DE102008057309B3

DE102008057309B3 - Verfahren und Laserbearbeitungsmaschine zum Ermitteln einer Dejustage einer Pulverzufuhrdüse der Laserbearbeitungsmaschine

Info

Publication number: DE102008057309B3
Application number: DE102008057309A
Authority: DE
Inventors: Markus Pieger; Sebastian Kaufmann; Philip Anthony Caroll
Original assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Current assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2009-12-03
Anticipated expiration: 2028-11-14
Also published as: CN102245343A; US8987634B2; WO2010054642A1; CN102245343B; US20110220621A1

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln einer Dejustage einer Pulverzufuhrdüse (4), über die ein Pulver (3) als Zusatzwerkstoff einer Laserbearbeitung auf ein Werkstück (5) geführt wird, relativ zu einem Laserstrahl (2) ist vorgesehen, dass auf dem Werkstück (5) in mindestens zwei unterschiedlichen Richtungen eine Teststruktur mittels Pulverauftragschweißens mit gleich bleibenden Auftragparametern und ohne Relativdrehung zwischen Pulverzufuhrdüse (4) und Laserstrahl (2) aufgebaut wird, dass die in den unterschiedlichen Richtungen aufgebauten Höhen und/oder Wandstärken der Teststruktur gemessen werden, und dass die Richtung und ggf. ein Maß einer Dejustage der Pulverzufuhrdüse (4) relativ zum Laserstrahl (2) anhand der Unterschiede der in den unterschiedlichen Richtungen gemessenen Höhen und/oder Wandstärken ermittelt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft sowohl ein Verfahren zum Ermitteln einer Dejustage einer Pulverzufuhrdüse, über die ein Pulver als Zusatzwerkstoff einer Laserbearbeitung auf ein Werkstück geführt wird, relativ zu einem Laserstrahl als auch eine Maschine zur Laserbearbeitung eines Werkstückes mittels eines Laserstrahls mit einer Pulverzufuhrdüse zum Zuführen eines Pulvers als Zusatzwerkstoff auf das Werkstück und mit einem Laserbearbeitungskopf zum Richten des Laserstrahls auf das Werkstück.
Bei der Lasermaterialbearbeitung unter Verwendung eines pulverförmigen Zusatzwerkstoffes, wie beispielsweise beim Pulverauftragschweißen bzw. Laser Metal Deposition (LMD), wird das Pulver über die Energieeinbringung eines Laserstrahls auf ein Substrat aufgebracht. Über das Nebeneinander- und Übereinanderlegen einzelner Pulverbahnen zu einzelnen Schichten und/oder Schichtpaketen können nahezu beliebige 2- und 3-dimensionale Flächen bzw. Volumina hergestellt werden. Beim Pulvertragauftragschweißen ist die Güte der Schicht dabei insbesondere auch von der Justage des Pulverfokus zum Laserstrahl sowie von der Pulverqualität abhängig. Für eine hohe Genauigkeit der so hergestellten Bauteile, insbesondere beim Aufbau mehrerer Schichten übereinander, sind gleichmäßige, reproduzierbare Schichtcharakteristika und/oder deren Anpassung während des Prozesses erforderlich.
Eine Möglichkeit besteht darin, eine geeignete Prozessüberwachung und -regelung zu implementieren. Die US 2004/0133298 A1 offenbart hierzu ein Verfahren, bei dem die Schichteigenschaften, wie Abmessungen, die Erstarrungsrate und/oder die Rauheit erfasst und auf Basis der Messung die Prozessparameter Laserleistung und Vorschubgeschwindigkeit angepasst werden. Alternativ gibt die US 6,459,951 B1 ein Verfahren an, bei dem über die Prozesstemperatur neben Laserleistung und Vorschubgeschwindigkeit auch die Pulverrate reguliert werden kann. Auf eine Justage des Pulver- und Laserstrahlfokus zueinander bzw. des Pulverauftreffpunkts zum Laserstrahl auf der Werkstückoberfläche wird hierbei nicht eingegangen. Dies führt insofern zu Problemen, als dass ein dejustierter Pulverfokus bzw. Pulverauftreffpunkt bei Richtungsänderungen in unterschiedlichen Schichtaufbauraten resultiert, die über die beschriebenen Prozessüberwachungs- und -regelungseinrichtungen nicht befriedigend ausgeglichen werden können. Die bisherigen Lösungen zur Justage von Pulverfokus und Laserstrahl zueinander sehen jedoch vornehmlich manuelle Einstellungen vor, so dass hier geschultes Fachpersonal erforderlich ist und eine Reproduzierbarkeit nur eingeschränkt gewährleistet werden kann.
DE 10 2004 034 777 A1 offenbart weiterhin eine Vorrichtung zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks, bei der eine Pulverzuführdüse mittels einer Justageeinheit manuell relativ zu einem Laserstrahl eingestellt werden kann. An oder in einer Schweißdüse ist ein Pulververteiler angeordnet, von dem Zuleitungen zwischen den Pulvereintrittsöffnungen im Pulververteiler und Pulveraustrittsöffnungen im Düsenkörper in der Weise angeordnet sind, dass eine gleichmäßige Verteilung des Pulver-Gas-Gemisches über den Umfang des Laserstrahls entsteht.
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Ermitteln einer Dejustage einer Pulverzufuhrdüse relativ zu einem Laserstrahl anzugeben, um dann basierend auf diesem Ergebnis geeignete Maßnahmen vornehmen zu können, sowie eine zum Durchführen dieses Verfahrens geeignete Laserbearbeitungsmaschine bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Ermitteln einer Dejustage einer Pulverzufuhrdüse, über die ein Pulver als Zusatzwerkstoff einer Laserbearbeitung auf ein Werkstück geführt wird, relativ zu einem Laserstrahl, wobei auf dem Werkstück in mindestens zwei unterschiedlichen Richtungen eine Teststruktur mittels Pulverauftragschweißens mit gleich bleibenden Auftragparametern und ohne Relativdrehung zwischen Pulverzufuhrdüse und Laserstrahl aufgebaut wird, wobei die in den unterschiedlichen Richtungen aufgebauten Höhen und/oder Wandstärken der Teststruktur gemessen werden, und wobei die Richtung und ggf. ein Maß einer Dejustage der Pulverzufuhrdüse relativ zum Laserstrahl anhand der Unterschiede der in den unterschiedlichen Richtungen gemessenen Höhen und/oder Wandstärken ermittelt werden.
Unter „unterschiedlichen Richtungen” werden im Rahmen dieser Anmeldung zwei Richtungen auf der ebenen Werkzeugoberfläche verstanden, die weder kollinear noch zueinander parallel verlaufen.
Erfindungsgemäß nehmen bei der Teststruktur Pulver- und Laserfokus bei Dejustage zumindest zwei unterschiedliche Positionen in Bezug zur Kontur der Teststruktur ein, ohne dass neben der zur Konturabfahrung der Teststruktur benötigten Relativbewegung weitere Bewegungskomponenten erfolgen. Mit anderen Worten weist bei der Teststruktur der Pulverfokus bezogen auf ein laserstrahleigenes Koordinatensystem eine zum Laserstrahl konstante Raumbeziehung auf, während die Relativlage des Pulverfokus zum Laserstrahl bezogen auf die abzufahrende Kontur der Teststruktur jedoch zumindest zwei unterschiedliche Positionen einnimmt.
Erfindungsgemäß wird auf einem Werkstück eine Teststruktur bzw. -geometrie mittels Pulverauftragschweißens aufgebaut und vermessen, und über ortsaufgelöste Höhenunterschiede im Schichtaufbau dann die Dejustage ermittelt. Die Erfindung macht sich die Eigenschaft zunutze, dass bei gleich bleibenden Auftragparametern ein dem Laserstrahl nachlaufender Pulverfokus einen maximal hohen Schichtaufbau und ein dem Laserstrahl vorlaufender Pulverfokus einen minimal hohen Schichtaufbau erzeugt. Über eine Teststruktur auf dem Werkstück, die vorzugsweise alle möglichen Relativpositionen von Pulverfokus und Laserstrahl aufweist, und anschließende Vermessung der Teststruktur kann über den Betrag der Höhendifferenz sowie deren Richtungsverteilung die Lage des Pulverfokus zum Laserstrahl bestimmt und somit eine Dejustage festgestellt werden.
Die Höhen und Wandstärken der aufgebauten Teststruktur können an sich mit jedem hierfür geeigneten bekannten Messverfahren gemessen werden. Besonders geeignet ist das so genannte Lichtschnittverfahren, also ein Verfahren der optischen 3-D-Messtechnik, das die Vermessung eines Höhenprofils entlang einer projizierten Lichtlinie ermöglicht und auf dem Prinzip der Triangulation basiert. Ein zugehöriger Lichtschnittsensor besteht aus einem Linienprojektor (meist mit einem Laser als Lichtquelle), der eine möglichst schmale und helle Linie auf das Messobjekt projiziert, sowie einer elektronischen Kamera, die die Projektion der Linie auf dem Objekt beobachtet. Die Verschiebung der Linie im Kamerabild wird mit den Methoden der Photogrammetrie in 3-D-Koordinaten umgerechnet.
Vorzugsweise wird als Teststruktur auf dem Werkstück eine in sich geschlossene ringförmige, insbesondere kreisrunde oder ellipsenförmige Wand aufgebaut, und zwar vorteilhaft mit einer maximalen Ausdehnung bzw. einem maximalen Durchmesser von 30 bis 50 mm. Bei einer solchen kreisrunden oder ellipsenförmigen Wand werden aufgrund der ringförmigen Bewegungsbahn der Pulverzufuhrdüse alle möglichen Relativpositionen von Pulverfokus und Laserstrahl realisiert.
Alternativ können anstelle von ringförmigen Strukturen auch mehrere Wände oder Stege in unterschiedlichen Koordinatenrichtungen bzw. Winkellagen als Teststruktur aufgebaut werden, die sich in den unterschiedlichen Richtungen erstrecken. Die Genauigkeit hängt hierbei von der Anzahl der Stege mit unterschiedlichen Richtungen ab. Eine weitere Alternative basiert auf einem Vergleich einer neu geschweißten Geometrie mit Referenzgeometrien mit unterschiedlichen, bekannten Defekten, die in einer Matrix hinterlegt sind.
Besonders bevorzugt werden die Richtung und ggf. ein Maß einer erforderlichen Justage der Pulverzufuhrdüse relativ zum Laserstrahl anhand der Unterschiede der in den unterschiedlichen Richtungen gemessenen Höhen und/oder Wandstärken gewählt und dann die notwendige Justage vorgenommen. Kann das Maß der notwendigen Verstellung der Pulverzufuhrdüse in Abhängigkeit des Höhenunterschieds nicht genau angegeben, sondern nur abgeschätzt werden, so kann die Justage auch in mehreren Iterationsschritten, vorteilhafterweise in nicht mehr als drei Schritten, erfolgen.
Die Justage der Pulverzufuhrdüse erfolgt entweder automatisch über Verstellantriebe, insbesondere elektrisch, oder manuell durch den Bediener, der beispielsweise die Korrekturrichtung angezeigt bekommt und eine entsprechende Verstellung der Pulverzufuhrdüse vornimmt.
Bevorzugt wird die Pulverzufuhrdüse relativ zum Laserstrahl in derjenigen von den unterschiedlichen Richtungen justiert, in der die größte Höhe der aufgebauten Teststruktur gemessen wurde, also der höchste Schichtaufbau erzielt wurde. Liegt diese Richtung nicht in einer der beiden Justageachsen der Pulverzufuhrdüse, wird die notwendige Verstellbewegung der Pulverzufuhrdüse über eine Winkelfunktion auf die zwei Justageachsen verteilt. Mit anderen Worten lässt sich durch eine geeignete Auswertung aus dem maximalen Höhenunterschied eine geeignete Zustellung der Pulverzufuhrdüse für eine oder für beide Justageachsen vorgeben. Je nach Höhendifferenz und geforderter Auflösung bzw. tolerierbarer Höhenunterschiede, die auch von der Gesamtzahl der Schichten und der somit zu berücksichtigenden Addition der Abweichungen abhängig sind, werden die Zustellungen entweder inkrementell oder stufenlos vorgenommen.
Vorzugsweise erfolgt die Justage der Pulverzufuhrdüse relativ zum Laserstrahl anhand der gemessenen Höhen und/oder Wandstärken automatisiert nach einem entsprechenden Algorithmus.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt neben der Düsenjustage aber auch eine Ableitung des Auftretens weiterer Einflussfaktoren auf die Schichtgüte zu. So kann bei justierter Düse und dennoch unterschiedlichem Aufbauergebnis, das beispielsweise auf eine infolge der Düsenjustage festgelegte statistische Aufbauhöhe bezogen wird, auf Qualitätsabweichungen im Pulver geschlossen werden. Insbesondere nach einem Chargenwechsel kann so die Qualität des Pulvers geprüft werden. Kommt es innerhalb einer Pulvercharge zu Abweichungen in der Höhe, so kann ein Problem mit der Strahlquelle bzw. Strahlführung und/oder Strahlformung und/oder der Pulverzuführung angenommen werden. Die zugehörige Laserbearbeitungsmaschine sollte mit entsprechenden Mitteln zur Überwachung und Identifizierung von Parameterabweichungen ausgerüstet sein, um solche Korrelationen bestimmen zu können.
Die Erfindung betrifft auch eine zur Durchführung des oben beschriebenen Feststellung- bzw. Justageverfahren geeignete Maschine zur Laserbearbeitung eines Werkstückes mittels eines Laserstrahls mit einer Pulverzufuhrdüse zum Zuführen eines Pulvers als Zusatzwerkstoff auf das Werkstück und mit einem Laserbearbeitungskopf zum Richten des Laserstrahls auf das Werkstück, wobei die Laserbearbeitungsmaschine erfindungsgemäß eine Messeinrichtung zum Messen der Höhen und/oder Wandstärken einer auf ein Werkstück mittels Pulverauftragschweißens aufgebrachten Auftragstruktur und eine Auswerteeinrichtung aufweist, die anhand der gemessenen Höhen und/oder Wandstärken einer in mindestens zwei unterschiedlichen Richtungen auf das Werkstück mit gleich bleibenden Auftragparametern und ohne Relativdrehung zwischen Pulverzufuhrdüse und Laserstrahl aufgebrachten Teststruktur die Richtung und ggf. ein Maß einer Dejustage der Pulverzufuhrdüse relativ zum Laserstrahl ermittelt.
Vorzugsweise weist die Messeinrichtung einen oder mehrere Sensoren, wie z. B. Triangulationssensoren oder optische Distanzsensoren, auf, um die Höhe der aufgebauten Teststruktur zu messen und die Werte an die Auswerteeinheit zu übergeben. Über die Auswerteeinheit werden die Richtung und ggf. ein Maß der vorhandenen Dejustage berechnet. Um mit diesen Sensoren eine Vermessung zu ermöglichen, sollte die Höhe der aufgebauten Teststruktur eine definierte Höhe, die beispielsweise durch die Auflösung des Messmittels limitiert ist, nicht übersteigen.
Besonders bevorzugt ist die Pulverzufuhrdüse durch die äußere Ringöffnung einer Koaxialdüse gebildet, wobei der Laserstrahl durch die innere Öffnung der Koaxialdüse hindurchtritt.
Vorzugsweise weist die Laserbearbeitungsmaschine eine Justageeinrichtung zum Verstellen der Pulverzufuhrdüse relativ zum Laserstrahl auf, wobei die Auswerteeinrichtung anhand der gemessenen Höhen und/oder Wandstärken einer in mindestens zwei unterschiedlichen Richtungen auf das Werkstück mit gleich bleibenden Auftragparametern und ohne Relativdrehung zwischen Pulverzufuhrdüse und Laserstrahl aufgebrachten Teststruktur die Richtung und ggf. ein Maß einer erforderlichen Justage der Pulverzufuhrdüse relativ zum Laserstrahl als Stellgrößen für die Justageeinrichtung ermittelt.
Die Erfindung betrifft schließlich auch noch ein Computerprodukt, welches Codemittel aufweist, die zum Durchführen aller Schritte des oben genannten Verfahrens angepasst sind.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine Pulverzufuhrdüse der Laserbearbeitungsmaschine;
2 eine mit der Laserbearbeitungsmaschine hergestellte kreisrunde Teststruktur zum Justieren der Pulverzufuhrdüse; und
3 und 4 weitere Beispiele von Teststrukturen.
Die in 1 gezeigte Laserbearbeitungsmaschine 1 dient zur Materialbearbeitung von Werkstücken mittels eines Laserstrahls 2 und eines Pulvers (z. B. Metallpulver) 3, welches als Zusatzwerkstoff über eine Pulverzufuhrdüse 4 der Maschine 1 auf ein zu bearbeitendes Werkstück 5 zugeführt wird.
Die Maschine 1 umfasst einen Laserbearbeitungskopf 6 zum Richten des Laserstrahls 2 in z-Richtung auf das Werkstück 5, wobei der Laserbearbeitungskopf 6 eine über Stellmotoren angetriebene Justage- oder Verstelleinrichtung 7 zum Verschieben der Pulverzufuhrdüse 4 in x- und y-Richtung und damit zum Laserstrahl 2 aufweist. Die Pulverzufuhrdüse 4 ist unten am Laserbearbeitungskopf 6 vorgesehen und im gezeigten Ausführungsbeispiel als Koaxialdüse mit einer inneren Öffnung 8, durch die der Laserstrahl 2 hindurchtritt, und mit einer äußeren Ringöffnung 9, durch die das Pulver 3 auf das Werkstück 5 aufgebracht wird, ausgebildet. Unten am Laserbearbeitungskopf 6 ist weiterhin eine Messeinrichtung 10 mit mehreren Sensoren 11 zur Höhenvermessung des Werkstücks 5 vorgesehen.
Bei der Lasermaterialbearbeitung unter Verwendung des Pulvers 3, wie beispielsweise beim Laserschweißen oder beim Pulverauftragschweißen, hängt die Qualität der Bearbeitung wesentlich von der kollinearen Ausrichtung des Auftreffpunkts (Pulverfokus) 12 des Pulvers 3 auf dem Werkstück 5 zum Laserstrahl 2 ab. Sind beispielsweise beim Pulverauftragschweißen der auf dem Werkstück 5 ausgebildete Pulverfokus 12 nicht kollinear zum Laserstrahl 2 ausgerichtet, also im gezeigten Ausführungsbeispiel die Pulverzufuhrdüse 4 nicht kollinear zum Laserstrahl 2 ausgerichtet, erzeugt ein dem Laserstrahl 2 nachlaufender Pulverfokus 12 einen maximal hohen Schichtaufbau und ein dem Laserstrahl 2 vorlaufender Pulverfokus 12 einen minimal hohen Schichtaufbau.
Um eine Abweichung des Pulverfokus 12 von der kollinearen Ausrichtung zum Laserstrahl 2 und damit eine Dejustage der Pulverdüse 4 zu ermitteln und diese Dejustage anschließend zu korrigieren, wird wie folgt vorgegangen: Auf einer ebenen Fläche des Werkstücks 5 wird mit der Maschine 1 mittels Pulverauftragschweißens die in 2 gezeigte Teststruktur 20 in Form einer in sich geschlossenen kreisrunden Wand 21 entgegen dem Uhrzeigersinn aufgebaut, und zwar mit gleich bleibenden Auftragparametern und ohne Relativdrehung zwischen Pulverzufuhrdüse 4 und Laserstrahl 2 um die z-Achse oder eine dazu parallele Achse. Mit anderen Worten weist bei der Teststruktur 20 der Pulverfokus 12 bezogen auf ein laserstrahleigenes Koordinatensystem eine zum Laserstrahl 2 konstante Raumbeziehung auf.
Beim Auftragen dieser kreisrunden Wand 21 werden für den Fall eines nicht kollinear zum Laserstrahl 2 ausgerichteten Pulverfokus 12 alle möglichen Relativpositionen von Pulverfokus 12 und Laserstrahl 2 entlang der Teststruktur 20 eingenommen, so dass in derjenigen Auftragrichtung, in der der Pulverfokus 12 dem Laserstrahl 2 in Vorschubrichtung direkt nachläuft, die Höhe H der Wand 21 maximal und in derjenigen Auftragrichtung, in der der Pulverfokus 12 dem Laserstrahl 2 in Vorschubrichtung direkt vorläuft, die Höhe H der Wand 21 minimal ist. Mithilfe der Messeinrichtung 10 wird die Höhe H der kreisrunden Wand 21 ortsaufgelöst vermessen. Mithilfe einer elektronischen Auswerteeinrichtung 13 (1) wird anhand der Messdaten bzw. des daraus ermittelten Höhenprofils die Relativlage des Pulverfokus 12 und damit die Relativlage der Pulverzufuhrdüse 4 zum Laserstrahl 2 ermittelt und im Fall einer Dejustage daraus die Richtung und ggf. ein Maß einer erforderlichen Justage der Pulverzufuhrdüse 4 zum Laserstrahl 2 als Stellgrößen für die Stellmotoren der Justageeinrichtung 7 bestimmt. Die erforderliche Justage der Pulverzufuhrdüse 4 erfolgt somit vollautomatisiert.
In 2 sind beispielhaft die im 45°-Winkelabstand gemessenen Höhendaten der kreisrunden Wand 21 angegeben. Anhand der maximalen Höhendifferenz von 1 mm in der y-Richtung und einer minimalen Höhendifferenz von 0,15 mm in der x-Richtung wird für die Pulverzufuhrdüse 4 eine Dejustage – und somit eine erforderliche Korrekturverstellung – beispielsweise von –300 μm in x-Richtung und von –20 μm in y-Richtung ermittelt. Vorzugsweise erfolgt die erforderliche Korrekturverstellung in derjenigen Bewegungsrichtung der Pulverzufuhrdüse 4, in der die größte Höhe der aufgebauten kreisrunden Wand 21 gemessen wurde. Im Beispielsfall wurde die maximale Wandhöhe H_max von 6,21 mm bei 270° gemessen, also bei einer Bewegung der im Uhrzeigersinn bewegten Pulverzufuhrdüse 4 in (–x)-Richtung.
Mit der in 2 gezeigten runden Teststruktur 20 werden alle Bewegungsrichtungen der Pulverzufuhrdüse 4 zum Laserstrahl 2 erfasst, und folglich können daraus die Korrekturparameter für eine erforderliche Justage ermittelt werden. Bei einer kreisrunden Teststruktur 20, die theoretisch alle bzw. praktisch je nach Auflösung ausreichend Relativpositionen wiedergibt, ist die Zustellrichtung exakt ermittelbar, nicht aber zwingend der Betrag der Zustellung, der von einer Vielzahl von Applikationsbedingungen abhängig ist und daher im Allgemeinen eine Näherung über mehrere Iterationsschritte erforderlich macht.
In 3 ist auf dem Werkstück 5 mittels Pulverauftragschweißens eine rechteckige Teststruktur 30 mit vier Wänden 31a–31d aufgebaut, die sich nur in zwei unterschiedlichen Richtungen (x, y) erstrecken. Aus den gemessenen Höhen der Wände 31a–31d können die Korrekturparameter für die Pulverzufuhrdüse 4 in x- und y-Richtung ermittelt werden, wobei im Allgemeinen mehrere Iterationsschritte für eine exakte Ausrichtung erforderlich sind.
In 4 ist auf dem Werkstück 5 mittels Pulverauftragschweißens eine sternförmige Teststruktur 40 mit vier Wänden 41a–41d aufgebaut, die sich in vier unterschiedlichen Richtungen (x, y, zwei Diagonale) erstrecken. Aus den gemessenen Höhen der Wänden 41a–41d können die Korrekturparameter für die Pulverzufuhrdüse 4 – ggf. mittels geeigneter Interpolationen – in x- und y-Richtung ermittelt werden, wobei im Allgemeinen mehrere Iterationsschritte für eine exakte Ausrichtung erforderlich sind.
Zusätzlich oder alternativ zur Messung der Höhen der Teststrukturen 11, 30, 40 kann auch die Wandstärke D der Teststrukturen 11, 30, 40 vermessen werden.

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Dejustage einer Pulverzufuhrdüse (4), über die ein Pulver (3) als Zusatzwerkstoff einer Laserbearbeitung auf ein Werkstück (5) geführt wird, relativ zu einem Laserstrahl (2), wobei auf dem Werkstück (5) in mindestens zwei unterschiedlichen Richtungen eine Teststruktur (20; 30; 40) mittels Pulverauftragschweißens mit gleich bleibenden Auftragparametern und ohne Relativdrehung zwischen Pulverzufuhrdüse (4) und Laserstrahl (2) aufgebaut wird, wobei die in den unterschiedlichen Richtungen aufgebauten Höhen (H) und/oder Wandstärken (D) der Teststruktur (20; 30; 40) gemessen werden, und wobei die Richtung einer Dejustage der Pulverzufuhrdüse (4) relativ zum Laserstrahl (2) anhand der Unterschiede der in den unterschiedlichen Richtungen gemessenen Höhen (H) und/oder Wandstärken (D) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhen (H) der aufgebauten Teststruktur (20; 30; 40) in den unterschiedlichen Richtungen mittels eines Lichtschnittverfahrens gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Teststruktur (20) auf dem Werkstück (5) eine ringförmige, insbesondere kreisrunde oder ellipsenförmige Wand (21) aufgebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Teststruktur (30; 40) auf dem Werkstück (5) mehrere Wände (31; 41) aufgebaut werden, die sich in den unterschiedlichen Richtungen erstrecken.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung einer erforderlichen Justage der Pulverzufuhrdüse (4) relativ zum Laserstrahl (2) anhand der Unterschiede der in den unterschiedlichen Richtungen gemessenen Höhen (H) und/oder Wandstärken (D) gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverzufuhrdüse (4) relativ zum Laserstrahl (2) in derjenigen von den unterschiedlichen Richtungen justiert wird, in der die größte Höhe (H_max) der aufgebauten Teststruktur (20; 30; 40) gemessen wurde.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Justage der Pulverzufuhrdüse (4) relativ zum Laserstrahl (2) anhand der gemessenen Höhen (H) und/oder Wandstärken (D) automatisiert erfolgt.
Maschine (1) zur Laserbearbeitung eines Werkstückes (5) mittels eines Laserstrahls (2), mit einer Pulverzufuhrdüse (4) zum Zuführen eines Pulvers (3) als Zusatzwerkstoff auf das Werkstück (5), und mit einem Laserbearbeitungskopf (6) zum Richten des Laserstrahls (2) auf das Werkstück (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbearbeitungsmaschine (1) weiterhin aufweist: eine Messeinrichtung (10) zum Messen von Höhen (H) und/oder Wandstärken (D) eines Werkstücks (5), und eine Auswerteeinrichtung (13), die anhand der gemessenen Höhen (H) und/oder Wandstärken (D) einer in mindestens zwei unterschiedlichen Richtungen auf das Werkstück (5) mit gleich bleibenden Auftragparametern und ohne Relativdrehung zwischen Pulverzufuhrdüse (4) und Laserstrahl (2) aufgebrachten Teststruktur (20; 30; 40) die Richtung einer Dejustage der Pulverzufuhrdüse (4) relativ zum Laserstrahl (2) ermittelt.
Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (10) einen oder mehrere Sensoren (11), insbesondere Triangulationssensoren, aufweist.
Maschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Laserbearbeitungskopf (6) der Laserbearbeitungsmaschine (1) die Pulverzufuhrdüse (4) und/oder die Messeinrichtung (10) vorgesehen sind.
Maschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverzufuhrdüse (4) als Koaxialdüse mit einer inneren Öffnung (8), durch die der Laserstrahl (2) hindurchtritt, und mit einer äußeren Ringöffnung (9), durch die das Pulver (3) auf das Werkstück (5) aufgebracht wird, ausgebildet ist.
Maschine nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Justageeinrichtung (7) zum Verstellen der Pulverzufuhrdüse (4) relativ zum Laserstrahl (2) vorgesehen ist, wobei die Auswerteeinrichtung (13) anhand der gemessenen Höhen (H) und/oder Wandstärken (D) einer in mindestens zwei unterschiedlichen Richtungen auf das Werkstück (5) mit gleich bleibenden Auftragparametern und ohne Relativdrehung zwischen Pulverzufuhrdüse (4) und Laserstrahl (2) aufgebrachten Teststruktur (20; 30; 40) die Richtung einer erforderlichen Justage der Pulverzufuhrdüse (4) relativ zum Laserstrahl (2) als Stellgrößen für die Justageeinrichtung (7) ermittelt.
Computerprodukt, welches Codemittel aufweist, die zum Durchführen aller Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 angepasst sind.