专利名称：用于在激光焊接过程期间识别焊缝上的缺陷的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在激光焊接过程期间识别焊缝上的缺陷、尤其是镀锌的板的
搭接接头上的结合缺陷和/或焊透缺陷的方法。为此探测由与液态熔池相连的凝固熔体发 射的和/或由液态熔池本身发射的辐射。
背景技术：
当在搭接接头上对镀锌的钢板进行激光焊接时必须调节板之间的确定间隙，以便 使所产生的干扰过程的锌蒸气可逸出。实际上，板之间的这种间隙尺寸不可始终保持可再 现。如果允许的间隙尺寸仅被超过几个十分之一毫米，则可在板之间产生结合缺陷。这种 严重的焊缝缺陷被称为"伪友"，因为焊缝从外部观察看起来无缺陷，即使在板之间不存在 结合。在焊接过程期间对这种焊缝缺陷的单义识别是困难的，因为焊缝缺陷存在于构件或 焊缝内部，由此必须考虑间接的评价参量来识别缺陷。 为了在激光焊接过程期间评价焊缝的质量，已经公知对液态熔池后面的凝固熔 体进行观测，以便确定热量在空间上或在时间上到所焊接的构件的导出。因此，例如在US 4，817，020中已经描述通过在凝固熔体的两个或多个彼此间隔开的点上实时地测量温度 并且由差确定冷却率来确定凝固熔体的冷却率。由冷却率可推断出焊缝的质量并且必要时 对焊接过程进行干预，以便优化该焊接过程。 另外，由EP 0 655 294 Bl已经公知在熔池后面的至少两个部位上同时地并且 在接合线两侧借助于快速的高温计来测量温度。由此，与在仅一个点上进行温度测量不同， 可进行与焊接过程的过程参数的单义对应。另外，可在被测量点上识别逐点的焊接缺陷。
此外，也可通过监测液态熔池来评价焊接过程的质量。因此例如由DE103 38 062 Al已经公知在激光焊接时借助于CCD摄像机对液态熔池进行监测并且确定熔池的前界限 面和激光辐照面的后界限面的、与时间相关的相对运动。利用这种测量来探测熔池废物。
另外，由EP 1 119 436 Al已经公知对蒸气毛细管中的高能辐射例如等离子体 或激光辐射的彼此隔开的强度最大区域和处于这些强度最大区域之间的最小区域的形状 通过测量技术进行检测并且与预给定的形状相比较，以便由此控制或调节材料加工。
发明内容
本发明的任务在于，提供可在焊接过程期间识别焊缝上的缺陷、尤其是结合缺陷 或焊透缺陷的方法。 根据本发明，该任务通过开头所述类型的方法来解决，该方法具有下列步骤在 两维上空间分辨地探测由与液态熔池相连的凝固熔体发射的辐射，通过对沿着凝固熔体的 至少一个型廓截面的所探测到的辐射进行分析处理来确定用于凝固熔体中的热量导出的 至少一个特征值，通过将所述至少一个特征值与至少一个参考值相比较来识别焊缝上的缺 陷。 与液态熔池直接相连的凝固熔体或焊缝的热量图像给出关于板之间的结合的解
4释。当在板之间材料完全连接时，冷却由于热量传导到两个板中而相对迅速地进行。如果 存在结合缺陷，则热量到构件中的流动受到干扰，因为焊缝在产生"伪友"时较长时间地保 持热着。因此，通过对热量在空间上或在时间上被导出到构件中进行分析处理可识别结合 缺陷，因为正在冷却的焊缝的热量梯度明显变化。 因为激光射束在正常情况下以恒定的速度在构件上运动，所以绕加工面形成一个 基本上稳定的温度场。因此，热量被导出到构件中的时间变化曲线可通过空间分辨测量来 确定。在两维上空间分辨地进行的测量在此可获得非常可靠的测量值。 另外，也可识别焊透因为在焊透情况下激光能量的一部分在构件的下侧上被反 射并且不再被引入到构件中，所以在焊透情况下焊缝的冷却率在激光功率提高时从一个确 定的激光功率起近似保持恒定。 在一个优选方案中，为了确定特征值而仅考虑所探测到的辐射的、不是由背景辐 射引起的强度份额。通过空间分辨测量可从所检测到的总辐射的表明特征的型廓中减去背 景辐射，因此背景辐射的强度份额在确定特征值时不予考虑，其中，在获得该强度份额时尤 其是也可考虑背景辐射的局部波动。 在另一个优选方案中，对沿着至少两个彼此间隔开的基本上相对于焊缝垂直地延 伸的热型廓截面的所探测到的辐射进行分析处理。这两个型廓截面之一被选择直接在熔池 后面并且至少一个第二型廓截面被选择与熔池相对远 地隔开确定的距离。在这些型廓截面 的每一个上对相对于焊缝垂直的热辐射分布进行分析处理，由此可分别测定焊缝的最热部 位、即分布的最大值。最热部位的这种可靠探测相对于在焊缝的变化曲线中对各个点进行 的探测而言显著提高了测量的可靠性。为了进行分析处理，可由型廓截面的最大值计算一 个商。如果该商超过参考值或者该商的倒数低于参考值，则存在结合缺陷。参考值依应用 而定并且必须分别通过实验获得。作为替换方案或补充，可用类似处理方式借助于对应的 型廓半值宽度进行结合缺陷的识别。 在一个优选的进一步方案中，由相对于焊缝垂直地延伸的型廓截面的型廓高度来 确定特征值。由沿着每个型廓截面的热量辐射分布可获得型廓高度、即分布的最大值相对 于背景辐射的距离。与通过最大值的强度值的商的形成来确定特征值不同，在由型廓高度 形成商时仅考虑不是由背景辐射引起的强度份额。 此外，型廓截面的所产生的不对称性意味着热量不对称地导出到构件中，由该不 对称性可获得关于焊缝结果的进一步说明。借助于不对称的热量导出在板厚度和板形式相 同的前提下当在对接接头上焊接I焊缝时可看出像缺陷那样的横向的焊缝位置。该情况例 如可在拼板、型材和管的纵向和横向焊接时产生。 在另一个特别优选的方案中，对沿着基本上相对于焊接方向平行地优选在焊缝的 对称轴线上延伸的型廓截面的所探测到的辐射进行分析处理。与在例如借助于摄像机拍摄 时的像元亮度相应的、沿着该型廓截面的辐射强度具有表明热量被导出到构件中的特征的 变化曲线。 在一个优选的进一步构型中，通过将沿着型廓截面的辐射强度的变化曲线与像模 型那样的变化曲线、优选与指数函数相比较来确定特征值。沿着型廓截面的辐射强度的变 化曲线可用数学模型、例如指数函数
I = B*exp(OX)_A
来描述，其中，I表示辐射强度，A表示(均匀的假设的)背景辐射，X表示沿着型 廓截面的位置，其中，匹配系数"B"和"C"是表明热量传递到工件中的特征的参量。在产生 结合缺陷时系数"B"增大并且系数"C"明显变小。指数函数与焊缝的热量路径相匹配的品 质在此可通过合适的尺度、例如通过误差平方和(所谓的卡方误差)来描述。在成功匹配 的情况下，该特征值对于每个摄像机图像具有小的数值。如果在一个焊缝变化曲线中或者 在图像的时间序列中获得局部地高的卡方误差，则这意味着热量路径的局部干扰，例如意 味着构件中的孔。 另外，根据上述测量方案，为了进一步提高测量的可靠性，可在焊缝的多个部位上 相对于焊缝垂直地对一个型廓截面进行测量，因此分别测定焊缝的最热部位。焊缝的最热 部位通常应沿着对称轴线延伸。但在不对称焊接的情况下，这些部位也可绕对称轴线分布。 然后可将指数函数与以此方式获得的型廓截面最大值相匹配并且由此可获得匹配系数。
在一个优选的进一步构型中，为了确定凝固熔体与液态熔池之间的界限的位置而 附加地进行由液态熔池发射的辐射的空间分辨探测。由此，型廓截面可在焊接方向上从凝 固熔体的区域伸展到液态熔体的区域中，其中，在从液态向固态的相过渡处可识别到亮度 信号中的折点。由此，通过计算液态区域中的补偿直线与凝固区域中的指数函数的交点可 探测到熔池端部。熔池端部的识别在当前情况下可用于直接处于熔池端部后面的第一型廓 截面的静态或动态定位。 另外，本发明在开头所述类型的方法中实现，该方法包括步骤在两维上空间分辨 地探测由具有辐照面的液态熔池发射的辐射，对所探测到的辐射进行分析处理以发现液态 熔池的强度最小区域，借助于强度最小区域的位置和/或强度来识别焊缝上的缺陷。
在空间分辨地探测在液态熔池的毛细管附近的熔体的区域中发射的辐射时，当在 搭接接头上进行焊接时通常出现强度最大区域，该强度最大区域通过激光辐照面引起。众 所周知，在激光辐照面内部可存在小面积的强度最小部，该小面积的强度最小部代表毛细 口 。对于强度最小或最大区域理解为其辐射强度处于液态熔池其余部分的辐射强度之下或 之上的区域。后面的实施形式不涉及处于激光辐照面内部的小面积的强度最小部，而是涉 及相对于加工方向处于激光辐照面的强度最大区域后面的、面积相对大的强度最小区域。 已经证实，由这种强度最小区域的特性可推断出焊接缺陷。 在一个优选方案中，为了识别结合缺陷而将辐照面的后边沿与强度最小区域的前 边沿之间的距离与一个极限距离相比较。发明人认为，当强度最小区域的面与激光辐照面 相交时，可认为板之间的材料连接良好。如果强度最小部与激光辐照面分开，则这意味着结 合缺陷。通过对强度最小区域的占优势的前边沿或由强度最小部的形状内推得到的前边沿 相对于辐照面的后边沿的距离进行分析处理可评价焊缝质量。当相交时认为板之间的材料 形成连接。当距离超过一个可确定的极限距离时，诊断为结合缺陷。该极限距离通过测试 焊接获得并且在个别情况下也可假设为零值或负值，由此通过强度最小区域与辐照面的分 开来立即识别出结合缺陷。 在作为补充或替换的方案中，当没有发现强度最小区域时探测出焊缝上的结合缺 陷。激光辐照面后面的强度最小部是对由于板之间的必要间隙而造成的熔池不足的暗示。 如果上方板的和下方板的暂时分开的熔体在激光辐照面后面汇合成一个公共的熔池，则出 现这种熔池不足。间隙在此情况下被跨接并且在板之间形成材料连接。但如果上方板的熔
6体和下方板的熔体没有汇合，则在已知的激光辐照面内部在焊接期间基本上可看到辐射最 大部以及必要时已知的毛细口。激光辐照面后面的强度最小区域于是消失，这是对结合缺 陷的暗示。在此情况下，上方板的和下方板的各个熔体分开凝固并且产生所谓的"伪友"。
在另一个优选方案中，为了识别焊透缺陷而将强度最小区域的辐射强度与一个参 考值相比较。强度最小部的亮度提供关于焊透的信息暗的强度最小部意味着熔池不足的 内部的贯穿的"孔"，由此意味着焊透。较亮的强度最小部意味着下方板的封闭的熔膜或者 因此意味着仅通过焊入而结合。对强度最小部的相对亮度的分析处理通过与参考测量结果 或与周边熔体的相邻亮度值的比较来进行。 在一个特别有利的方案中，在此所描述的方法与前面描述的方法相组合。在焊接 过程期间在液态熔池上所摄取的信号提供缺陷预报并且当然不可检测通过在冷却时凝固 熔体的变化而产生的焊缝变化。例如关于结合缺陷的进一步信息通过观测与焊接部分直接 相连的凝固熔体的区域来获得。借助于组合的分析处理在此立即检验是否在毛细管附近 的熔体的监测中即将出现的焊缝缺陷在正在冷却的焊缝中在相同部位上出现。通过对来自 毛细管附近的液态熔体的几何特征和来自凝固熔体的用温度记录法得到的数据进行组合 的分析处理保障焊接缺陷的识别，由此实现过程监测的高可靠性。 在一个特别优选的方案中，在识别到焊缝上的缺陷之后对焊接过程进行干预，由 此可对焊接过程进行调节。在此可对焊接参数如焊接速度、辐射强度、夹紧力等进行影响， 以便改善焊接质量。 在另一个有利的方案中，为了空间分辨地探测辐射而使用用于可见辐射、近红外、 中间红外、远红外的空间分辨探测器。优选主要使用CCD摄像机、CMOS摄像机、二极管阵列 摄像机或InGaAs热摄像机或者比例高温测量法-测量仪器或者不同探测器类型的组合。最 后所述的温度测量设备空间分辨地在所监测的区域中通过同时测量两个不同波长下的所 发射的辐射来获得温度。为了识别结合缺陷或焊透缺陷，可如上所述考虑处理带的两个探 测区域毛细管附近的液态熔体的区域和凝固熔体的区域。在相对于激光射束同轴地设置 对应的测量仪器的情况下，可用一个公共的摄像机监测毛细管附近的熔体的区域和凝固熔 体的区域。作为替换方案，可用一个相对于激光射束呈一角度设置的摄像机来检测凝固熔 体的区域。 在另一个优选方案中，在两维上空间分辨地探测近红外、优选1 ii m至2 y m之间的 波长范围内的所发射的辐射。该范围特别适于检测凝固熔体的热量辐射。该波长范围内的 辐射也可被同时考虑用于观测液态熔体。不言而喻，尤其是为了对液态熔池的几何特征进 行分析处理，附加地或作为替换方案也可空间分辨地探测其它波长范围内、例如可见范围 内的辐射。
从说明书和附图中得到本发明的其它优点。前面所述的以及下面还要描述的特征 也可本身单独地或以多个形成任意组合地予以应用。所示出并且所描述的实施形式不应理 解为最后的列举，而是对于本发明的解释具有示例性特征。附图表示 图la c焊接过程期间的液态熔池与一个加工区域(图la)和一个附加的强度 最小区域(图lb、c)的示意性视图，
图2图lc的液态熔池与一个接着的凝固熔体和两个探测区域的示意性视图，
图3图lc的液态熔池和一个接着的凝固熔体与两个相对于焊缝垂直地延伸的型 廓截面的示意性视图， 图4a、 b所探测到的辐射沿着图3的型廓截面的强度分布的示意性视图， 图5图lc的液态熔池与在焊缝的对称轴线上延伸的型廓截面的示意性视图，以及 图6图5的型廓截面中的所探测到的辐射的强度分布的示意性视图。
具体实施例方式
图la示出了一个液态熔池1，该液态熔池例如当在搭接接头上对镀锌的板进行激 光焊接时绕辐照面2形成，在该辐照面上形成蒸气毛细管。辐照面2在焊接过程期间在焊 接方向R上以恒定的速度在(未示出的)要焊接的板上运动，该焊接方向相应于XY坐标系 的X方向。在液态熔池1上逆着焊接方向R连接着一个形成焊缝4的凝固熔体3。
当在搭接接头上对镀锌的板进行激光焊接时在板之间可能产生结合缺陷，在这种 结合缺陷下，焊缝4从外部观察看起来无缺陷，即使在板之间不存在结合。为了识别这种结 合缺陷或者焊缝4中的其它缺陷，如图2中所示，在第一探测区域5中用摄像机相对于(未 示出的)激光射束基本上同轴地拍摄所发射的辐射的两维图像，该第一探测区域包含熔池 1的一个具有辐照面2的局部。在第一探测区域5中所测量到的辐射强度在辐照面2内部 具有强度最大区域，即辐射强度在那里比在周围的液态熔池1中高。 当在搭接接头上进行焊接时，通常在辐照面2后面形成一个如图lb中所示的与该 辐照面邻接的强度最小区域6并且该强度最小区域可通过空间分辨测量容易地发现。激光 辐照面2后面的强度最小区域6是对由于板之间的间隙而造成的熔池不足的暗示。如果上 方板的熔体和下方板的熔体在激光辐照面2后面汇合，则出现这种熔池不足。间隙则被跨 接并且在板之间形成材料连接。但如果上方板的熔体和下方板的熔体没有汇合，则基本上 仅具有辐射最大部的辐照面2以及可能情况下毛细口在焊接过程期间可被看到并且激光 辐照面2后面的强度最小区域6消失，如图la中所示。如果情况如此，则应认为在焊缝4 上存在结合缺陷。 另外，发明人认为，当强度最小区域6与激光辐照面2相交时，如图lb中所示，可 认为板之间的材料连接良好。而如果强度最小区域6与激光辐照面2分开，如图lc中所示， 则这意味着结合缺陷。通过对强度最小区域6的占优势的前边沿7或由强度最小部的形状 内推得到的前边沿7相对于辐照面2的后边沿8的距离d进行分析处理可评价焊缝4的质 量。当距离d超过一个通过测试焊接获得的可确定的极限距离时，诊断为结合缺陷。
除了识别结合缺陷之外，在第一探测区域5中检测到的图像也可用于探测焊透缺 陷，确切地说其方式是将强度最小区域6中的辐射强度与在参考测量时所确定的参考值相 比较。为此，优选将强度最小区域6中央的强度最小部相对于周围熔体或相对于固定值的 相对亮度确定为特征参量。暗的、即辐射不太强烈的强度最小部意味着贯穿的"？L"或"毛 细管"，由此意味着焊透。较亮的、即辐射较强烈的强度最小部意味着下方板的封闭的熔膜 或者因此意味着在焊入到下方板中的情况下的结合。 总地来说，通过在第一探测区域5中观测熔池l，不仅可探测结合缺陷，而且可探 测焊透缺陷。在焊接过程期间在液态熔池1中所摄取的信号提供缺陷预报并且当然不可检测通过在冷却时凝固熔体3的变化而产生的焊缝4变化。因此，附加于前面描述的对由熔 池l所发射的辐射的分析处理或者作为对此的替换方案，可在图2中所示的第二探测区域9 中在两维上空间分辨地探测由凝固熔体3发射的辐射，以便获得用于凝固熔体3中的热量 导出的一个或多个特征值。在后面通过将特征值与参考值相比较可测得焊缝3中的缺陷。
下面示例性地描述用于对热量在空间上或在时间上被导出到构件中进行测量和 分析处理的两个可能方案，其中，在两种情况下对在第二探测区域9中所探测到的辐射的 两维辐射分布中的型廓截面、即一维截面进行分析处理。通过将对所测量到的辐射的分析 处理限制到一个或多个型廓截面，该分析处理与用于探测焊缝缺陷的全部两维分布的分析 处理相比可加速地实施，由此，探测可实时地进行。 为了描述第一方案，图3中示出了焊缝4的凝固熔体3中的两个型廓截面10、11的 位置。型廓截面10、11彼此间隔开4.5mm相对于焊缝4垂直地、即在XY坐标系的Y方向上 延伸，其中，第一型廓截面IO在比例上与熔池1隔开较远地延伸并且第二型廓截面11几乎 直接在熔池1后面延伸。图4a和图4b中分别绘制了沿着型廓截面10、11的所探测到的辐 射的所属强度分布12、13。辐射强度分别绕一个最大值14、15基本上呈高斯分布，其中，这 些分布的半值宽度通过双箭头表示。为了确定型廓截面10、11之间的热量导出的特征值， 可由强度分布14、15的最大值14、15形成一个商。但为了确定特征值通常较有利的是，由 型廓高度16、17、即由最大值14、15与背景辐射18、19的在Y方向上稍微上升的强度曲线之 间的差确定该商。背景辐射18、19的强度曲线在此这样获得全部辐射的强度分布12、13 的变化曲线延伸直到高斯分布的边缘并且将这些边缘通过直线相连接。由此保证背景辐 射18、19的通过强度曲线在Y方向上的稍微上升而形成的份额对于特征值的确定也不予考 虑。 为了测得结合缺陷，将商与一个参考值相比较。当板之间完全结合时，热量导出到 构件中相对迅速地进行。板之间的结合缺陷使得热量较缓慢地流动到构件中，由此，当所计 算出的商超过参考值或商的倒数低于参考值时，可推断出这样的缺陷。参考值依应用而定 并且通过实验获得。 作为替换特征或选择性附加特征，可对型廓截面的半值宽度进行分析处理。第二 型廓截面12的半值宽度当然由于热量从侧面导出到构件中而比第一型廓截面11明显宽。 半值宽度的分析处理优选如上所述借助于商的形成来进行并且也可作为评价特征予以考虑。 此外，强度变化曲线12、13的所产生的不对称性意味着热量不对称地导出到构件 中，由该不对称性可获得关于焊缝结果的进一步说明。借助于不对称的热量导出在板厚度 和板形式相同的前提下当在对接接头上焊接I焊缝时可看出像缺陷那样的横向的焊缝位 置。该情况例如可在板焊接中应用时如在拼板、型材和管的纵向和横向焊接时产生。
此外，可用上述方法识别焊透因为在焊透情况下激光能量的一部分在构件的下 侧上被反射并且不再被引入到构件中，所以在焊透情况下在X方向上焊缝4的冷却率在其 变化曲线上从一个确定的激光功率起保持恒定，这也可如上所述的那样被探测到。不言而 喻，第二探测区域9中的辐射图像也可在比仅两个多的型廓截面上予以分析处理。在此情 况下分别在相邻的和/或彼此较远隔开的型廓截面之间确定一个商，将该商与参考值相比 较，其中，由这些比较结果中的多个推断出焊缝4的缺陷。
在借助于图5描述的第二测量和分析处理方案中，对沿着焊缝4的对称轴线21的 唯一一个型廓截面20进行分析处理。图6中示出了在X方向上所探测到的辐射22a、22b 的强度变化曲线。 与用摄像机拍摄的图像的像元亮度相应的、沿着型廓截面20的强度I具有表明特
征的变化曲线，该变化曲线可通过数学模型、例如指数函数
I = B*exp (C*X)-A (1) 来描述。在当前情况下，匹配系数"B"和"C"是热量传递到工件中的特征并且A 描述背景辐射的份额。在产生结合缺陷时系数"B"增大并且系数"C"明显变小。方程(l) 中的指数函数与沿着焊缝4的对称轴线21在凝固熔体3中所探测到的辐射22a的强度分 布相匹配的品质通过卡方误差形式的误差平方和来描述。在成功匹配的情况下，该特征值 对于每个摄像机图像具有小的数值。如果在一个焊缝变化曲线中或者在图像序列中获得局 部地高的卡方误差，则这意味着热量路径的局部干扰，例如意味着构件中的孔。
另外，根据前面结合图3和图4描述的测量方案，为了进一步提高测量的可靠性， 可在焊缝4的多个部位上相对于该焊缝垂直地对一个型廓截面进行测量，因此分别测定焊 缝4的最热部位。然后可将方程(1)中的指数函数与以此方式获得的测量值相匹配并且可 相应地获得匹配系数。 在当前情况下，沿着焊缝4的对称轴线21的型廓截面20并不局限于凝固熔体3 的区域，而是也延伸到液态熔池1的区域上，这需要将图2的第二探测区域9加宽。在液态 熔体1的区域中所探测到的辐射22b的强度近似恒定地分布，由此，在界限23处从液态向 固态的相过渡可通过亮度信号中的基于光谱发射率突变的折点来识别。由此，通过计算在 液态区域中所探测到的辐射22b的强度的补偿直线与方程(1)中的表明在凝固区域中所探 测到的辐射22a的强度的特征的指数函数的交点可探测到界限23，由此可探测到熔池1的 端部。 不言而喻，优选不仅对第一探测区域5而且对第二探测区域9以上述方式实施分 析处理。借助于组合的分析处理在此立即检验是否在毛细管附近的熔池1的监测中即将 出现的焊缝缺陷在正在冷却的焊缝4中在相同部位上出现。通过对来自毛细管附近的熔池 1的几何特征和来自凝固熔体3的用温度记录法得到的数据进行组合的分析处理保障焊接 缺陷的识别，由此实现过程监测的高可靠性。焊接过程的用于提高质量的直接调节可借助 于所获得的测量值通过对焊接过程进行干预例如通过改变辐射强度或焊接速度或者通过 对系统工程进行干预如跟踪夹紧力来进行。 为了在两维上空间分辨地探测所发射的辐射，可使用用于可见或近红外直到远红 外范围的空间分辨探测器。特别优选使用CCD摄像机或CMOS摄像机、光电二极管阵列或者 尤其是InGaAs热摄像机或者比例高温测量法_测量仪器，其中，这些探测器在此被设计用 于探测近红外(优选在lym至2iim之间)范围内的辐射。也可使用不同探测器类型的组 合。在相对于激光射束同轴地设置的情况下，不仅第一探测区域5而且第二探测区域9可 用一个公共的测量仪器来监测。作为替换方案，为了监测凝固熔体3，第二探测区域9可用 一个相对于激光射束呈一角度设置的第一摄像机来检测，而第一探测区域1用一个相对于 激光射束同轴地取向的第二摄像机来检测。 虽然结合在镀锌的板的搭接接头上进行的焊接过程对上述方法进行了描述，但不
10言而喻，这些方法也可有利地在其它焊接过程中使用，以识别焊接缺陷、尤其是结合缺陷、 焊入缺陷或焊透缺陷、横向的焊缝错位或局部的缺位如焊缝中的孔。
权利要求
用于在激光焊接过程期间识别焊缝(4)上的缺陷、尤其是镀锌的板的搭接接头上的结合缺陷和/或焊透缺陷的方法，该方法包括下述步骤在两维上空间分辨地探测由与液态熔池(1)相连的凝固熔体(3)发射的辐射，通过对沿着该凝固熔体(3)的至少一个型廓截面(10，11，20)的所探测到的辐射(12，13，22a)进行分析处理来确定用于该凝固熔体(3)中的热量导出的至少一个特征值，以及通过将所述至少一个特征值与至少一个参考值相比较来识别该焊缝(4)上的缺陷。
2. 根据权利要求l的方法，在该方法中，为了确定所述特征值而仅考虑所探测到的辐射(12， 13， 22a)的、不是由背景辐射(18， 19)引起的强度份额。
3. 根据权利要求1或2的方法，在该方法中，对沿着至少两个彼此间隔开的基本上相对于该焊缝(4)垂直地延伸的型廓截面(10， 11)的所探测到的辐射(12， 13)进行分析处理。
4. 根据权利要求3的方法，在该方法中，由所述相对于该焊缝(4)垂直地延伸的型廓截面(10， 11)的强度最大值(14， 15)或型廓高度(16， 17)和/或半值宽度来确定所述特征值。
5. 根据上述权利要求之一的方法，在该方法中，对沿着基本上相对于焊接方向(R)平行地优选在该焊缝(4)的对称轴线(21)上延伸的型廓截面(20)的所探测到的辐射(22a)进行分析处理。
6. 根据权利要求4或5的方法，在该方法中，通过用计算出的变化曲线、优选用指数函数描述沿着该焊缝(4)的所探测到的辐射(22a)的强度的变化曲线、所述强度最大值(14，15)的变化曲线或所述型廓高度(16,17)的变化曲线来确定所述特征值。
7. 根据权利要求6的方法，在该方法中，对所述计算出的变化曲线与所测量出的变化曲线解析匹配的品质进行分析处理来识别局部的缺位、如该焊缝(4)中的孔。
8. 根据权利要求5至7之一的方法，在该方法中，为了确定凝固熔体(3)与液态熔池(1)之间的界限(23)的位置而附加地进行由该液态熔池(1)发射的辐射(22b)的空间分辨探测。
9. 根据上述权利要求之一的方法，在该方法中，将所述型廓截面(10， 11)的不对称性确定为特征值。
10. 用于在激光焊接过程期间识别焊缝(4)上的缺陷、尤其是镀锌的板的搭接接头上的结合缺陷和/或焊透缺陷的方法，该方法包括下述步骤在两维上空间分辨地探测由具有辐照面(2)的液态熔池(1)发射的辐射，对所探测到的辐射进行分析处理以发现该液态熔池(1)的强度最小区域(6)，以及借助于该强度最小区域(6)的位置和/或强度来识别该焊缝(4)上的缺陷。
11. 根据权利要求10的方法，在该方法中，为了识别结合缺陷而将该辐照面(2)的后边沿(8)与该强度最小区域(6)的前边沿(7)之间的距离(d)与一个极限距离相比较。
12. 根据权利要求10或11的方法，在该方法中，当没有发现该强度最小区域时探测出该焊缝(4)上的结合缺陷。
13. 根据权利要求10至12之一的方法，在该方法中，为了识别焊透缺陷而将该强度最小区域(6)的辐射强度与一个参考值相比较。
14. 根据权利要求10至13之一的方法，该方法还包括根据权利要求1至9之一的方法的步骤。
15. 根据上述权利要求之一的方法，在该方法中，在识别到该焊缝(4)上的缺陷之后对焊接过程进行调节干预。
16. 根据上述权利要求之一的方法，在该方法中，为了空间分辨地探测辐射而使用CCD摄像机、CMOS摄像机、光电二极管阵列、InGaAs热摄像机或者比例高温测量法_测量仪器。
17. 根据上述权利要求之一 的方法，在该方法中，在两维上空间分辨地探测近红外、优选1 m至2 m之间的波长范围内的所发射的辐射。
全文摘要
本发明涉及一种用于在激光焊接过程期间识别焊缝(4)上的缺陷、尤其是镀锌的板的搭接接头上的结合缺陷和/或焊透缺陷的方法，该方法包括下述步骤在两维上空间分辨地探测由与液态熔池(1)相连的凝固熔体(3)发射的辐射，通过对沿着该凝固熔体(3)的至少一个型廓截面(10，11)的所探测到的辐射进行分析处理来确定用于该凝固熔体(3)中的热量导出的至少一个特征值，通过将所述至少一个特征值与至少一个参考值相比较来识别该焊缝(4)上的缺陷。
文档编号B23K31/12GK101730607SQ200880017620
公开日2010年6月9日 申请日期2008年4月24日 优先权日2007年5月26日
发明者D·普菲茨纳, T·黑塞, W·马格 申请人:通快机床两合公司