測定手段の使用下での付加材料を用いた素材結合式の接合のための接合装置
本発明は、付加材料１８を用いた素材結合式の接合のための接合装置１４であって、付加材料としてのワイヤ１８のための供給装置であって、ワイヤ１８を接合装置１４の運転中に所定の送り速度で供給するために形成されている供給装置と、ワイヤ１８を溶融させるための少なくとも２つの部分ビーム２６を備えるエネルギビームのためのガイド装置２１とを備える接合装置１４に関する。接合装置１４は、ワイヤ１８の横方向の変位を検出するための第１の測定手段と、ワイヤ１８の送りに伴う量を検出するための第２の測定手段とを有しており、エネルギビームのためのガイド装置２１は、第１及び第２の測定手段に接続され、エネルギビームが第１及び第２の測定手段の出力信号に基づいて変位かつ／又は集光されるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、付加材料を用いた素材結合（ｓｔｏｆｆｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）式の接合のための接合装置であって、付加材料としてのワイヤのための供給装置であって、ワイヤを接合装置の運転中に所定の送り速度で供給するために形成されている供給装置と、ワイヤを溶融させるための少なくとも２つの部分ビームを備えるエネルギビームのためのガイド装置とを備える接合装置に関する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００６０５６２５２号明細書において、エネルギビームにより結合したい２つの被加工物の当接部に沿ってエネルギビームをガイドするための装置が公知である。さらに、圧着力により当接部に対して予め付勢されるガイドフィンガが設けられている。
【０００３】
欧州特許出願公開第１５６８４３５号明細書において、集光装置を備えるレーザ加工機械が公知である。この公知のレーザ加工機械では、センサにより被加工物の加工領域が監視される。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００６０６０１１６号明細書は、レーザ加工ヘッドを開示している。ワイヤに割り当てられたセンサが設けられており、このセンサによって、ワイヤに作用する力が測定される。
【０００５】
冒頭で述べた形式の装置は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００４０２５８７３号明細書において公知である。この刊行物に記載の装置では、１つのレーザビームが、複数の部分ビームに分割される。複数の部分ビームは、集光レンズにより作業領域に集光される。集光レンズは、中央の開口を有している。中央の開口を通して、付加材料が案内されている。つまり、同軸的なワイヤ供給がなされている。
【０００６】
このような構成によっては、当接接合部の位置が例えば構成部材の公差に基づいて変化するような場合、溶融したワイヤにより形成される接合シームは、２つの構成部材の当接接合部に沿って正確に、一定のシーム品質を備えて製造され得ない。接合装置は、運転中、極僅かに変化した当接接合部に対して十分に正確に位置決めされ得ない。すなわち、部分ビーム及びワイヤは、接合装置の送り方向に、送り方向に対して横向きに、かつ鉛直方向に（すなわち、図１のｘ、ｙ及びｚ方向に）運動不能であるか、あるいは無視可能なほど僅かに運動可能であるにすぎない。このことは、形成される接合シームの深さ及び結合断面が最適でないことに至らしめる場合がある。
【０００７】
本発明の課題は、最適な接合シームを形成可能な接合装置を提供することである。
【０００８】
この目的のために、本発明は、冒頭で述べた形式の接合装置において、接合装置が、ワイヤの横方向の変位を検出するための第１の測定手段（Ｍｅｓｓａｕｆｎｅｈｍｅｒ）と、ワイヤの送りに伴う量を検出するための第２の測定手段とを有しており、エネルギビームのためのガイド装置は、第１及び第２の測定手段に接続され、エネルギビームが第１及び第２の測定手段の出力信号に基づいて変位かつ／又は集光されるように構成されているようにした。
【０００９】
本発明により、当接接合部におけるワイヤの位置が変化したとき、結合したい構成部材及び当接接合部に対する接合装置全体の位置は変更されることなく、ワイヤに対して相対的なエネルギビームの位置だけが修正される。エネルギビームは、ワイヤの位置（すなわち、図１のｘ及び／又はｙ方向）に基づいて変位かつ／又はｚ方向で集光される。エネルギビームは、特に、ワイヤが少なくとも２つの部分ビーム間に位置するように変位かつ／又は集光される。ワイヤのこの位置で、最適な接合シームが達成される。本発明により、エネルギビームの事後的な、運転中可能な変位及び／又は集光により、結合したい構成部材の公差が補償される。これにより、再現可能な高いシーム品質が達成され、プロセス信頼性が向上する。
【００１０】
好ましくは、第１の測定手段がセンサを含み、センサは、供給装置又は前記ワイヤに結合されており、ワイヤの横方向の変位から生じる力を検出するために形成されている。これにより、当接接合部に対するワイヤの横方向の位置が検出される。その際、使用される「横方向（ｌａｔｅｒａｌ）」の変位の概念は、本明細書においてｘ又はｙ方向の変位と解されるべきである。向きに依存しない構成のために、ｘ及びｙ方向の力が検出される。
【００１１】
接合装置に配置される光学式のセンサ、例えばカメラが設けられていてよい。カメラは、ワイヤを背面照光し、ワイヤがワイヤの光学的な重心を検出するための光学的な要素上に結像されるように、接合装置に配置されている。ワイヤが結像される光学的な要素として、例えば４分割フォトダイオード（Ｑｕａｄｒａｎｔｅｎｆｏｔｏｄｉｏｄｅ：略称ＱＰＤ）、位置検出素子（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ：略称ＰＳＤ）又はフォトダイオードセル（Ｆｏｔｏｄｉｏｄｅｎｚｅｌｌｅ：略称ＰＤＡ）が使用可能である。これにより、当接接合部に対するワイヤの横方向の位置（すなわち、ｘ及び／又はｙ方向でのワイヤの位置）、特に当接接合部に対する圧着力によりワイヤが被る変形が検出される。エネルギビームの部分ビームにより形成されるビームスポットに対する当接接合部の相対位置を観察することにより、当接接合部の横方向の位置が検出されてもよい。
【００１２】
別の態様では、センサが、通過する導電性の材料、具体的にはワイヤ中に渦電流を引き起こす電磁界を送信する誘導式のセンサである。発振器が、渦電流の変化を検出する。こうして、当接エッジに対する圧着力によりワイヤが被る変形、ひいてはワイヤの横方向の位置が検出可能である。センサは力センサであってもよい。
【００１３】
好ましくは、第１の測定手段がカメラ及び評価装置を有しており、評価装置は、当接接合部に対するワイヤの位置を検出するために、カメラによって形成された画像を評価する。特に、グレー値属性（Ｇｒａｕｗｅｒｔｍｅｒｋｍａｌ）、つまり画像の点の明るさ若しくは強度の値、及び／又は色属性（Ｆａｒｂｍｅｒｋｍａｌ）に基づいて、当接接合部の位置が検出される。
【００１４】
好ましくは、第２の測定手段がセンサを含み、センサは、供給装置又はワイヤに結合されており、ワイヤの送りに伴う量を検出するために形成されている。
【００１５】
ワイヤは、例えばボーデンケーブル内を案内されている。ボーデンケーブルは、ワイヤを押し込む力の切り離しを達成するために、例えば９０°変向されている。ボーデンケーブルは、供給装置の領域でホルダに固定されている。その結果、ボーデンケーブルは、ワイヤの送り力に基づいて当接接合部から押し離される。この力は、例えばホルダの領域に配置されているストロークセンサにより検出可能である。このようなストロークセンサは、ばね状の弾性的な要素（ｆｅｄｅｒｅｌａｓｔｉｓｃｈｅｓ Ｅｌｅｍｅｎｔ）であってよい。弾性的な要素の圧縮度は、ワイヤに作用する送り力を表す。ボーデンケーブルの代わりに、ワイヤは管内に収容されていてもよい。別の態様では、ワイヤに作用する力を検出するローラがホルダの領域に設けられていてもよい。極めて一般的に、ワイヤの送りに伴う量を検出する歪みゲージ、力センサ、ストロークセンサが設けられていてもよい。
【００１６】
好ましくは、ワイヤ又は供給装置の鉛直方向（すなわち、ｚ方向）の変位を検出するためのセンサが設けられている。
【００１７】
その際、容量式のセンサが使用可能である。容量式のセンサは、好ましくはワイヤノズル内に存在する。容量式のセンサは、極めて一般的に、コンデンサにより電界を発生する高周波の発振回路を伴って作業する。固体物質がこの電界に接近すると、容量変化が生じ、発振回路内で増幅の変化が生じる。この増幅が閾値を超えると直ちに、切換信号が生成される。
【００１８】
鉛直方向の変位を検出するためのセンサが、カメラに装入されている自己相関型のセンサ（Ａｕｔｏｋｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｓｅｎｓｏｒ）であっても同様に好ましい。相関型のセンサは、同軸的な光路内に配置されており、光学的な要素が常時シャープに設定されているように、光学的な要素を制御する。こうして、装置は、光学式にｚ方向に制御可能である。
【００１９】
好ましい態様では、エネルギビームの少なくとも２つの部分ビームが、ワイヤに対して略対称にガイドされており、エネルギビームの１つの部分ビームとワイヤとの間に、少なくとも５゜の角度が存在する。ワイヤが部分ビームに対して中央で供給されるため、ワイヤの効果的な供給、ひいては十分なシーム深さを伴う高い接合品質が生じる。ワイヤあるいは供給装置の運動のための鉛直の作用方向は、接合装置のｚ軸に沿って延びる。この作用方向は、ある角度で傾いていてもよい。その結果、傾いたエネルギビームに沿ったワイヤの運動が実施される。
【００２０】
好ましくは、少なくとも１つのオートフォーカスモジュールが設けられており、オートフォーカスモジュールは、エネルギビームを、第１及び第２の測定手段の出力信号に基づいて集光する。オートフォーカスモジュールを介して、エネルギビーム、つまりエネルギビームの部分ビームは、適当に変更される。この場合、個々の部分ビームが互いに無関係に制御されるようになっていてもよい。オートフォーカスモジュールは、例えば収束レンズ、球面レンズ又は互いに交差する円柱レンズとして形成されていてよい。その際、焦点位置、つまりレンズ系の焦点は、焦点が、結合したい構成部材の表面の上又は下に位置するように変更可能である。特に、ワイヤに対する少なくとも２つの部分ビームのそれぞれの焦点の間隔は、一定に維持されることが望ましい。
【００２１】
エネルギビームを変位かつ／又は分割する、ミラー及び／又は面平行のプレートの形態の単数又は複数の制御手段が設けられていてよい。ミラー及び／又は面平行のプレートは、エネルギビームに対してある角度をなして配置される。これにより、エネルギビームの光路は変化する。ミラー及び／又は面平行のプレートを適当にろう接あるいは溶接工程前又は中にそれぞれ異なる位置に旋回させることも可能である。部分ビームは、ワイヤ端部に対して相対的に配向される。
【００２２】
一態様では、接合装置に、接合装置の一部を鉛直方向（すなわち、ｚ方向）に可動とするアクチュエータが設けられている。これにより、結合したい構成部材に対する接合装置の間隔が変化する。
【００２３】
好ましくは、接合装置の一部が旋回軸に沿って旋回可能である。このために旋回駆動装置が設けられている。旋回駆動装置は、レーザコリメーション部とレーザフォーカシング部との間に配置されている。旋回駆動装置は、横方向の位置を修正するために役立つ。
【００２４】
特に、接触要素（Ｔａｓｔｅｌｅｍｅｎｔ）が設けられており、接触要素に作用する鉛直方向及び／又は横方向の力が検出可能である。
【００２５】
好ましくは、ワイヤが、形成したい接合シームに向かって、アクチュエータ又は弾性的な要素により付勢されている。これにより、ほぼ一定の力が、形成したい接合シームに向かってワイヤの遠位の端部に作用する。このことは、均質な接合シームの製造を可能にする。
【００２６】
一態様では、ワイヤを供給する、スリットを備えるノズルが設けられている。スリットは、送り方向（ｘ方向）でノズルに設けられている。スリットは、自由なワイヤ長さが大きいとき、ｘ方向でのワイヤの運動を可能にする。
【００２７】
好ましくは、エネルギビームのためのガイド装置は、エネルギビームが送り方向に対して横向きに、かつ送り方向に、すなわちｙ及びｘ方向に変位されるように構成されている。これにより、原理的に、二方向での変位及び測定が可能である。
【００２８】
付加的にエネルギビームは、本発明により、第１及び第２の測定手段の出力信号に基づいて、加工平面内でワイヤ衝突点に対して間隔を置いて一定に維持可能である。
【００２９】
プロセスには、ワイヤ及び／又はエネルギビームに対して同軸的に保護ガス又は空気が供給可能である。供給されたガスは、プロセスガスとして、かつ／又はプロセス近傍において熱負荷を受ける構成部材の冷却のために役立つ。
【００３０】
その他の特徴及び利点は、従属請求項から看取される。
【００３１】
以下に、本発明について、図面に示した実施の形態を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】結合したい２つの構成部材の、座標系を伴った概略図である。
【図２】本発明に係る接合装置の側面図である。
【図３】接触要素を備える本発明に係る接合装置の部分斜視図である。
【図４】エネルギビーム及びワイヤの平面図である。
【図５】接合装置の概略側面図である。
【図６】図１にＸで示した領域を拡大した寸法で示す図である。
【図７】ワイヤ供給のために役立つノズルを拡大した寸法で示す図である。
【００３３】
図１は、当接接合部１１の領域で互いに結合したい、部分的に重なった２つの構成部材１０を示している。座標系は、方向を規定するものであり、形成したい接合シーム１２は、ｘ方向に延びており、鉛直方向はｚ、形成したい接合シーム１２に対して垂直な方向、つまりＸ方向に対して垂直な方向はｙで示してある。
【００３４】
図２は、部分的に重なった２つの構成部材１０を示している。構成部材１０は、図２で見て右側の区分において既に接合シーム１２により互いに結合されている。両構成部材１０を結合するために、当接接合部１１に沿ってｘ方向（図１参照）で運動する接合装置１４が設けられている。
【００３５】
接合装置１４は、固定要素１５と、構成部材１６と、接触要素４６及び供給装置１９を備える要素１７とを有している。固定要素１５と構成部材１６との間には、旋回駆動装置４０を備える旋回軸４２が設けられている。構成部材１６及び要素１７は、旋回軸４２周りに旋回可能である。
【００３６】
要素１６と要素１７との間には、伸縮アーム２９が設けられている。伸縮アーム２９は、ｚ方向の運動を可能にする。要素１７には、付加材料、特にワイヤ１８を所定の送り速度で供給する供給装置１９が取り付けられている。接触要素４６は、固く供給装置１９に結合されている。
【００３７】
さらに接合装置１４は、付加材料を溶融させる少なくとも１つのエネルギビームのためのガイド装置２１を有している。付加材料は、構成部材１０の接合時に溶融される。
【００３８】
ガイド装置２１は、供給装置１９の運動に連結されている。このことは、点線の矢印により図２に概略的に示されており、以下に詳細に説明する。
【００３９】
エネルギビームは、好ましくはレーザ光ビームであり、コリメータレンズの形態の第１のオートフォーカスモジュール２０と、複数のミラー２２，２４（図２には３つのミラーが図示）と、レンズの形態の第２のオートフォーカスモジュール２５とを介して、接合装置１４からの出射後ワイヤ１８に対して実質的に対称的に延びる２つの部分ビーム２６が形成されているように集光若しくは集束（フォーカシング）かつ／又は偏向されている。エネルギビームの１つの部分ビーム２６とワイヤ１８との間には、少なくとも５゜の角度αが存在する。特に第１のオートフォーカスモジュール２０（概略的に図２に図示）は、直径が調節可能な、平行に配向されたレーザ光の光線束を形成する。レーザ光線束の直径は、第１のオートフォーカスモジュール２０を、矢印により概略的に示した方向に沿って、光軸に対して平行に移動させることにより調節可能である。第１のミラー２２によるレーザ光ビームの偏向後、ずらして配置した２つのミラー２４を介したビームの分割が行われる。この目的のために、ずらして配置した両ミラーの一方は、レーザ光ビーム内に半分だけ突入し、これにより一方の部分ビーム２６だけ、つまり半分のレーザ光ビームだけを所定の位置で第２のオートフォーカスモジュール２５に向かって偏向させる。レーザ光ビームの第２の半分、つまり第２の部分ビーム２６は、ずらして配置した第２のミラー２４によりやはり第２のオートフォーカスモジュール２５に向かって反射され、これにより別の箇所で第２のオートフォーカスモジュール２５に入射する。このずれにより、２つの別個の部分ビーム２６が加工点に向かって形成される。ビームを分割する偏向ユニットにおけるミラー２４の収容は、全方向での組み立て時のミラー２４の調整を可能にする。さらに、この調整機構を介して、両部分ビーム内での強度分布の調節が可能である。このシステムは、両部分ビーム内で対称的に、すなわち同じ強度に調整されてもよいし、それとは異なり、部分ビーム毎に異なる強度に調整されてもよい。
【００４０】
つまり、光学系は２つのオートフォーカスモジュールを有している。第１のオートフォーカスモジュール２０は、拡がるレーザ光ビームのコリメーション、つまり光線を平行にするために役立ち、かつビームスポットサイズを調節するために使用される。第２のオートフォーカスモジュール２５は、収束レンズである。収束レンズにより、両部分ビーム２６は、集光され、互いに接近するように変位される。このため第２のオートフォーカスモジュール２５は、集光のために役立つ。
【００４１】
第２のオートフォーカスモジュール２０は、ｚ方向での供給装置１９の運動に連結されている。特に供給装置１９は、伸縮アーム２９を介してガイド装置２１に結合されている。このことは、点線の矢印により図２に概略的に示してある。接触要素４６が取り付けられた伸縮アーム２９は、ｚ方向で調節可能である（図２の矢印参照）。第２のオートフォーカスモジュール２５も、ｚ方向で調節可能である（図２の矢印参照）。第２のオートフォーカスモジュール２５は、伸縮アーム２９の変位に基づいて移動する。これにより、ある角度で衝突する部分ビーム２６が、常に、互いにかつワイヤ１８に対してｘ方向及びｙ方向で同じ位置を占めることが保証される。調節の際、特に電気的に駆動されるアクチュエータ４５が使用される。
【００４２】
図３は、エネルギビームの両部分ビーム２６を斜視側面図で示している。図３からは、各々の部分ビーム２６が平面図（図４参照）で見て半円形あるいはシェル形であることが看取可能である。ワイヤ１８は、送り方向ｘで両半円形あるいはシェル形の部分ビーム２６間に位置している。この位置で、接合装置１４の運転中、接合シーム１２の所望の深さが達成される。利用者の調節として、加工光学系の組み立てられた状態において、ワイヤに対する半円あるいは半シェルの位置をｘ方向で調節し、同様に両半月相互の間隔をｘ方向で調節することが可能である。
【００４３】
エネルギビームのためのガイド装置２１は、概略的に図５に示し、以下に説明する第１及び第２の測定手段あるいは測定ピックアップ２８，３０に接続されている。ガイド装置２１は、エネルギビームの部分ビーム２６が両測定手段２８，３０の信号に基づいて変位かつ／又は集光されるように形成されている。特に部分ビーム２６は、単数若しくは複数のオートフォーカスモジュール及び／又は単数若しくは複数のミラー２２の位置が変更されることにより、側方に変位される。例えばオートフォーカスモジュールの調節により、部分ビーム２６の焦点は変更される。単数又は複数の部分ビーム２６の側方への変位により、エネルギビームの位置は修正される。つまり、部分ビーム２６は、図４に示すように、ワイヤ１８が正確に両部分ビーム２６間に位置するように、ワイヤ１８の端部に対して相対的に位置決め可能である。
【００４４】
ガイド装置２１は、既に言及したように、第１の測定手段２８の信号を受信する。第１の測定手段２８は、ワイヤ１８の横方向の変位、すなわちワイヤ１８のｙ方向の変位を検出する。第１の測定手段２８は、概略的に図２に示したカメラ３２を有している。カメラ３２は、接合装置１４に配置されており、ワイヤ１８の画像を形成する。形成された画像は、当接接合部１１に対するワイヤ１８の位置、ひいてはワイヤ１８の横方向の変位を検出するために、評価装置３４によりグレー値属性を参照しながら評価可能である。ワイヤ１８の、検出された横方向の変位に基づいて、エネルギビームは変位（ｘ及び／又はｙ方向）かつ／又は集光（ｙ方向）される。これにより、当接エッジに対するワイヤ１８の間隔が変化したとき、当接エッジに対する接合装置１４全体の間隔を変更する必要がなく、ワイヤ端部に対して相対的なエネルギビームの位置のみを変更すればよい。
【００４５】
択一的には、接合装置１４に配置されたカメラ３２が、ワイヤ１８を背面照光してもよい。ワイヤ１８の画像が、光学的な要素（図示せず）上に結像され、評価装置３４が、ワイヤ１８の横方向の変位を検出することができる。ワイヤ１８が結像される光学的な要素として、例えば４分割フォトダイオード（略称ＱＰＤ）、位置検出素子（略称ＰＳＤ）又はフォトダイオードセル（略称ＰＤＡ）が使用可能である。
【００４６】
ワイヤ１８の横方向の変位は、誘導式のセンサによって検出されてもよい。このような誘導式のセンサは、ワイヤ１８内に渦電流を引き起こす電磁界を送信する。発振器が設けられていて、渦電流の変化を検出することができる。こうして、ワイヤ１８の横方向の変位を検出し、相応の信号をガイド装置２１に送信することができる。
【００４７】
ワイヤ１８の位置は、レーザ三角測量によっても良好に検出可能である。レーザ三角測量では、ビームを光源からワイヤに向かって送信し、次に、反射したビームを受信器により受信する。光源と受信器との間の間隔が一定かつ既知であるので、ワイヤの位置を検出し、相応の信号をガイド装置２１に送信することができる。
【００４８】
さらにガイド装置２１は、既に言及したように、第２の測定手段３０の信号を入手する。第２の測定手段３０は、ワイヤ１８の送りに伴う量を検出し、図６に拡大図で示すセンサ３５を有している。センサ３５は、ワイヤ１８の一端に作用する力を検出するように配置されている。ワイヤ１８は、ボーデンケーブル３６内を案内されている。ボーデンケーブル３６は、ワイヤ１８を送る力の切り離しを達成するために、９０゜変向されている。ボーデンケーブル３６の一端は、ホルダ３８に固定されている。その結果、ボーデンケーブル３６は、ワイヤ１８の送り力に基づいて、形成したい接合シーム１２から押し離される。この力は、例えばセンサ３５により検出可能である。センサ３５は、例えばばね状の弾性的な要素であり、弾性的な要素の圧縮度は、当接エッジの領域においてワイヤ１８に作用する送り力を表す。弾性的な要素の代わりに、ワイヤの送りに伴う量を検出する歪みゲージが設けられていてもよい。
【００４９】
ワイヤ１８は、特別に成形された管内に収容されていてもよく、ｚ軸に関して軸方向でプロセス平面に衝突するようになっていてもよい。このために特別に成形された管は、ワイヤの低摩擦力の供給を可能にすると同時に、ｚ方向の間隔変化により生じる力の伝達を可能にする。ワイヤ案内モジュールは、全方向（ｘ、ｙ及びｚ方向）で調節可能に形成されている。自由なワイヤ長さも調節可能である。ワイヤ案内モジュールは、伸縮アームに取り付けられていてよく、ｚ方向の運動あるいは位置を検出するセンサを有していてよい。運動は、加工面に衝突するワイヤ１８により伝達される。信号は、レンズ系２０，２４の運動設定のために使用される。
【００５０】
択一的には、ワイヤ１８に作用する力を検出可能なローラが設けられていてもよい。
【００５１】
エネルギビームの部分ビーム２６は、既に説明したように、ワイヤ１８の端部を正確に部分ビーム２６間に図４に示したように位置決めするために、両測定手段２８，３０の信号に基づいて変位及び／又は集光される。
【００５２】
より大きな自由なワイヤ長さは、ワイヤ１８が撓むことにつながる。それゆえ、ワイヤ１８は、部分ビーム２６により形成される中間スペース内へ移動する。このことは、他方において、最適な溶融につながる。つまり、ワイヤ１８は、より大きな自由なワイヤ長さに基づいてｘ方向で見て若干前後に弾性移動可能である。
【００５３】
図２には、旋回駆動装置４０が示されている。旋回駆動装置４０により、ワイヤ１８及び部分ビーム２６の横方向の位置を変更するために、接合装置１４の一部が旋回軸４２に沿って旋回可能である。横方向のプロセスガイド（ｙ方向）は、旋回駆動装置４０を介して実施される。ガイドは、力制御により実施される。その際、ワイヤ１８は、側方で接合当接部に支持されている。その際に発生する力は、力センサによって測定され、相応の制御を介して旋回駆動装置４０に運動設定のために伝送される。アクチュエータ４４も接合装置１４に設けられている。アクチュエータ４４は、接合装置１４の一部を鉛直方向（すなわちｚ方向）に動かすことができる。さらに、別のアクチュエータ４５により、第２のオートフォーカスモジュール２５を、既に言及したように、鉛直方向に調節することができる。その際、ワイヤ１８に先行して配置された接触要素４６（図２及び図３参照）に作用する鉛直かつ／又は横方向の力（すなわちｚ方向及びｙ方向）が検出され、これにより、結合したい構成部材１０に対する接合装置１４の位置が検出される。
【００５４】
接触要素は、全方向に調整可能であり、結合部の形成中にフラックス及び／又は付加ガスを供給可能な通路（図示せず）を有していてよい。
【００５５】
供給装置１９は、アクチュエータ４８（概略的に図２に図示）によって、ワイヤ１８が結合したい構成部材１０に当接するように、形成したい接合シーム１２に向かって付勢されている。
【００５６】
図７には、ワイヤ１８を供給するノズル５０が示されている。ノズル５０には、送り方向（ｘ方向）で見てスリット５２が設けられている。このスリット５２は、ｘ方向で大きな自由なワイヤ長さを可能にし、これにより、送り方向でのワイヤ１８の運動と同時に、ｙ方向での小さな自由なワイヤ長さによりｙ方向でのワイヤの正確な位置決めを可能にする。
【００５７】
プロセスには、ワイヤ及び／又はエネルギビームに対して同軸的に保護ガス又は空気が供給可能である（図示せず）。供給されるガスは、プロセスガスとして、かつ／又はプロセス近傍において熱負荷を受ける構成部材の冷却のために役立つ。
【００５８】
さらに、オートフォーカスモジュール及びミラーに対して付加的に、２つの面平行なプレートが設けられていてもよい（図示せず）。これらの面平行なプレートにより、エネルギビームは変位可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、付加材料を用いた素材結合（ｓｔｏｆｆｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）式の接合のための接合装置であって、付加材料としてのワイヤのための供給装置であって、ワイヤを接合装置の運転中に所定の送り速度で供給するために形成されている供給装置と、ワイヤを溶融させるための少なくとも２つの部分ビームを備えるエネルギビームのためのガイド装置とを備える接合装置に関する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００６０５６２５２号明細書において、エネルギビームにより結合したい２つの被加工物の当接部に沿ってエネルギビームをガイドするための装置が公知である。さらに、圧着力により当接部に対して予め付勢されるガイドフィンガが設けられている。
【０００３】
欧州特許出願公開第１５６８４３５号明細書において、集光装置を備えるレーザ加工機械が公知である。この公知のレーザ加工機械では、センサにより被加工物の加工領域が監視される。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００６０６０１１６号明細書は、レーザ加工ヘッドを開示している。ワイヤに割り当てられたセンサが設けられており、このセンサによって、ワイヤに作用する力が測定される。
【０００５】
冒頭で述べた形式の装置は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００４０２５８７３号明細書において公知である。この刊行物に記載の装置では、１つのレーザビームが、複数の部分ビームに分割される。複数の部分ビームは、集光レンズにより作業領域に集光される。集光レンズは、中央の開口を有している。中央の開口を通して、付加材料が案内されている。つまり、同軸的なワイヤ供給がなされている。
【０００６】
このような構成によっては、当接接合部の位置が例えば構成部材の公差に基づいて変化するような場合、溶融したワイヤにより形成される接合シームは、２つの構成部材の当接接合部に沿って正確に、一定のシーム品質を備えて製造され得ない。接合装置は、運転中、極僅かに変化した当接接合部に対して十分に正確に位置決めされ得ない。すなわち、部分ビーム及びワイヤは、接合装置の送り方向に、送り方向に対して横向きに、かつ鉛直方向に（すなわち、図１のｘ、ｙ及びｚ方向に）運動不能であるか、あるいは無視可能なほど僅かに運動可能であるにすぎない。このことは、形成される接合シームの深さ及び結合断面が最適でないことに至らしめる場合がある。
【０００７】
本発明の課題は、最適な接合シームを形成可能な接合装置を提供することである。
【０００８】
この目的のために、本発明は、冒頭で述べた形式の接合装置において、接合装置が、ワイヤの横方向の変位を検出するための第１の測定手段（Ｍｅｓｓａｕｆｎｅｈｍｅｒ）と、ワイヤの送りに伴う量を検出するための第２の測定手段とを有しており、エネルギビームのためのガイド装置は、第１及び第２の測定手段に接続され、エネルギビームが第１及び第２の測定手段の出力信号に基づいて変位かつ／又は集光されるように構成されているようにした。
【０００９】
本発明により、当接接合部におけるワイヤの位置が変化したとき、結合したい構成部材及び当接接合部に対する接合装置全体の位置は変更されることなく、ワイヤに対して相対的なエネルギビームの位置だけが修正される。エネルギビームは、ワイヤの位置（すなわち、図１のｘ及び／又はｙ方向）に基づいて変位かつ／又はｚ方向で集光される。エネルギビームは、特に、ワイヤが少なくとも２つの部分ビーム間に位置するように変位かつ／又は集光される。ワイヤのこの位置で、最適な接合シームが達成される。本発明により、エネルギビームの事後的な、運転中可能な変位及び／又は集光により、結合したい構成部材の公差が補償される。これにより、再現可能な高いシーム品質が達成され、プロセス信頼性が向上する。
【００１０】
好ましくは、第１の測定手段がセンサを含み、センサは、供給装置又は前記ワイヤに結合されており、ワイヤの横方向の変位から生じる力を検出するために形成されている。これにより、当接接合部に対するワイヤの横方向の位置が検出される。その際、使用される「横方向（ｌａｔｅｒａｌ）」の変位の概念は、本明細書においてｘ又はｙ方向の変位と解されるべきである。向きに依存しない構成のために、ｘ及びｙ方向の力が検出される。
【００１１】
接合装置に配置される光学式のセンサ、例えばカメラが設けられていてよい。カメラは、ワイヤを背面照光し、ワイヤがワイヤの光学的な重心を検出するための光学的な要素上に結像されるように、接合装置に配置されている。ワイヤが結像される光学的な要素として、例えば４分割フォトダイオード（Ｑｕａｄｒａｎｔｅｎｆｏｔｏｄｉｏｄｅ：略称ＱＰＤ）、位置検出素子（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ：略称ＰＳＤ）又はフォトダイオードセル（Ｆｏｔｏｄｉｏｄｅｎｚｅｌｌｅ：略称ＰＤＡ）が使用可能である。これにより、当接接合部に対するワイヤの横方向の位置（すなわち、ｘ及び／又はｙ方向でのワイヤの位置）、特に当接接合部に対する圧着力によりワイヤが被る変形が検出される。エネルギビームの部分ビームにより形成されるビームスポットに対する当接接合部の相対位置を観察することにより、当接接合部の横方向の位置が検出されてもよい。
【００１２】
別の態様では、センサが、通過する導電性の材料、具体的にはワイヤ中に渦電流を引き起こす電磁界を送信する誘導式のセンサである。発振器が、渦電流の変化を検出する。こうして、当接エッジに対する圧着力によりワイヤが被る変形、ひいてはワイヤの横方向の位置が検出可能である。センサは力センサであってもよい。
【００１３】
好ましくは、第１の測定手段がカメラ及び評価装置を有しており、評価装置は、当接接合部に対するワイヤの位置を検出するために、カメラによって形成された画像を評価する。特に、グレー値属性（Ｇｒａｕｗｅｒｔｍｅｒｋｍａｌ）、つまり画像の点の明るさ若しくは強度の値、及び／又は色属性（Ｆａｒｂｍｅｒｋｍａｌ）に基づいて、当接接合部の位置が検出される。
【００１４】
好ましくは、第２の測定手段がセンサを含み、センサは、供給装置又はワイヤに結合されており、ワイヤの送りに伴う量を検出するために形成されている。
【００１５】
ワイヤは、例えばボーデンケーブル内を案内されている。ボーデンケーブルは、ワイヤを押し込む力の切り離しを達成するために、例えば９０°変向されている。ボーデンケーブルは、供給装置の領域でホルダに固定されている。その結果、ボーデンケーブルは、ワイヤの送り力に基づいて当接接合部から押し離される。この力は、例えばホルダの領域に配置されているストロークセンサにより検出可能である。このようなストロークセンサは、ばね状の弾性的な要素（ｆｅｄｅｒｅｌａｓｔｉｓｃｈｅｓ Ｅｌｅｍｅｎｔ）であってよい。弾性的な要素の圧縮度は、ワイヤに作用する送り力を表す。ボーデンケーブルの代わりに、ワイヤは管内に収容されていてもよい。別の態様では、ワイヤに作用する力を検出するローラがホルダの領域に設けられていてもよい。極めて一般的に、ワイヤの送りに伴う量を検出する歪みゲージ、力センサ、ストロークセンサが設けられていてもよい。
【００１６】
好ましくは、ワイヤ又は供給装置の鉛直方向（すなわち、ｚ方向）の変位を検出するためのセンサが設けられている。
【００１７】
その際、容量式のセンサが使用可能である。容量式のセンサは、好ましくはワイヤノズル内に存在する。容量式のセンサは、極めて一般的に、コンデンサにより電界を発生する高周波の発振回路を伴って作業する。固体物質がこの電界に接近すると、容量変化が生じ、発振回路内で増幅の変化が生じる。この増幅が閾値を超えると直ちに、切換信号が生成される。
【００１８】
鉛直方向の変位を検出するためのセンサが、カメラに装入されている自己相関型のセンサ（Ａｕｔｏｋｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｓｅｎｓｏｒ）であっても同様に好ましい。相関型のセンサは、同軸的な光路内に配置されており、光学的な要素が常時シャープに設定されているように、光学的な要素を制御する。こうして、装置は、光学式にｚ方向に制御可能である。
【００１９】
好ましい態様では、エネルギビームの少なくとも２つの部分ビームが、ワイヤに対して略対称にガイドされており、エネルギビームの１つの部分ビームとワイヤとの間に、少なくとも５゜の角度が存在する。ワイヤが部分ビームに対して中央で供給されるため、ワイヤの効果的な供給、ひいては十分なシーム深さを伴う高い接合品質が生じる。ワイヤあるいは供給装置の運動のための鉛直の作用方向は、接合装置のｚ軸に沿って延びる。この作用方向は、ある角度で傾いていてもよい。その結果、傾いたエネルギビームに沿ったワイヤの運動が実施される。
【００２０】
好ましくは、少なくとも１つのオートフォーカスモジュールが設けられており、オートフォーカスモジュールは、エネルギビームを、第１及び第２の測定手段の出力信号に基づいて集光する。オートフォーカスモジュールを介して、エネルギビーム、つまりエネルギビームの部分ビームは、適当に変更される。この場合、個々の部分ビームが互いに無関係に制御されるようになっていてもよい。オートフォーカスモジュールは、例えば収束レンズ、球面レンズ又は互いに交差する円柱レンズとして形成されていてよい。その際、焦点位置、つまりレンズ系の焦点は、焦点が、結合したい構成部材の表面の上又は下に位置するように変更可能である。特に、ワイヤに対する少なくとも２つの部分ビームのそれぞれの焦点の間隔は、一定に維持されることが望ましい。
【００２１】
エネルギビームを変位かつ／又は分割する、ミラー及び／又は面平行のプレートの形態の単数又は複数の制御手段が設けられていてよい。ミラー及び／又は面平行のプレートは、エネルギビームに対してある角度をなして配置される。これにより、エネルギビームの光路は変化する。ミラー及び／又は面平行のプレートを適当にろう接あるいは溶接工程前又は中にそれぞれ異なる位置に旋回させることも可能である。部分ビームは、ワイヤ端部に対して相対的に配向される。
【００２２】
一態様では、接合装置に、接合装置の一部を鉛直方向（すなわち、ｚ方向）に可動とするアクチュエータが設けられている。これにより、結合したい構成部材に対する接合装置の間隔が変化する。
【００２３】
好ましくは、接合装置の一部が旋回軸に沿って旋回可能である。このために旋回駆動装置が設けられている。旋回駆動装置は、レーザコリメーション部とレーザフォーカシング部との間に配置されている。旋回駆動装置は、横方向の位置を修正するために役立つ。
【００２４】
特に、接触要素（Ｔａｓｔｅｌｅｍｅｎｔ）が設けられており、接触要素に作用する鉛直方向及び／又は横方向の力が検出可能である。
【００２５】
好ましくは、ワイヤが、形成したい接合シームに向かって、アクチュエータ又は弾性的な要素により付勢されている。これにより、ほぼ一定の力が、形成したい接合シームに向かってワイヤの遠位の端部に作用する。このことは、均質な接合シームの製造を可能にする。
【００２６】
一態様では、ワイヤを供給する、スリットを備えるノズルが設けられている。スリットは、送り方向（ｘ方向）でノズルに設けられている。スリットは、自由なワイヤ長さが大きいとき、ｘ方向でのワイヤの運動を可能にする。
【００２７】
好ましくは、エネルギビームのためのガイド装置は、エネルギビームが送り方向に対して横向きに、かつ送り方向に、すなわちｙ及びｘ方向に変位されるように構成されている。これにより、原理的に、二方向での変位及び測定が可能である。
【００２８】
付加的にエネルギビームは、本発明により、第１及び第２の測定手段の出力信号に基づいて、加工平面内でワイヤ衝突点に対して間隔を置いて一定に維持可能である。
【００２９】
プロセスには、ワイヤ及び／又はエネルギビームに対して同軸的に保護ガス又は空気が供給可能である。供給されたガスは、プロセスガスとして、かつ／又はプロセス近傍において熱負荷を受ける構成部材の冷却のために役立つ。
【００３０】
その他の特徴及び利点は、従属請求項から看取される。
【００３１】
以下に、本発明について、図面に示した実施の形態を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】結合したい２つの構成部材の、座標系を伴った概略図である。
【図２】本発明に係る接合装置の側面図である。
【図３】接触要素を備える本発明に係る接合装置の部分斜視図である。
【図４】エネルギビーム及びワイヤの平面図である。
【図５】接合装置の概略側面図である。
【図６】図１にＸで示した領域を拡大した寸法で示す図である。
【図７】ワイヤ供給のために役立つノズルを拡大した寸法で示す図である。
【００３３】
図１は、当接接合部１１の領域で互いに結合したい、部分的に重なった２つの構成部材１０を示している。座標系は、方向を規定するものであり、形成したい接合シーム１２は、ｘ方向に延びており、鉛直方向はｚ、形成したい接合シーム１２に対して垂直な方向、つまりＸ方向に対して垂直な方向はｙで示してある。
【００３４】
図２は、部分的に重なった２つの構成部材１０を示している。構成部材１０は、図２で見て右側の区分において既に接合シーム１２により互いに結合されている。両構成部材１０を結合するために、当接接合部１１に沿ってｘ方向（図１参照）で運動する接合装置１４が設けられている。
【００３５】
接合装置１４は、固定要素１５と、構成部材１６と、接触要素４６及び供給装置１９を備える要素１７とを有している。固定要素１５と構成部材１６との間には、旋回駆動装置４０を備える旋回軸４２が設けられている。構成部材１６及び要素１７は、旋回軸４２周りに旋回可能である。
【００３６】
要素１６と要素１７との間には、伸縮アーム２９が設けられている。伸縮アーム２９は、ｚ方向の運動を可能にする。要素１７には、付加材料、特にワイヤ１８を所定の送り速度で供給する供給装置１９が取り付けられている。接触要素４６は、固く供給装置１９に結合されている。
【００３７】
さらに接合装置１４は、付加材料を溶融させる少なくとも１つのエネルギビームのためのガイド装置２１を有している。付加材料は、構成部材１０の接合時に溶融される。
【００３８】
ガイド装置２１は、供給装置１９の運動に連結されている。このことは、点線の矢印により図２に概略的に示されており、以下に詳細に説明する。
【００３９】
エネルギビームは、好ましくはレーザ光ビームであり、コリメータレンズの形態の第１のオートフォーカスモジュール２０と、複数のミラー２２，２４（図２には３つのミラーが図示）と、レンズの形態の第２のオートフォーカスモジュール２５とを介して、接合装置１４からの出射後ワイヤ１８に対して実質的に対称的に延びる２つの部分ビーム２６が形成されているように集光若しくは集束（フォーカシング）かつ／又は偏向されている。エネルギビームの１つの部分ビーム２６とワイヤ１８との間には、少なくとも５゜の角度αが存在する。特に第１のオートフォーカスモジュール２０（概略的に図２に図示）は、直径が調節可能な、平行に配向されたレーザ光の光線束を形成する。レーザ光線束の直径は、第１のオートフォーカスモジュール２０を、矢印により概略的に示した方向に沿って、光軸に対して平行に移動させることにより調節可能である。第１のミラー２２によるレーザ光ビームの偏向後、ずらして配置した２つのミラー２４を介したビームの分割が行われる。この目的のために、ずらして配置した両ミラーの一方は、レーザ光ビーム内に半分だけ突入し、これにより一方の部分ビーム２６だけ、つまり半分のレーザ光ビームだけを所定の位置で第２のオートフォーカスモジュール２５に向かって偏向させる。レーザ光ビームの第２の半分、つまり第２の部分ビーム２６は、ずらして配置した第２のミラー２４によりやはり第２のオートフォーカスモジュール２５に向かって反射され、これにより別の箇所で第２のオートフォーカスモジュール２５に入射する。このずれにより、２つの別個の部分ビーム２６が加工点に向かって形成される。ビームを分割する偏向ユニットにおけるミラー２４の収容は、全方向での組み立て時のミラー２４の調整を可能にする。さらに、この調整機構を介して、両部分ビーム内での強度分布の調節が可能である。このシステムは、両部分ビーム内で対称的に、すなわち同じ強度に調整されてもよいし、それとは異なり、部分ビーム毎に異なる強度に調整されてもよい。
【００４０】
つまり、光学系は２つのオートフォーカスモジュールを有している。第１のオートフォーカスモジュール２０は、拡がるレーザ光ビームのコリメーション、つまり光線を平行にするために役立ち、かつビームスポットサイズを調節するために使用される。第２のオートフォーカスモジュール２５は、収束レンズである。収束レンズにより、両部分ビーム２６は、集光され、互いに接近するように変位される。このため第２のオートフォーカスモジュール２５は、集光のために役立つ。
【００４１】
第２のオートフォーカスモジュール２０は、ｚ方向での供給装置１９の運動に連結されている。特に供給装置１９は、伸縮アーム２９を介してガイド装置２１に結合されている。このことは、点線の矢印により図２に概略的に示してある。接触要素４６が取り付けられた伸縮アーム２９は、ｚ方向で調節可能である（図２の矢印参照）。第２のオートフォーカスモジュール２５も、ｚ方向で調節可能である（図２の矢印参照）。第２のオートフォーカスモジュール２５は、伸縮アーム２９の変位に基づいて移動する。これにより、ある角度で衝突する部分ビーム２６が、常に、互いにかつワイヤ１８に対してｘ方向及びｙ方向で同じ位置を占めることが保証される。調節の際、特に電気的に駆動されるアクチュエータ４５が使用される。
【００４２】
図３は、エネルギビームの両部分ビーム２６を斜視側面図で示している。図３からは、各々の部分ビーム２６が平面図（図４参照）で見て半円形あるいはシェル形であることが看取可能である。ワイヤ１８は、送り方向ｘで両半円形あるいはシェル形の部分ビーム２６間に位置している。この位置で、接合装置１４の運転中、接合シーム１２の所望の深さが達成される。利用者の調節として、加工光学系の組み立てられた状態において、ワイヤに対する半円あるいは半シェルの位置をｘ方向で調節し、同様に両半月相互の間隔をｘ方向で調節することが可能である。
【００４３】
エネルギビームのためのガイド装置２１は、概略的に図５に示し、以下に説明する第１及び第２の測定手段あるいは測定ピックアップ２８，３０に接続されている。ガイド装置２１は、エネルギビームの部分ビーム２６が両測定手段２８，３０の信号に基づいて変位かつ／又は集光されるように形成されている。特に部分ビーム２６は、単数若しくは複数のオートフォーカスモジュール及び／又は単数若しくは複数のミラー２２の位置が変更されることにより、側方に変位される。例えばオートフォーカスモジュールの調節により、部分ビーム２６の焦点は変更される。単数又は複数の部分ビーム２６の側方への変位により、エネルギビームの位置は修正される。つまり、部分ビーム２６は、図４に示すように、ワイヤ１８が正確に両部分ビーム２６間に位置するように、ワイヤ１８の端部に対して相対的に位置決め可能である。
【００４４】
ガイド装置２１は、既に言及したように、第１の測定手段２８の信号を受信する。第１の測定手段２８は、ワイヤ１８の横方向の変位、すなわちワイヤ１８のｙ方向の変位を検出する。第１の測定手段２８は、概略的に図２に示したカメラ３２を有している。カメラ３２は、接合装置１４に配置されており、ワイヤ１８の画像を形成する。形成された画像は、当接接合部１１に対するワイヤ１８の位置、ひいてはワイヤ１８の横方向の変位を検出するために、評価装置３４によりグレー値属性を参照しながら評価可能である。ワイヤ１８の、検出された横方向の変位に基づいて、エネルギビームは変位（ｘ及び／又はｙ方向）かつ／又は集光（ｙ方向）される。これにより、当接エッジに対するワイヤ１８の間隔が変化したとき、当接エッジに対する接合装置１４全体の間隔を変更する必要がなく、ワイヤ端部に対して相対的なエネルギビームの位置のみを変更すればよい。
【００４５】
択一的には、接合装置１４に配置されたカメラ３２が、ワイヤ１８を背面照光してもよい。ワイヤ１８の画像が、光学的な要素（図示せず）上に結像され、評価装置３４が、ワイヤ１８の横方向の変位を検出することができる。ワイヤ１８が結像される光学的な要素として、例えば４分割フォトダイオード（略称ＱＰＤ）、位置検出素子（略称ＰＳＤ）又はフォトダイオードセル（略称ＰＤＡ）が使用可能である。
【００４６】
ワイヤ１８の横方向の変位は、誘導式のセンサによって検出されてもよい。このような誘導式のセンサは、ワイヤ１８内に渦電流を引き起こす電磁界を送信する。発振器が設けられていて、渦電流の変化を検出することができる。こうして、ワイヤ１８の横方向の変位を検出し、相応の信号をガイド装置２１に送信することができる。
【００４７】
ワイヤ１８の位置は、レーザ三角測量によっても良好に検出可能である。レーザ三角測量では、ビームを光源からワイヤに向かって送信し、次に、反射したビームを受信器により受信する。光源と受信器との間の間隔が一定かつ既知であるので、ワイヤの位置を検出し、相応の信号をガイド装置２１に送信することができる。
【００４８】
さらにガイド装置２１は、既に言及したように、第２の測定手段３０の信号を入手する。第２の測定手段３０は、ワイヤ１８の送りに伴う量を検出し、図６に拡大図で示すセンサ３５を有している。センサ３５は、ワイヤ１８の一端に作用する力を検出するように配置されている。ワイヤ１８は、ボーデンケーブル３６内を案内されている。ボーデンケーブル３６は、ワイヤ１８を送る力の切り離しを達成するために、９０゜変向されている。ボーデンケーブル３６の一端は、ホルダ３８に固定されている。その結果、ボーデンケーブル３６は、ワイヤ１８の送り力に基づいて、形成したい接合シーム１２から押し離される。この力は、例えばセンサ３５により検出可能である。センサ３５は、例えばばね状の弾性的な要素であり、弾性的な要素の圧縮度は、当接エッジの領域においてワイヤ１８に作用する送り力を表す。弾性的な要素の代わりに、ワイヤの送りに伴う量を検出する歪みゲージが設けられていてもよい。
【００４９】
ワイヤ１８は、特別に成形された管内に収容されていてもよく、ｚ軸に関して軸方向でプロセス平面に衝突するようになっていてもよい。このために特別に成形された管は、ワイヤの低摩擦力の供給を可能にすると同時に、ｚ方向の間隔変化により生じる力の伝達を可能にする。ワイヤ案内モジュールは、全方向（ｘ、ｙ及びｚ方向）で調節可能に形成されている。自由なワイヤ長さも調節可能である。ワイヤ案内モジュールは、伸縮アームに取り付けられていてよく、ｚ方向の運動あるいは位置を検出するセンサを有していてよい。運動は、加工面に衝突するワイヤ１８により伝達される。信号は、レンズ系２０，２４の運動設定のために使用される。
【００５０】
択一的には、ワイヤ１８に作用する力を検出可能なローラが設けられていてもよい。
【００５１】
エネルギビームの部分ビーム２６は、既に説明したように、ワイヤ１８の端部を正確に部分ビーム２６間に図４に示したように位置決めするために、両測定手段２８，３０の信号に基づいて変位及び／又は集光される。
【００５２】
より大きな自由なワイヤ長さは、ワイヤ１８が撓むことにつながる。それゆえ、ワイヤ１８は、部分ビーム２６により形成される中間スペース内へ移動する。このことは、他方において、最適な溶融につながる。つまり、ワイヤ１８は、より大きな自由なワイヤ長さに基づいてｘ方向で見て若干前後に弾性移動可能である。
【００５３】
図２には、旋回駆動装置４０が示されている。旋回駆動装置４０により、ワイヤ１８及び部分ビーム２６の横方向の位置を変更するために、接合装置１４の一部が旋回軸４２に沿って旋回可能である。横方向のプロセスガイド（ｙ方向）は、旋回駆動装置４０を介して実施される。ガイドは、力制御により実施される。その際、ワイヤ１８は、側方で接合当接部に支持されている。その際に発生する力は、力センサによって測定され、相応の制御を介して旋回駆動装置４０に運動設定のために伝送される。アクチュエータ４４も接合装置１４に設けられている。アクチュエータ４４は、接合装置１４の一部を鉛直方向（すなわちｚ方向）に動かすことができる。さらに、別のアクチュエータ４５により、第２のオートフォーカスモジュール２５を、既に言及したように、鉛直方向に調節することができる。その際、ワイヤ１８に先行して配置された接触要素４６（図２及び図３参照）に作用する鉛直かつ／又は横方向の力（すなわちｚ方向及びｙ方向）が検出され、これにより、結合したい構成部材１０に対する接合装置１４の位置が検出される。
【００５４】
接触要素は、全方向に調整可能であり、結合部の形成中にフラックス及び／又は付加ガスを供給可能な通路（図示せず）を有していてよい。
【００５５】
供給装置１９は、アクチュエータ４８（概略的に図２に図示）によって、ワイヤ１８が結合したい構成部材１０に当接するように、形成したい接合シーム１２に向かって付勢されている。
【００５６】
図７には、ワイヤ１８を供給するノズル５０が示されている。ノズル５０には、送り方向（ｘ方向）で見てスリット５２が設けられている。このスリット５２は、ｘ方向で大きな自由なワイヤ長さを可能にし、これにより、送り方向でのワイヤ１８の運動と同時に、ｙ方向での小さな自由なワイヤ長さによりｙ方向でのワイヤの正確な位置決めを可能にする。
【００５７】
プロセスには、ワイヤ及び／又はエネルギビームに対して同軸的に保護ガス又は空気が供給可能である（図示せず）。供給されるガスは、プロセスガスとして、かつ／又はプロセス近傍において熱負荷を受ける構成部材の冷却のために役立つ。
【００５８】
さらに、オートフォーカスモジュール及びミラーに対して付加的に、２つの面平行なプレートが設けられていてもよい（図示せず）。これらの面平行なプレートにより、エネルギビームは変位可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加材料を用いた素材結合式の接合のための接合装置であって、
前記付加材料としてのワイヤ（１８）のための供給装置であって、該ワイヤ（１８）を前記接合装置（１４）の運転中に所定の送り速度で供給するために形成されている供給装置と、
前記ワイヤ（１８）を溶融させるための少なくとも２つの部分ビーム（２６）を備えるエネルギビームのためのガイド装置（２１）と、
を備える接合装置において、
該接合装置（１４）が、前記ワイヤ（１８）の横方向の変位を検出するための第１の測定手段（２８）と、
前記ワイヤ（１８）の送りに伴う量を検出するための第２の測定手段（３０）とを有しており、
前記エネルギビームのためのガイド装置（２１）は、前記第１及び第２の測定手段（２８，３０）に接続され、前記エネルギビームが前記第１及び第２の測定手段（２８，３０）の出力信号に基づいて変位かつ／又は集光されるように構成されていることを特徴とする、付加材料を用いた素材結合式の接合のための接合装置。
【請求項２】
前記第１の測定手段（２８）がセンサを含み、該センサは、前記供給装置（１９）又は前記ワイヤ（１８）に結合されており、該ワイヤ（１８）の横方向の変位から生じる力を検出するために形成されている、請求項１記載の接合装置。
【請求項３】
前記第１の測定手段（２８）がカメラ（３２）及び評価装置（３４）を有しており、該評価装置（３４）は、前記ワイヤ（１８）の横方向の変位を検出するために、前記カメラ（３２）によって形成された画像を評価する、請求項１記載の接合装置。
【請求項４】
前記第２の測定手段（３０）がセンサ（３５）を含み、該センサ（３５）は、前記供給装置（１９）又は前記ワイヤ（１８）に結合されており、該ワイヤ（１８）の送りに伴う量を検出するために形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の接合装置。
【請求項５】
前記ワイヤ（１８）がボーデンケーブル（３６）内を案内されており、該ボーデンケーブル（３６）のワイヤ端部側の端部がホルダ（３８）に固定されており、前記センサ（３５）は、前記ボーデンケーブル（３６）に作用する力が検出可能であるように配置かつ形成されている、請求項４記載の接合装置。
【請求項６】
前記ワイヤ（１８）又は前記供給装置（１９）の鉛直方向の変位を検出するためのセンサが設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の接合装置。
【請求項７】
前記鉛直方向の変位を検出するためのセンサは、容量式のセンサである、請求項６記載の接合装置。
【請求項８】
前記鉛直方向の変位を検出するためのセンサは、カメラに装入されている自己相関型のセンサである、請求項６記載の接合装置。
【請求項９】
前記エネルギビームの前記少なくとも２つの部分ビーム（２６）が、前記ワイヤ（１８）に対して略対称にガイドされており、前記エネルギビームの１つの部分ビーム（２６）と前記ワイヤ（１８）との間に、少なくとも５゜の角度（α）が存在する、請求項１から８までのいずれか１項記載の接合装置。
【請求項１０】
少なくとも１つのオートフォーカスモジュール（２０，２５）が設けられており、該オートフォーカスモジュール（２０，２５）は、前記エネルギビームを、前記第１及び第２の測定手段（２８，３０）の出力信号に基づいて集光する、請求項１から９までのいずれか１項記載の接合装置。
【請求項１１】
前記エネルギビームを変位かつ／又は分割する、ミラー（２２，２４）及び／又は面平行のプレートの形態の単数又は複数の制御手段が設けられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の接合装置。
【請求項１２】
前記接合装置（１４）に、該接合装置（１４）の一部を鉛直方向に可動とするアクチュエータ（４４，４５）が設けられている、請求項１０記載の接合装置。
【請求項１３】
前記接合装置（１４）の一部が、旋回駆動装置（４０）により旋回軸（４２）に沿って旋回可能である、請求項１から１２までのいずれか１項記載の接合装置。
【請求項１４】
接触要素（４６）が設けられており、該接触要素（４６）に作用する鉛直方向及び／又は横方向の力が検出可能である、請求項１から１３までのいずれか１項記載の接合装置。
【請求項１５】
前記供給装置（１９）が、アクチュエータ（４８）により、形成したい接合シーム（１２）に向かって付勢されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の接合装置。
【請求項１６】
前記エネルギビームのためのガイド装置（２１）は、該エネルギビームが送り方向に対して横向きに、かつ送り方向に変位されるように構成されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の接合装置。
【請求項１７】
前記ワイヤ（１８）を供給する、スリット（５２）を備えるノズル（５０）が設けられている、請求項１から１６までのいずれか１項記載の接合装置。
【請求項１】
付加材料を用いた素材結合式の接合のための接合装置であって、
前記付加材料としてのワイヤ（１８）のための供給装置であって、該ワイヤ（１８）を前記接合装置（１４）の運転中に所定の送り速度で供給するために形成されている供給装置と、
前記ワイヤ（１８）を溶融させるための少なくとも２つの部分ビーム（２６）を備えるエネルギビームのためのガイド装置（２１）と、
を備える接合装置において、
該接合装置（１４）が、前記ワイヤ（１８）の横方向の変位を検出するための第１の測定手段（２８）と、
前記ワイヤ（１８）の送りに伴う量を検出するための第２の測定手段（３０）とを有しており、
前記エネルギビームのためのガイド装置（２１）は、前記第１及び第２の測定手段（２８，３０）に接続され、前記エネルギビームが前記第１及び第２の測定手段（２８，３０）の出力信号に基づいて変位かつ／又は集光されるように構成されていることを特徴とする、付加材料を用いた素材結合式の接合のための接合装置。
【請求項２】
前記第１の測定手段（２８）がセンサを含み、該センサは、前記供給装置（１９）又は前記ワイヤ（１８）に結合されており、該ワイヤ（１８）の横方向の変位から生じる力を検出するために形成されている、請求項１記載の接合装置。
【請求項３】
前記第１の測定手段（２８）がカメラ（３２）及び評価装置（３４）を有しており、該評価装置（３４）は、前記ワイヤ（１８）の横方向の変位を検出するために、前記カメラ（３２）によって形成された画像を評価する、請求項１記載の接合装置。
【請求項４】
前記第２の測定手段（３０）がセンサ（３５）を含み、該センサ（３５）は、前記供給装置（１９）又は前記ワイヤ（１８）に結合されており、該ワイヤ（１８）の送りに伴う量を検出するために形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の接合装置。
【請求項５】
前記ワイヤ（１８）がボーデンケーブル（３６）内を案内されており、該ボーデンケーブル（３６）のワイヤ端部側の端部がホルダ（３８）に固定されており、前記センサ（３５）は、前記ボーデンケーブル（３６）に作用する力が検出可能であるように配置かつ形成されている、請求項４記載の接合装置。
【請求項６】
前記ワイヤ（１８）又は前記供給装置（１９）の鉛直方向の変位を検出するためのセンサが設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の接合装置。
【請求項７】
前記鉛直方向の変位を検出するためのセンサは、容量式のセンサである、請求項６記載の接合装置。
【請求項８】
前記鉛直方向の変位を検出するためのセンサは、カメラに装入されている自己相関型のセンサである、請求項６記載の接合装置。
【請求項９】
前記エネルギビームの前記少なくとも２つの部分ビーム（２６）が、前記ワイヤ（１８）に対して略対称にガイドされており、前記エネルギビームの１つの部分ビーム（２６）と前記ワイヤ（１８）との間に、少なくとも５゜の角度（α）が存在する、請求項１から８までのいずれか１項記載の接合装置。
【請求項１０】
少なくとも１つのオートフォーカスモジュール（２０，２５）が設けられており、該オートフォーカスモジュール（２０，２５）は、前記エネルギビームを、前記第１及び第２の測定手段（２８，３０）の出力信号に基づいて集光する、請求項１から９までのいずれか１項記載の接合装置。
【請求項１１】
前記エネルギビームを変位かつ／又は分割する、ミラー（２２，２４）及び／又は面平行のプレートの形態の単数又は複数の制御手段が設けられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の接合装置。
【請求項１２】
前記接合装置（１４）に、該接合装置（１４）の一部を鉛直方向に可動とするアクチュエータ（４４，４５）が設けられている、請求項１０記載の接合装置。
【請求項１３】
前記接合装置（１４）の一部が、旋回駆動装置（４０）により旋回軸（４２）に沿って旋回可能である、請求項１から１２までのいずれか１項記載の接合装置。
【請求項１４】
接触要素（４６）が設けられており、該接触要素（４６）に作用する鉛直方向及び／又は横方向の力が検出可能である、請求項１から１３までのいずれか１項記載の接合装置。
【請求項１５】
前記供給装置（１９）が、アクチュエータ（４８）により、形成したい接合シーム（１２）に向かって付勢されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の接合装置。
【請求項１６】
前記エネルギビームのためのガイド装置（２１）は、該エネルギビームが送り方向に対して横向きに、かつ送り方向に変位されるように構成されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の接合装置。
【請求項１７】
前記ワイヤ（１８）を供給する、スリット（５２）を備えるノズル（５０）が設けられている、請求項１から１６までのいずれか１項記載の接合装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１３−５０６５６０（Ｐ２０１３−５０６５６０Ａ）
【公表日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３２５２８（Ｐ２０１２−５３２５２８）
【出願日】平成２２年９月２０日（２０１０．９．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０６３７７９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４２２９２
【国際公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【出願人】（５１２０９１３０５）スキャンソニック エムアイ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (1)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｃａｎｓｏｎｉｃ ＭＩ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｒｕｄｏｌｆ−Ｂａｓｃｈａｎｔ−Ｓｔｒａｓｓｅ ２， Ｄ−１３０８６ Ｂｅｒｌｉｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【出願人】（５９２２４５９３７）バイエリッシェ モトーレン ヴェルケ アクチエンゲゼルシャフト (3)
【氏名又は名称原語表記】Ｂａｙｅｒｉｓｃｈｅ Ｍｏｔｏｒｅｎ Ｗｅｒｋｅ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ
【住所又は居所原語表記】Ｐｅｔｕｅｌｒｉｎｇ １３０， Ｄ−８０８０９ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２０日（２０１０．９．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０６３７７９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４２２９２
【国際公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【出願人】（５１２０９１３０５）スキャンソニック エムアイ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (1)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｃａｎｓｏｎｉｃ ＭＩ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｒｕｄｏｌｆ−Ｂａｓｃｈａｎｔ−Ｓｔｒａｓｓｅ ２， Ｄ−１３０８６ Ｂｅｒｌｉｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【出願人】（５９２２４５９３７）バイエリッシェ モトーレン ヴェルケ アクチエンゲゼルシャフト (3)
【氏名又は名称原語表記】Ｂａｙｅｒｉｓｃｈｅ Ｍｏｔｏｒｅｎ Ｗｅｒｋｅ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ
【住所又は居所原語表記】Ｐｅｔｕｅｌｒｉｎｇ １３０， Ｄ−８０８０９ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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