JP2017535435A5 - - Google Patents

Description

オーバラップ当接部において加工材料を接合するための方法および装置

本発明は、オーバラップ当接部に沿っての溶接継ぎ目の形成によって、連続的に放射する加工ビームを用いて、１つの構造部材へと、同種の材料、特にアルミニウムまたは高張力鋼材料から成る、第１の、および、第２の加工材料、または、異種の金属的な材料から成る加工材料を、接合するための方法に関する。オーバラップ当接部におけるこれら加工材料の間に形成される間隙の充填によって、溶接継ぎ目品質は改善される。
本発明は、それに加えて、オーバラップ当接部に沿っての溶接継ぎ目の形成によって、加工材料を接合するための装置に関する。

加工ビーム、例えばレーザー、を用いての溶接プロセスにおいて、この加工ビームが接合されるべき加工材料の上に照射する位置において、溶融池が発生する。
この溶融池形状（幅、長さ）は、加工ビームと加工材料との間の相対的な運動の速度、加工ビームの特性によって、および、高い度合いで接合されるべき加工材料によって特徴付けられる。同種の溶接継ぎ目経過は、通常は、均等な溶融池の形成を誘起し、即ち、この溶融池が、溶接プロセスの間じゅう、一定の大きさを有する。
溶接継ぎ目経過内における変化（接合当接部における加工材料の間の間隙、相対的な運動の速度の変化、および、熱導出）は、しかしながら、溶融池の大きさにおける変化を生じさせる。

深溶け込み溶接の場合、平方センチメートル当たり約１メガワットの極めて高い出力密度が必要である。加工ビームは、その場合に、金属を溶融するだけでなく、蒸気を生じさせる。
金属溶融物内において、次いで、深い、幅狭の、蒸気で充填された穿孔：いわゆる「蒸気キャピラリー（Ｄａｍｐｆｋａｐｉｌｌａｒｅ）」、同様にキーホール（Ｋｅｙｈｏｌｅ）（鍵穴（Ｓｃｈｌｕｅｓｓｅｌｌｏｃｈ）に関する英語）とも称される、が形成する。このキーホールは、蒸発する材料の圧力と、並びに、溶融物に上に作用する表面張力、および、重力との間の釣り合いの結果であり、このキーホールを閉鎖するために、この重力が蒸気圧に抗して作用する。同様に、このキーホールも、溶接継ぎ目の品質に影響を及ぼす。

溶接プロセスの経過における、溶融池の変化する大きさ、および、特に、高い動力学的な動態に被らせられるキーホールの影響は、結果として、この溶融池の大きさに依存する固有振動が、溶融池表面の限定された位置において、覆いかぶさり、且つ、いわゆる「溶融波（Ｓｃｈｍｅｌｚｅｗｅｌｌｅｎ）」を形成する、ということを招く。

構造部材品質に対する要求は、益々、増大している。特に、自動車の領域において、品質を、大量の個数との組み合わせ状態において伴うことの要求が存在する。
溶接継ぎ目の品質は、溶接継ぎ目上側面において、溶接継ぎ目の美的印象（Ｎａｈｔａｎｍｕｔｕｎｇ）（鱗状性（Ｓｃｈｕｐｐｉｇｋｅｉｔ）、平坦性）に基づいて、溶接継ぎ目下側面において、溶接継ぎ目のたるみ（Ｎａｈｔｄｕｒｃｈｈａｎｇ）、並びに、機械的な耐荷重能力（横断面、形状、縁部刻み目）、および、密封性（閉鎖された溶接継ぎ目）に基づいて定義される。

加工ビームでもっての加工材料の接合の際に、既に、構造部材のデザインにおいて開始する加工材料準備作業と、プレス加工と、緊張技術および溶接順序もしくは本来の接合に至るまでのロジスティクスとに関する、多くの手間暇にもかかわらず、常に、接合されるべき加工材料の間の、不安定な、一定でない間隙が存在させられる。この問題点は、特に、益々普及している、高張力鋼材料に関係する。
高張力鋼材料は、変形プロセスの間じゅう、硬化される。後に続く接合ステーションにおいて、高張力の加工材料の位置決めから結果として生じる間隙は、極めて高い押圧力にもかかわらず、除去され得ない。更に別の視点として、接合プロセスによって、構造部材内へと導入される、熱歪みを誘起する熱が、困難にする状態で更に加わる。
従って、構造部材が低温の状態においてゼロ間隙を有し、且つ、熱導入の間に初めて、間隙が発生し、この間隙が、即ち、製造のあいだ不可視であり、且つ、従って、補整可能ではない可能性がある。
特に、高自動化された作動は、不安定な間隙を結果として生み出す。このことは、品質に対する増大する要求に適合させるために、認識されるべきであり、且つ、既に、接合プロセス内において修正されるべきである。

公知技術から、レーザービームを用いて、加工材料（例えば、薄板）を接合（例えば、溶接、または、はんだ付け）するための方法および装置が公知であり、これら装置の場合、線材の様式の添加材料が、特に、接合継ぎ目における、両方の溶接されるべき加工材料の間でぱっくり口を開ける間隙を、溶接の間じゅう、材料でもって充填可能とするために、設置されるべき溶接継ぎ目に運ばれる。
特許文献１は、１つのこの様式の方法を記載しており、この方法において、添加材料が、接合位置の溶融池に、送り方向においてレーザービームの後方で供給される。添加線材の使用によって、実際上は、長いサイクルタイムが伴い、このことによって、プロセスが比較的に遅鈍である。このことは、他方また、能率的な大量生産と相容れない。

２つの加工材料の間の、前もって測定されるべき間隙が、レーザープロセスパラメータの適合を介して、閉鎖され得ることは、同様に公知である。
特許文献２、および、特許文献３は、レーザービームを用いて、加工材料を接合するための方法を記載しており、この方法において、両方の加工材料の、接合当接部と隣接する縁部の間の高さの差が測定され、且つ、接合位置におけるレーザービームの強度が、この高さの差との関連において、この間隙がレーザービームによって溶融されるべき添加材料でもってか、それとも補強された材料溶融物によって形成された溶融流動状態の材料でもって接合位置において閉鎖される、という様式で適合される。
高さの差の測定は、この場合、短時間にレーザービームから形成される、遮蔽していないプラズマの使用のもとで行われる。

特許文献４は、オーバラップ当接部における、レーザービームを用いて、加工材料を接合するための方法を開示しており、この方法において、上側薄板と下側薄板との間の間隙の高さが、カメラシステムでもって測定され、且つ、加工材料の上での、レーザーフォーカススポットの軌道経過が、この間隙高さに相応して、レーザービームの揺動運動の振幅の適合によって変化され、従って、上側薄板から、十分に、この間隙の閉鎖のための材料が溶融される。
上側薄板内へのエネルギー入力の増大は、しかしながら、プロセス速度の負荷の状態となる。何故ならば、増大された揺動運動の振幅において、送り速度が、必然的に、溶融のための増大された時間必要量に基づいて、低減されるからである。

特に、車両構造内において、アルミニウム材料、および、プレス硬化された高張力鋼材料の増大する普及は、如何なる接合されるべき加工材料の間に形成される間隙の高さの変化も許容しない。何故ならば、プロセス領域が、アルミニウムの場合、それ自体、既に比較的に小さいからであり、または、硬化された材料において、この−プロセスのために−規定された、小さな間隙状況を押圧することが、技術的に可能でないからである。

ファイバー連結されたレーザー源からのレーザー光の吸収率は、アルミニウム材料の室内温度において、１％と２％の間で動揺し；即ち、レーザー出力の９８％が反射される。従って、プロセスの開始のために、レーザー光の吸収がステップ状にほぼ９０％へと増大する、蒸気キャピラリー（キーホール）を開放することが必要である。
約６００℃でもって、アルミニウムの融点は、比較的に小さく、従って、開放されたキーホールにおいて、過度に多くの出力が、構造部材内へと導入されることの危険が存在する。このことによって、構造部材下側面の溶接継ぎ目は垂れ下がり、このことは、他方また、構造部材の粗悪品に相応する。外部のプロセス条件の変動において、および、間隙幅の既に小さな変化（最大、０．２ｍｍ）において、プロセス領域は急激に減少する。

付加的に、溶融流動の状態におけるアルミニウム材料は、空気との接触状態の溶融物の表面で形成される酸化物膜によって条件付けられて、極めてペースト状（即ち、練り粉状）であり、その際、この酸化物膜の表面張力が、ここで重要である。このペースト状の状態は、加工材料の流動を阻害する。
十分な材料容積を発生させるために、加工ビームを、より多く、上側薄板、即ちオーバラップ当接部における接合の間じゅう上側に位置する加工材料に対して位置決めすることは、従って、十分ではない。
この酸化物膜に基づいて、溶融流動状態のアルミニウムは、下側薄板の上に流動されない。間隙内への、溶融流動状態の、ペースト状のアルミニウムの流動を引き起こすために、即ち、溶融池運動にそれ自体影響を及ぼす、更に別の措置が講じられるべきである。この目的のために、必然的に適合されるべきプロセスパラメータは、しかしながら、多次元的に互いに依存的である。

従って、特別に、アルミニウム、または、高張力鋼を顧慮して、レーザーリモート技術（即ち、加工ビームもしくはレーザービームの位置決めが、高動力学的に駆動される方向転換ミラーでもって行われる）を使用することの望みが存在し、
その際、間隙高さ（即ち、接合当接部における、接合されるべき２つの加工材料の間に形成される間隙の高さ）が、連続的に測定されるべきであり、且つ、プロセスパラメータの適合によって、この間隙が、高い信頼性で溶融された材料でもって閉鎖されるべきであり、その際、これらプロセスパラメータが、閉鎖された制御モデル内において保管されているべきであり、この制御モデルが、適当な動力学的な特性を有する、閉鎖された、自律的に行動するシステム技術内に、一体にまとめられている。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６ １０ ２４２Ａ１号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第３８ ２０ ８４８Ａ１号明細書 ドイツ連邦共和国特許第３８ ４４ ７２７Ｃ２号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０ ２００４ ０４３ ０７６Ａ１号明細書

本発明の根底をなす課題は、２つの加工材料を、オーバラップ当接部において、加工ビームを用いて接合することであり、
このオーバラップ当接部が、このオーバラップ当接部の全長さにわたって変化する幅もしくは高さを備える、これら２つの加工材料の間の間隙を有しており、その際、
プロセスパラメータの適合によって、接合プロセスが、オーバラップ当接部において形成される間隙が接合プロセスの間じゅう、全オーバラップ当接部に沿って、材料の必要に応じた溶融によって隙間無く補整される、ように調整可能であるべきである。
この間隙の閉鎖のための、プロセスパラメータの適合は、動力学的に、自動的に、且つ、連続的に、全溶接工程の間じゅう、可能であるべきであり、その際、
溶接継ぎ目の形成が、使用されるプロセスパラメータのコントロール、および、場合によっては、補正のために監視されるべきである。

この課題の解決は、請求項１に従う特徴を有する方法、および、請求項７に従う装置によって行われ、且つ、本発明の合目的な構成が、従属請求項内において記載されている。

本発明に従い、加工ビームを用いて、オーバラップ当接部において、複数の加工材料、特に、アルミニウム材料、または、高張力鋼から成る加工材料、を接合するための方法および、接合装置が提供される。これら接合されるべき加工材料は、例えばアルミニウムから成る金属薄板部材であることは可能である。
この加工ビームは、例えばレーザービームであることは可能であり、しかしながら、同様に、この加工ビームが、一般的に、電磁的な放射線（例えば、赤外線）、粒子線（例えば、電子線）、または、音響ビーム（例えば、指向性の超音波の様式における）であることも可能である。

本発明に従い、接合の際に、２つの、接合されるべき加工材料の間のオーバラップ当接部において生じる間隙の補整は、
上側薄板の、即ち、溶接の際に、オーバラップ当接部において、（垂直方向に関して）上側に設けられた薄板もしくは加工材料の、加工ビームでもっての材料の溶融によって、接合継ぎ目における間隙が、溶融流動状態の材料の流れ落ち、及び／または、流れ込みによって、完全に材料でもって充填されるという様式において行われる。
例えばこの継ぎ目の中間において、比較的に大きな間隙を有している、初期（即ち、溶接工程の開始前）に直線的な継ぎ目は、従って、この接合の後、小さな湾曲部を有し、その際、この湾曲部の頂点は、上側薄板の材料の溶融に基づいて、最大の間隙の位置において生じる。

この課題に従い、この接合方法の実施のために、接合装置が設けられ、
この接合装置が、いわゆる、リモート−加工光学機器を備えており、即ち、加工ビームの案内、および、集光のための（例えば、光学的な）要素が、加工光学機器と接合継ぎ目との間の大きな加工間隔が可能であるように、（可動に）構成されており、
その際、特に、加工ビームの運動が、（および、従って、同様に、この加工ビームによって、加工材料上側面に形成されるフォーカススポットの運動も）、この加工光学機器の内側の、個別の、可動な、アクチュエータによって駆動される要素によって実施され、従って、全ての（場合によっては、ハウジングによってハウジングされた）加工光学機器を備えるユニットが、可能な送り運動以外、不動であることは可能である。

特に上側薄板の、目標に適合した溶融は、加工ビームの、運動、出力調節、および、集光のための、接合装置内において一体にまとめられたアクチュエータの制御によって、プロセスパラメータの適合に基づいて、プログラミングされたプロセスモデルによって行われ、これらプロセスモデルが、入力パラメータとして、材料の種類（即ち、材料種類）、間隙高さ、加工材料の厚さ、および、空間における並びに互いに相対的な加工材料の位置決め状態を取り入れ、その際、少なくとも、間隙高さ、および、構造部材エッジ部位置の算出が、連続的な測定を基礎とする。

本発明に従い、間隙高さを、例えば光セクショニング法を用いて、直接的に算定すること、または、間接的に、接合されるべき加工材料の、オーバラップ当接部に隣接する上側面部分（即ち、接合プロセスの間じゅう、上側に設けられている、その上側面部分）の、（垂直方向において、例えば、接合装置における基準位置に関しての）高さ位置の測定によって、算定することが行われ、その際、上側薄板の、即ち、接合の間じゅう、オーバラップ当接部において上側に位置する加工材料の、薄板厚さの顧慮のもとで、間隙高さが算出されるべきである。

溶融のために適合されるべきプロセスパラメータは、即ち、
送り速度（即ち、加工ビームと加工材料との間の相対的な運動の速度）と、
送り運動に重畳する、空間的な、（即ち、溶接材料の上でのフォーカススポットが周期的に往復的に振動する）加工ビームの揺動 −その際にこの揺動が１つまたは複数の揺動パラメータ、例えば、振幅、または、周波数によって特徴付けられている− と、
加工材料エッジ部に関する、フォーカススポットの相対的な位置と、
加工材料上側面での加工ビームの照射角度と、並びに、
加工ビームの出力および集光（即ち、加工材料上側面でのフォーカススポットの大きさ）とである。

これらプロセスパラメータは、個別に、または、共通に目標に合わせられ得、且つ、動力学的に、溶接プロセスの間じゅう、適合され得る。即ち、これらプロセスパラメータは、溶接の間じゅう、溶接の際に存在する（および、例えば、測定によって検出された）諸条件に依存して、変化され得る。

上記プロセスパラメータをも含めて、多数の影響量が、間隙内への溶融物の流動、および、この間隙の完全な充填に対して、顧慮されるべきなので、本発明に従い、接合プロセスに追従して、形成された溶接継ぎ目のリアルタイム監視が行われる。従って、接合の間じゅう、制御された溶接継ぎ目形成のために、並びに、溶接継ぎ目品質の安定化及び／または向上を顧慮して、場合によっては必要なプロセスパラメータの適合のために、この接合プロセスによって形成される接合継ぎ目の形成は監視される。

溶接プロセスの間じゅうの、加工ビームの空間的な揺動（即ち、偏向の振動）は、送り方向に対して（即ち、加工ビームと加工材料との間の相対的な運動の方向に対して）、縦方向、及び／または、横方向に、有利には、しかしながら、横方向に行われ得る。
この目的のために、加工ビームは、加工光学機器内に設けられた、アクチュエータによって駆動される、ビーム方向転換のための要素を用いて、３つの空間方向の内の少なくとも１つの方向に偏向される。例えば、レーザービームの偏向は、送り方向に対して縦方向、または、横方向に、ガルバノメータスキャナーによって誘起され得る。

溶融池、および、もし形成されるならばキーホールが、溶接プロセスの間じゅう、送り方向において、両方の接合されるべき加工材料の接合当接部に沿って移動され、その際、このキーホールは、能動的で空間的なフォーカススポット位置決めによって誘起されるこのキーホールの揺動により、同様に、このキーホールを囲繞する溶融池の揺動にも影響を及ぼす。これら揺動を算定する重要な要因は、この場合、接合されるべき加工材料の材料、もしくは、これら加工材料の上に付着する被膜である。

キーホール、及び／または、溶融物の、ビーム揺動によって生起された振動の影響によって、加工材料の素材、オーバラップ当接部における間隙高さ、および、溶接の際の送り速度に依存して、アルミニウムを含有する（および、酸化被膜でもって覆われた）溶融物の流動は、監視され得る。この場合、特に、周波数、振幅、および、振動様式（例えば、正弦、矩形、三角形、または、鋸の歯）のような、揺動パラメータが、要因として影響する。

それに加えて、接合装置のリモート−加工光学機器内における、可動な、例えば光学的な、要素を用いて、加工材料上側面に対する加工ビームの照射角度、焦点距離、及び／または、視準、および、従って、この加工ビームの集光は、変化され得る。
このことによって、大きさ（即ち、空間的な広がり）、および、加工材料上側面でのフォーカススポットの幾何学的な形状、並びに、出力密度を、合目的に調節することは可能である。角度調節、および、集光調節は、モータ的に、ピエゾ圧電的に、液圧的に、または、空気圧的に駆動された状態で（軸線方向のビーム方向において）行われ得る。

本発明に従う方法の実施のために設けられた接合装置は、加工ヘッドに対して相対的に、接合当接部の位置の識別のための第１のセンサー装置と、および、上側薄板と下側薄板との間の間隔を（定性的に）検出するために適している、第２のセンサー装置とを有している。この接合当接部の位置の識別のための第１のセンサー装置、および、間隙高さの算定のための第２のセンサー装置が、個別のセンサー装置内において、１つにまとめられていることは、同様に可能である。
このセンサー装置は、例えば、接合位置において、加工材料に照射する加工ビーム（即ち、フォーカススポット）の前方の送り方向における領域内において、光ラインを、垂直に、接合当接部にわたって加工材料上側面に投影可能である、１つのプロジェクターと、および、例えばＣＣＤマイクロチップまたはＣＭＯＳマイクロチップを基礎とする、１つのデジタルカメラとを備えており、このデジタルカメラが、
このデジタルカメラでもって、接合位置の画像が、加工材料上側面に投影された光ラインの領域内において、少なくともこのプロジェクターによって放射される光の波長領域内において、有利には、しかしながら、少なくとも５０Ｈｚの撮像周波数を有する目視可能な、近赤外の、および、赤外の波長領域内において撮影され得るように、
形成され、且つ、設けられている。

更に、本発明に従う方法の実施のために設けられた接合装置は、この、もしくは、これらセンサー装置と接続された評価兼制御ユニットを有しており、この評価兼制御ユニットを用いて、特に、これらセンサー装置でもって検出された、例えばカメラでもって撮影された画像を含め得る、測定データの自動化された処理、および、評価が実施され得、その際、この評価兼制御ユニットが、この評価兼制御ユニットが、ソフトウェアーによって作動され得るように、形成されている。
例えば、この評価兼制御ユニットは、これらセンサー装置に結合するために備えられたインターフェースを有するコンピュータ（ＰＣ）、または、いわゆる、「エンベデッド」（「組み込み（ｅｉｎｇｅｂｅｔｔｅｔ）」に関する英語）ソフトウェアーを有する高統合された制御装置である。

更に、評価兼制御ユニットは、接合装置のリモート−加工光学機器に、および、送り運動を生じさせるためのアクチュエータに結合するための、少なくとも１つの、（更に別の）インターフェースを有しており、前記インターフェースを介して、加工ビームに関する、揺動、または、集光のようなプロセスパラメータ、および、送り速度が制御される。同様に、評価兼制御ユニットが、加工ビームを発生させる、加工ビーム発生ユニットに結合するための１つのインターフェースを、例えば、出力調節の目的のために有していることも可能である。

接合装置は、更に、これらセンサー装置内の１つのセンサー装置を用いて、加工材料の位置が、即ち、加工ヘッドに対して相対的に、３つの回転的な自由度に関するこれら加工材料のそれぞれの回転が、測定可能であるように、形成されていることは可能である。
垂直方向に対する加工材料の回転の算定のために、この接合装置は、例えば加工ヘッドに設けられた、付加的な角度位置センサー装置を有することは可能である。

前記された接合装置を用いての、接合間隙を有するオーバラップ当接部における、第２の加工材料との第１の加工材料の接合の間じゅうの、溶接継ぎ目品質の改善の目的のために、プロセスモデルを用いての、プロセスパラメータの適応性のある適合を有する、本発明に従う接合方法は、以下のように実施される：

オーバラップ当接部における、第１の加工材料と第２の加工材料との間の接合間隙の、高さ算定、
材料（即ち、素材）、および、
両方の、接合されるべき加工材料の場合によっては生じる被膜、並びに、
使用されるべき溶接送り速度、に基づいて、
溶接工程の間じゅう、調節されるべきプロセスパラメータが定められる。
このことは、センサー装置によって検出可能でない入力パラメータが手動で入力された後に、有利には、評価兼制御ユニットによって行われ得る。

接合間隙の高さ算定は、例えば、オーバラップ当接部のステップ高さ（Ｓｐｒｕｎｇｈｏｅｈｅ）の測定、および、引き続いての上側薄板の（既知の）薄板厚さの減算によって行われ得る。
オーバラップ当接部のステップ高さの高さ測定は、（自動的に）レーザー三角測量を介して行われ得る。しかしながら、同様に、例えば、光学的なコヒーレント断層撮影（Ｋｏｈａｅｒｅｎｚｔｏｍｏｇｒａｆｉｅ）、または、オーバラップ当接部を横切って投影された光ラインの歪みの評価のような、高さの算定のための他の方法も使用され得る。

次のステップにおいて、材料、間隙高さ、加工材料の厚さ、および、空間内における（即ち、接合装置のリモート−加工光学機器に対して相対的な）、および、互いに相対的な加工材料の位置決めを基礎とするプロセスモデルを用いて、プロセスパラメータ、例えば、加工ビームの揺動パラメータ、送り速度、および、フォーカススポットの大きさは、定められる。
これらパラメータは、溶融池の大きさ、および、溶融池流動に、決定的な状態で影響を及ぼす。特に、加工ビームの揺動パラメータの合目的な基準値によって、溶融池の上に形成された溶融波内への加工ビーム揺動の、例えば共振的な、印加によって、ペースト状の、アルミニウムを含有する溶融物が、上側薄板から下側薄板の上へと、および、この上側薄板と下側薄板との間に形成された接合間隙内へと流動することが達成され得る。
定められた目標プロセスパラメータは、この場合、現実に接合プロセスにおいて使用される実際のプロセスパラメータから逸脱可能である。

評価兼制御ユニットを用いての、接合装置、および、加工ビーム発生ユニットの、（例えば、リモート−加工光学機器内における）アクチュエータの制御のために、制御信号基準値の同期化が必要である。従って、例えば、加工ビームの出力は、８ｋＨｚに至るまでの周波数でもって、もしくは、市販の加工ビーム源の制御器限界に対して、能動的な走査ユニット、オートフォーカス、並びに、更に別の位置センサー装置の運動でもって、互いに調和される。

本方法に従う目標プロセスパラメータの決定は、評価装置を用いて、（例えば、いわゆる、「ルックアップテーブル（Ｌｏｏｋ−ｕｐ−ｔａｂｌｅ）」の様式における）データベース（Ｄａｔｅｎｂａｎｋ）に基づいて行われ、このデータベース内において、多数の入力パラメータの組み合わせのために、例えば経験的に算定される、適当に使用されるべきプロセスパラメータが保管されている。このデータベースは、評価兼制御ユニット内において保持され得、従って、使用されるべきプロセスパラメータの評価が、自動的にこの評価兼制御ユニットによって行われ得る。

目標プロセスパラメータの決定は、しかしながら、同様に、（同様に経験的に、例えば、拡張された一連の実験のデータにおける曲線適合によって算定され得る）分析的な関数を介してでも行われ得る。同様に、目標プロセスパラメータが、自動的に評価兼制御ユニット内において始めから終わりまで全て計算された、（複雑な）シミュレーションモデルを用いて、算出されることは可能である。

更に、溶接工程の後工程において、溶接継ぎ目監視兼分析が実施され得、この溶接継ぎ目監視兼分析は、プロセスパラメータの検査、および、場合によっては後調節のために使用される。
この目的のために、溶接継ぎ目品質検出センサー装置でもって、溶接継ぎ目は、溶融池の（送り方向において）直ぐ後ろで検出され、且つ、自動的に溶接継ぎ目品質（例えば、溶接継ぎ目上側面における溶接継ぎ目の美的印象、溶接継ぎ目下側面における溶接継ぎ目のたるみ、機械的な耐荷重能力に影響を及ぼす局所的な溶接継ぎ目の特性、及び／または、この溶接継ぎ目の密封性）の分析が、実施される。
この分析が、例えば、不完全に閉鎖された接合間隙を明らかにする場合、評価兼制御ユニットを介して、プロセスパラメータの適合は、この接合間隙が、溶接プロセスの更に別の経過において、再び上側薄板から溶融する溶融流動状態の材料でもって完全に閉鎖される、という様式において実施される。

この溶接継ぎ目監視兼分析は、１つまたは複数の方法のステップとして、溶接継ぎ目品質検出センサー装置内において実施され得る。選択的に、溶接継ぎ目品質検出センサー装置でもっての溶接継ぎ目の検出、および、この溶接継ぎ目品質検出センサー装置と接続された評価兼制御ユニット内における分析は行われ得る。

この溶接継ぎ目監視は、高速度カメラでもって行われ得、この高速度カメラが、同様に、赤外線領域内においても感応的であることは可能である。分析は、自動的にカメラでもって撮影された、溶接継ぎ目の画像を、リアルタイムに、特徴的な欠陥画像に対して探索する、画像処理ソフトウェアーを用いて行われる。

本発明に従う方法の利点は、（揺動周波数、または、揺動振幅のような）プロセスパラメータの目標に合わせられた適合によって、連続的に、リアルタイムに、オーバラップ当接部に形成された、接合当接部に沿って偶然の状態で異なる間隙高さを有する間隙が、常に、高い信頼性で閉鎖され得ることにある。
使用されるべきプロセスパラメータが、溶接工程の間じゅう、連続的に、センサー装置を用いて検出される実際の状況に基づいて新規に算出されるので、
これら使用されるべきプロセスパラメータの適合は、動力学的に、このプロセスの間じゅう行われ、その際、方法内在的に（ｖｅｒｆａｈｒｅｎｓｉｍｍａｎｅｎｔ）、（例えば、溶接継ぎ目における、互いに相対的な、加工材料の位置変更のような）変化する入力パラメータに対して、同様に、リアルタイムに応動され得る。

本発明に従う方法の更に別の利点は、自動化におけるこの方法の高い程度にあり、従って、ただ、溶接プロセスの開始のために、接合プロセスに影響を及ぼす大きさの、加工材料の材料組成、または、薄板厚さのような、（手動的な）入力が、例えば、評価兼制御ユニット内へと必要なだけである。

それに加えて、もし、溶接継ぎ目分析が低下する溶接継ぎ目品質であることを明らかにするならば、溶接プロセスに後続された（ｎａｃｈｇｅｌａｇｅｒｔｅ）溶接継ぎ目監視もしくは分析によって、使用されるべき目標プロセスパラメータの即席の補正が可能であり、従って、常に、溶接継ぎ目の同じに良好な品質が保証される。

本発明に従う方法によって、部材準備作業（Ｔｅｉｌｅｖｏｒｂｅｒｅｉｔｕｎｇ）への手間暇が、明確に低下され得る。
更に、接合されるべき加工材料を重なり合って押圧する緊張装置は、簡略化され得、もしくは、この緊張装置が、これら加工材料を、一定の小さな間隙でもって、または、場合によっては、しかもその上、間隙無く重なり合って固定するために、いつもの通常の精度でもって調節される必要が無い。このことによって、プロセス時間は、明確に短縮され、且つ、費用が削減される。

本発明に従う接合装置は、測定値検出装置、および、全ての必要な調節量の制御装置を、１つの機器内において一体化している。接合プロセスは、完全に、自動的に進行され得、即ち、如何なる更に別の、外部の構成も導入される必要が無い。

加工ビームの揺動、即ち、揺動振幅の時系列的な曲線経過が、出力分布を構造部材の所与の要件に適合させるために、正弦曲線、三角形（鋸の歯）、矩形、または、より高い次数の他の関数の、形状を有していることは可能である。

方法の実施形態に従い、後続された溶接継ぎ目監視兼分析によって認識される、必要な目標プロセスパラメータの補正のために、発展的なアルゴリズムが使用され得る。この発展的なアルゴリズムは、入力パラメータ、もしくは、測定量、有利には、間隙高さの（再）組み合わせを、使用されるべきプロセスパラメータでもって、良好な溶接結果に基づいて許容する。このようにして、学習システムが形成され、その際、連続的に、変化する影響値に応動され得る。
これに伴い新規に与えられたパラメータの組み合わせは、例えば、永続的に評価兼制御ユニット内に保管されたデータベース内に、または、溶接プロセスの継続時間の間じゅう、データベースに依存しない記憶領域内に格納され得る。この方法の、制約のないこの自在性によって、プロセスパラメータは、溶接によって生じる溶接品質に依存して、それぞれに、動力学的に、溶接工程の間じゅう適合され得る。

溶接工程の間じゅう、（外部の）プロセスに条件付けられた諸要件に基づいて必要な送り速度の変更の際に、プロセスパラメータ（送り速度を除いて）が、変化された送り速度に依存して選択され、即ち、送り速度が、影響を与えることができないプロセスパラメータとして処理され、それに対して、残りのプロセスパラメータが、溶接工程の間じゅう、外部の基準値によって変化する送り速度に適合される、ことは可能である。

１つの実施形態に従い、アルミニウムを含有する溶融物の流動特性の改善、および、溶融物上側面に形成される酸化物膜の一時的な除去のために、
加工ビームに対して、短時間のパルスが変調され（ａｕｆｍｏｄｕｌｉｅｒｔ）、即ち、連続的に加工ビーム発生ユニットから放射される加工ビームが、パルス状に、（出力において）増幅される。
この場合、このパルスが、溶接プロセスの間じゅう、連続的に放射される加工ビームの同じ作用箇所において、加工材料上側面に照射すること、または、
この加工ビームが、このパルスの継続時間のために、溶接継ぎ目形成のための作用箇所の直ぐ近傍に位置する、加工材料上側面の１つの位置に、誘導されることは可能であり、その際、この間隔は、有利には４ｍｍよりも小さい。

以下に、１つの実施例に基づいて、本発明を詳しく説明する。この目的のために、概略的な図が示されている。

横断面における、本発明の接合装置、および、縦断面におけるオーバラップ当接部の図である。 オーバラップ当接部に対して垂直方向に揺動する加工ビームを伴う、横断面における、オーバラップ当接部の図である。 フォーカススポット内における、オーバラップ当接部に対して垂直方向に揺動する加工ビームの、光強度分布の図である。

図１に従う接合装置は、リモート−レーザー−加工光学機器を有する、レーザービーム溶接装置であり、且つ、従って、加工ビームは、レーザービームである。
レーザービーム発生ユニット１はレーザービーム２を発生し、このレーザービームが、ビーム軸線に沿って移動可能な視準ユニット３によって、その偏向ユニットのそれぞれの横方向軸線を中心として揺動する偏向ユニット４ａに対して、および、その偏向ユニットの縦方向軸線を中心として揺動する偏向ユニット４ｂに対して視準する。要するに、集光ユニット５は、加工材料６（上側薄板）および、７（下側薄板）の上で、レーザーフォーカススポット８の形成し、このレーザーフォーカススポットが、送り速度Ｖｓでもって、接合当接部に沿って移動される。

プロジェクター１０は、測定光１１を用いて、加工材料上側面に対して、光線を、垂直に、接合当接部にわたって投影する。センサー１３は、この光線を検出し、その際、センサー集光ユニット１２が、このセンサー１３の前方に接続され得る。
これらセンサーと接続された評価兼制御ユニット１５は、このことから、正確な接合当接部位置、加工材料６、および、７の互いの位置、（もしくは、両方の加工材料のどちらが上側薄板６であるか）、並びに、接合当接部におけるこれら加工材料６と加工材料７との間の接合間隙１６の高さを算出する。

溶接継ぎ目品質検出センサー装置１８は、フォーカススポット８の直ぐ後ろの、送り方向（ｘ）における溶接継ぎ目の瞬間撮影を発生させる。これら撮影は、評価兼制御ユニット１５によって処理され、且つ、低下する溶接継ぎ目品質の兆候において、プロセスパラメータが、この評価兼制御ユニット１５内において保管されたプロセスモデルに相応して、特有に、検出された兆候に適合される。

図２は、リモート−レーザー−加工光学機器の、偏向ユニット４ａ内の１つの偏向ユニットを示しており、この偏向ユニットが、−評価兼制御ユニット１５によって制御された状態で−、レーザービーム２を、オーバラップ当接部にわたって、アルミニウム材料から成る上側薄板６が溶融され、従って、溶融池１７が形成されるように、揺動される。それに加えて、揺動パラメータは、ペースト状の溶融池１７の少なくとも１つの部分が、下側薄板７上に下へと流れ、この部分が接合間隙１６を閉鎖するように、制御される。

図３内において、加工材料上側面に生じる、レーザーフォーカススポット８の光強度分布が図示されている。
レーザービーム２（もしくは、レーザーフォーカススポット８）の揺動は、接合当接部に対して横方向にレーザービーム２によって加工材料上側面内へと導入される光強度ｌの最大値ｌ_２ が、上側薄板６の上で存在する、ように調節される。光強度ｌの付加的な、局部的な最大値ｌ_１ は、下側薄板７の上で存在する。

１ 加工レーザー
２ レーザービーム
３ 視準ユニット
４ａ 偏向ユニット、この偏向ユニットの横方向軸線を中心として揺動する
４ｂ 偏向ユニット、この偏向ユニットの長手方向軸線を中心として揺動する
５ 集光ユニット
６ 加工材料（上側薄板）
７ 加工材料（下側薄板）
８ レーザーフォーカススポット
１０ プロジェクター
１１ 測定光
１２ センサー集光ユニット
１３ センサー
１５ 評価兼制御ユニット
１６ 接合間隙
１７ 溶融池
１８ 溶接継ぎ目品質検出センサー装置
Ｖｓ 送り速度
Ｉ 光強度
ｘ ｘ方向／送り方向
ｙ ｙ方向／送りに対して横方向
ｚ ｚ方向／垂直方向