专利名称：用于在激光焊接过程期间检查焊缝质量的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在激光焊接过程期间检查焊缝质量的方法。
背景技术：
如果在用激光辐射焊接时不调节出最佳的焊接参数，那么可能出现会导致焊缝不 规则性的焊接缺陷。焊接缺陷在此可以是不足的焊透、驼峰(Humping)(焊缝上焊道的拱曲 部的不规则性)、孔等。对焊接过程的观察能够识别不同的焊接或焊缝缺陷。但是，对缺陷 的过程可靠的识别受到过程排放、例如过程等离子体、金属蒸汽光斑的热辐射或也受到焊 缝上焊道的表面特性干扰。
DE 10 2005 024 085A1描述了一种用于监控或用于表征激光加工工序的装置，其 中，来自激光束和工件之间的交互作用区域的辐射通过至少一个对辐射敏感的接收器和至 少一个摄像机检测。其输出信号同时被输送给分析处理电路，以便表征激光加工工序的变 化过程。建议，同时检测不同的光谱范围，以便能够根据待执行的监控过程完全地利用不同 监控的优点。
在DE 10 2009 050 784A1中公开了一种用于在使用按位置分解(ortsauflGsend) 的检测和至少一个用于照亮加工光束的作用区的照明源的情况下受图像支持地控制加工 过程的方法。通过以下方式产生具有明显不同的过程特征的相互所属的图像，即检测器相 继地通过不同光照度的图像照射并且这些图像共同地被分析处理以判断过程特征。
在WO 2008/05291A1中描述了一种用于监控工件的加工区域的方法和装置，其中 由加工区域发射的辐射对于加工区域的每个在检测系统上成像的面积单元同时地在至少 两个波长中被检测。对于每个检测到的面积单元求出一个温度和/或放射系数，以便执行 对加工的质量评价。
在EP I 415 755B1中公开了一种用于监控脉动激光器的焊接质量的监控方法， 其中，执行多个测试焊接并且在每个测试焊接中检测至少一个具有多个属性的焊接特征参 数。对于每个测试焊接，例如可视地确定焊接质量。借助合适的算法产生用于相应的属性 的单值输出并且与测试焊接的焊接质量相关化，以便选出显示焊接质量的属性。
在US 5,580,471中描述一种装置和一种方法，其中使用一个摄像机和一个热图 像检测系统，以便在热加工期间和之后拍摄材料的光学和热图像。根据图像产生控制信号， 用于控制加工光束的强度和定时以及用于控制扫描仪使借助光纤维组合出的加工光束转 向。
US 7，107，118B2描述了一种用于激光焊接过程的控制系统，它确定用于焊缝和焊 接的质量的属性，以便将它集成到监控和调节系统中。除了过程控制外，焊接质量的属性被 提取并且提供对焊接质量的直接存档。在此可以设置多个用于实时监控焊缝质量的子系 统，它们相互地以及与用于控制焊接过程的子系统借助中央处理器通信。
DE 10225450A1描述了一种用于在激光加工过程中检测缺陷的方法，其中在加工 期间借助摄像机检测过程特性。借助摄像机在激光加工过程期间和/或之后以热录像方式检测被加工工件的至少一个部分的热辐射，以便识别加工缺陷。
由DE 10 2007 024 789B3已知，通过熔池或锁孔的摄像机图像或者通过冷却焊 缝的热录像分析来识别在焊接过程期间出现的粘结缺陷。也可以对由熔池和硬化的熔液的 热录像数据组成的几何特征进行组合分析，以便保证对焊接缺陷的识别和提高过程监控的可靠性。
由US 5,651,903已知，不仅焊接等离子体的UV辐射强度作为焊接过程的第一特 征参数被检测，而且冷却熔池的温度在红外辐射范围中作为焊接过程的第二特征参数被测 量并且焊接质量基于测量结果的比较被确定。为此，在焊接过程之后对于两个接收到的测 量曲线中的每一个确定一个具有最大的测量值变化的测量单元。对于以下情况，即两个具 有最大变化的测量单元被配置给同一个焊接部位，位于相应的测量单元内部的测量值经受 频率分析并且与凭经验确定的表示焊接过程反常的模型比较。一旦特征参数中的至少一个 与相应的模版的比较表示反常，那么其上已经执行焊接的工件被定性为废品。发明内容
本发明相对于此提出一个任务，即进一步减少焊接过程监控的错误易发性。
该任务通过一种用于在激光焊接过程期间监控焊缝质量的方法解决，该方法包括 以下步骤在第一波长范围中按位置分解地检测在焊接过程时由工件输出的辐射并且根据 在第一波长范围中检测到的辐射确定一个焊缝特征的第一几何特征参数；在与第一波长范 围不同的第二波长范围中按位置分解地检测在焊接过程时由工件输出的辐射并且根据在 第二波长范围中检测到的辐射确定同一个焊缝特征的第二几何特征参数；将这两个在不同 的波长范围中确定的特征参数与相应的参考参数或与相应的公差范围比较，以及将在比较 时得到的结果组合用于检查焊缝质量，其中，该组合通过对这些结果的逻辑运算进行。由工 件输出的辐射可以是在焊接过程中产生的辐射，也可以是在工件上反射的测量光。
按照本发明建议，在两个不同的光谱范围中执行对焊接过程的按位置分解的观察 并且对在此获得的测量值进行组合分析处理，以便更可靠地识别焊缝不规则性。在将特征 与相应的参考值或参考范围比较之后进行测量的组合。因为这样的比较结果通常是二进制 值，所以能够以逻辑运算的方式组合在比较时获得的结果。
不同光谱范围的同时检测在此能够确定两个不同的几何特征参数，它们在需要时 仅在两个使用的光谱范围中的各一个中可见并且表示同一个焊缝特征。因此可以例如在对 接接口处焊接结构钢时为了识别焊透而确定焊缝的凹坑作为第一几何特征参数并且确定 熔池长度作为第二几何特征参数。
也可以通过直接测量、例如通过光截面在可见光谱范围中作为第一特征参数确定 焊缝特征，例如焊缝宽度。熔池宽度可以作为焊缝宽度的第二特征参数，其在红外波长范围 中被确定并且同样是焊缝宽度的尺度。
焊缝特征优选可以选择包括以下焊缝特征的组焊透、焊缝宽度、驼峰、以及在工 件焊接时的不对称程度。配置给相应的焊缝特征的特征参数在下面单独地描述。
为了检查焊透，例如可以不仅在可见波长范围中而且在红外波长范围中确定焊透 孔的存在或不存在。在该情况中对应于两个几何特征参数并且在两个不同的波长范围中进 行冗余式确定。如果焊透孔在一个波长范围中、例如在可见波长范围中不能被检测到，那么能够作为焊透的特征参数变换地确定焊缝的凹坑或熔池长度(等等)。
如更上面所述，作为焊缝特征可以在两个波长范围中确定焊缝宽度。驼峰、即焊缝 拱曲部的波动也可以通过检测、例如借助光截面在可见范围中以及通过对冷却焊缝的热痕 迹宽度的波动的检测在红外波长范围中被确定。
在焊接用作接合伙伴的工件时的非对称性可以尤其是出现在工件在焊接中在接 口处具有高度差或厚度差时，或者在两个待焊接的工件由具有强烈不同的熔点、热传导特 性和/或热容的材料制成时。为了表征非对称程度，作为第一特征参数可以使用在焦斑和 接口之间的距离，它例如可以在可见波长范围中被确定，以及作为第二特征参数可以在红 外波长范围中使用熔池的横向位置和/或冷却的焊缝的热痕迹的横向位置。
在一种优选的变型中，为了提高在确定第二几何特征参数的精度而考虑第一几何 特征参数(反之亦然)。尤其地，在此可以考虑到第一几何特征参数对在第二波长范围中按 位置分解地检测到的辐射或按位置分解地测出的辐射强度的影响。例如，第一几何特征参 数可以是焊缝上焊道的拱曲部的尺寸，例如是在焊缝上侧上的最低点或最高点(垂直于前 进方向)与工件表面之间的距离，它例如可以通过光截面被确定。
关于焊缝上焊道的形状或其波浪性的知识可以被利用，以便提高在确定特征参数 时的精度，它取决于热痕迹(在红外光谱范围中)，因为焊缝上焊道的拱曲部对来自焊缝热 痕迹的光谱辐射密度有影响。光谱辐射密度在此不仅取决于温度而且取决于放射度，其中， 后者尤其取决于焊缝表面相对于检测光路的角度。放射度因此取决于焊缝表面或焊缝上焊 道的形状或拱曲部。因此，焊缝上焊道的拱曲部可以作为特征参数使用，以便补偿焊缝拱曲 表面的变化的放射度对热图像的检测到的辐射密度的影响并且例如能够以更大的精度确 定热痕迹的宽度。
在另一种变型中，当在至少一个波长范围中特征参数与参考值不符或者位于公差 范围之外时，焊缝质量被判断为不足的。特征值与参考值或公差范围的比较典型地导致关 于相应的焊缝特征的二进制判定存在焊透(是/否)或者说检测到焊透孔(是/否)、焊缝 宽度正常(是/否)、存在驼峰(是/否)、在焊接时的非对称性或者说焊点在正确部位上(是/ 否)。二进制结果可以被逻辑运算以判断相应的焊缝特征。因此，当两种情况中的结果相一 致(并且显示出良好的焊缝质量)时，例如存在焊透孔(是/是)或存在驼峰(否/否)，可以 例如将焊缝质量判断为“正常”。
在一种变型中，该方法作为另外的步骤包括通过改变激光焊接过程的参数来改 进焊缝质量。如果焊缝质量被判断为不足的，那么可以尝试这样改变焊接过程的参数，使得 焊缝质量重新与公差范围或者说参考值相符。为此目的，可以这样地匹配焊接参数，例如焊 接速度、激光辐射的强度、激光加工头的位置、待焊接的工件的夹紧力等，使得焊缝质量得 以改善，即能够根据对焊缝质量的判断设置调节。尤其地，对于以下情况，即作为焊缝特征 确定在工件熔化时以接口为参照的非对称性或者说焦斑相对于接缝与希望的焊接位置的 偏差，典型地总归存在的调节回路被用于修正，调节回路用于调节焦斑相对于接口的横向 位置，。
在一种变型中，第一波长范围是可见光谱范围并且第二波长范围是红外光谱范 围。可见光谱范围(VIS)被理解为在约380nm和约800nm之间的波长，红外(IR)光谱范围 被理解为超过SOOnm至约Imm的波长。通常对于当前应用使用近红外范围(NIR)，即不大于2μπι的波长。为了在两个光谱范围中测量可以使用两个具有在可见(VIS)范围中或在近红外范围(NIR)中的灵敏度的摄像机。变换地，在光路中可以使用一个单独的具有分成两部分的带通滤波器的摄像机，该带通滤波器在一个区域中传送可见辐射并且在另一个区域中传送 NIR辐射，其在摄像机的检测面的不同区域中被检测到。NIR范围可以附加地细分成两个或多个子范围，例如以便能够借助比例高温测定法实现绝对温度测量。在摄像机光路中可以使用带通滤波器，它们分别传输在所需的光谱范围中的辐射或过程光并且抑制在所需的光谱范围之外的过程光。
在一种变型中，第一特征参数选自包括以下特征参数的组焊透孔的延伸尺寸、在激光焦斑和接口之间的距离、焊缝上焊道的拱曲部和焊缝宽度。这些特征参数尤其是允许在可见波长范围中良好地测量。接口的位置可以例如借助入射光和/或光截面-照射求出， 以便确定与激光焦斑的距离，激光焦斑的位置典型地同样在可见范围中被识别。所形成的焊缝的位置和形状、尤其是焊缝上焊道的拱曲或者说几何形状能够借助光截面-照射被检测。
在另一种实施方式中，第二特征参数选自包括以下特征参数的组焊透孔的延伸尺寸、熔池长度、熔池宽度、热痕迹的宽度、以及熔池或热痕迹相对于接口的距离。尤其地， 熔池和连接在熔池后的在材料的冷却熔液中的热痕迹允许在NIR波长范围中良好地观察到。激光焦斑的位置也可以在该波长范围中被检测。
在另一种变型中，根据在第一或第二波长范围中检测到的辐射确定至少一个另外的几何特征参数并且将其用于第一特征参数和/或第二特征参数的可信性的检查。作为附加的特征参数可以例如确定熔池的长度。附加的特征参数可以用于识别有错误的测量，例如在借助光截面确定焊缝的凸起或凹坑时。当熔池长度这么大以至于熔池长度延伸到表面区域(在该表面区域中应当通过光截面确定焊缝的凸起或凹坑)中时，可能出现这样的有错误的测量。
总之，对两个光谱范围中的测量值或特征参数的分析处理的组合能够实现对焊缝规则性的坚固识别。测量结果的组合分析处理可以在一个用作检测器的摄像机的所谓的帧接收器中、在一个图像处理计算机例如控制焊接过程的激光加工机中或可选地在一个外部的控制装置中进行。
本发明的其它优点由说明书和附图得出。上述和还要进一步说明的特征可以各自地或多个成任意组合地使用。所示和所述的实施方式不应理解为穷尽性列举，而是具有用于说明本发明的举例特征。其示出
图1示出具有两个用于在两个不同的波长范围中检测辐射的摄像机的激光加工头的不意图2示出在执行激光焊接过程时用于确定至少一个焊缝特征的特征参数的不同测量区域的俯视图；以及
图3示出示出具有三个不同地拱曲的焊缝上焊道的工件的示意图。
具体实施方式
图1示出一种具有聚焦透镜2的激光加工头1，该聚焦透镜将一个被输送给激光加工头I的激光束3聚焦到工件表面4a上的在两个工件4之间的接合部位的区域中的(在图1中未示出的)聚焦面上，以便在那里执行激光焊接。为了监控焊接过程，在激光加工头 I上设有一个具有CMOS摄像机5a以及具有InGaAs摄像机5b的传感器装置5。
CMOS摄像机5a的光路6在一个半透过式的转向镜7上合拢。在CMOS摄像机5a 的检测面8上在此不仅成像出激光束3的聚焦面，而且成像出工件4的在激光束3周围环境中的较大部分。类似于CMOS摄像机5a的光路6，InGaAs摄像机5b的光路9也在转向镜 10上合拢并且入射到相应的检测面11上。在激光加工头I上，附加地设有两个分配给传感器单元5的逐行投影仪12a、12b，它们将两条激光线13a、13b投影到受CMOS摄像机5a以及受InGaAs摄像机5b监控的光路6、9上。激光线13a、13b在下面也被称为光截面13a、13b。
根据通过摄像机5a、5b检测到的测量数据能够沿着一个构造为直线轴的第一调节轴(具有作为进给方向的X方向的XYZ坐标系的Y轴)移动激光加工头1，以便将激光束 3带到其最佳的(横向的)焊接位置上。通过一个第二调节轴(Z轴)能够附加地改变激光加工头I和工件表面4a之间的距离。为此目的，激光加工头I的一个(光束)引导装置14借助(未示出的)直线驱动装置可在相应的轴方向上移动。
CMOS摄像机5a用于检测在第一波长范围Wl、确切地说可见(VIS)范围中的辐射， 即用于检测在约380nm和约800nm之间的波长。相反，InGaAs摄像机5b用于检测在第二波长范围W2、确切地说在约800nm和约2 μ m之间的NIR范围中的辐射。第二波长范围W2 (NIR范围)可以附加地分成两个或更多的子范围，例如以便能够借助比例高温测定法实现绝对温度测量。在摄像机5a、5b的相应的光路6、9中使用(未示出的)带通滤波器，带通滤波器分别传送所需的光谱范围中的过程光并且尽可能好地抑制所需的光谱范围Wl、W2以外的过程光。
显然，摄像机5a、5b相对于激光束3的光路的布置也可以不同于在图1中所示地实施。例如，可以在激光束3的光路中布置仅一个唯一的转向镜并且相应的光路6、9与摄像机5a、5b的匹配可以通过分光器进行。变换地，可以在光路中使用一个例如具有分成两部分的带通滤波器的单个摄像机，该摄像机在第一区域中传送在可见波长范围Wl中的辐射并且在第二区域中传送在NIR波长范围W2中的辐射，这些辐射在不同的地点射到摄像机的检测面上。此外，非同轴的观察是可以的，其中摄像机5a、5b的光路6、9不与激光束3的光路重合。
如在图2中所示，在CMOS摄像机5a的检测面8上，三个测量区域15a至15c沿着一个通过箭头表示的焊接方向(X方向)布置。第一测量区域15a (前-测量区窗口)在焊接过程期间检测工件或待焊接的工件4的在通过激光束3产生的焦斑17之前的一部分。在第一测量区域15a中检测在待接合的工件4之间的接口 18的位置或形状，为此使用在图1 中所示的第一激光线13a (光截面)。变换地，接口也可以面状地通过相应的照明模块13a 照亮并且在入射光中被检测到。
类似地，在第二测量区域15b (后-测量窗口)中检测焊接之后的辐射，其中，第二激光线13b用于获得关于焊缝19的几何形状、尤其是关于焊缝的凸起或凹坑的信息。第三测量区域15c (内-测量窗口)用于观察焊缝的带有焦斑17的紧邻区域，它对应于激光束3在工件表面4a上的入射面。
在InGaAs摄像机5b的传感器面11上分析处理测量区域16，该测量区域检测接下 来的熔池20以及冷却熔液的(未示意地示出的)热痕迹21的、在焦斑17区域中的热辐射。 相应的测量区域15a-d、16对应于这样的区域，在这些区域中借助分析处理装置(未示出)分 析处理入射到相应的传感器面8、11上的光的强度。对测量结果的组合分析处理能够在一 个用作检测器的摄像机5a、5b的所谓的帧接收器中、在一个图像处理计算机例如控制焊接 过程的激光加工机中或可选地在一个外部的控制装置中进行。显然，除了测量区域15a-c、 16的所示的矩形形状外，在需要时也可以选择其它的形状或几何结构。尤其地，测量区域的 数量也可以变化。
借助摄像机5a、5b能够在第一或第二波长范围W1、W2中测定描述同一个焊缝特征 的第一或第二几何特征参数。例如焊透孔的空间延伸尺寸或几何结构可以用作几何特征参 数，其在图2中所示的例子中位于焦斑17的区域内部。在使用固体激光器产生激光束3时， 焊透孔在两个波长范围W1、W2中、即不仅在VIS光谱范围中而且在IR光谱范围中可见。第 一和第二特征参数在该情况中描述同一个几何参数，即焊透孔的延伸尺寸和尤其是大小。 通过在两个光谱范围Wl、W2中对焊透孔的同时识别，能够进行可信性检查和提高识别率。
焊透孔作为空间受限的减小的光照强度在摄像机5a、5b上在焦斑17区域中在相 应的测量区域15c、16内部被检测。对于该检测，作为参考参数考虑附加的、受限的标准，例 如被检测的孔的最小大小、被检测的孔的对比度或位置。这利用到了，空间受限的减小的光 照强度(其基本上对应于焊透孔的延伸尺寸)与相应的参考参数的比较导致或者检测到或 者检测不到焊透孔并且由此提供二进制结果(存在焊透孔是/否)，从而能够对两个在两 个光谱范围Wl、W2中的比较结果进行逻辑运算，以判断焊缝质量。尤其是仅当在两个光谱 范围Wl、W2中都检测到焊透孔时，即当在光谱范围Wl、W2中作为比较结果接收到“存在焊 透孔是”时，焊接过程或焊缝质量才可以被判断为足够的或者说“正常”。
在通过CO2激光器焊接时，焊透孔通常仅在红外光谱范围W2中可见，因为焊透孔 在可见光谱范围Wl中通过在锁眼中存在的等离子体照耀。在红外光谱范围W2中此外作为 焊透的特征参数直接检测焊透孔。此外，在对接处焊接结构钢时可以在可见光谱范围Wl中 借助第二光截面13b确定所形成的焊缝19的凹坑作为特征参数。在此，工件表面4a和焊 缝的最深或最高点之间的距离LI用作凹坑或凸起的尺寸，其中，两个参数或距离LI能够借 助第二光截面13b以简单方式被确定，如在图2中可见。这样测得的距离LI与一个例如在 测试焊接中求出的参考距离LIkef比较。熔池长度L2用作另外的特征参数，它在IR光谱范 围Wl中被检测。如果熔池长度L2小于预给定的、例如通过测试焊接确定的参考值L2KEF，那 么这意味着焊透。如果首先距离LI与参考距离LIkef相符，其次长度L2小于参考值L2kef并 且其三检测到焊透孔的存在，那么焊缝特征“焊透”被赋值为“正常”。
在测量所形成的焊缝19的宽度时，同样可以通过在两个光谱范围Wl、W2中的测 量进行可信性检查焊缝宽度(特征参数Kl)一方面在可见光谱范围中借助第二光截面13b 确定，其中，作为第一特征参数得到焊缝19的宽度BI。这样确定的宽度BI与参考参数Bkef (见图3)的比较结果通过对作为第二特征参数的熔池宽度B2 (见图2)的测量被检验。熔 池20的宽度B2在IR光谱范围中典型地对应于焊缝宽度BI并且同样与参考参数Bkef比较， 该参考参数对应于所希望的(理想的)焊缝宽度。
显然，通过第二光截面13b对焊缝宽度BI的测量以及在红外波长范围中对熔池宽 度B2的测量可以在焊接方向(X方向)上的不同部位进行(参见图2)，其中，在考虑焊接速 度或时间延迟的情况下，相应确定的宽度B1、B2可以与沿着焊缝19的同一个位置相对应， 以便在同一个地点进行特征参数B1、B2之间的比较。
显然，焊缝19的宽度典型地不与参考宽度Bkef精确一致，而是存在与参考 宽度Bkef的偏差，该偏差位于同样在图3中所示的公差范围Bkef+/-Bt内部，即当满足 Beef-Bt<B1<Beef+Bt或Bkef-Bt〈B2〈Bkef+Bt时，可以看成焊缝质量是可忍受的并且因此焊缝质量 可以看成是足够的。
作为另外的焊缝特征，检测焊缝19的所谓的“驼峰”，即焊缝缺陷，该焊缝缺陷 描述了焊缝凸起或焊缝凹坑的波动。焊缝缺陷允许按照图3解释，其中第一焊缝上焊道 (Nahtoberraupe) 19a具有焊缝凸起,第二焊缝上焊道19b示出焊缝凹坑并且第三焊缝上焊 道19c具有一个在焊缝凸起和焊缝凹坑之间的过渡部。焊缝的拱曲部的规则重复的波动 (所谓的“驼峰”)可以被检测，其方式是在可见波长范围Wl中借助第二光截面13b确定工件 表面4a和焊缝的最低或最高点之间的距离LI。更准确地说，长度LI在预给定的时间间隔 上的波动(例如呈在最小值和最大值之间的变化或差的形式)用作第一特征参数。示意地绘 制的热痕迹21的宽度B3在IR波长范围W2中在相同的时间间隔上的波动用作第二特征参 数，因为热痕迹的宽度取决于焊缝凸起或凹坑，因为在焊缝凸起上存在更多地熔化的材料， 从而检测到的热痕迹变宽。一旦两个特征参数与一个相应的用于波动的参考值的比较得 出波动落在公差范围内部，那么可以推断出不存在“驼峰”并且由此推断出可接受的焊缝质 量。
另一个焊缝特征是在待接合的工件4熔化时的非对称性。这样的非对称性可以在 待焊接的工件4在接口 18处具有高度差或厚度差时或者在工件由具有不同熔点、不同导热 特性或不同的热容的不同材料(例如钢或铸铁)制成时出现。对于焊接的非对称性，作为第 一特征参数可以在可见光谱范围Wl中测量焦斑P的横向位置和接口 18之间的距离。并行 地可以在IR波长范围中测量熔池20和/或热痕迹21的横向位置和接口 18或焦斑17的 位置P之间的距离。
如果一方面焦斑相对于接口 18的位置P作为第一特征参数另一方面熔池20的重 心或者说熔池20在其最宽部位的中点M或热痕迹21的(面)重心在横向于接口 18的方向 上作为第二特征参数具有一个之前例如通过测试焊接确定的参考距离或者说距离小于所 确定的参考距离时(其中，该距离在图2中为0)，那么焊缝质量被看成“正常”。
一旦在将这两特征参数中的至少一个与参考距离比较时得到过大的偏差，那么可 以使用焊缝位置调节装置的调节回路，以便补偿在接合伙伴熔化时的非对称性并且提高焊 缝位置调节的精度，确切地说其方式是激光加工头I的横向于接缝18 (在当前例子中在Y 方向上)的位置被修正。当在材料对接合时应当调节焊缝19中的材料的混合比时，这尤其 是有利的。显然，即便在识别到不足的焊缝质量时也可以根据上面描述的焊缝特征对激光 焊接过程的参数进行相应调节，其中，作为焊接参数例如可以改变激光强度、焊接速度等。
在平的焊缝上焊道时，即在没有焊缝拱曲部时，通过第二光截面13b在可见光谱 范围Wl中测量焊缝条宽度BI和横向的焊缝条位置是有问题的，因为光截面测量需要垂直 于工件表面的轮廓变化。相反，焊缝上焊道19a-c的凸起或凹坑可以通过光截面作为第一特征参数测量。在红外的第二波长范围W2中可以确定熔池宽度B2作为第二特征参数，该 第二特征参数有效地对应于焊缝条宽度，但是不对应于焊缝上焊道19a_c的凸起和/或凹 坑(见图3)。通过在两个波长范围W1、W2中的组合测量不仅能够测量焊缝条宽度而且在平 的焊缝时能够测量局部的焊缝凸起或凹坑。当两个特征参数L1、B2具有通过测试焊接确定 的值或者落在各个之前确定的公差范围内时，焊缝质量和由此焊接过程被判断为“正常”。
对于上述测量的分析处理，作为另外的特征参数可以考虑熔池长度L2。确切地说 检查，熔池长度L2是否超过预给定的参考长度，该参考长度不是强制必须与用于判断焊透 的参考长度L2KEF相一致。如果是这种情况，那么熔池20能够以其后端部伸入到光截面13b 的区域中，从而在第一波长范围Wl中对焊缝凸起或凹坑的测量通常是不正确的。如果与参 考长度的比较得出，熔池20过长，那么根据第二光截面13b在第一波长范围Wl中对长度LI 的相应测量不被考虑用于确定焊缝的凸起或凹坑。熔池长度L2因此用于检查对长度LI的 测定的可信性作为焊缝上焊道19a-c的凹坑或凸起的尺寸。
被证明有利的是，为了提高在确定这两个特征参数之一时的精确性考虑另一个特 征参数。例如，由焊接过程在IR的热痕迹21波长范围W2中得出的光谱辐射密度通过焊缝 上焊道19a-c的表面上的(绝对)温度和热辐射系数影响。但是热辐射系数取决于待检测的 辐射9从焊缝上焊道19a-c射出时的角度，即热辐射系数通过焊缝上焊道的形状影响。
如上面进一步所示，焊缝上焊道19a_c的形状借助在可见波长范围Wl中的光截面 测量确定。作为焊缝上焊道19a至19c的凹坑或凸起的尺寸，在此可以尤其是如上所述地 使用在工件表面4a和焊缝上焊道19a至19c的最低或最高点之间的长度LI。以该方式确 定的特征参数可以在第二光谱范围W2中分析处理焊缝19的热痕迹21时被考虑，以便以计 算方式补偿焊缝19的拱曲表面的变化的热辐射系数对检测到的辐射密度的影响。通过该 方式，能够通过确定焊缝上焊道19a-c的凹坑或凸起来改善在IR波长范围中确定焊缝宽度 B3形式的第二特征参数时的精度。
进一步如上所述，通过确定两个用于同一个焊缝特征的特征参数能够附加地保证 焊缝质量的判断，从而提高过程监控的可靠性。显然，在需要时也可以考虑超过两个特征参 数来判断同一个焊缝特征，其中，当超过两个特征参数位于相应的公差范围内或者与参考 值相一致时，焊缝特征被看作“正常”。显然，也能够并行地监控或检查更多的焊缝特征。仅 当每个单个焊缝特征被判断为“正常”时，焊接过程才整体上被判断为“正常”。
权利要求
1.用于在激光焊接过程期间检查焊缝质量的方法，包括以下步骤 在第一波长范围(Wl)中按位置分解地检测在焊接过程时由工件输出的辐射(6)并且根据在第一波长范围(Wl)中检测到的辐射(6)确定一个焊缝特征的第一几何特征参数(B1、L1、P)， 在与第一波长范围不同的第二波长范围(W2)中按位置分解地检测在焊接过程时由工件输出的辐射(9)并且根据在第二波长范围(W2)中检测到的辐射(9)确定同一个焊缝特征的第二几何特征参数(82、83、1^2)， 将这两个在不同的波长范围(W1、W2)中确定的特征参数(B1、L1、P ;B2、B3、L2)与相应的参考参数(Bkef、LIeef, L2eef)或与相应的公差范围(Bkef-Bt、Beef+Bt)比较，以及 对在比较时得到的结果进行逻辑运算来检查焊缝质量。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述焊缝特征选自包括以下焊缝特征的组焊透、焊缝宽度、驼峰、以及在焊接时的不对称程度。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，为了提高在确定第二几何特征参数(B2)时的精度而考虑第一几何特征参数(LI )。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，所述第一几何特征参数(LI)是焊缝上焊道(19a-19c)的拱曲部的尺寸。
5.根据以上权利要求之一的方法，其特征在于，当在至少一个波长范围(W1、W2)中所述特征参数(B1、LI ;B2、L2)与参考参数(BKEF、L1KEF、L2KEF)不相符或位于公差范围(BKEF_BT、Beef+Bt)之外时，焊缝质量被判断为不足的。
6 根据权利要求5的方法，其特征在于，所述方法还包括通过改变激光焊接过程的焊接参数来改善焊缝质量。
7.根据以上权利要求之一的方法，其特征在于，所述第一波长范围(Wl)是可见光谱范围并且所述第二波长范围(W2)是红外光谱范围。
8.根据以上权利要求之一的方法，其特征在于，所述第一特征参数选自包括以下特征参数的组焊透孔的延伸尺寸、在激光焦斑(17)的位置(P)和接口(18)之间的距离、焊缝上焊道(19a-c)的拱曲部和焊缝宽度(BI)。
9.根据以上权利要求之一的方法，其特征在于，所述第二特征参数选自包括以下特征参数的组焊透孔的延伸尺寸、熔池长度(L2)、熔池宽度(B2)、热痕迹(21)的宽度(B3)、以及在熔池(20)或热痕迹(21)与接口(18)之间的距离。
10.根据以上权利要求之一的方法，其特征在于，根据在第一或第二波长范围(Wl、W2)中检测到的辐射(6，9)确定至少一个另外的几何特征参数(L2)并且为了检查第一特征参数(LI)和/或第二特征参数的可信性而考虑所述另外的几何特征参数。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于，所述另外的几何特征参数(L2)是熔池(20)的长度(L2)。
全文摘要
本发明涉及一种用于在激光焊接过程期间检查焊缝质量的方法，包括以下步骤在第一波长范围中按位置分解地检测在焊接过程时由工件输出的辐射并且根据在第一波长范围中检测到的辐射确定一个焊缝特征的第一几何特征参数(B1、L1、P)；在与第一波长范围不同的第二波长范围中按位置分解地检测在焊接过程时由工件输出的辐射并且根据在第二波长范围中检测到的辐射确定同一个焊缝特征的第二几何特征参数(B2、B3、L2)；将这两个在不同的波长范围中确定的特征参数(B1、L1、P；B2、B3、L2)与相应的参考参数(BREF、L1REF、L2REF)或与相应的公差范围(BREF-BT、BREF+BT)比较，以及对在比较时得到的结果进行逻辑运算来检查焊缝质量。
文档编号B23K26/20GK102990224SQ20121031977
公开日2013年3月27日 申请日期2012年8月31日 优先权日2011年9月8日
发明者F·多施, H·布朗, D·普菲茨纳 申请人:通快机床两合公司