DE102007024789B3

DE102007024789B3 - Verfahren zum Erkennen von Fehlern an einer Schweißnaht während eines Laser-Schweißprozesses

Info

Publication number: DE102007024789B3
Application number: DE102007024789A
Authority: DE
Inventors: Dieter Pfitzner; Tim Hesse; Winfried Magg
Original assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Current assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Priority date: 2007-05-26
Filing date: 2007-05-26
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2027-05-27
Also published as: US9267905B2; US20140269816A1; CN101730607A; US8777482B2; WO2008145237A1; US20100086003A1; CN101730607B

Abstract

Ein Verfahren zum Erkennen von Fehlern, an einer Schweißnaht (4) während eines Laser-Schweißprozesses, insbesondere von Bindefehlern und/oder Durchschweißfehlern am Überlappstoß von verzinkten Blechen, umfasst die Schritte: zweidimensional ortsaufgelöstes Detektieren von Strahlung, die von einer sich an ein flüssiges Schmelzbad (1) anschließenden, erstarrten Schmelze (3) emittiert wird, Bestimmen mindestens eines Kennwerts für die Wärmeabfuhr in der erstarrten Schmelze (3) durch Auswerten der detektierten Strahlung entlang zumindest eines Profilschnitts (10, 11) der erstarrten Schmelze (3), und Erkennen eines Fehlers an der Schweißnaht (4) durch Vergleichen des mindestens einen Kennwerts mit mindestens einem Referenzwert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Erkennen von Fehlern an einer Schweißnaht während eines Laser-Schweißprozesses, insbesondere von Bindefehlern und/oder Durchschweißfehlern am Überlappstoß von verzinkten Blechen. Hierzu wird Strahlung detektiert, die von einer sich an ein flüssiges Schmelzbad anschließenden, erstarrten Schmelze und/oder von dem flüssigen Schmelzbad selbst emittiert wird.
Beim Laserschweißen verzinkter Stahlbleche am Überlappstoß muss ein definierter Spalt zwischen den Blechen eingestellt werden, damit entstehende, prozessstörende Zink-Dämpfe entweichen können. In der Praxis kann dieses Spaltmaß zwischen den Blechen nicht immer reproduzierbar eingehalten werden. Wird das zulässige Spaltmaß nur um wenige Zehntelmillimeter überschritten, kann es zu einem Bindefehler zwischen den Blechen kommen. Dieser gravierende Schweißnahtfehler wird als "Falscher Freund" bezeichnet, da die Schweißnaht von außen betrachtet fehlerfrei aussieht, obwohl zwischen den Blechen keine Anbindung besteht. Die eindeutige Erkennung dieses Schweißnahtfehlers während des Schweißprozesses ist schwierig, da der Schweißnahtfehler im Inneren des Bauteils bzw. der Schweißnaht vorherrscht und damit indirekte Beurteilungsgrößen zur Fehlererkennung herangezogen werden müssen.
Zur Beurteilung der Qualität einer Schweißnaht während eines Laserschweißprozesses ist es bekannt, die erstarrte Schmelze hinter dem flüssigen Schmelzbad zu beobachten, um die örtliche bzw. zeitliche Wärmeabfuhr in das verschweißte Bauteil zu bestimmen. So ist z. B. in der US 4,817,020 A beschrieben, eine Abkühlrate der erstarrten Schmelze zu bestimmen, indem an zwei oder mehr voneinander beabstandeten Punkten der erstarrten Schmelze die Temperatur in Echtzeit gemessen und aus der Differenz die Abkühlrate bestimmt wird. Aus der Abkühlrate können Rückschlüsse auf die Qualität der Schweißnaht gezogen und ggf. in den Schweißprozess eingegriffen werden, um diesen zu optimieren.
Ferner ist es aus der EP 0 655 294 B1 bekannt, an mindestens zwei Stellen hinter dem Schmelzbad gleichzeitig und beiderseits der Fügelinie die Temperatur mittels schneller Pyrometer zu messen. Hierdurch kann im Gegensatz zur Temperaturmessung an nur einem Punkt eine eindeutige Zuordnung zu den Prozessparametern des Schweißprozesses erfolgen. Weiterhin können punktuelle Schweißfehler an den vermessenen Punkten erkannt werden.
Daneben kann die Qualität des Schweißprozesses auch durch Überwachung des flüssigen Schmelzbads beurteilt werden. So ist beispielsweise aus der DE 103 38 062 A1 bekannt, beim Laserschweißen mit Hilfe einer CCD-Kamera das flüssige Schmelzbad zu überwachen und die relative zeitabhängige Bewegung der vorderen Grenzfläche des Schmelzbads und der hinteren Grenzfläche einer Bestrahlungsfläche des Lasers zu bestimmen. Diese Messung wird genutzt, um Schmelzbadauswürfe zu detektieren.
Aus der EP 1 119 436 A1 ist ferner bekannt, die Formen voneinander distanzierter Intensitätsmaximumbereiche und eines dazwischen liegenden Minimumbereichs von Hochenergiestrahlung, z. B. Plasma- oder Laserstrahlung, in einer Dampfkapillaren messtechnisch zu erfassen und mit vorgegebenen Formen zu vergleichen, um so die Materialbearbeitung zu steuern bzw. zu regeln.
Aus der DE 101 60 623 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen eines Laserbearbeitungsvorgangs, insbesondere eines Laserschweißvorgangs bekannt geworden, bei denen eine optische Abbildungsanordnung ein Beobachtungsgebiet im Bereich einer Wechselwirkungszone zwischen Arbeitslaserstrahl und Werkstück einer Empfängeranordnung abbildet, so dass optische Strahlung aus dem Bereich einer Wechselwirkungszone zwischen Arbeitslaserstrahl und Werkstück erfasst wird. Um ein Maß für die spektrale Verteilung der erfassten optischen Strahlung zu ermitteln, ist in der Empfängeranordnung ein lichtzerlegendes Element und eine positionsempfindliche Fotoempfängeranordnung zum Erfassen eines Spektrums der erfassten optischen Strahlung vorgesehen. Aus dem Maß für die spektrale Verteilung der erfassten optischen Strahlung wird dann eine Kontroll- und/oder Steuergröße für den Bearbeitungsvorgang abgeleitet.
Aus der DE 196 50883 C2 ist ein Verfahren zum berührungslosen und zerstörungsfreien Prüfen von Schweißnähten an bewegten Bahnen unabhängig von der Art des thermoplastischen Materials und der Nahtlänge bekannt geworden, bei dem direkt bei der Bildung der Schweißnaht die im Nahtgefüge eingebrachte laterale Wärmemenge ermittelt wird, indem unmittelbar nach der Fügepassage der zu verbindenden Bahnen die innere laterale Beschichtungstemperatur indirekt an der Oberfläche des Schichtverbundes online thermografisch erfasst wird, wobei in dem aus gescannten Zeilen erzeugten Thermografiebild die Temperaturverteilung direkt in der Schweißebene gradiell auf einem rechnergestützten Bildträger sichtbar gemacht wird, mit dem in Auswertung des Thermografiebildes unter Einbeziehung der speziellen Materialeigenschaften der zu verbindenden Bahnen sowie den aktuell wirkenden Technologieparametern Materialvorschub, Anpressdruck, Schweißtemperatur und Heißluftmenge für die Schweißnahtbildung das Nahtqualitätsniveau ermittelt und online optimiert wird.
Aus der DE 195 05 832 A1 ist eine Prüfeinrichtung zur Online-Bewertung von mit Schweiß- oder Lötnähten miteinander verbundenen Teilen bekannt geworden. Mittels einer Führungseinheit werden die miteinander verbundenen Teile auf konstantem Abstand zur einer mindestens auf einer Seite der Teile, vorzugsweise auf beiden Seiten angeordneten Sensoreinheit gehalten. Diese Sensoreinheiten sind Teil der auch eine Auswerteeinheit umfassenden Prüfeinrichtung. Mindestens eine Sensoreinheit umfasst eine Nahtsucheinheit, einen 2D-Sensor und eine Fehlererkennungseinheit und in der Regel einen 3D-Nahtprofilsensor. In Abhängigkeit von der mit der Nahtsucheinheit festgestellten Lage der Naht werden der 2D-Nahtsensor, die Fehlererkennungseinheit und der 3D-Nahtprofilsensor auf Nahtmitte positioniert. Bei einem von dem 2D-Sensor mittels der Auswerteeinheit festgestellten Fehler wird eine Fehlererkennungseinheit aktiviert, die nach dem Lichtschnittverfahren die Fehlerstelle analysiert. Auch der 3D-Nahtprofilsensor arbeitet nach dem Lichtschnittverfahren in Verbindung mit der Lichtstrahltriangulation.
Die DE 43 11 320 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Qualitätskontrolle der Schweißnähte von zu fügenden Kunststoffteilen, bei denen die Temperaturverteilung längs der Schweißnähte durch Temperatursensoren, z. B. durch eine Infrarotkamera, erfasst wird und die Messwerte in einem Wärmebild dargestellt oder mit gespeicherten Daten verglichen werden.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren bereitzustellen, die während eines Schweißprozesses eine Erkennung eines Fehlers an der Schweißnaht, insbesondere eines Bindefehlers oder eines Durchschweißfehlers, ermöglichen.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit folgenden Schritten: zweidimensional ortsaufgelöstes Detektieren von Strahlung, die von einer sich an ein flüssiges Schmelzbad anschließenden, erstarrten Schmelze emittiert wird, Bestimmen mindestens eines Kennwerts für die Wärmeabfuhr in der erstarrten Schmelze durch Auswerten der detektierten Strahlung entlang zumindest eines Profilschnitts der erstarrten Schmelze, und Erkennen eines Fehlers an der Schweißnaht durch Vergleichen des mindestens einen Kennwerts mit mindestens einem Referenzwert.
Das Wärmebild der erstarrten Schmelze bzw. der Schweißnaht im direkten Anschluss an das flüssige Schmelzbad gibt Aufschluss über die Bindung zwischen den Blechen. Bei einer vollständigen Materialverbindung zwischen den Blechen erfolgt die Abkühlung aufgrund der Wärmeleitung in beide Bleche vergleichsweise rasch. Liegt ein Bindefehler vor, ist der Wärmefluss in das Bauteil gestört, daher bleibt die Schweißnaht beim Auftreten eines "falschen Freundes" länger heiß. Durch eine Auswertung der örtlichen bzw. zeitlichen Wärmeabfuhr in das Bauteil können daher Bindefehler erkannt werden, da der Wärmegradient der abkühlenden Schweißnaht sich deutlich verändert.
Da normalerweise der Laserstrahl mit konstanter Geschwindigkeit über das Bauteil bewegt wird, bildet sich um eine Bearbeitungsfläche ein im Wesentlichen stationäres Temperaturfeld aus. Der zeitliche Verlauf der Wärmeabfuhr in das Bauteil kann daher durch eine ortsaufgelöste Messung bestimmt werden. Eine zweidimensional ortsaufgelöste Messung ermöglicht dabei die Gewinnung von sehr zuverlässigen Messwerten.
Weiterhin ist auch die Erkennung der Durchschweißung möglich: Da bei der Durchschweißung ein Teil der Laserenergie auf der Unterseite des Bauteils abgestrahlt und nicht mehr ins Bauteil eingebracht wird, bleibt beim Durchschweißen die Abkühlrate der Schweißnaht bei Erhöhung der Laserleistung ab einer bestimmten Laserleistung näherungsweise konstant.
Bei einer bevorzugten Variante wird zum Bestimmen des Kennwerts nur ein Intensitätsanteil der detektierten Strahlung berücksichtigt, der nicht von der Hintergrundstrahlung verursacht ist. Durch die ortsaufgelöste Messung kann von dem charakteristischen Profil der erfassten Gesamtstrahlung die Hintergrundstrahlung abgezogen werden und so der Intensitätsanteil der Hintergrundstrahlung bei der Bestimmung des Kennwerts unberücksichtigt bleiben, wobei bei der Ermittlung des Intensitätsanteils insbesondere auch lokale Schwankungen der Hintergrundstrahlung berücksichtigt werden können.
Bei einer weiteren bevorzugten Variante wird die detektierte Strahlung entlang von zumindest zwei voneinander beabstandeten, im Wesentlichen senkrecht zur Schweißnaht verlaufenden, thermischen Profilschnitten ausgewertet. Einer der beiden Profilschnitte wird direkt hinter dem Schmelzbad und mindestens ein zweiter in einem definierten Abstand relativ weit entfernt von der Schmelze gewählt. An jedem der Profilschnitte wird die Verteilung der thermischen Strahlung senkrecht zur Schweißnaht ausgewertet, sodass die jeweils heißeste Stelle der Schweißnaht, d. h. das Maximum der Verteilung, ermittelt werden kann. Diese sichere Detektion der heißesten Stelle erhöht die Zuverlässigkeit der Messung gegenüber der Detektion einzelner Punkte im Verlauf der Schweißnaht deutlich. Zur Auswertung kann aus den Maxima der Profilschnitte ein Quotient berechnet werden. Ein Bindefehler liegt vor, wenn der Quotient einen Referenzwert über- oder der Kehrwert des Quotienten einen Referenzwert unterschreitet. Der Referenzwert ist anwendungsspezifisch und muss jeweils experimentell ermittelt werden. Alternativ oder ergänzend kann in analoger Verfahrensweise die Erkennung von Bindfehlern anhand der jeweiligen Profil-Halbwertsbreite erfolgen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung wird der Kennwert aus Profilhöhen der senkrecht zur Schweißnaht verlaufenden Profilschnitte bestimmt. Aus der Verteilung der Wärmestrahlung entlang jedes Profilschnitts kann die Profilhöhe, d. h. der Abstand des Maximums der Verteilung im Bezug zur Hintergrundstrahlung ermittelt werden. Im Gegensatz zur Bestimmung des Kennwerts durch Quotientenbildung der Intensitätswerte der Maxima wird bei der Bildung des Quotienten aus den Profilhöhen lediglich der nicht von der Hintergrundstrahlung verursachte Intensitätsanteil berücksichtigt.
Aus einer auftretenden Asymmetrie der Profilschnitte, die auf eine asymmetrische Wärmeabfuhr in das Bauteil deuten, können darüber hinaus weitere Aussagen über das Schweißnahtergebnis gewonnen werden. Anhand einer asymmetrischen Wärmeabfuhr wird unter Voraussetzung gleicher Blechstärke und -art beim Schweißen einer I-Naht am Stumpfstoß eine fehlerhafte laterale Nahtpositionierung sichtbar. Dieser Fall kann beispielsweise beim Tailored-Blank-, Profil- und Rohrlängs- und -querschweißen auftreten.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Variante wird die detektierte Strahlung entlang eines im Wesentlichen parallel zur Schweißrichtung, bevorzugt auf der Symmetrieachse der Schweißnaht verlaufenden Profilschnitts ausgewertet. Die Strahlungsintensität entlang dieses Profilschnitts, welche der Pixelhelligkeit bei der Aufnahme z. B. mittels einer Kamera entspricht, hat einen für die Wärmeabfuhr in das Bauteil charakteristischen Verlauf.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung wird der Kennwert bestimmt, indem der Verlauf der Strahlungsintensität entlang des Profilschnitts mit einem modellhaften Verlauf, bevorzugt mit einer Exponentialfunktion, verglichen wird. Der Verlauf der Strahlungsintensität entlang des Profilschnitts kann mit einem mathematischen Modell, beispielsweise einer Exponentialfunktion I = B·exp(C·X) – Abeschrieben werden, wobei I die Strahlungsintensität, A den Anteil der (homogen angenommenen) Hintergrundstrahlung und X die Position entlang des Profilschnitts bezeichnen und wobei die Anpassungskoeffizienten "B" und "C" für den Wärmetransport in das Werkstück charakteristische Größen darstellen. Beim Auftreten eines Bindefehlers fällt Koeffizient "B" erhöht aus und Koeffizient "C" wird deutlich kleiner. Die Güte der Anpassung der Exponentialfunktion an die Wärmespur der Schweißnaht kann hierbei über ein geeignetes Maß, wie z. B. über die Summe der Fehlerquadrate (sog. Chi-Quadraffehler), beschrieben werden. Bei erfolgreicher Anpassung weist dieser Kennwert für jedes Kamerabild kleine Zahlenwerte auf. Werden in einem Schweißnahtverlauf bzw. in einer zeitlichen Abfolge von Bildern lokal hohe Chi-Quadratfehler ermittelt, so deutet dies auf lokale Störungen der Wärmespur hin, wie z. B. auf ein Loch im Bauteil.
Um die Zuverlässigkeit der Messung weiter zu erhöhen, kann weiterhin gemäß der oben beschriebenen Messvariante an mehreren Stellen der Schweißnaht senkrecht zur Schweißnaht ein Profilschnitt gemessen und so jeweils die heißeste Stelle der Schweißnaht ermittelt werden. In der Regel sollten die heißesten Stellen der Schweißnaht entlang der Symmetrieachse verlaufen. Bei einer asymmetrischen Schweißung können diese Stellen aber auch um die Symmetrieachse herum verteilt sein. An die auf diese Weise erhaltenen Maxima der Profilschnitte kann dann die Exponentialfunktion angepasst und daraus können die Anpassungskoeffizienten ermittelt werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt zur Bestimmung der Lage einer Grenze zwischen erstarrter Schmelze und flüssigem Schmelzbad zusätzlich ein ortsaufgelöstes Detektieren von Strahlung, die von dem flüssigen Schmelzbad emittiert wird. Hierdurch kann der Profilschnitt in Schweißrichtung vom Bereich der erstarrten in den Bereich der flüssigen Schmelze ausgedehnt werden, wobei am Phasenübergang von flüssig nach fest ein Knick im Helligkeitssignal erkennbar ist. Durch Berechnen des Schnittpunktes einer Ausgleichsgeraden im flüssigen Bereich mit der Exponentialfunktion im erstarrten Bereich kann so das Schmelzbadende detektiert werden. Die Erkennung des Schmelzbadendes kann im vorliegenden Fall für die statische oder dynamische Positionierung des ersten Profilschnitts direkt hinter dem Schmelzbadende verwendet werden.
Die Erfindung ist weiterhin realisiert in einem Verfahren der eingangs genannten Art, umfassend die Schritte: zweidimensional ortsaufgelöstes Detektieren von Strahlung, die von einem flüssigen, eine Bestrahlungsfläche aufweisenden Schmelzbad emittiert wird, Auswerten der detektierten Strahlung zum Auffinden eines Intensitätsminimum-Bereichs des flüssigen Schmelzbads, und Erkennen eines Fehlers an der Schweißnaht anhand der Lage und/oder der Intensität des Intensitätsminimum-Bereichs.
Bei ortsaufgelöster Detektion der im Bereich der kapillarnahen Schmelze des flüssigen Schmelzbads emittierten Strahlung zeigt sich beim Schweißen am Überlappstoß in der Regel ein Intensitätsmaximum-Bereich, der durch die Laser-Bestrahlungsfläche verursacht wird. Innerhalb der Laser-Bestrahlungsfläche kann sich bekanntermaßen ein kleinflächiges Intensitätsminimum befinden, dass die Kapillaröffnung repräsentiert. Unter einem Intensitätsminimum- bzw. Maximumbereich wird ein Bereich verstanden, dessen Strahlungsintensität unter bzw. über der Strahlungsintensität des übrigen flüssigen Schmelzbades liegt. Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich nicht auf das innerhalb der Laserbestrahlungsfläche liegende kleinfächige Intensitätsminimum, sondern auf einen in Bezug auf die Bearbeitungsrichtung hinter dem Intensitätsmaximum-Bereich der Laserbestrahlungsfläche liegenden, vergleichsweise großflächigen Intensitätsminimum-Bereich. Es hat sich gezeigt, dass aus den Eigenschaften dieses Intensitätsminimum-Bereichs auf Schweißfehler geschlossen werden kann.
Bei einer bevorzugten Variante wird zum Erkennen eines Bindefehlers ein Abstand zwischen einer Hinterkante der Bestrahlungsfläche und einer Vorderkante des Intensitätsminimum-Bereichs mit einem Grenzabstand verglichen. Die Erfinder haben erkannt, dass von einer guten Materialverbindung zwischen den Blechen ausgegangen werden kann, wenn sich die Fläche des Intensitätsminimum-Bereichs mit der Laser-Bestrahlungsfläche überschneidet. Löst sich das Intensitätsminimum von der Laser-Bestrahlungsfläche ab, dann deutet dies auf einen Bindefehler hin. Durch eine Auswertung des Abstands einer vorherrschenden Vorderkante des Intensitätsminimum-Bereichs oder einer aus der Form des Intensitätsminimums interpolierten Vorderkante relativ zur Hinterkante der Bestrahlungsfläche kann die Nahtqualität beurteilt werden. Bei einer Überschneidung wird von einer Materialverbindung zwischen den Blechen ausgegangen. Bei einem Abstand, der einen definierbaren Grenzabstand überschreitet, wird ein Bindefehler diagnostiziert. Dieser Grenzabstand wird durch Testschweißungen ermittelt und kann im Einzelfall auch den Wert Null oder negative Werte annehmen, sodass ein Bindefehler sofort mit dem Ablösen des Intensitätsminimums-Bereichs von der Bestrahlungsfläche erkannt wird.
Bei einer ergänzenden oder alternativen Variante wird ein Bindefehler an der Schweißnaht detektiert, wenn der Intensitätsminimum-Bereich nicht aufgefunden wird. Das Intensitätsminimum hinter der Laser-Bestrahlungsfläche ist ein Hinweis auf ein Schmelzbaddefizit aufgrund eines notwendigen Spalts zwischen den Blechen. Dieses Schmelzbaddefizit tritt in Erscheinung, wenn die zunächst getrennten Schmelzen des Ober- und Unterblechs sich hinter der Laser-Bestrahlungsfläche zu einem gemeinsamen Schmelzbad vereinigen. Der Spalt wird in diesem Fall überbrückt und es entsteht eine Materialverbindung zwischen den Blechen. Vereinigen sich die Schmelzen von Ober- und Unterblech jedoch nicht, so ist innerhalb der bekannten Laserbestrahlungsfläche im Wesentlichen das Strahlungsmaximum und ggf. die bekannte Kapillaröffnung während des Schweißens sichtbar. Das Intensitätsminimum hinter der Laser-Bestrahlungsfläche verschwindet dann, was ein Hinweis auf einen Bindefehler ist. In diesem Fall erstarren die einzelnen Schmelzen von Ober- und Unterblech separat und es entsteht der sogenannte "Falsche Freund".
Bei einer weiteren, bevorzugten Variante wird zum Erkennen eines Durchschweißfehlers die Strahlungsintensität des Intensitätsminimum-Bereichs mit einem Referenzwert verglichen. Die Helligkeit des Intensitätsminiums liefert Informationen über die Durchschweißung: Ein dunkles Intensitätsminimum deutet auf ein durchgängiges "Loch" innerhalb des Schmelzbaddefizits und damit auf eine Durchschweißung hin. Ein helleres Intensitätsminimum deutet auf einen geschlossenen Schmelzfilm des Unterblechs bzw. demnach auf eine Anbindung nur durch Einschweißung hin. Die Auswertung der relativen Helligkeit des Intensitätsminimums erfolgt durch Vergleich mit Referenzmessungen oder mit benachbarten Helligkeitswerten der umliegenden Schmelze.
Bei einer besonders vorteilhaften Variante wird das hier beschriebene Verfahren mit dem weiter oben beschriebenen Verfahren kombiniert. Signale, die während des Schweißprozesses an der flüssigen Schmelze aufgenommen werden, liefern eine Fehlervorhersage und können Veränderungen der Schweißnaht, die sich durch Veränderungen der erstarrenden Schmelze beim Abkühlen ergeben, naturgemäß nicht erfassen. Weitergehende Informationen z. B. über Bindefehler werden gewonnen, indem der Bereich der erstarrten Schmelze im direkten Anschluss an die Schweißung beobachtet wird. Mittels der kombinierten Auswertung wird dabei sofort überprüft, ob ein sich in der Überwachung der kapillarnahen Schmelze ankündigender Schweißnahtfehler in der abkühlenden Schweißnaht an derselben Stelle auftritt. Durch die Absicherung der Schweißfehlererkennung über eine kombinierte Auswertung geometrischer Merkmale aus der kapillarnahen, flüssigen Schmelze und thermographischer Daten aus der erstarrten Schmelze wird so eine hohe Zuverlässigkeit der Prozessüberwachung erreicht.
Bei einer besonders bevorzugten Variante wird nach dem Erkennen eines Fehlers an der Schweißnaht in den Schweißprozess eingegriffen, wodurch eine Regelung des Schweißprozesses ermöglicht wird. Hierbei kann Einfluss auf Schweißparameter wie Schweißgeschwindigkeit, Strahlungsintensität, Spannkräfte etc. genommen werden, um die Qualität der Schweißung zu verbessern.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante wird zum ortsaufgelösten Detektieren der Strahlung ein ortsauflösender Detektor für sichtbare Strahlung, nahes-, mittleres- oder fernes Infrarot eingesetzt. Vorzugsweise wird u. a. eine CCD-, CMOS-, Diodenarray-, oder InGaAs-Thermo-Kamera oder eine Quotientenpyrometrie-Messapparatur oder eine Kombination unterschiedlicher Detektortypen eingesetzt. Die letztgenannte Temperaturmessvorrichtung ermittelt ortsaufgelöst die Temperatur im überwachten Bereich durch die gleichzeitige Messung der emittierten Strahlung bei zwei verschiedenen Wellenlängen. Für die Erkennung von Bindefehlern oder Durchschweißfehlern können wie oben dargestellt zwei Detektionsbereiche der Prozesszone herangezogen werden: der Bereich der kapillarnahen, flüssigen Schmelze und der Bereich der erstarrten Schmelze. Bei einer koaxialen Anordnung der jeweiligen Mess-Apparatur zum Laserstrahl können der Bereich der kapillarnahen Schmelze und der Bereich der erstarrten Schmelze mit einer gemeinsamen Kamera überwacht werden. Alternativ kann der Bereich der erstarrten Schmelze mit einer unter einem Winkel zum Laserstrahl angeordneten Kamera erfasst werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Variante wird die emittierte Strahlung in einem Wellenlängenbereich im nahen Infrarot, bevorzugt zwischen 1 μm und 2 μm, zweidimensional ortsaufgelöst detektiert. Dieser Bereich ist besonders geeignet, die Wärmestrahlung der erstarrten Schmelze zu erfassen. Strahlung in diesem Wellenlängenbereich kann gleichzeitig auch zur Beobachtung der flüssigen Schmelze herangezogen werden. Es versteht sich, dass insbesondere zur Auswertung der Geometrie des flüssigen Schmelzbades zusätzlich oder alternativ auch Strahlung in anderen Wellenlängenbereichen, z. B. im sichtbaren Bereich, ortsaufgelöst detektiert werden kann.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Es zeigen:
1a–c eine schematische Darstellung eines flüssigen Schmelzbads während eines Schweißprozesses mit einem Bearbeitungsbereich (1a) und einem zusätzlichen Intensitätsminimum-Bereich (1b, c),
2 eine schematische Darstellung des flüssigen Schmelzbads von 1c mit einer sich anschließenden, erstarrten Schmelze und zwei Detektionsbereichen,
3 eine schematische Darstellung des flüssigen Schmelzbads von 1c und einer sich anschließenden, erstarrten Schmelze mit zwei senkrecht zur Schweißnaht verlaufenden Profilschnitten,
4a, b schematische Darstellungen der Intensitätsverteilungen der detektierten Strahlung entlang der Profilschnitten von 3,
5 eine schematische Darstellung des flüssigen Schmelzbads von 1c mit einem auf der Symmetrieachse der Schweißnaht verlaufenden Profilschnitt, und
6 eine schematische Darstellung der Intensitätsverteilung der detektierten Strahlung in dem Profilschnitt von 5.
1a zeigt ein flüssiges Schmelzbad 1, das z. B. beim Laserschweißen verzinkter Bleche am Überlappstoß um eine Bestrahlungsfläche 2 herum entsteht, an der sich eine Dampfkapillare ausbildet. Die Bestrahlungsfläche 2 wird während des Schweißprozesses in einer Schweißrichtung R, welche der X-Richtung eines XY-Koordinatensystems entspricht, mit konstanter Geschwindigkeit über die (nicht gezeigten) zu verschweißenden Bleche bewegt. An das flüssige Schmelzbad 1 schließt sich entgegen der Schweißrichtung R eine erstarrte Schmelze 3 an, welche eine Schweißnaht 4 bildet.
Beim Laserschweißen von verzinkten Blechen am Überlappstoß kann es zu Bindefehlern zwischen den Blechen kommen, bei denen die Schweißnaht 4 von außen betrachtet fehlerfrei aussieht, obwohl zwischen den Blechen keine Anbindung besteht. Um einen solchen Bindefehler oder weitere Fehler in der Schweißnaht 4 zu erkennen, wird wie in 2 gezeigt, in einem ersten Detektionsbereich 5, welcher einen Ausschnitt des Schmelzbads 1 mit der Bestrahlungsfläche 2 enthält, mit einer Kamera im Wesentlichen koaxial zum (nicht gezeigten) Laserstrahl ein zweidimensionales Bild der emittierten Strahlung aufgenommen. Die in dem ersten Detektionsbereich 5 gemessene Strahlungsintensität weist einen Intensitätsmaximum-Bereich innerhalb der Bestrahlungsfläche 2 auf, d. h. die Strahlungsintensität ist dort höher als im umgebenden flüssigen Schmelzbad 1.
Beim Schweißen am Überlappstoß bildet sich in der Regel hinter der Bestrahlungsfläche 2 ein an diese angrenzender Intensitätsminimum-Bereich 6 aus, wie er in 1b gezeigt ist und durch die ortsaufgelöste Messung leicht aufzufinden ist. Der Intensitätsminimum-Bereich 6 hinter der Laser-Bestrahlungsfläche 2 ist ein Hinweis auf ein Schmelzbaddefizit aufgrund eines Spalts zwischen den Blechen. Dieses Schmelzbaddefizit tritt in Erscheinung, wenn die Schmelzen des Ober- und Unterblechs sich hinter der Laser-Bestrahlungsfläche 2 vereinigen. Der Spalt wird dann überbrückt und es entsteht eine Materialverbindung zwischen den Blechen. Vereinigen sich die Schmelzen von Ober- und Unterblech jedoch nicht, so ist im Wesentlichen nur die Bestrahlungsfläche 2 mit dem Strahlungsmaximum und ggf. die Kapillaröffnung während des Schweißprozesses sichtbar und der Intensitätsminimum-Bereich 6 hinter der Laser-Bestrahlungsfläche 2 verschwindet, wie in 1a gezeigt. Ist dies der Fall, so ist davon auszugehen, dass ein Bindefehler an der Schweißnaht 4 vorliegt.
Die Erfinder haben weiterhin erkannt, dass von einer guten Materialverbindung zwischen den Blechen ausgegangen werden kann, wenn sich der Intensitätsminimum-Bereich 6 mit der Laser-Bestrahlungsfläche 2 überschneidet, wie in 1b gezeigt. Löst sich der Intensitätsminimum-Bereich 6 hingegen von der Laser-Bestrahlungsfläche 2 ab, wie in 1c gezeigt, dann deutet dies auf einen Bindefehler hin. Durch eine Auswertung des Abstands d einer vorherrschenden Vorderkante 7 oder einer aus der Form des Intensitätsminimums interpolierten Vorderkante 7 des Intensitätsminimum-Bereichs 6 relativ zur Hinterkante 8 der Bestrahlungsfläche 2 kann die die Qualität der Schweißnaht 4 beurteilt werden. Bei einem Abstand d, der einen definierbaren, durch Testschweißungen ermittelten Grenzabstand überschreitet, wird ein Bindefehler diagnostiziert.
Neben der Erkennung von Bindefehlern kann das in dem ersten Detektionsbereich 5 erfasste Bild auch zum Detektieren von Durchschweißfehlern verwendet werden, und zwar indem die Strahlungsintensität in dem Intensitätsminimum-Bereich 6 mit einem bei Referenzmessungen bestimmten Referenzwert verglichen wird. Dazu wird vorzugsweise die relative Helligkeit des Intensitätsminimums im Zentrum des Intensitätsminimum-Bereichs 6 im Bezug zur umgebenden Schmelze oder im Bezug zu einem festen Wert als Kenngröße bestimmt. Ein dunkles, d. h. weniger strahlungsintensives Intensitätsminimum deutet auf ein durchgängiges "Loch" bzw. eine Kapillare und damit auf eine Durchschweißung hin. Ein helleres, d. h. strahlungsintensiveres Intensitätsminimum deutet auf einen geschlossenen Schmelzfilm des Unterblechs bzw. demnach auf eine Anbindung im Fall einer Einschweißung in das Unterblech hin.
Insgesamt können durch die Beobachtung des Schmelzbades 1 im ersten Detektionsbereich 5 sowohl Bindungs- als auch Durchschweißfehler detektiert werden. Die im flüssigen Schmelzbad 1 während des Schweißprozesses aufgenommenen Signale liefern eine Fehlervorhersage und können Veränderungen der Schweißnaht 4, die sich durch Veränderungen der erstarrten Schmelze 3 beim Abkühlen ergeben, naturgemäß nicht erfassen. Daher kann zusätzlich oder alternativ zur oben beschriebenen Auswertung der vom Schmelzbad 1 emittierten Strahlung in einem zweiten, in 2 gezeigten Detektionsbereich 9 die von der erstarrten Schmelze 3 emittierte Strahlung zweidimensional ortsaufgelöst detektiert werden, um einen oder mehrere Kennwerte für die Wärmeabfuhr in der erstarrten Schmelze 3 zu ermitteln. Durch Vergleich des Kennwerts mit einem Referenzwert können nachfolgend Fehler in der Schweißnaht 3 ermittelt werden.
Zwei mögliche Varianten zur Messung und Auswertung der örtlichen bzw. zeitlichen Wärmeabfuhr in das Bauteil sind nachfolgend beispielhaft erläutert, wobei in beiden Fällen Profilschnitte, d. h. eindimensionale Schnitte in der zweidimensionalen Strahlungsverteilung der im zweiten Detektionsbereich 9 detektierten Strahlung ausgewertet werden. Durch die Beschränkung der Auswertung der gemessenen Strahlung auf einen oder mehrere Profilschnitte kann diese gegenüber einer Auswertung der gesamten zweidimensionalen Verteilung zur Detektion von Schweißnaht-Fehlern beschleunigt durchgeführt werden, sodass die Detektion in Echtzeit erfolgen kann.
Zur Erläuterung der ersten Variante ist in 3 die Position von zwei Profilschnitten 10, 11 in der erstarrten Schmelze 3 der Schweißnaht 4 gezeigt. Die Profilschnitte 10, 11 verlaufen in einem Abstand von 4,5 mm voneinander senkrecht zur Schweißnaht 4, d. h. in Y-Richtung eines XY-Koordinatensystems, wobei der erste Profilschnitt 10 verhältnismäßig weit entfernt von dem Schmelzbad 1 und der zweite Profilschnitt 11 fast unmittelbar hinter dem Schmelzbad 1 verläuft. In 4a und 4b sind die zugehörigen Intensitätsverteilungen der jeweils detektierten Strahlung 12, 13 entlang der Profilschnitte 10, 11 aufgetragen. Die Strahlungsintensität ist jeweils um ein Maximum 14, 15 herum im Wesentlichen gaußverteilt, wobei die Halbwertsbreiten der Verteilungen durch Doppelpfeile dargestellt sind. Zur Bestimmung eines Kennwerts für die Wärmeabfuhr zwischen den Profilschnitten 10, 11 kann ein Quotient aus den Maxima 14, 15 der Intensitätsverteilungen 14, 15 gebildet werden. Für die Bestimmung des Kennwerts ist es jedoch in der Regel günstiger, wenn der Quotient aus den Profilhöhen 16, 17, d. h. den Differenzen zwischen den Maxima 14, 15 und in Y-Richtung leicht ansteigenden Intensitätskurven der Hintergrundstrahlung 18, 19 bestimmt wird. Die Intensitätskurven der Hintergrundstrahlung 18, 19 werden hierbei ermittelt, indem der Verlauf der Intensitätsverteilungen 12, 13 der gesamten Strahlung bis zu den Rändern der Gauss-Verteilung verfolgt und diese durch eine Gerade verbunden werden. Hierdurch ist sichergestellt, dass auch der durch den geringfügigen Anstieg der Intensitätskurven in Y-Richtung entstehende Anteil der Hintergrundstrahlung 18, 19 für die Bestimmung des Kennwerts nicht berücksichtigt wird.
Zur Ermittlung eines Bindefehlers wird der Quotient mit einem Referenzwert verglichen. Bei vollständiger Bindung zwischen den Blechen verläuft die Wärmeabfuhr in das Bauteil vergleichsweise rasch. Ein Bindefehler zwischen den Blechen bewirkt einen langsameren Wärmefluss in das Bauteil, sodass auf einen solchen Fehler geschlossen werden kann, wenn der berechnete Quotient den Referenzwert über- bzw. der Kehrwert des Quotienten den Referenzwert unterschreitet. Der Referenzwert ist anwendungsspezifisch und wird experimentell ermittelt.
Als alternatives oder wahlweise zusätzliches Merkmal kann die Halbwertsbreite der Profilschnitte ausgewertet werden. Die Halbwertsbreite des zweiten Profilschnitts 12 ist naturgemäß aufgrund der seitlichen Wärmeabfuhr in das Bauteil im Vergleich zum ersten Profilschnitt 11 deutlich breiter. Die Auswertung der Halbwertsbreite erfolgt vorzugsweise wie zuvor beschriebene mittels Quotientenbildung und kann ebenfalls als Beurteilungsmerkmal herangezogen werden.
Aus einer auftretenden Asymmetrie der Intensitätsverläufe 12, 13, die auf eine asymmetrische Wärmeabfuhr in das Bauteil deutet, können darüber hinaus weitere Aussagen über das Schweißnahtergebnis gewonnen werden. Anhand einer asymmetrischen Wärmeabfuhr wird unter Voraussetzung gleicher Blechstärke und – art beim Schweißen einer I-Naht am Stumpfstoß eine fehlerhafte laterale Nahtpositionierung sichtbar. Dieser Fall kann beispielsweise bei Anwendnungen im Blechschweißen wie beim Tailored-Blank-, Profil- und Rohr-längs- und -querschweißen auftreten.
Außerdem ist die Erkennung der Durchschweißung mit obigem Verfahren möglich: Da bei der Durchschweißung ein Teil der Laserenergie auf der Unterseite des Bauteils abgestrahlt und nicht mehr ins Bauteil eingebracht wird, bleibt beim Durchschweißen die Abkühlrate der Schweißnaht 4 in ihrem Verlauf in der X-Richtung ab einer bestimmten Laserleistung konstant, was ebenfalls wie oben beschrieben detektiert werden kann. Es versteht sich, dass das Strahlungsbild im zweiten Detektionsbereich 9 auch an mehr als nur zwei Profilschnitten ausgewertet werden kann. In diesem Fall wird zwischen jeweils benachbarten und/oder weiter voneinander entfernten Profilschnitten ein Quotient bestimmt, der mit einem Referenzwert verglichen wird, wobei aus mehreren dieser Vergleiche auf einen Fehler der Schweißnaht 4 geschlossen wird.
Bei der zweiten Mess- und Auswertevariante, welche anhand von 5 erläutert wird, wird ein einziger Profilschnitt 20 entlang einer Symmetrieachse 21 der Schweißnaht 4 ausgewertet. Ein Intensitätsverlauf der in X-Richtung detektierten Strahlung 22a, 22b ist in 6 dargestellt.
Die Intensität I entlang des Profilschnitts 20, welche der Pixelhelligkeit eines mit einer Kamera aufgenommenen Bildes entspricht, hat einen charakteristischen Verlauf, der mit einem mathematischen Modell, beispielsweise einer Exponentialfunktion I = B·exp(C·X) – A (1)beschrieben werden kann. Im vorliegenden Fall sind die Anpassungskoeffizienten "B" und "C" Merkmale für den Wärmetransport in das Werkstück und A gibt den Anteil der Hintergrundstrahlung wieder. Beim Auftreten eines Bindefehlers fällt Koeffizient "B" erhöht aus und Koeffizient "C" wird deutlich kleiner. Die Güte der Anpassung der Exponentialfunktion aus Gl. (1) an die Intensitätsverteilung der entlang der Symmetrieachse 21 der Schweißnaht 4 in der erstarrten Schmelze 3 detektierten Strahlung 22a wird über die Summe der Fehlerquadrate in Form des Chi-Quadratfehlers beschrieben. Bei erfolgreicher Anpassung weist dieser Kennwert für jedes Kamerabild kleine Zahlenwerte auf. Werden in einem Schweißnahtverlauf bzw. in der Bildsequenz lokal hohe Chi-Quadratfehler ermittelt, so deutet dies auf lokale Störungen der Wärmespur hin, wie z. B. auf ein Loch im Bauteil.
Um die Zuverlässigkeit der Messung weiter zu erhöhen, kann weiterhin gemäß der oben im Zusammenhang mit 3 und 4 beschriebenen Messvariante an mehreren Stellen der Schweißnaht 4 senkrecht zu dieser ein Profilschnitt gemessen und so jeweils die heißeste Stelle der Schweißnaht 4 ermittelt werden. An die auf diese Weise erhaltenen Messwerte kann dann die Exponentialfunktion aus Gl. (1) angepasst und die Anpassungskoeffizienten können entsprechend ermittelt werden.
Im vorliegenden Fall ist der Profilschnitt 20 entlang der Symmetrieachse 21 der Schweißnaht 4 nicht auf den Bereich der erstarrten Schmelze 3 beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf den Bereich des flüssigen Schmelzbads 1, was eine Ausweitung des zweiten Detektionsbereichs 9 von 2 erfordert. Die Intensität der im Bereich der flüssigen Schmelze 1 detektierten Strahlung 22b verläuft näherungsweise konstant, sodass der Phasenübergang von flüssig nach fest an einer Grenze 23 durch einen Knick im Helligkeitssignal aufgrund eines Sprungs des spektralen Emissionsgrads erkennbar ist. Durch Berechnen des Schnittpunktes einer Ausgleichsgeraden der Intensität der im flüssigen Bereich detektierten Strahlung 22b mit der die Intensität der detektierten Strahlung 22a im erstarrten Bereich charakterisierenden Exponentialfunktion aus Gl. (1) kann somit die Grenze 23 und damit das Ende des Schmelzbads 1 detektiert werden.
Es versteht sich, dass bevorzugt eine Auswertung sowohl des ersten Detektionsbereichs 5 und des zweiten Detektionsbereichs 9 auf die oben beschriebene Weise durchgeführt wird. Mittels der kombinierten Auswertung wird dabei sofort überprüft, ob ein sich in der Überwachung des kapillarnahen Schmelzbads 1 ankündigender Schweißnahtfehler in der abkühlenden Schweißnaht 4 an derselben Stelle auftritt. Durch die Absicherung der Schweißfehlererkennung über eine kombinierte Auswertung geometrischer Merkmale aus dem kapillarnahen Schmelzbad 1 und thermographischer Daten aus der erstarrten Schmelze 3 wird so eine hohe Zuverlässigkeit der Prozessüberwachung erreicht. Auch eine direkte Regelung des Schweißprozesses zur Qualitätssteigerung kann anhand der erhaltenen Messwerte durch Eingriffe in den Schweißprozess, z. B. durch Variation der Strahlstärke oder der Schweißgeschwindigkeit, oder Eingriffe in die Systemtechnik wie Nachführung von Spannkräften vorgenommen werden.
Zur zweidimensional ortsaufgelösten Detektion der emittierten Strahlung können ortsauflösende Detektoren für den sichtbaren oder nahen- bis fernen Infrarotbereich eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind der Einsatz von CCD-oder CMOS-Kameras, Photodiodenarrays oder insbesondere einer InGaAs-Thermo-Kamera oder einer Quotientenpyrometrie-Messapparatur, wobei diese hierbei zur Detektion von Strahlung im Bereich des nahen Infrarots (vorzugsweise zwischen 1 μm und 2 μm) ausgelegt sind. Einsetzbar ist ebenfalls eine Kombination unterschiedlicher Detektorarten. Bei einer koaxialen Anordnung zum Laserstrahl können sowohl der erste als auch der zweite Detektionsbereich 5, 9 mit einer gemeinsamen Messapparatur überwacht werden. Alternativ kann der zweite Detektionsbereich 9 zur Überwachung der erstarrten Schmelze 3 mit einer unter einem Winkel zum Laserstrahl angeordneten ersten Kamera erfasst werden, während der erste Detektionsbereich 1 mit einer zweiten, koaxial zum Laserstrahl ausgerichteten Kamera erfasst wird.
Obgleich die oben beschriebenen Verfahren im Zusammenhang mit einem Schweißprozess am Überlappstoß von verzinkten Blechen dargestellt wurden, versteht es sich, dass diese auch bei anderen Schweißprozessen vorteilhaft angewendet werden können, um Schweißfehler, insbesondere Bindefehler, Ein- bzw. Durchschweißfehler, lateralen Nahtversatz oder lokale Fehlstellen wie Löcher in der Schweißnaht zu erkennen.

Claims

Verfahren zum Erkennen von Fehlern an einer Schweißnaht (4) während eines Laser-Schweißprozesses, insbesondere von Bindefehlern und/oder Durchschweißfehlern am Überlappstoß von verzinkten Blechen, umfassend die Schritte: zweidimensional ortsaufgelöstes Detektieren von Strahlung, die von einer sich an ein flüssiges Schmelzbad (1) anschließenden, erstarrten Schmelze (3) emittiert wird, Bestimmen mindestens eines Kennwerts für die Wärmeabfuhr in der erstarrten Schmelze (3) durch Auswerten der detektierten Strahlung (12, 13, 22a) entlang zumindest eines Profilschnitts (10, 11, 20) der erstarrten Schmelze (3), und Erkennen eines Fehlers an der Schweißnaht (4) durch Vergleichen des mindestens einen Kennwerts mit mindestens einem Referenzwert.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zum Bestimmen des Kennwerts nur ein Intensitätsanteil der detektierten Strahlung (12, 13, 22a) berücksichtigt wird, der nicht von der Hintergrundstrahlung (18, 19) verursacht ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die detektierte Strahlung (12, 13) entlang von zumindest zwei voneinander beabstandeten, senkrecht oder annähernd senkrecht zur Schweißnaht (4) verlaufenden Profilschnitten (10, 11) ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Kennwert aus den Intensitätsmaxima (14, 15) oder den Profilhöhen (16, 17) und/oder den Halbwertsbreiten der senkrecht zur Schweißnaht (4) verlaufenden Profilschnitte (10, 11) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die detektierte Strahlung (22a) entlang eines parallel oder annähernd parallel zur Schweißrichtung (R), bevorzugt auf einer Symmetrieachse (21) der Schweißnaht (4) verlaufenden Profilschnitts (20) ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der Kennwert bestimmt wird, indem der Verlauf der Intensität der detektierten Strahlung (22a), der Verlauf der Intensitätsmaxima (14, 15) oder der Verlauf der Profilhöhen (16, 17) entlang der Schweißnaht (4) mit einem berechneten Verlauf beschrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der berechnete Verlauf eine Exponentialfunktion ist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Güte der analytischen Anpassung des berechneten Verlaufs an den gemessenen Verlauf zur Erkennung von lokalen Fehlstellen ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die lokalen Fehlstellen Löcher in der Schweißnaht (4) sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem zur Bestimmung der Lage einer Grenze (23) zwischen erstarrter Schmelze (3) und flüssigem Schmelzbad (1) zusätzlich ein ortsaufgelöstes Detektieren von Strahlung (22b) erfolgt, die von dem flüssigen Schmelzbad (1) emittiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Asymmetrie der Profilschnitte (10, 11) als Kennwert bestimmt wird.
Verfahren zum Erkennen von Fehlern an einer Schweißnaht (4) während eines Laser-Schweißprozesses, insbesondere von Bindefehlern und/oder Durchschweißfehlern am Überlappstoß von verzinkten Blechen, umfassend die Schritte: zweidimensional ortsaufgelöstes Detektieren von Strahlung, die von einem flüssigen, eine Bestrahlungsfläche (2) aufweisenden Schmelzbad (1) emittiert wird, Auswerten der detektierten Strahlung zum Auffinden eines Intensitätsminimum-Bereichs (6) des flüssigen Schmelzbads (1), und Erkennen eines Fehlers an der Schweißnaht (4) anhand der Lage und/oder der Intensität des Intensitätsminimum-Bereichs (6).
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem zum Erkennen eines Bindefehlers ein Abstand (d) zwischen einer Hinterkante (8) der Bestrahlungsfläche (2) und einer Vorderkante (7) des Intensitätsminimum-Bereichs (6) mit einem Grenzabstand verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem ein Bindefehler an der Schweißnaht (4) detektiert wird, wenn der Intensitätsminimum-Bereich nicht aufgefunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem zum Erkennen eines Durchschweißfehlers die Strahlungsintensität des Intensitätsminimum-Bereichs (6) mit einem Referenzwert verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem nach dem Erkennen eines Fehlers an der Schweißnaht (4) in den Schweißprozess regelnd eingegriffen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum ortsaufgelösten Detektieren der Strahlung eine CCD-Kamera, eine CMOS-Kamera, Photodiodenarrays, eine InGaAs-Thermo-Kamera oder eine Quotientenpyrometrie-Messapparatur eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die emittierte Strahlung in einem Wellenlängenbereich im nahen Infrarot zweidimensional ortsaufgelöst detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Wellenlängenbereich zwischen 1 μm und 2 μm liegt.