DE102011103282A1

DE102011103282A1 - Method for monitoring the machining and device for machining a workpiece with a high-energy machining beam

Info

Publication number: DE102011103282A1
Application number: DE102011103282A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Lessmüller; Christian Truckenbrodt
Original assignee: Lessmueller Lasertechnik GmbH
Current assignee: Lessmueller Lasertechnik GmbH
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2031-06-04
Also published as: EP2714322A1; WO2012163545A1; DE102011103282B4

Abstract

Ein Verfahren zum Überwachen der Bearbeitung eines Werkstücks mit einem hochenergetischen Bearbeitungsstrahl enthält folgende Schritte: Aufnehmen eines elektronisch auswertbaren Bildes, das wenigstens die Auftreffstelle des Bearbeitungsstrahls auf das Werkstück enthält, Erzeugen von Ist-Bilddaten, Vergleichen der Ist-Bilddaten mit Soll-Bilddaten, Erzeugen eines Bildfehlersignals bei einer Abweichung der Ist-Bilddaten von den Soll-Bilddaten und Auslösers von Maßnahmen bei Vorhandensein eines Bildfehlersignals.A method for monitoring the processing of a workpiece with a high-energy processing beam includes the following steps: taking an electronically evaluable image that contains at least the point of impact of the processing beam on the workpiece, generating actual image data, comparing the actual image data with target image data, generating an image error signal when the actual image data deviate from the target image data and trigger measures in the presence of an image error signal.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen der Bearbeitung wenigstens eines Werkstücks mit einem hochenergetischen Bearbeitungsstrahl. Unter Überwachung wird im Folgenden sowohl eine lediglich passive Überwachung als auch eine aktive Steuerung bzw. Regelung der Bearbeitung verstanden. Zusätzlich betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls.The invention relates to a method for monitoring the machining of at least one workpiece with a high-energy machining beam. In the following, monitoring is understood to mean both only passive monitoring and active control of the processing. In addition, the invention relates to an apparatus for processing a workpiece by means of a high-energy machining beam.

Schmelzfüge- oder Schneid- bzw. Trennbearbeitungen lassen sich mit auf eine Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstücks fokussierten hochenergetischen Bearbeitungsstrahls, wie Elektronenstrahl oder Laserstrahl, aber auch mit einem Lichtbogen präzise durchführen. Dabei sind eine Online-Qualitätskontrolle sowie noch vorteilhafter eine Online-Regelung der Bearbeitung für ein einwandfreies Arbeitsergebnis wichtig.Fusion or cutting or cutting operations can be carried out precisely with focused on a surface of a workpiece to be machined high-energy processing beam, such as electron beam or laser beam, but also with an arc. An online quality control and, more advantageously, an online control of the processing for a perfect work result are important.

Aus der DE 20 2007 018 689 U1 ist ein System zur aktiven Nachregelung der Fokusposition bei Optiken für Hochleistungs-Laserstrahlung zur Lasermaterialbearbeitung bekannt, das einen Sensor zur Ermittlung der Fokusposition und einen Steuerrechner enthält, der die Sensordaten verarbeitet und daraus Korrekturdaten ermittelt, entsprechend denen zumindest Teile der Optik zur Veränderung der Fokusposition parallel zur optischen Achse verschoben werden.From the DE 20 2007 018 689 U1 is a system for active readjustment of the focus position in optics for high-power laser radiation for laser material processing is known, which includes a sensor for detecting the focus position and a control computer, which processes the sensor data and determines correction data corresponding to which at least parts of the optics for changing the focus position in parallel be moved to the optical axis.

Aus der DE 10 2005 024 085 A1 ist eine Vorrichtung zur Überwachung eines Laserbearbeitungsvorgangs bekannt, die eine strahlungsempfindliche Empfängeranordnung zur Erfassung von Strahlung aus der Auftreffstelle des Laserstrahls auf eine Werkstückoberfläche enthält, die zumindest einen strahlungsempfindlichen Empfänger und zumindest eine Kamera umfasst. Weiter enthält die Überwachungsvorrichtung zumindest eine Abbildungsvorrichtung, die zumindest einen zu beobachtenden Bereich der Auftreffstelle auf die Empfängeranordnung abbildet, und eine Auswerteschaltung, der Ausgangssignale des zumindest einen strahlungsempfindlichen Empfängers und der zumindest einen Kamera zeitgleich zugeführt werden und die die empfangenen Ausgangssignale der Empfängeranordnung verarbeitet, um ihrerseits Ausgangssignale zu liefern, die den Verlauf des Laserverarbeitungsvorgangs charakterisieren und dessen Beurteilung ermöglichen.From the DE 10 2005 024 085 A1 a device for monitoring a laser processing operation is known, which includes a radiation-sensitive receiver arrangement for detecting radiation from the point of impact of the laser beam on a workpiece surface, which comprises at least one radiation-sensitive receiver and at least one camera. Furthermore, the monitoring device contains at least one imaging device which images at least one region of the impact site to be observed on the receiver arrangement, and an evaluation circuit to which output signals of the at least one radiation-sensitive receiver and the at least one camera are simultaneously supplied and which processes the received output signals of the receiver arrangement in turn, provide output signals that characterize the course of the laser processing operation and enable its evaluation.

Weiter sind Prozessdatenerfassungssysteme für eine Lasermaterialbearbeitung bekannt, bei der Videobilder der Auftreffstelle des Laserstrahls auf ein Werkstück zeitgleich mit Prozessdaten, wie Bewegungsparametern eines Bearbeitungskopfes relativ zum Werkstück erfasst werden und Signalverläufe auf Sollvorgaben überwacht werden.Furthermore, process data acquisition systems for laser material processing are known, in which video images of the point of impact of the laser beam on a workpiece are recorded simultaneously with process data, such as motion parameters of a machining head relative to the workpiece, and waveforms are monitored for target specifications.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, wie die Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen. Bearbeitungsstrahls verbessert werden kann.The invention has for its object to provide a way, such as the machining of a workpiece by means of a high-energy. Processing beam can be improved.

Der Anspruch 1 ist auf ein Verfahren zur Überwachen der Bearbeitung eines Werkstücks mit einem hochenergetischen Bearbeitungsstrahl gerichtet, bei dem ein Bildfehlersignal bei einer Abweichung zwischen Ist-Bilddaten und Soll-Bilddaten erzeugt wird. Das Vorhandensein eines solchen Bildfehlersignals ist Voraussetzung dafür, dass weitere Maßnahmen für die Überwachung bzw. Steuerung oder Regelung der Bearbeitung ausgelöst werden. Erfindungsgemäß ist somit die Auswertung eines Bildes der Auftreffstelle des Bearbeitungsstrahls auf das Werkstück integrierter Bestandteil der Überwachung.The claim 1 is directed to a method for monitoring the machining of a workpiece with a high-energy machining beam, in which an image error signal is generated at a deviation between actual image data and target image data. The presence of such an image error signal is a prerequisite for further measures for the monitoring or control or regulation of the processing are triggered. Thus, according to the invention, the evaluation of an image of the point of impact of the machining beam on the workpiece is an integral part of the monitoring.

Gemäß dem Anspruch 2 wird bei gleichzeitigem Vorhandensein eines Bildfehlersignals und eines Prozessfehlersignals ein Fehlersignal erzeugt, das wiederum unterschiedliche weitere Maßnahmen auslösen kann. Beispielsweise kann ein Fehlersignal lediglich akustisch oder optisch angezeigt werden oder sein Auftreten kann zusammen mit Daten, die die Zeitfolge oder örtliche Folge der Bearbeitung der Werkstücks aufzeichnen, registriert werden, so dass die Bearbeitung dort, wo ein Fehlersignal auftritt, nachgearbeitet werden kann.According to claim 2, an error signal is generated in the simultaneous presence of an image error signal and a process error signal, which in turn can trigger different further measures. For example, an error signal may be displayed only acoustically or optically, or its occurrence may be registered together with data recording the time sequence or local sequence of processing the workpiece, so that the processing can be reworked where an error signal occurs.

Gemäß dem Anspruch 3 kann bei vorhandenem Fehlersignal beispielsweise ein Prozessparameter derart verändert werden, dass die Abweichung des zugehörigen Ist-Prozessparameters von einem Soll-Prozessparameter abnimmt.According to claim 3, if a fault signal is present, for example, a process parameter can be changed such that the deviation of the associated actual process parameter from a desired process parameter decreases.

Soll-Prozessparameter können als zulässige Wertebereiche gespeichert sein oder können gemäß dem Anspruch 4 aus Verknüpfungsrelationen hergeleitet sein, die beispielsweise eine aus Bilddaten erzeugte Rechengröße mit Prozessparametern verknüpfen.Target process parameters may be stored as permissible value ranges or may be derived from link relations according to claim 4, which, for example, link a calculation variable generated from image data with process parameters.

Gemäß dem Anspruch 5 können unter Benutzung der Verknüpfungsrelation die Soll-Prozessparameter in Richtung einer Verminderung der Abweichung zwischen Ist-Rechengröße und Soll-Rechengröße verändert werden.According to claim 5, the target process parameters can be changed in the direction of reducing the deviation between the actual arithmetic variable and the nominal arithmetic operation using the linkage relationship.

Die Verknüpfungsrelation kann gemäß dem Anspruch 5 durch Versuche ermittelt werden, bei denen der Zusammenhang zwischen einem oder mehreren Prozessparametern und Bilddaten bzw. aus den Bilddaten erzeugte Rechengrößen, wie Durchmesser, Farbe, Form, dreidimensionale Kontur des Bildes, usw. ermittelt werden.The relationship can be determined by experiments in which the relationship between one or more process parameters and image data or generated from the image data arithmetic variables such as diameter, color, shape, three-dimensional contour of the image, etc. are determined.

Alternativ kann die Verknüpfungsrelation bzw. können die Verknüpfungsrelationen gemäß dem Anspruch 6 analytisch hergeleitet werden.Alternatively, the linking relation or the linking relations according to claim 6 can be derived analytically.

Eine Verknüpfungsrelation kann in Form einer Graphik, in Tabellenform oder als Algorithmus gespeichert werden. A link relation can be stored in the form of a graphic, in tabular form or as an algorithm.

Gemäß dem Anspruch 7 ist es möglich, Ist-Prozessparameter während der Bearbeitung des Werkstücks in kleinen Schritten zu ändern und die Auswirkung der Änderungen auf Änderungen der Bilddaten bzw. wenigstens einer aus den Bilddaten erzeugten Rechengröße zu erfassen. Dabei wird vorteilhaft darauf geachtet, dass der Ist-Wert der Rechengröße, bedingt durch die Änderung des oder der Prozessparameter nicht mehr als zulässig oder nur für kurze Zeit von dem Sollwert der Rechengröße abweicht, damit eine einwandfreie Bearbeitung aufrechterhalten wird. Die Verknüpfungsrelation zwischen dem Prozessparametern und der Rechengröße kann auf diese Weise während der Bearbeitung optimiert bzw. präzisiert werden, indem beispielsweise in einer Formel, die den Zusammenhang zwischen Rechengröße und Prozessparametern beschreibt, Koeffizienten mit Hilfe der Methode der kleinsten Quadrate angepasst werden. Das beschriebene Verfahren kann zum Einlernen einer Verknüpfungsrelation verwendet werden, wenn bei Bearbeitungsbeginn von empirisch oder sonstwie ermittelten Startwerten der Prozessparameter ausgegangen wird. Weiter können diejenigen Prozessparameter bestimmt werden, deren Änderung besonders wirksam für eine Änderung der Rechengröße hat, so dass für eine Regelung der Bearbeitung diese Prozessgrößen verändert werden. Zusätzlich können Sollwerte oder zulässige Sollwertbereiche verändert werden, wenn sich beispielsweise herausstellt, dass für die Einhaltung einer Soll-Rechengröße ein Prozessparameter am Rand seines zulässigen Sollwertbereiches liegt. Durch diese Anpassung wird eine hohe Regelungsgüte aufrechterhalten, da der Prozessparameter, dessen Sollwertbereich angepasst wurde, nach der Anpassung im Bedarfsfall nach oben und unten nachgeregelt werden kann. Die vorgenannten Aspekte werden auch unabhängig von deren Integration in ein System zu Überwachung einer Bearbeitung als schutzwürdig angesehen.According to claim 7, it is possible to change actual process parameters during processing of the workpiece in small steps and to detect the effect of the changes on changes in the image data or at least one calculated variable generated from the image data. In this case, it is advantageously ensured that the actual value of the arithmetic variable, due to the change in the process parameter (s), does not deviate more than permissible or only for a short time from the nominal value of the arithmetic variable so that proper processing is maintained. The relationship between the process parameters and the computation variable can be optimized in this way during the processing, for example by adapting coefficients with the aid of the least squares method in a formula which describes the relationship between the computational variable and the process parameters. The method described can be used to teach a linkage relationship if the process parameter is assumed at the beginning of the processing of empirically or otherwise determined starting values. Furthermore, those process parameters can be determined whose change is particularly effective for a change of the arithmetic variable, so that these process variables are changed for a control of the processing. In addition, setpoint values or permissible setpoint ranges can be changed if, for example, it turns out that a process parameter is at the edge of its permissible setpoint range in order to maintain a setpoint calculation variable. This adjustment maintains a high degree of control quality, since the process parameter whose setpoint range has been adjusted can be readjusted upwards and downwards if necessary after the adaptation. The above aspects are also considered to be worthy of protection, irrespective of their integration into a system for monitoring a processing.

Ein Beispiel für die vorgenannten Aspekte ist Folgendes: Sei angenommen, zwischen den Prozessparametern Leistung L des Bearbeitungsstrahls, Relativgeschwindigkeit v zwischen der Auftreffstelle des Bearbeitungsstrahls und dem Werkstück, Vorschubgeschwindigkeit vg eines Schweißdrahtes und Schutzgaszufuhr sg und dem Durchmesser D des Schmelzbereiches der Auftreffstelle als Rechengröße bestehe ein funktionaler Zusammenhang D = f(L, v, vg, sg). Diese Funktion kann, ausgehend von einer angenommenen Funktion zu Beginn der Bearbeitung, durch Änderungen der Prozessparameter währen der Bearbeitung laufend überprüft und optimiert werden.An example of the aforementioned aspects is the following: Suppose between the process parameters power L of the machining beam, relative velocity v between the point of impact of the machining beam and the workpiece, feed rate vg of a welding wire and inert gas sg and the diameter D of the melting area of the point of impact as a calculation size einher functional relationship D = f (L, v, vg, sg). This function can be continuously checked and optimized, starting from an assumed function at the beginning of processing, by changing the process parameters during processing.

Der Anspruch 8 ist auf Beispiele von Bilddaten, sowie aus den Bilddaten erzeugbaren Rechengrößen gerichtet.The claim 8 is directed to examples of image data, as well as from the image data generating computational variables.

Der Anspruch 9 ist auf Beispiele von Prozessparametern gerichtet.Claim 9 is directed to examples of process parameters.

Der Anspruch 10 ist auf den grundsätzlichen Aufbau einer Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls gerichtet, in der wenigstens eines der erfindungsgemäßen Verfahren ablaufen kann.The claim 10 is directed to the basic structure of an apparatus for machining a workpiece by means of a high-energy processing beam in which at least one of the inventive method can proceed.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird mit den Merkmalen der Unteransprüche 11 bis 15 vorteilhaft weitergebildet.The device according to the invention is advantageously developed with the features of the subclaims 11 to 15.

Die Bearbeitung eines Werkstücks mit einem hochenergetischen Bearbeitungsstrahl umfasst das Schneiden, Umschmelzhärten sowie das Umschmelzfügen, wie Löten oder Schweißen. Der Begriff Werkstück beinhaltet somit ein einzelnes Bauteil, beispielsweise ein Blech, das durchtrennt werden soll, und Bauteile, die durch Schmelzfügen miteinander verbunden werden sollen, beispielsweise zwei Bleche. Der Bearbeitungsstrahl kann beispielsweise ein Laserstrahl, ein Elektronenstrahl oder ein Lichtbogen sein.The machining of a workpiece with a high-energy machining beam includes cutting, remelting and remelting, such as brazing or welding. The term workpiece thus includes a single component, such as a sheet to be cut, and components to be joined by fusing, for example, two sheets. The processing beam may be, for example, a laser beam, an electron beam or an arc.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.The invention is explained below with reference to schematic drawings, for example, and with further details.

In den Figuren stellen dar:In the figures represent:

1 eine Prinzipansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, 1 a schematic view of a device according to the invention,

2 ein vereinfachtes Blockschaltbild der Vorrichtung, 2 a simplified block diagram of the device,

3 eine Ansicht einer beispielhaften Bildschirmdarstellung, 3 a view of an exemplary screen display,

4 ein Flussbild des Ablaufes eines Überwachungsverfahrens. 4 a flow chart of the sequence of a monitoring process.

Gemäß 1 ist auf einer Basis 10 ein zu bearbeitendes Werkstück 12 angeordnet. Die Bearbeitung des Werkstücks erfolgt mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls, im dargestellten Beispiel ein Laserstrahl, der aus einem insgesamt mit 14 bezeichneten Bearbeitungskopf austritt. Der Bearbeitungskopf enthält eine Laserstrahlquelle 16, aus der ein kollimierter Laserstrahl 18 austritt und auf einen halbdurchlässigen, vorzugsweise dichroitischen Spiegel 20 auftrifft, der den Laserstrahl auf eine Fokussierlinse 22 reflektiert, die den Laserstrahl auf eine zu bearbeitende Stelle der Oberfläche des Werkstücks 12 fokussiert.According to 1 is on a base 10 a workpiece to be machined 12 arranged. The machining of the workpiece by means of a high-energy machining beam, in the example shown, a laser beam, consisting of a total with 14 designated machining head exits. The machining head contains a laser beam source 16 , from which a collimated laser beam 18 exit and on a semi-permeable, preferably dichroic mirror 20 which hits the laser beam onto a focusing lens 22 reflects the laser beam to a location on the surface of the workpiece to be machined 12 focused.

Der Bearbeitungskopf 14 enthält weiter in Verlängerung der optischen Achse des auf die Werkstückoberfläche auftreffenden Laserstrahls hinter dem Spiegel 20 angeordnete Fokussierlinse 24, die von der Auftreffstelle des Laserstrahls auf die Werkstückoberfläche erzeugte Strahlung auf ein Bildwandlerfeld 26 einer elektronischen Kamera 28 fokussiert, so dass dort ein Bild der von dem Laserstrahl bearbeiteten Oberfläche (Bearbeitungsstelle bzw. Auftreffstelle) entsteht. The machining head 14 contains further in extension of the optical axis of the incident on the workpiece surface laser beam behind the mirror 20 arranged focusing lens 24 , the radiation generated by the impact of the laser beam on the workpiece surface on an image converter field 26 an electronic camera 28 focussed so that there arises an image of the surface processed by the laser beam (processing point or point of impact).

Optional enthält der Bearbeitungskopf 14 weiter eine Hilfsmaterialeinrichtung 30, mittels der Hilfsmaterial, beispielsweise ein Schweißdraht, der Auftreffstelle des Laserstrahls auf die Werkstückoberfläche zugeführt werden kann. Weiter kann an dem Bearbeitungskopf 14 eine Beleuchtungsquelle 32, angeordnet sein, mit der die Auftreffstelle des Laserstrahls auf die Werkstückoberfläche, die die Bearbeitungsstelle ist, beleuchtet werden kann. Auf diese Weise kann ein mit Licht einer anderen Frequenz und Intensität als die Strahlung des Laserstrahls erzeugtes Bild der Bearbeitungsstelle aufgenommen und elektronisch ausgewertet werden. Je nach Durchlässigkeit des dichroitischen Spiegels 20 kann das mit der Beleuchtungsquelle 32 erzeugte Bild von der Kamera 28 oder einer mit der Beleuchtungsquelle 32 kombinierten weiteren Kamera aufgenommen werden, wobei im letzteren Fall dieses Bild mit einem Abbildungswinkel aufgenommen wird, der verschieden von dem des von der Kamera 28 erzeugten Bildes ist. Die weitere Kamera oder die Kamera 28 kann eine Wärmebildkamera sein, so dass zusätzlich zu geometrischen Bilddaten Temperaturdaten gewannen werden können.Optionally, the machining head contains 14 further an auxiliary material device 30 , By means of the auxiliary material, such as a welding wire, the point of impact of the laser beam can be supplied to the workpiece surface. Next may be on the machining head 14 a source of illumination 32 be arranged, with the impact of the laser beam on the workpiece surface, which is the processing point, can be illuminated. In this way, a generated with light of a different frequency and intensity than the radiation of the laser beam image of the processing point can be recorded and evaluated electronically. Depending on the permeability of the dichroic mirror 20 can do that with the lighting source 32 generated picture from the camera 28 or one with the illumination source 32 combined in the latter case, this image is taken with an imaging angle different from that of the camera 28 generated image is. The other camera or the camera 28 may be a thermal imaging camera, so that temperature data can be obtained in addition to geometric image data.

Der Bearbeitungskopf 14 ist beweglich an einer Konsole 34 eines insgesamt mit 36 bezeichneten Roboters angebracht, der der Einfachheit halber insgesamt mit 38 bezeichnete Aktoren aufweist, mittels derer der Bearbeitungskopf 14 vorzugsweise räumlich frei translatorisch und rotatorisch bewegbar ist. Die Konsole 34 ist mit der Basis 10 über ein Gestell 40 starr verbunden.The machining head 14 is movable on a console 34 a total with 36 designated robot, the sake of simplicity overall with 38 having designated actuators, by means of which the machining head 14 preferably spatially freely translational and rotationally movable. The console 34 is with the base 10 over a frame 40 rigidly connected.

Zum Umwandlung und Auswertung der von der Kamera 28 und gegebenenfalls einer weiteren durch Beleuchtung mit der Beleuchtungsquelle 32 aufgenommenen Bilder sowie zur Auswertung von Ist-Signalen, die die Stellung der Aktoren 38 sowie eines Aktors zur Steuerung der Hilfsmaterialeinrichtung 30 angeben, dient eine elektronische Steuereinrichtung 42 mit Datenspeichern, Programmspeichern, wenigstens einem Prozessor sowie Ein- und Ausgabeeinheiten. Die elektronische Einrichtung 42 liefert Signale zur Steuerung der Aktoren 38, eines Aktors der Hilfsmaterialeinrichtung 30, der Leistung der Laserstrahlquelle 16, von Parametern der Kamera 28, beispielsweise in deren Strahlengang geschobenen Filter zur spektralen Zerlegung der von der Bearbeitungsstelle erzeugten Strahlung, usw.For conversion and evaluation of the camera 28 and possibly another by illumination with the illumination source 32 taken pictures and for the evaluation of actual signals, the position of the actuators 38 and an actuator for controlling the auxiliary material device 30 specify, serves an electronic control device 42 with data memories, program memories, at least one processor and input and output units. The electronic device 42 supplies signals for controlling the actuators 38 , an actuator of the auxiliary material device 30 , the power of the laser beam source 16 , parameters of the camera 28 For example, in the beam path pushed filter for spectral decomposition of the radiation generated by the processing site, etc.

2 zeigt den funktionalen Aufbau der Signalver- und bearbeitung in der beschriebenen Vorrichtung, wobei einige weitere in 1 nicht dargestellte Einrichtungen vorgesehen sind, mit der der Bearbeitungskopf 14 versehen sein kann:
Ein Druckluftregler 50r dient der Beaufschlagung der Auftreffstelle des Laserstrahls auf die Werksktückoberfläche mit Druckluft, wie sie beispielsweise beim Löten erforderlich ist. 2 shows the functional structure of the signal processing in the described device, with some more in 1 not shown means are provided, with which the machining head 14 can be provided:
A compressed air regulator 50r Serves to impinge the impact of the laser beam on the Werksktückoberfläche with compressed air, as required for example during soldering.

Mit 52r ist ein Bearbeitungsoptikregler bezeichnet, mit dem sich die Fokussierlinse 22 zur Feinjustierung des Fokus des Laserstrahls bevorzugt in axialer Richtung des Laserstrahls und senkrecht dazu verstellen lässt, ohne dass der Bearbeitungskopf 14 insgesamt bewegt wird.With 52r is a processing optics controller, with which the focusing lens 22 for fine adjustment of the focus of the laser beam preferably in the axial direction of the laser beam and can be adjusted perpendicular thereto, without the machining head 14 is moved in total.

54r bezeichnet einen Schutzgasregler, mit dem die Menge von der Bearbeitungsstelle zugeführtem Schutzgases einstellbar ist, wie es beispielsweise beim Schweißen benötigt wird. 54r denotes a protective gas regulator, with which the amount of protective gas supplied to the processing point is adjustable, as required for example in welding.

Mit den geschilderten Einheiten Druckluftregler 50r, Drahtvorschubregler 30r, Laserstrahlquellenregler 16r, Roboterregler 38r, Bearbeitungsoptikregler 52r und Schutzgasregler 54r lassen sich Prozessparameter einstellen, die Eigenschaften der Bearbeitung der Werkstückoberfläche bestimmen. Der Laserstrahlquellenregler 16 regelt dabei die Leistung der Laserstrahlquelle 16.With the described units compressed air regulator 50r , Wire feed regulator 30r , Laser beam source controller 16r , Robot controller 38r , Processing optics controller 52r and protective gas regulator 54r It is possible to set process parameters that determine the properties of the machining of the workpiece surface. The laser beam source controller 16 regulates the power of the laser beam source 16 ,

Je nach beabsichtigtem Bearbeitungsprozess sind den einzelnen geregelten Prozessparametern Soll-Werte zugeordnet, die errechnet, in Versuchen ermittelt oder sonst wie vorbestimmt sind und die während einer Bearbeitung eingehalten werden sollen, damit eine einwandfreie Bearbeitungsqualität sichergestellt ist.Depending on the intended processing process, set values are assigned to the individual controlled process parameters which are calculated, determined in tests or otherwise predetermined and which are to be maintained during processing in order to ensure faultless processing quality.

Die geschilderten Regler sowie die Kamera 28 kommunizieren über ein einen Feldbusverteiler 56 enthaltenden Bussystem mit einer Datenverarbeitung 58 und einer Anlagensteuerung 60, die in der elektronischen Einrichtung 42 enthalten sind.The described controller as well as the camera 28 communicate via a fieldbus distributor 56 containing bus system with a data processing 58 and a plant control 60 in the electronic device 42 are included.

Die Funktion der beschriebenen Vorrichtung wird im Folgenden anhand 3 erläutert, die ein Beispiel eines Bildes zeigt, das auf einem interaktiven Bildschirm 62 der elektronischen Einrichtung 42 sichtbar ist. In einem rechten oberen Prozessparameterauswahlfeld 64 des Bildschirms 62 sind verschiedene Prozessparameter, wie Laserstrahlleistung, Geschwindigkeit, mit der sich die Auftreffstelle des Laserstrahls längs der Werkstückoberfläche bewegt, Schutzgasdurchsatz, Vorschubgeschwindigkeit des Hilfsmaterialdrahtes, usw. aufgeführt und können durch Anklicken des jeweiligen Kästchens aktiviert werden. In dem unteren Bereich des Bildschirms 62, der ein Prozessparameterfeld 66 bildet, wird über der Zeit der jeweilige Ist-Prozesswert, der von einem jeweiligen in dem zugehörigen Regler enthaltenen Sensor erfasst und an die Datenverarbeitung 58 geliefert wird, dargestellt; im in 3 dargestellten Beispiel die Leistung der Laserstrahlquelle 16. Weiter ist im Prozessparameterfeld 66 der Sollwert des jeweils ausgewählten Prozessparameters über der Zeit dargestellt, der in der Datenverarbeitung 58 gespeichert ist. Im dargestellten Beispiel kann der Sollwert der Leistung der Laserstrahlquelle 16 zwischen einem oberen Limit und einem unteren Limit liegen. Es sei darauf hingewiesen, dass im Prozessparameterfeld 66 durch Anklicken mehrerer Kästchen mehrere Prozessparameter gleichzeitig angezeigt werden können.The function of the described device will be described below 3 which illustrates an example of an image displayed on an interactive screen 62 the electronic device 42 is visible. In a top right process parameter selection box 64 Of the screen 62 For example, various process parameters, such as laser beam power, speed at which the point of impact of the laser beam moves along the workpiece surface, inert gas flow, feed rate of the auxiliary material wire, etc. are listed and can be selected by clicking on the respective one Be activated. In the lower part of the screen 62 , which is a process parameter field 66 forms, over time the respective actual process value, which is detected by a respective sensor contained in the associated controller and to the data processing 58 is delivered, shown; in the 3 illustrated example, the power of the laser beam source 16 , Next is in the process parameter field 66 the desired value of the respectively selected process parameter over the time shown in the data processing 58 is stored. In the example shown, the nominal value of the power of the laser beam source 16 between an upper limit and a lower limit. It should be noted that in the process parameter field 66 by clicking several boxes several process parameters can be displayed simultaneously.

Im linken oberen Bereich des Bildschirms 62, das ein Bildfeld 68 bildet, wird das von der Kamera 28 jeweils aufgenommene digital erzeugte Bild angezeigt, wobei der Zeitpunkt, zu dem das Bild aufgenommen wurde, mit dem im Prozessparameterfeld 66 als durchgehender senkrechter Strich dargestellten, mit einem Pfeil versehenen Bildmarker auf der Zeitleiste hin und her verschoben werden kann. Das zum Zeitpunkt t1 aufgenommene Bild zeigt die zum Zeitpunkt t1 vorliegende Auftreffstelle 70 des Laserstrahls auf die Werkstückoberfläche, an die sich nach links ein noch geschmolzener Bereich 72 anschließt, an den sich wiederum weiter nach links ein bereits erkalteter Bereich 74 anschließt. Im dargestellten Beispiel bewegt sich die Auftreffstelle 70 nach rechts über die Werkstückoberfläche.In the upper left of the screen 62 that a picture frame 68 This will be done by the camera 28 respectively recorded digitally generated image, wherein the time at which the image was taken, with the in the process parameter field 66 shown as a continuous vertical bar, provided with an arrow image marker on the timeline and can be moved back and forth. The image taken at time t1 shows the point of impact at time t1 70 of the laser beam on the workpiece surface, to the left of a still molten area 72 connects, at which in turn further to the left an already cooled area 74 followed. In the example shown, the point of impact moves 70 to the right over the workpiece surface.

Zu einer innerhalb des zulässigen Sollwertes liegenden Laserstrahlleistung gehört eine Auftreffstelle 70 mit einem vorgegebenen Durchmesser bzw. geometrischen Abmessungen, die in der Datenverarbeitung 58 gespeichert ist. Zum Zeitpunkt t1 liegen somit sowohl die Bilddaten (Durchmesser der Auftreffstelle 70) als auch die Laserleistung innerhalb des zulässigen Sollwertebereiches).A laser beam power lying within the permissible nominal value includes an impact point 70 with a given diameter or geometrical dimensions used in data processing 58 is stored. At time t1, both the image data (diameter of the point of impact 70 ) as well as the laser power within the permissible setpoint range).

Zum Zeitpunkt t2 übersteigt die Laserleistung das vorgegebene Limit. Die Kontur des Bildes zum Zeitpunkt t2 ist im Bildfeld 68 gestrichelt dargestellt. Der Durchmesser der Auftreffstelle 70 ist hier überschwellig größer als ein vorgespeicherter Sollwert. In der Datenverarbeitung 58 wird sowohl ein Bildfehlersignal (überschwellige Abweichung) der Ist-Bilddaten von den Soll-Bilddaten als auch ein Prozessfehlersignal erzeugt, was wiederum bei Ausführung der Vorrichtung nur zur Qualitätssicherung zur Erzeugung eines akustisch oder optisch wahrnehmbaren Fehlersignals und weiteren Maßnahmen führen kann oder bei Online-Regelung dazu führen kann, dass die Leistung des Lasers nachgeregelt wird, um wieder innerhalb des zulässigen Sollwertbereiches zu liegen.At time t2, the laser power exceeds the predetermined limit. The contour of the image at time t2 is in the image field 68 shown in dashed lines. The diameter of the point of impact 70 here is exceedingly larger than a pre-stored setpoint. In data processing 58 Both an image error signal (suprathreshold deviation) of the actual image data from the target image data and a process error signal is generated, which in turn can only lead to quality assurance for generating an acoustically or visually perceptible error signal and further measures when running the device or in online control This can lead to the laser power being readjusted to be within the permissible setpoint range again.

4 verdeutlicht die geschilderten Vorgänge an einem Flussdiagramm. 4 illustrates the described processes on a flow chart.

Sei angenommen im Schritt 100 startet eine Bearbeitung. Im Schritt 102 wird dann üpberprüft, ob die Ist-Bilddaten, die zeitgleich mit der Bearbeitung ständig erzeugt werden, mit gespeicherten Soll-Bilddaten übereinstimmen. Wenn eine überschwellige Abweichung zwischen den Ist-Bilddaten und den Soll-Bilddaten vorliegt, schreitet das Programm zum Schritt 104 weiter, in dem überprüft wird, ob Ist-Prozessparameter bzw. deren Werte mit Soll-Prozessparametern übereinstimmen. Liegt eine überschwellige bzw. unzulässige Abweichung zwischen wenigstens einem Ist-Prozessparameter und einem Soll-Prozessparameter vor, so wird im Fall der Ausführung der Vorrichtung lediglich zur Qualitätskontrolle im Schritt 106 ein Fehlersignal erzeugt, was gemäß dem Schritt 108 zur Beendigung der Bearbeitung führen kann. Wenn die Anlage zur Online-Bearbeitungsregelung ausgeführt ist, schreitet das Programm vom Schritt 104 zum Schritt 108 weiter, indem ein Prozess, dessen Ist-Prozessparameter bzw. Ist-Prozessparameterwerte von den gespeicherten Soll-Prozessparametern bzw. Soll-Prozessparameterwerten abweichen, derart geändert wird, dass die Abweichung unter einen Schwellwert fällt bzw. innerhalb eines Sollbereiches liegt. Anschließend kehrt das Programm zum Schritt 102 zurück. Bei der Online-Regelung endet das Programm beispielsweise dadurch, dass auf der Werkstückoberfläche eine vorbestimmte Stelle erreicht wird oder durch Zeitablauf. Der anhand der 4 beschriebene Ablauf kann vielfältig abgeändert werden. Beispielsweise kann das Fehlersignal erzeugt und zusammen mit weiteren Parametern der Bearbeitung gespeichert werden, so dass, auch wenn die Bearbeitung bei Auftreten eines Fehlersignals nicht unterbrochen wird, im Nachhinein festgestellt werden kann, an welchen Stellen der Bearbeitung, beispielsweise einer langen Schweißnaht, ein Fehler vorlag, so dass diese Stellen der Schweißnaht dann gesondert nachgearbeitet werden können.Be accepted in the step 100 starts a processing. In step 102 It is then checked whether the actual image data, which are constantly generated at the same time as the processing, coincide with stored target image data. If there is a suprathreshold deviation between the actual image data and the target image data, the program proceeds to the step 104 in which it is checked whether actual process parameters or their values match setpoint process parameters. If there is a suprathreshold or impermissible deviation between at least one actual process parameter and a desired process parameter, then in the case of the embodiment of the device only for quality control in step 106 generates an error signal, which corresponds to the step 108 can lead to the termination of processing. When the machine for online editing control is executed, the program proceeds from the step 104 to the step 108 in that a process whose actual process parameters or actual process parameter values deviate from the stored desired process parameters or desired process parameter values is changed in such a way that the deviation falls below a threshold value or lies within a desired range. Then the program returns to the step 102 back. In the case of online control, the program ends, for example, in that a predetermined point is reached on the workpiece surface or through the passage of time. The basis of the 4 described procedure can be varied manifold. For example, the error signal can be generated and stored together with further parameters of the processing, so that even if the processing is not interrupted upon the occurrence of an error signal, it can subsequently be determined at which points of the processing, for example a long weld, an error was present , so that these points of the weld can then be reworked separately.

Die Erfindung wurde anhand der 1 mit einer Strahlquelle 16 beschrieben, die einen hochenergetischen Bearbeitungsstrahl, beispielsweise einen Laserstrahl oder Elektronenstrahl erzeugt. Der Bearbeitungskopf 14 kann auch derart ausgeführt sein, dass er beispielsweise anstelle der Fokussierlinse 22 eine an eine Hochspannungsquelle angeschlossene Elektrode aufweist, und das Werkstück 12 eine mit der Hochspannungsquelle verbundene Gegenelektrode bildet, so dass die Bearbeitung des Werkstücks 12 mit einem Lichtbogen erfolgt, dessen Energie über Spannung und Stromstärke steuerbar ist.The invention was based on the 1 with a beam source 16 described, which generates a high-energy processing beam, for example a laser beam or electron beam. The machining head 14 can also be designed such that it, for example, instead of the focusing lens 22 having an electrode connected to a high voltage source, and the workpiece 12 a connected to the high voltage source counter electrode forms, so that the machining of the workpiece 12 with an arc whose energy is controllable by voltage and current.

Mit dem geschilderten System wird eine hohe Sicherheit bei der Qualitätsbeurteilung bzw. Prozessregelung erzielt, da Prozessfehler, die Auswirkungen auf die Bearbeitung haben, sicher erkannt werden. Wenn beispielsweise lediglich die Optik des Systems derart verschmutzt, dass das von der Kamera aufgenommene Bild beeinflusst wird, ohne dass Ist-Prozessparameter von den Soll-Prozessparametern abweichen, wird dies nicht als Fehler erkannt und führt nicht zu einer Nachregelung. Wenn eine Abweichung zwischen Istwert und Sollwert angezeigt wird, beispielsweise dadurch verursacht, dass ein Durchflusssensor eines Gassensors fehlerhaft ist, führt dies ebenfalls zu keiner Prozessparameteränderung, insbesondere solange die Bilddaten im Hinblick auf die Auswirkungen dieses Prozessparameters einwandfrei sind.The described system achieves a high degree of safety in quality assessment or process control, since process errors that have an effect on processing are reliably detected become. If, for example, only the optics of the system are so contaminated that the image recorded by the camera is influenced without actual process parameters deviating from the desired process parameters, this is not recognized as an error and does not lead to readjustment. Also, if a deviation between the actual value and the target value is indicated, for example caused by a flow sensor of a gas sensor being faulty, this does not lead to a process parameter change, in particular as long as the image data are faultless with regard to the effects of this process parameter.

Es sei darauf hingewiesen, dass unterschiedlichste Arten der Bilderzeugung und des Vergleiches der Ist-Bilddaten mit Soll-Bilddaten möglich sind, beispielsweise eine spektrale Auswertung des Bildes, ein Vergleich der Lage der Auftreffstelle relativ zur Werkstückoberfläche mit einer Solllage, die gegebenenfalls zu einem Eingriff in die Steuerung der Aktoren 38 des Roboters 36 führen, usw. Weiter kann der Bearbeitungskopf 14 einen Temperatursensor enthalten, mit dem als Prozessparameter die Temperatur der Auftreffstelle des Laserstrahls auf die Werkstückoberfläche erfasst wird und mit einer gespeicherten Soll-Temperatur verglichen wird.It should be noted that various types of image generation and the comparison of the actual image data with target image data are possible, for example, a spectral evaluation of the image, a comparison of the location of the point of impact relative to the workpiece surface with a desired position, which may be an intervention in the control of the actuators 38 of the robot 36 lead, etc. Next, the machining head 14 contain a temperature sensor, which is detected as a process parameter, the temperature of the point of impact of the laser beam on the workpiece surface and is compared with a stored target temperature.

Die Erfindung wurde vorstehend beispielhaft mit Ausführungsformen beschrieben, bei denen in der elektronischen Einrichtung jeweils Soll-Bilddaten und Sollwerte der Prozessparameter, die als Soll-Prozessparameter bezeichnet wurden, gespeichert sind. Alternativ können in der elektronischen Einrichtung 42, deren Funktion auf voneinander getrennte und miteinander vernetzte Einheiten aufgeteilt sein kann, funktionale Zusammenhänge bzw. Abhängigkeiten von Prozessparametern gespeichert sein. Ein solcher funktionaler Zusammenhang besteht beispielsweise darin, dass er einen Zusammenhang zwischen der Relativgeschwindigkeit der Werkstückoberfläche zur Auftreffstelle des hochenergetischen Bearbeitungsstrahls und Leistung des hochenergetischen Bearbeitungsstrahls angibt, indem der Quotient aus Leistung und Relativgeschwindigkeit eine vorbestimmte Konstante ist. In diesem Fall wird als Prozessparameterfehler erkannt, wenn der Quotient von der Konstanten abweicht, d. h. für die Strahlleistung und die Relativgeschwindigkeit bestehen Freiheitsgrade. Bei einer solchen Ausführungsform der Erfindung werden die Prozessparameter nicht anhand fest vorgegebener Grenzwerte oder Sollwerte überwacht, sondern beispielsweise nach einem Satz von Regeln bzw. Algorithmen, die die Zusammenhänge des Bearbeitungsprozesses wiedergeben.The invention has been described above by way of example with embodiments in which target image data and nominal values of the process parameters which were designated as desired process parameters are stored in the electronic device. Alternatively, in the electronic device 42 whose function can be divided into separate and interconnected units, functional relationships or dependencies of process parameters can be stored. Such a functional relationship consists, for example, in that it indicates a relationship between the relative speed of the workpiece surface to the point of impact of the high-energy machining beam and power of the high-energy machining beam in that the quotient of power and relative speed is a predetermined constant. In this case, a process parameter error is recognized if the quotient deviates from the constant, ie there are degrees of freedom for the beam power and the relative speed. In such an embodiment of the invention, the process parameters are not monitored on the basis of fixed limit values or setpoint values, but, for example, according to a set of rules or algorithms which reproduce the relationships of the machining process.

Die funktionalen Zusammenhänge müssen nicht auf Zusammenhänge nur zwischen den Prozessparametern beschränkt sein, sondern können zusätzlich Bilddaten enthalten, beispielsweise den Abstand des erkalteten Nahbereiches 74 von der Wirkstelle 70 (3), der von der Relativgeschwindigkeit der Wirkstelle relativ zur Werkstückoberfläche, der Strahlleistung, der Menge des der Wirkstelle zugeführten Schutzgases, usw. abhängen kann. Somit können die Soll-Bilddaten mit den Soll-Prozessparametern vernetzt sein und können in ihrer Abhängigkeit von den jeweiligen Prozessdaten gespeichert sein.The functional relationships need not be limited to relationships only between the process parameters, but may additionally contain image data, for example the distance of the cooled short range 74 from the site of action 70 ( 3 ), which may depend on the relative velocity of the active site relative to the workpiece surface, the jet power, the amount of the protective gas supplied to the active site, etc. Thus, the desired image data can be networked with the desired process parameters and can be stored as a function of the respective process data.

Ein weiteres Beispiel einer Weiterbildung bzw. Durchführungsform der Erfindung ist folgendes:
Sei beispielsweise angenommen, bei der Schweißung einer Kehlnaht weist eine flache, möglichst breite Ausfüllung der Kehle auf eine maximale Anbindung und damit feste Verbindung hin. Aus den Ist-Bilddaten können in der Datenerarbeitung 58 (2) die Breite und die Wölbung beispielsweise der erkalteten Nahtbereiches (3) hergeleitet werden, die als getrennte Rechengrößen zur Verfügung stehen oder zu einer einzigen Rechengröße zusammengefasst werden. Weicht eine Ist-Rechengröße von einer vorher gespeicherten Soll-Rechengröße ab, so werden ein oder mehrere Prozessparameter von der Anlagensteuerung 60 (2) entsprechend in der Anlagensteuerung 60 gespeicherten Verknüpfungsrelationen zwischen den Prozessparametern und der Rechengröße derart verstellt, dass die Soll-Rechengrößen (Breite und Wölbung) wieder erreicht werden. Der Prozessparameter kann im vorliegenden Beispiel der Drahtvorschub (Regler 30r) sein, der beispielsweise vergrößert wird, wenn die Nahtwölbung zu klein wird.Another example of a development or implementation of the invention is the following:
Suppose, for example, when welding a fillet weld, a flat, as wide as possible filling of the throat indicates a maximum connection and therefore firm connection. From the actual image data can be used in data processing 58 ( 2 ) the width and the curvature of, for example, the cooled seam area ( 3 ), which are available as separate arithmetic variables or combined into a single arithmetic variable. If an actual arithmetic variable deviates from a previously stored desired arithmetic variable, then one or more process parameters are transmitted by the system controller 60 ( 2 ) accordingly in the plant control 60 stored linking relations between the process parameters and the arithmetic variable adjusted such that the desired arithmetic variables (width and curvature) are reached again. The process parameter in the present example, the wire feed (controller 30r ), which is enlarged, for example, if the seam becomes too small.

Ein oder mehrere Verknüpfungsrelationen können ein Regelwerk bilden, das durch Versuche oder sonstwie ermittelt wird und fest voreingestellt ist. Die Verknüpfungsrelationen können aber beispielsweise auch eingelernt werden oder durch Lernen optimiert werden, indem beispielsweise an einer vorbestimmten kritischen Stelle in vorherigen Schweißengen die Veränderung eines Prozessparameters erfolgreich war, so dass diese Veränderung gegenüber anderen Veränderungen bei weiteren ähnlich gelagerten notwenigen Eingriffen stärker gewichtet wird. So kann das Regelwerk im Laufe der Anwendung schneller und besser auf Veränderungen der bevorzugt aus Bilddaten gewonnen Rechengröße zu reagieren.One or more link relations may form a set of rules that is determined by trial or otherwise and is preset. However, the linking relations can also be learned or optimized by learning, for example, by the change of a process parameter having been successful at a predetermined critical location in previous welding conditions, so that this change is weighted more heavily than other changes in further similar necessary interventions. Thus, in the course of the application, the rules can react more quickly and better to changes in the arithmetic variable, preferably obtained from image data.

Das Regelwerk bzw. die Verknüpfungsrelationen können auch so gestaltet werden, dass auch bei fehlender Abweichung der Ist-Rechengröße von der Soll-Rechengröße leichte Veränderungen von Prozessparametern erfolgen und die daraus resultierende Änderung der Rechengröße ermittelt wird. Bei Veränderung der beobachteten Rechengröße im Sinne einer Verbesserung der Bearbeitung wird die Einstellung des Prozessparameters beibehalten oder in eine Richtung verstellt, bis ein Optimum der Rechengröße überschritten ist. Sobald sich die beobachtete Rechengröße verschlechtert, wird die Einstellung des Prozessparameters zurückgenommen, so dass das Optimum der Rechengröße erhalten bleibt. Auf diese Weise kann der Bearbeitungsprozess sich selbst auf ein Optimum regeln.The set of rules or the linking relations can also be designed in such a way that slight changes in process parameters occur even in the absence of deviation of the actual arithmetic variable from the nominal arithmetic variable and the resulting change in the arithmetic variable is determined. When the observed arithmetic variable is changed in the sense of improving the processing, the setting of the process parameter is maintained or adjusted in one direction until an optimum of the arithmetic quantity is exceeded. As soon as the observed As a result, the setting of the process parameter is reduced, so that the optimum of the arithmetic quantity is maintained. In this way, the machining process can self-regulate to an optimum.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung wird an folgendem Beispiel erläutert:
Sei angenommen, dass die Breite der flachen Nahtoberseite einer Kehlnaht einen großen Wert aufweist, der auf eine gute Anbindung und damit hohe Nahtfestigkeit schließen lässt. Sei angenommen, der Drahtvorschub ist dabei etwas unter einem voreingestellten oberen Grenzwert des Prozessparameters Drahtvorschub. Erfindungsgemäß kann unter Auswertung der Verknüpfung zwischen Drahtvorschub und Breite der Nahtoberseite der obere Grenzwert des Prozessparameters Drahtvorschub angehoben werden, so dass das Optimum im Bereich des Mittelwertes des zulässigen Drahtvorschubintervalls liegt und bei Abweichungen eine bessere Regelung möglich ist. Auf diese Weise können gespeicherte Soll-Prozessparameter selbsttätig an das jeweilige Prozessoptimum angepasst werden.Another aspect of the invention is illustrated by the following example:
Suppose that the width of the flat seam top of a fillet weld has a high value, which suggests a good connection and thus high seam strength. Suppose the wire feed is slightly below a preset upper limit of the wire feed process parameter. According to the invention, the upper limit of the process parameter wire feed can be increased by evaluating the relationship between wire feed and width of the seam top, so that the optimum lies in the range of the mean value of the permissible wire feed interval and better control is possible in the event of deviations. In this way, stored desired process parameters can be automatically adapted to the respective process optimum.

Insgesamt ermöglicht die Erfindung die Erfassung aller zur Beurteilung des Gesamtprozesses einer Bearbeitung notwendigen Größen und beispielsweise anhand eines Satzes von Verknüpfungsrelationen eine zielführende Regelung der Prozessparameter zum Erreichen eines optimalen Bearbeitungsergebnisses.Overall, the invention makes it possible to detect all variables necessary for the assessment of the overall process of a machining and, for example, based on a set of linkage relations, a targeted control of the process parameters to achieve an optimal machining result.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: BasisBase
1212: Werkstückworkpiece
1414: Bearbeitungskopfprocessing head
1616: Laserstrahlquellelaser beam source
1818: Laserstrahllaser beam
2020: Spiegelmirror
2222: Fokussierlinsefocusing lens
2424: Fokussierlinsefocusing lens
2626: BildwandlerfeldImage converter box
2828: elektronische Kameraelectronic camera
3030: HilfsmaterialeinrichtungAuxiliary material facility
3232: Beleuchtungsquellelighting source
3434: Konsoleconsole
3636: Roboterrobot
3838: Aktorenactuators
4040: Gestellframe
4242: Elektronische EinrichtungElectronic device
5050: DruckluftreglerAir Regulator
5252: BearbeitungsoptikreglerProcessing optics regulator
5454: SchutzgasreglerBlanket Gas Regulators
5656: FeldbusverteilerFieldbus
5858: Datenverarbeitungdata processing
6060: Anlagesteuerungsystem control
6262: Bildschirmscreen
6464: ProzessparameterauswahlfeldProcess parameters selection field
6666: ProzessparameterfeldProcess parameter field
6868: Bildfeldfield
7070: Auftreffstelleimpingement
7272: geschmolzener Bereichmelted area
7474: erkalteter Bereichcooled area

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202007018689 U1 [0003]
DE 102005024085 A1 [0004]

Claims

A method of monitoring the machining of a workpiece with a high energy machining beam, comprising the following steps Picking up an electronically evaluable image containing at least the point of impact of the machining beam on the workpiece, Generating actual image data, Comparing the actual image data with target image data, - Generating an image error signal in a deviation of the actual image data from the target image data and - Triggering of measures in the presence of an image error signal.

Method according to claim 1, comprising the following steps: Detecting acquisition-controlling actual process parameters synchronously with the generation of the actual image data, Comparing actual process parameters with desired process parameters, Generating a process error signal in the event of a deviation between actual process parameters and desired process parameters, and - Generating an error signal in the simultaneous presence of an image error signal and a process error signal.

The method of claim 2, wherein at least one process parameter is changed in an existing error signal such that the deviation of the associated actual process parameter from the target process parameter decreases.

The method of claim 2 or 3, wherein from image data at least one arithmetic variable is generated, which is linked via at least one linkage relationship with at least one process parameter and at least one desired process parameter is derived from a desired arithmetic unit generated from target image data based on a linkage relationship.

The method of claim 4, wherein the present process parameters are changed in the direction of a reduction of the deviation between the actual arithmetic variable and the nominal arithmetic operation when there is an error signal.

The method of claim 4 or 5, wherein the linkage relationship is determined by experiments.

Method according to claim 4 or 5, wherein actual process parameters are changed during the machining of the workpiece, the changes of the arithmetic variable caused by the changes of the process parameters are detected and the connection relation is optimized in order to improve the description of the relationship between process parameters and arithmetic variable.

The method of any one of claims 1 to 7, wherein the image data includes at least one of the following information: area of the melted areas; Shape of the molten areas; Location of the molten areas relative to a predetermined path on the workpiece, frequency of the radiation emitted by the molten areas; Frequency distribution of the radiated from the molten areas radiation.

Method according to one of claims 1 to 8, wherein the process parameters include at least one of the following information: speed and direction of the relative movement between the impact of the high-energy processing beam on the workpiece, distance between a focus lens of the processing beam and the workpiece surface; Direction in which the machining beam hits the workpiece surface; Power of the machining beam; Amount of inert gas supplied by the point of impact; Quantity of compressed air supplied by the point of impact; Amount of auxiliary material brought to the point of impact.

Device for processing a workpiece ( 12 ) by means of a high-energy machining beam ( 18 ) containing a base ( 10 ) for holding the workpiece ( 12 ), a processing head ( 14 ) with a beam source ( 16 ) for generating the high-energy machining beam, an optical system ( 22 ) for focusing the machining beam on the workpiece surface and an electronic camera ( 28 ) for receiving an image containing at least the point of impact of the processing beam on the workpiece surface, a device ( 16r . 30r . 38r . 50r . 52r . 54r ) for setting process parameters influencing the machining of the workpiece, a data processing device ( 58 ) for storing target data and evaluating actual data and their comparisons with the target data, and an electronic control device ( 60 ) containing the data processing device ( 58 ) and the means for adjusting the process parameters according to one of claims 1 to 9 controls.

Apparatus according to claim 10, wherein the machining head ( 14 ) a lighting source ( 32 ) for illuminating at least the surface area of the workpiece struck by the machining beam ( 12 ) and image data containing the surface area illuminated by the illumination source is generated.

Apparatus according to claim 10 or 11, wherein the means for setting process parameters actuators ( 38 ) for generating a relative movement between the base ( 10 ) and the processing head ( 14 ) contains.

Apparatus according to any of claims 10 to 12, wherein the processing head comprises at least one of the following controllable means: means ( 30r ) for supplying auxiliary material to the point of impact of the machining beam on the workpiece surface, a device ( 54r ) for applying impact gas to the point of impact of the machining beam on the workpiece surface, a device ( 50r ) for impinging the point of impact of the machining beam on the workpiece surface with compressed air, a device ( 16r ) for adjusting the power of the machining beam, means ( 38r ) for controlling a relative movement between the base ( 10 ) and the processing head ( 14 ).

Device according to one of claims 10 to 13, wherein the beam source is a laser beam source ( 16 ).

Apparatus according to any of claims 10 to 14, wherein the machining of the workpiece is one of the following operations: brazing, welding, hardening, cutting.