本发明专利技术涉及一种用于焊接金属件的激光射线焊接头，具有至少一个用于焊接射线的射束路径和用于在第一测量位置处光学采集焊缝位置的装置，其中用于光学采集焊缝位置的装置使得第一测量位置在焊接方向上位于焊接射线的焊接位置的前方，并且至少根据焊缝相对于参考位置的横向偏移产生一个用于校正焊接射线的焊接位置的校正信号，本发明专利技术还涉及激光射线焊接头的相应用途。此外本发明专利技术涉及一种用于焊接金属件的方法，其中焊缝的位置通过应用光学采集装置在焊接射线的焊接位置前方的第一测量位置处被确定，并且根据焊缝位置相对于参考位置的偏移产生一个校正信号。提供用于焊接金属件的激光射线焊接头和方法从而实现很高的定位精度并同时具有高的焊接速度的技术问题如此解决：第一测量位置（９）在焊接射线（２）的焊接位置（８）前方的距离被选择为使得所产生的校正信号直接地、特别是无需进行行程计算就可应用于控制校正焊接射线（２）的焊接位置（８）的装置（７）。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光射线焊接头本专利技术涉及用于焊接金属件的激光射线焊接头，它具有至少一个 用于一束焊接射线的射束路径和用于在第一测量位置处光学采集焊缝 位置的装置，其中用于光学采集焊缝位置的装置使得在焊接方向上第 一测量位置的位置可以位于焊接射线的焊接位置的前方，并且至少根 据焊缝相对于一个参考位置的横向偏移而产生一个用于校正焊接射线 的焊接位置的校正信号，本专利技术还涉及这种激光射线焊接头的相应用 途。此外本专利技术还涉及用于射线焊接金属件的方法，其中通过在焊接 射线的焊接位置前方的第一测量位置处使用光学采集装置确定焊缝位 置，并且根据焊缝相对于参考位置的偏移产生一个校正信号。当应用一束焊接射线进行金属构件焊接时通常应用自动移动设 备，这些设备保证了在要被焊接的构件与焊接射线之间适当的相对运 动，以产生所要的焊缝。为了在深度焊接模式下焊接时产生为形成一个"栓孔(key hole )"所需要的能量密度，焊接射线通常被强烈聚焦， 从而自动移动设备必须有一个非常高的定位精度，以保证恒定的焊缝 质量。通常要求在垂直于焊缝前进方向上的焊接射线的定位精度小于 ±0.15毫米，这里焊缝被设计成对接焊缝或角焊缝。CNC控制的笛卡 尔托架系统能满足这种定位精度要求，但是需要高的投资费用。多轴 机器人原则上比笛卡尔托架系统在成本上要低廉，但由于由其驱动装 置的重定向和驱动装置的非刚性所导致的固有振动使得在确定的轴位 置上具有±0.15亳米的最小定位再现精度。因此在焊缝的动态定位情况 下所要求的精度对于多轴机器人而言是达不到的。现有技术已知了具有用于识别焊缝位置和用于校正激光焊接头 的附加装置的激光射线焊接头。德国专利申请DE10335501Al公开了 在一个位于焊接射线位置前方的行程窗口中求出激光焊接射线头的实际路径，将其与事先存储的参考数据进行比较，并对此过程进行相应 的焊接射线位置校正的原理。这种激光射线焊接头的问题在于，由于 复杂的行程计算，高的焊接速度将导致路径偏差。国际专利申请WO2005/095043A1公开了 一种具有用于确定焊缝 位置的参考位置的装置的激光射线焊接头，它们通过三角测量法求出 接近实际焊接位置("栓孔")的焊缝的参考位置的形状，并且相对 于规定的焊缝参考位置对激光焊接头连续定位。由于为了确定焊缝参 考位置要考虑在焊接位置与测量位置之间的行程，在这种激光射线焊 接头的情况下用于计算激光焊接射线头校正信号的开销也相当高，因 而只有在不是很高的焊接速度下，特别是在处理路径半径的情况下才 能达到合适的精度。因此本专利技术的目的在于给出一种用于射线焊接金属件的通用类 型的激光射线焊接头和方法，用它可以实现很高的动态定位精度，同 时有很高的焊接速度。此外本专利技术建议了这种激光射线焊接头的具有 优点的用途。上述任务按照本专利技术的第一项建议由一种通用类型的激光射线 焊接头如此完成第一测量位置在焊接射线前方的距离被选择为使得 所产生的校正信号可以直接地、特别是无需行程计算就可用于控制用 于校正焊接射线的焊接位置的装置。现已出乎意料地表明在第一测量位置与焊接射线的焊接位置或 焊接射线的"栓孔，，位置间的距离足够小的情况下可以不考虑测量位 置和焊接射线的位置之间的行程。这样实现对于例如由于装卸系统或 多轴机器人的定位精度或固有振动所导致的焊接位置偏移的特别高速 度的焊接射线位置校正。系统的、由小行程导致的小的剩余偏移误差 出乎意料地并不会使焊缝超出位置容差。由于校正信号的导出在由用 于光学采集焊缝位置的装置确定相对于参考位置的偏移之后立即进 行，即使在小的焊接半径，例如小于60毫米的焊接半径情况下，也可 以达到在10米/分钟范围内的特别高的焊接速度。即使在很高的焊接200780008623. 1说明书第3/10页速度下也能保持士0.15亳米的所要求的焊接射线定位精度。优选的是，第一测量位置至焊接射线的焊接位置的距离最大为3 毫米，最好最大为2毫米。按照现有技术，焊缝位置的光学采集在距 焊接射线的焊接位置的更大距离处进行，从而总是必须考虑行程。通 过如本专利技术所迷的第一测量位置至焊接射线的焊接位置的距离，根据 本专利技术系统误差可以减小到使得它不再会超出位置容差的程度。为了改变焊接位置的动态性能，本专利技术所述的激光射线焊接头的 另一个实施方式可以如此优化在焊接射线的射束路径中设置了至少 一个调节元件，用于改变焊线射线位置，此元件可以由校正信号控制。 与现有技术已知的方法中激光射线焊接头连续地根据校正信号移动或 被控制不同，在焊接射线的射束路径中的调节元件避免了大尺度运动 的焊接射线位置校正，因为只有调节元件需要改变其位置。这样校正 的速度可再次显著提高，并且装卸装置的固有振动可得到校正。特别简单的调节元件可以如此提供作为调节元件设置至少一个 可倾斜的镜面，最好是二色分光镜。可倾斜镜面可以作为调节元件相 对于整个激光射线焊接头几乎无惯性地运动或者被倾斜，以按照无行 程计算的校正信号校正焊接射线位置。二色分光镜具有以下优点在 一个特定值以下或以上的波长被它很好地反射，并且在相应其它波长 范围内它几乎是透明的。激光焊接头中焊接射线的射束路径也可被用 作光学采集焊缝位置的射束路径。为此二色分光镜被选为使得它例如 对于焊接射线激光器的波长是高度反射的，并且将其反射回焊接位置 或从焊接位置反射到输入耦合端或焊接射线源。其它波长通过此二色 分光镜，并可被用来观测焊缝的位置。通过利用激光焊接射线的射束 路径同时可保持本专利技术所述激光焊接头的结构简单。按照本专利技术所述激光射线焊接头的另一优化实施方式，如此实现 在确定焊缝位置时过程可靠性的优化作为用于光学位置采集的装置， 设置了第一图像处理装置，特别是第一CMOS摄像机，并且设置了用 于在第一测量位置处投射一个垂直于焊缝走向的激光行的第一行投影 仪，其中在第 一图像处理装置的射束路径中设置了与激光行波长相适配的滤波元件。被垂直于焊缝投影到要被焊接的金属件上的激光行显 然具有不同于焊接射线的波长。优选的是，适配于激光行的滤波元件 有特别陡峭的滤波边沿，以尽可能抑制由于第 一 图像处理装置中除激 光行波长之外其它波长的入射产生的所有错误信号。优选使用的CMOS摄像机的特征是行选的特别短的反应时间，从而实现了相应迅 速的图像处理和分析。也可应用其它的图像处理装置，如果它能实现 所需要的分析速度的话。特别具有优点的是设置具有近红外区波长的激光源，最好是具有 805nm波长的激光源被用作第一行投影仪的光源，其中在图像处理装 置的射束路径中的光学滤波元件在805nm处具有最大透射率。例如可 考虑用激光二极管作为行投影仪，其激光射线例如通过一个柱面透镜 进入一个激光行中。此滤波元件最好可被设计成有特别陡峭的滤波边 沿。例如它仅对805士5nm范围内的波长是透射的。在近红外区焊接射 线发出的射线强度以及焊缝的热辐射强度都相当小，从而由于焊接过 程本身以金属蒸汽发光形式的射线耦入或焊缝产生的干扰在应用相应 滤波元件和激光源时可以很好地被抑制。这样尽管第一测量位置与焊 接射线的焊接位置之间的距离很小，由第一图像处理装置可以保证在 确定焊缝位置偏移时的过程可靠性。如果激光行可以相对于第 一 图像处理装置的观测轴以 一个预定 的角度被本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于焊接金属件的激光射线焊接头（１），具有至少一个用于焊接射线（２）的射束路径和用于在第一测量位置（９）处光学采集焊缝位置的装置，其中用于光学采集焊缝位置的装置使得第一测量位置（９）至少在焊接方向（６）上位于焊接射线（２）的焊接位置（８）前面，并且至少根据焊缝相对于参考位置的横向偏移产生一个用于校正焊接射线（２）的焊接位置（８）的校正信号，其特征在于，第一测量位置（９）在焊接射线（２）的焊接位置（８）前方的距离被选择为使得所产生的校正信号直接地、特别是无需进行行程计算就可应用于控制校正焊接射线（２）的焊接位置（８）的装置（７）。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：F拜赫尔，E布卢门萨特，C多恩施奈特，M科赫，J普勒哈，S维施曼，L奥特，A舍费尔，
申请(专利权)人：蒂森克虏伯钢铁股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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