DE10256262A1 - Process control for laser processing of components involves observing process from side of component remote from incident beam, controlling process using process parameters resulting from observation - Google Patents
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Abstract
Description
Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prozesskontrolle bei der Laserbearbeitung von Bauteilen, insbesondere beim Laserbohren, bei der ein Laserstrahl auf die Oberfläche eines zu bearbeitenden Bauteils gerichtet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Laserbearbeitung von Bauteilen, insbesondere zum Laserbohren, mit einem Laser zur Abgabe eines Laserstrahls, mit einer Aufnahme zur Halterung eines zu bearbeitenden Bauteils und mit einer Positioniereinrichtung für den Laserstrahl und/oder für die Aufnahme des Bauteils, um Laser und Bauteil relativ zueinander in die gewünschte Bearbeitungsposition zu bringen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zur Ausführung des genannten Verfahrens.Description The invention relates a process control process for laser processing of Components, especially when laser drilling, in which a laser beam to the surface of a component to be machined. The invention relates furthermore a device for laser processing of components, in particular for laser drilling, with a laser for delivering a laser beam, with a holder for holding a component to be machined and with a positioning device for the laser beam and / or for the Inclusion of the component in order to laser and component relative to each other the desired Bring processing position. The invention further relates to a computer program and a computer program product for executing the above Process.
Innovationen im Bereich Forschung und Entwicklung resultieren häufig in einer Miniaturisierung der Systemkomponenten. Dies führt beispielsweise im Bereich der Kraftstoffeinspritztechnik zu einer Steigerung der Anzahl von Düsenbohrungen bei gleichzeitiger Verkleinerung ihres Durchmessers. Aus den Entwicklungstendenzen ist abzulesen, dass der Bedarf an Mikropräzisionsbearbeitungen, wie Mikropräzisionsbohrungen oder -durchbrüchen beliebiger Form, stetig zunimmt.Research innovations and development often result in miniaturization of the system components. This leads for example in Area of fuel injection technology to increase the number of nozzle bores while reducing their diameter at the same time. From the trends can be seen that the need for micro-precision machining, such as micro-precision drilling or breakthroughs any shape, steadily increasing.
Die zur Zeit und in Zukunft gewünschten Geometrieanforderungen werden dazu führen, dass das Werkzeug Laser voraussichtlich als alleiniges Bearbeitungswerkzeug in Frage kommt. Herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Präzisionsbohrungen wie die Funkenerosion sind bereits heute an ihre minimalen Strukturgrenzen gestoßen, während die Laserbearbeitung immer noch ein deutliches Potenzial zur weiteren Verkleinerung der Strukturen bietet.The ones you want now and in the future Geometry requirements will result in the tool being laser expected to be the only processing tool. Conventional procedures for the production of precision bores like Spark erosion is already at its minimal structural limits pushed while laser processing still has clear potential for further Downsizing of structures offers.
Hierzu werden derzeit neue Laserkonzepte auf ihren industrietauglichen Einsatz vorbereitet. Kurzpulslaser sind bereits erfolgreich in die Massenproduktion implementiert. Ultrakurzpulslaser sind Gegenstand der laufenden Verfahrensentwicklung. Die Anwendungen der Laserbearbeitung in der Massenproduktion erfordern den Einsatz einer Prozesskontrolle. Erfolgreiche Kontrollprozesse existieren bei der Fertigung mit Kurzpulslasern. Aussagen über die Qualität der Bearbeitung (Bohrungsqualität) sind jedoch noch kaum möglich. Für Verfahren mit Ultrakurzpulslasern müssen derartige Verfahren zur Prozesskontrolle noch qualifiziert und in die Anlagentechnik integriert werden.For this purpose, new laser concepts are currently being developed prepared for their industrial use. Short pulse lasers are already successfully implemented in mass production. Ultrafast Lasers are the subject of ongoing process development. The applications laser processing in mass production requires use a process control. Successful control processes exist at the production with short pulse lasers. Statements about the quality of the processing (Hole quality) are hardly possible, however. For procedures with ultra-short pulse lasers Such process control procedures are still qualified and in the plant technology can be integrated.
Aussagen der derzeit eingesetzten Prozessüberwachungen im Zusammenspiel mit Kurzpulslasern beschränken sich auf die Beobachtungen des Bohrplasmas. Durch Auswertung spezieller Eigenschaften dieses Plasmas ist es möglich, einen automatisierten Bohrstopp zu realisieren, d. h. derartige Systeme geben die Bohrzeit an oder vor.Statements of the currently used process monitoring in combination with short pulse lasers are limited to the observations of the drilling plasma. By evaluating special properties of this Plasma it is possible implement an automated drilling stop, d. H. such systems specify or specify the drilling time.
Die Erfindung soll für verschiedene Arten von Laserbearbeitungen, insbesondere für das Laserbohren, eine Prozesskontrolle ermöglichen, die Aussagen über die Bearbeitungsqualität, also insbesondere über die Bohrungsqualität, zulässt. Es soll eine intelligente Prozesskontrolle geschaffen werden, die in der Lage ist, online beispielsweise jede Bohrung bezüglich Qualität, Geometrie und Bohrzeit zu bewerten.The invention is intended for various Types of laser processing, especially for laser drilling, process control enable, the statements about the processing quality, so especially about the hole quality, allows. An intelligent process control should be created, which in is able, for example, online to drill every hole in terms of quality, geometry and evaluate drilling time.
Erfindungsgemäß wird der Bearbeitungsprozess zumindest zum Teil von der dem einfallenden Laserstrahl abgewandten Bauteilseite her beobachtet und anhand hieraus ermittelter Prozessparameter kontrolliert. Es hat sich gezeigt, dass durch die erfindungsgemäße Rückraumbeobachtung deutlich mehr Informationen über den Laserbearbeitungsprozess ermittelt werden können als es bisher möglich war. Insbesondere eignet sich diese Art der Prozesskontrolle sowohl für Bearbeitungen mit Kurzpulslasern im ns-Bereich als auch mit Ultrakurzpulslasern im ps/fs-Bereich.The machining process is in accordance with the invention at least in part from that facing away from the incident laser beam Component side observed and checked based on the process parameters determined from this. It has been shown that by observing the rear space according to the invention significantly more information about the laser processing process can be determined than was previously possible. In particular This type of process control is suitable for both machining with short pulse lasers in the ns range as well as with ultra short pulse lasers in the ps / fs range.
Erfindungsgemäß wird die Bearbeitung von der Strahlenaustrittsseite kontrolliert, so dass die Erfindung nur auf Bauteile anwendbar ist, die während der Bearbeitung keinen Rückraumschutz benötigen. Der aus der Bohrungsrückseite austretende Strahl sollte weiterhin das Bauteil ungehindert verlassen können, um möglichst viel Informationen hieraus ableiten zu können. Die genannten Voraussetzungen werden unter anderem beim Laserbohren von Drosseln oder speziellen Konfigurationen im Bereich der Benzindirekteinspritzung erfüllt.According to the processing of the Controlled radiation exit side, so that the invention only on Components applicable during the Processing no back space protection need. The from the back of the hole emerging beam should continue to be able to leave the component unhindered preferably to be able to derive a lot of information from it. The requirements mentioned are among other things when laser chokes or special configurations in the area of direct petrol injection.
Wie im Einzelnen noch zu erläutern ist, ist die neuartige intelligente Prozesskontrolle gemäß Erfindung in der Lage, online jede Bohrung bezüglich Qualität, Geometrie und Bohrzeit zu bewerten. Die ausgewerteten Daten können später jedem Bauteil zugeordnet werden, wodurch eine Einteilung in verschiedene Klassen möglich wird. Dadurch können die Schlechtteile von den Gutteilen separiert und die Gutteile in weitere Klassen unterteilt werden. Dies ist für die Paarung toleranzbehafteter Bauteile von Vorteil. Dem intelligenten Kontrollsystem können Bohrszenarien beigebracht werden, anhand derer es in der Lage ist, Entscheidungen über akzeptierte Bearbeitung oder Ausschuss zu treffen. Diese Szenarien können für alle Bohrungsdurchmesser und Austrittswinkel der Bohrungen unabhängig von den Bauteilgegebenheiten, mit gewissen Toleranzbereichen versehen, eingegeben werden. Analoge Aussagen gelten für andere Arten der Laserbearbeitung, wie das Laserschneiden.As will be explained in more detail, is the new type of intelligent process control according to the invention able to drill every hole online in terms of quality, geometry and evaluate drilling time. The evaluated data can later be used by anyone Component can be assigned, creating a division into different Classes possible becomes. This allows the Bad parts separated from the good parts and the good parts into others Classes are divided. This is more tolerant for mating Components an advantage. The intelligent control system can do drilling scenarios are taught by which it is able to make decisions about accepted Editing or rejecting. These scenarios can be used for all bore diameters and exit angle of the bores regardless of the component conditions, provided with certain tolerance ranges, can be entered. analog Statements apply to other types of laser processing, such as laser cutting.
Erfindungsgemäß werden Prozessparameter durch Beobachtung der dem Laserstrahl abgewandten Bauteilseite erfasst, wobei es vorteilhaft ist, die Bauteilrückseite, d. h. die dem Laserstrahl abgewandte Seite, direkt zu beobachten. Hierzu kann ein Sensor oder eine Kamera dienen, der bzw. die an der Bauteilrückseite angeordnet sind. Prozessparameter lassen sich durch optische Beobachtung (Aufnahme von Bildern der dem Laserstrahl abgewandten Bauteilseite), durch Erfassung der (spektralen) Schallintensität, wie sie von der Bauteilrückseite ausgeht, oder aber durch Erfassung der (spektralen) Strahlungsintensität von der Bauteilrückseite direkt erfassen oder ableiten.According to the invention, process parameters are detected by observing the component side facing away from the laser beam, it being advantageous to offset the back of the component, that is to say the side facing the laser beam turned side to watch directly. A sensor or a camera can be used for this purpose, which are arranged on the rear of the component. Process parameters can be detected or derived by optical observation (taking pictures of the component side facing away from the laser beam), by recording the (spectral) sound intensity as it originates from the back of the component, or by recording the (spectral) radiation intensity from the back of the component.
Zusätzlich ist es vorteilhaft, neben oder anstelle der bisher bekannten Plasmabeobachtung auch die Bauteilvorderseite beispielsweise durch eine Kamera zu beobachten. Es hat sich gezeigt, daß einige Prozeßparameter durch direkte Kamerabeobachtung oder Erfassung der Schallintensitäten von der dem Laserstrahl zugewandten Bauteilseite abgeleitet werden können. Beim Laserbohren kann bei großen Bohrungen eine Beobachtung durch eine Kamera während des gesamten Vorgangs stattfinden. Bei kleinen Bohrungen hingegen wird der Bohrkern zunächst vom Plasma überstrahlt. Durch Abnahme der Plasmaintensität gegen Bearbeitungsende (noch abzutragendes Material wird weniger) wird der Kern sichtbar. Aus der Aufnahme des Kerns lassen sich Ausfallzeiten und die Konusform der Bohrung detektieren.In addition, it is advantageous in addition to or instead of the previously known plasma observation to observe the front of the component, for example, by a camera. It has been shown that some process parameters through direct camera observation or recording the sound intensities from the the component side facing the laser beam can be derived. At the Laser drilling can be done on large Drilling an observation through a camera throughout the process occur. In the case of small bores, however, the drill core is first Plasma outshines. By decreasing the plasma intensity towards the end of processing (less material to be removed) the core becomes visible. Downtime can be derived from the inclusion of the core and detect the cone shape of the hole.
Bei der Rückraumbeobachtung kann beispielsweise der verwendeten Sensorik ein gewünschter Austrittsdurchmesser beim Laserbohren vorgegeben werden, der bei Erreichen einen Bearbeitungsstopp nach sich zieht. Auf diese Weise kann die notwendige Bearbeitungszeit für nachfolgende Bohrungen jeweils ermittelt und fest eingehalten werden. Andererseits kann die Sensorik von allen Bohrungen die zum Erreichen des gewünschten Austrittsdurchmessers notwendige Bearbeitungszeit aufnehmen, wodurch Unregelmäßigkeiten der Bearbeitung aufgedeckt werden können. Solche Unregelmäßigkeiten lassen beispielsweise auf Materialfehler oder aber auf unterschiedliche Bohrungsqualität schließen.When observing the back area, for example a desired of the sensors used Exit diameter when laser drilling are specified, the at Reaching a processing stop entails. In this way can the necessary machining time for subsequent holes determined and adhered to firmly. On the other hand, the sensors of all bores to achieve the desired outlet diameter Record necessary processing time, which makes irregularities processing can be revealed. Such irregularities leave for example on material defects or on different Close hole quality.
Weitere Erläuterungen beziehen sich im Folgenden auf den Fall des Laserbohrens. Für den Fachmann ist ein entsprechender Transfer auf andere Laserbearbeitungsverfahren, wie das Laserschneiden möglich.Further explanations refer to Following the case of laser drilling. A corresponding one is for the expert Transfer to other laser processing methods, such as laser cutting possible.
Zur optischen Prozesskontrolle hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Übergangszeit vom Auftreten diffuser Beleuchtung bis zum Auftreten einer abgegrenzten (Spot-)Beleuchtung zu messen. Dies soll nachfolgend näher erläutert werden.For optical process control proved to be beneficial, the transition period from occurrence diffuse lighting until delimited (spot) lighting occurs to eat. This will be explained in more detail below.
Beim Laserbohren mit Pulsdauern im Bereich von ns erzeugt der Abtragprozess bei Metallen aus physikalischen Gründen schmelzförmige Bereiche. Beim Einsatz von Ultrakurzpulslasern mit Pulsdauern im Bereich von ps oder fs werden die aufgeschmolzenen Materialbereiche drastisch reduziert. Bei optimaler Verfahrensentwicklung ist ein schmelzfreier Abtrag möglich. Bei den insbesondere interessanten Bohrungsdurchmessern werden mit diesen Lasersystemen Bohrkerne entstehen. Derartige Bohrkerne entstehen bei der Verwendung von Kurzpulslasern hingegen nur bei Lochgrößen, die eine Aufschmelzung des gesamten Kerns unterbinden.When laser drilling with pulse durations in The removal process for metals from physical areas generates a range of ns establish refractory shaped Areas. When using ultrashort pulse lasers with pulse durations in the The range of ps or fs becomes the melted material areas drastically reduced. With optimal process development is a melt-free removal possible. With the particularly interesting bore diameters are with these laser systems produce drill cores. Such cores arise when using short pulse lasers, however, only with hole sizes that prevent the entire core from melting.
Es hat sich nunmehr gezeigt, dass beim gewählten Bearbeitungsverfahren des Wendelbohrens der Konus einer Bohrung indirekt über einen vorhandenen Bohrkern detektiert werden kann. Sobald sich die Bearbeitungswendel an einer Stelle durch das Material gearbeitet hat, wird auf einem Detektor ein diffuses Leuchten sichtbar. Diese Beleuchtung bleibt solange erhalten, als ein Bohrkern vorhanden ist. Ist die Bohrung komplett bearbeitet (ohne Kern), wird aus der diffusen Beleuchtung ein scharf abgegrenzter Spot. Aus der Dauer dieses Umschaltvorgangs zwischen diffuser und Spot-Beleuchtung kann auf die Ausbildung des Konus geschlossen werden. Ist diese Übergangszeit nämlich kurz (die genauen Zeiten sind für jedes Bohrungsprofil in Versuchen festzulegen), fällt der Kern aus der Bohrung nach unten heraus. D. h. das Loch wird in Bohrungsrichtung größer. Dies kann im Einzelfall der Nachweis für den gewünschten Verlauf der Konizität sein.It has now been shown that at the chosen one Machining method of spiral drilling the cone of a hole indirectly via an existing core can be detected. As soon as the Machining spiral worked through the material at one point diffuse glow is visible on a detector. This Illumination is maintained as long as there is a drill core is. If the hole is completely machined (without core), the diffuse lighting a sharply defined spot. From the duration this switching process between diffuse and spot lighting can conclude that the cone is formed. Is this transition period namely short (the exact times are for to define each hole profile in experiments), the Core out of the hole downwards. I.e. the hole will be in the direction of the hole greater. This can in individual cases, proof of the desired course of taper his.
Ist hingegen der Umschaltvorgang (Übergangszeit) von diffuser Beleuchtung zur Spot-Beleuchtung lang (auch hier lässt sich die Grenze aus Versuchen ermitteln), wird der Bohrkern durch den Laser von der Strahleintrittsseite aus solange bearbeitet, bis der Bohrkern durch die Austrittsöffnung verschwindet. Hieraus ergibt sich der Hinweis auf negative Konizität, welche im betrachteten Beispiel der Einspritzsysteme unter allen Umständen zu vermeiden ist.However, is the switching process (Transition time) from diffuse lighting to long spot lighting (here too determine the limit from tests), the core is cut by the laser Machined from the beam entry side until the drill core disappears through the outlet opening. This leads to the indication of negative taper, which in the considered example of the injection systems under all circumstances is to avoid.
In der erwähnten Ausgestaltung der Erfindung kann folglich über die Messung der Übergangszeit vom Auftreten einer diffusen Beleuchtung zum Auftreten einer abgegrenzten (Spot-)Beleuchtung auf die aktuelle Konizität der Bohrung geschlossen werden, wenn beim betreffenden Laserbohrverfahren Bohrkerne entstehen.In the mentioned embodiment of the invention can therefore over the measurement of the transition period from diffuse lighting to delimited lighting (Spot) lighting can be inferred from the current taper of the bore, if cores are formed in the laser drilling process in question.
Aus der Länge der Bearbeitungszeit des Bohrkerns sind Hinweise auf die aktuelle Konizität, also die ausgebildete Geometrie, ableitbar.From the length of the machining time of the core are indications of the current taper, i.e. the geometry that is formed, derivable.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, die Form der Austrittskanten zu erfassen. Hieraus können falsch gewählte Einstellparameter erkannt und korrigiert werden. Beispielsweise wirkt sich nämlich die Polarisation stark auf die Form von Lochflanken und Lochaustritten beim Laserbohren aus. Sobald die Prozesskontrolle am Austritt derartige Unregelmäßigkeiten erkennt, kann ein Bearbeitungsstopp mit dem Hinweis initiiert werden, der angibt, welche Systemkomponente justiert werden muss.It has also proven to be beneficial proven to capture the shape of the trailing edges. This can be wrong elected Setting parameters are recognized and corrected. For example namely works the polarization strongly on the shape of hole flanks and hole exits when laser drilling. As soon as the process control at the exit such irregularities recognizes, a processing stop can be initiated with the message which indicates which system component needs to be adjusted.
Erfindungsgemäß können weiterhin Bohrungsdurchmesser von der Bauteilrückseite her vermessen werden. In der Regel sind nämlich Bohrungen mit in Strahlrichtung größer werdendem Durchmesser gefragt. Von der Bearbeitungsunterseite ist in diesem Fall eine Vermessung beider Durchmesser (Bohrungseintritt und Bohrungsaustritt) möglich. Beim Einsatz von geeigneten Abbildungssystemen kann in gewissen Grenzen auch ein Konus mit kleiner werdenden Durchmessern vermessen werden. Dies kann durch veränderte Fokussierung erreicht werden.According to the invention, bore diameters can also be measured from the rear of the component. As a rule, bores with a diameter that increases in the beam direction are required. In this case, both diameters are measured from the underside of the machining (Hole entry and hole exit) possible. When using suitable imaging systems, a cone with decreasing diameters can also be measured within certain limits. This can be achieved by changing the focus.
Mit der erfindungsgemäßen Prozesskontrolle lassen sich Austrittsdeformationen erkennen. Solche Austrittsdeformationen bedeuten an Bohrungen von Einspritzsystemen unweigerlich das Ausmustern des Bauteils. Diese Deformationen verändern nämlich das vorherbestimmte Strömungsverhalten stark. Derartige Deformationen machen sich in einer unsymmetrischen Spot-Beleuchtung bemerkbar und sind somit der Prozesskontrolle zugänglich.With the process control according to the invention exit deformations can be recognized. Such exit deformations mean injecting the holes in injection system bores Component. These deformations change the predetermined flow behavior strong. Such deformations result in an asymmetrical Spot lighting is noticeable and is therefore accessible to process control.
Die erfindungsgemäße Prozesskontrolle ermöglicht eine regelbare Bearbeitung durch Vergleich eines Ist- mit einem Sollszenario, wobei bei Erreichen des Sollszenarios ein automatisierter Bearbeitungsabbruch erfolgt.The process control according to the invention enables controllable processing by comparing an actual scenario with a target scenario, an automated processing abort when the target scenario is reached he follows.
Dieser Punkt ist bei Verfahren mit eingesetzter Trepanieroptik wichtig, die neben einem Axialversatz auch ein Anstellen des Strahls ermöglicht. Eine Konusbohrung kann sich hier in zwei Schritten ausbilden, zunächst wird nämlich das Material weniger konisch als gewünscht, häufig nahezu zylindrisch, durchbohrt und die Ausformung von konischen Flanken folgt dann im Anschluss. Dabei wird der Konus nicht kontinuierlich über die gesamte Bohrungstiefe eingestellt, sondern es bilden sich von der Strahleintrittsseite blasenförmige Ausformungen, die sich im Material nach unten fortsetzen, bis sich ein Konus bzw. der gewünschte Konus ausgebildet hat.This point is with procedures with used trepanning optics, which in addition to an axial offset also allows the jet to be turned on. A conical hole can develop here in two steps, because the material becomes less conical than desired frequently almost cylindrical, pierced and the shape of conical Flanks then follow. The cone is not continuously over the entire hole depth set, but it form from the Bubble entry side of the jet Formations that continue downwards in the material until a cone or the desired one Has trained cone.
Bei der erfindungsgemäßen Prozesskontrolle mittels Rückraumbeobachtung kann die Bearbeitung durch Vergleich von Ist- und Sollwerten solange fortgesetzt werden, bis sich das gewünschte Bearbeitungsergebnis, im genannten Beispiel die gewünschte Konizität der Bohrung, eingestellt hat.In the process control according to the invention by means of rear area observation can continue processing by comparing actual and target values until the desired one Machining result, in the example mentioned the desired taper of the hole, has stopped.
Die erfindungsgemäße Prozesskontrolle erlaubt die Kennzeichnung aller Bauteile mit ihren vorhandenen Fehlern nach Typ und Lage. Werden alle Arten auftretender Fehler in die Prozesskontrolle aufgenommen, können sämtliche Bauteile in Fehlerklassen eingeteilt werden. Diese können entweder fehlertoleranten Anwendungen zugeführt oder als Ausschuss deklariert werden.The process control according to the invention allows the marking of all components with their existing defects Type and location. All types of errors occurring in process control recorded, can all Components can be divided into error classes. These can either supplied to fault-tolerant applications or declared as waste become.
Es ist vorteilhaft, die Geometrie, also die Lage und die Größe des abgegrenzten (Spot-)Beleuchtungsflecks auf dem Detektor zu überwachen. Hierdurch können Bearbeitungsparameter, wie die Bohrlage, der Bohrdurchmesser und der Bohrwinkel, ermittelt und überwacht werden. Das System ist dann in der Lage, dejustierte optische Komponenten zu ermitteln, da sich derartige Dejustagen beim Laserbohren beispielsweise in einer Veränderung der Bohrungslage, in einem veränderten Durchmesser oder in einem veränderten Bohrwinkel auswirken.It’s advantageous the geometry, so the location and size of the delimited Monitor (spot) lighting spots on the detector. This allows machining parameters, how the drilling position, the drilling diameter and the drilling angle are determined and monitored become. The system is then able to misaligned optical components to determine, since such misalignments occur during laser drilling, for example in a change the hole position, in a changed Diameter or in a changed Impact drilling angle.
Neben solchen Dejustagen kann die erfindungsgemäße Prozesskontrolle ein Versagen des bearbeitenden Lasers selbst oder einer seiner Versorgungseinrichtungen erkennen. Können Peripheriegeräte des Lasers, wie z. B. eine Gasmischanlage, oder der Laser selbst ihre Einstellparameter nicht halten und driften ab, so wird sich dies beispielsweise in der Bohrzeit bzw. Bohrungsgeometrie niederschlagen. Die Prozesskontrolle kann daraufhin eine Überprüfung dieser Komponenten einleiten.In addition to such misalignments Process control according to the invention a failure of the processing laser itself or one of its supply facilities detect. Can peripherals the laser, e.g. B. a gas mixing plant, or the laser itself their setting parameters do not hold and drift, so will this is reflected, for example, in the drilling time or hole geometry. The process control can then initiate a review of these components.
Weiterhin können durch das intelligente Überwachungskonzept Wartungsintervalle oder Serviceanforderungen direkt an die Bearbeitungsergebnisse und somit an die Bedürfnisse der Anlage angepasst werden.Furthermore, thanks to the intelligent monitoring concept Maintenance intervals or service requests directly to the processing results and therefore to the needs be adapted to the system.
Es ist weiterhin vorteilhaft, durch direkte Beobachtung der Bauteilrückseite die Position des Bauteils zu überprüfen, um Lagefehler von Bohrungen detektieren zu können.It is also beneficial to go through direct observation of the back of the component to check the position of the component to To be able to detect position errors of bores.
Der Kontrollaufwand beim erfindungsgemäßen Verfahren kann je nach geforderter Taktzeit und nach vorherrschender Prozessstabilität 100-prozentig, also fortwährend, oder stichprobenartig sein.The control effort in the method according to the invention can, depending on the required cycle time and the prevailing process stability, 100 percent, so continuously, or be random.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines in den nachfolgenden Figuren illustrierten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigenThe invention is intended to be described below of an embodiment illustrated in the following figures are explained in more detail. Show it
Bevorzugte Ausführungsformenpreferred embodiments
Dargestellt ist ein Teil
Als Bearbeitungslaser kann beispielsweise ein
Nd:YAG-Laser für
kurze (Nanosekunden-)Pulse oder ein Ti:Sapphire-Laser für ultrakurze
(ps/fs-)Pulse eingesetzt werden. Der Laserstrahl
Erfindungsgemäß wird nun der Prozess des Laserbohrens
von der Bauteilrückseite,
d.h. von der dem einfallenden Laserstrahl
Weiterhin dargestellt ist eine Sensorik
Die erfindungsgemäße Rückraumbeobachtung ermöglicht den Aufbau einer automatisierten Prozesskontrolle, wie er im folgenden beschrieben wird.The rear area observation according to the invention enables Setting up an automated process control as follows is described.
In
Über eine Programmieroberfläche PO können die gewünschte Anordnung der Bohrungen, ihre Geometrie und hierzu benötigte Prozessparameter eingegeben werden. Im Datenspeicher DS sind bauteilspezifische Datensätze für die Bauteile hinterlegt, wie die gesamten Prozeßszenarien oder die entsprechenden Durchbruchszenarien. Diese können dem lernfähigen System LS durch Einstellbohrungen beigebracht werden. Durch Vergleich der aktuellen Bearbeitungsdaten mit den gespeicherten Soll-Daten kann jede Bohrung online kontrolliert und schließlich in die Qualitätskategorien eingeordnet werden.about a programming interface PO can the desired Arrangement of the holes, their geometry and the process parameters required for this become. In the data memory DS there are component-specific data records for the components deposited as the entire process scenarios or the corresponding Breakthrough scenarios. these can the learnable System LS can be taught through adjustment holes. By comparison the current processing data with the stored target data every hole is checked online and finally into the quality categories be classified.
Mit erfolgtem Start der Bearbeitung (Bearbeitungsbeginn BB) wird die Prozesszeit aufgenommen. Diese ist ein wichtiges Kriterium für das Erreichen der gewünschten Bohrungsform. Eines der in Betracht zu ziehenden Ausschusskriterien AK ist somit die zum Erreichen der gewünschten Bohrungsform erforderliche Bohrzeit, die über- oder unterschritten wird, als Ausschusskriterium AK1.When processing has started (Processing start BB) the process time is recorded. This is an important criterion for reaching the desired one Hole shape. One of the committee criteria to be considered AK is therefore the one required to achieve the desired hole shape Drilling time or falls below, as committee criterion AK1.
In diesem Zusammenhang sei auf
Deshalb darf folglich die Bearbeitung der Bohrung nicht sofort nach dem Ansprechen von Durchbruchsensoren gestoppt werden. Hier greift die erfindungsgemäße Kontrolle ein, die den Durchmesser des Austritts online vermessen kann. Treten dennoch Zeitschwankungen oberhalb der Toleranzbereiche auf, kann optional die Bearbeitung gestoppt werden. Derartige Abweichungen weisen z.B. auf Dejustagen, falsche Einstellparameter oder Positionierungsfehler hin.Therefore, processing is allowed not immediately after the breakthrough sensors respond being stopped. This is where the control according to the invention, the diameter, intervenes of the exit can be measured online. Nevertheless, time fluctuations occur Machining can be carried out optionally above the tolerance ranges being stopped. Such deviations e.g. on misalignments, wrong setting parameters or positioning errors.
Ein weiteres Ausschusskriterium AK2
ist die Ausbildung des Konus. Sie kann aus der Übergangszeit zwischen diffuser
Beleuchtung und einer abgegrenzten Spot-Beleuchtung der Beobachtungsebene
Die unterschiedlichen Beleuchtungsarten werden
durch einen vorhandenen Bohrkern verursacht (
Weitere Ausschusskriterien AKS ergeben sich
aus den Formen der Spot-Beleuchtung, wie sie in
Werden die optionalen Stopp (OS- Möglichkeiten nicht eingesetzt, so werden die Bauteile anhand der aufgezeichneten Datensätze neben den Bauteilen ohne Fehler (i.O.) zu Fehlerklassen FK zuordenbar. Eine Fehlerklasse gibt die Art des Fehlers sowie optional auch die Stärke des Fehlers an. Bei einer Fehlerhäufung sind mehrere Fehlerarten betroffen. Aus dieser Einteilung können die entsprechenden Bauteile anderen fehlertoleranten Applikationen zugeteilt (ZAA) oder über Paarungen zu einem funktionsfähigen System gruppiert werden (BPE). Die online aufgezeichneten Datensätze können in einer Lernschleife der Anlagensteuerung vermittelt werden. Hiermit kann ein lernfähiges System (LS) aufgebaut werden.If the optional stop (OS- possibilities components are not used, the components are records in addition to the components can be assigned to error classes FK without errors (OK). An error class specifies the type of error and optionally also the Strength of the error. There are several types of errors in a fault cluster affected. The relevant components can be made from this classification assigned to other fault-tolerant applications (ZAA) or via pairings to a functional System can be grouped (BPE). The records recorded online can be in a learning loop for system control. Herewith can be a learnable System (LS).
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006040280A1 (en) * | 2004-10-14 | 2006-04-20 | Robert Bosch Gmbh | Method and device for producing drill holes using ultrashort pulse laser by removing material in the area of the wall of a predrilled hole |
WO2007008353A1 (en) * | 2005-07-13 | 2007-01-18 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Monitoring slot formation in substrates |
US7244906B2 (en) * | 2005-08-30 | 2007-07-17 | Electro Scientific Industries, Inc. | Energy monitoring or control of individual vias formed during laser micromachining |
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WO2012107331A1 (en) * | 2011-02-07 | 2012-08-16 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg | Device and method for monitoring and in particular controlling a laser cutting process |
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---|---|---|---|---|
FR2112586A5 (en) * | 1970-10-20 | 1972-06-23 | Comp Generale Electricite | |
JPH02235589A (en) * | 1989-03-09 | 1990-09-18 | Fuji Electric Co Ltd | Laser beam machining method |
US5026979A (en) * | 1990-03-05 | 1991-06-25 | General Electric Company | Method and apparatus for optically monitoring laser materials processing |
JP2843415B2 (en) * | 1990-05-11 | 1999-01-06 | 株式会社アマダ | Laser processing machine image processing system |
JP2680973B2 (en) * | 1992-06-19 | 1997-11-19 | ファナック株式会社 | Laser processing equipment |
US5681490A (en) * | 1995-09-18 | 1997-10-28 | Chang; Dale U. | Laser weld quality monitoring system |
-
2002
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Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006040280A1 (en) * | 2004-10-14 | 2006-04-20 | Robert Bosch Gmbh | Method and device for producing drill holes using ultrashort pulse laser by removing material in the area of the wall of a predrilled hole |
WO2007008353A1 (en) * | 2005-07-13 | 2007-01-18 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Monitoring slot formation in substrates |
US7268315B2 (en) | 2005-07-13 | 2007-09-11 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Monitoring slot formation in substrates |
US7479617B2 (en) | 2005-07-13 | 2009-01-20 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Monitoring slot formation in substrates |
US7244906B2 (en) * | 2005-08-30 | 2007-07-17 | Electro Scientific Industries, Inc. | Energy monitoring or control of individual vias formed during laser micromachining |
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