(57)【要約】  本発明は、第１の方法ステップ（１）において、第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とを互いに接触させて、第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とを結合する溶接法、特にレーザ溶接法に関する。本発明によれば、第２の方法ステップ（２）において、所望の溶接ひずみ量を求め、第３の方法ステップ（３）において、該溶接ひずみ量に関連して第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とを互いに溶接し、かつ／または第３の方法ステップ（３）において、第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とを回転軸線（１６）を中心として所定の回転速度で回転させ、該回転速度に関連して第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とを互いに溶接することが提案される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方法ステップ（１）において、第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とを互いに接触させて、第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とを結合する溶接法、特にレーザ溶接法であって、第２の方法ステップ（２）において、所望の溶接ひずみ量を求め、第３の方法ステップ（３）において、該溶接ひずみ量に関連して第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とを互いに溶接し、かつ／または第３の方法ステップ（３）において、第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とを回転軸線（１６）を中心として所定の回転速度で回転させ、該回転速度に関連して第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とを互いに溶接することを特徴とする、溶接法。
【請求項２】
第２の方法ステップ（２）において、第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）との間の誤り位置を検知し、該誤り位置に関連して、特に該誤り位置を補償するために、前記溶接ひずみ量を求める、請求項１記載の溶接法。
【請求項３】
第３の方法ステップ（３）において、前記溶接ひずみ量および／または前記回転速度に関連して溶接ビーム（１４）を調整し、該溶接ビーム（１４）の焦点調節、放射時間および／または方向を第１のワークピース（１０）および／または第２のワークピース（１１）に対して相対的に調整する、請求項１または２記載の溶接法。
【請求項４】
第３の方法ステップ（３）において、前記溶接ひずみ量に関連して相応の回転角を調整する、請求項１から３までのいずれか１項記載の溶接法。
【請求項５】
第１の構成部材と第２の構成部材とにほぼ均一なエネルギ提供が得られるように、溶接ビーム（１４）を構成部材の回転速度に関連して調整する、請求項１から４までのいずれか１項記載の溶接法。
【請求項６】
第３の方法ステップ（３）において、第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とを完全に１回転させた後、重畳範囲（１７）を形成し、該重畳範囲（１７）で溶接シーム（２１）を互いに重ね合わせ、第３の方法ステップ（３）において、重畳範囲（１７）の大きさを、有利には前記溶接ひずみ量に関連して調整する、請求項１から５までのいずれか１項記載の溶接法。
【請求項７】
第３の方法ステップ（３）において、１８０°の回動に関して重畳範囲（１７）と反対の側に位置する部分範囲（１８）に対して、高められた放射出力（２４’）を調整しかつ／または付加的な放射線量（２４’’）を供給する、請求項１から６までのいずれか１項記載の溶接法。
【請求項８】
第３の方法ステップ（３）において、放射出力（２４’）が所定のパルス形状を有するように、放射出力（２４’）を時間および／または回転運動に関連して調整し、パルス長さが、有利には、第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）との６００°〜９００°の回転に対応している、請求項１から７までのいずれか１項記載の溶接法。
【請求項９】
溶接ビーム（１４）を発生させるための溶接ヘッドと、互いに溶接すべき第１・第２のワークピース（１０，１１）のための保持部材（１２）とが設けられている溶接装置であって、該溶接装置が、第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）との間の誤り位置を検知するための検知ユニットおよび／または保持部材（１２）の、第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とを一緒に運動させるための駆動装置の制御装置を有していることを特徴とする、溶接装置。
【請求項１０】
第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とから成る複合部材であって、該複合部材が、請求項１から８までのいずれか１項記載の溶接法により製造されており、かつ／または請求項９記載の溶接装置を用いて製造されていることを特徴とする、複合部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の方法ステップにおいて、第１のワークピースと第２のワークピースとを互いに接触させて、第１のワークピースと第２のワークピースとを結合する溶接法、特にレーザ溶接法に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、溶接ビームを発生させるための溶接ヘッドと、互いに溶接すべき第１・第２のワークピースのための保持部材とが設けられている溶接装置に関する。
【０００３】
さらに、本発明は、第１のワークピースと第２のワークピースとから成る複合部材に関する。
【０００４】
背景技術
このような装置は一般的に公知である。たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００６０１５３８３号明細書に基づき、第１のワークピースと第２のワークピースとをレーザ溶接するための装置および方法が公知である。公知の装置は、レーザ源と、溶接工程のプロセスを監視するためのセンサとを有している。プロセスの監視は、特に溶込み深さを監視するために役立つ。この溶込み深さは、センサとしての光学カメラのオンライン測定によって即時に検知され、レーザ源に対する調整量として利用される。公知の方法では、溶接ひずみ量の測定は行われていない。
【０００５】
発明の開示
本発明に係る溶接法によれば、第２の方法ステップにおいて、所望の溶接ひずみ量を求め、第３の方法ステップにおいて、該溶接ひずみ量に関連して第１のワークピースと第２のワークピースとを互いに溶接し、かつ／または第３の方法ステップにおいて、第１のワークピースと第２のワークピースとを回転軸線を中心として所定の回転速度で回転させ、該回転速度に関連して第１のワークピースと第２のワークピースとを互いに溶接する。
【０００６】
本発明に係る溶接法の有利な態様によれば、第２の方法ステップにおいて、第１のワークピースと第２のワークピースとの間の誤り位置を検知し、該誤り位置に関連して、特に該誤り位置を補償するために、前記溶接ひずみ量を求める。
【０００７】
本発明に係る溶接法の有利な態様によれば、第３の方法ステップにおいて、前記溶接ひずみ量および／または前記回転速度に関連して溶接ビームを調整し、該溶接ビームの焦点調節、放射時間および／または方向を第１のワークピースおよび／または第２のワークピースに対して相対的に調整する。
【０００８】
本発明に係る溶接法の有利な態様によれば、第３の方法ステップにおいて、前記溶接ひずみ量に関連して相応の回転角を調整する。
【０００９】
本発明に係る溶接法の有利な態様によれば、第１の構成部材と第２の構成部材とにほぼ均一なエネルギ提供が得られるように、溶接ビームを構成部材の回転速度に関連して調整する。
【００１０】
本発明に係る溶接法の有利な態様によれば、第３の方法ステップにおいて、第１のワークピースと第２のワークピースとを完全に１回転させた後、重畳範囲を形成し、該重畳範囲で溶接シームを互いに重ね合わせ、第３の方法ステップにおいて、重畳範囲の大きさを、有利には前記溶接ひずみ量に関連して調整する。
【００１１】
本発明に係る溶接法の有利な態様によれば、第３の方法ステップにおいて、１８０°の回動に関して重畳範囲と反対の側に位置する部分範囲に対して、高められた放射出力を調整しかつ／または付加的な放射線量を供給する。
【００１２】
本発明に係る溶接法の有利な態様によれば、第３の方法ステップにおいて、放射出力が所定のパルス形状を有するように、放射出力を時間および／または回転運動に関連して調整し、パルス長さが、有利には、第１のワークピースと第２のワークピースとの６００°〜９００°の回転に対応している。
【００１３】
本発明に係る溶接装置によれば、該溶接装置が、第１のワークピースと第２のワークピースとの間の誤り位置を検知するための検知ユニットおよび／または保持部材の、第１のワークピースと第２のワークピースとを一緒に運動させるための駆動装置の制御装置を有している。
【００１４】
本発明に係る複合部材によれば、該複合部材が、本発明に係る溶接法により製造されており、かつ／または本発明に係る溶接装置を用いて製造されている。
【００１５】
本発明に係る溶接法、本発明に係る溶接装置および本発明に係る複合部材は、公知先行技術に比べて、溶接プロセス前に所望のまたは所要の溶接ひずみ量が求められ、この溶接ひずみ量が溶接プロセスの間に変換されるという利点を有している。その結果、本発明に係る溶接法によって、第１のワークピースと第２のワークピースとの間に結合部が製作可能となるだけでなく、付加的には、第１のワークピースと第２のワークピースと間の所望の方向もしくは変形も得られる。こうして、たとえば、溶接の間に第１のワークピースと第２のワークピースとの接触面同士の誤り位置もしくは反りおよびずれを相殺することができる。択一的には、相応の曲げパラメータの入力または相応の溶接ひずみ量の直接的な入力によって、溶接シームの範囲に所望の曲げを発生させることも可能となる。求められた溶接ひずみは、第３の方法ステップにおいて、相応の溶接パラメータの選択によって実現される。したがって、有利には、比較的高い精度を伴って所望の幾何学的な外形を有する構成部材が実現可能となる。従来では、互いに溶接されて形成された構成部材の幾何学的な外形のこのような高い精度が、個々の接合パートナ、すなわち、第１のワークピースおよび第２のワークピースの接合面の比較的高い精度によって得られる。この場合には、接合面が予め、たとえば平坦化されなければならないかもしくは研削されなければならない。本発明に係る方法によって、公知先行技術と異なり、第１のワークピースと第２のワークピースとの接合面を比較的手間をかけて高価に前処理する必要なしに、このような精密な構成部材の製造が可能となる。本発明の別の有利な改良態様または本発明の別の対象によれば、第３の方法ステップにおいて、第１のワークピースと第２のワークピースとが、回転軸線を中心として所定の回転速度で回転させられ、第３の方法ステップにおいて、この回転速度に関連して第１のワークピースと第２のワークピースとが互いに溶接される。有利には、こうして、第１のワークピースと第２のワークピースとへの溶接エネルギの均一な供給が可能となり、これによって、入熱ゾーンにおける材料特性が対称的に変化させられる。こうして、１つには、溶接ひずみが最小限に抑えられ、もう１つには、最小限の回転が達成される。本発明に係る方法は、あらゆる溶接法、特にビーム溶接法、たとえばレーザ溶接またはアーク溶接を含んでいる。
【００１６】
本発明の有利な態様および改良態様は、従属請求項ならびに図面に関連した説明に認めることができる。
【００１７】
有利な改良態様によれば、第２の方法ステップにおいて、第１のワークピースと第２のワークピースとの間の誤り位置を検知し、この誤り位置に関連して、特にこの誤り位置を補償するために、溶接ひずみ量を求めることが提案されている。したがって、有利には、第１のワークピースと第２のワークピースとの間の誤り位置の補償が溶接法の間に行われる。ゆえに、この溶接法は、同時に第１のワークピースと第２のワークピースとの間の固い結合部の形成のために機能し、また、同時に第１のワークピースと第２のワークピースとの間の結合部の矯正のために機能する。これによって、接合面の前処理を節約することができる。特に第２の方法ステップでは、誤り位置が検知され、次いで、この誤り位置を補償するための所要の溶接ひずみ量が算出される。誤り位置の本来の補償は、後続の溶接法において行われる。この後続の溶接法では、溶接のプロセスパラメータが選択されて、発生させられた溶接ひずみが誤り位置を補償するようになっている。本発明の意味での誤り位置とは、第１のワークピースと第２のワークピースとの、所望の目標配置状態から逸脱した各実際配置状態のことであるので、誤り位置が必ずしも第１のワークピースの向きと第２のワークピースの向きとの間のずれとして解釈される必要は決してない。
【００１８】
別の有利な改良態様によれば、第３の方法ステップにおいて、溶接ひずみ量および／または回転速度に関連して溶接ビームを調整し、この溶接ビームの焦点調節、放射時間および／または方向を第１のワークピースおよび／または第２のワークピースに対して相対的に調整し、かつ／または溶接ひずみ量に関連して相応の回転角を調整することが提案されている。有利には、放射出力、焦点調節および／または放射方向の相応の変化によって、溶接ひずみの変化または溶接シームの最適化が達成される。たとえば、放射出力の増減によって、溶接ひずみの著しい増減が達成される。第１のワークピースと第２のワークピースとの送り速度もしくは回転速度に比べて照射時間と照射エネルギとを適合させることによって、たとえば一定の溶込み深さを備えた比較的均質なシームが、オーバラップにおける異常部分なしに形成される。
【００１９】
別の有利な改良態様によれば、第１の構成部材と第２の構成部材とにほぼ均一なエネルギ提供が得られるように、溶接ビームを構成部材の回転速度に関連して調整することが提案されており、これによって、有利には、比較的少ない溶接ひずみが発生させられる。なぜならば、入熱ゾーンにおける材料特性が対称的に変化させられるからである。
【００２０】
別の有利な改良態様によれば、第３の方法ステップにおいて、第１のワークピースと第２のワークピースとを中心軸線を中心として回転させ、溶接ひずみ量に関連して相応の回転角を調整することが提案されている。本発明の意味での回転角は、特に獲得したい所望の溶接ひずみに対する溶接開始の間の位置決め角、すなわち、溶接ビームと複合体との間の、溶接プロセスが開始される際の角度を含んでいる。特に有利には、第１のワークピースと第２のワークピースとから成る複合体がその固有の軸線を中心として回転させられる。その際には、放射出力が、有利には、全回転角にわたってほぼ一定であり、したがって、第１のワークピースと第２のワークピースとの間に比較的固くて均一な結合部が得られる。さらに、回転角は、有利には、所望の溶接ひずみ量に関連して調整される。なぜならば、回転角の変化によって、第１のワークピースと第２のワークピースとの間の特定の範囲への意図的な高められたエネルギ供給および／または意図的な減少させられたエネルギ供給が可能となるからである。これによって、結果的に生じる溶接ひずみに与えられる相応の影響が所望の形式で得られる。さらに、回転角によって、重畳範囲の位置もしくは重畳範囲と反対の側に位置する部分範囲の位置が規定される。
【００２１】
別の有利な改良態様によれば、第３の方法ステップにおいて、第１のワークピースと第２のワークピースとを完全に１回転させた後、重畳範囲を形成し、この重畳範囲で溶接シームそれ自体を重ね合わせることが提案されている。第１のワークピースと第２のワークピースとから成る複合体を溶接ビームに対して３６０°よりも多く回転させた後、形成される溶接シームがその固有の始端範囲に重なり始める。したがって、相応の回転角の選択によって、重畳範囲の大きさが規定される。この場合、有利には、発生させられる溶接ひずみが、重畳範囲の大きさに直接関連している。
【００２２】
別の有利な改良態様によれば、第３の方法ステップにおいて、重畳範囲の大きさを溶接ひずみ量に関連して調整し、かつ／または重畳範囲に、減少させられた放射出力を調整することが提案されている。有利には、両ワークピースの片側における重畳範囲の大きさによって、溶接ひずみを調整することができる。この場合、より小さな重畳範囲は、重畳範囲の方向へのより僅かな溶接ひずみを発生させ、増加させられた重畳範囲は、重畳範囲の方向へのより大きな溶接ひずみを発生させる。
【００２３】
別の有利な改良態様によれば、第３の方法ステップにおいて、１８０°の回動に関して重畳範囲と反対の側に位置する部分範囲に対して、高められた放射出力を調整しかつ／または付加的な放射線量を付与することが提案されている。重畳範囲と反対の側に位置する部分範囲における高められた放射出力または付加的なビーム線量は、重畳範囲の方向への溶接ひずみと逆の溶接ひずみを発生させ、これによって、重畳範囲の方向への溶接ひずみが少なくとも部分的に補償されるかまたは過剰に補償される。したがって、結果的に生じる溶接ひずみが制御可能となる。第１のワークピースと第２のワークピースとの最初の回転の間の部分範囲における補償は、この部分範囲での高められた放射出力によって実現可能となる。有利には、溶接プロセスは、公知先行技術に比べて、付加的な時間および／または付加的な回転を決して必要としない。択一的には、部分範囲における補償を、この部分範囲における付加的な放射線量によって実現することができる。この付加的な放射線量は、次ぎの回転において部分範囲に入射される。これは、高められた放射出力が不要となるという利点を有している。
【００２４】
別の有利な改良態様によれば、第３の方法ステップにおいて、放射出力が所定のパルス形状を有するように、放射出力を時間および／または回転運動に関連して調整し、パルス長さが、有利には、第１のワークピースと第２のワークピースとの５００°〜１２００°の回転に対応していることが提案されている。この改良態様では、アクティブな溶接範囲が、斜面状の連続的な減少時に含まれている。この場合、まず、存在している応力ピークが、第１のワークピースおよび／または第２のワークピースにおける前加工プロセスから減少させられ、次いで、第１のワークピースと第２のワークピースとに均一な荷重が加えられ、これによって、溶接プロセスの終了時には、ひずみが、有利には最小限にとどめられる。
【００２５】
本発明の更なる対象は、方法請求項に並ぶ装置請求項に記載の溶接装置である。本発明に係る溶接装置では、第１のワークピースと第２のワークピースとの間の誤り位置が検知ユニットによって検知されるかまたは第１のワークピースと第２のワークピースとが溶接工程の間に回転させられる。その際、回転運動に関連して溶接ビームが調整される。これは、１つには、誤り位置を修正するかもしくは補償するための所要の溶接ひずみ量を、後続の溶接プロセスにおいて溶接パラメータを調整するために利用される誤り位置から算出することができるという利点を有している。したがって、本発明に係る溶接装置によって、第１のワークピースと第２のワークピースとの間の固い結合部の形成が可能となるだけでなく、その上、付加的には、溶接の間の第１のワークピースと第２のワークピースとの間の結合部の矯正も可能となり、これによって、第１のワークピースと第２のワークピースとから成る構成部材が、所望の幾何学的な外形を備えて比較的精密に製造可能となる。もう１つには、溶接出力を常に最適化することによって、可能な限り良好な回転が可能となる。さらに、必要となるエネルギ需要の減少を得ることができる。本発明に係る溶接装置は、たとえば第１のワークピースと第２のワークピースとの接合面が面平行でないことによって、第１のワークピースと第２のワークピースとの間の誤り位置に特に強い影響が与えられるので、特に細長い、特に管状のかつ／または棒状のワークピースを溶接するために適している。したがって、さらに、有利には、出発ワークピースの接合面が面平行でない場合でも、第１のワークピースおよび／または第２のワークピースの比較的良好な同心性を得ることができる。
【００２６】
有利な改良態様によれば、溶接ヘッドの制御および／または保持部材の、第１のワークピースと第２のワークピースとを一緒に運動させるための駆動装置の制御が、検知ユニットによって行われていることが提案されている。誤り位置を考慮するかもしくは修正するためには、すでに詳しく上述したように、溶接ビームが、放射出力、焦点調節および／または放射方向に関して放射ヘッドによって調整され、かつ／または第１のワークピースおよび第２のワークピースと溶接ビームとの間の相対位置もしくは相対運動、すなわち、特に回転角が、駆動装置によって調整される。所望の溶接ひずみ量を得るためには、放射ヘッドおよび／または駆動装置が、検知ユニットによって間接的にまたは直接的に制御される。
【００２７】
別の有利な改良態様によれば、検知ユニットが、光学式のかつ／または機械式の検知ユニットを有していることが提案されている。特に有利には、光学式の検知ユニットが、第１のワークピースと第２のワークピースとの間の誤り位置を比較的精密に検知するために使用されるレーザビーム光学系を有している。択一的には、機械式の検知ユニットが、有利には触覚式の検知ユニットを有している。この触覚式の検知ユニットでは、誤り位置が「触知」されるかもしくは接触によって検知される。さらに、ワークピースの変形量の簡単な測定および／またはワークピース保持部材の位置によって、ひずみ量を検知することが可能となる。ひずみ量の検知を別のあらゆる適切な方法でも実施することができることは当業者に自明である。
【００２８】
本発明の更なる対象は、本発明に係る方法により製造されたかつ／または本発明に係る溶接装置を用いて製造された、第１のワークピースと第２のワークピースとから成る複合部材である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】公知先行技術に係る溶接法の概略的なブロック図である。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施の形態に係る溶接法の概略的なブロック図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施の形態に係る溶接装置の概略的な側面図である。
【図２Ｂ】本発明の第２の実施の形態に係る溶接装置の概略的な側面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る溶接装置の概略的な平面図である。
【図４Ａ】本発明の第２の実施の形態に係る溶接法の回転角に関連した放射出力の概略図である。
【図４Ｂ】本発明の第３の実施の形態に係る溶接法の回転角に関連した放射出力の概略図である。
【図４Ｃ】本発明の第４の実施の形態に係る溶接法の回転角に関連した放射出力の概略図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係る溶接法の回転角に関連した放射出力の概略図である。
【００３０】
発明の実施の形態
本発明の複数の実施の形態を図面に示し、以下に詳しく説明する。
【００３１】
図１Ａには、公知先行技術に係る典型的な溶接法の概略的なブロック図が示してある。この溶接法では、第１のステップ１’において、まず、第１のワークピースと第２のワークピースとが保持部材に緊締されて、それぞれ接合面で互いに接触させられる。次いで、第２のステップ３’において、第１のワークピースと第２のワークピースとが、駆動装置によって回転軸線を中心として一緒に回転運動させられ、本来の溶接プロセスが実施される。その際には、第１のワークピースと第２のワークピースとの間の接触箇所に溶接ビーム、特にレーザビームが向けられる。回転運動によって、この溶接ビームが接触箇所の全周に沿って移動させられて、この全周に沿って溶接シームが形成され、これによって、第１のワークピースと第２のワークピースとの間に、全周にわたって延びる固い溶接結合部が製作される。
【００３２】
図１Ｂには、本発明の第１の実施の形態に係る溶接法の概略的なブロック図が示してある。本発明に係る溶接法は、図１Ａに示した溶接法に類似している。本発明に係る溶接法では、まず、第１の方法ステップ１での保持部材への第１のワークピースと第２のワークピースとの緊締後、第２の方法ステップ２において、所要のもしくは所望の溶接ひずみ量が求められる。このためには、第１のワークピースと第２のワークピースとから成る複合体が、検知ユニットによって測定され、第１のワークピースと第２のワークピースとの間の望ましくないかもしくは修正すべき誤り位置が検知される。この場合、特に第１のワークピースと第２のワークピースとの実際配置状態が検知され、目標配置状態と比較される。検知された誤り位置に基づき、所要の溶接ひずみ量が算出される。この溶接ひずみ量は、検知された誤り位置を補償するために必要であり、これによって、第１のワークピースと第２のワークピースとの配置状態が、溶接プロセスの完了後には目標配置状態に相当するようになっている。次いで、第３の方法ステップ３において、第１のワークピースと第２のワークピースとから成る複合体が、回転軸線を中心として回転運動させられ、溶接プロセスが開始される。複合体の溶接プロセスと回転運動とは、算出された溶接ひずみ量に関連して実施され、溶接プロセスの終了後には、誤り位置が、結果的に生じる溶接ひずみによって丁度補償されるようになっている。有利には、放射出力および／または第１のワークピースと第２のワークピースとから成る複合体の回転運動が、求められた溶接ひずみ量に関連して制御される。この溶接ひずみ量を発生させるためには、特に放射出力が、複合体と溶接ビームとの間の出発角に関連して制御される。
【００３３】
図２Ａおよび図２Ｂには、本発明の第１の実施の形態および第２の実施の形態に係る溶接装置の概略的な側面図が示してある。両溶接装置は、図１Ｂに示した本発明の第１の実施の形態に係る溶接法を実施するために設けられている。図２Ａに示した第１の実施の形態は、保持部材１２に保持された第１のワークピース１０と第２のワークピース１１とを有している。第１のワークピース１０の主延在方向と第２のワークピース１１の主延在方向とは、互いに１８０°に等しくない角度を有している。すなわち、第１のワークピース１０と第２のワークピース１１とは、互いに正確に平行に方向設定されていない。このことは、たとえば第１のワークピース１０と第２のワークピース１１との接合面が面平行でないことに起因して起こることがある。第１のワークピース１０の向きと第２のワークピース１１の向きとの間のずれを、以下、誤り位置（もしくは位置ずれ）と呼ぶ。この誤り位置は検知ユニット（図示せず）、たとえばレーザビーム光学系によって検知され、この検知された誤り位置を考慮して、溶接プロセスの完了後に誤り位置を丁度補償するために適した溶接ひずみ量が算出される。いま、第１のワークピース１０と第２のワークピース１１との間の接触範囲１３に溶接ヘッド（図示せず）から溶接ビーム１４が入射され、これによって、第１のワークピース１０と第２のワークピース１１とが接触範囲１３で互いに結合される。このとき、第１のワークピース１０と第２のワークピース１１とは、駆動装置（図示せず）によって回転軸線１６を中心として駆動されて、一緒に回転運動１５を実施する。溶接ビーム１４の放射出力と回転運動１５とは、算出された溶接ひずみ量に関連して調整され、これによって、結果的に生じる、誤り位置を丁度補償する溶接ひずみが、接触範囲１３に同時に発生させられ、溶接結合部が形成される。図２Ｂには、第１の実施の形態とほぼ同一である第２の実施の形態が示してある。この第２の実施の形態では、第２のワークピース１１が直方体状のまたは円形のワークピースを含んでいる。第１のワークピース１０は、第２のワークピース１１と、側方に弾性的な押さえ１２’の形の保持部材との間に緊締されている。この押さえ１２’は、側方への運動に対して、すなわち、回転軸線１６に対して垂直に弾性的であり、同時に検知ユニットとして機能する。この場合、第２のワークピース１１に対する第１のワークピース１０の誤り位置が、押さえ１２’の側方の位置によって測定される。したがって、押さえ１２’の側方の位置が正確に接触箇所１３の上方にもしくは回転軸線１６上に配置されている場合には、誤り位置はゼロである。
【００３４】
図３には、本発明の第３の実施の形態に係る溶接装置１の概略的な平面図が示してある。第３の実施の形態は、図２Ａに示した第１の実施の形態にほぼ相当している。溶接装置１は、図２Ａに矢印２０により示した方向から見た平面図で示してある。溶接ビーム１４が、第１のワークピース１０と第２のワークピース１１との間の接触箇所に入射されるのと同時に、第１のワークピース１０と第２のワークピース１１とから成る複合体がその固有の軸線を中心として溶接ビーム１４に対して相対的に回転軸線１６を中心として回転させられる。その際、複合体の全周２２に沿って延びる溶接シーム２１が形成される。固い溶接結合部を得るためには、溶接シーム２１が全周２２よりも長く形成されており、これによって、複合体を３６０°だけ１回転させた後、溶接シーム２１が始点２３で互いに重ね合わされる。溶接シーム２１が重ね合わされる範囲を重畳範囲１７と呼ぶことにする。溶接ひずみは、通常、重畳範囲１７の方向に向けられている。このような重畳範囲１７の方向への溶接ひずみを減少させるためには、図４Ｃに示した溶接ビーム１４の制御が可能である。この場合、重畳範囲１７において、溶接ビーム１４の放射出力２４が減少させられる。択一的な実施の形態では、図４Ｂに示したように、複合体の最初の回転の間、回転軸線１６に対して相対的に重畳範囲１７と反対の側に位置する部分範囲１８において、高められた放射出力２４’を供給することが可能である。部分範囲１８は、１８０°の回動時に始まる。高められた放射出力２４’は、重畳範囲１７の方向への溶接ひずみを補償するように作用する。図４Ａに示した別の実施の形態では、複合体の更なる回動、すなわち、たとえば３６０°〜７２０°の間の回動において、部分範囲１８にだけ付加的な放射線量２４’’を照射することが可能である。主として５４０°以降の範囲で放射されるこの付加的な放射線量２４’’によって、同じく、重畳範囲１７の方向への溶接ひずみの補償が達成される。
【００３５】
図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃには、本発明の第２の実施の形態、第３の実施の形態および第４の実施の形態に係る溶接法の回転角２５に関連した放射出力２４の概略図が示してある。回転角２５に関連した放射出力２４のそれぞれ異なる経過は、すでに図３に基づき説明してある。図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃでは、横軸にそれぞれ回転角２５が「°（度）」で書き込んであり、縦軸にそれぞれ放射出力２４もしくは相応の放射温度が書き込んである。０°の回転角２５は始点２３に相当している。図４Ａに示した放射経過は、（０°〜３６０°の）最初の回転の間、均一な放射出力２４を有しており、この放射出力２４は、（３６０°〜約４００°の間の）重畳範囲１７においてゼロに向かって減少させられ、この重畳範囲１７の方向への溶接ひずみを補償するために、（たとえば３６０°〜９００°の）次ぎの回転の間には、重畳範囲１７および部分範囲１８以外で放射出力２４がゼロに調整され、（約５００°〜６００°の間の）部分範囲１８でもしくは部分範囲１８周辺で付加的な放射線量２４’’が提供される。この付加的な放射線量２４’’の放射出力２４は、有利には、最初の回転の間に均一に入射される放射出力２４よりも低く設定されている。図４Ｂに示した放射経過には、最初の回転の間に全体的に少ない、部分範囲１８でのみ短時間高められた放射出力２４’が示してある。この短時間高められた放射出力２４’によって、重畳範囲１７の方向への溶接ひずみが補償される。図４Ａには、減少させられた放射出力２４が示してあり、これによって、重畳範囲１７の方向への溶接ひずみが全体的に減少させられている。回転角２５に関連した放射出力２４のこれらの異なる経過によって、所望の溶接ひずみ量に応じて、重畳範囲１７の方向への溶接ひずみの部分的な補償、正確な補償または過剰な補償を行うことができるので、放射出力２４および／または回転運動の相応の選択によって、溶接法の間に所望の形式で誤り位置を修正することができる。
【００３６】
図５には、本発明の第５の実施の形態に係る溶接法の時間３１に関連した放射出力２４の概略図が示してある。放射出力２４と放射時間とは、本発明に係る溶接法では、線３０によって図示したように、時間３１もしくは回転角２５に関連して調整される。時間単位において生じるパルス長さは、プロセス中に利用される回転速度に関連していて、たとえば５００°を上回って延びている。比較のために、図５には、さらに、線３２によって、従来の溶接プロセスにおける時間３１に関連した溶接出力２４の経過が示してある。
【符号の説明】
【００３７】
１，１’  第１の方法ステップ
２  第２の方法ステップ
３，３’  第３の方法ステップ
１０  第１のワークピース
１１  第２のワークピース
１２  保持部材
１２’  押さえ
１３  接触範囲
１４  溶接ビーム
１５  回転運動
１６  回転軸線
１７  重畳範囲
１８  部分範囲
２０  矢印
２１  溶接シーム
２２  全周
２３  始点
２４  放射出力
２４’  高められた放射出力
２４’’  付加的な放射線量
２５  回転角
３０  線
３１  時間
３２  線
【図１Ａ】
2013539720.tif 000003
【図１Ｂ】
2013539720.tif 000004
【図２Ａ】
2013539720.tif 000005
【図２Ｂ】
2013539720.tif 000006
【図３】
2013539720.tif 000007
【図４Ａ】
2013539720.tif 000008
【図４Ｂ】
2013539720.tif 000009
【図４Ｃ】
2013539720.tif 000010
【図５】
2013539720.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成25年5月9日(2013.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とを互いに接触させて、第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とを結合する第１のステップ（１）を有する溶接法であって、
所望の溶接ひずみ量を求める第２のステップ（２）と、
該溶接ひずみ量に関連して第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とを互いに溶接するか、または第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とを回転軸線（１６）を中心として所定の回転速度で回転させ、該回転速度に関連して第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とを互いに溶接する第３のステップ（３）と、
を有することを特徴とする、溶接法。
【請求項２】
第２のステップ（２）において、第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）との間の誤り位置を検知し、該誤り位置に関連して、該誤り位置を補償するために、前記溶接ひずみ量を求める、請求項１記載の溶接法。
【請求項３】
第３のステップ（３）において、前記溶接ひずみ量および／または前記回転速度に関連して溶接ビーム（１４）を調整し、該溶接ビーム（１４）の焦点、放射時間および／または方向を第１のワークピース（１０）および／または第２のワークピース（１１）に対して相対的に調整する、請求項１または２記載の溶接法。
【請求項４】
第３のステップ（３）において、前記溶接ひずみ量に関連して回転角を調整する、請求項１から３までのいずれか１項記載の溶接法。
【請求項５】
第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とに均一なエネルギが提供されるように、溶接ビーム（１４）を前記回転速度に関連して調整する、請求項３または４記載の溶接法。
【請求項６】
第３のステップ（３）において、第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とを１回転させた後、溶接シーム（２１）が互いに重ね合わされる重畳範囲（１７）を形成し、該重畳範囲（１７）の大きさを、前記溶接ひずみ量に関連して調整する、請求項１から５までのいずれか１項記載の溶接法。
【請求項７】
第３のステップ（３）において、回転軸線（１６）を基準として重畳範囲（１７）と反対の側に位置する部分範囲（１８）に対して、放射出力（２４’）を高めかつ／または付加的な放射線量（２４’’）を供給する、請求項１から６までのいずれか１項記載の溶接法。
【請求項８】
第３のステップ（３）において、放射出力（２４’）が所定のパルス形状を有するように、放射出力（２４’）を時間および／または回転角に関連して調整し、パルス長さが、第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）との６００°〜９００°の回転に対応している、請求項７記載の溶接法。
【請求項９】
前記溶接法が、レーザ溶接法である、請求項１から８までのいずれか１項記載の溶接法。
【請求項１０】
溶接ビーム（１４）を発生させるための溶接ヘッドと、互いに溶接すべき第１・第２のワークピース（１０，１１）のための保持部材（１２）とが設けられている溶接装置であって、
該溶接装置が、第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）との間の誤り位置を検知するための検知ユニットおよび／または保持部材（１２）にそれぞれ緊締された第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とを一緒に運動させるための駆動装置を制御する制御装置を有していることを特徴とする、溶接装置。
【請求項１１】
第１のワークピース（１０）と第２のワークピース（１１）とから成る複合部材であって、
該複合部材が、請求項１から９までのいずれか１項記載の溶接法により製造されており、かつ／または請求項１０記載の溶接装置を用いて製造されていることを特徴とする、複合部材。
【国際調査報告】
2013539720.tif 000012
2013539720.tif 000013
2013539720.tif 000014
2013539720.tif 000015