DE102004057799B4 - Method and device for controlling a powder coating process - Google Patents

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Abstract

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 und ein Rand (10) des Wechselwirkungsbereichs (5) ermittelt wird, um aus dem Rand (10) des Wechselwirkungsbereichs (5) zumindest einen vom Arbeitsabstand (d) zwischen dem Werkstück (2) und dem Pulverbeschichtungskopf (1) abhängigen Parameter des Wechselwirkungsbereichs (5) zu bestimmen, und – der Arbeitsabstand (d) derart geregelt wird, dass der zumindest eine erfasste Parameter während des Beschichtungsprozesses im Wesentlichen konstant gehalten wird.A method for controlling a powder coating process in which a coating track (9) is applied to a workpiece (2) by means of a powder coating head (1), wherein 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) are directed with a Pulverstrahlbrennpunkt (8) in an interaction region (5) on the workpiece (2), and wherein - observed from the interaction region (5) outgoing secondary radiation and an edge (10) of the interaction region (5) is determined to determine from the edge (10) of the interaction region (5) 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) regulated is that the at least one detected parameter is kept substantially constant during the coating process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln eines Pulverbeschichtungsprozesses.The invention relates to a method and a device for controlling 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 present invention relates to a technique also known as laser beam deposition welding. Here, a powdery filler material is applied to a base material and melted with a laser beam, so that the filler material is fusion metallurgically connected to the base material. As a result, a high-precision, automated application of layers with thicknesses of 0.1 mm to several centimeters allows, in the substrate, only a small amount of heat is introduced and no Einbrandkerben arise. Furthermore, this method offers a large selection of similar and alien filler materials, and allows processing 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.If the method of laser deposition welding is used for coating a workpiece with a filler material supplied by a powder coating nozzle, then the processing result, in particular the coating track width of the applied filler material, depends on the working distance between the powder coating head and the workpiece. In order to minimize the expense of a subsequent machining of components, therefore, a constant working distance during coating is important. For a regulation of the working distance during the powder coating process, a number of methods are known, which use 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.

Die EP 1 396 556 A1 beschreibt ein Verfahren zum Steuern der Mikrostruktur einer lasergeformten Metallhartschicht. Hier wird mittels eines Laserstrahls lokal eine Oberfläche eines Werkstücks aufgeschmolzen, um ein Schweißbad auszubilden. Zur Beschichtung des Werkstücks wird ein Pulverstrahl mittels eines Trägergases auf das Schweißbad gelenkt. Der Bearbeitungsprozess wird mittels eines Pyrometers, das eine Echtzeitbestimmung der Schweißbadtemperatur ermöglicht, oder einer CCD-Kamera beobachtet. Bei Verwendung einer CCD-Kamera wird die Temperatur eines oder Punkte im Bereich des Schweißbades 7 gemessen. Die Temperaturinformation wird zur Anpassung von Prozessparametern wie beispielsweise der Laserleistung, der Relativgeschwindigkeit zwischen Laserstrahl und Werkstück, der Zuführrate des Pulverstrahls oder des Abstands zwischen einer Düse und dem Werkstück verwendet.The EP 1 396 556 A1 describes a method for controlling the microstructure of a laser-formed metal hard layer. Here, a surface of a workpiece is locally melted by means of a laser beam to form a weld pool. For coating the workpiece, a powder jet is directed onto the weld pool by means of a carrier gas. The machining process is monitored by means of a pyrometer that allows real-time determination of the sweat bath temperature or a CCD camera. When using a CCD camera, the temperature of one or spots in the area of the weld pool 7 measured. The Temperature information is used to adjust process parameters such as laser power, the relative speed between the laser beam and the workpiece, the rate of delivery of the powder jet, or the distance between a nozzle and the workpiece.

Die EP 1 249 300 A1 beschreibt ein Laserwiederherstellungsverfahren für nickelbasierte Superlegierungen. Hier wird ein Laserstrahl mit seinem Brennpunkt unterhalb oder oberhalb einer Oberfläche fokussiert, um einen Laserspot auf einer Substratoberfläche vorzusehen. In beiden Fällen wird ein Wiederherstellungslegierungspulverstrahl zusammen mit dem Laserstrahl verwendet, um eine Pulverbeschichtung vorzunehmen.The EP 1 249 300 A1 describes a laser repair process for nickel-based superalloys. Here, a laser beam is focused with its focal point below or above a surface to provide a laser spot on a substrate surface. In both cases, a restoration alloy powder jet is used along with the laser beam to make a powder coating.

Die DE 100 36 125 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung einer zylindrischen Innenwandfläche einer Bohrung. Hier wird eine von einem Bearbeitungsort ausgehende Prozessstrahlung durch eine Umlenkoptik entlang eines Laserstrahls, aber in entgegen gesetzter Richtung, geführt und mittels erster und/oder zweiter Sensoren aufgenommen. Den Sensoren ist ein Rechner zum Auswerten der Prozessstrahlung nachgeordnet, der eine visuelle Darstellung, beispielsweise des Prozessleuchtens von der Bearbeitungsstelle oder ein Abbild der Bearbeitungsstelle selbst liefert.The DE 100 36 125 A1 describes a method and apparatus for machining a cylindrical inner wall surface of a bore. Here, a process radiation emanating from a processing location is guided by a deflection optics along a laser beam, but in the opposite direction, and recorded by means of first and / or second sensors. The sensors are followed by a computer for evaluating the process radiation, which supplies a visual representation, for example of the process lighting from the processing location or an image of the processing site itself.

Die WO 91/04 828 A1 beschreibt eine multiaxiale Laserstrahlschneidvorrichtung mit einer Bildverarbeitungseinheit. Hier wird mittels einer elektronischen Kamera ein Werkstück durch einen Spiegel und eine Linse beobachtet. Die von der Kamera gelieferten Daten werden einer Bildverarbeitung zugeführt. Wird der Brennpunkt eines Laserschneidstrahls entlang einer Rotationsachse nach oben und unten bewegt, werden die Daten der Kamera Steuerrechnern zugeführt, die die Stellung von Spiegeln anpassen, um den Laserstrahlfokus auf der Rotationsachse zu halten. Hierbei wird der Abstand von dem Ausgabespiegel zu dem Werkstück durch Beobachten des Durchmessers des Laserstrahlfokuspunktes auf dem Werkstück überwacht.The WO 91/04 828 A1 describes a multi-axial laser beam cutting apparatus with an image processing unit. Here, by means of an electronic camera, a workpiece is observed through a mirror and a lens. The data supplied by the camera are fed to image processing. When the focal point of a laser cutting beam is moved up and down along an axis of rotation, the data is fed to the camera control computers, which adjust the position of mirrors to keep the laser beam focus on the axis of rotation. Here, the distance from the output mirror to the workpiece is monitored by observing the diameter of the laser beam focus on the workpiece.

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.In the above methods, it is problematic that either the sensor is exposed to extreme temperature stress or the working distance between the powder coating head and the workpiece can be measured only in the lead or lag, but not on the interaction or coating zone itself 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, um ein konstantes Beschichtungsergebnis, insbesondere eine gleichbleibende Beschichtungsspurbreite und -dicke zu erhalten.The object of the present invention is to provide a further method and another device for controlling a powder coating process, which enables a detection of the working distance between the powder coating head and the workpiece in the center of the processing area in real time to obtain a constant coating result, in particular a consistent coating track width and thickness.

Die Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 und die Vorrichtung nach Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung werden in den Unteransprüchen dargelegt.The object is achieved by the method according to claim 1 and the device according to claim 15. 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, in a method for controlling a powder coating process in which a coating trace is applied to a workpiece by means of a powder coating head, secondary radiation emanating from the interaction region is observed to detect at least one interaction region parameter dependent on the working distance between the workpiece and the powder coating head and the working distance regulated such that the at least one detected parameter is kept substantially constant during the coating process.

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 is therefore intended to provide a method for controlling a powder coating process in which the working distance between powder coating head and workpiece is controlled such that the dimensions of the interaction region between working laser beam and workpiece, in particular a molten bath, are kept constant to a constant coating result, in particular a to obtain consistent coating track width and thickness.

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 is controlled by observing the center of the processing point, in which the geometric features of the processing result are largely determined, whereby a qualitatively uniform 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 dieses 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.The detected parameter for controlling the working distance may correspond to the area of the interaction region. This has the advantage that this parameter remains substantially constant when changing the feed direction of the powder coating head, so that even with a sideways movement of the head, a uniform coating result, in particular a coating track with a 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 correspond to predetermined direction. This offers the advantage that the parameter to be determined from the observed interaction region can be evaluated quickly with low computational complexity.

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, the edge of the interaction region can be determined for detecting the at least one parameter, wherein the edge of the interaction region is preferably determined via a gray value threshold of the observed interaction region. Due to this method, the geometric features of the interaction region can be defined by using a simple algorithm.

Das erfindungsgemässe Verfahren bietet zudem den Vorteil, dass zur Beobachtung des Wechselwirkungsbereichs eine gewöhnliche Zeilen- oder Flächenkamera verwendet werden kann.The inventive method also has the advantage that an ordinary line or area camera can be used to observe the interaction area.

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.In order to regulate the working distance according to the method according to the invention, in a preferred embodiment the at least one detected parameter is compared with a desired value, wherein the desired value can be predetermined or can be determined from an actual value shortly after the start of a machining process.

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.Although it is basically possible to work in the laser beam focus, in an advantageous development of the invention, it is provided that the laser beam focal point is adjusted relative to the surface of the workpiece so that the interaction region lies in a conical section of the focused laser beam. Thus, the interaction region is in the convergent or divergent region of the working laser beam, so that the laser beam impinges on the one hand with a sufficiently large impact surface on the workpiece to be machined and on the other hand by changing the incident surface, the geometric features of the interaction region can be changed.

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.If a compact short overall length of the powder coating head is desired, it is expedient for the laser beam focal point of the focused working laser beam to lie within a powder coating nozzle from which the focused laser beam and the convergent powder jet emerge 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 are required with relatively small diameter of the interaction region and also long focal lengths of the focusing optics are desired or necessary, it is advantageous if the laser beam focal point in the beam direction is behind the surface of the workpiece, that is, the interaction region in the convergent section of the laser beam lies.

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.In another advantageous development of the invention, the powder jet focal point, that is to say the narrowest region of the initially convergent and subsequently divergent powder jet, lies substantially on the surface of the workpiece. In this case, the diameter of the powder jet focal point is smaller than the diameter of the laser beam in the interaction region, so that a melting of the entire introduced from the powder coating in the interaction region 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.In order to provide as slender a geometry as possible of the powder coating head, observation of the interaction region can be made through the powder coating head. However, if it is necessary to keep the working laser beam path as well as the observation beam path separate, the observation of the interaction region can also take place by means of an adjacent external camera held on the powder coating head. The latter is advantageous for existing powder coating systems.

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.In an expedient development of the invention, it is provided that the at least one parameter dependent on the working distance and / or one or more further parameters of the interaction region and / or the coating track for monitoring and / or documentation of the laser processing operation are recorded. This can provide a simple proof of quality for the 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.Furthermore, an apparatus according to the invention for controlling an automatic powder coating process to be carried out by a powder coating machine comprises observation optics which image secondary radiation originating from the interaction region onto a receiver arrangement and an evaluation circuit comprising at least one parameter dependent on the working distance between the workpiece and the powder coating head from output signals of the receiver arrangement determined and supplies a signal for controlling the working distance between the powder coating head and the workpiece to an adjustment so that the at least one detected parameter is kept substantially constant during the coating process.

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.This device makes it possible to achieve a constant coating result by controlling the working distance, which is largely determinative of the coating result, due to the observation of the central processing point.

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 case, it is expedient to arrange a filter module in the observation beam path in order to filter out the light of the working laser beam lying in a different wavelength range and thus to pass substantially only the portion of the secondary radiation emanating from the interaction region to the receiver arrangement.

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.In an advantageous embodiment of the device according to the invention, the observation beam path is coupled out of the working laser beam path via a dichroic mirror if the secondary radiation lies in a different wavelength range than the light of the working laser beam. In the event that both beam paths are in the same spectral range, it is advantageous to decouple the observation beam path by means of a scraper mirror from the working laser beam path, which, however, can be used independently of the respective spectral ranges. In both cases, a slim geometry of the powder coating head is obtained.

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.However, if it is necessary to keep the working laser beam path and the observation beam path separate, then in another embodiment of the invention an observation optics with receiver arrangement can be an external camera held on the powder coating head.

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 expedient if the receiver arrangement supplies a video image, in particular a pixel image, furthermore, it is advantageous to use a commercially available one- or two-dimensional CCD image sensor as the receiver arrangement.

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.In an advantageous development of the device according to the invention, it is expedient that the evaluation circuit comprises an image processing unit for determining an edge of the interaction region by means of gray value evaluation, an evaluation unit for determining the parameters, a comparison unit for comparing an actual value of the at least one parameter with a desired value, and a Control unit for detecting and outputting a signal for controlling a working distance between the powder coating head and the workpiece to 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 Werkstücken, 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 that a person entrusted with the supervision of the powder coating machine facilitates the setting up or programming of the machine for coating a multiplicity of similar workpieces, monitoring the coating processes and if necessary checking the machine settings.

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

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 corresponding components are 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 leads 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 Wechselwirkungsbereichs 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 interaction region 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 are preferably indicated as the number of pixels can, or the diameter d ww of the edge 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 maßgebliche 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 changes the processing result of the coating 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.Thus, with a constant holding of the parameter by a control process for the working distance, a coating result with consistent quality can be achieved.

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.However, the camera can also be used to monitor and / or document the laser processing operation and associated parameter. This can provide a simple proof of quality for the 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 observing the interaction region, ie the melt pool and the gray value evaluation of the image taken therefrom, in particular video image, the width of the coating track and the working distance in the central processing point can be determined if a corresponding calibration of the measured variable or characteristic variable, in particular the number of pixels, is carried out. The determination of the measurement or characteristic variable, which represents a distance-dependent parameter of the interaction region, ie of the molten bath, thereby enables a process control for the track width and the working distance, which delivers a constant processing result. The absolute determination of the working distance in the central processing 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 z. As an 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, large working distances at long focal lengths, such. B. 300 mm, the Laser beam desired, and should the powder coating head while having a much shorter length, so 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 seitlich 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 off-axial powder nozzle, the powder is guided laterally into the laser beam, in the discrete coaxial nozzle at least three partial beams guided coaxially to the laser beam produce a powder focus or focus and in the continuous coaxial nozzle the powder is continuously distributed in a conical annular gap tapering towards the nozzle outlet.

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 therefrom an actual value of at least one distance-dependent parameter, compares the actual value with a desired value and delivers a signal for regulating 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 Pixelanzahl 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 of law to minimize the number of pixels being measured. 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 dargestellte 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 shown using a built-in camera with reflective optics, while also in the case of 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 und ein Rand (10) des Wechselwirkungsbereichs (5) ermittelt wird, um aus dem Rand (10) des Wechselwirkungsbereichs (5) zumindest einen vom Arbeitsabstand (d) zwischen dem Werkstück (2) und dem Pulverbeschichtungskopf (1) abhängigen Parameter des Wechselwirkungsbereichs (5) zu bestimmen, 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 ) outgoing secondary radiation and an edge ( 10 ) of the interaction region ( 5 ) is determined to leave the margin ( 10 ) of the interaction region ( 5 ) 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 einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (10) des Wechselwirkungsbereichs (5) über eine Grauwertschwelle (11) des beobachteten Wechselwirkungsbereichs (5) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, 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 in that the at least one detected parameter is compared with a desired value. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert vorgegeben ist.A method according to claim 6, characterized in that the desired value is predetermined. 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 8, dadurch gekennzeichnet, dass der – Laserstrahlbrennpunkt (4) in Strahlrichtung gesehen hinter der Oberfläche des Werkstücks (2) liegt.Method according to one of claims 1 to 8, 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 11, 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 11, 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 Wechselwirkungsbereichs (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 of the working distance (d) dependent parameter 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, wobei die Auswerteschaltung (25) folgendes umfasst: – eine Bildverarbeitungseinheit (27) zur Ermittlung eines Randes (10) des Wechselwirkungsbereichs (5), – eine Auswerteinheit (28) zur Parameterermittlung aus dem ermittelten Rand (10) des Wechselwirkungsbereichs (5), – 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 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) between 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, wherein the evaluation circuit ( 25 ) comprises: - an image processing unit ( 27 ) for determining an edge ( 10 ) of the interaction region ( 5 ), - an evaluation unit ( 28 ) for the parameter determination from the determined edge ( 10 ) of the interaction region ( 5 ), - 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 Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungseinheit (27) zur Ermittlung des Randes (10) des Wechselwirkungsbereichs (5) mittels Grauwertauswertung ausgebildet ist.Apparatus according to claim 15, characterized in that the image processing unit ( 27 ) for the determination of the edge ( 10 ) of the interaction region ( 5 ) is formed by gray value evaluation. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filtermodul (23) im Beobachtungsstrahlengang angeordnet ist.Apparatus according to claim 15 or 16, characterized in that a filter module ( 23 ) is arranged in the observation beam path. Vorrichtung nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Beobachtungsstrahlengang über einen dichroitischen Spiegel (16) aus dem Arbeitslaserstrahlengang ausgekoppelt wird.Apparatus according to claim 15, 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 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Beobachtungsstrahlengang mittels eines Scraper-Spiegels (16) aus dem Arbeitslaserstrahlengang ausgekoppelt wird.Apparatus according to claim 15, 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 15, 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 15, 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 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängeranordnung (24) ein Videobild liefert.Device according to one of claims 15 to 20, characterized in that the receiver arrangement ( 24 ) provides a video image. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängeranordnung (24) als Videobild ein Pixelbild liefert.Apparatus according to claim 21, characterized in that the receiver arrangement ( 24 ) as a video image delivers a pixel image. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängeranordnung (24) ein ein- oder zweidimensionaler CCD-Bildsensor ist.Device according to one of claims 15 to 22, characterized in that the receiver arrangement ( 24 ) is a one- or two-dimensional CCD image sensor. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ferner 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 15 to 23, characterized in that further comprises 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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