area located below the at least one vapor capillary and
- an evaluation unit for determining the respective welding depth at the component areas below the impact points from the reflected measuring beams.

Furthermore, the device comprises a control unit which is designed to control the laser emitter and at least to adjust parameters of the rear laser beam in the welding direction as a function of the welding depth determined in the region of the front laser beam.

In dem Verfahren zur Erfassung und Einstellung einer Einschweißtiefe bei einem Laserstrahlschweißverfahren werden erfindungsgemäß zwei Laserstrahlen derart auf eine Oberfläche eines Bauteils emittiert, dass die Laserstrahlen auf der Oberfläche in Schweißrichtung auf hintereinander angeordneten Auftreffpunkten auftreffen und ein Material des Bauteils unter Ausbildung mindestens einer Dampfkapillare aufschmelzen. Weiterhin werden zwei Messstrahlen derart emittiert, dass jeder Messtrahl jeweils einem der Laserstrahlen zugeordnet ist und auf den zugehörigen Auftreffpunkt gerichtet ist. Ferner werden an einem unterhalb der mindestens einen Dampfkapillare befindlichen Bauteilbereich reflektierte Messstrahlen detektiert, wobei eine jeweilige Einschweißtiefe an den unterhalb der Auftreffpunkte befindlichen Bauteilbereichen aus den reflektierten Messstrahlen ermittelt wird. Zumindest Parameter des in Schweißrichtung hinteren Laserstrahls werden in Abhängigkeit der im Bereich des vorderen Laserstrahls ermittelten Einschweißtiefe derart eingestellt, dass eine vorgegebene Soll-Einschweißtiefe erreicht wird.In the method for detecting and adjusting a welding depth in a laser beam welding process, according to the invention two laser beams are emitted onto a surface of a component in such a way that the laser beams impinge on the surface in the welding direction at impact points arranged one behind the other and melt a material of the component to form at least one vapor capillary. Furthermore, two measuring beams are emitted in such a way that each measuring beam is assigned to one of the laser beams and is directed towards the corresponding impact point. Furthermore, measuring beams reflected from a component region located below the at least one vapor capillary are detected, wherein a respective welding depth at the component regions located below the impact points is determined from the reflected measuring beams. At least parameters of the rear laser beam in the welding direction are adjusted depending on the welding depth determined in the region of the front laser beam in such a way that a predetermined target welding depth is achieved.

Unter einer Dampfkapillare wird dabei vorliegend ein mit Metalldampf oder teilionisiertem Metalldampf gefüllter, beispielsweise schlauchförmig ausgebildeter Hohlraum verstanden, welcher auch als Keyhole bezeichnet wird.In this case, a vapor capillary is understood to be a hollow space filled with metal vapor or partially ionized metal vapor, for example a tubular cavity, which is also referred to as a keyhole.

Die Vorrichtung und das Verfahren ermöglichen es, mittels der gezielt ausgesendeten Messstrahlen, welche direkt bis in eine lokale Tiefe der mindestens einen Dampfkapillare vordringen und dort am nicht verdampfenden bzw. verdampften Boden reflektiert werden, die Einschweißtiefe absolut mit einem konkreten Messwert qualitativ zu messen. Das heißt, es wird eine integrierte Qualitätssicherung realisiert. Dabei ist aufgrund der Verwendung von zwei Messstrahlen eine Plausibilitätsüberprüfung der Messwerte untereinander möglich.The device and method enable the absolute, qualitative measurement of the penetration depth with a specific measured value using the targeted measuring beams, which penetrate directly to a local depth of at least one vapor capillary and are reflected there by the non-evaporating or evaporated soil. This means that integrated quality assurance is implemented. The use of two measuring beams allows for a plausibility check of the measured values.

Aufgrund der Verwendung von zwei Laserstrahlen und der diesen zugeordneten Messstrahlen kann eine nicht ausreichende Einschweißtiefe, welche an der Position des vorderen Laserstrahls detektiert wird, mittels des hinteren, dem vorderen Laserstrahl nachlaufenden Laserstrahls gezielt angepasst bzw. korrigiert werden. Das heißt, dass durch eine erzeugte Doppelstrahltechnik eine Verarbeitung der Messwerte und eine entsprechende Reaktion mittels des hinteren Laserstrahls zur Einstellung der gewünschten Einschweißtiefe möglich sind.By using two laser beams and their associated measuring beams, an insufficient welding depth detected at the position of the front laser beam can be specifically adjusted or corrected using the rear laser beam, which follows the front laser beam. This means that the dual-beam technology enables the measured values to be processed and a corresponding response to be made using the rear laser beam to set the desired welding depth.

Somit ermöglichen die Vorrichtung und das Verfahren, die Einschweißtiefe während des Laserstrahlschweißens zu bestimmen und durch eine Inline-Regelung bei einer Abweichung der Einschweißtiefe von einem Sollwert anzupassen. Somit können ein Aufwand zur Reparatur defekter Schweißnähte, das heißt insbesondere eine Durchführung weiterer Schweißprozesse, sowie ein Bauteilausschuss bei lasergeschweißten Bauteilen minimiert werden. Dies ist insbesondere bei einem Laserstrahlschweißen von dickeren Bauteilen, beispielsweise mit Materialdicken von mehr als 2 mm mit moderaten Schweißgeschwindigkeiten besonders vorteilhaft. Weiterhin sind die Vorrichtung und das Verfahren bei allen Laserschweißverbindungen flexibel einsetzbar und führen zu einer hohen Prozessstabilität. Die Realisierung der Vorrichtung ist dabei in einfacher Weise durch eine Kombination mit einer aktuellen Anlagentechnik möglich. Auch wird eine gezielte Erzeugung von Schweißnähten mit unterschiedlichen Einschweißtiefen ermöglicht.The device and method thus make it possible to determine the penetration depth during laser welding and to adjust it via inline control if the penetration depth deviates from a target value. This minimizes the effort required to repair defective welds, which in particular means carrying out additional welding processes, as well as component rejection in laser-welded components. This is particularly advantageous when laser welding thicker components, for example with material thicknesses of more than 2 mm, at moderate welding speeds. Furthermore, the device and method can be used flexibly for all laser-welded joints and lead to high process stability. The device can be implemented easily by combining it with modern system technology. It also enables the targeted creation of welds with different penetration depths.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:

1 schematisch ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Laserstrahlschweißen und ein Bauteil während eines Schweißvorgangs und
2 schematisch einen Verlauf von Einschweißtiefen und Leistungen von Laserstrahlen in Abhängigkeit einer Schweißnahtlänge bzw. im Verlauf einer Schweißung.

Showing:

1 schematically a block diagram of a device for laser beam welding and a component during a welding process and
2 schematically a progression of welding depths and powers of laser beams as a function of a weld seam length or during the course of a weld.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference numerals in all figures.

In 1 sind ein Blockschaltbild eines möglichen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Laserstrahlschweißen und ein Bauteil 2 während eines Schweißvorgangs dargestellt.In 1 a block diagram of a possible embodiment of a device 1 according to the invention for laser beam welding and a component 2 during a welding process are shown.

Die Vorrichtung 1 umfasst eine Steuereinheit 3 und eine Messvorrichtung 4 mit zwei Emittern 4.1, 4.2, zwei Detektoren 4.3, 4.4, einer Auswerteeinheit 4.7 und zwei beweglichen Scannerspiegeln 4.5, 4.6. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 mindestens einen Laseremitter 5 und einer Fokussierlinse 5.1.The device 1 comprises a control unit 3 and a measuring device 4 with two emitters 4.1, 4.2, two detectors 4.3, 4.4, an evaluation unit 4.7, and two movable scanner mirrors 4.5, 4.6. Furthermore, the device 1 comprises at least one laser emitter 5 and a focusing lens 5.1.

Zur Erzeugung einer Schweißnaht S werden mittels des Laseremitters 5 zwei Laserstrahlen LS1, LS2 emittiert und durch die Fokussierlinse 5.1 derart auf eine Oberfläche des Bauteils 2 gerichtet, dass die Laserstrahlen LS1, LS2 auf der Oberfläche in Schweißrichtung R auf hintereinander angeordneten Auftreffpunkten auftreffen und ein Material des Bauteils 2 aufschmelzen. Alternativ umfasst der Laseremitter 5 eine Laserstrahlquelle zur Emission eines Quell-Laserstrahls und einen Strahlteiler zur Erzeugung der beiden Laserstrahlen LS1, LS2 aus dem Quell-Laserstrahl.To create a weld seam S, two laser beams LS1, LS2 are emitted by the laser emitter 5 and directed onto a surface of the component 2 by the focusing lens 5.1 such that the laser beams LS1, LS2 impinge on the surface in the welding direction R at consecutively arranged impact points and melt a material of the component 2. Alternatively, the laser emitter 5 comprises a laser beam source for emitting a source laser beam and a beam splitter for generating the two laser beams LS1, LS2 from the source laser beam.

Gleichzeitig werden mittels der Emitter 4.1, 4.2 der Messvorrichtung 4 zwei Messstrahlen MS1, MS2 derart auf die Scannerspiegel 4.5, 4.6 emittiert, dass jeder Messtrahl MS1, MS2 jeweils einem der Laserstrahlen LS1, LS2 zugeordnet ist und zu dem zugehörigen Auftreffpunkt des jeweiligen Laserstrahls LS1, LS2 gerichtet ist.At the same time, two measuring beams MS1, MS2 are emitted onto the scanner mirrors 4.5, 4.6 by means of the emitters 4.1, 4.2 of the measuring device 4 in such a way that each measuring beam MS1, MS2 is assigned to one of the laser beams LS1, LS2 and is directed to the corresponding point of incidence of the respective laser beam LS1, LS2.

Die beiden Laserstrahlen LS1, LS2 bewirken eine Aufschmelzung des Materials des Bauteils 2 unter Ausbildung einer entgegen der Schweißrichtung R verlängerten Dampfkapillare DK, in welche die Messtrahlen MS1, MS2 gerichtet sind.The two laser beams LS1, LS2 melt the material of component 2, forming a vapor capillary DK which is elongated in the opposite direction to the welding direction R and into which the measuring beams MS1, MS2 are directed.

Anhand des dem in Schweißrichtung R vorderen Laserstrahls LS1 zugeordneten Messstrahls MS1 wird eine Einschweißtiefe ET_M1 bis zu einem unterhalb der Dampfkapillare DK befindlichen Bauteilbereich an der Position des Laserstrahls LS1 gemessen. Hierzu wird mittels des Detektors 4.3 der Messvorrichtung 4 eine Reflexion des Messtrahls MS1 gemessen. Weiterhin wird anhand des dem in Schweißrichtung R hinteren Laserstrahls LS2 zugeordneten Messstrahls MS2 eine Einschweißtiefe ET_M2 bis zu einem unterhalb der Dampfkapillare DK befindlichen Bauteilbereich an der Position des Laserstrahls LS2 gemessen. Hierzu wird mittels des Detektors 4.4 der Messvorrichtung 4 eine Reflexion des Messtrahls MS2 gemessen.Using the measuring beam MS1 assigned to the front laser beam LS1 in welding direction R, a welding depth ET _M1 is measured down to a component area located below the vapor capillary DK at the position of the laser beam LS1. For this purpose, a reflection of the measuring beam MS1 is measured using the detector 4.3 of the measuring device 4. Furthermore, using the measuring beam MS2 assigned to the rear laser beam LS2 in welding direction R, a welding depth ET _M2 is measured down to a component area located below the vapor capillary DK at the position of the laser beam LS2. For this purpose, a reflection of the measuring beam MS2 is measured using the detector 4.4 of the measuring device 4.

Zu einer zuverlässigen Erfassung und Unterscheidung der Reflexionen der Messstrahlen MS1, MS2 können die beiden Messstrahlen MS1, MS2 mit einer unterschiedlichen Wellenlänge mittels getrennter Emitter 4.1, 4.2 und getrennter Detektoren 4.3, 4.4 emittiert und detektiert werden und die Messtrahlen MS1, MS2 werden in einer möglichen Ausgestaltung jeweils mit einer zu den Laserstrahlen LS1, LS2 unterschiedlichen Wellenlänge emittiert. In einer möglichen Ausgestaltung sind die Messstrahlen MS1, MS2 als Laserstrahlen ausgebildet.To reliably detect and differentiate the reflections of the measuring beams MS1, MS2, the two measuring beams MS1, MS2 can be emitted and detected at different wavelengths using separate emitters 4.1, 4.2 and separate detectors 4.3, 4.4. In one possible embodiment, the measuring beams MS1, MS2 are each emitted at a different wavelength than the laser beams LS1, LS2. In one possible embodiment, the measuring beams MS1, MS2 are designed as laser beams.

Zur Ermittlung der entsprechenden Einschweißtiefe ET_M1, ET_M2 werden die gemessenen Werte der Reflexionen der Messstrahlen MS1, MS2 der Auswerteeinheit 4.7 zugeführt.To determine the corresponding welding depth ET _M1 , ET _M2 , the measured values of the reflections of the measuring beams MS1, MS2 are fed to the evaluation unit 4.7.

Mittels der Auswerteeinheit 4.7 wird ermittelt, ob die mittels des vorderen Laserstrahls LS1 erzeugte Einschweißtiefe ET_M1 von einer vorgegebenen Soll-Einschweißtiefe ET_S abweicht. Ist dies der Fall, so sendet die Messvorrichtung 4 einen Befehl zur Anpassung von Parametern des hinteren Laserstrahls LS2 an die Steuereinheit 3, welche beispielsweise zur Erhöhung der Einschweißtiefe ET_M1, ET_M2 eine in 2 näher dargestellte Leistung P2 des hinteren Laserstrahls LS2 erhöht oder zur Verringerung der Einschweißtiefe ET_M1, ET_M2 die Leistung P2 des hinteren Laserstrahls LS2 verringert. Anhand des dem hinteren Laserstrahl LS2 zugeordneten Messtrahls MS2 kann dann die mittels des hinteren Laserstrahls LS2 erzeugte Einschweißtiefe ET_M2 mittels der Auswerteeinheit 4.7 überprüft werden.The evaluation unit 4.7 determines whether the welding depth ET _M1 generated by the front laser beam LS1 deviates from a predetermined target welding depth ET _S. If this is the case, the measuring device 4 sends a command to adjust parameters of the rear laser beam LS2 to the control unit 3, which can, for example, increase the welding depth ET _M1 , ET _M2 one in 2 The power P2 of the rear laser beam LS2 is increased, as shown in more detail, or the power P2 of the rear laser beam LS2 is reduced to reduce the welding depth ET _M1 , ET _M2 . Using the measuring beam MS2 assigned to the rear laser beam LS2, the welding depth ET _M2 generated by the rear laser beam LS2 can then be checked using the evaluation unit 4.7.

2 zeigt einen möglichen Verlauf der Einschweißtiefen ET_M1, ET_M2, der Soll-Einschweißtiefe ET_S. und Leistungen P1, P2 der Laserstrahlen LS1, LS2 in Abhängigkeit einer Schweißnahtlänge X bzw. eines Verlaufs der Schweißung. 2 shows a possible course of the welding depths ET _M1 , ET _M2 , the target welding depth ET _S . and powers P1, P2 of the laser beams LS1, LS2 depending on a weld seam length X or a course of the weld.

Diese Verläufe verdeutlichen, dass bei einer Ermittlung einer mittels des vorderen Laserstrahls LS1 mit der Leistung P1 erzeugten Einschweißtiefe ET_M1, welche temporär geringer als die Soll-Einschweißtiefe ET_S ist, die Leistung P2 des hinteren Laserstrahls LS2 an den Positionen der verringerten Einschweißtiefe ET_M1 derart erhöht wird, dass die resultierende Einschweißtiefe ET_M2 der Schweißnaht S über die gesamte Schweißnahtlänge X der Soll-Einschweißtiefe ET_S entspricht.These curves illustrate that when determining a welding depth ET _M1 generated by means of the front laser beam LS1 with the power P1, which is temporarily less than the target welding depth ET _S , the power P2 of the rear laser beam LS2 is increased at the positions of the reduced welding depth ET _M1 in such a way that the resulting welding depth ET _M2 of the weld seam S over the entire weld seam length X corresponds to the target welding depth ET _S.

Claims

Device (1) for detecting and adjusting a welding depth (ET _m1 , ET _M2 ) in a laser beam welding process, characterized by - a laser emitter (5) for emitting two laser beams (LS1, LS2) onto a surface of a component (2) in such a way that the laser beams (LS1, LS2) impinge on the surface in the welding direction (R) at successively arranged impact points and melt a material of the component (2) to form at least one vapor capillary (DK), - a measuring device (4) with - at least one emitter (4.1, 4.2) for emitting two measuring beams (MS1, MS2) in such a way that each measuring beam (MS1, MS2) is assigned to one of the laser beams (LS1, LS2) and is directed to the associated impact point, - at least one detector (4.3, 4.4) for detecting a component area located below the at least one vapor capillary (DK) reflected measuring beams (MS1, MS2), - an evaluation unit (4.7) for determining a respective welding depth (ET _M1 , ET _M2 ) at the component areas located below the impact points from the reflected measuring beams (MS1, MS2), - a control unit (3) which is designed to control the laser emitter (5) and at least to set parameters of the rear laser beam (LS2) in the welding direction (R) as a function of the welding depth (ET _m1 ) determined in the area of the front laser beam (LS1).

Device (1) according to Claim 1 , characterized in that the laser emitter (5) comprises a laser beam source for emitting a source laser beam and a beam splitter for generating the two laser beams (LS1, LS2) from the source laser beam.

Device (1) according to Claim 1 , characterized in that the laser emitter (5) comprises two laser beam sources for the separate emission of the two laser beams (LS1, LS2).

Method for detecting and adjusting a welding depth (ET _M1, ET _M2 ) in a laser beam welding process, characterized in that - two laser beams (LS1, LS2) are emitted onto a surface of a component (2) in such a way that the laser beams (LS1, LS2) impinge on the surface in the welding direction (R) at successively arranged impact points and melt a material of the component (2) to form at least one vapor capillary (DK), - two measuring beams (MS1, MS2) are emitted in such a way that each measuring beam (MS1, MS2) is assigned to one of the laser beams (LS1, LS2) and is directed to the associated impact point, - measuring beams (MS1, MS2) reflected at a component area located below the at least one vapor capillary (DK) are detected, - a respective welding depth (ET _m1 , ET _M2 ) at the component areas located below the impact points is determined from the reflected measuring beams (MS1, MS2) is determined, - at least parameters of the rear laser beam (LS2) in the welding direction (R) are adjusted as a function of the welding depth (ET _M1 ) determined in the area of the front laser beam (LS1) in such a way that a predetermined target welding depth (ET _S ) is achieved.

Procedure according to Claim 4 , characterized in that the two measuring beams (MS1, MS2) are emitted with a different wavelength.

Procedure according to Claim 4 or 5 , characterized in that the two measuring beams (MS1, MS2) are emitted with a wavelength different from that of the laser beams (LS1, LS2).

Method according to one of the Claims 4 until 6 , characterized in that the two measuring beams (MS1, MS2) are laser beams.