(57)【要約】  本発明は、少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素が突出する第一の部品の上に若しくは第一の部品の面に又は第一の部品の領域に溶接継ぎ目を形成する方法であって、光電検出装置を用いて、少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素の位置を検出するとともにそれに対応する位置データを生成し、少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素から離して且つ第一の部品から離して配置された電子制御型のレーザ溶接装置を用いて、非接触で溶接継ぎ目を形成し、球形または球形に近い構成要素の位置データに基づいて或いは利用してレーザ溶接装置の制御を行う方法に関する。
2017505718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の部品（１）の上に若しくは第一の部品（１）の面に又は第一の部品（１）の領域に溶接継ぎ目（４）を形成する方法であって、前記第一の部品から少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素（２）が突出している方法において、
−光電的な検出装置（８）を用いて、前記少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素（２）の位置を検出するとともにそれに対応する位置データを生成し、
−前記少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素（２）から離して且つ前記第一の部品（１）から離して配置された電子制御型のレーザ溶接装置（５）を用いて、非接触で溶接継ぎ目（４）を形成し、前記球形または球形に近い構成要素（２）の位置データに基づいて或いはこれを利用して前記レーザ溶接装置（５）の制御を行うことを特徴とする方法。  
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記光電的な検出装置（８）は、光源（９）、センサ装置（１０）及び光学系（１１，１２）を有し、前記光源（９）により生成される光線（１４，１５）を、前記光学系（１１，１２）を用いて前記少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素（２）の表面に照射し、そこで反射させ、さらに前記光学系（１１，１２）を介して前記センサ装置（１０）に導くことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、前記検出装置（８）を用いて一つの光線（１４ｂ）を生成し、当該光線を、前記少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素（２）の表面の一点（１６）に垂直に照射し、そこで完全反射させ、さらに前記光学系（１１，１２）を介して前記センサ装置（１０）に導くことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法において、前記検出装置（８）を用いて光線束（１４，１５）を生成し、前記光線束（１４，１５）のどの光線（１４）が自分自身に反射されたかを、前記センサ装置（１０）及び電子分析装置（１３）を用いて検出することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法において、前記センサ装置（１０）は、複数の個別センサ（１７）により形成されたセンサ・フィールド（１８）を有し、前記センサ・フィールド（１８）内で、最も明るい領域の位置又はスポットの位置、特に中心を検出することにより、前記完全反射された光線を特定することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、前記自分自身に反射された光線（１４）を検出する個別センサ（１７）を用いて、前記自分自身に反射された光線（１４）のベクトル経路を求めることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の方法において、前記自分自身に反射された光線（１４）の前記ベクトル経路から、前記少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素（２）の位置データ（７）を導出ないし生成することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか一項に記載の方法において、前記自分自身に反射された光線（１４）の前記ベクトル経路と、前記検出装置を用いて測定された、或いは予め設定された、前記少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素（２）の直径とから、前記少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素（２）の位置を検出することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法において、貫通孔を有する第二の部品（３）を設け、前記第一の部品（１）から突出した前記少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素（２）が、前記貫通孔を貫いて飛び出し、前記第一の部品（１）とは反対の前記第二の部品（３）の側において当該第二の部品から突き出すようにして、前記第二の部品（３）を前記第一の部品（１）上に載置することを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、前記溶接継ぎ目（４）により前記二つの部品（１，３）を互いに溶接することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法において、前記球形または球形に近い構成要素（２）の部分に直に前記溶接継ぎ目（４）を形成することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法において、前記球形または球形に近い構成要素（２）を円環状に囲むように前記溶接継ぎ目（４）を形成することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の方法により製造された部品接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求項１の特徴による溶接継ぎ目を形成する方法およびこの方法により製造された特許請求項１２の特徴による部品接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１より、第一の車両部品を第二の車両部品に接合する方法が公知とされている。そこでは、先ず二つの車両部品が嵌め合わされる。そのために、二つの車両部品の一方にボールが着設されており、このボールが、他の車両部品に設けられた孔に締止状態にて（ｋｌｅｍｍｅｎｄ）挿入される。二つの車両部品が嵌め合わされてから、これらの部品が溶接される。上述の特許文献１に記載されているような“ボール接合”は、部品の仮付け（仮固定）（Ｖｏｒｆｉｘｉｅｒｅｎ）や接合に対する多面的な応用の可能性を開くものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１００２８３２２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、球形または球形に近い構成要素のその他の特性を有利に用いることができるようにする方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、特許請求項１の特徴により解決される。本発明の有利な形態及び発展態様は、下位請求項から理解できる。
【０００６】
本発明は、第一の部品の上に若しくは第一の部品の面に又は第一の部品の領域に溶接継ぎ目を形成する方法を起点とする。第一の部品からは、少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素が突出する。この球形の構成要素は、例えば“単独の球体”とされていてもよく、これが、第一の部品の上面に直に設けられている（例えば、溶接されている）或いは接続部材を介して第一の部品に接合されている。球形または球形に近い単独の構成要素により形成されている構成要素や、球形または球形に近い単独の構成要素だけを有している構成要素に代えて、第一の部品から構成要素が突出していて、その構成要素が球形または球形に近い複数の構成要素を有しているのでもよい。例えば、二つの球形の構成要素を有している構成要素が第一の部品から突出しているのでもよいかもしれない。これら二つの球形の構成要素は、例えば互いに直接的に接合されていてもよいし或いはスペーサ部材（Ａｂｓｔａｎｄｓｅｌｅｍｅｎｔ）を介して（バーベルにおける様に）接合されていてもよい。要するに、本発明は、何か特定の球形または球形に近い構成要素に限定されているわけではない点に言及しておく。重要なことは、第一の部品から構成要素が突出していて、この構成要素が、少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素を有するかそのようなものにより形成されているということである。
【０００７】
本発明は、球形の構成要素の表面に光線が入射するとき、“入射角は出射角に等しい”ということが一般的に成り立つという真実に基づいている。光線が、球形または球形に近い構成要素の表面の一点に垂直に入射すると、その光線は、“自分自身に”反射される。このことを、以下では、“完全反射（Ｔｏｔａｌｒｅｆｌｅｘｉｏｎ）”と呼ぶ。光線が“完全反射される”と、反射された光線は、“出射光線”と同じ“軌道”上を逆行する。
【０００８】
球形または球形に近い構成要素のこの特性によって、後続の製造工程のために、特に、第一の部品の上に若しくは第一の部品の面に又は第一の部品の領域（ａｕｆ  ｏｄｅｒ  ａｎ  ｄｅｍ  ｅｒｓｔｅｎ  Ｂａｕｔｅｉｌ  ｏｄｅｒ  ｉｍ  Ｂｅｒｅｉｃｈ  ｄｅｓ  ｅｒｓｔｅｎ  Ｂａｕｔｅｉｌｓ）における溶接継ぎ目の位置を決めるために、（位置の）マーキングとして球形または球形に近い構成要素を極めて容易に用いることが可能となる。
【０００９】
本発明によれば、光電検出装置により、少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素の位置が検出され、それに対応した位置データが生成される。
【００１０】
次に、第一の部品の上若しくは第一の部品の面において又は第一の部品の領域において、少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素から離して且つ第一の部品から離して配置された電子制御型のレーザ溶接装置を用いて、非接触で溶接継ぎ目が形成される。溶接装置の（位置）制御は、本発明によれば、球形または球形に近い構成要素の位置データに基づいて或いはこれを利用して行われる。従って、形成すべき溶接継ぎ目（溶接痕（Ｓｃｈｗｅｉｓｓｆｉｇｕｒ））が、球形または球形に近い構成要素の位置に対して相対的に形成される。例えば、溶接継ぎ目が円環に倣って形成され、その円環の中心点に、球形または球形に近い構成要素が位置しているようにされていてもよい。もちろん、他の形態の“溶接痕”も可能である。
【００１１】
本発明の発展態様により、光電的な検出装置は、光源（例えばレーザ光源）、センサ装置及び光学系を有している。光源から生成された光線は、反射鏡及び／又はレンズの配置構成を備えることができる光学系によって、少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素の表面に照射される。球形または球形に近い構成要素の表面に入射する光線は、その位置で反射される。反射された光線の少なくとも一部は、光学系を介してセンサ装置に導かれる。
【００１２】
本発明の発展形態により、検出装置により（レーザ）光線が生成され、この光線が、少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素の表面の一点に垂直に照射され、そこで完全反射され、光学系を介してセンサ装置に導かれる。
【００１３】
本発明によれば、検出装置により光線束全体が生成される。センサ装置及び電子分析装置により、光線束のどの光線が球形または球形に近い構成要素の表面において完全反射されるかが検出される。
【００１４】
センサ装置は、複数の個別センサにより形成されたセンサ・アレイ（センサ・フィールド）を有しているものとされていてもよい。完全反射された光線を検出するセンサ・フィールドの個別センサを用いて、完全反射された光線の経路を求めることができる。この経路から、特には、球形または球形に近い構成要素の表面において完全反射された光線の方向ベクトルから、本発明により、少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素の位置データが導出される。
【００１５】
上記構成要素が真球であれば、完全反射された光線の方向ベクトルから、球形の構成要素の中心点が、完全反射された光線の“延長線”上に必ず存在すると推論できる。
【００１６】
完全反射された光線の経路ないしは完全反射された光線のベクトル成分と、予め設定された、或いは測定装置ないし検出装置を用いて測定された、少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素の直径とから、少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素の位置、特に、球形または球形に近い構成要素の中心点の位置及び／又は第一の部品上における球形または球形に近い構成要素の接触点（Ａｕｆｓｔａｎｄｓｐｕｎｋｔ）を求めることができる。
【００１７】
本発明の発展形態によれば、貫通孔を有する第二の部品が設けられる。第二の部品は、第一の部品から突出した少なくとも一つの球形または球形に近い構成要素が、上記貫通孔を貫いて飛び出し、第一の部品とは反対側の第二の部品の面において当該第二の部品から突き出すように、第一の部品上に載置される。
【００１８】
本発明の発展形態により、二つの部品は、溶接継ぎ目により互いに溶接される。さらに、球形または球形に近い構成要素の領域で直に溶接継ぎ目が形成されるものとされていてもよい。こうして、二つの部品は、溶接継ぎ目を介して直接的に、及び／又は球形または球形に近い構成要素を介して間接的に、恒久的にしっかりと相互に接合することができる。
【００１９】
以下に、本発明を図面との関連において詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図３】完全反射された光線を検出する原理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、薄板（例えば、鋼板（Ｓｔａｈｌｂｌｅｃｈ）或いはアルミニウム板）より形成された第一の部品１を示し、この部品の上側からボール２が突出している。ボール２は、例えば、鋼製ボール或いはアルミニウム製ボールとすることができる。ボール２は、例えば、スポット溶接により或いは他の方法により、薄板１に接合されている。
【００２２】
薄板１上には、本実施例では同じく薄板より形成されている第二の部品３が載置されている。第二の部品３は、貫通孔を有し、当該貫通孔は、少なくとも、第二の薄板がその貫通孔でボール２上に（例えば締止状態で）載置されることができるような大きさとされている。貫通孔は、図１に示された図ではもはや分からない。というのも、二つの部品１，３が、ボール２ないしは当該ボール２を円環状に取り囲む溶接継ぎ目４を介して互いに溶接されており、これが貫通孔をもはや分からなくさせているためである。
【００２３】
溶接継ぎ目４は、第一の部品１及び球形の構成要素２から離して配置された電子制御レーザ溶接装置５を用いて非接触で形成されたものである。レーザ溶接装置５は、レーザ光線６を生成し、このレーザ光が、第一の部品１及び／又は第二の部品３及び／又はボール２の材料を溶融して、これにより二つの部品１，３とボール２とを互いに溶接する。
【００２４】
レーザ溶接装置は、ボール２を円環状に囲む溶接継ぎ目を形成するために、例えば溶接ロボットを用いて、電子制御されながらボール２周りを“ぐるりと巡らされる”。レーザ溶接装置或いは当該レーザ溶接装置を収納ないし保持するロボット（不図示）の制御は、球形または球形に近い構成要素２の位置データに基づいて或いはこれを利用して、例えば、ボール２の中心点７の、空間内における位置及び／又は第一及び／又は第二の部品１ないし３に対する相対的な位置に基づいて或いはこれを利用して、行われる。
【００２５】
ボール２の位置データは、光電検出装置８を用いて検出される。光電検出装置８は、レーザ光源９、センサ装置１０及び光学系を有しており、光学系は、本実施例では、第一の反射鏡１１及び片面で反射する半透明な反射鏡１２より形成されている。
【００２６】
レーザ光源９及びセンサ装置１０は、電気的に電子分析装置１３に接続されており、この電子分析装置が位置データを生成する。同様に、電子分析装置には、レーザ装置５が接続されており、既に述べたように、電子分析装置が、球形または球形に近い構成要素２の位置データに基づいて或いはこれを利用してレーザ溶接装置５を制御する。
【００２７】
レーザ光源９は、光線１４，１５を生成する。また、レーザ光源９は、ビーム全体、すなわち複数の光線、特に平行な光線を生成するものとされていてもよい。
【００２８】
以下では、本発明を単に二つの光線１４，１５だけとの関連において詳述する。
【００２９】
光路から明らかなように、光線１４は、反射鏡１２において反射される。反射された光線１４ａは、再び反射鏡１１において反射され、光線１４ｂとしてボール２の表面の一点１６に垂直に入射する。表面の一点１６では、光線１４ｂは完全反射される。つまり、反射された光線１６がその方向ベクトルに関して反射鏡１１から来る光線１４ｂと同じになる。反射された光線１４ｂは、反射鏡１１において逆向きに反射される。逆向き反射された光線１４ａの少なくとも一部分は、反射鏡１２を通り抜け、光線１４ｃとしてセンサ装置１０のセンサ・フィールド１８の個別センサ１７に入る。電子分析装置１３により、逆向きに反射された光線１４ｃが、完全反射された光線であるはずだということが突き止められる。このことから、ボール２の中心点７が光線１４ｂの“延長線”上に必ずあると推論できる。ボール２の直径が既知であるか、或いはボール２の直径が予め与えられていれば、表面の一点１６の位置データ、光線１４ｂの方向ベクトル及びボール２の直径から、ボール２の中心点７の位置を求めることができる。
【００３０】
レーザ光源９により生成される平行光線のビームのうち、まさに一つの光線、つまり光線１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃが完全反射されるということは容易に分かる。
【００３１】
例えば、光線１４に対して少しだけ側方にずれた平行な光線１５に着目し、その光路１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅを追うと、この光線が、完全反射されるとはいえないことが分かる。むしろ、光学系の法則（入射角が出射角に等しい）に従って、光線１５ｄが光線１５ｃとして逆向きに反射される。
【００３２】
原理的には、ボール２の位置データは、光線１５ａと１５ｄの間隔と光線１５ｂ，１５ｃ間の角度を二分する方向ベクトルからも求めることができよう。しかしながら、位置データを生成することは、完全反射された光線１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃがその目的で用いられるときには、極めて簡単にできる。
【００３３】
図２に示された実施例では、ボール２に光線１４，１５ｂ，１５´ｂのビームが照射される。これらの光線のうち光線１４が完全反射される。完全反射された光線１４は、センサ・フィールド１８の“点状の領域”（個別センサ１７）を照らす。光線１４，１５ｂ，１５´ｂのビームのうち他の光線１５ｂ，１５´ｂは、“入射角は出射角に等しい”との原理に従って、ボール２からセンサ・フィールド１８のそばを通り過ぎるように反射され、つまりは、これらの光線は、全くセンサ・フィールド１８に入らない。
【００３４】
従って、図３に示されているように、光線１４，１５ｂ，１５´ｂのビームのどの光線（光線１４）が完全反射されるのかを特定できるように、センサ・フィールド１８内において、“照明された点状の領域”若しくは“明るいスポット”、或いはもっと正確に言うなら、最も明るいスポットの中心ないし中心点が見つけ出されなければならない。センサ・フィールド１８上の最も明るいスポットの中心（図３中の十字線の位置）を探すことで、完全反射された光線１４の光路を極めて正確に求めることができる。試行により、平行な光線１４，１５ｂ，１５´ｂのビームによりボール２を照らすとき、センサ・フィールド１８上には、ボールの特殊な反射特性の故に、かなりはっきりと、光電的に極めて正確に検出可能な“明るさがより大きい領域”（明るいスポットないし個別センサ１７の位置）ができることが示された。
【００３５】
完全反射される光線１４の光路から、再びボール２の位置データを求めることができ、これが溶接装置の閉ループ制御ないし開ループ制御に入力される。
【００３６】
こうして、センサ・フィールド１８により作られた、明るさが最も大きい点状の領域とそれ以外の概してぼんやりとした領域とを正しく有する“グレー画像写真（Ｇｒａｕｂｉｌｄａｕｆｎａｈｍｅ）”に基づいて、閉ループ制御ないし開ループ制御が行われる。こうした制御が、閉ループ・開ループ制御技術的な手間をあまりかけないで可能になる。
【図１】
2017505718.tif 000003
【図２】
2017505718.tif 000004
【図３】
2017505718.tif 000005
【国際調査報告】
2017505718.tif 000006
2017505718.tif 000007
2017505718.tif 000008
2017505718.tif 000009