[发明专利]用于识别工件接合位置的方法和激光加工头

说明书

本发明涉及一种用于识别工件接合位置的方法和具有壳体和用于实施用于识别工件接合位置的方法的设备的激光加工头，工作激光射束路径被引导经过该壳体，该设备具有用于拍摄工件的接合部位的图像的摄像机和照明设备，该摄像机的观察射束路径共轴地耦入到工作激光射束路径中，该照明设备的照明射束路径共轴地耦入到观察射束路径和工作激光射束路径中。在方法中借助摄像机拍摄接合部位的图像，并且由接合部位的图像求取用于接合位置的测量数据，该测量数据配属于接合部位的走向。由测量数据的一部分确定接合部位走向的模型，其中，模型提供测量曲线，其用于控制接合过程和/或确定另外的质量特征。

技术领域

本发明涉及一种用于识别工件接合位置的方法和具有用于实施该方法的设备的激光加工头。

背景技术

在接合过程中、尤其在需要精准地确定接合位置以便将焊接激光定位到接合位置上的激光焊接过程中，经常出现以下问题：接合间隙通过成像光具和设立的三角测量方法的可视化不允许接合位置的可靠探测。在接合位置处，接合间隙经常不具有会通过三角测量线成像的几何形状。附加的外部照明经常会由于位置关系和由焊接过程所产生的污物而不合适。

通常，必须在焊接之前获知接合位置的方位，以便例如在错误定位的情况下在焊接之前使构件偏斜。在许多情况下，构件的波动、即该构件结合夹紧设备的公差不允许所述构件在没有调节的情况下焊接到接合位置上。如果构件费用高，那么在整个长度上、即例如在完整的回转上测量接合位置，以便这样操控焊接激光，使得该焊接激光沿着该存储的曲线受引导。既为了接合位置或接合缝的质量评定也为了操控焊接激光，一定要避免偏差值(Ausreiβer)。但是在单个图像中的接合间隙位置的不确定的探测通常得到具有多个偏差值和粗略误差的测量曲线。

明显具有所谓的偏差值的测量曲线不允许在测定构件之后以所存储的位置来操控焊接激光。

如在图1a中示意性示出的那样，在传统的用于借助三角测量方法来识别工件接合位置的方法中，三角测量线2借助激光器投射到两个工件4和5之间的接合间隙3上并且由相应合适的传感器、例如摄像机拍摄，以便探测接合位置6作为三角测量线2的中断。

在图1b中示出如由三角测量线拍摄的图像，该三角测量线已经投射到接合间隙3上。尤其当两个工件具有不同的反射特性时，实际上不可能识别出真正的接合间隙。在图1b中针对构件在图像右侧实际上没有得到可分析处理的信号，以至于接合间隙本身、即在图1b中通过箭头F指向的圆来标出的接合位置在实际上不能识别出。

如果替代于借助在接合间隙上的激光线所进行的三角测量方法，使用工件的具有接合间隙3的灰度图像照片，其中，如在图2a中表明的那样，摄像机拍摄感兴趣区域(ROI)7来识别接合间隙6，那么得出灰度图像，如在图2b中示出的那样。

在这里识别出接合间隙3。然而，当接合间隙闭合时或当工件的反射特性改变时，也可能在检测时通过垂直照明产生偏差值、即有误差的测量值，其绝不相当于接合间隙的方位、即接合位置。

如果由图2b所示出的灰值图像感测出接合间隙在整个长度上、即在示出示例中在360度上的接合位置，那么所感测的测量数据不仅具有偏差值8，还具有区域9，在所述区域中未识别出位置，如图3中所示的那样。因此，难以由如图3所示出的测量数据准确地并且可靠地求取接合部位的走向。

在普雷茨特两合公司的焊接头YW52中，设置有三角测量激光器以检测接合间隙并且测定焊缝(Nahtraupe)。如果接合间隙具有显著的几何特征、例如足够大的焊接坡口，那么可以在三角测量线中检测出接合间隙。测量数据中的偏差值通过平滑滤波器和简单边界来减小。

在普雷茨特两合公司的焊缝检查系统5000中，为了检测接合位置和焊缝，将两个三角测量线横向于接合间隙地相对于焊缝倾斜地投射到该焊缝上并且由摄像机观察。此外，同时拍摄焊缝的高分辨率的灰度图像。通过沿着三角测量线的几何变化、通过三角测量线的亮度变化并且通过灰度图像中的亮度差来确定接合位置。此外，也分析处理灰度图像。在此，使测量值变平滑并且通过限定的边界来消除偏差值。