CN116900483A - 用于监测激光焊接过程的方法、用于实施该方法的装置及该方法的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种用于监测激光焊接过程的方法，其中两个含铜的工件在接合区的区域中通过激光束的作用相互连接，其中在激光束的作用期间检测并且分析来自接合位置的区域的光学发射，并且其中在小于1微米的波长范围中的所述光学发射被检测并且被考虑用于确定在所述接合位置的区域中的有机污染物的存在。
Description
技术领域
本发明涉及按照独立权利要求的前序部分所述的用于监测激光焊接过程的方法、用于实施该方法的装置及该方法的应用。
背景技术
铜接合连接部一般被广泛分布用于各种技术产品中的导电或者说导热。对于这种铜接合连接部的制造来说，激光焊接法作为最佳的接合技术越来越多地得到认同。然而，如果待焊接的铜构件在接合区的区域中被污染，就会出现不同关键性的焊缝缺陷。这例如表现为大量孔隙的形成或者熔融物的喷出，在这种情况下则会出现减小的接合横截面并且由此释放的材料还会额外在成品中造成短路。这会导致部件的突发故障或者甚至导致后来的失灵。
这种污染可能源于例如在接合位置的区域中没有完全去除的绝缘漆，但同样也可能源于拖带的润滑剂、磨掉的颗粒或者甚至指纹的存在。尤其工件上处于接合区的区域中的有机残留物会导致问题。
根据现有技术，为了解决该问题，例如相应的由铜制成的接合配对件要基于紫外荧光接受检查。在此，相应的构件在其被提供给焊接过程之前被检查。
在这方面，从DE 102020113179A1中获取了一种用于在对含铜的弯曲的棒状导体进行激光焊接时监测连接面的方法，其中在加工激光束的作用之后，就作为可变测量变量的所产生的焊珠的温度随时间的变化进行测量。
此外，由US 6060685 A获取了一种用于监测激光焊接过程的质量的方法，其中对等离子体辐射的强度进行监测。
发明内容
本发明涉及具有独立权利要求的表征性的特征的用于监测激光焊接过程的方法、用于实施该方法的装置及该方法的应用。
本发明的优点
以有利的方式规定，为了监测激光焊接过程，在激光束的作用期间对接合位置的可能的光学辐射发射进行探测和分析，在所述激光焊接过程中通过激光束的作用将两个尤其含铜的接合配对件在接合位置的区域中相互连接或者说焊接在一起。这在光学发射的小于1微米的波长范围内进行。根据探测到的光学发射确定接合位置处是否存在有机污染物。
该做法的特别的优点在于，在接合位置的区域中的有机污染物在高能辐射、如例如激光束的作用下在其分解时产生特征性的光学光谱，所述特征性的光学光谱尤其在小于1微米的波长范围内能够特别有效地分配给有机污染物。以这种方式能够对所使用的含铜的工件就在激光焊接过程期间本身可能的有机污染物这方面进行控制，并且以这种方式避免了在激光焊接过程的范围内使用含铜的工件之前对该含铜的工件的预先控制。这使得显著减少相应的耗费。
本发明的其他有利的实施方式是从属权利要求的主题。
那么有利的是，在激光焊接过程期间对探测到的接合位置的光学发射进行如下分析：在波长为589纳米的范围内是否存在发射、尤其线形的发射。在589纳米的波长时，钠显示出特征性的发射光谱线，其存在表明：钠或者说钠化合物存在于接合位置的区域中。由于接合位置的所有的有机污染物基本上都被钠所污染，因此能够以这种方式非常精确地确定接合位置的区域中是否存在这种污染物。
此外有利的是，在激光焊接过程期间，基于所发射的光学发射来确定与接合位置的位置或者说接合位置的周围环境有关的整体亮度。因为与使用没有有机污染物的接合配对件的激光焊接过程的情况相比，在存在有机污染物的情况下由相应的燃烧过程整体上导致了更高的亮度，所以能够以这种方式推断出：在整体亮度增加的情况下可以假定在接合位置处存在有机污染物。
此外有利的是，在存在下述光学发射的情况下发出相应的警告，所述光学发射被归为在连接位置的区域中存在有机污染物。这样例如能够实现：挑选出相应被有机污染物污染的含铜的工件。
此外有利的是，在光学谱的至少两个离散的波长上、必要时以该离散的波长周围少数(几个)纳米的相应检测范围在激光焊接过程期间对接合位置的光学发射进行分析。在此优选选择589纳米作为所述离散的波长之一。以这种方式能够避免错误的警告，因为在光学发射同步增加或者说自减少的情况下，例如也可以假定光谱仪之前的防护玻璃的污染或类似的影响，在这种情况下，在激光焊接过程期间在接合位置的区域中不一定存在有机污染物。
此外，根据本发明提供了一种用于实施根据本发明的方法的装置。该装置适用于实施激光焊接过程并且由此包括激光源以及为相应的激光焊接过程提供含铜的工件的器件。此外，还设置有光学探测装置，所述光学探测装置以如下方式设置：实施上述类型的方法。
在此有利的是，所述光学探测装置布置在激光加工室内，在所述激光加工室中进行激光焊接过程。在此，所述光学探测装置能够布置在所述激光加工室内，以使得所述光学探测装置虽然聚焦到所述接合位置上，但不布置在由激光束定义的激光加工轴线中。
一种有利的替代的实施方式规定，所述光学探测装置被集成到提供激光束的激光加工光学器件中并且因此检测接合位置的轴向光学发射。在这种情况下，所述光学探测装置有利地包括彩色射束分离器，所述彩色射束分离器从激光辐射的光束路径朝向所述光学探测装置的探测器耦合输出接合位置的可能的光学发射。这两种实施方式都能确保有效地探测和分析接合位置的可能的光学发射。
根据本发明的方法或者说根据本发明的装置能够以有利的方式用于制造电动马达、电气驱动轴、燃料电池、在电子器件或者说功率电子器件领域中的接合连接部或者电池组的单池连接器。
附图说明
本发明的实施方式在附图中被示出并且在随后的图示说明中被详细阐述。其中：
图1示出了根据本发明的一种实施方式的用于实施激光焊接过程的装置。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一种实施方式的用于实施激光焊接过程的装置。在此，装置10包括激光焊接室12，用于产生激光束的装置14位于该激光焊接室12中。在实施激光焊接过程期间，用于产生激光束的装置14发射激光束16，该激光束16撞击到接合位置18上，该接合位置18例如由第一含铜工件20和例如第二含铜工件22形成。如果在接合位置18的区域中存在有机污染物，则激光束16撞击到接合位置18上会导致有机污染物的烧损，这在图1中通过火焰符号24来表示。为了检测这种有机污染物的烧损，激光加工室12优选还包括光学探测装置30，该光学探测装置30为了探测光学发射例如包括光电二极管32，在该光电二极管32前面设置有聚焦用的光学器件34和/或光学滤波器36。
为了能够探测到例如在有机污染物烧损时出现的589纳米的特征光谱线(该589纳米的特征光谱线被归为钠的发射)，光学滤波器能够例如设计为用于589纳米辐射的带通滤波器。
光电二极管32能够例如设计为具有高分辨率时间历程的二极管又或者具有减速响应模式的二极管，其测量值则对应于整个焊接过程内的集成的测量值。此外作为替代方案可行的是，使用两个二极管，它们能够分别选择性地探测特定波长的辐射。通过以计算的方式比较这两个测量信号就能够例如计算出对测量的干扰影响、如例如防护玻璃的污染或者光学滤波器的污染。也能够使用摄像机来代替光电二极管32，在该摄像机的感光芯片之前，不同的光学滤波器36在光学探测装置30的射束路径中并排放置。
根据图1中的实施方式，光学探测装置30的光学轴线与加工激光束的通过激光束16定义的轴线成角度地布置。然而作为替代方案也可行的是，在结构上将光学探测装置30与用于产生激光束的装置14结合起来并且由此使光学探测装置30的光学轴线平行于激光束16的射束路径定向。在这种情况下，光学探测装置30额外配备有彩色射束分离器，该彩色射束分离器从激光束的射束路径耦合输出接合位置18的光学发射并将该接合位置18的光学发射提供给光电二极管32。
借助于光学探测装置30获得的发射数据例如被提供给评估装置40，该评估装置40在光学显示装置42上示出相应的分析结果。该评估装置40在此包括例如存储的特性曲线族，在该特性曲线族中储存了带有有机污染物和没有有机污染物的可比较的焊接过程的发射数据。以这种方式能够将用光学探测装置30获得的发射数据与评估装置40的所存储的发射数据进行比较，并且以这种方式产生可靠的测量结果。如果光学探测装置30的发射数据被归为导致有机污染物烧损的激光焊接过程，则能够在显示装置42上相应地输出警告，该警告能够实现对这种接合的可能有缺陷的第一和第二工件20、22的去除。
Claims (10)
1.一种用于监测激光焊接过程的方法，其中两个尤其含铜的工件在接合区的区域中通过激光束的作用相互连接，其特征在于，在激光束的作用期间检测并且分析来自接合位置的区域的光学发射，其中在小于1微米的波长范围中的所述光学发射被检测并且被考虑用于确定在所述接合位置的区域中的有机污染物的存在。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对在所述激光焊接过程期间探测到的光学发射进行下述分析：在589纳米的波长范围中是否存在尤其线形的发射。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述激光焊接期间确定从所述接合位置发出的光学发射的整体亮度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在存在表明所述接合位置的有机污染物的光学发射时，发出警告。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，就两个离散的波长范围考察对从所述接合位置发出的光学发射的分析，所述两个离散的波长范围具有各自的高至10纳米的宽度。
6.用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法的装置，其中所述装置包括激光束源(14)以及尤其用于为激光焊接过程提供含铜的工件(20、22)的器件，其特征在于，设置有在所述激光焊接过程期间探测和分析接合位置(18)的光学发射的光学监测装置(30)，所述光学监测装置(30)包括用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述光学探测装置(30)被定位在通过所述激光束(16)所形成的激光束轴线之外并且聚焦到所述接合位置(18)上。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述光学探测装置(30)被集成到提供所述激光束(16)的激光加工光学器件中。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述光学探测装置(30)包括彩色射束分离器，所述彩色射束分离器从所述激光束(16)的射束路径朝向所述光学探测装置(30)的探测器(32)耦合输出所述接合位置(18)的光学发射。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的方法或者根据权利要求6至9中任一项所述的装置的应用，用于制造电动马达、电气驱动轴、燃料电池、在电子器件或者功率电子器件领域中的接合位置或者电池组领域中的单池连接件。
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| PB01 | Publication | ||
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