DE102019212403B4 - Verfahren zur Regelung mindestens eines Bearbeitungsparameters anhand mindestens eines Spritzermerkmals sowie zugehörige Bearbeitungsmaschine und Computerprogrammprodukt - Google Patents

Verfahren zur Regelung mindestens eines Bearbeitungsparameters anhand mindestens eines Spritzermerkmals sowie zugehörige Bearbeitungsmaschine und Computerprogrammprodukt Download PDF

Info

Publication number
DE102019212403B4
DE102019212403B4 DE102019212403.8A DE102019212403A DE102019212403B4 DE 102019212403 B4 DE102019212403 B4 DE 102019212403B4 DE 102019212403 A DE102019212403 A DE 102019212403A DE 102019212403 B4 DE102019212403 B4 DE 102019212403B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
spatter
workpiece
laser beam
processing
images
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102019212403.8A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102019212403A1 (de
Inventor
Nicolai Speker
Johannes Seebach
Steven Weidgang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Original Assignee
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH filed Critical Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority to DE102019212403.8A priority Critical patent/DE102019212403B4/de
Priority to PCT/EP2020/072147 priority patent/WO2021032499A1/de
Priority to CN202080047498.0A priority patent/CN114025908A/zh
Publication of DE102019212403A1 publication Critical patent/DE102019212403A1/de
Priority to US17/578,700 priority patent/US20220134473A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102019212403B4 publication Critical patent/DE102019212403B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/21Bonding by welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/12Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to investigating the properties, e.g. the weldability, of materials
    • B23K31/125Weld quality monitoring
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/0002Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0004Industrial image inspection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

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,
    wobei die Spritzer jeweils über mehrere zeitlich nacheinander aufgenommene Bilder hinweg verfolgt werden und wobei das mindestens eine Spritzermerkmal mittels einer bildübergreifenden Auswertung der mehreren Bilder bestimmt wird.
  • 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 in 1 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)

  1. 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.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilder (111-113) Einzelbilder einer aufgenommen Videosequenz sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 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).
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsqualität des Werkstücks (2) anhand des bestimmten mindestens einen Spritzermerkmals (M) ermittelt wird.
  8. 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.
  9. 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.
  10. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (6) als eine Videokamera ausgeführt ist.
  11. Computerprogrammprodukt, welches Codemittel aufweist, die zum Durchführen aller Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 angepasst sind, wenn das Programm auf einer Steuerung (17) einer Bearbeitungsmaschine (1) abläuft.
DE102019212403.8A 2019-08-20 2019-08-20 Verfahren zur Regelung mindestens eines Bearbeitungsparameters anhand mindestens eines Spritzermerkmals sowie zugehörige Bearbeitungsmaschine und Computerprogrammprodukt Active DE102019212403B4 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019212403.8A DE102019212403B4 (de) 2019-08-20 2019-08-20 Verfahren zur Regelung mindestens eines Bearbeitungsparameters anhand mindestens eines Spritzermerkmals sowie zugehörige Bearbeitungsmaschine und Computerprogrammprodukt
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

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019212403.8A DE102019212403B4 (de) 2019-08-20 2019-08-20 Verfahren zur Regelung mindestens eines Bearbeitungsparameters anhand mindestens eines Spritzermerkmals sowie zugehörige Bearbeitungsmaschine und Computerprogrammprodukt

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102019212403A1 DE102019212403A1 (de) 2021-02-25
DE102019212403B4 true DE102019212403B4 (de) 2022-04-07

Family

ID=71995997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019212403.8A Active DE102019212403B4 (de) 2019-08-20 2019-08-20 Verfahren zur Regelung mindestens eines Bearbeitungsparameters anhand mindestens eines Spritzermerkmals sowie zugehörige Bearbeitungsmaschine und Computerprogrammprodukt

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220134473A1 (de)
CN (1) CN114025908A (de)
DE (1) DE102019212403B4 (de)
WO (1) WO2021032499A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
US20220134473A1 (en) 2022-05-05
CN114025908A (zh) 2022-02-08
WO2021032499A1 (de) 2021-02-25
DE102019212403A1 (de) 2021-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014107716B3 (de) Laserstrahlschweißverfahren
DE3824048C2 (de)
DE102011009345B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung einer Partikeldichteverteilung im Strahl einer Düse
EP3110593B1 (de) Laserbearbeitungskopf und verfahren zum laserbearbeiten mit einer werkstücknahen crossjetdüse
DE2713904C3 (de) Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstucken mittels eines Laserstrahles
EP1640101A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Regelung eines automatischen Bearbeitungsprozesses
DE102019212403B4 (de) Verfahren zur Regelung mindestens eines Bearbeitungsparameters anhand mindestens eines Spritzermerkmals sowie zugehörige Bearbeitungsmaschine und Computerprogrammprodukt
WO2019092238A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur schichtweisen additiven fertigung von bauteilen mittels eines kontinuierlichen und eines gepulsten laserstrahls und zugehöriges computerprogrammprodukt
EP3441163A1 (de) Vorrichtung zur generativen herstellung wenigstens eines dreidimensionalen objekts
EP2429755A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur umfangsbearbeitung eines materialstranges mittels laser
EP3603872B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum bearbeiten eines werkstücks mittels laserstrahlung
DE10012792A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Bauteilen, bei dem durch einen lokalen Energieeintrag eine schmelzflüssige Phase erzeugt wird
WO2020099326A1 (de) Verfahren zum spritzerfreien schweissen, insbesondere mit einem festkörperlaser
DE102019124518A1 (de) Materialabscheidungseinheit mit mehrfacher Materialfokuszone sowie Verfahren zum Auftragschweißen
DE102017219184B4 (de) Bestrahlungseinrichtung und Bearbeitungsmaschine zum Bestrahlen eines ebenen Bearbeitungsfeldes
DE102020110087A1 (de) Verfahren zur prozesskontrolle bei der lasermaterialbearbeitung
WO2017001098A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum pulverbasierten laser-auftragsschweissen
DE102020211343A1 (de) Verfahren zum Laserschweißen mittels eines in einer Doppelkernfaser geführten Laserstrahls sowie zugehörige Laserschweißmaschine und Computerprogrammprodukt
EP3334558B1 (de) Verfahren zum laserauftragsschweissen
DE102004057799B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Regeln eines Pulverbeschichtungsprozesses
DE102018127649A1 (de) Verfahren zum Laserschweißen mit stabilem Schmelzbad und Laserbearbeitungsvorrichtung
WO2019211441A1 (de) VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM LASERSTRAHLAUFTRAGSCHWEIßEN EINES OBERFLÄCHENBEREICHS EINES SUBSTRATS SOWIE AUFTRAGGESCHWEIßTES BAUTEIL
DE102004041502B4 (de) Überlappschweißverfahren mittels Strahlschweißung, insbesondere mittels Laserstrahlschweißung, an beschichteten Blechen, insbesondere an verzinkten Stahlblechen
EP3900869A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur optischen qualitätskontrolle beim laserauftragsschweissen
EP4031319B1 (de) Werkstoffzuführungsvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final