DE102011009345B3

DE102011009345B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung einer Partikeldichteverteilung im Strahl einer Düse

Info

Publication number: DE102011009345B3
Application number: DE102011009345A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Mann Stefan; Dr. Pirch Norbert; Dr. Gasser Andres
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2012-08-02
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: WO2012100940A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung der Partikeldichteverteilung im Strahl einer Düse. Bei dem Verfahren wird der Strahl von der Seite oder durch die Düse hindurch mit einer Lichtquelle beleuchtet und von den Partikeln reflektierte optische Strahlung durch die Düse hindurch mit einer Kamera erfasst. Mit der Kamera werden dabei in zeitlicher Abfolge Bilder der reflektierten optischen Strahlung unterschiedlicher Schichten des Düsenstrahls aufgezeichnet, aus denen die Partikeldichteverteilung im Düsenstrahl bestimmt werden kann. Mit dem Verfahren und der zughörigen Vorrichtung lässt sich der Pulvergasstrahl einer Pulverdüse beim Laserstrahl-Auftragschweißen vollständig charakterisieren. Das Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen eine reproduzierbare Justage der Düse in der jeweiligen Anwendung. Die ermittelte Partikeldichteverteilung kann sowohl zur Qualitätssicherung als auch zur Prozessmodellierung verwendet werden.

Description

Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung einer Partikeldichteverteilung im Strahl einer Düse zur Förderung von Mehrphasenströmungen (Pulver, Tröpfchen, ...), wie sie bspw. beim Laserstrahl-Auftragschweißen eingesetzt wird.
Das Laserstrahl-Auftragschweißen hat sich als Verfahren zur Funktionalisierung von Oberflächen, zur Reparatur und Modifikation von Bauteilen sowie zur Herstellung von Neuteilen (Generieren) etabliert. Die wichtigsten Anwendungsgebiete umfassen den Maschinen-, Werkzeug-, Triebwerks- und Motorenbau. Beim Laserstrahl-Auftragschweißen wird ein pulverförmiger Zusatzwerkstoff über eine Düse auf das Werkstück aufgebracht und mit dem Laserstrahl aufgeschmolzen, so dass er sich schmelzmetallurgisch mit dem Grundwerkstoff des Werkstücks verbindet. Hierbei kommt der Pulverzufuhr über die Düse in das Schmelzbad eine entscheidende Bedeutung zu. Sie beeinflusst die Erstarrungsbedingungen und damit die entstehende Gefügestruktur, welche die mechanisch technischen Eigenschaften festlegt. Desweiteren wird durch die Pulverzufuhr der Pulvernutzungsgrad, die Oxidation durch die umgebende Atmosphäre und die Rauheit der aufgetragenen Schicht maßgeblich bestimmt. Zur Sicherstellung einer hohen Prozessqualität ist daher eine möglichst vollständige Charakterisierung des Pulvergasstrahls wünschenswert. Desweiteren stellt die Überlagerung von Pulvergasstrahl zum Laserstrahl eine wichtige Voraussetzung zur Erzielung eines guten Prozessergebnisses dar.
Die beim Laserstrahl-Auftragschweißen eingesetzten Düsen für die Zufuhr des Zusatzwerkstoffes erzeugen ausgehend von der Düsenausgangsöffnung einen sich verjüngenden Pulvergasstrahl, der einen Fokus ausbildet und sich anschließend wieder aufweitet. Die Düsen lassen sich in der Regel verstellen, um den Fokusdurchmesser, die Pulververteilung im Strahl sowie die räumliche Position und Ausdehnung des Fokus vor der Düsenausgangsöffnung verändern zu können. Bei der Einstellung bzw. Justage der Düse für die jeweilige Anwendung wird der Pulvergasstrahl bisher von der Seite fotografiert und anschließend anhand der Aufnahme die Justage der Düse vorgenommen. Hierbei ist man auf die optische Kontrolle durch erfahrene Prozesseinrichter angewiesen, um eine zufriedenstellende Prozessqualität zu erreichen.
Die US 6,995,334 B1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Größe eines Schmelzbades beim Laserstrahl-Auftragschweißen. Die Größe des Schmelzbades wird dabei mit einer Kamera durch die Düse hindurch erfasst.
Zekovic, S. et al., ”Experimental verification and Numerical Simulation of Gas Powder Flow From Radially Symmetric Nozzles in Laser-based Direct Metal deposition”, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 47, 2007, S. 112–123, befassen sich mit der experimentellen Untersuchung des Durchflusses von Gas-Pulver-Gemischen aus radialsymmetrischen Düsen beim Laserstrahl-Auftragschweißen. Die Aufzeichnung von Schichten des Strahls erfolgt dabei mit einer schichtförmigen Beleuchtung und einer seitlich zur Düse angeordneten Kamera.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erfassung der Partikeldichteverteilung im Strahl einer Düse anzugeben, die eine umfassende Charakterisierung der Düse bzw. des Düsenstrahls und damit eine reproduzierbare Justage der Düse ermöglichen.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren sowie der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 und 12 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Erfassung der Partikeldichteverteilung im Strahl einer Düse wird der Partikelstrahl von der Seite oder durch die Düse hindurch mit einer Lichtquelle beleuchtet und die von den Partikeln reflektierte optische Strahlung der Lichtquelle durch die Düse hindurch mit einer Kamera, vorzugsweise einer Hochgeschwindigkeitskamera, erfasst. Durch die Kamera werden dabei in zeitlicher Abfolge Bilder der reflektierten optischen Strahlung unterschiedlicher Schichten bzw. Ebenen des Strahls aufgezeichnet. Die Beleuchtung und/oder Aufzeichnung erfolgen somit derart, dass über die reflektierte Strahlung jeweils nur Partikel einer Schicht des Strahls deutlich in den Bildern der Kamera erkennbar sind bzw. von der Umgebung abgegrenzt werden können. Durch Anwendung der Vorgehensweise bei allen relevanten Ebenen kann die 3D-Partikeldichteverteilung erfasst werden. Der Einsatz einer Hochgeschwindigkeitskamera ermöglicht sehr kurze Belichtungszeiten und damit ein scharfes Abbilden einzelner Pulverpartikel.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird mit der Lichtquelle ein linienförmiges optisches Strahlprofil erzeugt, mit dem der Düsenstrahl seitlich beleuchtet wird. Das linienförmige optische Strahlprofil wird zur sequentiellen Beleuchtung der unterschiedlichen Schichten des Düsenstrahls eingesetzt, so dass durch die Kamera immer nur optische Reflexionen der Partikel erfasst werden, die sich in der gerade beleuchteten Schicht befinden. Der zur Beleuchtung eingesetzte optische Strahl mit dem linienförmigen Strahlprofil kann hierzu beispielsweise ausgehend vom Düsenausgang schrittweise von der Düse weg bewegt werden, wobei die jeweils beleuchtete Schicht vorzugsweise jeweils senkrecht zur Strahlachse des Düsenstrahls liegt. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird das linienförmige optische Strahlprofil mit einem Laserstrahl erzeugt. Die Länge des linienförmigen Strahlprofils sollte dabei größer als der Durchmesser der Düsenausgangsöffnung sein, um den Düsenstrahl in seiner gesamten Breite zu erfassen.
In einer weiteren Ausgestaltung kann der Düsenstrahl auch über einen größeren Bereich oder vollständig von der Seite oder koaxial zur Strahlrichtung durch die Düse hindurch beleuchtet werden. Die selektive Aufzeichnung der Partikeldichteverteilung in den einzelnen Schichten erfolgt dann durch Einsatz einer geeigneten Optik vor der Kamera, mit der sich eine geringe Tiefenschärfe entsprechend der Dicke der jeweils zu erfassenden Schicht einstellen lässt. Durch Verschieben des Schärfepunktes bzw. Fokus dieser Optik in Strahlrichtung oder entgegen der Strahlrichtung des Düsenstrahls lassen sich dann die unterschiedlichen Schichten mit der Kamera nacheinander scharf abbilden.
In beiden Ausgestaltungen sind in den einzelnen Bildern dann die Reflexionen an den momentan in der jeweiligen Schicht vorhandenen Partikeln als weiße Punkte oder Flecken gegenüber einer dunkleren Umgebung zu erkennen. Bei Einsatz einer Hochgeschwindigkeitskamera werden die einzelnen Partikel aufgrund der kurzen Belichtungszeiten scharf abgebildet. Die Anzahl und Positionen der Partikel in der jeweiligen Schicht zu diesem Zeitpunkt lassen sich dann durch einfache Bildverarbeitungsalgorithmen automatisiert bestimmen. Die Partikel können dabei bspw. durch ein einfaches Schwellwertverfahren für die Helligkeitswerte der Pixel des Bildes automatisiert identifiziert werden.
Aus den bspw. circa 6000 Momentaufnahmen bzgl. Position und Anzahl der Partikel in der Schicht wird eine Wahrscheinlichkeitsdichte für die Partikel abgeleitet. Da diese Information für verschiedene Abstände zum Düsenaustritt vorliegt ergibt sich insgesamt eine räumliche Partikeldichteverteilung. Bei längeren Belichtungszeiten lassen sich zwar nicht die die Anzahl und Position der einzelnen Partikel ermitteln, aber man erhält eine Aussage über die Häufigkeit von Partikeln an einzelnen Postionen im Kamerabild während der Belichtungszeit. Hieraus lassen sich reduzierte Informationen zur Düsenjustage (z. B. Fokusposition) ableiten.
Durch das Verfahren und die zugehörige Vorrichtung lässt sich damit die Partikeldichteverteilung im Düsenstrahl sowohl dreidimensional als auch in einzelnen Schichten visualisieren. Eine derartige Darstellung, bspw. im Querschnitt entlang der Strahlachse des Düsenstrahls lässt sich dann auch zur Justage der Düse, d. h. beispielsweise zur Einstellung des Fokusdurchmessers oder zur Erzeugung einer möglichst gleichmäßigen Verteilung der Partikel an der gewünschten Stelle im Strahl, in der Regel beim Auftreffen auf das Werkstück, nutzen.
Das Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen damit eine reproduzierbare Justage der Düse, insbesondere von Pulverdüsen für das Laserstrahl-Auftragschweißen, um damit gleichbleibende Bearbeitungsergebnisse zu gewährleisten. Auch bei der Übertragung eines Bearbeitungsprozesses von einer Bearbeitungsanlage zur anderen kann damit ein gleich bleibendes Bearbeitungsergebnis erreicht werden. Mit dem Verfahren und der Vorrichtung lässt sich jede Düse hinsichtlich der für die Anwendung wesentlichen Parameter charakterisieren. So lassen sich aus den erfassten Partikeldichteverteilungen die Pulverstrahlparameter (insbesondere der Fokusdurchmesser und/oder der Fokusabstand von der Düsenausgangsöffnung) einer Mehrphasenströmung oder der Massendurchfluss (mit Kenntnis der Korngrößenverteilung des Pulvers) durch die Düse bestimmen. Bei einer Darstellung der ermittelten Pulverdichteverteilung in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit, zweidimensional oder dreidimensional, lässt sich auch eine Online-Justage der Düse durchführen. Da eine möglichst gleichförmige, insbesondere räumlich rotationssymmetrische Partikel – dichteverteilung im Düsenstrahl für die Qualität der meisten Prozesse wichtig ist, lassen sich durch eine automatisierte Auswertung die Anwendungsprozesse auch automatisiert überwachen. Bei einer Abweichung von einem bestimmten Massendurchfluss oder Durchflussbereich kann dann bspw. der Prozess gestoppt werden. Gegebenenfalls lässt sich die Düseneinstellung auch automatisiert nachführen, so dass über eine entsprechende Regelschleife auf Basis der automatisierten Bestimmung eine gleichbleibende Partikeldichteverteilung aufrechterhalten werden kann.
Das Verfahren und die Vorrichtung lassen sich dabei vor allem sehr vorteilhaft beim Laserstrahl-Auftragschweißen einsetzen, insbesondere für qualitätssichernde Maßnahmen in Fertigungsprozessen, die das Laserstrahl-Auftragschweißen nutzen. Ein Beispiel ist die Reparatur von hochsensiblen Komponenten aus der Luftfahrt. Durch die genaue Kenntnis der dreidimensionalen Partikeldichteverteilung der jeweiligen Düse lässt sich auch der Auftragschweißprozess modellieren, so dass die Energieeinbringung des durch die Düse hindurch geleiteten Laserstrahls zum Aufschmelzen des Pulvers mit höherer Genauigkeit bestimmt werden kann.
Das Verfahren und die Vorrichtung lassen sich auch bei der Prozessentwicklung oder bei der Entwicklung von Düsen sehr vorteilhaft einsetzen. Das Verfahren und die Vorrichtung sind auch nicht auf feste Partikel, wie beim Laserstrahl-Auftragschweißen, begrenzt. Unter Partikeln sind in der vorliegenden Patentanmeldung auch flüssige Partikel in Form von Tröpfchen zu verstehen. Auch für derartige Düsenstrahlen lassen sich das Verfahren und die Vorrichtung in gleicher Weise einsetzen.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst eine Düsenhalterung, eine Lichtquelle zur Beleuchtung des von der Düse erzeugten Strahls durch die Düse hindurch oder von der Seite, eine Kamera, vorzugsweise Hochgeschwindigkeitskamera, sowie eine Steuereinrichtung. Die Kamera ist dabei so angeordnet, dass sie aus dem Düsenstrahl reflektierte optische Strahlung der Lichtquelle in Strahlrichtung durch die Düse hindurch aufzeichnen kann. Die Steuereinrichtung steuert eine Abbildungsoptik der Kamera zur Abbildung der einzelnen Schichten und/oder eine Verfahreinrichtung, durch die ein zur Beleuchtung eingesetzter optischer Strahl der Lichtquelle und die Düse relativ zueinander bewegt werden können, so dass die Kamera in zeitlicher Abfolge Bilder der reflektierten optischen Strahlung unterschiedlicher Schichten des Düsenstrahls aufzeichnet.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung auch eine Auswerteeinrichtung, die aus den aufgezeichneten Bildern die Partikeldichteverteilung in den einzelnen Schichten sowie ggf. eine dreidimensionale Partikeldichteverteilung und/oder Strahlparameter des Düsenstrahls bestimmt und in geeigneter Weise visualisiert. Die Auswerteeinrichtung umfasst dabei geeignete Module, die die unterschiedlichen Verfahrensschritte gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren durchführen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Vorrichtung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals erläutert. Hierbei zeigen:
1 ein Beispiel für einen Bearbeitungskopf zum Laserstrahl-Auftragschweißen, mit dem das vorgeschlagene Verfahren durchgeführt werden kann;
2 ein Beispiel für Einzelbilder, die mit der Hochgeschwindigkeitskamera von unterschiedlichen Ebenen des Strahls aufgezeichnet wurden;
3 ein Beispiel für die aus den Bildern bestimmte Partikeldichteverteilung in den einzelnen Ebenen;
4 ein Beispiel für die Überlagerung der einzelnen Ebenen zu einer räumlichen Partikeldichteverteilung; und
5 ein weiteres Beispiel für die Ausgestaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
1 zeigt ein Beispiel für einen Bearbeitungskopf für das Laserstrahl-Auftragschweißen der zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens ausgebildet ist und eine Ausgestaltungsmöglichkeit der vorgeschlagenen Vorrichtung darstellt. Der Bearbeitungskopf weist eine seitliche Einkopplungsmöglichkeit für einen Bearbeitungslaser 11 auf, dessen Laserstrahl 12 über einen dichroitischen Spiegel 13 durch die Pulverdüse 14 hindurch auf eine Bearbeitungsebene fokussiert wird. Der aus der Pulverdüse 14 austretende Pulvergasstrahl 15 wird von der Seite mit einem linienförmigen Laserstrahl eines Beleuchtungslasers 16 beleuchtet. Der Laserstrahl sollte eine laterale Abmessung haben, die etwas breiter als der Durchmesser der Düsenausgangsöffnung ist, damit alle Partikel, die die Düse verlassen, durch den Laserstrahl in der jeweiligen Ebene bzw. Schicht beleuchtet werden. Das von den Pulverpartikeln reflektierte Laserlicht wird von einer Hochgeschwindigkeitskamera 17 durch die Pulverdüse 14 und den dichroitischen Spiegel 13 hindurch erfasst.
Der linienförmige Laserstrahl des Beleuchtungslasers 16 wird schrittweise entlang des Pulvergasstrahls verfahren, so dass von der Hochgeschwindigkeitskamera 17 Filme der einzelnen Schichten aufgenommen werden können. Die einzelnen Schichten bzw. Ebenen (Ebenen 1 bis 10), die mit dem Beleuchtungslaser 16 nacheinander beleuchtet werden, sind in der Figur schematisch angedeutet. Durch eine hohe Bildrate der Hochgeschwindigkeitskamera 17, bspw. im Bereich von 3 kHz, vorzugsweise zwischen 1 kHz und 5 kHz können die einzelnen Pulverpartikel, die den ausgeleuchteten Bereich durchfliegen, in Anzahl und Position erfasst bzw. aufgezeichnet werden. Die jeweils erfasste Schichtdicke bzw. Dicke des linienförmigen Strahlprofils kann dabei beispielsweise im Bereich zwischen 0,5 mm und 2 mm liegen.
2 zeigt Einzelbilder der einzelnen Ebenen 1 bis 10, in denen die erfassten Pulverpartikel 18 als helle Punkte bzw. Flecke zu erkennen sind. Durch Aufzeichnung einer Vielzahl von Bildern jeder einzelnen Schicht bzw. Ebene, bspw. durch eine Aufzeichnung für eine Dauer von 5 s je Schicht, werden bei einer Bildrate von 6 kHz 30000 Bilder jeder Schicht aufgezeichnet. Die einzelnen Partikel werden in jedem Bild hinsichtlich Anzahl und Position erfasst. Aus diesen Informationen jeder einzelnen Schicht wird die Partikeldichteverteilung in jeder Schicht bzw. Ebene abgeleitet. 3 zeigt hierzu die mit dem Verfahren bestimmte Partikeldichteverteilung in den fünf Ebenen 1, 3, 5, 7 und 9. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich ist, verjüngt sich die ringförmige Partikeldichteverteilung ausgehend vom Düsenausgang bis zum Fokus in Ebene 7 und läuft dann wieder auseinander. Mit einer derartigen Darstellung lässt sich überprüfen, ob die Partikeldichteverteilung gleichmäßig ist, ob der Fokus zentral unter der Düse liegt und welchen Durchmesser er hat. Durch Übereinanderlegen der Verteilungen der einzelnen Schichten kann dann auch eine räumliche Partikeldichteverteilung des Pulvergasstrahls erzeugt werden, wie dies in der 4 angedeutet ist. Mit dem Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung lässt sich somit der Pulvergasstrahl vollständig charakterisieren.
5 zeigt ein weiteres Beispiel für die Ausgestaltung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. In diesem Beispiel wird als Hochgeschwindigkeitskamera 17 eine CMOS-Kamera eingesetzt, die über die Abbildungsoptik 19 ein Bild der jeweils mit dem Beleuchtungslaser 16 seitlich beleuchteten Schicht des Pulvergasstrahls 15 erfasst. Die Düse 14 ist über einen Adapter 20 mit an der Vorrichtung befestigt. Die Leitungen für die Pulverzufuhr sind nicht dargestellt. Das aus der Düse 14 austretende Pulver wird über einen Auffangbehälter 21 aufgefangen. Der Beleuchtungslaser 16 mit einem Netzteil 24 weist eine hier nicht dargestellte Optik zur Erzeugung eines linienförmigen Strahlprofils auf. Die Düse 14 mit dem Adapter 20, der Abbildungsoptik 19 und der Kamera 17 ist über eine Linearachse 22 in Strahlrichtung verfahrbar, so dass der demgegenüber feststehende Beleuchtungslaser 16 durch Verschiebung der Düse unterschiedliche Schichten des Düsenstrahls erfasst. Selbstverständlich können hierbei auch Düse, Adapter, Abbildungsoptik und Kamera feststehend und der Beleuchtungslaser 16 oder eine Umlenkeinrichtung für den Laserstrahl an einer entsprechenden Linearachse befestigt sein. Die 5 zeigt weiterhin einen Computer 23, der die Steuereinrichtung für die Linearachse 22 sowie die Auswerteeinrichtung für die von der Kamera 17 gelieferten Bilder bildet. Die von dem Computer aus den Bildern berechneten Pulverdichteverteilungen der unterschiedlichen Ebenen können bspw. am Bildschirm des Computers 23 dargestellt werden, wie dies in der 5 ebenfalls angedeutet ist. Mit den gewonnenen Daten können auch die Anzahl der gezahlten Partikel angezeigt oder anwendungsrelevante Kennwerte berechnet werden.
Bezugszeichenliste

1–10: Ebenen bzw. Schichten
11: Bearbeitungslaser
12: Laserstrahl des Bearbeitungslasers
13: dichroitischer Spiegel
14: Pulverdüse
15: Pulvergasstrahl
16: Beleuchtungslaser
17: Hochgeschwindigkeitskamera
18: Partikel
19: Abbildungsoptik
20: Adapter
21: Auffangbehälter
22: Linearachse
23: Computer
24: Netzteil

Claims

Verfahren zur Erfassung einer Partikeldichteverteilung im Strahl (15) einer Düse (14), bei dem – der Strahl (15) von der Seite oder durch die Düse (14) hindurch mit einer Lichtquelle (16) beleuchtet und – die von Partikeln im Strahl (15) reflektierte optische Strahlung durch die Düse (14) hindurch mit einer Kamera (17) aufgezeichnet wird, – wobei durch die Kamera (17) in zeitlicher Abfolge Bilder der reflektierten optischen Strahlung unterschiedlicher Schichten (1–10) des Strahls (15) aufgezeichnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufzeichnung der Bilder der unterschiedlichen Schichten (1–10) durch seitliche Beleuchtung des Strahls (15) mit einem linienförmigen optischen Strahlprofil erfolgt, mit dem die unterschiedlichen Schichten (1–10) selektiv in zeitlicher Abfolge beleuchtet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die seitliche Beleuchtung mit einem Laserstrahl erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (17) mit einer Optik (19) nacheinander auf die unterschiedlichen Schichten (1–10) fokussiert wird, um die Bilder der unterschiedlichen Schichten (1–10) aufzuzeichnen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Bildern jeder Schicht (1–10) eine Verteilung der Partikel in der jeweiligen Schicht (1–10) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Verteilung der Partikel der unterschiedlichen Schichten (1–10) eine 3D-Verteilung der Partikel im Strahl (15) generiert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus der 3D-Verteilung der Partikel im Strahl (15) Strahlparameter bestimmt werden, insbesondere Fokusdurchmesser und/oder Fokusabstand von der Düse (14) und/oder Massendurchfluss durch die Düse (14).
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Partikel in der jeweiligen Schicht in Echtzeit ermittelt und für mindestens eine Schicht in Echtzeit an einem Bildschirm dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Partikel in der jeweiligen Schicht sowie die Strahlparameter in Echtzeit ermittelt und mindestens die Strahlparameter in Echtzeit an einem Bildschirm dargestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur wiederholten Qualitätsprüfung oder Justage während des Einsatzes der Düse (14), insbesondere beim Laserstrahl-Auftragschweißen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche zur Charakterisierung von Düsen (14) für das Laserstrahl-Auftragschweißen.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Patentansprüche mit: – einer Düse (14), – einer Düsenhalterung (20), – einer Lichtquelle (16) zur Beleuchtung eines von der Düse (14) erzeugten Strahls (15) durch die Düse (14) hindurch oder von der Seite, – einer Kamera (17), die so angeordnet ist, dass sie von Partikeln im Strahl (15) reflektierte optische Strahlung durch die Düse (14) hindurch aufzeichnen kann, und – eine Steuereinrichtung, die eine Abbildungsoptik (19) der Kamera (17) oder eine Verfahreinrichtung (22), durch die ein zur Beleuchtung eingesetzter optischer Strahl der Lichtquelle (16) und die Düse (14) relativ zueinander bewegt werden können, so ansteuert, dass die Kamera (17) in zeitlicher Abfolge Bilder der reflektierten optischen Strahlung unterschiedlicher Schichten (1–10) des Strahls (5) aufzeichnet.