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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bearbeitung
eines Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils sowie ein Computerprogrammprodukt.
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Aus
dem Stand der Technik ist die Bearbeitung eines Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils
mit einem Laserstrahl zur Herstellung einer Airbag- Klappenöffnung bekannt.
Insbesondere zeigen
EP
0 711 627 B1 ,
GB
2 276 354 A und JP 2-99 324 entsprechende Verfahren und
Vorrichtungen für
die Laserschwächung.
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Ein
gemeinsamer Nachteil solcher vorbekannten Vorrichtungen für die Vorschwächung von Instrumententafeln
ist der ganz erhebliche messtechnische und Signalverarbeitungs-Aufwand
der während
der Laserbearbeitung betrieben werden muss. Üblicherweise wird während der
Beaufschlagung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils mit dem
Laserstrahl die bereits abgetragene oder die noch verbleibende Schichtdicke
gemessen. Hierzu wird entweder ein Ultraschall-Sensor eingesetzt
oder es wird der von dem Laserstrahl durch die Wandung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils
transmittierte Anteil gemessen.
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Der
Erfindung liegt dem gegenüber
die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte
Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zur Bearbeitung eines
Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils mit einem Laser zu schaffen.
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Die
der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgaben werden jeweils mit den
Merkmalen der unabhängigen
Patentansprüche
gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen
angegeben.
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Durch
die Erfindung wird ein Verfahren zur Bearbeitung eines Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils
mit einem Laser geschaffen. Zunächst
wird durch einen geeigneten Sensor die Dicke des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils
an einer zu bearbeitenden Position gemessen. Wenn das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil
mehrere Schichten aufweist, so werden die Dicken zumindest der zu
bearbeitenden Schichten gemessen.
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Danach
erfolgt die Bestimmung der für
die Bearbeitung erforderliche Laserenergie. Diese Bestimmung wird
aufgrund der zuvor gemessenen Dicke bzw.
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Schichtdicken
und des bzw. der entsprechenden Materialparameter durchgeführt.
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Wenn
das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil mehrere zu bearbeitende
Schichten aufweist, so ist vorzugsweise jeder der zu bearbeitenden
Schichten ein vorbekannter Materialparameter zugeordnet. Die Zuordnung
der Materialparameter zu den Schichten ist beispielsweise in einem
Halbleiterspeicher tabellarisch abgespeichert.
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Die
Bestimmung der Laserenergie erfolgt beispielsweise so, dass die
gemessene Dicke mit dem der entsprechenden Schicht zugeordneten
Materialparameter multipliziert wird. Die Summation der so erhaltenen
Produkte ist proportional zu der erforderlichen Laserenergie. Falls
keine Durchtrennung einer Schicht gewünscht ist, beispielsweise für den Zweck
einer sogenannten Vorschwächung,
muss die Laserenergie entsprechend um einen vorbestimmten Betrag
reduziert werden oder es wird für
die Berechnung von einer geringeren Schichtdicke als der tatsächlichen
Schichtdicke ausgegangen.
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Die
Erfindung ist besonders vorteilhaft, da sie es ermöglicht,
den messtechnischen Aufwand, den Aufwand für die Signalverarbeitung und
damit die Kosten für
die Laserbearbeitung von Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteilen erheblich
zu reduzieren, und zwar bei gleichbleibender oder sogar noch verbesserter
Qualität.
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Dies
wird dadurch erreicht, dass die Messung der Eindringtiefe des Laserstrahls
in das zu bearbeitende Material des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils
bzw. die verbleibende Restwandstärke nicht
während
der Bearbeitung erfolgen muss. Vielmehr wird vor der Beaufschlagung
des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils
an einer bestimmten Position diese Position mit Hilfe eines Sensors
vermessen, um die Dicke des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils an dieser Position
zu messen bzw. – wenn
das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil mehrere zu bearbeitende
Schichten aufweist, die Dicken dieser Schichten. Die für die Bearbeitung
dieser Position erforderliche Laserenergie wird dann vor dem Beginn
der Bearbeitung durch Berechnung bestimmt, indem die Dicke bzw.
die Dicken mit vorbekannten Materialparametern gewichtet werden.
Diese Materialparameter korrespondieren zum Beispiel mit der Härte des
jeweiligen Materials und können
experimentell gewonnen werden.
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Von
besonderem Vorteil ist die Erfindung zur Vorschwächung einer Airbag-Abdeckung, zum Beispiel
einer Beifahrer-Airbag-Abdeckung. Hierzu wird in die Instrumententafel
zum Beispiel eine Schwächungsrille
eingeschnitten, die vom Kraftfahrzeug-Innenraum her nicht oder kaum
wahrnehmbar sein soll. Diese Schwächungsrille wird durch Vorschwächung mit
Hilfe eines Laserstrahls erzeugt und schafft eine Soll-Bruchstelle,
die bei Auslösung
des Airbags aufgetrennt wird, um die Airbag-Abdeckung zur Freigabe
einer Airbag-Austrittsöffnung zu öffnen.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung erfolgt die Messung der Dicke bzw. der Dicken mit Hilfe
eines Ultraschall-Sensors. Beispielsweise wird das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil entlang
einer zu bearbeitenden Linie mit dem Ultraschall-Sensor kontinuierlich,
quasi kontinuierlich oder an voneinander entfernten diskreten Positionen
abgetastet. Bei der Abtastung an diskreten Positionen kann zwischen
diesen Positionen interpoliert werden.
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Die
Abtastung kann in einem von der Bearbeitung räumlich und/oder zeitlich getrennten
Verfahrensschritt erfolgen. In diesem Fall werden die Ergebnisse
der Abtastung, das heißt
die an bestimmten Positionen gemessenen Dicken und/oder die Ergebnisse
der Auswertung, das heißt
die positionsabhängig erforderlichen
Laserenergien, gespeichert, um sie für eine spätere Bearbeitung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils
abzurufen.
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Alternativ
können
die Abtastung und die Bearbeitung unmittelbar aufeinanderfolgend
vorgenommen werden, indem beispielsweise der Ultraschall-Sensor und
der Laserkopf an einem gemeinsamen Roboter-Arm befestigt werden.
Der Ultraschall-Sensor ist in diesem Fall in Bearbeitungsrichtung
vor dem Laser positioniert, um die Messungen durchzuführen, bevor
der Laserstrahl die betreffende Position erreicht.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung werden die gemessenen Dicken mit Soll-Werten verglichen.
Wenn eine gemessene Dicke an einer bestimmten Position außerhalb
eines Toleranzbereichs liegt, so wird ein entsprechendes Signal
abgegeben. Das betreffende Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil kann
dann als Ausschuss gekennzeichnet werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist grundsätzlich zur
Bearbeitung aller Arten von Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteilen
geeignet, insbesondere Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteile aus Kunststoff,
verschiedenen Kunststoffen, Holz, mit Leder- oder Textilen Anteilen,
oder anderen Materialien oder Materialschichtungen.
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Im
weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 eine
Darstellung des Verlaufs der Ultraschall-Signale bei einer Abtastung
des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils der 1,
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3 eine
Darstellung der entlang des Abtastbereichs für die Vorschwächung erforderliche
Laserenergie,
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4 ein
Blockdiagramm einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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5 ein
Flussdiagramm einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die 1 zeigt
ein Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil 100, wie zum Beispiel
eine Instrumententafel. Das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil 100 hat
eine Trägerschicht 102 aus
einem harten Kunststoff, wie zum Beispiel ABS (Acrylonitrilbuthandiänstyren).
Auf der Trägerschicht 102 befindet
sich eine Schaumschicht 104, zum Beispiel aus PU (Polyurethan).
Die in Einbauposition vom Kraftfahrzeug-Innenraum her sichtbare
Dekorschicht 106 befindet sich auf der Schaumschicht 104 und
besteht zum Beispiel aus PVC (Polyvenylchlorid).
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Die
Vorrichtung zur Bearbeitung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 100 hat
einen Laser 108, vorzugsweise einen CO2 Laser. Der Laser 108 befindet
sich an einem Arm 110 eines Roboters, so dass er entlang
des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 100 bewegt
werden kann.
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Auf
der dem Laser 108 gegenüberliegenden Seite
des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 100 ist
ein Sensor 112, vorzugsweise ein Ultraschall-Sensor, angeordnet.
Der Sensor 112 befindet sich an einem Arm 114 eines
Roboters, so dass der Sensor 112 unabhängig von dem Laser 108 entlang
des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 100 bewegt werden
kann. Die Arme 110 und 114 des Roboters werden
von einer Robotersteuerung 116 angesteuert, welche zugleich
die aktuellen Positionen des Lasers 108 bzw. des Sensors 112 erfasst.
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Die
Vorrichtung zur Bearbeitung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils
hat eine Steuerung 118, die beispielsweise durch einen
Personal Computer (PC) oder eine speicherprogrammierbare Steuerung
(SPS) realisiert sein kann. Die Steuerung 118 hat einen
Prozessor 120 zur Ausführung
von Computerprogrammmodulen 122, 124 und 126.
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Das
Programmmodul 122 dient zur Auswertung der von dem Sensor 112 gelieferten
Messsignale 128. Ferner empfängt des Programmmodul 122 Sensor-Positionssignale 130 von
der Robotersteuerung 116. Die Sensor-Positionssignale 130 geben
die aktuelle Position des Sensors 112 an. Das Programmmodul 122 wertet
die Messsignale 128 aus und berechnet die Schichtdicken
der Trägerschicht 102,
der Schaumschicht 104 und der Dekorschicht 106 des
Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 100 an der durch die
Sensor-Positionssignale 130 gegebenen
Position.
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Das
Programmmodul 122 gibt die entsprechenden Werte 132 der
durch die Auswertung der Messsignale 128 erhaltenen Dicken
an das Programmmodul 124 aus. Das Programmmodul 124 greift
für die
Berechnung der für
die Bearbeitung an der betreffenden Position erforderlichen Laserenergie
auf die in dem Speicher 134 der Steuerung 118 gespeicherte
Tabelle 136 zu. In dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel
beinhaltet die Tabelle 136 drei schichtspezifische Materialparameter
P1, P2 und P3, wobei der Parameter P1 dem Material ABS und damit
der Trägerschicht 102,
der Parameter P2 dem Material PU und damit der Schaumschicht 104 und
der Parameter P3 dem Material PVC und damit der Dekorschicht 106 zugeordnet
ist.
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Das
Programmmodul 124 berechnet die für die Bearbeitung erforderliche
Laserenergie beispielsweise indem die für die Trägerschicht 102 gemessene
Dicke mit den Parameter P1, die für die Schaumschicht 104 ermittelte
Dicke mit dem Parameter P2 und die für die Dekorschicht 106 ermittelte
Dicke mit dem Parameter P3 multipliziert werden. Durch Summation
der einzelnen Produkte berechnet das Programmmodul 124 einen
Wert, der der erforderlichen Laserenergie für die betrachtete Position
entspricht.
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Wenn
beispielsweise die Trägerschicht 102 und
die Schaumschicht 104 vollständig durchtrennt werden sollen,
die Dekorschicht 106 aber nur teilweise durchtrennt werden
soll, um eine Vorschwächung zu
erreichen, so wird dies bei der Berechnung der Laserenergie dadurch
berücksichtigt,
dass von der gemes senen Schichtdicke der Dekorschicht 106 ein vorgegebener
Betrag abgezogen wird, der der gewünschten verbleibenden Restdicke
der Dekorschicht 106 nach der Bearbeitung entspricht.
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Die
von dem Programmmodul 124 berechnete Laserenergie wird
zunächst
in dem Speicher 134 zusammen mit der dazugehörigen Position
gespeichert, um zu einem späteren
Zeitpunkt den Laser 108 entsprechend anzusteuern. Alternativ
wird unmittelbar, nachdem das Berechnungsergebnis der erforderlichen
Laserenergie vorliegt, der Laser 108 über das Programmmodul 126 entsprechend
angesteuert, um das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 100 an
der betreffenden Position mit der berechneten Laserenergie zu beaufschlagen.
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Beispielsweise
kann das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil 100 zunächst entlang
der zu bearbeitenden Positionen mit dem Sensor 112 kontinuierlich,
quasi kontinuierlich oder an diskreten Positionen abgetastet werden.
Die so erhaltenen positionsabhängigen
Werte 132 werden dann zunächst in dem Speicher 134 gespeichert,
um zu einem späteren Zeitpunkt
die Berechung der Laserenergie vorzunehmen. Alternativ wird gleich
nach der Messung auch die Berechnung der Laserenergie durchgeführt und die
positionsabhängig
erforderliche Laserenergie in dem Speicher 134 gespeichert.
Als weitere Alternative wird das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil
unmittelbar nachdem das Berechnungsergebnis des Programmmoduls 124 vorliegt,
durch Ansteuerung des Lasers 108 von dem Programmmodul 126 mit der
für die
Bearbeitung erforderliche Laserenergie beaufschlagt.
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Beispielsweise
erzeugt das Programmmodul 126 ein Ein-/Ausschaltsignal
für den
Laser 108. Wenn der Laser 108 einen Laserstrahl
einer im wesentlichen konstanten Leistung liefert, so muss zur Beaufschlagung
einer bestimmten Position des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 100 mit
der berechneten Laserenergie der Laser 108 für eine bestimmte Zeit
auf die betreffende Position gerichtet werden. Es ist auch möglich, dass
das Programmmodul 126 ein Signal für die Robotersteuerung 116 abgibt,
so dass der Laser 108 mehr oder weniger schnell relativ
zu dem Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil bewegt wird. Die Geschwindigkeit
der Relativbewegung entspricht dabei der jeweils erforderlichen
Laserenergie, das heißt
bei einer langsamen Relativbewegung erfolgt eine Beaufschlagung
mit einer größeren Laserenergie
als bei einer schnellen Relativbewegung. Mit anderen Worten kann
das Programmmodul 126 eine Modulation des Geschwindigkeitsprofils
vorgeben, mit dem der Laser 108 entlang des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 100 bewegt
wird, so dass positionsabhängig
der Eintrag von Laserenergie entsprechend der vorherigen Berechnung
moduliert wird.
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Die 2 zeigt
das von dem Sensor 112 gelieferte Messsignal 128 (vgl. 1),
wenn der Sensor 112 entlang des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 100 bewegt
wird. Das Messsignal 118 hat einen Signalanteil 138,
der die Dicke der Dekorschicht 106 repräsentiert. Das Messsignal 128 hat
einen weiteren Signalanteil 140, der die Dicke der Schaumschicht 104 repräsentiert
sowie einen Signalanteil 142, der die Dicke der Trägerschicht 102 repräsentiert.
Die Signalanteile 138, 140 und 142 werden
von dem Programmmodul 122 ausgewertet, um die positionsabhängigen Dicken
der Trägerschicht 102,
der Schaumschicht 104 und der Dekorschicht 106 zu
ermitteln. Für
jede abgetastete Position des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 100 gibt
also das Programmmodul 122 vier Werte aus, nämlich die
Koordinaten der Position sowie die Dicke der Dekorschicht 106,
der Schaumschicht 104 und der Trägerschicht 102 an
dieser Position.
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Für jede Position
wird die für
die Bearbeitung erforderliche Laserenergie festgestellt, indem die
jeweiligen Dicken mit den Materialparametern der Tabelle 136 multipliziert
werden und die Produkte summiert werden. Der so erhaltene Wert ist
der für
die Bearbeitung erforderlichen Laserenergie proportional und kann
in ein Zeitsignal für
das Ein-/Ausschalten des Laserstrahls oder ein Geschwindigkeitssignal
für die
Geschwindigkeit der Relativbewegung des Lasers 108 zu dem
Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 100 umgesetzt werden.
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Ferner
kann dieser Wert auch zur Ansteuerung eines Schrittmotors dienen,
um den Laserstrahl schrittweise von einer Position zu der nächsten abgetasteten
Position zu bewegen, wobei die Verweilzeit bei einer Position durch
die Berechung der erforderlichen Laserenergie bestimmt wird.
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Die 3 zeigt
den berechneten Verlauf der erforderlichen Laserenergie entlang
des zuvor abgetasteten Bereichs auf der Grundlage der Signale gemäß 2.
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Die 4 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der Vorrichtung der 1. Elemente der 4,
die Elementen der 1 entsprechen, sind mit denselben
Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Im
Unterschied zu der Ausführungsform
der 1 sind bei der Ausführungsform der 4 der Laser 108 bzw.
ein Laserkopf und der Sensor 112 auf demselben Arm 144 eines
Roboters montiert. Der Sensor 112 befindet sich dabei in
Bewegungsrichtung vor dem Laserkopf, so dass die erforderlichen Berechungen
betreffend die Laserenergie bereits abgeschlossen sind, wenn der
Laserkopf 108 eine zu bearbeitende Position erreicht.
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Die 5 zeigt
ein Flussdiagramm einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In dem Schritt 200 werden die Schichtdicken des zu bearbeitenden
Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils an einer bestimmten Position
gemessen. Mit Hilfe der Schichtdicken und schichtspezifischer Parameter
wird dann in dem Schritt 202 die für eine Bearbeitung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils
erforderliche Laserleistung bestimmt.
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Wenn
es sich bei der Bearbeitung um eine Vorschwächung handelt, so wird beispielsweise
die berechnete Schichtdicke derjenigen Schicht, die nur teilweise
durchtrennt werden soll, um den Betrag vermindert, der nach der
Bearbeitung zur Bildung einer Soll-Bruchstelle stehen bleiben soll.
Zur Berechnung der Laserleistung an der bestimmten Position werden also
beispielsweise die Schichtdicken mit ihren schichtspezifischen Parametern
multipliziert und die einzelnen Produkte dann aufsummiert. Das Ergebnis ist
ein Wert, der der erforderlichen Laserleistung proportional ist.
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In
dem Schritt 204 erfolgt eine Beaufschlagung mit der so
bestimmten Laserleistung, indem die Position während eines bestimmten Zeitraums
mit einer Laserleistung beaufschlagt wird, so dass insgesamt die
berechnete Laserenergie erreicht wird.
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- 100
- Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil
- 102
- Trägerschicht
- 104
- Schaumschicht
- 106
- Dekorschicht
- 108
- Laser
- 110
- Arm
- 112
- Sensor
- 114
- Arm
- 116
- Robotersteuerung
- 118
- Steuerung
- 120
- Prozessor
- 122
- Programmmodul
- 124
- Programmmodul
- 126
- Programmmodul
- 128
- Messsignal
- 130
- Sensor-Positionssignal
- 132
- Werte
- 134
- Speicher
- 136
- Tabelle
- 138
- Signalanteil
- 140
- Signalanteil
- 142
- Signalanteil
- 144
- Arm