DE19816051A1

DE19816051A1 - Positioning welding head to guarantee exact weld seam formation along weld gap substantially independently of measurement tolerances

Info

Publication number: DE19816051A1
Application number: DE19816051A
Authority: DE
Inventors: Michael Mischke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 1999-10-14
Also published as: CN1234315A; CN1138611C

Abstract

The process comprises detecting the position of the weld gap with a sensor. A free edge of one of the parts to be welded together at a distance from the weld gap is detected by the sensor. The welding head is positioned w.r.t. this edge at a predetermined distance between the weld gap and the edge. The welding head's radiated beam, e.g. a laser and/or electron beam, is positioned w.r.t. the weld gap.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schweißkopfpositionierung beim Verschweißen aneinanderliegender Teile entlang dem zwischen diesen gebildeten Schweißspalt, dessen Lage mit Hilfe eines Sensors festgestellt wird.The invention relates to a method for positioning the welding head during welding adjacent parts along the welding gap formed between them, the Position is determined with the help of a sensor.

Es ist bekannt, die Position des Schweißkopfes von Schweißvorrichtungen in der Weise zu steuern, daß die Berührungslinie, das heißt der Schweißspalt bzw. die Spaltöffnung zwischen den miteinander zu verschweißenden Teilen mit einem Sensor abgetastet und der Schweißkopf auf der Grundlage der ermittelten, Berührungslinie geführt wird, um die Schweißnaht genau im Spaltöffnungsbereich zwischen den beiden aneinanderliegenden Werkstücken aufzubringen.It is known to adjust the position of the welding head of welding devices in this way control that the line of contact, i.e. the welding gap or the gap opening between the parts to be welded together with a sensor and the Welding head is guided on the basis of the determined, contact line to the Weld seam exactly in the gap opening area between the two adjacent To apply workpieces.

Bei der optischen Bildabtastung nach dem Lichtschnittverfahren mit einer Lichtquelle, z. B. einer Halbleiterlaserdiode mit einer Mehrfach-Streifenprojektionsoptik, und einem Sensor, z. B. einer CCD-Kamera, wird der Spaltöffnungsbereich durch einen Reflexionssprung oder Höhensprung der reflektierten streifenförmigen Lichtlinien in einer Lichtschnitt-Lichtprojektion dargestellt, an dem der Schweißkopf beim Aufbringen der Schweißnaht dann positioniert und geführt wird. Zur Verfolgung des Schweißnahtbereichs anhand des Höhensprungs in der Lichtschnitt-Lichtprojektion ist es zum Beispiel erforderlich, daß mindestens drei Höhensprünge von insgesamt z. B. fünf Lichtlinien exakt erkannt werden. Andernfalls wird die Naht nicht erkannt bzw. geht verloren. Aufgrund der infolge Maßabweichungen nicht immer gleichbleibenden Lage der miteinander zu verschweißenden Teile und der oftmals geringen Spaltbreite beim Schweißen, die beim Laser- oder Elektronenstrahlschweißen ohne Zusatzwerkstoff unter 0,2 mm liegen kann, bereitet es jedoch in der industriellen Praxis oftmals Schwierigkeiten, den Reflexionssprung (Höhensprung) in der Lichtprojektion darzustellen und damit den Berührungsspalt zwischen den zu verbindenden Teilen zu erkennen. Daraus folgt eine nicht korrekte Schweißkopfpositionierung, so daß die Schweißnaht nicht genau entlang der Spaltöffnung aufgebracht werden kann oder die Schweißnaht "verlorengehen" kann.In the optical image scanning by the light section method with a light source, for. B. a semiconductor laser diode with multiple stripe projection optics, and a sensor, e.g. B. a CCD camera, the gap opening area by a reflection jump or Jump in height of the reflected strip-shaped light lines in a light section light projection shown, on which the welding head is then positioned when the weld seam is applied and is led. To track the weld area based on the height jump in For example, the light section light projection requires that at least three Height jumps from a total of z. B. five light lines can be recognized exactly. Otherwise it will the seam is not recognized or is lost. Because of the dimensional deviations not Always the same position of the parts to be welded together and often small gap width during welding, that without laser or electron beam welding Filler material may be less than 0.2 mm, but prepares it in industrial practice often difficulties, the reflection jump (height jump) in the light projection to represent and thus the contact gap between the parts to be connected detect. This results in incorrect welding head positioning, so that the Weld seam cannot be applied exactly along the gap opening or the The weld seam can be "lost".

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Positionierung des Schweißkopfes durch Abtasten des Spaltöffnungsbereichs der aneinanderliegenden Teile mit einem Sensor anzugeben, das zumindest weitgehend unabhängig von Maßtoleranzen eine exakte Schweißnahtausbildung entlang dem Schweißspalt gewährleistet.The invention is therefore based on the object of a method for positioning the Welding head by scanning the gap opening area of the adjacent parts specify with a sensor that is at least largely independent of dimensional tolerances an exact weld seam formation along the welding gap is guaranteed.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst, indem mit dem Sensor eine von dem Schweißspalt beabstandete freie Kante eines der miteinander zu verschweißenden Teile abgetastet wird und der Schweißkopf in dem zuvor ermittelten Abstand zwischen dem Schweißspalt und der detektierten freien Kante von dieser zum Schweißspalt hin versetzt positioniert und geführt wird.According to the invention, the object in a method according to the preamble of Claim 1 solved by a sensor spaced from the welding gap free edge of one of the parts to be welded together is scanned and the Welding head in the previously determined distance between the welding gap and the Detected free edge of this is positioned and guided offset to the welding gap becomes.

Auf diese Weise kann die Lage des Schweißspaltes, an den die Schweißnaht gelegt werden soll, zumindest weitgehend unabhängig von Maß- und Lageabweichungen der zu verbindenden Teile und/oder sehr geringen Spaltweiten durch Detektion und Berechnung fehlerfrei ermittelt werden und demzufolge der Schweißkopf bzw. Schweißstrahl exakt positioniert werden. Schweißfehler, die auf das Nichterkennen der Lage des Schweißspaltes zurückzuführen sind, treten daher nicht bzw. zumindest kaum noch auf. Die Erzeugung hochwertiger und fester Schweißverbindungen ist gewährleistet.In this way, the position of the welding gap to which the weld seam is placed should, at least largely independent of dimensional and positional deviations connecting parts and / or very small gap widths by detection and calculation can be determined without errors and, consequently, the welding head or welding beam exactly be positioned. Welding errors that result from not recognizing the position of the welding gap are therefore not, or at least hardly occur. The production high quality and solid welded joints are guaranteed.

Die Anwendung der Erfindung erfolgt vorzugsweise bei Schweißverfahren auf der Basis von Strahlenenergie, bei denen der Schweißspalt aufgrund nicht notwendiger Zusatzwerkstoffe besonders eng ist, während zur Detektion der freien Kante eine optische Bildabtastung mit streifenförmigen Lichtlinien zur Darstellung der betreffenden Kante durch einen Höhensprung (Reflexionssprung) der reflektierten Lichtlinien nach dem Lichtschnittverfahren durchgeführt wird.The invention is preferably used in welding processes based on Radiant energy where the welding gap is due to unnecessary filler materials is particularly narrow, while for the detection of the free edge an optical image scanning with strip-shaped lines of light to represent the edge in question by a Jump in height (reflection jump) of the reflected light lines using the light section method is carried out.

Das Verfahren kann vorteilhaft im Fahrzeugbau, insbesondere im Kraftfahr zeug-Karosseriebau eingesetzt werden. In den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sind weitere bevorzugte Merkmale, zweckmäßige Weiterbildungen und Vorteile der Erfindung angegeben.The method can be advantageous in vehicle construction, especially in motor vehicles tool body construction can be used. In the subclaims and the following Description of an exemplary embodiment are further preferred features, expedient Developments and advantages of the invention specified.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing. It demonstrate:

Fig. 1 eine Teilansicht zweier zu verbindender, aneinanderliegender Blechteile im Schnitt im Bereich der Schweißstelle; und Figure 1 is a partial view of two sheet metal parts to be joined together in section in the area of the weld. and

Fig. 2 und 3 jeweils eine Ansicht gemäß Fig. 1, jedoch mit aufgrund von Maßabweichungen unterschiedlich zueinander positionierten Kantenbereichen der Blechteile. Figs. 2 and 3 each show a view according to Fig. 1, but with positioned due to dimensional variations different from each other edge portions of the sheet metal parts.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 soll eine B-Säule 1 der Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einem Verstärkungsblech 2 versehen werden, indem im Bereich des Schweißspaltes 5 zwischen der B-Säule 1 und dem anliegenden Verstärkungsblech 2 durch Laserschweißen eine Schweißverbindung in Stirnnahtlage hergestellt wird. Der obere Rand des Verstärkungsbleches 2 befindet sich, wie die Fig. 1 bis 3 zeigen, aufgrund zulässiger Maßabweichungen in unterschiedlicher Höhe in bezug auf die Oberkante der B-Säule 1. Die Breite des Schweißspaltes 5, das heißt der Abstand zwischen der B-Säule und dem Verstärkungsblech liegt etwa bei 0,2 mm.Referring to FIGS. 1 to 3, a B-column to the bodywork of a motor vehicle are provided with a reinforcing plate 2 1, by a welded joint is produced in front seam position in the region of the welding gap 5 between the B-pillar 1 and the adjacent reinforcing plate 2 by laser welding. The upper edge of the reinforcement plate 2 is, as shown in FIGS. 1 to 3, due to permissible dimensional deviations at different heights with respect to the upper edge of the B-pillar 1 . The width of the welding gap 5 , that is, the distance between the B-pillar and the reinforcing plate is approximately 0.2 mm.

Das Detektieren der Lage des Schweißspaltes 5 erfolgt mit Hilfe einer mit einer Laser-Streifenlichtquelle verbundenen CCD-Kamera 4, die auf die freie, das heißt in der Zeichnung rechte Kante 2a des Verstärkungsblechs 2 gerichtet sind. Unabhängig von den aus der Zeichnung erkennbaren Lageabweichungen im Bereich des Schweißspaltes 5 kann die Kante 2a immer exakt verfolgt und in einer entsprechenden Lichtschnitt-Lichtprojektion zu jedem Zeitpunkt der optischen Abtastung und für alle aufgebrachten Lichtstreifen-Laserlinien ein den Kantenverlauf anzeigender Höhensprung der reflektierten Laserlinien deutlich sichtbar und detektierbar gemacht werden. Der Schweißkopf 3 bzw. der entsprechende Schweißstrahl selbst wird um die bekannte Stärke "a" des Verstärkungsbleches 2 von der freien Kante 2a bzw. dem der Kante 2a entsprechenden Höhensprung in der Licht schnitt-Lichtprojektion zur B-Säule 1 hin versetzt ausgerichtet. Der Energiestrahl des Schweißkopfes kann dadurch genau entlang des Schweißspaltes 5 geführt werden, so daß trotz der zulässigen Maßabweichungen eine fehlerfreie Verschweißung der B-Säule 1 mit dem Verstärkungsblech 2 erreicht werden kann. The detection of the position of the welding gap 5 is carried out with the aid of a CCD camera 4 connected to a laser strip light source, which is directed towards the free edge 2 a of the reinforcing plate 2 , that is to say the right edge in the drawing. Regardless of the apparent from the drawing position deviations in the region of the welding gap 5, the edge 2 is a always precisely monitored and in a corresponding light section light projection at any point of the optical scanning and for all the applied light stripe laser lines an the edge profile indicating altitude jump of the reflected laser lines clearly be made visible and detectable. The welding head 3 or the corresponding welding beam itself is offset by the known thickness "a" of the reinforcing plate 2 from the free edge 2 a or the height jump corresponding to the edge 2 a in the light-cut light projection to the B-pillar 1 . The energy beam of the welding head can thereby be guided exactly along the welding gap 5 , so that, despite the permissible dimensional deviations, an error-free welding of the B-pillar 1 to the reinforcing plate 2 can be achieved.

Reference list

11

B-Säule
B-pillar

22nd

Verstärkungsblech
Reinforcement plate

22nd

a freie Kante (Meßkante)
a free edge (measuring edge)

33rd

Schweißkopf
Welding head

44th

CCD-Kamera einschl. Laserlichtquelle (Sensor)
CCD camera including laser light source (sensor)

55

Schweißspalt (Spaltöffnung)
Welding gap (gap opening)

Claims

1. A method for welding head positioning when welding adjacent parts along the welding gap formed between them, the position of which is determined with the aid of a sensor, characterized in that with the sensor ( 4 ) a free edge ( 2 a) spaced from the welding gap ( 5 ) the parts to be welded ( 1 , 2 ) are scanned and the welding head ( 3 ) is positioned and guided at a distance (a) previously determined between the welding gap ( 5 ) and the detected free edge ( 2 a) towards the welding gap becomes.

2. The method according to claim 1, characterized in that the welding with Radiant energy occurs and a corresponding energy beam from the welding head is positioned.

3. The method according to claim 2, characterized in that the energy beam Laser beam and / or an electron beam.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the scanning of the opening from the welding gap ( 5 ) removed edge ( 2 a) by optical image scanning with a light line emitting light source and a sensor ( 4 ) in the light section process and the free Edge ( 2 a) is shown in a light section projection as a jump in the height of the light lines.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the parts to be welded consist of sheet metal parts lying flat against one another, the free edge ( 2 a) being the outer edge of a sheet metal section and the distance (a) by which the welding head is separated from the Detected edge is positioned offset to the welding gap, is determined by the thickness of the sheet metal section.