用于借助球形或类似球形元件在构件之间产生激光焊缝的方法以及相应的构件连接体

摘要

本发明涉及一种用于在第一构件(1)上方或侧旁或者在第一构件(1)的区域中产生焊缝(4)的方法，至少一个球形或类似球形元件(2)从第一构件伸出，其中，借助于光电的探测装置(8)探测所述至少一个球形或类似球形元件(2)的位置并且产生相应的位置数据；并且非接触地借助于电子控制的激光焊接装置(5)产生焊缝(4)，所述激光焊接装置设置成与第一构件(1)和所述至少一个球形或类似球形元件(2)间隔开，其中，激光焊接装置(5)的控制基于球形或类似球形元件(2)的位置数据或者在使用所述位置数据的情况下实现。

说明书

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1的特征的用于产生焊缝的方法以及 一种按权利要求12的特征的按该方法制造的构件连接体。

背景技术

由DE102010028322A1已知一种将第一车辆构件与第二车辆构件 连接的方法。在此，首先将两个车辆构件相互插接。为此，在两个车 辆构件之一上安装球，该球夹紧地插入到在另一车辆构件中设置的孔 中。在两个车辆构件相互插接之后将两个车辆构件焊接。如在上述 DE102010028322A1中说明的，“球连接体”开创了构件预先固定或者 说连接的广泛应用可能性。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种方法，借此可以有利地利用球形或 类似球形元件的其他特性。

所述目的通过权利要求1的特征达到。有利的方案和本发明的扩 展方案由从属权利要求可见。

本发明的出发点是一种用于在第一构件上方或侧旁或者在第一构 件的区域中产生焊缝的方法，至少一个球形或类似球形元件从第一构 件伸出。球形元件例如可以是“单个球”，其直接设置、例如焊接在第 一构件的表面上，或者其经由连接元件与第一构件连接。取代通过单 个的球形或类似球形元件构成的元件，或者取代仅具有一个单个的球 形或类似球形元件的元件，从第一构件伸出的元件也可以具有多个球 形或类似球形元件。例如从第一构件可以伸出具有两个球形元件的元 件，这两个球形元件例如可以直接相互连接或者经由间距元件相互连 接(类似于哑铃)。总之要指出，本发明不限于特定的球形或类似球形 元件。重要的是，从第一构件伸出的元件具有至少一个球形或类似球 形元件或者通过球形或类似球形元件构成。

本发明的出发点是：在光线遇到球形元件的表面时，完全一般性 地成立的是“入射角等于出射角”。垂直地遇到球形或类似球形元件的 表面点的光线将会被反射到“自身之中”，这在下面称为“全反射”。 如果光线被“全反射”，则反射的光线返回到与初始光线一样的同一“轨 迹”上。

球形或类似球形元件的这种特性允许一个球形或类似球形元件非 常简单地用作为其他制造步骤的标记物(位置标记物)，尤其是用于确 定在第一构件上方或侧旁或在第一构件区域中的焊缝的位置。

按照本发明，借助于光电的探测装置探测所述至少一个球形或类 似球形元件的位置并且产生相应的位置数据。

接着，在第一构件上方或侧旁或者在第一构件的区域内非接触地 借助于电子控制的激光焊接装置产生焊缝，所述激光焊接装置设置成 与第一构件和所述至少一个球形或类似球形元件间隔开。按本发明， 焊接装置的控制(位置控制)基于球形或类似球形元件的位置数据或 者在使用所述位置数据的情况下实现。要被产生的焊缝(焊接图形) 相对于球形或类似球形元件的位置产生。例如可以规定，焊缝按照圆 环产生，球形或类似球形元件处于圆环的中心点。当然也可以考虑任 意其他构成的“焊接图形”。

按照本发明的一种扩展方案，光电的探测装置具有光源(例如激 光光源)、传感装置和光学系统。由光源产生的各光线借助于光学系统 投射到所述至少一个球形或类似球形元件的表面上，所述光学系统可 以包括反射镜装置和/或透镜装置。遇到球形或类似球形元件的表面的 光线在那里被反射。至少一部分反射的光线经由光学系统引导至传感 装置。

按照本发明的一种扩展方案，借助于探测装置产生一个光线(激 光光线)，所述一个光线垂直地投射到所述至少一个球形或类似球形元 件的表面点上、在那里被全反射并且经由光学系统引导至传感装置。

按照本发明，借助于探测装置产生整个的光线束。借助于传感装 置和分析电子装置探测，所述光线束之中的哪一个光线在球形或类似 球形元件的表面上被全反射。

可以规定，传感装置具有由多个单传感器构成的传感器阵列(传 感器场)。借助于传感器场的探测全反射光线的单传感器可以确定全反 射光线的走向。按照本发明，从在球形或类似球形元件的表面上全反 射的光线的走向、尤其是方向矢量导出所述至少一个球形或类似球形 元件的位置数据。

只要所述元件是真正的球，则由全反射光线的方向矢量可以导出， 球形元件的中心点必然处于全反射光线的“延长线”上。

由全反射光线的走向或者说全反射光线的各矢量分量以及所述至 少一个球形或类似球形元件的预定的直径或者借助于测量装置或探测 装置测量的直径可以确定所述至少一个球形或类似球形元件的位置、 尤其是所述球形或类似球形元件的中心点的位置和/或球形或类似球 形元件在第一构件上的接触点。

按照本发明的一种扩展方案，提供第二构件，所述第二构件具有 通孔。第二构件安置到第一构件上，使得从第一构件伸出的所述至少 一个球形或类似球形元件穿过所述通孔并且在第二构件的背离第一构 件的一侧上从第二构件突出。

按照本发明的一种扩展方案，两个构件通过焊缝相互焊接。另外 可以规定，焊缝直接地在球形或类似球形元件的区域中产生。两个构 件因此可以直接经由焊缝彼此材料锁合地持久地牢固连接和/或经由 球形或类似球形元件间接地彼此材料锁合地持久地牢固连接。

附图说明

下面结合附图详细解释本发明。附图如下：

图1显示按本发明的一个实施例的示意图；

图2显示按本发明的另一个实施例；以及

图3显示全反射光线的探测原理。

具体实施方式

图1显示通过金属板例如钢板或铝板构成的第一构件1，从第一 构件的上侧伸出球2。球2例如可以是钢球或铝球。球2例如可以通 过点焊或以其他方式与金属板1连接。

在金属板1上安置第二构件3，该第二构件在此也通过金属板构 成。第二构件3具有通孔，该通孔至少大小为，使得第二金属板能够 以其通孔安置、例如夹紧地安置到球2上。通孔在图1所示的视图中 不再可见，因为两个构件1、3经由球2或者环形地包围球2的焊缝4 相互焊接，这使得通孔不再可见。

焊缝4非接触地借助于电子控制的激光焊接装置5产生，所述激 光焊接装置设置成与第一构件1和球形元件2间隔开。激光焊接装置 5产生激光光线6，该激光光线熔化第一构件1和/或第二构件3和/或 球2的材料，因此两个构件1、3和球2相互焊接。

为了产生环形地围绕球2的焊缝，激光焊接装置可以例如借助于 焊接机器人被电子地控制，以便在球2周围引导。激光焊接装置或者 说接纳或保持激光焊接装置的机器人(未示出)的控制基于球形或类 似球形元件2的位置数据或者在使用所述位置数据的情况下实现，例 如基于球2的中心点7在空间中的位置和/或所述中心点相对于第一构 件1和/或第二构件3的位置或者在使用所述中心点在空间中的位置和 /或所述中心点相对于第一构件和/或第二构件的位置的情况下实现。

球2的位置数据借助于光电的探测装置8探测。光电的探测装置 8具有激光光源9、传感装置10和光学系统，所述光学系统在此通过 第一反射镜11和单侧反射的半透明的反射镜12构成。

激光光源9和传感装置10与分析电子装置13电连接，所述分析 电子装置产生位置数据。激光装置5也连接在分析电子装置上，如已 经提及的，其基于球形或类似球形元件2的位置数据或者在使用所述 位置数据的情况下控制激光焊接装置5。

激光光源9产生光线14、15。也可以规定，激光光源9产生一个 整束，也就是说许多激光光线、尤其是平行的光线。

下面结合仅两个光线14、15详细解释本发明。

如由光程可见，光线14在反射镜12上反射。反射的光线14a再 次在反射镜11上反射并且作为光线14b垂直地遇到球2的表面点16。 在表面点16上，光线14b被全反射，也就是说，反射的光线16在其 方向矢量方面相同于从反射镜11过来的光线14b。反射的光线14b在 反射镜11上反射回来。至少一部分反射回来的光线14a穿过反射镜 12并且作为光线14c遇到传感装置10的传感器场18的一个单传感器 17。借助于分析电子装置13确定，反射回来的光线14c必然是全反射 的光线。由此可以导出，球2的中心点7必然处于光线14b的“延长 线”上。如果知道球2的直径或者规定球2的直径，则由表面点16 的位置数据、光线14b的方向矢量和球2的直径可以确定球2的中心 点7的位置。

容易发现，在由激光光源9产生的平行光线的束中，正好一个光 线即光线14、14a、14b、14c被全反射。

如果例如考察与光线14在侧旁仅略微错开地延伸的平行的光线 15并跟踪该光线的光程15a、15b、15c、15d、15e，可见，该光线恰 恰不被全反射。而是更准确地说，按照光学系统的法则(入射角等于 出射角)，光线15d作为光线15c被反射回来。

原则上也可以从光线15a和15d的间距、在光线15b、15c之间的 角平分线的方向矢量确定球2的位置数据。但是在以下情况可以特别 简单地产生位置数据：为此使用全反射的光线14、14a、14b、14c。

在图2所示的实施例中，光线14、15b、15’b的束投射到球2上。 在这些光线中，光线14被全反射。全反射的光线14照明传感器场18 的一个“点状区域”(单传感器17)。光线14、15b、15’b的束之中的 其他的光线15b和15’b按照“入射角等于出射角”的原理被球2反射 到传感器场18旁边，也就是说，它们根部不遇到传感器场18。

如在图3中描述的，在传感器场18中仅仅需要寻找“照明的点状 区域”或者说“明亮光斑”，或者更准确地说，最明亮的光斑的中心点 或者中心，以便能够识别，光线14、15b、15’b的束之中的哪一个光 线(光线14)被全反射。通过在传感器场18上寻找最明亮光斑的中 心(在图3中为十字交叉点的位置)，可以非常精确地确定全反射的光 线14的光程。实验已经表明，在用一束平行光线14、15b、15’b照明 球2时，在传感器场18上由于球的特别的反射特性完全明确地构成能 够非常精确地光电地检测的“大亮度区域”(明亮光斑或者说单传感器 17的位置)。

由全反射光线14的光程又可以确定球2的位置数据，所述位置数 据参与到焊接装置的开环控制或闭环控制中。

开环控制或闭环控制基于通过传感器场18构成的“灰图照片”实 现，该灰图照片具有正好一个最高亮度的点状区域和除此之外基本上 未被照亮的区域。这能用小的开环控制或闭环控制技术耗费实现。