DE102004057799A1 - Powder coating control method involving powder coating head, coating track, for application of coating to workpiece and focussed laser beam generally useful for powder coating with at least one parameter held constant during coating - Google Patents

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Abstract

Powder coating control involving powder coating head, a coating track for application of the coating to a workpiece (2), focussing a laser beam (3) through the head via a focal point and a convergent powder stream (7) guiding via the powder stream focal point onto the workpiece. An independent claim is included for a device for powder coating control as described above.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln eines Pulverbeschichtungsprozesses.The The invention relates to a method and a device for regulating a powder coating process.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Technik, die auch unter dem Namen Laserstrahl-Auftragsschweissen bekannt ist. Hierbei wird ein pulverförmiger Zusatzwerkstoff auf einen Grundwerkstoff aufgebracht und mit einem Laserstrahl aufgeschmolzen, sodass der Zusatzwerkstoff schmelzmetallurgisch mit dem Grundwerkstoff verbunden wird. Hierdurch wird ein hochpräzises, automatisiertes Auftragen von Schichten mit Dicken von 0,1 mm bis mehreren Zentimetern ermöglicht, wobei in das Substrat nur eine geringe Wärme eingebracht wird und keine Einbrandkerben entstehen. Desweiteren bietet dieses Verfahren eine große Auswahl an artgleichen und artfremden Zusatzwerkstoffen, und ermöglicht eine Bearbeitung von nahezu allen metallischen Legierungen.The The present invention relates to a technique that is also known the name laser beam deposition welding is known. This is a powdery Additional material applied to a base material and with a Laser beam melted, so that the filler melt-metallurgical connected to the base material. This is a high-precision, automated Application of layers with thicknesses of 0.1 mm to several centimeters allows wherein only a small amount of heat is introduced into the substrate and none Broken notches are created. Furthermore, this method offers a size Selection of similar and alien filler materials, and allows a Machining of almost all metallic alloys.

Die DE 199 09 390 C1 beschreibt einen Bearbeitungskopf sowie ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahl, bei dem unter Verwendung eines zugeführten pulverförmigen Zusatzwerkstoffes, eine Beschichtung, eine Auflegierung im oberflächennahen Bereich oder dergleichen mit Hilfe von Pulverpartikeln durchgeführt werden kann. In einem Gehäuse des Bearbeitungskopfes, durch den ein Pulver-Gasstrom und ein Laserstrahl geführt sind, ist als Teil eines Pulverkanals eine Verwirbelungskammer ausgebildet ist, in die der Pulver-Gasstrom eingeführt und aus der der Pulver-Gasstrom durch einen konischen Ringspalt als koaxialer Hohlstrahl auf eine Werkstückoberfläche gerichtet ist, wo er zur Oberflächenbearbeitung ebenso wie die Werkstückoberfläche vom Laserstrahl aufgeschmolzen werden kann.The DE 199 09 390 C1 describes a machining head and a method for the surface treatment of workpieces by means of laser beam, in which using a supplied powdered filler material, a coating, an alloy in the near-surface region or the like can be carried out with the aid of powder particles. In a housing of the machining head, through which a powder gas stream and a laser beam are guided, a swirling chamber is formed as part of a powder channel into which the powder gas stream is introduced and from which the powder gas stream through a conical annular gap as a coaxial hollow jet a workpiece surface is directed, where it can be melted for surface treatment as well as the workpiece surface of the laser beam.

Die DE 102 48 459 B4 beschreibt einen Pulverbeschichtungskopf zum Beschichten einer Werkstückoberfläche mit einem zentralen Kanal für einen fokussierten Laserstrahl und mit einem den zentralen Kanal koaxial umgebenden Pulverkanal mit im wesentlichen ringförmigen Querschnitt. Der Pulverkanal weist hinter einem Verteilerbereich und einen ringförmigen, sich in Pulvertransportrichtung verjüngenden, konischen Düsenabschnitt auf, durch den ein konvergenter Pulverstrom zusammen mit dem Laserstrahl auf eine Werkstückoberfläche gerichtet werden kann.The DE 102 48 459 B4 describes a powder coating head for coating a workpiece surface with a central channel for a focused laser beam and with a central channel coaxially surrounding powder channel having a substantially annular cross-section. The powder channel has behind a distributor region and an annular, in the powder transport direction tapered, conical nozzle portion, through which a convergent powder stream can be directed together with the laser beam on a workpiece surface.

Wird das Verfahren des Laserauftragsschweissens zur Beschichtung eines Werkstücks mit einem durch eine Pulverbeschichtungsdüse zugeführten Zusatzwerkstoff verwendet, so hängt das Bearbeitungsergebnis, insbesondere die Beschichtungsspurbreite des aufgebrachten Zusatzwerkstoffs, von dem Arbeitsabstand zwischen Pulverbeschichtungskopf und Werkstück ab. Um den Aufwand für eine spanende Nachbearbeitung von Bauteilen zu minimieren, ist deshalb ein konstanter Arbeitsabstand beim Beschichten wichtig. Für eine Regelung des Arbeitsabstandes während des Pulverbeschichtungsprozesses sind eine Reihe von Methoden bekannt, die sich unterschiedlicher Techniken zur Abstandsmessung bedienen, wie zum Beispiel ein Pulslaufzeitverfahren, eine Abstandsmessung durch faseroptische Abstandssensoren, eine induktive oder kapazitive Abstandsmessung durch einen Ringsensor direkt über dem Schmelzbad, oder eine optische Abstandsmessung mittels Triangulation.Becomes the method of laser deposition welding for coating a workpiece used with a filler material supplied by a powder coating nozzle, so depends the processing result, in particular the coating track width of applied filler material, from the working distance between Powder coating head and workpiece off. To save the hassle of a Minimizing post-processing of components is therefore a constant Working distance during coating important. For a regulation of the working distance while In the powder coating process, a number of methods are known. using different techniques for distance measurement, such as a pulse transit time method, a distance measurement by fiber optic distance sensors, an inductive or capacitive Distance measurement by a ring sensor directly above the molten bath, or a optical distance measurement by triangulation.

Die DE 43 40 395 C1 beschreibt ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls, bei dem unter Verwendung einer zum Werkstück positionierbaren Sensorelektrode eine Abstandsmessung durchgeführt wird. Dazu wird an die Sensorelektrode ein elektrisches Wechselsignal angelegt, dessen Änderungen ermittelt werden, die von Änderungen einer abstandsabhängigen Meßkapazität zwischen Sensorelektrode und Werkstück bewirkt werden. Aus dem Wechselsignal wird dazu zunächst ein elektrisches Gleichsignal generiert, das dem Abstand zwischen Sensorelektrode und Werkstück entspricht.The DE 43 40 395 C1 describes a method for machining a workpiece by means of a laser beam, in which a distance measurement is performed using a sensor electrode which can be positioned relative to the workpiece. For this purpose, an electrical alternating signal is applied to the sensor electrode, whose changes are determined, which are caused by changes in a distance-dependent measuring capacitance between the sensor electrode and the workpiece. For this purpose, an electrical DC signal is initially generated from the alternating signal, which corresponds to the distance between the sensor electrode and the workpiece.

Die DE 198 52 302 A1 beschreibt ein Verfahren zum Schweissen von Werkstücken mit Laserstrahlung, bei dem die Strahlung von einer Bearbeitungsoptik auf eine Bearbeitungsstelle fokussiert wird. Daneben wird eine mittels einer Fremdmesslichtquelle erzeugte Lichtlinie in einen Bearbeitungsbereich des Werkstücks projiziert. Das an der Werkstückoberfläche im Bearbeitungsbereich reflektierte Messlicht gelangt unter Verwendung der Bearbeitungsoptik zu einem Detektor. Durch Triangulation mit einem Lichtschnittverfahren, bei dem die Einfallsrichtung des Messlichtstrahls auf das Werkstück und eine vorbestimmten Achse der Bearbeitungsoptik einen Winkel größer als 0° und kleiner als 90° einschließen, kann der Arbeitsabstand zwischen Bearbeitungskopf und Werkstück im Vor- oder Nachlauf gemessen werden.The DE 198 52 302 A1 describes a method for welding workpieces with laser radiation, in which the radiation is focused by a processing optics on a processing site. In addition, a light line generated by means of an external measuring light source is projected into a processing region of the workpiece. The measurement light reflected on the workpiece surface in the processing area passes to a detector using the processing optics. By triangulation with a light-section method in which the direction of incidence of the measuring light beam on the workpiece and a predetermined axis of the processing optics include an angle greater than 0 ° and smaller than 90 °, the working distance between the machining head and workpiece in the lead or lag can be measured.

Bei den vorstehend genannten Verfahren ist es problematisch, dass entweder der Sensor einer extremen Temperaturbelastung ausgesetzt ist oder der Arbeitsabstand zwischen Pulverbeschichtungskopf und Werkstück lediglich im Vor- oder Nachlauf, jedoch nicht an der Wechselwirkungs- oder Beschichtungszone selbst in Echtzeit gemessen werden kann.at The above method is problematic in that either the sensor is exposed to an extreme temperature load or the Working distance between powder coating head and workpiece only in the lead or lag, but not at the interaction or Coating zone itself can be measured in real time.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein weiteres Verfahren und eine weitere Vorrichtung zum Regeln eines Pulverbeschichtungsprozesses bereitzustellen, das bzw. die eine Erfassung des Arbeitsabstandes zwischen Pulverbeschichtungskopf und Werkstück im Zentrum des Bearbeitungsbereichs in Echtzeit ermöglicht.The object of the present invention is it is to provide another method and apparatus for controlling a powder coating process that enables detection of the working distance between the powder coating head and the workpiece in the center of the processing area in real time.

Die Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 und der Vorrichtung nach Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung werden in den Unteransprüchen dargelegt.The The object is achieved by the method according to claim 1 and the device solved according to claim 16. Advantageous embodiments and further developments of the method and the device are set forth in the subclaims.

Erfindungsgemäß wird bei einem Verfahren zum Regeln eines Pulverbeschichtungsprozesses, bei dem mittels eines Pulverbeschichtungskopfes eine Beschichtungsspur auf ein Werkstück aufgetragen wird, vom Wechselwirkungsbereich ausgehende Sekundärstrahlung beobachtet, um zumindest einen vom Arbeitsabstand zwischen dem Werkstück und dem Pulverbeschichtungskopf abhängigen Parameter des Wechselwirkungsbereichs zu erfassen, und der Arbeitsabstand derart geregelt, dass der zumindest eine erfasste Parameter während des Beschichtungsprozesses im Wesentlichen konstant gehalten wird.According to the invention is at a method of controlling a powder coating process the means of a powder coating head, a coating track on a workpiece is applied, secondary radiation emanating from the interaction area observed to be at least one of the working distance between the workpiece and the Powder coating head dependent To capture parameters of the interaction region, and the working distance regulated such that the at least one detected parameter during the Coating process is kept substantially constant.

Es ist also vorgesehen, ein Verfahren zum Regeln eines Pulverbeschichtungsprozesses bereitzustellen, bei dem der Arbeitsabstand zwischen Pulverbeschichtungskopf und Werkstück derart geregelt wird, dass die Abmessungen des Wechselwirkungsbereichs zwischen Arbeitslaserstrahl und Werkstück, insbesondere eines Schmelzbades, konstant gehalten werden, um ein konstantes Beschichtungsergebnis, insbesondere eine gleichbleibende Beschichtungsspurbreite und -dicke zu erhalten.It Thus, there is provided a method of controlling a powder coating process in which the working distance between the powder coating head and workpiece is controlled so that the dimensions of the interaction region between working laser beam and workpiece, in particular a molten bath, be kept constant to a constant coating result, in particular, a consistent coating track width and thickness to obtain.

Dieses Verfahren besitzt den Vorteil, daß der Beschichtungsvorgang durch Beobachtung des Zentrums des Bearbeitungspunktes, in dem die geometrischen Merkmale des Bearbeitungsergebnisses weitgehend bestimmt werden, geregelt wird, womit ein qualitativ gleichbleibendes Beschichtungsergebnis erzielt werden kann, insbesondere eine Beschichtungsspur mit konstantem Querschnitt.This Method has the advantage that the coating process by observing the center of the processing point in which the geometric characteristics of the machining result largely determined be regulated, which results in a qualitatively consistent coating result can be achieved, in particular a coating track with a constant Cross-section.

Der erfasste Parameter zur Regelung des Arbeitsabstandes kann der Fläche des Wechselwirkungsbereichs entsprechen. Dies besitzt den Vorteil, dass dieser Parameter bei Änderung der Vorschubrichtung des Pulverbeschichtungskopfes im Wesentlichen konstant bleibt, sodass auch bei einer Seitwärtsbewegung des Kopfes ein gleichbleibendes Beschichtungsergebnis, insbesondere eine Beschichtungsspur mit konstanter Querschnittsbreite, ermöglicht wird.Of the Measured parameters for regulating the working distance may be the area of the Interaction region correspond. This has the advantage that this parameter on change the feed direction of the powder coating head substantially remains constant, so even with a sideways movement of the head consistent coating result, in particular a coating track with constant cross-sectional width, is made possible.

In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der erfasste Parameter einem Durchmesser des Wechselwirkungsbereichs entlang einer vorgegebenen Richtung entsprechen. Dies bietet den Vorteil, dass der zu ermittelnde Parameter aus dem beobachteten Wechselwirkungsbereich unter niedrigem Rechenaufwand schnell ausgewertet werden kann.In another embodiment the detected parameter may be a diameter of the interaction region along a given direction. This offers the Advantage that the parameter to be determined from the observed Interaction area quickly evaluated under low computation effort can be.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann zur Erfassung des zumindest einen Parameters der Rand des Wechselwirkungsbereichs ermittelt werden, wobei der Rand des Wechselwirkungsbereichs vorzugsweise über eine Grauwertschwelle des beobachteten Wechselwirkungsbereichs ermittelt wird. Aufgrund dieses Verfahrens können durch Verwendung eines einfachen Algorithmus die geometrischen Merkmale des Wechselwirkungsbereichs definiert werden.In An advantageous development of the invention can for detecting of the at least one parameter the edge of the interaction region be determined, wherein the edge of the interaction region preferably via a Gray value threshold of the observed interaction range determined becomes. Due to this process, by using a simple algorithm the geometric features of the interaction region To be defined.

Das erfindungsgemässe Verfahren bietet zudem den Vorteil, dass zur Beobachtung des Wechselwirkungsbereichs eine gewöhnliche Zeilen- oder Flächenkamera verwendet werden kann.The invention Method also has the advantage that for the observation of the interaction area an ordinary one Line or area camera can be used.

Um den Arbeitsabstand entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zu regeln, wird in einer bevorzugten Ausführungsform der zumindest eine erfasste Parameter mit einem Sollwert verglichen, wobei der Sollwert vorgegeben sein kann oder kurz nach dem Start eines Bearbeitungsprozesses aus einem Ist-Wert bestimmt werden kann.Around the working distance according to the inventive method to regulate, in a preferred embodiment, the at least one captured parameters compared to a setpoint, wherein the setpoint can be given or shortly after the start of a machining process an actual value can be determined.

Obwohl es grundsätzlich möglich ist im Laserstrahlfokus zu arbeiten, ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Laserstrahlbrennpunkt so relativ zur Oberfläche des Werkstückes eingestellt wird, dass der Wechselwirkungsbereich in einem konischen Abschnitt des fokussierten Laserstrahls liegt. Damit befindet sich der Wechselwirkungsbereich im konvergenten oder divergenten Bereich des Arbeitslaserstrahls, sodass der Laserstrahl einerseits mit einer genügend grossen Auftreffläche auf das zu bearbeitende Werkstück auftrifft und andererseits durch Ändern der Auftrefffläche die geometrischen Merkmale des Wechselwirkungsbereichs verändert werden können.Even though it basically possible is to work in the laser beam focus is in an advantageous development the invention provides that the laser beam focal point so relatively to the surface of the workpiece is set that the interaction area in a conical Section of the focused laser beam is located. This is located the interaction domain in the convergent or divergent domain of the working laser beam, so that the laser beam on the one hand with a enough large impact area impinges on the workpiece to be machined and on the other hand by changing the impact area the geometric features of the interaction region are changed can.

Wird eine kompakte kurze Baulänge des Pulverbeschichtungskopfes gewünscht, so ist es zweckmäßig, wenn der Laserstrahlbrennpunkt des fokussierten Arbeitslaserstrahls innerhalb einer Pulverbeschichtungsdüse liegt, aus der der fokussierte Laserstrahl sowie der konvergente Pulverstrahl gemeinsam austreten.Becomes a compact short length the powder coating head desired, it is appropriate if the laser beam focal point of the focused working laser beam within a powder coating nozzle from which the focused laser beam as well as the convergent Emerge powder jet together.

Wenn jedoch große Arbeitsabstände bei relativ kleinem Durchmesser des Wechselwirkungsbereichs erforderlich sind und dazu auch lange Brennweiten der Fokussieroptik gewünscht oder nötig sind, ist es vorteilhaft, wenn der Laserstrahlbrennpunkt in Strahlrichtung gesehen hinter der Oberfläche des Werkstücks liegt, wenn also der Wechselwirkungsbereich im konvergenten Abschnitt des Laserstrahls liegt.However, if large working distances at a relatively small diameter of the interaction region are required and to long focal lengths of the focusing optics are desired or necessary, it is advantageous if the laser beam focus is seen in the beam direction behind the surface of the workpiece, so if the interaction Be is rich in the convergent section of the laser beam.

Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung liegt der Pulverstrahlbrennpunkt, also der schmaleste Bereich des zunächst konvergenten und anschließend divergenten Pulverstrahls im Wesentlichen auf der Oberfläche des Werkstückes. Dabei ist der Durchmesser des Pulverstrahlbrennpunkts kleiner als der Durchmesser des Laserstrahls im Wechselwirkungsbereich, so dass ein Aufschmelzen des gesamten von der Pulverbeschichtungsdüse in den Wechselwirkungsbereich eingebrachten pulverförmigen Zusatzwerkstoffes gefördert wird.at another advantageous embodiment of the invention is the Pulverstrahlbrennpunkt, so the narrowest area of the first convergent and subsequently divergent jet of powder essentially on the surface of the Workpiece. The diameter of the Pulverstrahlbrennpunkts is smaller than the diameter of the laser beam in the interaction region, so that a melting of the entire of the powder coating in the Interaction area introduced powdered filler material is promoted.

Um eine möglichst schlanke Geometrie des Pulverbeschichtungskopfes bereitzustellen, kann die Beobachtung des Wechselwirkungsbereichs durch den Pulverbeschichtungskopf hindurch erfolgen. Ist es jedoch erforderlich, den Arbeitslaserstrahlengang sowie den Beobachtungsstrahlengang getrennt zu halten, so kann die Beobachtung des Wechselwirkungsbereichs auch durch eine an dem Pulverbeschichtungskopf gehaltene benachbarte externe Kamera erfolgen. Letzteres ist für bereits bestehende Pulverbeschichtungsanlagen vorteilhaft.Around one possible to provide a slim geometry of the powder coating head, may be the observation of the interaction region through the powder coating head through. However, it is necessary to use the working laser beam path as well To keep the observation beam path separate, so the observation of the interaction region also by a on the powder coating head held adjacent external camera done. The latter is for already existing powder coating systems advantageous.

Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zumindest eine vom Arbeitsabstand abhängige Parameter und/oder ein oder mehrere weitere Parameter des Wechselwirkungsbereichs und/oder der Beschichtungsspur zur Überwachung und/oder Dokumentation des Laserbearbeitungsvorgangs aufgezeichnet werden. Hierdurch läßt sich ein einfacher Qualitätsnachweis für die fertige Beschichtung erbringen.at an appropriate training The invention provides that the at least one of the working distance dependent Parameter and / or one or more other parameters of the interaction region and / or the coating track for monitoring and / or documentation of the laser processing operation. This can be a simple proof of quality for the provide finished coating.

Ferner weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung eines von einer Pulverbeschichtungsmaschine auszuführenden, automatischen Pulverbeschichtungsprozesses eine Beobachtungsoptik, die vom Wechselwirkungsbereich ausgehende Sekundärstrahlung auf eine Empfängeranordnung abbildet, und eine Auswerteschaltung auf, die aus Ausgangssignalen der Empfängeranordnung zumindest einen vom Arbeitsabstand zwischen dem Werkstück und dem Pulverbeschichtungskopf abhängigen Parameter ermittelt und ein Signal zur Regelung des Arbeitsabstandes zwischen Pulverbeschichtungskopf und Werkstück an eine Verstelleinheit liefert, sodass der zumindest eine erfasste Parameter während des Beschichtungsprozesses im Wesentlichen konstant gehalten wird.Further has a device according to the invention for controlling a powder coating machine to be executed, automatic powder coating process an observation optics, the secondary radiation emanating from the interaction region to a receiver arrangement maps, and an evaluation circuit, consisting of output signals the receiver arrangement at least one of the working distance between the workpiece and the Powder coating head dependent Parameter determined and a signal to control the working distance between powder coating head and workpiece to an adjustment supplies, so that the at least one detected parameter during the Coating process is kept substantially constant.

Diese Vorrichtung ermöglicht es, ein konstantes Beschichtungsergebnis durch Regelung des Arbeitsabstandes, der für das Beschichtungsergebnis weitgehend bestimmend ist, aufgrund der Beobachtung des zentralen Bearbeitungspunktes zu erzielen.These Device allows it, a constant coating result by regulating the working distance, the for the coating result is largely determinative, due to the Observation of the central processing point to achieve.

Hierbei ist es zweckmässig, ein Filtermodul im Beobachtungsstrahlengang anzuordnen, um das in einem anderen Wellenlängenbereich liegende Licht des Arbeitslaserstrahls heraus zu filtern und damit im Wesentlichen nur den Anteil der von dem Wechselwirkungsbereich ausgehenden Sekundärstrahlung zur Empfängeranordnung durchzulassen.in this connection it is appropriate to arrange a filter module in the observation beam path to the in another wavelength range Filter out working laser beam lying light and thus essentially just the proportion of the interaction area outgoing secondary radiation to the receiver arrangement pass.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung wird der Beobachtungsstrahlengang über einen dichroitischen Spiegel aus dem Arbeitslaserstrahlengang ausgekoppelt, falls die Sekundärstrahlung in einem anderen Wellenlängenbereich liegt als das Licht des Arbeitslaserstrahls. Für den Fall, dass beide Strahlengänge im gleichen spektralen Bereich liegen, ist es vorteilhaft, den Beobachtungsstrahlengang mittels eines Scraper-Spiegels aus dem Arbeitslaserstrahlengang auszukoppeln, der jedoch unabhängig von den jeweiligen Spektralbereichen einsetzbar ist. In beiden Fällen wird so eine schlanke Geometrie des Pulverbeschichtungskopfes erhalten.at an advantageous embodiment of the invention Device, the observation beam path via a dichroic mirror the working laser beam path coupled, if the secondary radiation in a different wavelength range lies as the light of the working laser beam. In the event that both beam paths in the same spectral range, it is advantageous to the observation beam path by means of a scraper mirror from the working laser beam path decouple, but independent can be used by the respective spectral ranges. In both cases will so obtained a slender geometry of the powder coating head.

Ist es jedoch erforderlich, den Arbeitslaserstrahlengang sowie den Beobachtungsstrahlengang getrennt zu halten, so kann in einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung als Beobachtungsoptik mit Empfängeranordnung eine externe, an dem Pulverbeschichtungskopf gehaltene Kamera verwendet werden.is however, it is necessary to separate the working laser beam path and the observation beam path to hold, so may in another embodiment of the invention as observation optics with receiver arrangement an external camera held on the powder coating head can be used.

Es ist zweckmässig, wenn die Empfängeranordnung ein Videobild, insbesondere ein Pixelbild liefert, desweiteren ist es vorteilhaft, als Empfängeranordnung einen handelsüblichen ein- oder zweidimensionaler CCD-Bildsensor zu verwenden.It is appropriate, if the receiver arrangement a video image, in particular a pixel image supplies, is further it is advantageous as a receiver arrangement a commercial one one or two-dimensional CCD image sensor to use.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist es zweckmässig, dass die Auswerteschaltung eine Bildverarbeitungseinheit zur Ermittelung eines Randes des Wechselwirkungsbereichs mittels Grauwertauswertung, eine Auswerteeinheit zur Parameterermittelung, eine Vergleichseinheit zum Vergleichen eines Ist-Wertes des zumindest einen Parameters mit einem Soll-Wert, und eine Regeleinheit zur Ermittlung und Ausgabe eines Signals zur Regelung eines Arbeitsabstandes zwischen Pulverbeschichtungskopf und Werkstück an die Pulverbeschichtungsmaschine umfasst.at an advantageous development of the inventive device it is appropriate that the evaluation circuit an image processing unit for determining an edge of the interaction region by means of gray scale evaluation, an evaluation unit for the parameter determination, a comparison unit for comparing an actual value of the at least one parameter with a target value, and a control unit for detection and output a signal for controlling a working distance between the powder coating head and workpiece the powder coating machine comprises.

In der Vorrichtung gemäss der Erfindung kann ferner eine Anzeigevorrichtung, insbesondere ein Bildschirm zur Darstellung eines von der Empfängeranordnung aufgenommenen bearbeiteten oder nicht bearbeiteten Bildes und/oder zur Anzeige des zeitlichen Verlaufs des zumindest einen Parameters vorgesehen sein. Dies hat den Vorteil, dass einer mit der Betreuung der Pulverbeschichtungsmaschine betrauten Person das Einrichten oder Programmieren der Maschine für die Beschichtung einer Vielzahl von gleichartigen Werkstü cken, die Überwachung der Beschichtungsprozesse und gegebenenfalls die Überprüfung der Maschineneinstellungen erleichtert wird.In the device according to the invention, a display device, in particular a screen for displaying a processed or unprocessed image recorded by the receiver arrangement, and / or for displaying the time profile of the at least one parameter can also be provided. This has the advantage of providing one with the care of the powder coating machine entrusted with setting up or programming the machine for coating a variety of similar workpieces, monitoring the coating processes, and possibly checking the machine settings.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below, for example, with reference to the drawing explained in more detail. It demonstrate:

1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung der Lage einer Pulverbeschichtungsdüse relativ zu einem Werkstück zur Veranschaulichung eines Pulverbeschichtungsprozesses entsprechend der Erfindung, 1 a greatly simplified schematic representation of the position of a powder coating nozzle relative to a workpiece for illustrating a powder coating process according to the invention,

2 eine schematische Draufsicht auf einen Wechselwirkungsbereich zwischen Arbeitslaserstrahl und Werkstück und eine aufgrund des Pulverbeschichtungsprozesses entstehende Beschichtungsspur, 2 a schematic plan view of an interaction region between working laser beam and workpiece and a resulting due to the powder coating process coating track,

3 eine Darstellung eines durch eine Empfängeranordnung aufgezeichneten Wechselwirkungsbereichs, wie er durch eine Auswerteschaltung ausgewertet wird, 3 a representation of a recorded by a receiver array interaction area, as it is evaluated by an evaluation circuit,

4 eine Kalibrierungsmessung zur Regelung des Arbeitsabstandes bei einem Pulverbeschichtungsprozess entsprechend der Erfindung, 4 a calibration measurement for controlling the working distance in a powder coating process according to the invention,

5 eine schematische Skizze einer Vorrichtung zur Regelung eines Pulverbeschichtungsprozesses entsprechend der Erfindung, und 5 a schematic diagram of an apparatus for controlling a powder coating process according to the invention, and

6 eine schematische Skizze einer weiteren Vorrichtung zur Regelung eines Pulverbeschichtungsprozesses entsprechend der Erfindung. 6 a schematic sketch of another device for controlling a powder coating process according to the invention.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In The various figures of the drawing are corresponding to each other Components provided with the same reference numerals.

In 1 wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung eines Pulverbeschichtungsprozesses schematisch illustriert.In 1 the method according to the invention for controlling a powder coating process is schematically illustrated.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Pulverbeschichtungskopf 1, wie durch den Pfeil P in 1 angedeutet wird, in horizontaler Richtung oberhalb eines Werkstücks 2 bewegt und weist einen Arbeitsabstand d zum Werkstück 2 auf. Durch den Pulverbeschichtungskopf 1 wird ein fokussierter Laserstrahl 3 gelenkt, der einen Laserstrahlbrennpunkt 4 aufweist. Die Einstrahlung des fokussierten Laserstrahls 3 auf das Werkstück 2 erzeugt einen Wechselwirkungsbereich 5 mit dem Werkstück 2, insbesondere ein Schmelzbad an der Oberfläche des Werkstücks 2. Die Abmessungen des entstehenden Wechselwirkungsbereichs 5 werden stark durch die vertikale Lage des Laserstrahlbrennpunkts 4 beeinflusst. Obwohl die vertikale Lage des Laserstrahlbrennpunkts 4 frei wählbar ist, ist es vorteilhaft, wenn der Laserstrahlbrennpunkt 4 nicht auf der Oberfläche des Werkstücks 2, sondern in Strahlrichtung gesehen vor oder hinter der Oberfläche des Werkstücks 2 liegt, da sich in diesem Fall der Durchmesser der Auftrefffläche des Laserstrahls 3 in den Wechselwirkungsbereich 5 bei Variation des Arbeitsabstandes derart linear verändert, dass bereits aus Veränderung eindeutig auf die Richtung der den Abstand nachregelnden Vestellung des Pulverbeschichtungskopfes 1 geschlossen werden kann.In the method according to the invention is a powder coating head 1 as indicated by the arrow P in 1 is indicated, in the horizontal direction above a workpiece 2 moves and has a working distance d to the workpiece 2 on. Through the powder coating head 1 becomes a focused laser beam 3 that steers a laser beam focal point 4 having. The irradiation of the focused laser beam 3 on the workpiece 2 creates an interaction region 5 with the workpiece 2 , in particular a molten bath at the surface of the workpiece 2 , The dimensions of the resulting interaction region 5 become strong due to the vertical position of the laser beam focal point 4 affected. Although the vertical position of the laser beam focal point 4 is freely selectable, it is advantageous if the laser beam focal point 4 not on the surface of the workpiece 2 but seen in the beam direction in front of or behind the surface of the workpiece 2 lies, since in this case the diameter of the incident surface of the laser beam 3 in the interaction area 5 varied so linearly with variation of the working distance that even from change clearly on the direction of the distance readjusting Vestellung the powder coating head 1 can be closed.

In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Laserstrahlbrennpunkt 4 innerhalb einer Pulverbeschichtungsdüse 6 des Pulverbeschichtungskopfes 1. Somit befindet sich der Wechselwirkungsbereich stets im divergenten Bereich des fokussierten Laserstrahls. Es ist jedoch auch möglich, falls bei grossen Arbeitsabständen d relativ kleine Auftreffflächen des Arbeitslaserstrahls 3 benötigt werden, dass der Laserstrahlbrennpunkt 4 unterhalb der Oberfläche des Werkstücks 2 liegt. Gegebenenfalls kann es jedoch auch von Vorteil sein, wenn der Laserstrahl 3 auf das Werkstück fokussiert wird, da dann die für den verwendeten Laser die größte Energiedichte erreicht wird.In the in 1 the embodiment shown is the laser beam focal point 4 inside a powder coating nozzle 6 of the powder coating head 1 , Thus, the interaction region is always in the divergent region of the focused laser beam. However, it is also possible if at relatively large working distances d relatively small impact surfaces of the working laser beam 3 be needed that the laser beam focal point 4 below the surface of the workpiece 2 lies. Optionally, however, it may also be advantageous if the laser beam 3 Focused on the workpiece, since then the highest energy density is achieved for the laser used.

Die Pulverbeschichtungsdüse 6 lenkt einen fokussierten Pulverstrahl 7 mit einem Pulverstrahlbrennpunkt 8 in den Wechselwirkungsbereich 5 auf dem Werkstück 2. Die vertikale Lage des Pulverstrahlbrennpunkts 8 liegt bevorzugterweise auf der Oberfläche des Werkstücks 2, um ein Aufschmelzen des gesamten von der Pulverbeschichtungsdüse 6 in den Wechselwirkungsbereich 5 eingebrachten pulverförmigen Zusatzwerkstoffes, im folgenden kurz Pulver genannt, zu fördern.The powder coating nozzle 6 directs a focused powder jet 7 with a powder jet focal point 8th in the interaction area 5 on the workpiece 2 , The vertical position of the powder jet focal point 8th is preferably on the surface of the workpiece 2 to melt the entire of the powder coating nozzle 6 in the interaction area 5 introduced powdered filler material, hereinafter referred to as powder, to promote.

Durch eine horizontale Verschiebung des Pulverbeschichtungskopfes 1 wird eine Beschichtungsspur 9 auf die Oberfläche des Werkstücks 2 aufgebracht. Hierbei hängen die Abmessungen der Beschichtungsspur nicht nur von der Pulverzufuhr und der Vorschubgeschwindigkeit, sondern auch von den Abmessungen des Wechselwirkungsbereichs 5 ab.By a horizontal displacement of the powder coating head 1 becomes a coating trace 9 on the surface of the workpiece 2 applied. In this case, the dimensions of the coating track depend not only on the powder feed and the feed rate, but also on the dimensions of the interaction region 5 from.

Definiert man ausgehend vom Pulverbeschichtungskopf 1 eine vertikale Achse, so ist die vertikale Lage des Werkstücks 2 an dem Punkt z = 0 bevorzugt, in dem sich der Pulverstrahlbrennpunkt 8 befindet. Eine Variation in der vertikalen Lage verändert die Auftrefffläche des fokussierten Laserstrahls 3 im Wechselwirkungsbereich 5 mit dem Werkstück 2 insofern, dass eine grössere Auftrefffläche zu größeren Abmessungen des Wechselwirkungsbereichs 5 mit dem Werkstück 2 führt, wie nachstehend noch in 4 genauer erläutert wird.Defined starting from the powder coating head 1 a vertical axis, so is the vertical position of the workpiece 2 at the point z = 0 is preferred in which the Pulverstrahlbrennpunkt 8th located. A variation in the vertical position changes the incident surface of the focused laser beam 3 in the interaction area 5 with the workpiece 2 in that a larger impact area to larger Dimensions of the interaction area 5 with the workpiece 2 leads, as below in 4 will be explained in more detail.

Es kann also durch eine Variation des Arbeitsabstandes d zwischen Oberfläche des Werkstücks 2 und Pulverbeschichtungskopf 1 der Abstand zwischen Laserstrahlbrennpunkt 4 und Oberfläche des Wechselwirkungsbereichs 5 verändert werden, was zu einer Veränderung der Abmessungen des Wechselbereichs 5 und damit zu einer Veränderung der Abmessungen der Beschichtungsspur 9 führt.It can therefore by a variation of the working distance d between the surface of the workpiece 2 and powder coating head 1 the distance between laser beam focal point 4 and surface of the interaction region 5 be changed, resulting in a change in the dimensions of the change range 5 and thus to a change in the dimensions of the coating track 9 leads.

Somit können durch Schwankungen des Arbeitsabstandes d zwischen Pulverbeschichtungskopf 1 und Oberfläche des Werkstücks 2 unterschiedliche Bearbeitungsergebnisse, insbesondere unterschiedliche Abmessungen, wie Breite und/oder Dicke der Beschichtungsspur 9 auftreten. Gezielte Veränderungen des Arbeitsabstandes d können aber auch zur Beeinflussung der Abmessung der Beschichtungsspur genutzt werden.Thus, by variations in the working distance d between the powder coating head 1 and surface of the workpiece 2 different processing results, in particular different dimensions, such as width and / or thickness of the coating track 9 occur. However, targeted changes in the working distance d can also be used to influence the dimension of the coating track.

In 2 sind der Wechselwirkungsbereich 5 sowie die aus dem Beschichtungsprozess resultierende Beschichtungsspur 9 schematisch dargestellt.In 2 are the interaction area 5 as well as the coating trace resulting from the coating process 9 shown schematically.

Um eine Regelung des Pulverbeschichtungsprozesses zu ermöglichen, wird die von dem Wechselwirkungsbereich 5 ausgehende Strahlung, die im folgenden zur Unterscheidung von der Arbeitslaserstrahlung als Sekundärstrahlung bezeichnet wird, beobachtet, wie in der aus einer photographischen Aufnahme hervorgegangenen 3 zu sehen ist. Der Wechselwirkungsbereich 5 umfasst ein Schmelzbad, das aufgrund seiner erhöhten Temperatur Strahlung im sichtbaren Bereich aussendet. Dort, wo das Schmelzbad in die nichtgeschmolzenen Oberflächenbereiche des Werkstücks 2 übergeht, weist der Wechselwirkungsbereich 5 einen Rand 10 auf, an dem die Intensität der Wärmestrahlung aufgrund des Temperaturabfalls abrupt abnimmt. Der Wechselwirkungsbereich 5 weist einen Durchmesser dWW sowie eine von dem Rand 10 des Wechselwirkungsbereichs eingeschlossene Fläche AWW auf. Die Beschichtungsspur 9 weist eine Breite dBS quer zur Vorschubsrichtung auf.To enable control of the powder coating process, that of the interaction region 5 Outgoing radiation, which is referred to below for distinguishing the working laser radiation as secondary radiation observed, as in the emerged from a photographic photograph 3 you can see. The interaction area 5 includes a molten bath that emits radiation in the visible range due to its elevated temperature. Where the molten bath enters the unmelted surface areas of the workpiece 2 passes, the interaction area points 5 a border 10 on, where the intensity of the heat radiation abruptly decreases due to the temperature drop. The interaction area 5 has a diameter d WW and one of the edge 10 of the interaction region included area A WW . The coating trace 9 has a width d BS transverse to the feed direction.

Für die Auswertung und zur Ermittelung von Durchmesser und/oder Fläche des beobachteten Wechselwirkungsbereichs 5 kann das aufgenommene Bild gerastert werden und der Rand 10 des Wechselwirkungsbereichs 5 über eine Grauwertschwelle 11 definiert werden. Der Rand 10 legt dabei im aufgenommenen Bild ein Messfenster 12 für die weitere Auswertung fest. Nach der Definition der Grauwertschwelle werden geometrische Merkmale, die durch die Grauwertschwelle bestimmt werden, rechnerisch ermittelt. Hieraus können Parameter zur Regelung des Pulverbeschichtungsprozesses erhalten werden. Zum Beispiel kann die von dem Rand 10 des Wechselwirkungsbereichs 5 eingeschlossene Fläche Aww die vorzugsweise als Pixelanzahl angegeben werden kann, oder der Durchmesser dWW des Randes 10 des Wechselwirkungsbereichs 5 entlang einer vorgegebenen Richtung bestimmt werden. Dabei liegt eine vorteilhafte vorgegebene Richtung quer zu der Vorschubsrichtung des Pulverbeschichtungskopfes 1.For the evaluation and determination of diameter and / or area of the observed interaction region 5 the captured image can be rasterized and the border 10 of the interaction region 5 over a gray value threshold 11 To be defined. The edge 10 places a measurement window in the captured image 12 for further evaluation. After the gray value threshold has been defined, geometrical features which are determined by the gray value threshold are calculated. From this, parameters for controlling the powder coating process can be obtained. For example, that of the edge 10 of the interaction region 5 enclosed area A ww, which may preferably be indicated as number of pixels, or the diameter d WW of the border 10 of the interaction region 5 along a given direction. In this case, an advantageous predetermined direction is transverse to the feed direction of the powder coating head 1 ,

Die Parameter zur Regelung des Arbeitsabstandes müssen jedoch nicht auf geometrische Merkmale des Wechselwirkungsbereichs beschränkt sein, so können auch spektrale Merkmale oder Strahlungsintensitätsverteilungen des Wechselwirkungsbereichs 5 für sich genommen oder als Kombination der vorstehend genannten Merkmale einen Regelungsparameter bilden.However, the parameters for controlling the working distance need not be limited to geometric features of the interaction region, so may spectral characteristics or radiation intensity distributions of the interaction region 5 taken alone or as a combination of the aforementioned features form a control parameter.

Hierbei ist zu beachten, dass die geometrischen Parameter oder Merkmale, wie Fläche oder Durchmesser des Wechselwirkungsbereichs 5, vom Arbeitsabstand d abhängen, da dieser die Aufstrahlfläche des Arbeitslaserstrahls und damit die Abmessungen des Wechselwirkungsbereichs 5 beeinflusst.It should be noted that the geometric parameters or features, such as area or diameter of the interaction area 5 , Depend on the working distance d, since this is the Aufstrahlfläche the working laser beam and thus the dimensions of the interaction region 5 affected.

Wird also durch Regeln des Arbeitsabstandes d zwischen Pulverbeschichtungskopf 1 und Werkstück 2 einer dieser geometrischen Parameter konstant gehalten, so kann ein konstantes Bearbeitungsergebnis, insbesondere eine konstante Breite dBS der Beschichtungsspur 9 erzielt werden. Hierbei wird vorausgesetzt, dass während des Pulverbeschichtungsprozesses andere maßgeb liche Faktoren, wie zum Beispiel die Pulverauftragsrate und dergleichen konstant gehalten werden.So is by regulating the working distance d between powder coating head 1 and workpiece 2 If one of these geometric parameters is kept constant, then a constant processing result, in particular a constant width d BS of the coating track, can be achieved 9 be achieved. Here, it is assumed that other significant factors, such as the powder application rate and the like, are kept constant during the powder coating process.

Die 4 zeigt eine Kalibrierungsmessung für eine kamerabasierte Prozesskontrolle entsprechend der Erfindung.The 4 shows a calibration measurement for a camera-based process control according to the invention.

Hierfür wurde bei gleichbleibender Pulverauftragsrate und gleichbleibender horizontaler Vorschubgeschwindigkeit der Arbeitsabstand zwischen Pulverbeschichtungskopf 1 und Werkstück 2 in einer Vielzahl von verschiedenen Positionen mittels einer Verstelleinheit 26 (siehe 5 oder 6) eingestellt.For this purpose, the working distance between powder coating head was at a constant powder application rate and constant horizontal feed rate 1 and workpiece 2 in a variety of different positions by means of an adjustment 26 (please refer 5 or 6 ).

Die Variation des Arbeitsabstandes d um die bevorzugte vertikale Lage z = 0 führt zu einer Veränderung der Eigenschaften des beobachteten Wechselwirkungsbereichs 5, insbesondere seiner geometrischen Merkmale, wie der Fläche AWW oder seines Durchmessers dWW Dies wird durch eine Veränderung der Pixelanzahl in der Ordinate des Graphs in 4 dargestellt.The variation of the working distance d by the preferred vertical position z = 0 leads to a change in the properties of the observed interaction region 5 , in particular its geometric features, such as the area A WW or its diameter d WW. This is done by changing the number of pixels in the ordinate of the graph 4 shown.

Bei der Variation des Arbeitsabstandes d des Pulverbeschichtungskopfes 1 vom Werkstück 2 ändert sich das Bearbeitungsergebnis des Beschichtungsprozesses, insbesondere die Breite dBS der Beschichtungsspur 9 (siehe 2), die in der Abszisse des Graphs in 4 dargestellt ist.In the variation of the working distance d of the powder coating head 1 from the workpiece 2 the processing result of the coating changes processing process, in particular the width d BS of the coating track 9 (please refer 2 ), which in the abscissa of the graph in 4 is shown.

Daher ist es also möglich, aus einer während des Beschichtungsprozesses entsprechend der Erfindung in Echtzeit erhaltenen Kenngröße, insbesondere der Pixelanzahl, die dem Durchmesser oder der Fläche des Wechselwirkungsbereichs entspricht, auf den Arbeitsabstand zwischen Pulverbeschichtungskopf 1 und Werkstück 2 sowie auf das resultierende Bearbeitungsergebnis, insbesondere die Breite dBS der Beschichtungsspur 9, zu schließen.Therefore, it is possible, from a characteristic obtained in real time during the coating process according to the invention, in particular the number of pixels corresponding to the diameter or area of the interaction region, to the working distance between the powder coating head 1 and workpiece 2 as well as the resulting processing result, in particular the width d BS of the coating track 9 , close.

Somit kann bei einem Konstanthalten der Kenngröße durch einen Regelprozess für den Arbeitsabstand ein Beschichtungsergebnis mit gleichbleibender Qualität erzielt werden.Consequently If the characteristic is kept constant by a control process for the Working distance achieved a coating result with consistent quality become.

Die Kamera kann jedoch auch eingesetzt werden, um zur Überwachung und/oder Dokumentation des Laserbearbeitungsvorgangs und der damit verbundenen Kenngröße eingesetzt zu werden. Hierdurch läßt sich ein einfacher Qualitätsnachweis für die fertige Beschichtung erbringen.The However, camera can also be used to monitor and / or documentation of the laser processing operation and the associated Characteristic used to become. This can be a simple proof of quality for the provide finished coating.

Durch die Beobachtung des Wechselwirkungsbereichs, also des Schmelzbades und die Grauwertauswertung des davon aufgenommenen Bildes, insbesondere Videobildes können die Breite der Beschichtungsspur und der Arbeitsabstand im zentralen Bearbeitungspunkt bestimmt werden, wenn eine entsprechende Kalibrierung der Mess- oder Kenngrösse, insbesondere der Pixelanzahl durchgeführt wird. Die Ermittelung der Mess- oder Kenngrösse, die einen abstandsabhängigen Parameter des Wechselwirkungsbereichs, also des Schmelzbades darstellt, ermöglicht dabei eine Prozessregelung für die Spurbreite und den Arbeitsabstand, die ein konstantes Bearbeitungsergebnis liefert. Die absolute Bestimmung des Arbeitsabstandes im zentralen Bearbeitungspunkt ist dabei nicht erforderlich.By the observation of the interaction region, ie the molten pool and the gray scale evaluation of the image taken therefrom, in particular Video image can the width of the coating track and the working distance in the central Processing point can be determined if a corresponding calibration the measured variable, in particular, the number of pixels is performed. The investigation of Measuring or characteristic variable, the one dependent on distance Represents the parameter of the interaction region, ie the melt pool, allows while a process control for the track width and the working distance, which is a constant machining result supplies. The absolute determination of the working distance in the central Editing point is not required.

In 5 ist eine Vorrichtung zum erfindungsgemässen Regeln eines von einer Pulverbeschichtungsmaschine 13 auszuführenden, automatischen Pulverbeschichtungsprozesses schematisch dargestellt.In 5 is a device for controlling according to the invention one of a powder coating machine 13 to be executed, automatic powder coating process shown schematically.

Im Pulverbeschichtungskopf 1 wird ein Laserstrahl 18, der über eine Lichtleit-Faser 20 zum Pulverbeschichtungskopf 1 geleitet wird, über eine Einkoppellinse 15, einen ersten Umlenkspiegel 16 sowie eine Objektivlinse 17 in einen Wechselwirkungsbereich 5 mit einem Werkstück 2 gelenkt. Als Laserlichtquelle kann z.B. ein Nd:YAG-Laser, eine Laserdiode oder ein CO2-Laser verwendet werden. Der Laserstrahl 18 wird durch die Objektivlinse 17 fokussiert, wobei vorzugsweise der Laserstrahlbrennpunkt 4 ober- oder unterhalb der Oberfläche des Werkstücks 2 liegt. Bei der in 5 gezeigten Vorrichtung liegt der Laserstrahlbrennpunkt 4 im Inneren der Pulverbeschichtungsdüse 6. Werden jedoch grosse Arbeitsabstände bei langen Brennweiten, wie z.B. 300 mm, des Laserstrahls gewünscht, und soll der Pulverbeschichtungskopf dabei jedoch eine wesentlich geringere Länge aufweisen, so ist es sinnvoll, das Werkstück 2 zur Bearbeitung im konvergenten Bereich des fokussierten Laserstrahls 3 anzuordnen.In the powder coating head 1 becomes a laser beam 18 that has a fiber optic fiber 20 to the powder coating head 1 via a coupling lens 15 , a first deflecting mirror 16 as well as an objective lens 17 into an interaction region 5 with a workpiece 2 directed. As a laser light source, for example, a Nd: YAG laser, a laser diode or a CO 2 laser can be used. The laser beam 18 gets through the objective lens 17 focused, preferably the laser beam focal point 4 above or below the surface of the workpiece 2 lies. At the in 5 shown device is the laser beam focal point 4 inside the powder coating nozzle 6 , However, if large working distances at long focal lengths, such as 300 mm, of the laser beam desired, and should the powder coating head while having a much shorter length, it makes sense, the workpiece 2 for processing in the convergent region of the focused laser beam 3 to arrange.

Die Pulverbeschichtungsdüse 6 lenkt einen konvergenten Pulverstrahl 7 in den Wechselwirkungsbereich 5 mit dem Werkstück 2. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der kleinste Pulverstromdurchmesser 0,7 mm. Die Pulverbeschichtungsdüse 6, die hier als kontinuierliche Koaxialdüse dargestellt ist, kann auch aus einer ausseraxialen Pulverdüse oder einer diskreten Koaxialdüse bestehen. Bei der ausseraxialen Pulverdüse wird das Pulver seit lich in den Laserstrahl geführt, bei der diskreten Koaxialdüse erzeugen mindestens drei koaxial zum Laserstrahl geführte Teilstrahlen einen Pulverfokus oder -brennpunkt und bei der kontinuierlichen Koaxialdüse wird das Pulver kontinuierlich in einem kegeligen, zum Düsenausgang konisch verjüngenden Ringspalt verteilt.The powder coating nozzle 6 directs a convergent powder jet 7 in the interaction area 5 with the workpiece 2 , In a preferred embodiment, the smallest powder flow diameter is 0.7 mm. The powder coating nozzle 6 , which is shown here as a continuous coaxial nozzle, may also consist of an extra-axial powder nozzle or a discrete coaxial nozzle. In the case of the extra-axial powder nozzle, the powder is guided since Lich in the laser beam at the discrete coaxial nozzle generate at least three coaxial with the laser beam guided partial beams a powder focus or focus and in the continuous coaxial nozzle, the powder is continuously distributed in a conical tapered to the nozzle outlet annular gap ,

Die von dem Wechselwirkungsbereich 5 ausgehende Sekundärstrahlung wird durch die Objektivlinse 17, den für die Sekundärstrahlung durchlässigen ersten Umlenkspiegel 16, einen zweiten Umlenkspiegel 22 und ein Filtermodul 23 auf eine Empfängeranordnung 24 abgebildet. Der für die Sekundärstrahlung durchlässige erste Umlenkspiegel 16 kann ein dichroitischer Spiegel sein. Es kann aber auch ein Scraper-Spiegel vorgesehen sein, der den Laserstrahl 18 umlenkt und die Sekundärstrahlung vorbeilässt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel laufen der Laserstrahl 18 sowie die Sekundärstrahlung, die von dem Wechselwirkungsbereich 5 ausgeht, über die gleiche Objektivlinse 17. Die Empfängeranordnung 24 kann ein Videoempfänger, ein ein- oder zweidimensionaler CCD-Bildsensor oder ein anderer geeigneter ortsauflösender Empfänger sein. Zur Auflösung spektraler und/oder ortsabhängiger Merkmale des Wechselwirkungsbereichs 5 können energie- und/oder ortsauflösende Detektoren eingesetzt werden.The of the interaction area 5 outgoing secondary radiation is transmitted through the objective lens 17 , the first deflection mirror permeable to the secondary radiation 16 , a second deflecting mirror 22 and a filter module 23 to a receiver arrangement 24 displayed. The permeable for the secondary radiation first deflecting mirror 16 can be a dichroic mirror. But it can also be provided a scraper mirror, the laser beam 18 deflects and the secondary radiation passes. In the illustrated embodiment, the laser beam run 18 as well as the secondary radiation coming from the interaction area 5 goes out, over the same objective lens 17 , The receiver arrangement 24 may be a video receiver, a one- or two-dimensional CCD image sensor or other suitable spatially resolving receiver. For resolution of spectral and / or location-dependent features of the interaction region 5 Energy and / or local resolution detectors can be used.

Wie in 5 dargestellt ist, ist ein Ausgang der Empfängeranordnung 24 an eine Auswerteschaltung 25 angeschlossen, der die Ausgangssignale der Empfängeranordnung 24 zugeführt werden. Die Auswerteschaltung 25 ermittelt aus den Ausgangssignalen einen Rand 10 des auf die Empfängeranordnung 24 abgebildeten Wechselwirkungsbereichs 5 und bestimmt aus diesem einen Ist-Wert zumindest eines abstandsabhängigen Parameters, vergleicht den Ist-Wert mit einem Soll-Wert und liefert ein Signal zur Regelung eines Arbeitsabstandes d zwischen Pulverbeschichtungskopf 1 und Werkstück 2 an eine Verstelleinheit 26. Der Sollwert kann dabei ein vorgegebener Wert sein, der durch Testläufe der Maschine ermittelt wurde. Es ist aber auch möglich, den Soll-Wert kurz nach dem Start eines Bearbeitungsprozesses aus dem Ist-Wert zu bestimmen.As in 5 is an output of the receiver arrangement 24 to an evaluation circuit 25 connected to the output signals of the receiver array 24 be supplied. The evaluation circuit 25 determines an edge from the output signals 10 of the on the receiver assembly 24 mapped interaction region 5 and determines from this an actual value of at least one distance-dependent parameter, compares the Actual value with a target value and provides a signal to control a working distance d between the powder coating head 1 and workpiece 2 to an adjustment 26 , The setpoint value can be a predetermined value, which was determined by test runs of the machine. But it is also possible to determine the target value shortly after the start of a machining process from the actual value.

Zur Auswertung der Ausgangssignale der Empfängeranordnung 24 umfasst die Auswerteschaltung 25 vorzugsweise eine Bildverarbeitungseinheit 27, die aus den Bilddaten vorzugsweise durch Grauwertauswertung den Rand 10 des auf die Empfängeranordnung 24 abgebildeten Wechselwirkungsbereich 5 ermittelt. Aus dem Randverlauf leitet dann eine Auswerteeinheit 28 die gewünschten Parameter ab, also beispielsweise den Durchmesser des Randes 10 des Wechselwirkungsbereichs 5 entlang einer vorgegebenen Richtung oder die von dem Rand 10 eingeschlossene Fläche oder Pixelanzahl des Wechselwirkungsbereichs. Der bzw. die Ist-Werte des bzw. der als Regelgrößen dienenden geometrischen Parameter werden dann einer Vergleichseinheit 29 zugeführt, die den oder die Ist-Werte des oder der Parameter mit seinem oder ihren Soll-Werten vergleicht, um entsprechende Regeldifferenzen zu erhalten, die dann einer Regeleinheit 30 zugeführt werden.For evaluation of the output signals of the receiver arrangement 24 includes the evaluation circuit 25 preferably an image processing unit 27 , from the image data preferably by gray value evaluation the edge 10 of the on the receiver assembly 24 mapped interaction area 5 determined. From the edge course then leads an evaluation 28 the desired parameters, so for example the diameter of the edge 10 of the interaction region 5 along a given direction or from the edge 10 enclosed area or pixel number of the interaction area. The actual value (s) of the geometric parameter (s) serving as control variables then becomes a comparison unit 29 which compares the one or more actual values of the parameter or parameters with its or their nominal values in order to obtain corresponding control differences, which are then fed to a control unit 30 be supplied.

Die Regeleinheit 30 ermittelt dann entsprechende Stellsignale, die der Verstelleinheit 26 zugeführt werden, um den Arbeitsabstand zwischen Pulverbeschichtungskopf 1 und Werkstück 2 zu regeln.The control unit 30 then determines appropriate control signals, the adjustment 26 be fed to the working distance between the powder coating head 1 and workpiece 2 to regulate.

Wird also beispielsweise die Pixelanzahl, die von dem Rand 10 des Wechselwirkungsbereichs 5 eingeschlossen wird, als Parameter oder Regelgröße ermittelt, so wird diese mit der Soll-Pixelzahl verglichen.So, for example, is the number of pixels from the edge 10 of the interaction region 5 is determined as a parameter or controlled variable, it is compared with the target pixel number.

Im Falle, dass der Laserstrahlbrennpunkt in Strahlrichtung gesehen vor der Oberfläche des Werkstücks liegt, wird, falls die gemessene Pixelzahl zu gross ist, der Pulverbeschichtungskopf 1 näher an das Werkstück 2 geführt, während im Falle einer zu kleinen gemessenen Pixelanzahl der Pulverbeschichtungskopf 1 weiter von dem Werkstück 2 entfernt wird.If the laser beam focal point lies in the beam direction in front of the surface of the workpiece, if the measured pixel number is too large, the powder coating head 1 closer to the workpiece 2 while in the case of a too small number of pixels measured, the powder coating head 1 further from the workpiece 2 Will get removed.

Für den zweiten Fall, dass sich der Laserstrahlbrennpunkt in Strahlrichtung gesehen hinter der Oberfläche des Werkstücks liegt, wird, falls die gemessene Pixelzahl zu gross ist, der Pulverbeschichtungskopf 1 weiter von dem Werkstück 2 entfernt, während im Falle einer zu kleinen gemessenen Pixelanzahl der Pulverbeschichtungskopf 1 näher an das Werkstück 2 geführt wird.For the second case, that the laser beam focal point is located behind the surface of the workpiece in the beam direction, if the measured pixel number is too large, the powder coating head 1 further from the workpiece 2 removed, while in the case of too small a measured number of pixels, the powder coating head 1 closer to the workpiece 2 to be led.

Das Arbeiten im konischen Bereich erleichtert die Regelung also insofern, dass eine eindeutige Regelvorschrift für den Regelprozess existiert. Befindet sich der Laserstrahlbrennpunkt 4 auf der Oberfläche des Werkstücks 2, so bewirkt eine Variation des Arbeitsabstandes in beiden Richtungen eine Vergrösserung der geometrischen Merkmale des Wechselwirkungsbereichs 5. In diesem Fall gibt es keine eindeutige Regelvorschrift, um die gemessene Pi xelanzahl minimal zu halten. Der Arbeitsabstand wird daher zunächst einfach vergrößert (oder verkleinert), um dann festzustellen, ob sich die Pixelanzahl weiter vergrößert oder wieder verkleiner. Im ersten Fall wird dann der Arbeitsabstand verkleinert (bzw. vergrößert), da hier die Nachregelung zunächst in der falschen Richtung erfolgte. Im letzteren Fall erfolgte die Nachregelung in der richtigen Richtung, so dass der Arbeitsabstand hier weiter vergrößert (bzw. verkleinert) wird.Working in the conical area facilitates the regulation so far that a clear rule rule for the control process exists. Is the laser beam focal point 4 on the surface of the workpiece 2 Thus, a variation of the working distance in both directions causes an increase in the geometric features of the interaction region 5 , In this case, there is no clear rule to keep the measured number of pins minimal. The working distance is therefore initially simply increased (or reduced), to then determine whether the number of pixels continues to increase or decrease. In the first case, the working distance is then reduced (or increased), since the readjustment initially took place in the wrong direction. In the latter case, the readjustment took place in the right direction, so that the working distance is further increased (or reduced) here.

Um einer mit der Betreuung der Pulverbeschichtungsmaschine 13 betrauten Person das Einrichten oder Programmieren der Maschine für die Beschichtung einer Vielzahl von gleichartigen Werkstücken, die Überwachung der Beschichtungsprozesse und gegebenenfalls die Überprüfung der Maschineneinstellungen zu erleichtern, ist zur Darstellung eines von der Empfängeranordnung aufgenommenen bearbeitenden oder nichtbearbeitenden Bildes ein Bildschirm 31 vorgesehen, der die Bildsignale entweder direkt von der Empfängeranordnung 24 oder, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet, von der Auswerteschalteschaltung 25 erhält. Desweiteren kann vorgesehen werden, dass der Bildschirm 31 zur Darstellung eines zeitlichen Verlaufs des zumindest einen geometrischen Parameters vorgesehen wird.To one with the care of the powder coating machine 13 The skilled person may be required to set up or program the machine for coating a plurality of similar workpieces, to facilitate the monitoring of the coating processes and, if necessary, to check the machine settings, to display a processing or non-processing image taken by the receiver assembly 31 provided the image signals either directly from the receiver array 24 or, as indicated by the dashed line, of the Auswerteschalteschaltung 25 receives. Furthermore, it can be provided that the screen 31 is provided for displaying a time course of the at least one geometric parameter.

In 6 ist eine schematische Skizze einer weiteren Vorrichtung zur Regelung eines Pulverbeschichtungsprozesses entsprechend der Erfindung dargestellt. Der wesentliche Unterschied zu der in 5 dargestellten Vorrichtung besteht in der Verwendung einer externen, dem Pulverbeschichtungskopf 1 benachbarten Kamera 32, die den Wechselwirkungsbereich 5 während des Pulverbeschichtungsprozesses beobachtet. Die Kamera leitet analog zu der in 5 beschriebenen Empfängeranordnung 24 ein Signal an die Auswertevorrichtung 25.In 6 is a schematic diagram of another device for controlling a powder coating process according to the invention shown. The main difference to the in 5 The device shown is the use of an external, the powder coating head 1 neighboring camera 32 that the interaction area 5 observed during the powder coating process. The camera is analogous to the in 5 described receiver arrangement 24 a signal to the evaluation device 25 ,

In dem Ausführungsbeispiel in 6 weist der Pulverbeschichtungskopf 1 statt einer transmissiven Optik eine reflexive Optik auf. Hierbei wird statt des planaren ersten Umlenkspiegels 16, wie er in dem Ausführungsbeispiel in 5 verwendet wurde, ein abbildender Umlenkspiegel 33 verwendet.In the embodiment in 6 points the powder coating head 1 instead of a transmissive optic a reflexive optics. Here, instead of the planar first deflecting mirror 16 as in the embodiment in 5 was used, an imaging deflecting mirror 33 used.

Die Art der Beobachtung des Wechselwirkungsbereichs mittels externer oder integrierter Kamera ist unabhängig von der Art der für den Arbeitsstrahlengang vorgesehenen Optik. So kann beispielsweise auch die in 6 darge stellte reflexive Optik von einer integrierten Kamera mit genutzt werden, während auch bei der in 5 gezeigten Vorrichtung eine externe Kamera eingesetzt werden könnte.The type of observation of the interaction region by means of external or integrated camera is independent of the type of optics provided for the working beam path. For example, the in 6 Darge presented reflexive optics of an integrated camera with who used while, even at the in 5 device shown an external camera could be used.

Claims (24)

Verfahren zum Regeln eines Pulverbeschichtungsprozesses, bei dem mittels eines Pulverbeschichtungskopfes (1) eine Beschichtungsspur (9) auf ein Werkstück (2) aufgetragen wird, wobei durch den Pulverbeschichtungskopf (1) ein fokussierter Arbeitslaserstrahl (3) mit einem Laserstrahlbrennpunkt (4) und ein konvergenter Pulverstrahl (7) mit einem Pulverstrahlbrennpunkt (8) in einen Wechselwirkungsbereich (5) auf dem Werkstück (2) gelenkt werden, und wobei – vom Wechselwirkungsbereich (5) ausgehende Sekundärstrahlung beobachtet wird, um zumindest einen vom Arbeitsabstand (d) zwischen dem Werkstück (2) und dem Pulverbeschichtungskopf (1) abhängigen Parameter des Wechselwirkungsbereichs (5) zu erfassen, und – der Arbeitsabstand (d) derart geregelt wird, dass der zumindest eine erfasste Parameter während des Beschichtungsprozesses im Wesentlichen konstant gehalten wird.Method for controlling a powder coating process, in which by means of a powder coating head ( 1 ) a coating track ( 9 ) on a workpiece ( 2 ) is applied through the powder coating head ( 1 ) a focused working laser beam ( 3 ) with a laser beam focal point ( 4 ) and a convergent powder jet ( 7 ) with a powder jet focal point ( 8th ) into an interaction region ( 5 ) on the workpiece ( 2 ), and where - from the interaction region ( 5 ) secondary radiation is observed to at least one of the working distance (d) between the workpiece ( 2 ) and the powder coating head ( 1 ) dependent parameters of the interaction region ( 5 ), and - the working distance (d) is controlled such that the at least one detected parameter is kept substantially constant during the coating process. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste Parameter der Fläche des Wechselwirkungsbereichs (5) entspricht.A method according to claim 1, characterized in that the detected parameter of the area of the interaction area ( 5 ) corresponds. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste Parameter einem Durchmesser des Wechselwirkungsbereichs (5) entlang einer vorgegebenen Richtung entspricht.Method according to claim 1, characterized in that the detected parameter corresponds to a diameter of the interaction region ( 5 ) along a given direction. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung des zumindest einen Parameters der Rand (10) des Wechselwirkungsbereichs (5) ermittelt wird.A method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that for detecting the at least one parameter of the edge ( 10 ) of the interaction region ( 5 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (10) des Wechselwirkungsbereichs (5) über eine Grauwertschwelle (11) des beobachteten Wechselwirkungsbereichs (5) ermittelt wird.Method according to claim 4, characterized in that the edge ( 10 ) of the interaction region ( 5 ) via a gray value threshold ( 11 ) of the observed interaction region ( 5 ) is determined. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beobachtung des Wechselwirkungsbereichs (5) eine Zeilen- oder Flächenkamera verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for observation of the interaction region ( 5 ) a line or area camera is used. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erfasste Parameter mit einem Sollwert verglichen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the at least one detected parameter with a Setpoint is compared. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert vorgegeben ist.Method according to claim 7, characterized in that that the setpoint is specified. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahlbrennpunkt (4) so relativ zur Oberfläche des Werkstückes (2) eingestellt wird, dass der Wechselwirkungsbereich (5) in einem konischen Abschnitt des fokussierten Laserstrahls (3) liegt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser beam focal point ( 4 ) relative to the surface of the workpiece ( 2 ), that the interaction region ( 5 ) in a conical section of the focused laser beam ( 3 ) lies. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahlbrennpunkt (4) innerhalb einer Pulverbeschichtungsdüse (6) liegt, aus der der fokussierte Laserstrahl (3) sowie der konvergente Pulverstrahl (7) austreten.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser beam focal point ( 4 ) within a powder coating nozzle ( 6 ), from which the focused laser beam ( 3 ) and the convergent powder jet ( 7 ) exit. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahlbrennpunkt (4) in Strahlrichtung gesehen hinter der Oberfläche des Werkstücks (2) liegt.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the laser beam focal point ( 4 ) seen in the beam direction behind the surface of the workpiece ( 2 ) lies. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulverstrahlbrennpunkt (8) im Wesentlichen auf der Oberfläche des Werkstückes (2) liegt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the powder jet focal point ( 8th ) substantially on the surface of the workpiece ( 2 ) lies. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beobachtung des Wechselwirkungsbereichs (5) durch den Pulverbeschichtungskopf (1) hindurch erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the observation of the interaction region ( 5 ) through the powder coating head ( 1 ) through. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beobachtung des Wechselwirkungsbereichs (5) durch eine an dem Pulverbeschichtungskopf (1) gehaltene benachbarte externe Kamera (32) erfolgt.Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that the observation of the interaction region ( 5 ) by one on the powder coating head ( 1 ) held adjacent external camera ( 32 ) he follows. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine vom Arbeitsabstand (d) abhängige Parameter und/oder ein oder mehrere weitere Parameter des Wechselwirkungsbe reichs (5) und/oder der Beschichtungsspur (9) zur Überwachung und/oder Dokumentation des Laserbearbeitungsvorgangs aufgezeichnet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one parameter dependent on the working distance (d) and / or one or more further parameters of the interaction region ( 5 ) and / or the coating track ( 9 ) to monitor and / or document the laser processing operation. Vorrichtung zur Regelung eines von einer Pulverbeschichtungsmaschine (13) auszuführenden, automatischen Pulverbeschichtungsprozesses, bei dem mittels eines Pulverbeschichtungskopfes (1) eine Beschichtungsspur (9) auf ein Werkstück (2) aufgetragen wird, wobei durch den Pulverbeschichtungskopf (1) ein fokussierter Arbeitslaserstrahl (3) mit einem Laserstrahlbrennpunkt (4) und ein konvergenter Pulverstrahl (7) mit einem Pulverstrahlbrennpunkt (8) verläuft; mit: – einer Beobachtungsoptik (21), die vom Wechselwirkungsbereich (5) ausgehende Sekundärstrahlung auf eine Empfängeranordnung (24) abbildet, und – einer Auswerteschaltung (25), die – aus Ausgangssignalen der Empfängeranordnung (24) zumindest einen vom Arbeitsabstand (d) zwischen dem Werkstück (2) und dem Pulverbeschichtungskopf (1) abhängigen Parameter ermittelt und – ein Signal zur Regelung des Arbeitsabstandes (d) zwischen Pulverbeschichtungskopf (1) und Werkstück (2) an eine Verstelleinheit (26) liefert, sodass der zumindest eine erfasste Parameter während des Beschichtungsprozesses im Wesentlichen konstant gehalten wird.Device for controlling one of a powder coating machine ( 13 ), automatic powder coating process in which by means of a powder coating head ( 1 ) a coating track ( 9 ) on a workpiece ( 2 ) is applied through the powder coating head ( 1 ) a focused working laser beam ( 3 ) with a laser beam focal point ( 4 ) and a convergent powder jet ( 7 ) with a powder jet focal point ( 8th ) runs; with: - an observation optics ( 21 ), which depends on the interaction region ( 5 ) outgoing secondary radiation to a receiver arrangement ( 24 ), and - an evaluation circuit ( 25 ), which - from output signals of the receiver arrangement ( 24 ) at least one of the working distance (d) zwi the workpiece ( 2 ) and the powder coating head ( 1 ) dependent parameter determined and - a signal for controlling the working distance (d) between the powder coating head ( 1 ) and workpiece ( 2 ) to an adjustment unit ( 26 ), so that the at least one detected parameter is kept substantially constant during the coating process. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filtermodul (23) im Beobachtungsstrahlengang angeordnet ist.Apparatus according to claim 16, characterized in that a filter module ( 23 ) is arranged in the observation beam path. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Beobachtungsstrahlengang über einen dichroitischen Spiegel (16) aus dem Arbeitslaserstrahlengang ausgekoppelt wird.Apparatus according to claim 16 or 17, characterized in that the observation beam path via a dichroic mirror ( 16 ) is coupled out of the working laser beam path. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Beobachtungsstrahlengang mittels eines Scraper-Spiegels (16) aus dem Arbeitslaserstrahlengang ausgekoppelt wird.Apparatus according to claim 16 or 17, characterized in that the observation beam path by means of a scraper mirror ( 16 ) is coupled out of the working laser beam path. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Beobachtungsoptik (21) mit Empfängeranordnung (24) eine externe, an dem Pulverbeschichtungskopf (1) gehaltene benachbarte externe Kamera verwendet wird.Apparatus according to claim 16 or 17, characterized in that as observation optics ( 21 ) with receiver arrangement ( 24 ) an external, on the powder coating head ( 1 ) held adjacent external camera is used. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängeranordnung (24) ein Videobild, insbesondere ein Pixelbild liefert.Device according to one of claims 16 to 20, characterized in that the receiver arrangement ( 24 ) provides a video image, in particular a pixel image. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängeranordnung (24) ein ein- oder zweidimensionaler CCD-Bildsensor ist.Device according to one of claims 16 to 21, characterized in that the receiver arrangement ( 24 ) is a one- or two-dimensional CCD image sensor. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (25) folgendes umfasst: – eine Bildverarbeitungseinheit (27) zur Ermittelung eines Randes (10) des Wechselwirkungsbereichs (5) mittels Grauwertauswertung, – eine Auswerteeinheit (28) zur Parameterermittelung, – eine Vergleichseinheit (29) zum Vergleichen eines Ist-Wertes des zumindest einen Parameters mit einem Soll-Wert, und – eine Regeleinheit (30) zur Ermittlung und Ausgabe eines Signals zur Regelung eines Arbeitsabstandes zwischen Pulverbeschichtungskopf (1) und Werkstück (2) an die Pulverbeschichtungsmaschine (13).Device according to one of claims 16 to 22, characterized in that the evaluation circuit ( 25 ) comprises: - an image processing unit ( 27 ) for the determination of an edge ( 10 ) of the interaction region ( 5 ) by means of gray scale evaluation, - an evaluation unit ( 28 ) for the parameter determination, - a comparison unit ( 29 ) for comparing an actual value of the at least one parameter with a desired value, and - a control unit ( 30 ) for determining and outputting a signal for regulating a working distance between the powder coating head ( 1 ) and workpiece ( 2 ) to the powder coating machine ( 13 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Anzeigevorrichtung, insbesondere ein Bildschirm (31) zur Darstellung eines von der Empfängeranordnung (24) aufgenommenen bearbeiteten oder nicht bearbeiteten Bildes und/oder zur Anzeige des zeitlichen Verlaufs des zumindest einen Parameters vorgesehen ist.Device according to one of claims 16 to 23, characterized in that further comprises a display device, in particular a screen ( 31 ) for representing one of the receiver arrangement ( 24 ) and / or for displaying the time profile of the at least one parameter is provided.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008003871A1 (en) 2008-01-08 2009-07-09 Volkswagen Ag Finishing thin metal sheet and/or products made of thin metal sheets later designed as semifinished sheet metal products using laser beam technology, by locally melting surface of products with laser beam up to in given sheet-metal depth
GB2554429A (en) * 2016-09-27 2018-04-04 Rolls Royce Plc A method of calibrating a direct laser deposition process
DE102018202203A1 (en) * 2018-02-13 2019-08-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Arrangement for adjusting a powder flow in relation to the central longitudinal axis of an energy beam
CN114985766A (en) * 2022-03-16 2022-09-02 南京辉锐光电科技有限公司 Part processing method and part processing system

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021159922A (en) * 2020-03-30 2021-10-11 三菱重工工作機械株式会社 Three-dimensional lamination apparatus, control method, and program

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991004828A1 (en) * 1989-09-27 1991-04-18 Australian Electro Optics Pty. Ltd. High power, multi axis laser beam cutter with image processing monitor
DE4340395C1 (en) * 1993-11-26 1994-12-15 Weidmueller Interface Method for processing a workpiece by means of a laser beam
DE19852302A1 (en) * 1998-11-12 2000-05-25 Fraunhofer Ges Forschung Method and device for processing workpieces with high-energy radiation
DE19909390C1 (en) * 1999-03-04 2000-11-09 Fraunhofer Ges Forschung Laser powder deposition head, useful for tool or component coating or repair, rapid prototyping or rapid tooling processes, has a radially symmetrical flow calming channel arrangement between a swirl chamber and an annular outlet gap
DE10036125A1 (en) * 2000-07-25 2002-02-07 Volkswagen Ag Finishing engine cylinder by laser, intercepts beam returned from processing point and evaluates it, to assess the quality of treatment
US6495793B2 (en) * 2001-04-12 2002-12-17 General Electric Company Laser repair method for nickel base superalloys with high gamma prime content
EP1396556A1 (en) * 2002-09-06 2004-03-10 ALSTOM (Switzerland) Ltd Method for controlling the microstructure of a laser metal formed hard layer
DE10248459B4 (en) * 2002-10-17 2004-09-30 Precitec Kg Powder coating head

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008003871A1 (en) 2008-01-08 2009-07-09 Volkswagen Ag Finishing thin metal sheet and/or products made of thin metal sheets later designed as semifinished sheet metal products using laser beam technology, by locally melting surface of products with laser beam up to in given sheet-metal depth
GB2554429A (en) * 2016-09-27 2018-04-04 Rolls Royce Plc A method of calibrating a direct laser deposition process
DE102018202203A1 (en) * 2018-02-13 2019-08-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Arrangement for adjusting a powder flow in relation to the central longitudinal axis of an energy beam
CN112074361A (en) * 2018-02-13 2020-12-11 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 Device for regulating the flow of powder relative to the central longitudinal axis of an energy beam
DE102018202203B4 (en) 2018-02-13 2022-06-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Arrangement for adjusting a powder flow in relation to the central longitudinal axis of an energy beam
CN112074361B (en) * 2018-02-13 2023-03-28 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 Device for regulating the flow of powder relative to the central longitudinal axis of an energy beam
US11890675B2 (en) 2018-02-13 2024-02-06 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Arrangement for adjusting a powder flow in relation to the central longitudinal
CN114985766A (en) * 2022-03-16 2022-09-02 南京辉锐光电科技有限公司 Part processing method and part processing system

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