激光射束焊接设施的监控装置、激光射束焊接设施和监控方法与流程

1.本发明涉及一种用于激光射束焊接设施的监控装置，其中所述激光射束焊接设施被构造为在接合区域中对两个接合对象 (f
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gepartner)进行接合，其中所述监控装置被构造为监控所述激光射束焊接设施。


背景技术：

2.在激光射束焊接领域，接合对象的污染是极大的挑战。例如，要连接的两个导电体之间的绝缘层的残留物可能导致熔融物从过程区（接合区域）喷出（ausw
ü
rfen），所述熔融物又导致承载电流和力的横截面减小。
3.由文献de 101 03 255 a1已知一种用于自动评价激光加工过程的方法。在该文献中，使用鉴于辐射密度和记录速度方面具有高动态范围的相机记录这些过程，并基于参考数据对其进一步处理。在进一步的步骤中，可以将所记录的过程数据与所述参考数据进行比较，并由此评价所述过程。


技术实现要素：

4.在本发明的范围内提出了一种具有权利要求1的特征的监控装置。此外，提出了一种具有权利要求11的特征的激光射束焊接设施以及一种具有权利要求14的特征的用于监控激光射束焊接设施的方法。从从属权利要求、说明书和附图中得出其他优点、效果和设计方案。
5.本发明所基于的任务是，提供一种用于激光射束焊接设施的监控装置，所述监控装置使得能够以经济有效的方式使用所述激光射束焊接设施，特别是改善了对接合过程的质量保证。此外，本发明的任务是使得能够基于对接合方法的传感器监控来对接合方法进行经调节的过程控制。特别地，所述监控装置使得能够以高的时间分辨率和减少的数据量，尤其是以减少的图像数据量进行成本有利的传感器监控。例如，通过减少的数据量还可以实现传感器监控与数据存储。
6.提出了一种用于激光射束焊接设施的监控装置。所述监控装置特别是可集成的、被集成到所述激光射束焊接设施中和/或可加装到所述激光射束焊接设施中。所述监控装置被构造为监控所述激光射束焊接设施、所述激光射束焊接设施的接合过程和/或接合方法。例如，所述监控装置被构造为执行和/或支持：用于保证质量的监控和/或所述接合过程的调节。
7.所述激光射束焊接设施被构造为在接合区域中接合至少两个接合对象，特别是以材料决定的方式接合。所述接合特别是被构造为焊接。优选地，所述激光射束焊接设施具有设施空间（anlagenraum），其中所述接合和/或焊接在所述设施空间中进行。特别是，所述接合区域特别是被构造为焊接区域，尤其是被构造为焊缝。尤其是，所述激光射束焊接设施可以被构造为接合多于两个的接合对象。所述接合对象优选地是金属的和/或被构造为电导
体。所述激光射束焊接设施为了焊接、特别是为了激光射束焊接而具有辐射源，其中所述辐射源例如是激光材料加工装置的一部分。所述辐射源被构造为输出高能射束，其中借助于所述高能射束在所述接合区域中加热和/或熔化其中至少一个接合对象。所述辐射源特别是激光射束源；替代地，所述辐射源是电子射束源，其中所述激光射束焊接设施在此特别是被构造用于电子射束焊接。
8.所述监控装置具有动态视觉传感器。所述动态视觉传感器特别是也称为事件相机（eventkamera）、神经形态相机（neuromorphische kamera）和/或硅视网膜（silicon retina）。所述动态视觉传感器具有多个像素，并且尤其是被构造为针对各个像素以与其他像素异步和/或独立的方式探测到和/或输出相应像素中的亮度变化，其中无法确认亮度变化的像素保持沉默（stumm）和/或不输出信号。所述动态视觉传感器针对像素的考虑（
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berlegung）在于，使其独立地输出基于亮度变化的输出信号和/或反应，从而特别是仅探测到和输出变化，其中对于静态场景或没有亮度变化的像素而言，所述像素保持沉默而不输出输出信号。特别地，所述动态视觉传感器被构造为，从预给定的和/或可设置的阈值本身（als solche）起而探测到亮度变化。优选地，所述动态视觉传感器被构造为为了输出像素而确定和/或说明附加信息，例如亮度变化的增加/减少行为、时间戳、极性和/或像素地址。所述动态视觉传感器优选地具有比微秒更佳的时间分辨率和/或比120db更佳的动态（dynamik）。
9.所述动态视觉传感器被布置为以传感器技术检测所述接合区域的至少一个区段和/或能够对所述接合区域的至少一个区段以传感器技术的方式进行成像（abbilden）。例如，所述动态视觉传感器被布置为以传感器技术来检测和/或监控所述接合对象。尤其是，所述动态视觉传感器布置和/或可以布置在所述设施空间中。所述动态视觉传感器具有检测区域。所述动态视觉传感器被构造为探测到能够从所述检测区域检测和/或成像的区段的亮度变化。换句话说，所述动态视觉传感器被布置为和/或为了运行而被布置为，使得所述接合区域和/或所述接合对象位于所述动态视觉传感器的检测区域中并使得所述接合区域中的亮度变化被探测到。特别地，所述动态视觉传感器被布置为检测高能射束在所述接合对象上的入射区域（auftreffbereich）。例如，所述监控装置具有对准模块（ausrichtungsmodul），其中所述对准模块被构造为，这样对准和/或跟踪（nachzuf
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hren）所述动态视觉传感器，使得所述接合区域位于检测区域中。
10.所述动态视觉传感器被构造为，探测到局部亮度变化并作为事件数据来提供所述局部亮度变化。特别地，所述事件数据包括来自已经探测到了和/或存在亮度变化的像素的信号和/或信息，其中优选地，所述事件数据不包括来自尚未探测到亮度变化的像素的数据或信息。因此，与常见的光学图像和/或记录相比，所述事件数据尤其是仅包括来自已经探测到了变化、特别是亮度变化的像素的信息、信号和/或数据，而不包括来自场景保持静态的像素的信息、信号和/或数据，从而使所述事件数据与光学记录的常见图像数据相比而言是减少了数据的（datenreduziert）。可由所述动态视觉传感器探测到的亮度变化基于例如场景的变化，例如颜色变化、对比度变化或颜色强度变化。
11.所述监控装置具有评估模块。能够以软件技术或硬件技术来构造所述评估模块。特别地，所述评估模块可以被集成或是所述动态视觉传感器的一部分。向所述评估模块提供所述事件数据。
12.所述评估模块被构造为基于所述事件数据执行：监控所述接合过程和/或所述激光射束焊接设施。尤其是，所述评估模块被构造为基于所述事件数据确认出在所述接合过程时的蒸发和/或材料喷出（materialauswurf）。
13.所述评估模块被构造为基于所述事件数据确定亮度变化的扩散（ausbreitung）。例如将所探测到的亮度变化是否增大、减小、改变形状和/或改变位置理解为扩散。特别是从起始时间点到未来地确定所述扩散。在至少一个空间方向上确定所述扩散。所述设施空间和/或所述接合区域可以例如借助于笛卡尔x
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y
‑
z坐标系来加以描述，其中x轴、y轴和z轴分别形成空间方向。例如在空间方向
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时间
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空间、例如x
‑
t空间中确定和/或评估亮度变化的扩散。
14.所述评估模块被构造为基于亮度变化的扩散来确定和/或评定污染物排放（verschmutzungsemission）的存在。例如，所述评估模块被构造为，要求扩散的存在以作为用于确认污染物排放的必要前提。尤其是，所述评估模块被构造为，作为用于确认污染物排放的前提而设置对扩散和/或所述扩散的特性的其他要求，例如对扩散的几何结构、形状和/或扩散速度的其他要求。确认污染物排放尤其是等同于探测到污染物排放和/或将扩散评定为污染物排放。污染物排放例如是所述接合区域中和/或所述接合区域中的接合对象上的污染物的评估（auswerten）、蒸发和/或升华。污染物例如是油漆或塑料，特别是作为残留物、作为膜和/或作为层。
15.本发明基于的考虑在于，提供一种监控装置，所述监控装置实现了激光射束焊接设施的过程监控，所述过程监控以减少数据的方式监控所述接合区域并且可以确认出污染物排放。特别地，所述监控装置的特征在于低数据速率，这降低了对存储器和监控带宽的要求。此外，所述监控装置实现了高的时间上的分辨能力。特别地，尤其是与具有在微秒范围内的时间上的分辨率的常规高速相机相比，所述监控装置的特征在于低成本和小结构空间。
16.所述监控装置的一种设计方案规定，所述评估模块被构造为针对所述扩散确定和/或确认几何形状。例如，所述评估模块被构造为鉴于存在性和/或与几何形状的相似性来对扩散进行检查。尤其是，应将三角形、漏斗形、楔形和/或锥形理解为所述几何形状。例如，所述评估模块被构造为，要求所述扩散的特定几何形状以作为用于将探测到的亮度变化评定为污染物排放的条件。
17.可选地，所述评估模块被构造为，要求漏斗形和/或锥形的几何形状以作为用于将亮度变化和/或扩散评定为污染物排放的条件。特别是从点和/或顶点（spitze）开始的扩散，其中扩散随时间在至少一个空间方向上发散（divergieren）和/或扩张（sich ausweiten）。该设计方案基于以下考虑：污染物排放在蒸发变得更强烈并扩张之前从中心出发。
18.特别优选地，所述评估模块被构造为针对所述扩散和/或所述扩散的几何形状确定扩散角度。所述扩散角度例如是位于两条从扩散中心出发并在位置
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时间
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空间中对扩散进行界定（begrenzen）的直线之间的角度。所述评估模块要求例如在20度到100度之间的扩散角度以作为用于将亮度变化和/或扩散评定为污染物排放的条件。
19.例如，所述评估模块被构造为，作为用于将亮度变化和/或扩散评定为污染物排放的条件而要求正扩散（positive ausbreitung），特别是要求在空间方向
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时间
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空间中的正
扩散。正扩散特别是变得更大的扩散。尤其是，所述评估模块被构造为针对在空间方向
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时间
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空间中的扩散而要求增大和/或扩张（ausweidente）的漏斗形或锥形的形状。该设计基于使用事件数据中污染物排放的特殊特征的考虑。
20.优选地，所述评估模块被构造为，要求亮度变化的扩散持续时间为至少500微秒，以便将探测到的亮度变化评定为污染物排放。特别是将在空间方向
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时间
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空间中亮度变化的增大和/或扩张的持续时间理解为扩散持续时间。该设计方案基于的考虑在于，减少对污染物排放的错误探测率。
21.本发明的一种设计方案规定，所述动态视觉传感器具有像素化的（pixelliert）传感器元件。所述像素化的传感器元件具有多个像素。这些像素可以例如布置成矩阵式。这些像素分别被构造为，探测到亮度变化，特别是超过预给定和/或可设置的阈值的亮度变化。尤其是，所述像素被构造为，输出所确认的亮度变化作为信号，并且在不存在亮度变化或者亮度变化小于所述阈值的情况下不输出信号。例如，所述事件数据包括所输出的像素的信号，例如作为像素的信号和像素地址。该设计方案的考虑在于，借助于所述动态视觉传感器来执行过程监控，从而探测到并输出以检测区域中的变化和/或偏差为形式的事件，但是当该区域保持静态时，大部分检测区域不应作为数据来传输。
22.可选地规定，所述动态视觉传感器被构造为探测到基于塑料排放、绝缘体排放和/或辅助材料排放的亮度变化，该塑料、绝缘体和/或辅助材料例如在接合对象之一上位于接合部位（f
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gestelle）的区域中。
23.可选地，所述监控装置具有照明单元，用于照明所述接合部位的至少一个区段。特别地，所述照明单元与射束源同轴地布置；替代地，所述照明单元离轴地（off
‑
axis）以点状或大面积地布置。所述照明单元例如是发光二极管、oled或照明激光器。特别地，所述照明单元可以被构造为在工作波长范围内照明，其中所述工作波长范围例如促进污染物排放出来。所述照明单元特别是用于更好地显示和/或检测暗的、冷的和/或不发光的污染物排放。
24.特别地，所述事件数据没有静态图像数据和/或静态图像信息。因此，所述事件数据优选地仅包括变化、特别是亮度变化的动态信息数据和/或图像数据。所述变化特别是关于时间间隔而确定的，其中所述时间间隔优选小于5μs，并且尤其是小于1μs。该设计方案基于的考虑在于，通过以下方式降低用于记录和/或监控所述激光射束焊接设施的数据速率和/或数据量，即，所述事件数据仅包括关于变化的信息，而无需将静态信息作为负担（ballast）而进行传输。
25.尤其是规定，所述激光射束焊接设施具有可调节的和/或可设置的制造参数。所述激光射束焊接设施例如是通过所述制造参数而可参数化的、可设置的和/或可调节的。例如，制造参数是射束强度、用于高能射束的偏转参数（ablenkparameter）等。所述评估模块特别是被构造为，基于所述事件数据和/或基于所确认的扩散来为所述激光射束焊接设施确定用于重新调节（nachregeln）的制造参数。
26.所述监控装置特别是具有至少两个动态视觉传感器。这些动态视觉传感器特别是被布置为使得从不同的视角检测共同区域。特别地，由这些动态视觉传感器共同检测的区段在两个非共面的平面中和/或在具有线性独立法线向量的平面中被检测。所述评估模块在此被构造为，确定在两个线性独立的空间方向上的扩散。尤其是，所述评估模块被构造为，确定在至少两个空间方向上和/或在空间中的扩散的几何形状。特别地，所述评估模块
被构造为，基于在至少两个空间方向上的扩散来将亮度变化评定为污染排放。
27.一种激光射束焊接设施构成了本发明的另一个主题。所述激光射束焊接设施特别是被构造为，用于实施监控装置。借助于所述激光射束焊接设施，能够在接合区域中将两个接合对象接合在一起，特别是焊接在一起。所述激光射束焊接设施为了监控和/或确认污染物排放而具有动态视觉传感器并且具有评估模块，例如作为如上所述的监控装置。所述动态视觉传感器被布置为以传感器技术检测所述接合区域的区段以及探测到该区段中的亮度变化并将其作为事件数据来提供。所述评估模块被构造为，针对探测到的亮度变化而确定扩散，并基于所述扩散评定和/或决定是否存在污染物排放。
28.特别优选地，所述激光射束焊接设施具有用于将激光射束发射到所述接合区域的激光材料加工装置。所述动态视觉传感器优选地与激光材料加工装置同轴地布置。所述动态视觉传感器由此特别是在与激光射束入射到所述接合区域上相同的位置检测所述接合区域。替代地，所述动态视觉传感器可以与所述激光材料加工装置和/或所述激光射束离轴地布置。
29.一种使用动态视觉传感器、特别是使用如上所述的监控装置来监控激光射束焊接设施的方法构成了本发明的另一个主题。使用所述动态视觉传感器以传感器技术检测接合区域的区段，并探测到亮度变化。特别是鉴于随时间的扩散方面检查所述亮度变化，其中基于该扩散推断出污染物排放的存在。
附图说明
30.从附图和说明书中得出其他优点、效果和设计方案。在此：图1示例性地示出了在空间方向
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时间
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空间中的污染物排放。
具体实施方式
31.图1示意性地示出了由动态视觉传感器记录的污染物排放作为在空间方向
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时间
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空间中的表示。所述动态视觉传感器布置在激光射束焊接设施中以检测接合区域。在所述接合区域中，通过使用所述激光射束焊接设施进行的激光射束焊接将两个接合对象以材料决定的方式连接。当粘附在所述接合对象上的污染物在接合过程中作为污染物排放而蒸发时，借助于包括所述动态视觉传感器的监控装置可以确认出粘附在所述接合对象上的污染物。
32.所述动态视觉传感器被构造为探测到变化并作为事件数据来提供所述变化。所述变化可以被构造为亮度变化或颜色变化，所述颜色变化显现为亮度变化。由所述动态视觉传感器检测的变化作为事件数据被输出，并且可以用作：对于作为事件数据成像的图示的基础。所述动态视觉传感器被构造为在两个维度x和y中对所述接合区域进行检测和成像。
33.评估模块被构造为以空间方向
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时间
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空间图示1来表示出接合过程。在图1中由x轴和时间轴t撑开（aufspannen）空间方向
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时间
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空间。像点（bildpunkt）2示出了在时间点t在位置x处探测到的亮度变化。在该图示中，可以将像点分组为事件，例如事件3a，3b和3c。事件3a和3b在时间上局部受限，并且也仅短时间地出现（pr
ä
sent）。因此，评估模块不会将事件3a和3b评定为污染物排放。
34.事件3b从起始点、也就是中心4开始随时间t在正x和负x方向上增大。亮度变化随
时间而扩散开来（sich ausbreiten），这也称为扩散。针对该扩散能够确定几何形状5。形状5被构造为漏斗形并且具有正扩散。所述评估模块例如被构造为将具有漏斗形式的扩散的亮度变化和/或事件评定为污染物排放。