DE102020210988A1

DE102020210988A1 - Laser-Hybrid-Schweißverfahren und Laser-Hybrid-Schweißgerät zur Verschweißung von Werkstücken

Info

Publication number: DE102020210988A1
Application number: DE102020210988.5A
Authority: DE
Inventors: Manfred Rührnössl; Markus Schorn; Herbert Staufer
Original assignee: Fronius International GmbH
Current assignee: Fronius International GmbH
Priority date: 2020-08-31
Filing date: 2020-08-31
Publication date: 2022-03-03

Abstract

Laser-Hybrid-Schweißgerät (1) zur Verschweißung von zwei zu verschweißenden Werkstücken (W1, W2) in einem Laser-Hybrid-Schweißprozess, wobei das Schweißgerät (1) einen beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopf (2) aufweist, der mindestens eine Schweißdrahtelektrode (4) zum Zünden mindestens eines Lichtbogens (LB) zwischen der mindestens einen Schweißdrahtelektrode (4) und einer an einer Vorderseite einer herzustellenden Schweißnaht (SN) gelegenen Schweißstelle und eine Laserstrahlquelle (5) zum Erzeugen eines Laserstrahls (LS) aufweist, der auf die Schweißstelle gerichtet wird; mindestens eine starr mit dem Laser-Hybrid-Schweißkopf (2) verbundene Kamera (9A; 9B), welche ein Profil einer an der Rückseite der herzustellenden Schweißnaht (SN) entstehenden Schweißnahtwurzel (SNW) optisch und/oder thermisch erfasst und eine Regelungseinheit (8), welche in Echtzeit einerseits die Position des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes (2) in Abhängigkeit von dem optisch und/oder thermisch erfassten Profil und/oder Positionsverlaufs der Schweißnahtwurzel (SNW) während des Laser-Hybrid-Schweißprozesses automatisch in z-Richtung regelt, als auch andererseits die Drahtvorschubgeschwindigkeit, VD, der Schweißdrahtelektrode (4) regelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Laser-Hybrid-Schweißgerät zur Verschweißung von Werkstücken in einem Laser-Hybrid-Schweißverfahren, wobei ein beweglicher Laser-Hybrid-Schweißkopf durch eine Regelungseinheit geregelt wird.
Beim Laser-Hybrid-Schweißverfahren erfolgt die Verschweißung von Werkstücken mithilfe eines Laser-Hybrid-Schweißkopfes. Dieser verfügt über mindestens einen Schweißbrenner mit einer Schweißdrahtelektrode zum Zünden eines Lichtbogens zwischen einer Schweißstelle und der mindestens einen Schweißdrahtelektrode. Ferner ist es auch möglich, dass ein Schweißbrenner mit zwei Drahtelektroden ausgeführt wird. Darüber hinaus verfügt der Laser-Hybrid-Schweißkopf über eine Laserstrahlquelle zur Erzeugung eines Laserstrahls, welcher ebenfalls auf die Schweißstelle gerichtet wird. Der Laser-Hybrid-Schweißkopf wird während des Schweißprozesses entlang eines Fügespaltes zwischen zwei zu verschweißenden Werkstücken zur Herstellung einer Schweißnaht bewegt. In vielen Anwendungsfällen ist es notwendig, zwei Werkstücke in einem T-Stoß miteinander zu verschweißen. Hierbei kann ein vertikal ausgerichtetes Werkstück W1 mit einem horizontal ausgerichteten Werkstück W2 verschweißt werden und es wird eine Kehl-Schweißnaht hergestellt. Hierzu wird der bewegliche Laser-Hybrid-Schweißkopf von einer Seite an den Fügespalt herangeführt und der Lichtbogen zwischen der Schweißstelle und der Schweißdrahtelektrode des Schweißbrenners des Laser-Hybrid-Schweißkopfes gezündet. Ferner wird durch die Laserstrahlquelle der Laserstrahl auf die Schweißstelle gerichtet.
Bei einem derartigen einseitigen Kehlnaht-Schweißen kann es allerdings vorkommen, dass die Position der hergestellten Schweißnaht fehlerhaft ist und nicht exakt entlang des Fügespaltes verläuft, da der Laser-Hybrid-Schweißkopf in z-Richtung zu hoch oder zu tief positioniert ist. Insbesondere durch die einseitige Einbringung thermischer Energie kann es während des Schweißprozesses zu einem Verzug der Bauteile bzw. der Werkstücke W1 und W2 kommen. Trotz Verwendung geeigneter Spannvorrichtungen kann dies im Bereich des Fügespalts zu minimalen Änderungen der Maßhaltigkeit führen. Insbesondere die Form- und Lagetoleranzen können zumindest lokal, durch den thermischen Einfluss, abweichen bzw. nicht immer eingehalten werden. Folglich kann zumindest auch lokal die Höhe des Fügespalts variieren bzw. die Position des Fügespalts lokal abweichen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Laser-Hybrid-Schweißverfahren und ein entsprechendes Laser-Hybrid-Schweißgerät zu schaffen, mit der eine vollständige Durchschweißung mittels einer Schweißnaht zuverlässig erreicht wird.
Unter Durchschweißung versteht man ein vollflächiges, über ein erstarrtes Schweißbad angebundenes erstes Werkstück an ein zweites Werkstück. Insbesondere beim Kehlnahtschweißen sollte ein erstes Werkstück der beiden Werkstücke zumindest eine Seitenfläche aufweisen, welche während des Schweißprozesses zumindest oberflächlich vollständig auf- bzw. angeschmolzen wird und nach dem Schweißprozess vollständig im erstarrten Schmelzbad stoffschlüssig verbunden ist und somit mit dem zweiten Werkstück vollflächig verbunden ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Laser-Hybrid-Schweißverfahren zum Verschweißen von Werkstücken mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Die Erfindung schafft demnach ein Laser-Hybrid-Schweißverfahren zum Verschweißen von Werkstücken entlang eines Fügespaltes zur Herstellung einer Schweißnaht, innerhalb eines Schweißprozesses mittels mindestens eines Lichtbogens, der zwischen mindestens einer Schweißdrahtelektrode eines beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes und einer an einer Vorderseite der herzustellenden Schweißnaht gelegenen Schweißstelle gezündet wird, wobei ein Laserstrahl auf die Schweißstelle gerichtet wird, wobei eine an einer Rückseite der herzustellenden Schweißnaht entstehende Schweißnahtwurzel durch mindestens eine mit dem Laser-Hybrid-Schweißkopf starr verbundene Kamera optisch erfasst wird und die Position des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes durch eine Regelungseinheit in Abhängigkeit von einem über die Kamera optisch erfassten Profil der Schweißnahtwurzel automatisch in Echtzeit geregelt wird.
Das erfindungsgemäße Laser-Hybrid-Schweißverfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung einer Schweißkehlnaht bzw. einer Schweißnaht an einem T-Stoß. Vorzugsweise werden Stähle bzw. Aluminium und deren Legierungen verschweißt, wobei Materialdicken im Bereich von 0,5 mm bis 30 mm vorzugsweise zwischen 2 mm bis 20 mm und besonders bevorzugt zwischen 4 mm bis 12 mm zum Einsatz kommen.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißverfahrens werden die beiden zu verschweißenden Werkstücke in einem T-Stoß entlang des Fügespaltes zur Herstellung einer Kehl-Schweißnaht mittels mindestens eines gezündeten Lichtbogens sowie mittels eines Laserstrahls verschweißt. Typische Fügespalte für derartige Prozesse liegen zwischen 0 mm bis 5 mm, bevorzugt zwischen 0 mm bis 2 mm.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißverfahrens erzeugt mindestens eine auf die Rückseite der herzustellenden Schweißnaht auf den zwischen den beiden zu verschweißenden Werkstücken bestehenden Fügespalt gerichtete Kamera Kamerabilder, welche durch eine Bildauswerteeinheit ausgewertet werden, um ein Profil und/oder einen Positionsverlauf der Schweißnahtwurzel thermisch oder optisch zu erfassen.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißverfahrens bildet das durch die Bildauswerteeinheit erfasste Profil und/oder der Positionsverlauf der Schweißnahtwurzel ein Kriterium für die gleichmäßige und vollständige Durchschweißung der beiden zu verschweißenden Werkstücke an einem T-Stoß mittels der gebildeten Kehl-Schweißnaht.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißverfahrens wird die Position oder eine Lage des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes durch einen Regler der Regelungseinheit in Abhängigkeit des optisch erfassten Profils und/oder in Abhängigkeit des Positionsverlaufs der Schweißnahtwurzel während des Schweißprozesses automatisch geregelt.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißverfahrens wird ein Stegblech als erstes Werkstück, welches vertikal ausgerichtet ist, mit einem Gurtblech als zweites Werkstück, welches horizontal ausgerichtet ist, in einem T-Stoß entlang eines Fügespaltes einseitig von einer Vorderseite aus durch mindestens einen zwischen der mindestens einen Schweißdrahtelektrode des Laser-Hybrid-Schweißkopfes und der Schweißstelle gezündeten Lichtbogen sowie mittels eines Laserstrahls miteinander zur Herstellung einer Kehl-Schweißnaht verschweißt, wobei sich an der Rückseite des Fügespaltes eine Schweißnahtwurzel der Kehl-Schweißnaht ausbildet, die ein Kriterium für die gleichmäßige und vollständige Durchschweißung der beiden zu verschweißenden Werkstücke bildet, wobei in Abhängigkeit von dem Profil der Schweißnahtwurzel eine z-Position des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes relativ zu dem Fügespalt automatisch durch den Regler der Regelungseinheit in vertikaler Richtung höhengeregelt wird.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißverfahrens erzeugen der zwischen der mindestens einen Schweißdrahtelektrode des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes und der an der Vorderseite der herzustellenden Schweißnaht gelegenen Schweißstelle bestehende mindestens eine Lichtbogen sowie der Laserstrahl ein Schmelzbad zwischen den beiden zu verschweißenden Werkstücken entlang des bestehenden Fügespaltes, wobei das Schmelzbad die auf der Rückseite der herzustellenden Schweißnaht gelegene Schweißnahtwurzel bildet.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißverfahrens erfasst eine erste Kamera ein Profil des flüssigen Schmelzbades, welches während des Schweißprozesses an der Rückseite der herzustellenden Schweißnaht eine Schweißnahtwurzel ausbildet, vor dessen Erstarrung optisch oder thermisch und liefert entsprechende Kamerabilder an eine Bildauswerteeinheit.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißverfahrens erfasst eine weitere Kamera das Profil und/oder den Positionsverlauf der an der Rückseite gebildeten Schweißnahtwurzel nach Erstarrung des Schmelzbades zeitlich versetzt zu der ersten Kamera optisch und/oder thermisch und liefert entsprechende Kamerabilder an eine Bildauswerteeinheit. Die beiden Kameras sind starr mit dem Laser-Hybrid-Schweißkopf verbunden und bewegen sich während des Schweißprozesses mit dem Laser-Hybrid-Schweißkopf mit. Die beiden Kameras nehmen zeitversetzt oder gleichzeitig Bilder auf, wobei die beiden Kameras in der Regel gleichzeitig auf unterschiedliche Positionen der Werkstücke W1 und/oder W2 bzw. des Fügespalts, des Schmelzbads oder der erstarrten Schmelze (Schmelzgut) gerichtet bzw. fokussiert sind.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißverfahrens werden die von den mindestens zwei Kameras gelieferten Kamerabilder ausgewertet und miteinander verglichen, wobei eine Drahtvorschubgeschwindigkeit der mindestens einen Schweißdrahtelektrode des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes und/oder eine z-Position des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes durch die Regelungseinheit automatisch in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses geregelt bzw. nachjustiert wird.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißverfahrens werden die von der mindestens einen Kamera erzeugten Kamerabilder in einem Datenspeicher gespeichert. Die Daten können im Schweißgerät selbst gespeichert werden oder in einem externen Speicher oder aber auch in einer Cloud. Ferner kann das Schweißsystem zumindest teilweise mit einem Netzwerk oder einer Cloud verbunden sein. Zusätzlich kann zumindest eine teilweise Synchronisierung zwischen dem internen Datenspeicher und einem externen Datenspeicher oder einem Netzwerk oder einer Cloud erfolgen.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißverfahrens wird ein künstliches neuronales Netzwerk mit den gespeicherten Kamerabildern der sich an der Rückseite des Fügespaltes bildenden Schweißnahtwurzel in einer Lernphase trainiert und vorbereitet. Die Auswertung der Kamerabilder stellt eine besondere Herausforderung an das lernende System, sowohl in der Trainingsphase, als auch in der späteren Produktionsphase dar. Solche Herausforderungen können durch unterschiedlichste für das freie Auge sichtbare, aber auch unsichtbare Abweichungen der Oberfläche erfolgen. Hierbei können eine bereits vorhandene Schweißnaht, eine vorangegangene lokale oder globale Wärmebehandlung, Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche wie beispielsweise Poren, Einschlüsse, Lunker, Schlacke-Reste, eine durch Wärmebehandlung gezielt erzeugte Oxidschicht an der Oberfläche, aber auch eine vorhergehende Einbringung von beispielsweise Stickstoff oder Kohlenstoff in die Oberfläche, wie sie beispielsweise bei Oberflächenprozessen wie Nitrieren, Karbonitrieren, Plasmanitrieren etc. erzeugt werden, sein. Ferner können Lackierungen, Beschichtungen wie beispielsweise Primer, oder Verzinkungen, aber auch Reste davon, sowie lokale mechanische Oberflächenbehandlungen wie beispielsweise Fräsen, Schleifen, Polieren, Läppen, etc. bzw. mechanische erzeugte Oberflächentopographien im Allgemeinen eine Herausforderung an die Bildverarbeitung darstellen. Auch eventuell vorhandene Kontaminationen bzw. Kontaminationsschichten an der Oberfläche bzw. Rückstände von Reinigungsmitteln oder auch sich über die Zeit gebildete atmosphärenbedingte Adsorptionsschichten oder aber auch eventuelle über die Zeit durch Atmosphäreneinfluss gebildete Reaktionsschichten können einen Einfluss auf die Bildverarbeitung für das lernende System haben und müssen teilweise im Vorhinein trainiert werden. Ferner kann es notwendig sein, dass eine Bewertung einzelner Bilder über eine Benutzerschnittstelle oder über eine Ein- und Ausgabeeinheit, insbesondere während der Trainingsphase, aber auch in der Produktionsphase, bei Bedarf auch in Echtzeit, durch einen Benutzer manuell durchgeführt wird. Insbesondere kann bei Verwendung von thermischen Kamerasystemen bzw. Wärmebildkameras die Situation erschwert werden, da die oben angeführten Unregelmäßigkeiten der Oberflächen, wie beispielsweise Beschichtungen, Kontaminationen, Oxidationen, etc. in der Regel einen im Vergleich zum Grundmaterial unterschiedlichen Emissionsgrad aufweisen, welcher wiederum temperaturabhängig sein kann. Aus diesem Grund zeigt ein Körper gleicher Temperatur, bei dem Vorhandensein von unterschiedlichen Oberflächen mit jeweils unterschiedlichen Emissionsgraden, in einer Wärmebildkamera eine unterschiedliche Temperatur. D.h. für eine exakte Bestimmung der Temperatur muss der Emissionsgrad auch lokal bekannt sein. Eine Bewertung einzelner Bilder und eine Zuordnung von Emissionsgraden kann über eine Benutzerschnittstelle oder über eine Ein- und Ausgabeeinheit, insbesondere während der Trainingsphase, aber auch während der Produktionsphase, gegebenenfalls in Echtzeit, durch einen Benutzer manuell durchgeführt werden. Ferner können vor der Produktionsphase, über eine Benutzerschnittstelle bzw. eine Ein- und Ausgabeeinheit, dem System die verwendeten Materialien, Oberflächen und/oder Emissionsgrade mitgeteilt werden. Eine Datenbank für Emissionsgrade an unterschiedlichen Oberflächen kann im System gespeichert und kann bei Bedarf zumindest teilweise synchronisiert werden.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißverfahrens ist das künstliche neuronale Netz durch ein Convolutional Neural Network CNN gebildet.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißverfahrens wird das CNN-Netzwerk als Encoder eines Autoencoders trainiert.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißverfahrens werden die Kamerabilder, welche von mindestens einer Kamera erzeugt werden, von dem trainierten und vorbereiteten künstlichen neuronalen Netzwerk zur Klassifizierung der sich während des Schweißprozesses bildenden Schweißnaht hinsichtlich einer gleichmäßigen Durchschweißung der beiden zu verschweißenden Werkstücke ausgewertet. Ferner ist eine vorgelagerte oder nachgelagerte qualitative Bewertung einzelner Kamerabilder über eine Benutzerschnittstelle oder über eine Ein- und Ausgabeeinheit durch einen Benutzer möglich.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißverfahrens wird eine z-Position und/oder eine Bewegungsgeschwindigkeit in z-Richtung des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes und/oder die Drahtvorschubgeschwindigkeit der Schweißdrahtelektrode während des Schweißprozesses durch die Regelungseinheit in Abhängigkeit des von dem künstlichen neuronalen Netzwerk erzeugten Klassifizierungsergebnisses hinsichtlich der Durchschweißung der beiden Werkstücke an dem Fügespalt automatisch zur Sicherstellung der Durchschweißung geregelt.
Die Erfindung schafft ferner gemäß einem weiteren Aspekt ein Laser-Hybrid-Schweißgerät zur Verschweißung von Werkstücken mit den in Patentanspruch 13 angegebenen Merkmalen.
Die Erfindung schafft demnach ein Laser-Hybrid-Schweißgerät zur Verschweißung von zwei zu verschweißenden Werkstücken in einem Laser-Hybrid-Schweißprozess, wobei das Schweißgerät aufweist:

einen beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopf, der mindestens eine Schweißdrahtelektrode zum Zünden mindestens eines Lichtbogens zwischen der mindestens einen
Schweißdrahtelektrode und einer an einer Vorderseite einer herzustellenden Schweißnaht gelegenen Schweißstelle und eine Laserstrahlquelle zum Erzeugen eines Laserstrahls aufweist,
welcher auf die Schweißstelle gerichtet wird, mindestens eine mit dem Laser-Hybrid-Schweißkopf starr verbundenen Kamera, welche ein Profil einer an der Rückseite der herzustellenden Schweißnaht entstehenden Schweißnahtwurzel optisch oder thermisch erfasst und
eine Regelungseinheit, welche einerseits die Position des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes in Abhängigkeit von dem optisch oder thermisch erfassten Profil und/oder Positionsverlauf der Schweißnahtwurzel während des Laser-Hybrid-Schweißprozesses automatisch in z-Richtung regelt, sowie andererseits die Drahtvorschubgeschwindigkeit der Schweißdrahtelektrode regelt.

Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißgerätes werden die von der Kamera erzeugten Kamerabilder von einem trainierten künstlichen neuronalen Netzwerk, insbesondere einem CNN-Netzwerk, hinsichtlich einer erfolgten Durchschweißung der beiden zu verschweißenden Werkstücke klassifiziert.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißgerätes regelt die Regelungseinheit die Position des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes und die Drahtvorschubgeschwindigkeit der Schweißdrahtelektrode während des Schweißprozesses in Abhängigkeit des von dem künstlichen neuronalen Netzwerk erzeugten Klassifizierungsergebnisses zur Sicherstellung der Durchschweißung der beiden zu verschweißenden Werkstücke an der gebildeten Schweißnaht automatisch.
Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißgerätes und des erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißverfahrens unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1A, 1B, 1C verschiedene Stellungen eines Laser-Hybrid-Schweißkopfes bei Anwendung eines herkömmlichen Laser-Hybrid-Schweißverfahrens zur Erläuterung des Vorteils des erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißverfahrens;
2 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißgerätes;
3 eine Darstellung eines Autoencoders, welcher zum Trainieren des künstlichen neuronalen Netzwerkes bei dem erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißgerät verwendet werden kann.

1A zeigt eine Situation, bei der der bewegliche Laser-Hybrid-Schweißkopf 2 während des Schweißprozesses in z-Richtung zu hoch positioniert ist, sodass, bei einem in y-Richtung durchgeführten Schweißprozess, die sich ausbildende Schweißnaht zu keiner vollständigen Durchschweißung der beiden Werkstücke W1 und W2 im Vollanschluss führt. Demgegenüber zeigt die 1C eine Situation, bei der der bewegliche Laser-Hybrid-Schweißkopf 2, während des in y-Richtung durchgeführten Schweißprozesses, in z-Richtung zu niedrig positioniert ist, womit ebenfalls keine vollständige Durchschweißung der beiden zu verschweißenden Werkstücke W1 und W2 erreicht wird. 1B zeigt eine Situation, bei welcher der Laser-Hybrid-Schweißkopf 2 in geeigneter Weise positioniert ist, sodass, bei einem in y-Richtung durchgeführten Schweißprozess, die sich bildende Kehl-Schweißnaht eine vollständige Durchschweißung der beiden Werkstücke W1 und W2 schafft. Dies wird bei dem erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißverfahren erreicht.
2 zeigt ein Blockschaltbild zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißgerätes 1 zur Verschweißung von zwei Werkstücken W1, W2 in einem Laser-Hybrid-Schweißprozess. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden zwei Werkstücke W1, W2 an einem T-Stoß miteinander verschweißt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Werkstück W1 in z-Richtung vertikal ausgerichtet und wird an seiner Unterseite durch ein in x-Richtung horizontal ausgerichtetes Werkstück W2 zum Verschweißen positioniert. Zwischen den beiden Werkstücken W1, W2 besteht ein normaler Fügespalt FSP, an dem die Schweißnaht SN hergestellt wird. Bei dem vertikal ausgerichteten Werkstück W1 handelt es sich beispielsweise um ein Stegblech, das mit einem horizontal ausgerichteten Gurtblech W2 in einem T-Stoß entlang des Fügespaltes FSP mithilfe des Laser-Hybrid-Schweißkopfes 2 von einer Seite aus verschweißt wird. Bei dem in 2 dargestellten Beispiel befindet sich der Laser-Hybrid-Schweißkopf 2 des Schweißgerätes 1 auf der rechten Seite. Die Seite, an der sich der Schweißbrenner 3 und die Optikeinheit 6 befinden, bildet die Vorderseite, während die Seite, an welcher die mindestens eine Kamera 9 positioniert ist, die Rückseite bildet.
Das Laser-Hybrid-Schweißgerät 1 weist einen beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopf 2 auf, der einen Schweißbrenner 3 mit mindestens einer Schweißdrahtelektrode 4 enthält. Weiterhin enthält der Laser-Hybrid-Schweißkopf 2 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Laserstrahlquelle 5 zum Erzeugen eines Laserstrahls LS. Der erzeugte Laserstrahl LS kann durch eine Optikeinheit 6 des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes 2 ebenfalls auf die Schweißstelle SS gerichtet werden. Die Schweißdrahtelektrode 4 des Schweißbrenners 3 wird über eine Stromleitung durch eine Schweißstromquelle 7 mit einem Schweißstrom I versorgt, wie in 2 dargestellt. Eine Regelungseinheit 8 kann sowohl die Schweißstromquelle 7 als auch die Laserstrahlquelle 5 über Steuerleitungen steuern. Darüber hinaus kann die Regelungseinheit 8 über Steuerleitungen auch die Optikeinheit 6 des Laser-Hybrid-Schweißkopfes 2 ansteuern. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel verfügt der Laser-Hybrid-Schweißkopf 2 ferner über mindestens eine Kamera 9A, 9B, die Kamerabilder KB1 und KB2 an eine Bildauswerteeinheit 10 liefert. Die mindestens eine Kamera 9A, 9B erfasst ein Profil einer an der Rückseite der zu herzustellenden Schweißnaht SN entstehenden Schweißnahtwurzel SNW. Bei einer möglichen Ausführungsform erfolgt die Erfassung der Schweißnahtwurzel SNW optisch. Bei einer alternativen Ausführungsvariante kann die Erfassung der Schweißnahtwurzel auch thermisch erfolgen, insbesondere mittels einer Infrarotkamera.
Die Kameras 9A, 9B sind mechanisch mit dem Laser-Hybrid-Schweißkopf 2 starr verbunden.
Die Regelungseinheit 8 regelt einerseits die Position des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes 2 und andererseits die Drahtvorschubgeschwindigkeit V_D der Schweißdrahtelektrode 4. Die Position des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes 2 wird durch die Regelungseinheit 8 in Abhängigkeit von dem optisch oder thermisch erfassten Profil der Schweißnahtwurzel SNW sowie des Positionsverlaufs der Schweißnahtwurzel SNW während des Laser-Hybrid-Schweißprozesses automatisch in z-Richtung geregelt. Zusätzlich kann in Abhängigkeit von dem erfassten Profil der Schweißnahtwurzel SNW sowie dessen Positionsverlaufes während des Laser-Hybrid-Schweißprozesses durch die Regelungseinheit 8 automatisch auch die Drahtvorschubgeschwindigkeit V_D der Schweißdrahtelektrode 4 geregelt werden.
Zwischen den beiden Werkstücken W1, W2 wird eine Kehl-Schweißnaht KSN durch den beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopf 2 hergestellt. Dabei wird der Laser-Hybrid-Schweißkopf 2 an einer Seite auf den Fügespalt FSP zwischen den beiden zu verschweißenden Werkstücken W1, W2 gerichtet. Der Laser-Hybrid-Schweißkopf 2 wird während des Schweißprozesses in y-Richtung zur Verschweißung der beiden Werkstücke W1 und W2 zur Bildung der Kehl-Schweißnaht KSN bewegt und die Werkstücke W1 und W2 werden dabei ihre Position nicht ändern. Ferner wäre für einen Schweißprozess in y-Richtung ebenso eine Bewegung der Werkstücke W1 und W2 in y-Richtung, bei gleichzeitiger Fixierung des Laser-Hybrid-Schweißkopfes 2 in y-Richtung, möglich. Ebenso könnten sich sowohl die Werkstücke W1 und W2, als auch der Laser-Hybrid-Schweißkopf 2 während des Schweißprozesses in y-Richtung, in y-Richtung bewegen. Während des Schweißprozesses wird gleichzeitig die z-Position des Laser-Hybrid-Schweißkopfes 2 durch die Regelungseinheit 8 geregelt, um eine optimale Durchschweißung der beiden Werkstücke W1, W2 mittels der Kehl-Schweißnaht KSN zu erreichen. Die Kehl-Schweißnaht KSN wird innerhalb des Schweißprozesses mittels mindestens eines Lichtbogens LB, der zwischen mindestens einer Schweißdrahtelektrode 4 des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes 2 und einer an der Vorderseite der herzustellenden Kehl-Schweißnaht KSN gelegenen Schweißstelle SS gezündet wird, sowie mittels eines Laserstrahls LS, der ebenfalls auf die Schweißstelle SS gerichtet wird, hergestellt. Die an der Rückseite der herzustellenden Schweißnaht SN entstehende Schweißnahtwurzel SNW der Schweiß-Kehlnaht KSN wird durch mindestens eine Kamera 9A, 9B optisch oder thermisch erfasst. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Anordnung zwei Kameras 9A, 9B auf. Die Position des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes 2 wird durch die Regelungseinheit 8 in Abhängigkeit von dem über die mindestens eine Kamera 9A, 9B optisch erfassten Profil der Schweißnahtwurzel SNW automatisch in Echtzeit geregelt. Die beiden zu verschweißenden Werkstücke W1, W2 werden in einem T-Stoß entlang des Fügespaltes FSP zur Herstellung der Kehl-Schweißnaht KSN mittels des gezündeten Lichtbogens LB und mittels des Laserstrahls LS verschweißt. Die auf die Rückseite der herzustellenden Schweißnaht auf den zwischen den beiden zu verschweißenden Werkstücken W1, W2 bestehenden Fügespalt FSP gerichteten Kameras 9A, 9B erzeugen Kamerabilder KB, die durch eine Bildauswerteeinheit 10 ausgewertet werden. Die erste Kamera 9A liefert Kamerabilder KB1 und die zweite Kamera 9B liefert Kamerabilder KB2, wie in 2 dargestellt. Die gelieferten Kamerabilder KB1, KB2 werden durch die Bildauswerteeinheit 10 ausgewertet, um ein Profil und einen Positionsverlauf der Schweißnahtwurzel SNW thermisch oder optisch zu erfassen. Das durch die Bildauswerteeinheit 10 erfasste Profil und der erfasste Positionsverlauf der Schweißnahtwurzel SNW bilden ein zuverlässiges Kriterium für die gleichmäßige und vollständige Durchschweißung der beiden zu verschweißenden Werkstücke W1, W2 an dem T-Stoß mittels der sich ausbildenden Kehl-Schweißnaht KSN. Während des Schweißprozesses wird in Echtzeit die Position und/oder eine Lage des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes 2 durch einen integrierten Regler der Regelungseinheit 8 in Abhängigkeit des optisch oder thermisch erfassten Profils und Positionsverlaufs der Schweißnahtwurzel SNW automatisch geregelt. Der Regler der Regelungseinheit 8 regelt dabei die z-Position des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes 2 in Abhängigkeit des erfassten Profils oder Positionsverlaufs der Schweißnahtwurzel SNW.
Der Lichtbogen LB sowie der Laserstrahl LS bilden an der Schweißstelle SS, welche an der Vorderseite der herzustellenden Schweißnaht SN liegt, ein Schmelzbad zwischen den beiden zu verschweißenden Werkstücken W1, W2 entlang des bestehenden Fügespaltes FSP. Dieses erzeugte Schmelzbad bildet auf der Rückseite der herzustellenden Schweißnaht SN eine Schweißnahtwurzel SNW, wie in 2 dargestellt.
Die erste Kamera 9A kann ein Profil und/oder einen Positionsverlauf des flüssigen Schmelzbades, das sich während des Schweißprozesses an der Rückseite der herzustellenden Schweißnaht SN als Schweißnahtwurzel SNW bildet, vor dessen Erstarrung optisch oder thermisch erfassen und entsprechende Kamerabilder KB1 an die Bildauswerteeinheit 10 liefern. Weiterhin kann die zweite Kamera 9B das Profil und/oder den Positionsverlauf der an der Rückseite gebildeten Schweißnahtwurzel nach Erstarrung des Schmelzbades zeitlich versetzt zu der ersten Kamera 9A optisch oder thermisch erfassen und entsprechende Kamerabilder KB2 an die Bildauswerteeinheit 10 liefern.
Bei einer möglichen Ausführungsform werden die Kamerabilder KB der beiden Kameras 9A, 9B durch die Bildauswerteeinheit 10 miteinander verglichen. Die Drahtvorschubgeschwindigkeit V_D der Schweißdrahtelektrode 4 des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes 2 und/oder die z-Position des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes 2 werden vorzugsweise durch die Regelungseinheit 8 automatisch in Abhängigkeit des von der Bildauswerteeinheit 10 gebildeten Vergleichsergebnisses geregelt oder nachjustiert. Die Bildauswerteeinheit 10 liefert das Bildauswerteergebnis bzw. Vergleichsergebnis an die Regelungseinheit 8 zur Durchführung einer Regelung bzw. Nachjustierung. Die von den Kameras 9A, 9B erzeugten Kamerabilder KB1, KB2 können in einem Datenspeicher der Bildauswerteeinheit 10 zwischengespeichert werden. Bei einer möglichen Ausführungsform kann ein künstliches neuronales Netzwerk KNN in der Bildauswerteeinheit 10 integriert sein. Dieses künstliche neuronale Netzwerk KNN wird mit den gespeicherten Kamerabildern KB1, KB2 der sich an der Rückseite des Fügespaltes FSP bildenden Schweißnahtwurzel SNW in einer ersten Lernphase trainiert und vorbereitet. Bei dem künstlichen neuronalen Netzwerk KNN kann es sich bei einer möglichen Ausführungsform um ein CNN-neuronales Netzwerk handeln. Die Kamerabilder KB1, KB2, die von den Kameras 9A, 9B erzeugt werden, können von dem trainierten künstlichen neuronalen Netzwerk KNN zur Klassifizierung der sich während des Schweißprozesses bildenden Schweißnaht SN, insbesondere Kehl-Schweißnaht KSN, hinsichtlich einer gleichmäßigen Durchschweißung der beiden zu verschweißenden Werkstücke W1, W2 ausgewertet werden. Dabei wird vorzugsweise die z-Position oder eine Bewegungsgeschwindigkeit in z-Richtung des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes 2 und/oder die Drahtvorschubgeschwindigkeit V_D der Schweißdrahtelektrode 4 während des Schweißprozesses durch die Regelungseinheit 8 in Abhängigkeit des von dem künstlichen neuronalen Netzwerkes KNN erzeugten Klassifizierungsergebnisses hinsichtlich der Durchschweißung der beiden Werkstücke W1, W2 an dem Fügespalt FSP automatisch zur Sicherstellung einer ausreichenden Durchschweißung geregelt.
Bei dem erfindungsgemäß durchgeführten Laser-Hybrid-Schweißverfahren erfolgt somit eine Regelung der Position des Laser-Hybrid-Schweißkopfes 2 in z-Richtung in Abhängigkeit einer Wurzelausbildung der Schweißnaht SN. Dadurch kann ein Vollanschluss bei Durchführung eines einseitigen Kehlnaht-Schweißverfahrens erreicht werden.
Die verschiedenen Baukomponenten des Laser-Hybrid-Schweißkopfes 2 können bei einer möglichen Ausführungsform an einem Montageelement angebracht sein, welches mithilfe eines Roboterarms in allen drei räumlichen Richtungen bewegt werden kann. Die Regelungseinheit 8 kann eine Steuerung des Roboterarms ansteuern, um die Position und Bewegungsrichtung des Laser-Hybrid-Schweißkopfes 2 während des Schweißprozesses zu steuern bzw. zu regeln. Die Regelung der Position und der Regelungsgeschwindigkeit des Laser-Hybrid-Schweißkopfes 2 erfolgt dabei vorzugsweise in Echtzeit durch die Regelungseinheit 8.
Bei einer möglichen Ausführungsform kann zusätzlich an der Rückseite der sich ausbildenden Schweißnaht SN mindestens eine Beleuchtungseinrichtung vorgesehen sein, welche die Erfassung des Profils der sich ausbildenden Schweißnahtwurzel SNW durch die beiden Kameras 9A, 9B erleichtert. Ferner kann die Beleuchtungseinrichtung in der Kamera integriert und geregelt sein, sodass stets ideale Lichtverhältnisse vorherrschen und eine ideale Aufnahmequalität von Bildern gewährleistet wird. Die Erzeugung der Kamerabilder KB1, KB2 durch die Kameras 9A, 9B wird bei einer möglichen Ausführungsform durch eine Steuerung des Laser-Hybrid-Schweißgerätes 1 miteinander synchronisiert. Bei einer möglichen Ausführungsform erzeugt die erste Kamera 9A Kamerabilder KB1 der Schweißnahtwurzel SNW zu einem Zeitpunkt t1. Bei einer möglichen Ausführungsform erzeugt mindestens eine weitere Kamera 9B Kamerabilder KB2 zu einem späteren Zeitpunkt t2. Bei dieser Ausführungsform stellen beispielsweise die Kamerabilder KB1 das Profil und/oder den Positionsverlauf des noch flüssigen Schmelzbades vor dessen Erstarrung dar. Die zu einem späteren Zeitpunkt erzeugten Kamerabilder KB2 der weiteren Kamera 9B stellen dann das Profil und den Positionsverlauf der sich bildenden Schweißnahtwurzel SNW nach Erstarrung des Schmelzbades dar. Durch einen Vergleich der Kamerabilder KB1 und KB2 kann beispielsweise mit einem Auswertealgorithmus der Bildauswerteeinheit 10 festgestellt werden, ob die durch die zugeführte abschmelzende Schweißdrahtelektrode 4 zugeführte Menge an Zusatzwerkstoff zur Ausbildung einer Schweißnaht SN ausreicht. Diese Menge kann insbesondere anhand eines anhand der Kamerabilder KB berechneten Volumens des noch nicht erstarrten Schmelzbades der Schweißnahtwurzel SNW ermittelt werden. Besteht an der Rückseite der Schweißnaht SN keine Schweißnahtwurzel SNW oder zeigt das optisch erfasste Schweißnahtwurzelprofil an, dass das Volumen der sich ausbildenden Schweißnahtwurzel SNW zu gering ist, wird die Zuführgeschwindigkeit V_D der Schweißdrahtelektrode 4 erhöht, um eine höhere Menge an Zusatzmaterial in den Fügespalt FSP einzubringen. Weiterhin kann zusätzlich die Leistung des von der Optikeinheit 6 auf die Schweißstelle SS gerichteten Laserstrahls LS erhöht werden, um eine höhere Durchschweißung zu erreichen. Alternativ kann zusätzlich die Amplitude des von der Schweißstromquelle 7 eingebrachten Schweißstromes I erhöht werden, um eine höhere Durchschweißung zu erzielen. Gleichzeitig wird durch die Regelungseinheit 8 die z-Position des Laser-Hybrid-Schweißkopfes 2 geregelt, sodass sowohl der Laserstrahl LS als auch der Lichtbogen LB direkt auf die an dem Fügespalt FSP an der Vorderseite bestehende Schweißstelle SS gerichtet sind und es nicht zu einem ungewollten Versatz kommt, d.h. zu einer Situation, wie sie in den 1A, 1C dargestellt ist.
Bei einer möglichen Ausführungsform werden die von den Kameras 9A, 9B erzeugten Kamerabilder KB1, KB2 in einem Datenspeicher gespeichert und durch ein trainiertes künstliches neuronales Netzwerk zur Klassifizierung der sich bildenden Schweißnahtwurzel SNW ausgewertet. Bei dem künstlichen neuronalen Netzwerk handelt es sich vorzugsweise um ein CNN-neuronales Netzwerk. Dieses CNN-Netzwerk eignet sich zur Auswertung von Kamerabildern bzw. Bilddaten. Das CNN-Netzwerk besitzt mindestens ein Convolutional Layer, in der eine Faltungsoperation ausgeführt wird. Darüber hinaus besitzt das CNN-Netzwerk ein Pooling Layer und ein vollständig verbundenes Layer zur Durchführung der Klassifizierung. Das Convolutional Layer bzw. die Convolutional-Schicht bildet dabei den mathematischen Faltungsoperator ab. Anhand des Trainings bzw. der Lernphase sind die der Faltungsoperation zugrunde liegenden Filter gelernt. Das CNN-Netzwerk kann die Schweißnahtwurzel SNW als Objekt an den erfassten Kamerabildern KB1, KB2 erkennen und klassifizieren.
Bei einer möglichen Ausführungsform kann das künstliche neuronale Netzwerk KNN, insbesondere das CNN-Netzwerk, als Encoder ENC eines Autoencoders trainiert werden, wie in 3 schematisch dargestellt. Der Autoencoder kann eine Eingabeschicht aufweisen. Bei der Bilderkennung können die Neuronen der Eingabeschicht die Pixel des zugeführten Kamerabildes KB abbilden.
Der Encoder ENC komprimiert das Kamerabild KB auf eine latente komprimierte Repräsentation, welche durch den Decoder DEC wieder in ein Kamerabild KB' zurückgeführt wird. Der Encoder wird vorzugsweise derart trainiert, dass das ausgegebene Kamerabild KB dem empfangenen Kamerabild KB entspricht. Das auf diese Weise trainierte künstliche neuronale Netzwerk KNN (Encoder) ist bei dem erfindungsgemäßen Laser-Hybrid-Schweißgerät 1 vorzugsweise in der Bildauswerteeinheit 10 integriert und kann eine sich bildende Schweißnahtwurzel SNW als Objekt in den Kamerabildern KB erkennen und hinsichtlich seiner Ausbildung bzw. seines Profils klassifizieren. In Abhängigkeit dieses Klassifizierungsergebnisses kann ein Regler der Regelungseinheit 8 verschiedene Regelgrößen einstellen, insbesondere die z-Position des Laser-Hybrid-Schweißkopfes 2. Zusätzlich können als Stellgrößen die Zuführgeschwindigkeit V_D der Schweißdrahtelektrode 4 durch einen Regler der Regelungseinheit 8 eingestellt werden. Weiterhin kann durch einen Regler der Regelungseinheit die Leistung des von der Laserstrahlquelle 5 erzeugten Laserstrahls LS geregelt werden. Weiterhin kann durch einen weiteren Regler der Regelungseinheit 8 in Abhängigkeit von dem Klassifizierungsergebnis der von der Schweißstromquelle 7 erzeugte Schweißstrom I geregelt werden. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige und vollständige Durchschweißung der beiden zu verschweißenden Werkstücke W1, W2 durch die sich ausbildende Kehl-Schweißnaht erzielt werden.
Bezugszeichenliste

1: Laser-Hybrid-Schweißgerät
2: Laser-Hybrid-Schweißkopf
3: Schweißbrenner
4: Schweißdrahtelektrode
5: Laserstrahlquelle
6: Optikeinheit
7: Schweißstromquelle
8: Regelungseinheit
9A, 9B: Kamera
10: Bildauswerteeinheit

Claims

Laser-Hybrid-Schweißverfahren zum Verschweißen von Werkstücken (W1, W2) entlang eines Fügespaltes (FSP) zur Herstellung einer Schweißnaht (SN) innerhalb eines Schweißprozesses mittels mindestens eines Lichtbogens (LB), der zwischen mindestens einer Schweißdrahtelektrode (4) eines beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes (2) und einer an einer Vorderseite der herzustellenden Schweißnaht (SN) gelegenen Schweißstelle gezündet wird, wobei ein Laserstrahl (LS) auf die Schweißstelle gerichtet wird, wobei eine an einer Rückseite der herzustellenden Schweißnaht (SN) entstehende Schweißnahtwurzel (SNW) durch mindestens eine starr mit dem Laser-Hybrid-Schweißkopf(2) verbundene Kamera (9A; 9B) optisch oder thermisch erfasst wird und die Position des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes (2) durch eine Regelungseinheit (8) in Abhängigkeit von einem über die Kamera (9A; 9B) erfassten Profil der Schweißnahtwurzel (SNW) automatisch in Echtzeit geregelt wird.
Laser-Hybrid-Schweißverfahren nach Anspruch 1, wobei die beiden zu verschweißenden Werkstücke (W1, W2) in einem T-Stoß entlang des Fügespaltes (FSP) zur Herstellung einer Kehl-Schweißnaht (KSN) mittels mindestens eines gezündeten Lichtbogens (LB) sowie mittels des Laserstrahls (LS) verschweißt werden.
Laser-Hybrid-Schweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens eine auf die Rückseite der herzustellenden Schweißnaht (SN) auf den zwischen den beiden zu verschweißenden Werkstücken (W1, W2) bestehenden Fügespalt (FSP) gerichtete Kamera (9A; 9B) Kamerabilder (KB) erzeugt, die durch eine Bildauswerteeinheit (10) ausgewertet werden, um ein Profil und/oder einen Positionsverlauf der Schweißnahtwurzel (SNW) thermisch und/oder optisch zu erfassen.
Laser-Hybrid-Schweißverfahren nach Anspruch 3, wobei das durch die Bildauswerteeinheit (10) erfasste Profil und/oder Positionsverlauf der Schweißnahtwurzel (SNW) ein Kriterium für die gleichmäßige und vollständige Durchschweißung der beiden zu verschweißenden Werkstücke (W1, W2) an dem T-Stoß mittels der gebildeten Kehl-Schweißnaht (KSN) bildet.
Laser-Hybrid-Schweißverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei die Position oder eine Lage des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes (2) durch einen Regler der Regelungseinheit (8) in Abhängigkeit des optisch erfassten Profils und/oder Positionsverlaufs der Schweißnahtwurzel (SNW) während des Schweißprozesses automatisch geregelt wird.
Laser-Hybrid-Schweißverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Stegblech als erstes Werkstück (W1) welches vertikal ausgerichtet ist, mit einem Gurtblech als zweites Werkstück (W2), welches horizontal ausgerichtet ist, in einem T-Stoß entlang eines Fügespaltes (FSP) einseitig von einer Vorderseite aus durch mindestens einen zwischen der mindestens einen Schweißdrahtelektrode (4) des Laser-Hybrid-Schweißkopfes (2) und der Schweißstelle gezündeten Lichtbogen (LB) sowie des Laserstrahls (LS) miteinander zur Herstellung einer Kehl-Schweißnaht (KSN) verschweißt werden, wobei sich an der Rückseite des Fügespaltes (FSP) eine Schweißnahtwurzel (SNW) der Kehl-Schweißnaht (KSN) ausbildet, die ein Kriterium für die gleichmäßige und vollständige Durchschweißung der beiden zu verschweißenden Werkstücke (W1, W2) bildet, wobei in Abhängigkeit von dem Profil der Schweißnahtwurzel (SNW) eine z-Position des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes (2) relativ zu dem Fügespalt (FSP) automatisch durch den Regler der Regelungseinheit (8) in vertikaler Richtung höhengeregelt wird.
Laser-Hybrid-Schweißverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zwischen der mindestens einen Schweißdrahtelektrode (4) des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes (2) und der an der Vorderseite der herzustellenden Schweißnaht (SN) gelegenen Schweißstelle bestehende mindestens eine Lichtbogen (LB) sowie der Laserstrahl (LS) ein Schmelzbad zwischen den beiden zu verschweißenden Werkstücken (W1, W2) entlang des bestehenden Fügespaltes (FSP) erzeugen, wobei das Schmelzbad die auf der Rückseite der herzustellenden Schweißnaht (SN) gelegene Schweißnahtwurzel (SNW) bildet.
Laser-Hybrid-Schweißverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine erste Kamera (9A) ein Profil und/oder einen Positionsverlauf des flüssigen Schmelzbades, welches während des Schweißprozesses an der Rückseite der herzustellenden Schweißnaht (SN) eine Schweißnahtwurzel (SNW) ausbildet, vor dessen Erstarrung optisch und/oder thermisch erfasst und entsprechende Kamerabilder (KB1) liefert, und wobei eine zweite Kamera (9B) das Profil und/oder den Positionsverlauf der an der Rückseite gebildeten Schweißnahtwurzel (SNW) nach Erstarrung des Schmelzbades zeitlich versetzt zu der ersten Kamera (9A) optisch und/oder thermisch erfasst und entsprechende Kamerabilder (KB2) liefert.
Laser-Hybrid-Schweißverfahren nach Anspruch 8, wobei die Kamerabilder (KB1; KB2) der beiden Kameras (9A; 9B) durch eine Bildauswerteeinheit (10) miteinander verglichen werden, wobei eine Drahtvorschubgeschwindigkeit, V_D, der mindestens einen Schweißdrahtelektrode (4) des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes (2) und/oder eine z-Position des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes (2) durch die Regelungseinheit (8) automatisch in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses geregelt oder nachjustiert wird.
Laser-Hybrid-Schweißverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die von der mindestens einen Kamera (9A; 9B) erzeugten Kamerabilder (KB1; KB2) in einem Datenspeicher gespeichert werden, wobei ein künstliches neuronales Netzwerk (KNN) mit den gespeicherten Kamerabildern (KB1; KB2) der sich an der Rückseite des Fügespaltes (FSP) bildenden Schweißnahtwurzel (SNW) in einer ersten Lernphase trainiert und vorbereitet wird.
Laser-Hybrid-Schweißverfahren nach Anspruch 10, wobei die Kamerabilder (KB1; KB2), die von mindestens einer Kamera (9A; 9B) erzeugt werden, von dem trainierten und vorbereiteten künstlichen neuronalen Netzwerk (KNN) zur Klassifizierung der sich während des Schweißprozesses bildenden Schweißnaht (SN) hinsichtlich einer gleichmäßigen Durchschweißung der beiden zu verschweißenden Werkstücke (W1, W2) ausgewertet werden.
Laser-Hybrid-Schweißverfahren nach Anspruch 11, wobei eine z-Position und/oder eine Bewegungsgeschwindigkeit in z-Richtung des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes (2) und/oder der Drahtvorschubgeschwindigkeit, V_D, der Schweißdrahtelektrode (4) während des Schweißprozesses durch die Regelungseinheit (8) in Abhängigkeit des von dem künstlichen neuronalen Netzwerk (KNN) erzeugten Klassifizierungsergebnisses hinsichtlich der Durchschweißung der beiden Werkstücke (W1, W2) an dem Fügespalt (FSP) automatisch zur Sicherstellung einer vollständigen und gleichmäßigen Durchschweißung geregelt wird.
Laser-Hybrid-Schweißgerät (1) zur Verschweißung von zwei zu verschweißenden Werkstücken (W1, W2) in einem Laser-Hybrid-Schweißprozess, wobei das Schweißgerät (1) aufweist: - einen beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopf (2), der mindestens eine Schweißdrahtelektrode (4) zum Zünden mindestens eines Lichtbogens (LB) zwischen der mindestens einen Schweißdrahtelektrode (4) und einer an einer Vorderseite einer herzustellenden Schweißnaht (SN) gelegenen Schweißstelle und eine Laserstrahlquelle (5) zum Erzeugen eines Laserstrahls (LS) aufweist, der auf die Schweißstelle gerichtet wird; - mindestens eine starr mit dem Laser-Hybrid-Schweißkopf (2) verbundene Kamera (9A; 9B), welche ein Profil einer an der Rückseite der herzustellenden Schweißnaht (SN) entstehenden Schweißnahtwurzel (SNW) optisch und/oder thermisch erfasst und - eine Regelungseinheit (8), welche in Echtzeit einerseits die Position des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes (2) in Abhängigkeit von dem optisch und/oder thermisch erfassten Profil und/oder Positionsverlaufs der Schweißnahtwurzel (SNW) während des Laser-Hybrid-Schweißprozesses automatisch in z-Richtung regelt, als auch andererseits die Drahtvorschubgeschwindigkeit, V_D, der Schweißdrahtelektrode (4) regelt.
Laser-Hybrid-Schweißgerät nach Anspruch 13, wobei von der Kamera (9A; 9B) erzeugte Kamerabilder (KB1; KB2) von einem trainierten künstlichen neuronalen Netzwerk (KNN) hinsichtlich einer erfolgten Durchschweißung der beiden zu verschweißenden Werkstücke (W1, W2) klassifiziert werden.
Laser-Hybrid-Schweißgerät nach Anspruch 14, wobei die Regelungseinheit (8) die Position des beweglichen Laser-Hybrid-Schweißkopfes (2) und die Drahtvorschubgeschwindigkeit, V_D, der Schweißdrahtelektrode (4) während des Schweißprozesses in Abhängigkeit des von dem künstlichen neuronalen Netzwerk (KNN) erzeugten Klassifizierungsergebnisses zur Sicherstellung der Durchschweißung der beiden zu verschweißenden Werkstücke (W1, W2) an der gebildeten Schweißnaht (SN) automatisch regelt.