DE102019212403B4 - Verfahren zur Regelung mindestens eines Bearbeitungsparameters anhand mindestens eines Spritzermerkmals sowie zugehörige Bearbeitungsmaschine und Computerprogrammprodukt - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Regelung mindestens eines Bearbeitungsparameters (P) anhand mindestens eines Spritzermerkmals (M) von Spritzern (8), die beim Bearbeiten eines Werkstücks (2) mittels eines in einer Doppelkernfaser (12) geführten Laserstrahls (3) aus einer Schmelzzone (9) des Werkstücks (2) austreten, mit folgenden Verfahrensschritten:- Aufnehmen von Bildern (111-113) eines von Spritzern (8) durchflogenen Raumbereiches (7) während des Bearbeitens des Werkstücks (2), und- Bestimmen des mindestens einen Spritzermerkmals (M) durch Auswerten der aufgenommenen Bilder (111-113), wobei die Spritzer (8) jeweils über mehrere zeitlich nacheinander aufgenommene Bilder (111-113) hinweg verfolgt werden und wobei das mindestens eine Spritzermerkmal (M) mittels einer bildübergreifenden Auswertung der mehreren Bilder (111-113) bestimmt wird,dadurch gekennzeichnet,dass während des Bearbeitens des Werkstücks (2) mindestens ein Bearbeitungsparameter (P) anhand des bestimmten mindestens einen Spritzermerkmals (M) eingestellt oder geändert wird,dass der mindestens eine Bearbeitungsparameter (P) in Richtung einer Reduktion der Anzahl und/oder Größe der Spritzer (8) eingestellt oder geändert wird, unddass beim Bearbeiten des Werkstücks (2) mittels des Laserstrahls (3) der mindestens eine Bearbeitungsparameter (P) mindestens einen der folgenden Laserschweißparameter umfasst: Gesamtleistung des Laserstrahls (3), Pulsfrequenz des Laserstrahls (3), Laserleistungsmodulation des Laserstrahls (3), Fokuslage des Laserstrahls (3) und Aufteilung der Laserleistung auf eine Kernfaser (13) und eine die Kernfaser (13) umgebende Ringfaser (14) der Doppelfaser (12), in welcher der Laserstrahl (3) in Richtung Werkstück (2) geführt wird.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung mindestens eines Bearbeitungsparameters anhand mindestens eines Spritzermerkmals von Spritzern, die beim Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines in einer Doppelkernfaser geführten Laserstrahls aus einer Schmelzzone des Werkstücks austreten, mit folgenden Verfahrensschritten:
- - Aufnehmen von Bildern eines von Spritzern durchflogenen Raumbereiches während des Bearbeitens des Werkstücks, und
- - Bestimmen des mindestens einen Spritzermerkmals durch Auswerten der aufgenommenen Bilder,
- Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Bearbeitungsmaschine mit einem Bearbeitungskopf zum Richten eines Laserstrahls auf ein zu bearbeitendes Werkstück, mit einer Kamera, die auf einen Raumbereich gerichtet ist, der bei der Werkstückbearbeitung von Spritzern durchflogen wird, welche aus einer Schmelzzone des Werkstücks austreten, und mit einer Bildverarbeitungseinheit zum Auswerten der Spritzer in einem von der Kamera aufgenommenen Bild.
- Ein derartiges Verfahren und eine derartige Bearbeitungsmaschine sind beispielsweise aus der
DE 10 2014 107 716 B3 bekannt geworden. - Beim Schweißprozess mittels Laser entsteht an der Stelle, an der der Laserstrahl auf die zu fügenden Werkstücke trifft, ein Schmelzbad. Beim Tiefschweißen sind sehr hohe Leistungsdichten von etwa 1 Megawatt pro Quadratzentimeter nötig. Der Laserstrahl schmilzt das Metall dann nicht nur auf, sondern erzeugt auch Dampf. In der Metallschmelze bildet sich sodann ein tiefes, schmales, dampfgefülltes Loch: die sog. Dampfkapillare (auch Keyhole genannt). Die Dampfkapillare ist das Ergebnis eines Gleichgewichts zwischen Druck des verdampfenden Materials sowie auf die Schmelze wirkender Oberflächenspannung und Schwerkraft, welche dem Dampfdruck entgegen wirken, um die Dampfkapillare zu schließen. Die Dampfkapillare ist also von flüssigem Metall umgeben. Dieser flüssige Bereich wird allgemein als Schmelzbad bezeichnet. Die Schmelzbadform (Breite, Länge) ist gekennzeichnet durch die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Werkstoff, die Form der Wärmequelle und in hohem Maße durch das Bauteil selbst. Homogene Schweißnahtverläufe führen in der Regel zur Ausbildung eines gleichmäßigen Schmelzbades, d.h., das Schmelzbad weist während des Prozesses eine konstante Größe auf. Änderungen im Schweißnahtverlauf (Spalt, Geschwindigkeit, Wärmeableitung) bewirken jedoch Änderungen in der Größe des Schmelzbades. Dies kann zur Folge haben, dass sich die von der Größe des Schmelzbades abhängigen Eigenschwingungen an determinierten Stellen auf der Schmelzbadoberfläche überlagern und sogenannte „Schmelzewellen“ bilden. Diese können sich in alle Richtungen durch das Schmelzbad bewegen. Demnach bilden die Schmelzewellen einen weiteren Faktor, der das beschriebene Gleichgewicht, welches die Dampfkapillare aufrechterhält, stören kann. Das beständige Pumpen der Dampfkapillare führt dazu, dass der ausströmende Dampf beständig kleinste Mengen der Schmelze in Form von Prozessemissionen mitreißt. Wird dieser Prozess von „Schmelzwellen“ gestört, bricht die Dampfkapillare zusammen. Eingeschlossenes Gas und der zeitgleiche Aufbau einer neuen Dampfkapillare führen zu Spritzern von aufgeschmolzenem Material, die sich in der Nähe der Schweißnaht auf der Oberfläche der Werkstücke ablagern. Das ausgeworfene Material fehlt in der Schweißnaht, was im ungünstigsten Fall eine Nacharbeit erforderlich macht. Zusätzlich müssen die abgelagerten Metallspritzer entfernt werden, was eine kostspielige Nachbearbeitung erforderlich macht.
- Aus der eingangs genannten
DE 10 2014 107 716 B3 ist ein Verfahren zur Reduktion von Schweißspritzern während des Schweißens mit einem Laserstrahl bekannt, wobei der Laserstrahl während des Schweißens eine der Vorschubbewegung überlagerte, räumlich oszillierende Bewegung parallel oder senkrecht zum Fügestoß ausführt. Die Oszillationsparameter dieser Oszillation werden während des Schweißprozesses dynamisch in der Art angepasst, dass die Entstehung von Schweißspritzern reduziert wird. Als Grundlage für die Anpassung der Oszillationsparameter werden die in einem Bildausschnitt von mit einer Kamera von dem Laserbrennfleck und dem Fügestoß mit hoher Wiederholrate aufgenommenen Bildern erfasste Anzahl und Größe der Schweißspritzer in Echtzeit ausgewertet. Allerdings werden dieselben Spritzer in mehreren Bildern möglicherweise mehrfach detektiert, was zu einer Verfälschung der erfassten Anzahl an Schweißspritzern führt. - Aus der nachveröffentlichten
DE 10 2019 209 376 A1 ist weiterhin eine Vorrichtung zur Überwachung eines Laserbearbeitungsprozesses bekannt. Die Vorrichtung ist eingerichtet, während des Laserbearbeitungsprozesses entstandene Spritzer durch Auswertung von Sensordaten zu detektieren, wobei eine ereignisbasierte Kamera die auszuwertenden Sensordaten während des Laserbearbeitungsprozesses erzeugt. - Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass Spritzermerkmale, wie z.B. die Anzahl der Spritzer, möglichst unverfälscht bestimmt werden können und auch dynamische Spritzermerkmale, wie z.B. die Erzeugungsrate, Geschwindigkeit und Flugkurve der Spritzer, bestimmt werden können. Es ist ferner auch Aufgabe der Erfindung, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Bearbeitungsmaschine anzugeben.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass während des Bearbeitens des Werkstücks mindestens ein Bearbeitungsparameter anhand des bestimmten mindestens einen Spritzermerkmals eingestellt oder geändert wird, dass der mindestens eine Bearbeitungsparameter in Richtung einer Reduktion der Anzahl und/oder Größe der Spritzer eingestellt oder geändert wird, und dass beim Bearbeiten des Werkstücks mittels des Laserstrahls der mindestens eine Bearbeitungsparameter mindestens einen der folgenden Laserschweißparameter umfasst: Gesamtleistung des Laserstrahls, Pulsfrequenz des Laserstrahls, Laserleistungsmodulation des Laserstrahls, Fokuslage des Laserstrahls und Aufteilung der Laserleistung auf eine Kernfaser und eine die Kernfaser umgebende Ringfaser einer Doppelfaser, in welcher der Laserstrahl in Richtung Werkstück geführt wird.
- Erfindungsgemäß werden die Bilder hinsichtlich Bearbeitungsqualitätsrelevanter Spritzermerkmale bildübergreifend ausgewertet. Bei den Spritzermerkmalen kann es sich um Anzahl und Größe der Spritzer, aber auch um Erzeugungsrate, Erzeugungsdichte, Geschwindigkeit und Flugkurve der Spritzer handeln. Aus der bestimmten Anzahl und Größe der Spritzer kann ein durch die Spritzer verursachter Materialvolumenverlust der Schmelzzone und, bei Kenntnis der Partikeldichte, auch der zugehörige Masseverlust der Schmelzzone ermittelt werden. Bei dem Bearbeitungslaserstrahl handelt es sich um einen thermischen Bearbeitungsstrahl, wie z.B. einen Laserstrahl oder einen Elektronenstrahl.
- Erfindungsgemäß wird während des Bearbeitens des Werkstücks mindestens ein Bearbeitungsparameter anhand des bestimmten mindestens einen Spritzermerkmals eingestellt oder geändert, und zwar vorteilhaft in Richtung einer Reduktion der Anzahl und/oder Größe der Spritzer. Bei der Werkstückbearbeitung mittels Laserstrahl umfasst der mindestens eine Bearbeitungsparameter vorzugsweise mindestens einen der folgenden Laserschweißparameter: Gesamtleistung des Laserstrahls, Pulsfrequenz des Laserstrahls, Laserleistungsmodulation des Laserstrahls, Fokuslage des Laserstrahls und Aufteilung der Laserleistung auf Kern- und Ring-Faser einer Doppelfaser, in welcher der Laserstrahl in Richtung Werkstück geführt ist. Die Schweißnahtqualität bei Verwendung einer Doppelfaser mit Kern- und Ring-Faser ist durch diverse Prozessparameter beeinflusst. Einer der wesentlichen Faktoren ist die Aufteilung der Laserleistung auf Kern- und Ring-Faser (2in1-Faser), welche passend zu den Anforderungen des Schweißprozesses angepasst werden muss. Um parallel zum Schweißvorgang Information über die Prozessstabilität bzw. das Aufkommen von Schweißspritzern zu erhalten, wird mittels einer geeigneten Prozesskamera die Spritzerbildung in der Prozess- bzw. Schmelzzone erfasst. Abhängig von der Anzahl und Größe der auftretenden Spritzer wird die Leistungsverteilung der Doppelfaser, also die Laserleistungsverteilung zwischen Kern- und Ringfaser, angepasst bzw. geregelt. Zusätzlich ist die Regelung weiterer prozessrelevanter Parameter wie Laserpulsfrequenz und Laserleistungsmodulation denkbar.
- Vorzugsweise handelt es sich bei den ausgewerteten Bildern um Einzelbilder einer aufgenommen Videosequenz, wodurch eine eindeutige bildübergreifende Zuordnung der einzelnen Spritzer in den Einzelbildern sichergestellt ist.
- Beim Zählen der Spritzer wird vorteilhaft mittels der bildübergreifenden Auswertung ein und derselbe Spritzer nur in einem der mehreren Bilder, insbesondere nur beim erstmaligen Auftreten in einem Bild, gezählt. Durch diese Maßnahme wird verhindert, dass dieselben Spritzer in mehreren Bildern mehrfach gezählt werden, was zu einer Verfälschung der bestimmten Spritzeranzahl führen würdet.
- Besonders bevorzugt wird einem Spritzer beim erstmaligen Auftreten in einem Bild ein eigener Identifikator zugeordnet, mit dem der Spritzer auch in den nachfolgenden Bildern gekennzeichnet wird. Die bildübergreifende Auswertung wertet dann einen in den Bildern mit demselben Identifikator gekennzeichneten Spritzer hinsichtlich Bearbeitungsqualitätsrelevanter Merkmale aus.
- Bevorzugt wird die Bearbeitungsqualität des Werkstücks anhand des bestimmten mindestens einen Spritzermerkmals ermittelt. So kann beispielsweise die Gesamtanzahl der während der Werkstückbearbeitung bestimmten Spritzer als Kriterium zur Qualitätssicherung verwendet werden.
- Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt auch eine Bearbeitungsmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 8. Die bildübergreifende Auswertungseinrichtung ermöglicht insbesondere die Quantifizierung und Qualifizierung der Spritzer. Als Kamera kann beispielswiese eine zeitlich und räumlich hinreichend gut auflösende CMOS-Kamera eingesetzt werden. Mit der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine ergeben sich die gleichen Vorteile wie beim erfindungsgemäßen Verfahren.
- Um den von den Spritzern durchflogenen Raumbereich zu erfassen, kann die Kamera parallel oder koaxial zu dem auf das Werkstück auftreffenden Bearbeitungsstrahl oder unter einem Winkel zur Werkstückoberfläche, insbesondere zur Schmelzzone, oder parallel zur Werkstückoberfläche ausgerichtet sein.
- Besonders vorteilhaft ist die Kamera als eine Videokamera ausgeführt. Anhand einer aufgenommenen Videosequenz lässt sich ein Spritzer in den Einzelbildern besonders leicht und einfach bildübergreifend verfolgen bzw. identifizieren.
- Die Erfindung betrifft schließlich auch ein Computerprogrammprodukt, welches Codemittel aufweist, die zum Durchführen aller Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens angepasst sind, wenn das Programm auf einer Steuerung einer Bearbeitungsmaschine abläuft.
- Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen entnehmbar. 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 schematisch eine erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschine zum Laserstrahlschweißen von Werkstücken; und -
2a-2c zeitlich nacheinander aufgenommene Bilder von beim Laserstrahlschweißen erzeugten Schweißspritzern. - Die in
1 schematisch gezeigte Bearbeitungsmaschine 1 dient zum Schweißen eines Werkstücks 2 mittels eines Laserstrahls 3. - Die Bearbeitungsmaschine 1 umfasst einen Laserstrahlerzeuger 4 zum Erzeugen des Laserstrahls 3, einen Bearbeitungskopf 5 zum Richten des Laserstrahls 3 auf das Werkstück 2, eine Kamera 6, die auf einen Raumbereich 7 gerichtet ist, der bei der Werkstückbearbeitung von Spritzern 8, welche aus einer vom Laserstrahl 3 aufgeschmolzenen Schmelzzone 9 des Werkstücks 2 austreten, durchflogen wird, und eine Bildverarbeitungseinheit 10 zum Auswerten der Spritzer 8 in einem von der Kamera 6 aufgenommenen Bild 111-113 (
2a-2c ). Wie in1 gezeigt, wird der Laserstrahl 3 in einer Doppelfaser 12, welche eine Kernfaser 13 und einer die Kernfaser 13 umgebende Ringfaser 14 aufweist, in Richtung Werkstück 2 geführt. - Anders als im gezeigten Ausführungsbeispiel, in dem die Kamera 6 unter einem Winkel zur Werkstückoberfläche 15 auf die Schmelzzone 9 gerichtet ist, kann die Kamera 6 alternativ auch parallel oder koaxial zu dem auf das Werkstück 2 auftreffenden Laserstrahl 3 oder auch parallel zur Werkstückoberfläche 12 ausgerichtet sein. Die Kamera 6 kann zur Aufnahme von Einzelbildern oder aber als eine Videokamera zur Aufnahme einer Videosequenz ausgeführt sein.
- Die Bildverarbeitungseinheit 10 verfügt über eine bildübergreifende Auswertungseinrichtung 16, welche die Spritzer 8 jeweils über mehrere zeitlich nacheinander aufgenommene Bilder 111-113 hinweg verfolgen und aus den mehreren Bilder 111-113 ein oder auch mehrere Spritzermerkmale M bestimmen kann.
- Außerdem weist die Bearbeitungsmaschine 1 eine Steuereinheit 17 auf, die programmiert ist, während der Werkstückbearbeitung mindestens einen Schweißparameter P anhand des bestimmten Spritzermerkmals M einzustellen. Im Strahlengang des Laserstrahls 3 ist eine von der Steuereinheit 17 angesteuerte Ablenkeinheit 18 angeordnet, die den Laserstrahl 3 entsprechend dem bestimmten Spritzermerkmal M entweder nur in die Kernfaser 13 oder nur in die Ringfaser 14 oder sowohl in die Kernfaser 13 als auch in die Ringfaser 14 ablenkt.
- Die Schweißnahtqualität beim Laserstrahlschweißen mit einer Doppelfaser 12 ist durch diverse Bearbeitungs- bzw. Prozessparameter beeinflusst. Einer der wesentlichen Bearbeitungsparameter ist die Aufteilung der Schweißleistung auf die Kernfaser 13 und die Ringfaser 14, welche passend zu den Anforderungen des Schweißprozesses angepasst werden muss, um die Anzahl und Größe der Spritzer 8 möglichst zu minimieren. Um parallel zum Schweißvorgang Informationen über die Prozessstabilität bzw. das Aufkommen von Spritzern 8 zu erhalten, wird mittels der Kamera 6 die Spritzerbildung in der Schmelzzone 9 erfasst. Dazu werden während der Werkstückbearbeitung Bilder 111-113 des Raumbereichs 7 aufgenommen, aus denen dann von der Bildverarbeitungseinheit 10 die Anzahl und Größe der auftretenden Spritzer 8 bestimmt werden können. Um dabei denselben Spritzer 8 in den einzelnen Bildern 111-113 nicht mehrfach zu zählen, werden die Spritzer 8 von der bildübergreifenden Auswertungseinrichtung 16 jeweils über mehrere zeitlich nacheinander aufgenommene Bilder 111-113 hinweg verfolgt und die Anzahl und Größe der Spritzer 8 von der bildübergreifenden Auswertungseinrichtung 16 aus den mehreren Bilder 111-113 bestimmt.
- Wie in
2a-2c gezeigt, wird einem Spritzer 8 beim erstmaligen Auftreten in einem Bild 111-113 ein eigener Identifikator ID1-ID6 zugeordnet, mit dem dieser Spritzer 8 dann auch in den nachfolgenden Bildern 111-113 gekennzeichnet wird. Abhängig von der so bestimmten Anzahl und Größe der Spritzer 5 wird die Aufteilung der Schweißleistung auf die Kernfaser 13 und die Ringfaser 14 angepasst bzw. geregelt. Genauer gesagt bestimmt während der Werkstückbearbeitung die Steuereinheit 17 aus der bestimmten Anzahl und Größe der Spritzer 8 als Bearbeitungsparameter P einen Leistungsaufteilungsparameter, der als Stellgröße an die Ablenkeinheit 18 weitergegeben wird, die den Laserstrahl 3 dann entsprechend ablenkt. Aus der bestimmten Anzahl und Größe der Spritzer 8 kann ein durch die Spritzer 8 verursachter Materialvolumenverlust der Schmelzzone 9 und, bei Kenntnis der Partikeldichte, auch der zugehörige Masseverlust der Schmelzzone 9 ermittelt werden. - Alternativ oder zusätzlich zu der Anzahl und Größe der Spritzer 8 können aus den mehreren Bildern 111-113 auch andere Spritzermerkmale M bestimmt werden, wie z.B. die Erzeugungsrate und -dichte der Spritzer 8, die Geschwindigkeit der Spritzer 8 oder auch die Flugkurve der Spritzer 8.
- Wie in
1 angedeutet, kann die Steuereinheit 17 während der Werkstückbearbeitung aus dem oder den Spritzermerkmalen M auch andere Bearbeitungsparameter P, wie z.B. die Gesamtleistung, die Pulsfrequenz oder die Fokuslage des Laserstrahls 3, anpassen bzw. regeln und als Stellgrößen an die entsprechenden Komponenten, z.B. an den Laserstrahlerzeuger 4 oder den Bearbeitungskopf 5, weitergeben. - Das oder die bestimmten Spritzermerkmale M können auch als Kriterium der Bearbeitungsqualität des Werkstücks 2 herangezogen werden.
Claims (11)
- Verfahren zur Regelung mindestens eines Bearbeitungsparameters (P) anhand mindestens eines Spritzermerkmals (M) von Spritzern (8), die beim Bearbeiten eines Werkstücks (2) mittels eines in einer Doppelkernfaser (12) geführten Laserstrahls (3) aus einer Schmelzzone (9) des Werkstücks (2) austreten, mit folgenden Verfahrensschritten: - Aufnehmen von Bildern (111-113) eines von Spritzern (8) durchflogenen Raumbereiches (7) während des Bearbeitens des Werkstücks (2), und - Bestimmen des mindestens einen Spritzermerkmals (M) durch Auswerten der aufgenommenen Bilder (111-113), wobei die Spritzer (8) jeweils über mehrere zeitlich nacheinander aufgenommene Bilder (111-113) hinweg verfolgt werden und wobei das mindestens eine Spritzermerkmal (M) mittels einer bildübergreifenden Auswertung der mehreren Bilder (111-113) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Bearbeitens des Werkstücks (2) mindestens ein Bearbeitungsparameter (P) anhand des bestimmten mindestens einen Spritzermerkmals (M) eingestellt oder geändert wird, dass der mindestens eine Bearbeitungsparameter (P) in Richtung einer Reduktion der Anzahl und/oder Größe der Spritzer (8) eingestellt oder geändert wird, und dass beim Bearbeiten des Werkstücks (2) mittels des Laserstrahls (3) der mindestens eine Bearbeitungsparameter (P) mindestens einen der folgenden Laserschweißparameter umfasst: Gesamtleistung des Laserstrahls (3), Pulsfrequenz des Laserstrahls (3), Laserleistungsmodulation des Laserstrahls (3), Fokuslage des Laserstrahls (3) und Aufteilung der Laserleistung auf eine Kernfaser (13) und eine die Kernfaser (13) umgebende Ringfaser (14) der Doppelfaser (12), in welcher der Laserstrahl (3) in Richtung Werkstück (2) geführt wird.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bilder (111-113) Einzelbilder einer aufgenommen Videosequenz sind. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass mittels der bildübergreifenden Auswertung mindestens eines der folgenden Spritzermerkmale (M) bestimmt wird: Anzahl der Spritzer (8), Größe der Spritzer (8), Erzeugungsrate der Spritzer (8), Erzeugungsdichte der Spritzer (8), Geschwindigkeit der Spritzer (8), oder Flugkurve der Spritzer (8). - Verfahren nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass aus der bestimmten Anzahl und Größe der Spritzer (8) ein durch die Spritzer (8) verursachter Materialvolumenverlust der Schmelzzone (9) ermittelt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der bildübergreifenden Auswertung ein und derselbe Spritzer (8) nur in einem der mehreren Bilder (111-113) gezählt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem Spritzer (8) beim erstmaligen Auftreten in einem Bild (111-113) ein eigener Identifikator (ID1-ID6) zugeordnet wird, mit dem der Spritzer (8) auch in den nachfolgenden Bildern (111-113) gekennzeichnet wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsqualität des Werkstücks (2) anhand des bestimmten mindestens einen Spritzermerkmals (M) ermittelt wird.
- Bearbeitungsmaschine (1) mit einem Bearbeitungskopf (5) zum Richten eines Laserstrahls (3) auf ein zu bearbeitendes Werkstück (2), mit einer Kamera (6), die auf einen Raumbereich (7) gerichtet ist, der bei der Werkstückbearbeitung von Spritzern (8), welche aus einer Schmelzzone (9) des Werkstücks (2) austreten, durchflogen wird, und mit einer Bildverarbeitungseinheit (10) zum Auswerten der Spritzer (8) in einem von der Kamera (6) aufgenommenen Bild (111-113), dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungseinheit (10) eine bildübergreifende Auswertungseinrichtung (16) aufweist, welche die Spritzer (8) jeweils über mehrere zeitlich nacheinander aufgenommene Bilder (111-113) hinweg verfolgt und aus den mehreren Bilder (111-113) mindestens ein Spritzermerkmal (M) bestimmt, dass die Bearbeitungsmaschine (1) eine Steuereinheit (17) aufweist, die programmiert ist, während der Werkstückbearbeitung mindestens einen Bearbeitungsparameter (P) anhand des bestimmten mindestens einen Spritzermerkmals (M) einzustellen oder zu ändern, und dass der Laserstrahl (3) in einer Doppelfaser (12) mit einer Kernfaser (13) und einer die Kernfaser (13) umgebenden Ringfaser (14) in Richtung Werkstück (2) geführt ist und im Strahlengang des Laserstrahls (3) eine von der Steuereinheit (17) angesteuerte Ablenkeinheit (18) angeordnet ist, die den Laserstrahl (3) entsprechend dem bestimmten mindestens einen Spritzermerkmal (M) entweder nur in die Kernfaser (13) oder nur in die Ringfaser (14) oder sowohl in die Kernfaser (13) als auch in die Ringfaser (14) ablenkt.
- Bearbeitungsmaschine nach
Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (6) parallel oder koaxial zu dem auf das Werkstück (2) auftreffenden Bearbeitungsstrahl oder unter einem Winkel zur Werkstückoberfläche (12) oder parallel zur Werkstückoberfläche (12) ausgerichtet ist. - Bearbeitungsmaschine nach
Anspruch 8 oder9 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (6) als eine Videokamera ausgeführt ist. - Computerprogrammprodukt, welches Codemittel aufweist, die zum Durchführen aller Schritte des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis7 angepasst sind, wenn das Programm auf einer Steuerung (17) einer Bearbeitungsmaschine (1) abläuft.
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PCT/EP2020/072147 WO2021032499A1 (de) | 2019-08-20 | 2020-08-06 | Verfahren zum bestimmen von spritzermerkmalen bei der laserbearbeitung sowie zugehörige bearbeitungsmaschine und computerprogrammprodukt |
CN202080047498.0A CN114025908A (zh) | 2019-08-20 | 2020-08-06 | 用于确定激光加工中的飞溅物特征的方法以及相关联的加工机和计算机程序产品 |
US17/578,700 US20220134473A1 (en) | 2019-08-20 | 2022-01-19 | Method for determining spatter characteristics in laser machining and associated machining machine and computer program product |
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Families Citing this family (2)
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---|---|---|---|---|
DE102020210974A1 (de) | 2020-08-31 | 2022-03-03 | Ford Global Technologies, Llc | Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln von Defekten während eines Oberflächenmodifizierungsverfahrens |
CN116493735B (zh) * | 2023-06-29 | 2023-09-12 | 武汉纺织大学 | 一种万瓦级超高功率激光焊接过程运动飞溅实时跟踪方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014107716B3 (de) | 2014-06-02 | 2015-06-25 | Scansonic Mi Gmbh | Laserstrahlschweißverfahren |
DE102019209376A1 (de) | 2019-06-24 | 2020-12-24 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung eines Laserbearbeitungsprozesses, Verwendung einer ereignisbasierten Kamera, Computerprogramm und Speichermedium |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000020158A1 (de) * | 1998-10-07 | 2000-04-13 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur materialbearbeitung mit plasma induzierender hochenergiestrahlung |
DE10103255B4 (de) * | 2001-01-25 | 2004-12-30 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur automatischen Beurteilung von Laserbearbeitungsprozessen |
DE112010003406B4 (de) * | 2009-08-27 | 2021-05-06 | Ihi Inspection & Instrumentation Co., Ltd. | Laserschweißgütebestimmungs-Verfahren und -Vorrichtung |
DE102010003750A1 (de) * | 2010-04-08 | 2011-10-13 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Verfahren und Anordnung zum Verändern der Strahlprofilcharakteristik eines Laserstrahls mittels einer Mehrfachclad-Faser |
CN102750539B (zh) * | 2012-06-06 | 2016-05-18 | 深圳市海亿达能源科技股份有限公司 | 一种对区域空间人群进行统计的装置及其统计方法 |
CN103065123A (zh) * | 2012-12-21 | 2013-04-24 | 南京邮电大学 | 基于图像预处理和背景差分的人头跟踪及计数方法 |
CN106022459B (zh) * | 2016-05-23 | 2018-11-30 | 三峡大学 | 一种基于水下视频的鱼道过鱼量自动计数系统 |
KR102124881B1 (ko) * | 2016-07-15 | 2020-06-22 | 코렐라스 오와이 | 레이저 프로세싱 장치 및 방법 |
DE102016222357A1 (de) * | 2016-11-15 | 2018-05-17 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Verfahren zum Tiefschweißen eines Werkstücks, mit Einstrahlen eines Laserstrahls in die von einem anderen Laserstrahl erzeugte Kapillaröffnung |
CN107283026A (zh) * | 2017-08-22 | 2017-10-24 | 南京中车浦镇城轨车辆有限责任公司 | 一种不锈钢列车车体cmt焊接飞溅的离线分析方法 |
-
2019
- 2019-08-20 DE DE102019212403.8A patent/DE102019212403B4/de active Active
-
2020
- 2020-08-06 WO PCT/EP2020/072147 patent/WO2021032499A1/de active Application Filing
- 2020-08-06 CN CN202080047498.0A patent/CN114025908A/zh active Pending
-
2022
- 2022-01-19 US US17/578,700 patent/US20220134473A1/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014107716B3 (de) | 2014-06-02 | 2015-06-25 | Scansonic Mi Gmbh | Laserstrahlschweißverfahren |
DE102019209376A1 (de) | 2019-06-24 | 2020-12-24 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung eines Laserbearbeitungsprozesses, Verwendung einer ereignisbasierten Kamera, Computerprogramm und Speichermedium |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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CN114025908A (zh) | 2022-02-08 |
WO2021032499A1 (de) | 2021-02-25 |
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