DE102009042986B3

DE102009042986B3 - Schweißkopf und Verfahren zum Fügen eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102009042986B3
Application number: DE102009042986A
Authority: DE
Inventors: Joachim Schwarz
Original assignee: Precitec KG
Current assignee: Precitec KG
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2011-03-03
Anticipated expiration: 2029-09-26
Also published as: CH704157B1; US20160311056A1; CA2774745C; US20120234805A1; CA2774745A1; WO2011035913A1; US10092977B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schweißkopf (10) zum Fügen eines Werkstücks (16), mit einer Schweißvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine Fügestelle (56) des zu bearbeitenden Werkstücks (16) innerhalb eines Arbeitsbereichs zu verschweißen, einer an der Schweißvorrichtung angebrachten Lichtschnittvorrichtung (30) mit zumindest einer Lichtquelle (38, 46) zum Erzeugen zumindest einer Lichtlinie (42, 50) innerhalb des Arbeitsbereichs auf dem Werkstück (16), die eine zu fügende Stelle (6) und eine nach Beabreitung durch die Schweißvorrichtung gefügte Stelle (62) in einem vorbestimmten Abstand schneidet, zumindest einer Kamera (24) zur Beobachtung des Arbeitsbereichs des zu bearbeitenden Werkstücks (16), welche die Lichtlinie (42) an der zu fügenden Stelle (60) und die Lichtlinie (50) an der gefügten Stelle (62) in regelmäßigen Zeitabständen abbildet, um Referenzdaten (DataR(t)) hinsichtlich der Geometrie der zu fügenden Stelle (60) und Messdaten (DataM(t)) hinsichtlich der Geometrie der gefügten Stelle (62) mit einer Fügenaht (58) zu erzeugen, und einer Verarbeitungseinheit (52) zum Empfangen der Referenzdaten (DataR(t)) und der Messdaten (DataM(t)) von der zumindest einen Kamera (24) und zum Vergleichen der Referenzdaten (DataR(t)) und Messdaten (DataM(t)) an der jeweils gleichen Werkstückstelle vor und nach Bearbeitung durch den Laserstrahl, so dass die Geometrie der Fügenaht (62, 58) unabhängig von der Geometrie der zu fügenden Stelle (60) bestimmbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schweißkopf, insbesondere einen Laserschweißkopf, sowie ein Verfahren zum Fügen eines Werkstücks, insbesondere mittels eines Laserstrahls, durch Schweißen oder Löten.
Mit Hilfe eines Laserschweißkopfes lässt sich ein Werkstück unter Verwendung eines Laserstrahls bearbeiten, wobei zum Beispiel Schweiß- oder Lötarbeiten zum Fügen eines Spaltes in einem Werkstück oder zwischen zwei Werkstücken durchgeführt werden können. Bei diesem Vorgang ist es nötig, die Qualität der von dem Laserschweißkopf mittels des Laserstrahls erzeugten Schweiß- oder Lötnähten zu überwachen. Die Inspektion der Schweiß- oder Lötnähte erfolgt mittels Bildverarbeitung, wobei unter anderem die geometrischen Eigenschaften der Schweißnähte wie Konkavität, Konvexität, Nahtbreite oder Nahtdicke ermittelt werden. Um diese Eigenschaften zu erfassen, muss der Nahtbereich exakt in der dreidimensionalen Darstellung bekannt sein, da sonst unter Umständen Unregelmäßigkeiten im Werkstück im Bereich der zu fügenden Naht in die Geometrieerfassung der Fügenaht mit eingehen. Der oben beschriebene Schweißvorgang ist jedoch nicht auf Laserschweißen beschränkt, so erfordert ein Schweißen mittels eines Metallschutzgasschweißkopfes ebenfalls eine Schweißnahtüberwachung.
Die häufigste Auswertung der dreidimensionalen geometrischen Struktur von Fügestellen erfolgt mittels Lasertriangulation. Bei diesem Verfahren wird während eines Schweißvorgangs eine Lichtschnittvorrichtung eingesetzt, welche an dem Laserschweiß- oder Metallschutzgasschweißkopf angebracht ist. Hierbei projiziert die Lichtschnittvorrichtung einen Lichtfächer mittels eines Laserstrahls auf das Werkstück, um darauf eine Lichtlinie zu erzeugen. Aus der Beobachtung des Lichtschnitts, also der Lichtlinie, kann die Geometrie der zu fügenden Stelle sowie der gefügten Stelle nach Bearbeitung mittels des Laserstrahls, also der Schweiß- oder Lötnaht, mittels des Verlaufs der Lichtlinie im Bearbeitungsbereich bestimmt werden.
Bei bekannten Verfahren zur Bestimmung der Geometrie der Fügestelle für eine Qualitätsüberwachung werden entweder die Blechgeometrie ohne Schweiß- oder Lötnaht vorab gespeichert und anschließend mit den Messdaten nach dem Fügen des Werkstücks verglichen. Hierfür ist es jedoch nötig, die Blechgeometrie ohne Schweißnaht entweder vorab vollständig zu kennen oder vor dem Schweißvorgang eine Referenzfahrt durchzuführen, um die Geometriedaten der Fügestelle ohne Schweißnaht zu erfassen. Bei der Inspektion werden diese Daten mit den laufenden Messdaten verglichen und so Abweichungen angezeigt. Bei diesem Verfahren ist jedoch bei Bahnänderungen zwischen Referenz- und Messfahrt ein aufwendiges manuelles Ändern der Referenzdaten nötig. Weiter können Bauteilabweichungen sowie Veränderungen des Bauteils während des Fügeprozesses nicht erfasst werden und führen daher zu Messfehlern. Des Weiteren werden eine Veränderung der Bauteillage, bedingt durch Spannvorrichtungen, nicht berücksichtigt.
Die US 2005/00 41 852 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erfassung einer Fügestelle von Werkstücken. Hierbei wird mit dem Lichtschnittverfahren mindestens eine Lichtlinie zur Erfassung des drei-dimensionalen Verlaufs der Fügestelle und weiter ein Grauwertbild der Fügestelle aufgenommen, wobei das Grauwertbild zur Beurteilung der Qualität der Fügestelle ausgewertet wird. Die mindestens eine Lichtlinie des Lichtschnittverfahrens und das Grauwertbild werden zusammen auf einem Bild aufgenommen. Die Aufnahme, welche mindestens eine Lichtlinie des Lichtschnittverfahrens enthält, welche von einem Laser erzeugt wird, erfolgt mittels einer nichtlinearen, insbesondere logarithmischen Sensorkennlinie und die Grauwertbilderfassung durch einen Sensor erfolgt mit im wesentlichen linearer Kennlinie, wobei die im wesentlichen lineare Kennlinie im Bereich geringerer Beleuchtungsstärke liegt als die nicht lineare Kennlinie.
Die US 2005/02 47 681 A1 beschreibt einen Schweißkopf, der ein Gehäuse umfasst, durch das ein Strahlengang für einen Laserstrahl hindurch geführt ist. Hierbei weist das Gehäuse eine Fokussieroptik, zwei Lichtschnittvorrichtungen, die zwei parallel verlaufende Lichtlinien erzeugen, zwei CMOS-Kameras sowie eine Verarbeitungseinheit auf, die dazu dient, einen Fügespalt und eine Schweißnaht zu kontrollieren sowie eine Position des Schweißkopfes relativ zu der Schweißnaht zu überwachen.
Die WO 2008/028 580 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Beurteilung der Schweißqualität beim Schweißen. Hierbei wird bei der Laserschweißung koaxial zum Laserstrahl durch die Laseroptik hindurch der Schweißbereich abgebildet, wobei sowohl eine Triangulationslinie und ein Grau- oder Farbbild der erstarrten Schweißnaht als auch das Prozessleuchten des Schweißprozesses aufgenommen wird. Aus diesen drei Bildelementen kann eine optimale Qualitätsbeurteilung des Schweißprozesses und der Schweißnaht erfolgen.
Die DE 10 2006 004 919 A1 beschreibt einen Laserstrahlschweißkopf. Dieser Laserstrahlschweißkopf zum Schweißen von Metallteilen umfasst mindestens einen Strahlengang für einen Schweißstrahl und Mittel zur optischen Erfassung der Position der Schweißnaht an einer ersten Messposition, wobei die Mittel zur optischen Erfassung der Position der Schweißnaht eine Anordnung der ersten Messposition in Schweißrichtung vorlaufend vor der Schweißposition des Schweißstrahls ermöglichen und zumindest in Abhängigkeit von einer lateralen Abweichung der Schweißnaht von einer Sollposition ein Korrektursignal zur Korrektur der Schweißposition des Schweißstrahls erzeugen sowie eine entsprechende Verwendung des Laserstrahlschweißkopfes.
Die EP 2 062 674 A1 beschreibt ein Verfahren zum Vorbereiten und zum Durchführen eines Laserschweißprozesses. Dieses Verfahren zum Vorbereiten eines Laserschweißprozesses an einem Werkstück umfasst die Schritte: Erfassen der Position einer Fügestelle an dem Werkstück mit Hilfe einer Sensoreinrichtung in einem ersten Messbereich vorlaufend zu einer Laserstrahlposition, Erfassen der Position der Fügestelle mit der Sensoreinrichtung in einem zweiten Messbereich an der Laserstrahlposition und/oder in einem dritten Messbereich nachlaufend zur Laserstrahlposition, Erfassen der Laserstrahlposition in dem zweiten Messbereich mit der Sensoreinrichtung, sowie Vergleichen der Positionen der Fügestelle in den jeweiligen Messbereichen und der Laserstrahlposition zum Anpassen der Lage, der Ausrichtung und/oder des Koordinatensystems der Sensoreinrichtung und/oder eines Laserbearbeitungskopfs relativ zum Werkstück.
Die DE 10 2007 030 395 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Laserstrahlschweißen eines Werkstücks. Dieses Verfahren ist zum bevorzugt kontinuierlichen Laserstrahlschweißen eines Werkstücks, insbesondere eines Rohrs, entlang einer Schweißrichtung längs des Werkstücks vorgesehen, wobei in Schweißrichtung vor einer Schweißstelle an dem Werkstück mindestens eine zu einem Fügespalt in dem Werkstück versetzte Markierung detektiert wird. Die mindestens eine Markierung wird auch in Schweißrichtung nach der Schweißstelle detektiert, und aus der Lage quer zur Schweißrichtung der vor und nach der Schweißstelle detektierten Markierung wird eine optimale Schweißposition des Laserstrahls quer zur Schweißrichtung ermittelt.
Die EP 0 770 445 A2 beschreibt ein Verfahren zum Kontrollieren und Positionieren eines Strahls zum Betreiben von Werkstücken. Bei einem Verfahren zum Kontrollieren und Positionieren eines Strahls zum Bearbeiten von Werkstücken bestimmt ein erster Sensor vor dem Strahl bzw. eine Vorgabe den vom Strahl nachzufahrenden Weg. Ein zweiter Sensor nach dem Strahl kontrolliert die Tätigkeit des Strahls. Dabei werden die Vorgabe oder die Aufnahmeergebnisse des ersten Sensors über eine Soll-Lage des Strahls mit Aufnahmeergebnissen des zweiten Sensors über eine Ist-Lage des Strahls unter Berücksichtigung der geschwindigkeitsabhängigen relativen Verschiebung Strahl/Werkstück verglichen. Bei einer Abweichung der Ist-Lage von der Soll-Lage wird der Strahl auf eine Grundposition korrigiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schweißkopf und ein Verfahren zum Fügen eines Werkstücks zu schaffen, durch welche eine Qualitätsüberwachung einer Fügenaht in einfacher Weise während eines laufenden Fügeprozesses durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch den Schweißkopf nach Anspruch 1 sowie durch das Verfahren zum Fügen eines Werkstücks nach Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargelegt.
Erfindungsgemäß ist ein Schweißkopf zum Fügen eines Werkstücks vorgesehen, welcher eine Schweißvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine Fügestelle des zu bearbeitende Werkstück innerhalb eines Arbeitsbereichs zu verschweißen, aufweist, eine an der Schweißvorrichtung angebrachte Lichtschnittvorrichtung, welche mit dem Gehäuse fest verbunden sein kann, mit zumindest einer Lichtquelle zum Erzeugen zumindest einer Lichtlinie innerhalb des Arbeitsbereichs auf dem Werkstück, die eine zu fügende Stelle und eine nach Bearbeitung mittels der Schweißvorrichtung gefügte Stelle in einem vorbestimmten Abstand schneidet, zumindest eine Kamera zur Beobachtung des Arbeitsbereichs des zu bearbeitenden Werkstücks, welche die Lichtlinie bei oder an der zu fügenden Stelle und die Lichtlinie bei oder an der gefügten Stelle in regelmäßigen Zeitabständen abbildet, um Referenzdaten hinsichtlich der Geometrie der zu fügenden Stelle und Messdaten hinsichtlich der Geometrie der gefügten Stelle mit einer Fügenaht zu erzeugen, und eine Verarbeitungseinheit zum Empfangen der Referenzdaten und der Messdaten von der zumindest einen Kamera und zum Vergleichen der Referenzdaten und Messdaten an der jeweils gleichen Werkstückstelle vor und nach Bearbeitung durch den Laserstrahl aufweist, so dass die Geometrie der Fügenaht unabhängig von der Geometrie der zu fügenden Stelle bestimmbar ist.
Es ist also ein Schweißkopf zum Fügen mittels Schweißen oder Löten vorgesehen, bei welchem die Überwachung der Schweiß- oder Lötnaht in der Weise erfolgt, dass mittels einer vorlaufenden Lichtlinie die Geometrie der zu fügenden Naht erfasst wird und diese erfassten Daten mit den mittels einer nachlaufenden Lichtlinie, welche die gefügte Naht abbildet, erfassten Daten verglichen werden. Hierbei ist eine Verarbeitungseinheit in dem Schweißkopf vorgesehen, welche die erfassten Geometriedaten vor dem Fügeprozess und nach dem Fügeprozess so abgleicht, dass die Daten an der jeweils gleichen Werkstückstelle miteinander verglichen werden können. Dies kann erfindungsgemäß durch Ermittlung des zurückgelegten Fügeweges aufgrund der Integration einer bekannten Fügegeschwindingkeit erfolgen, welche der Geschwindigkeit des Schweißkopfes oder der Geschwindigkeit der zumindest einen Kamera, die fest mit dem Schweißkopf verbunden ist, entspricht, wobei der zurückgelegte Fügeweg mit dem bekannten vorbestimmten Abstand der vorlaufenden Lichtlinie und der nachlaufenden Lichtlinie verglichen wird, wodurch ein zeitlicher Abstand der Referenzdaten und der Messdaten errechnet werden kann. Aus dem Vergleich der Referenzdaten kann somit die Geometrie der Fügenaht unabhängig von Unregelmäßigkeiten in dem zu fügenden Werkstück im Bereich der zu fügenden Naht ermittelt werden und eine Qualitätsüberwachung in einem laufenden Fügeprozess erfolgen.
In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es besonders vorteilhaft, wenn die Schweißvorrichtung ein Metallschutzgasschweißkopf ist.
Hierbei ist es besonders zweckmäßig, wenn die zumindest eine Kamera an einer Außenseite der Schweißvorrichtung angebracht ist. Im Falle des Metallschutzgasschweissens kann es zweckmässig sein, zwei Kameras an der Aussenseite der Schweissvorrichtung anzubringen, da die vorlaufende und die nachlaufende Lichtlinie aufgrund der Verdeckung durch die Vorrichtung nicht mittels einer Kamera aufgezeichnet werden kann. In diesem Falle werden die aufgezeichneten Bilder der beiden Kameras so miteinander verrechnet, dass entsprechende Referenzdaten und Messdaten erzeugt werden können, wie dies bei der Aufnahme mittels einer Kamera der Fall ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es zweckmäßig, wenn der erfindungsgemäße Schweißkopf ein Schweißkopf oder Laserschweißkopf ist, wobei die Schweißvorrichtung ein Gehäuse umfasst, durch das ein Strahlengang für einen Laserstrahl hindurchgeführt ist und das eine Fokussieroptik zum Fokussieren des Laserstrahls auf die Fügestelle des zu bearbeitenden Werkstücks innerhalb des Arbeitsbereichs aufweist. Hierbei ist die Lichtschnittvorrichtung mit zumindest einer Lichtquelle zum Erzeugen zumindest einer Lichtlinie innerhalb des Arbeitsbereichs auf dem Werkstück, die eine zu fügende Stelle und eine Nachbearbeitung mittels des Laserstrahls gefügte Stelle in einem vorbestimmten Abstand schneidet, an dem Gehäuse angebracht.
Für den Betrieb der Verarbeitungseinheit, aus den Referenzdaten und den Messdaten eine bereinigte Geometrie der Fügenaht zu bestimmen, ist es von Vorteil, wenn die Verarbeitungseinheit einen Pufferspeicher zum Zwischenspeichern der empfangenen Referenzdaten, einen Vergleicher zum Vergleichen der Messdaten bei einem jeweils ersten Zeitpunkt mit den Referenzdaten zu einem jeweils zweiten Zeitpunkt, wobei die jeweiligen ersten und zweiten Zeitpunkte einen jeweils vorbestimmten zeitlichen Abstand aufweisen und einen Integrator zum Ermitteln des jeweils vorbestimmten zeitlichen Abstands mittels zeitlicher Integration der Fügegeschwindigkeit und Vergleichen des errechneten Fügewegs mit dem vorbestimmten Abstand der Lichtlinien umfasst.
Obwohl es grundsätzlich vorstellbar ist, dass die Lichtschnittvorrichtung dazu geeignet ist, eine ringförmige Lichtlinie auf das Werkstück zu projezieren, ist es in einer besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Lichtschnittvorrichtung eine erste Lichtfächervorrichtung mit einer ersten Lichtquelle zum Erzeugen einer geraden Lichtlinie, welche die zu fügende Stelle schneidet, und eine zweite Lichtfächervorrichtung mit einer zweiten Lichtquelle zum Erzeugen einer geraden Lichtlinie auf dem Werkstück, die die gefügte Stelle schneidet, aufweist.
Für eine besonders einfache Auswertung der Referenzdaten und der Messdaten sowie für eine einfache Bestimmung des vorbestimmten Abstands der zu fügenden Stelle und der gefügten Stelle im Lichtlinienkreuzungspunkt ist es zweckmäßig, wenn die auf dem Werkstück erzeugten geraden Lichtlinien der ersten und der zweiten Lichtfächervorrichtung zueinander parallel verlaufen.
Um in einfacher Weise den Abstand zwischen der Schweißvorrichtung, insbesondere der Fokussieroptik und dem Werkstück mittels Triangulation ermitteln zu können, ist es zweckmäßig, wenn die erste und die zweite Lichtfächervorrichtung so zueinander angeordnet sind, dass der Lichtfächer der ersten Lichtquelle und der Lichtfächer der zweiten Lichtquelle jeweils schräg zur optischen Achse des Laserstrahls auf das zu bearbeitende Werkstück treffen.
Für die Erzeugung eines geringen Abstands zwischen den parallelen Lichtlinien bei fest am Schweißkopf montierten Lichtfächervorrichtungen ist es besonders zweckmäßig, wenn die Lichtfächer der ersten Lichtquelle und der zweiten Lichtquelle so zueinander angeordnet sind, dass sie ausgehend von den jeweiligen Lichtquellen aufeinander zulaufen.
Für das Funktionieren der Verarbeitung der Referenzdaten und der Messdaten ist ein konstanter Abstand der Lichtlinien unabdingbar. Somit ist es besonders zweckmäßig, wenn der Schweißkopf ferner eine Regelungseinheit aufweist, welche den Abstand zwischen der Schweißvorrichtung, insbesondere der Fokussieroptik, und dem Werkstück durch Bestimmen des Abstands der zueinander parallelen Lichtlinien der ersten und der zweiten Lichtfächervorrichtung auf einen konstanten Wert regelt.
In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung des Schweißkopfes ist die zumindest eine Kamera eine CMOS-Kamera.
Für eine besonders kompakte Ausgestaltung des Schweißkopfes ist es zweckmäßig, wenn der Schweißkopf ferner einen Strahlteiler aufweist, durch welchen ein Beobachtungsstrahlengang der als einzelne Kamera ausgebildeten zumindest einen Kamera koaxial in den Laserstrahlengang einkoppelbar ist. Die Verwendung lediglich einer Kamera ist aufgrund der geringeren Kosten und aufgrund der einfacheren Berechnung der Referenzdaten und der Messdaten bevorzugt.
Aufgrund der hohen Intensität und der geringen Strahlaufweitung von Laserlicht ist es von Vorteil, wenn die erste und die zweite Lichtquelle Laser, insbesondere Halbleiterlaser sind.
Zur Eliminierung von Störstrahlung, wie sie beispielsweise bei einem Betrieb des Schweißkopfes auftritt, ist es zweckmäßig, wenn vor der zumindest einen Kamera ein optischer Bandpassfilter angeordnet ist, welcher auf die Wellenlängen der ersten und der zweiten Lichtquelle abgestimmt ist.
Erfindungsgemäß ist weiter ein Verfahren zum Fügen eines Werkstücks mittels des erfindungsgemäßen Schweißkopfes, insbesondere durch einen Laserstrahl, vorgesehen, welches die folgenden Schritte aufweist: Erzeugen von zumindest einer Lichtlinie innerhalb eines Arbeitsbereichs eines Werkstücks, welche eine zu fügende Stelle und eine nach Bearbeitung mittels der Schweißvorrichtung gefügte Stelle in einem vorbestimmten Abstand schneidet, abbilden der Lichtlinien bei oder an der zu fügenden Stelle und bei oder an der gefügten Stelle in regelmäßigen Zeitabständen mittels zumindest einer Kamera, um Referenzdaten hinsichtlich der Geometrie der zu fügenden Stelle und Messdaten hinsichtlich der Geometrie der gefügten Stellen zu erzeugen, und verarbeiten der von der zumindest einen Kamera erzeugten Referenzdaten und Messdaten mittels einer Verarbeitungseinheit, wobei das Verarbeiten das Vergleichen der Referenzdaten und Messdaten an einer jeweils gleichen Werkstückstelle vor und nach Bearbeitung durch den Laserstrahl umfasst, um die Geometrie der Fügenaht unabhängig von der Geometrie der zu fügenden Stelle zu bestimmen.
Zweckmäßigerweise umfasst der Schritt des Verarbeitens ferner das Zwischenspeichern der empfangenen Referenzdaten; Vergleichen der Messdaten bei einem jeweils ersten Zeitpunkt mit den Referenzdaten zu einem jeweils zweiten Zeitpunkt, wobei die jeweiligen ersten und zweiten Zeitpunkte einen jeweils vorbestimmten zeitlichen Abstand aufweisen; und Ermitteln des jeweils vorbestimmten zeitlichen Abstands mittels zeitlicher Integration der Fügegeschwindigkeit und Vergleichen des errechneten Fügewegs mit dem vorbestimmten Abstand der Lichtlinien.
Um einen konstanten Abstand zwischen den Lichtlinien auf dem Werkstück im Bereich der zu fügenden Stelle und der gefügten Stelle zu gewährleisten, ist es ferner von Vorteil, wenn das Verfahren den Schritt des Regelns des Abstands zwischen Schweißvorrichtung, insbesondere der Fokussieroptik und dem Werkstück mittels Triangulation umfasst.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine stark vereinfachte schematische Ansicht eines Schweißkopfes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2A eine stark vereinfachte perspektivische Detailansicht des Werkstücks während eines Fügeprozesses zu einem ersten Zeitpunkt,
2B eine stark vereinfachte perspektivische Detailansicht des Werkstücks während des Fügeprozesses zu einem zweiten Zeitpunkt, und
3 ein Blockschaltbild einer Verarbeitungseinheit des Schweißkopfes gemäß der Erfindung.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauelemente mit gleichem Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine stark vereinfachte Ansicht eines Schweißkopfes 10, insbesondere eines Laserschweißkopfes, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, wie er mit Laserbearbeitungsmaschinen oder -anlagen verwendet wird. Hierbei wird ein von der Laserbearbeitungsmaschine kommender Arbeitslaserstrahl 12 durch ein Gehäuse 14 des Schweißkopfes 10 hindurch auf ein Werkstück 16 gelenkt und mittels einer Fokussieroptik 18 auf das Werkstück 16 fokussiert, wie durch die optische Achse L angedeutet wird. Der Arbeitslaserstrahl 12 kann bei einer Zuführung zu dem Schweißkopf 10 mittels einer Lichtleitfaser aufgrund der Auskopplung des Laserstrahls aus der Lichtleitfaser durch eine Kolimatoroptik aufgewertet sein.
Statt eines Laserschweißkopfes kann als Schweißvorrichtung auch ein Metallschutzgasschweißkopf verwendet werden, wobei in diesem Falle zwei Kameras (nicht gezeigt) eingesetzt werden, um das Werkstück zu beobachten. Im folgenden soll jedoch die Erfindung anhand der Verwendung einer Kamera erläutert werden.
In dem Gehäuse 14 des Schweißkopfes 10 ist im Durchgangsbereich des Arbeitslaserstrahls 12 ein Strahlteiler 20 so angeordnet, dass ein Beobachtungsstrahlengang 22 (angedeutet durch seine optische Achse) einer Kamera 24 koaxial in den Strahlengang des Arbeitslaserstrahls 12 eingekoppelt wird. Im Beobachtungsstrahlengang 22 ist vor der Kamera 24 eine Abbildungsoptik 26 sowie ein optischer Bandpassfilter 28 angeordnet. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Beobachtungsstrahlengang 22 der Kamera 24 über den Strahlteiler 20 auf einen Arbeitsbereich des Werkstücks 16 gerichtet. Es ist jedoch auch möglich die Kamera 24 mit einer Beobachtungsoptik an einer Außenseite des Gehäuses 14 des Schweißkopfes 10 anzubringen, wobei jedoch sichergestellt werden muss, dass das von der Kamera 24 aufgenommene Bild des Arbeitsbereichs des Werkstücks 16 bei einer Bewegung des Schweißkopfes 10 mit dem Gehäuse 14 und insbesondere mit der Fokussieroptik 18 synchron mitbewegt wird.
An einer Außenseite des Gehäuses 14 ist eine Lichtschnittvorrichtung 30 angeordnet, welche eine erste Lichtfächervorrichtung 32 und eine zweite Lichtfächervorrichtung 34 umfasst. Die erste Lichtfächervorrichtung 32 ist mittels einer Halterung 36 an einer Seite des Gehäuses 14 montiert, welche bei einer Bewegung des Schweißkopfes 10 in dessen Bewegungsrichtung (angedeutet durch den Pfeil A) vorne befindlich ist. Die erste Lichtfächervorrichtung 32 weist eine erste Lichtquelle 38 auf, durch welche ein Lichtfächer 40 in Richtung des Werkstücks 16 geworfen wird, um auf dessen Oberfläche innerhalb des Arbeitsbereiches des Schweißkopfes 10 eine Lichtlinie 42 (gezeigt in 2A) zu erzeugen.
Die zweite Lichtfächervorrichtung 34 ist mittels einer Halterung 44 an einer Seite des Gehäuses 14 des Schweißkopfes 10 montiert, welche bei einer Bewegung des Schweißkopfes 10 in Bewegungsrichtung A an einer Rückseite des Gehäuses 14 befindlich ist. Die zweite Lichtfächervorrichtung 34 weist eine zweite Lichtquelle 46 auf, durch welche ein Lichtfächer 48 in Richtung des Werkstücks 16 geworfen wird, um auf dessen Oberfläche innerhalb des Arbeitsbereiches des Schweißkopfes 10 eine Lichtlinie 50 zu erzeugen.
Als erste und zweite Lichtquelle 38, 46 der ersten bzw. zweiten Lichtfächervorrichtung 32, 34 eignet sich aufgrund der hohen Intensität und einer geringen intrinsischen Strahlaufweitung eine Laserlichtquelle, wobei diese eine Halbleiterlaserdiode sein kann. Hierfür können beispielsweise AlGaInP-Laserdioden mit Multi-Quantum-Well-Strukturen verwendet werden, welche ein Abstrahlmaximum in einem Wellenlängenbereicht zwischen 635 nm und 670 nm aufweisen. So kann beispielsweise eine Laserdiode mit einer Abstrahlwellenlänge von 658 nm und einer Abstrahlleistung von 66 mW eingesetzt werden. Hierbei kann für eine Verringerung der von der Kamera aufgenommenen Störstrahlung die Durchlasswellenlänge des optischen Bandpassfilters 28 auf die Wellenlänge der ersten und zweiten Lichtquelle 38, 46 abgestimmt sein.
Der Schweißkopf 10 umfasst ferner eine mit der Kamera 24 verbundene Verarbeitungseinheit 52 sowie eine ebenfalls mit der Kamera 24 verbundene Regelungseinheit 54, deren Funktionen im Folgenden noch genauer beschrieben werden.
Obwohl die Lichtschnittvorrichtung 30 nicht darauf beschränkt ist, zwei Lichtfächervorrichtungen 32 und 34 zu umfassen, sondern auch als eine einzelne Vorrichtung ausgebildet sein kann, welche beispielsweise einen kegelförmigen Lichtfächer um den Fokuspunkt des Laserstrahls 12 auf das Werkstück 16 projiziert, um somit eine kreisförmige oder elliptische Lichtlinie zu erzeugen, ist es erfindungsgemäß von Vorteil, dass die erste Lichtfächervorrichtung 32 und die zweite Lichtfächervorrichtung 34 jeweils Lichtfächer 40 und 48 erzeugen, welche in einer Abstrahlebene liegen, sodass auf die Oberfläche des Werkstücks 16 jeweils gerade Lichtlinien 42 und 50 projiziert werden.
Im Folgenden soll nun die Funktion des erfindungsgemäßen Schweißkopfes 10 anhand der 2A und 2B erläutert werden.
Bei einem durch den Schweißkopf 10 durchgeführten Fügeprozess, welcher ein Schweiß- oder Lötprozess sein kann, wird der Schweißkopf 10, wie durch den in 1 und 2 angedeuteten Pfeil A gezeigt, mit einer Geschwindigkeit v(t) über ein zu fügendes Werkstück 16 (welches aus zwei miteinander zu verbindenden Blechen oder ähnlichen Elementen bestehen kann) hinweg bewegt, wobei der fokussierte Laserstrahl 12 auf eine jeweilige Fügestelle 56 trifft und aufgrund des Schweißvorgangs eine Fügenaht 58, welche die in 2A gezeigten Werkstückteile miteinander verbindet, erzeugt.
Die Lichtlinie 42 der ersten Lichtfächervorrichtung 32 wird dabei so auf das Werkstück 16 projiziert, dass es dem Fokuspunkt des Laserstrahls 12, also der jeweiligen Fügestelle 56 vorausläuft, wodurch geometrische Daten der zu fügenden Stelle mittels der Kamera 24, welche den gesamten Arbeitsbereich einschließlich der Lichtlinie 42, der Fügestelle 56 und der Lichtlinie 50 erfasst, aufgenommen werden können, um Referenzdaten hinsichtlich der zu fügenden Stelle 60 aufzuzeichnen.
In ähnlicher Weise läuft die von der zweiten Lichtfächervorrichtung 34 erzeugte Lichtlinie 50 auf dem Werkstück 16 dem Fokuspunkt 56 des Laserstrahls 12 hinterher und kreuzt eine bereits gefügte Stelle 62, wodurch Messdaten von der Kamera 42 hinsichtlich der Geometrie der Schweißnaht 58 aufgezeichnet werden können.
Wie in 1 und 2A gezeigt, sind die erste Lichtfächervorrichtung 32 und die zweite Lichtfächervorrichtung 34 so zueinander angeordnet, dass sie Lichtfächer erzeugen, die jeweils schräg zur optischen Achse des Laserstrahls 12 auf das zu bearbeitende Werkstück 16 treffen, sodass sich bei einer Auf- und Abbewegung des Gehäuses 14 entlang der optischen Achse L (siehe Pfeil B) die jeweiligen projizierten Lichtlinien 42 und 50 auf dem Werkstück 16 relativ zu dem auf das Werkstück 16 treffenden Arbeitslaserstrahl 12 hin- und herbewegen. In dem in 1 und 2A gezeigten Fall verlaufen die von der ersten Lichtfächervorrichtung 32 erzeugte Lichtlinie 42 und die von der zweiten Lichtfächervorrichtung erzeugte Lichtlinie 50 (im Falle einer ebenen Oberfläche des Werkstücks 16) parallel zueinander, wobei die Lichtfächer der ersten und der zweiten Lichtfächervorrichtung 32, 34 aufeinander zulaufen. Somit vergrößert sich ein Abstand d zwischen den Lichtlinien 42 und 50, wenn der Schweißkopf 10 nach unten bewegt wird und es verkleinert sich der Abstand d zwischen den Lichtlinien 42, 50, wenn der Schweißkopf 10 nach oben bewegt wird.
Da für einen optimalen Fügeprozess der Fokus des Arbeitslaserstrahls 12 immer an einer vorbestimmten Höhe entlang der zu fügenden Stellen verlaufen soll, wird durch die Regelungseinheit 54 (1) die von der Kamera 24 erfassten Lichtlinien hinsichtlich ihres Abstandes d ausgewertet und durch Steuerung eines Aktuators (nicht gezeigt) für eine Auf- oder Abbewegung des Gehäuses 14 (siehe Pfeil B) auf einen vorbestimmten Abstand d geregelt, welcher wiederum einer optimalen Fokuslage des Arbeitslaserstrahls 12 an der Fügestelle 56 entspricht.
Somit kann also durch die Regelungseinheit 54 ein konstanter vorbestimmter Abstand d zwischen der Lichtlinie 42 der ersten Lichtfächervorrichtung 32 und der Lichtlinie 50 der zweiten Lichtfächervorrichtung 34 während des Fügeprozesses eingehalten werden.
Im Folgenden soll nun anhand der 2A, 2B und 3 das erfindungsgemäße Verfahren für eine Qualitätsüberwachung der Fügenaht 58 erläutert werden.
In 2A sind die auf das Werkstück 16 projizierten Linien 42 und 50 zu einem Zeitpunkt t₁ gezeigt. Die durch die Kamera 24 in regelmäßigen Zeitabständen abgebildeten Lichtlinien 42 bzw. 50 bei der zu fügenden Stelle 60 bzw. der gefügten Stelle 62 geben aufgrund des Linienverlaufs Aufschluss über die Geometrie oder das Höhenprofil der jeweiligen zu fügenden Stellen 60 bzw. der jeweiligen gefügten Stellen 62 zu entsprechenden diskreten Zeitpunkten während des gesamten Fügeprozesses. Ziel des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens ist es hierbei, Geometriedaten der gefügten Stelle 62 unabhängig von der Geometrie der zu fügenden Stelle 60 zu bestimmen, wodurch für einen Abgleich jeweils nur Lichtlinien miteinander verglichen werden, die an einer gleichen Werkstückstelle (vor und nach dem Fügeprozess) befindlich sind.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass, wie in 2A gezeigt zunächst, die Lichtlinie 42 zu einem Zeitpunkt t₁ von der Kamera aufgezeichnet und diese Daten als Referenzdaten gespeichert werden. Bei einem Zeitpunkt t₂ (2B), bei welchem aufgrund der Fügegeschwindigkeit v(t) die dem Laserbearbeitungsstrahl 12 nachlaufende Lichtlinie 50 sich um den vorbestimmten Abstand d vorwärts bewegt hat, wird die Lichtlinie 50 aufgezeichnet und die Geometriedaten der jetzt gefügten Naht werden als Messdaten gespeichert. Dann werden die Referenzdaten zum Zeitpunkt t₁ mit den Messdaten zum Zeitpunkt t₂, welche die gleiche Werkstückstelle betreffen, vergleichen.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Verarbeitungseinheit 52 (1) erreicht, deren Blockschaltbild in 3 gezeigt ist.
Die Verarbeitungseinheit 52 empfängt zu einem Zeitpunkt t₁ von der Kamera 24 Bilddaten der Lichtlinien 42, 50, aus welchen Referenzdaten DataR(t) hinsichtlich der zu fügenden Stelle 60 mittels der Lichtlinie 42 und Messdaten DataM(t) hinsichtlich der Geometrie der gefügten Stelle 62 mittels der Lichtlinie 50, also die entsprechenden Lichtschnitte ermittelt werden.
Um einen Vergleich der die zu fügende Stelle 60 betreffenden Referenzdaten DataR(t) mit entsprechenden Messdaten DataM(t) an der gleichen Werkstückstelle zu ermöglichen, werden die Referenzdaten DataR(t) zunächst in einen Pufferspeicher 64 geladen, in welchem die Referenzdaten DataR(t) über eine bestimmte Zeitdauer zwischengespeichert werden können. Die Verarbeitungseinheit 52 weist weiter einen Integrator 66 auf, welcher von dem Schweißkopf 10 die aktuelle Fügegeschwindigkeit v(t) empfängt (welche auch konstant sein kann) und welcher durch zeitliche Integration der Fügegeschwindigkeit v(t) den zugehörigen Fügeweg, welcher zurückgelegt wurde, ermittelt. Durch Vergleich des zurückgelegten Fügeweges mit dem vorbestimmten Abstand d kann also der Integrator 66 den zeitlichen Abstand Δ(t) ermitteln, um welchen die Referenzdaten DataR(t) und die aktuellen Messdaten DataM(t) zeitlich zueinander verschoben sind, sodass ein Vergleich der zeitlich versetzten Referenzdaten DataR(t – Δt) und der aktuellen Messdaten DataM(t) einem Vergleich von Messdaten und Referenzdaten an der gleichen Werkstückstelle entspricht.
Dieser Zeitpunkt ist in 2B illustriert. Nach dem Verstreichen der Zeitdauer Δt ist aufgrund der Fügegeschwindigkeit v(t) die Lichtlinie 50 um den vorbestimmten Abstand d in Bewegungsrichtung des Schweißkopfes 10 nach vorne gewandert, sodass sie nun zu dem Zeitpunkt t₂ an einer Stelle des Werkstücks 16 befindlich ist, an welcher zu dem Zeitpunkt t₁ die Lichtlinie 42 (2A) war. Somit kann also durch zeitliche Integration der Fügegeschwindigkeit v(t) und Vergleich des zurückgelegten Weges mit dem vorbestimmten Abstand d Messdaten und Referenzdaten an der gleichen Werkstückstelle ermittelt werden.
Darüber hinaus können zusätzlich durch Aufzeichnung der Lage und Orientierung des Schweißkopfes 10 relativ zu dem Werkstück 16 (beispielsweise durch Ermittlung der Bahndaten eines Robotorarms, der den Schweißkopf 10 trägt) Fehler korrigiert werden, die durch die Projektion der Lichtlinien 42, 50 auf das Werkstück 16 ausgehend von einem Schweißkopf 10 entstehen, dessen Strahlachse L nicht senkrecht zur Werkstückoberfläche steht.
Wie in 3 gezeigt, werden in einem Vergleicher 68 aus dem Vergleich der Referenzdaten DataR(t – Δt) und der Messdaten DataM(t) Geometriedaten DataC(t) der Fügenaht 58 zu entsprechenden Zeitpunkten (welche diskret sein können) ermittelt, die unabhängig von der Geometrie der zu fügenden Stelle 60 sind.
Somit können durch die Integration von vorlaufender und nachlaufender Sensorik in dem oder an dem Schweißkopf 10 Referenzdaten hinsichtlich der Geometrie der Teile vor dem Schweißen und Messdaten hinsichtlich der Geometrie nach dem Schweißen gleichzeitig erfasst werden, wodurch der Abgleich der Geometriedaten während dem Schweißvorgang erfolgen kann. Es ist also eine On-Line-Überwachung der erzeugten Schweißnaht während des Schweißprozesses möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren und der erfindungsgemäße Schweißkopf haben somit den Vorteil, dass eine Referenzfahrt zur Aufnahme von Referenzdaten entfällt, wodurch eine höhere Messgenauigkeit erreicht wird und Einflüsse auf die Schweißnahtvermessung aufgrund von Bauteiltoleranzen, einer eingesetzen Spannvorrichtung oder einer Verformung durch das Fügen aufgrund der Aufnahme der Referenzdaten direkt vor dem Fügeprozess minimiert oder sogar beseitigt werden können. Darüber hinaus kann die Inspektionssensorik einfach eingerichtet werden.
Somit kann also auch bei dem Fügeprozess eines Werkstücks mit Bauteilschwankungen, bei Bahnungenauigkeiten des Sensorführungssystems oder bei Verformungen während des Fügeprozesses oder Veränderungen durch die Spannvorrichtung eine einfache Qualitätsüberwachung von Schweiß- und Lötnähten aller Art im laufenden Fügeprozess durchgeführt werden.

Claims

Schweißkopf (10) zum Fügen eines Werkstücks (16), mit: – einer Schweißvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine Fügestelle (56) des zu bearbeitenden Werkstücks (16) innerhalb eines Arbeitsbereichs zu verschweißen, – einer an der Schweißvorrichtung angebrachten Lichtschnittvorrichtung (30) mit zumindest einer Lichtquelle (38, 46), zum Erzeugen zumindest einer Lichtlinie (42, 50) innerhalb des Arbeitsbereichs auf dem Werkstück (16), die eine Fügelinie an einer zu fügenden Stelle (60) und eine nach Bearbeitung durch die Schweißvorrichtung erzeugte Fügenaht (58) an einer gefügten Stelle (62) schneidet, – zumindest einer Kamera (24) zur Beobachtung des Arbeitsbereichs des zu bearbeitenden Werkstücks (16), welche die Lichtlinie (42) an der zu fügenden Stelle (60) und die Lichtlinie (50) an der gefügten Stelle (62) in regelmäßigen Zeitabständen abbildet, um Referenzdaten (DataR(t)) hinsichtlich der Geometrie der zu fügenden Stelle (60) und Meßdaten (DataM(t)) hinsichtlich der Geometrie der gefügten Stelle (62) mit einer Fügenaht (58) zu erzeugen, und – einer Verarbeitungseinheit (52) zum Empfangen der Referenzdaten (DataR(t)) und der Meßdaten (DataM(t)) von der zumindest einen Kamera (24) und zum Vergleichen der Referenzdaten (DataR(t)) und Meßdaten (DataM(t)) an der jeweils gleichen Werkstückstelle vor und nach Bearbeitung durch die Schweißvorrichtung, so dass die Geometrie der Fügenaht (58) unabhängig von der Geometrie der zu fügenden Stelle (60) bestimmbar ist.
Schweißkopf (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißvorrichtung eine Metallschutzgasschweißvorrichtung oder eine Laserschweißvorrichtung ist.
Schweißkopf (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kamera (24) an einer Außenseite der Schweißvorrichtung (14) angebracht ist.
Schweißkopf (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißvorrichtung ein Gehäuse (14) umfasst, durch das ein Strahlengang für einen Laserstrahl (12) hindurchgeführt ist und das eine Fokussieroptik (18) zum Fokussieren des Laserstrahls (12) auf die Fügestelle (56) des zu bearbeitenden Werkstücks (16) innerhalb des Arbeitsbereichs aufweist.
Schweißkopf (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (52) folgendes umfasst: – einen Pufferspeicher (64) zum Zwischenspeichern der empfangenen Referenzdaten; – einen Vergleicher (68) zum Vergleichen der Messdaten (DataM(t)) bei einem jeweils ersten Zeitpunkt (t₁) mit den Referenzdaten (DataR(t)) zu einem jeweils zweiten Zeitpunkt (t₂), wobei die jeweiligen ersten (t₁) und zweiten (t₂) Zeitpunkte einen jeweils vorbestimmten zeitlichen Abstand (Δt) aufweisen; und – einen Integrator zum Ermitteln des jeweils vorbestimmten zeitlichen Abstands (Δt) mittels zeitlicher Integration der Fügegeschwindigkeit (v(t)) und Vergleichen des errechneten Fügewegs mit dem vorbestimmten Abstand (d) der Lichtlinienschnitte (42, 50).
Schweißkopf (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtschnittvorrichtung (30) eine erste Lichtfächervorrichtung (32) mit einer ersten Lichtquelle (38) zum Erzeugen einer geraden Lichtlinie (42), welche die Fügelinie an der zu fügenden Stelle (60) schneidet, und eine zweite Lichtfächervorrichtung (34) mit einer zweiten Lichtquelle (46) zum Erzeugen einer geraden Lichtlinie (50) auf dem Werkstück (16), die die Fügenaht (58) an der gefügten Stelle (62) schneidet, aufweist.
Schweißkopf (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Werkstück (16) erzeugten geraden Lichtlinien (42, 50) der ersten (32) und der zweiten (34) Lichtfächervorrichtung zueinander parallel verlaufen.
Schweißkopf (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (32) und die zweite (34) Lichtfächervorrichtung so zueinander angeordnet sind, dass der Lichtfächer (40) der ersten Lichtquelle (38) und der Lichtfächer (48) der zweiten Lichtquelle (46) jeweils schräg zur optischen Achse (L) des Laserstrahls (12) auf das zu bearbeitende Werkstück (16) treffen, so dass ein Abstand zwischen der Schweißvorrichtung und dem Werkstück (16) mittels Triangulation ermittelt werden kann.
Schweißkopf (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtfächer (40, 48) der ersten Lichtquelle (38) und der zweiten Lichtquelle (46) so zueinander angeordnet sind, dass sie ausgehend von den jeweiligen Lichtquellen (38, 46) aufeinander zulaufen.
Schweißkopf (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, ferner mit einer Regelungseinheit (54), welche den Abstand zwischen der Schweißvorrichtung und dem Werkstück (16) durch Bestimmen des Abstands (d) der zueinander parallelen Lichtlinien (42, 50) der ersten (32) und der zweiten (34) Lichtfächervorrichtung auf einen konstanten Wert regelt.
Schweißkopf (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kamera (24) eine CMOS-Kamera ist.
Schweißkopf (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 11, mit einem Strahlteiler (20), durch welchen ein Beobachtungsstrahlengang (22) der Kamera (24) koaxial in den Laserstrahlengang (12) einkoppelbar ist.
Schweißkopf (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (38) und die zweite (46) Lichtquelle Laser, insbesondere Halbleiterlaser sind.
Schweißkopf (10) nach einem der vorstehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der zumindest einen Kamera (24) ein optischer Bandpassfilter (28) angeordnet ist, welcher auf die Wellenlängen der ersten (38) und der zweiten (46) Lichtquelle abgestimmt ist.
Verfahren zum Fügen eines Werkstücks (16) mittels eines Schweißkopfes (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit den Schritten: – Erzeugen von zumindest einer Lichtlinie (42, 50) innerhalb eines Arbeitsbereichs des Werkstücks (16), welche eine Füglinie an einer zu fügenden Stelle (60) und eine nach Bearbeitung mittels der Schweißvorrichtung erzeugte Fügenaht an einer gefügten Stelle (62) in einem vorbestimmten Abstand (d) schneidet, – Abbilden der Lichtlinien (42, 50) an der zu fügenden Stelle (60) und an der gefügten Stelle (62) in regelmäßigen Zeitabständen mittels zumindest einer Kamera (24), um Referenzdaten (DataR(t)) hinsichtlich der Geometrie der zu fügenden Stelle (60) und Meßdaten (DataM(t)) hinsichtlich der Geometrie der gefügten Stellen (62, 58) zu erzeugen, und – Verarbeiten der von der zumindest einen Kamera (24) erzeugten Referenzdaten (DataR(t)) und Meßdaten (DataM(t)) mittels einer Verarbeitungseinheit (52), wobei das Verarbeiten das Vergleichen der Referenzdaten (DataR(t)) und Meßdaten (DataM(t)) an einer jeweils gleichen Werkstückstelle vor und nach Bearbeitung durch den Laserstrahl (12) umfasst, um die Geometrie der Fügenaht (58) unabhängig von der Geometrie der zu fügenden Stelle (60) zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Verarbeitens ferner umfasst: – Zwischenspeichern der empfangenen Referenzdaten (DataR(t)); – Vergleichen der Messdaten (DataM(t)) bei einem jeweils ersten Zeitpunkt (t₁) mit den Referenzdaten (DataR(t)) zu einem jeweils zweiten Zeitpunkt (t₂), wobei die jeweiligen ersten (t₁) und zweiten (t₂) Zeitpunkte einen jeweils vorbestimmten zeitlichen Abstand Δt aufweisen; und – Ermitteln des jeweils vorbestimmten zeitlichen Abstands Δt mittels zeitlicher Integration der Fügegeschwindigkeit (v(t)) und Vergleichen des errechneten Fügewegs mit dem vorbestimmten Abstand (d) der Lichtlinienschnitte (42, 50).
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, ferner mit dem Schritt des Regelns des Abstands zwischen Schweißvorrichtung und dem Werkstück (16) mittels Triangulation.