DE3705182A1 - Messeinrichtung fuer materialbearbeitungsprozesse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur automatischen Überwachung und Regelung eines Materialbearbeitungsprozesses mittels eines akustischen Sensors, der die emittierten Schall­ wellen registriert und entsprechende elektrische Signale über Verstärker einem Auswertegerät zu Steuerungszwecken zuführt.

Ultraschall <100 kHz ist heute ein gängiges Hilfsmittel, um die Qualität bei der Materialbearbeitung zu überprüfen. Dabei wird entweder die Probe durch eine externe Quelle beschallt oder der von der Probe während und nach der Bearbeitung ausge­ hende Schall überwacht.

Bei der Bearbeitung kleiner Bauteile erweist es sich oft als schwierig oder gar unmöglich, einen Sensor derart am Werkstück oder an der Halterung des Werkstücks zu befestigen, daß die Schallsignale geeignet aufgenommen werden können. Zudem berei­ tet die nur bedingt reproduzierbare Kopplung zwischen Sensor und Werkstück bzw. Sensor und Halter bei großen Stückzahlen, zum Beispiel am Fließband, Probleme bei der Auswertung. Bei der Schweißung großer Stückzahlen kann nur eine stichprobenartige Überprüfung vorgenommen werden, so daß Änderungen der Schweiß­ güte erst zeitverzögert erkannt werden.

Bei der Materialbearbeitung mit Hochenergiestrahlen, zum Bei­ spiel dem Laserschweißen, entsteht oberhalb einer bestimmten Intensitätsschwelle über dem Werkstück ein Plasma. Dieses Plas­ ma erzeugt Schockwellen, die sich vom Werkstück in Richtung Strahlquelle ausbreiten.

In der US-PS 44 19 562 ist eine kontaktlose, zerstörungsfreie Methode zur Prüfung beim Hochenergieschweißen, zum Beispiel mit Laser, beschrieben und dargestellt. Bei diesem Verfahren werden die Schallwellen mittels einer durchbrochenen Metallplatte, auf der ein Sensor sitzt und die sich zwischen Werkstück und Strahl­ quelle befindet, aufgenommen und ausgewertet. Aus dem Ergebnis werden Rückschlüsse auf die Qualität der Schweißverbindung gezo­ gen.

Beim Bearbeiten, insbesondere Schweißen mit Laserstrahlung, ist es erforderlich, diese Strahlung mittels Linsen oder Spiegel auf das Werkstück zu fokussieren. Da sich diese Strahlführungs­ elemente direkt über der Bearbeitungsstelle befinden, werden sie von den im Plasma entstehenden Schallwellen beaufschlagt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschrie­ bene Meßeinrichtung zu konzipieren, um einen möglichst einfachen Aufbau einer derartigen Einrichtung zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kenn­ zeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausfüh­ rungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben. Demnach werden die durch die Schockwellen an den strahlformenden Elementen ausgelösten Signale direkt an den Elementen, den dazu gehörenden Halterungen oder Gehäusen abgenommen.

Nach der erfinderischen Ausbildung entfallen zusätzliche Halte­ rungen zur Befestigung des akustischen Sensors. Der Sensor kann problemlos in jeden bestehenden Strahlengang nachträglich zum Beispiel durch Ankleben oder Anschrauben integriert werden.

Die Anbringung des Sensors an der Optik hat ferner den Vorteil, daß die Optik keinem Verschleiß unterliegt und somit das Meßer­ gebnis nicht beeinflußt. Ferner ist die Ankopplung zwischen Werkstück und Sensor konstant, während bei einer Ankopplung über die Halterung des Werkstückes die Schallübertragung von der jeweiligen Auflage abhängt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht demnach zum Bei­ spiel folgendermaßen aus:

Beim Schweißen von Bauteilen mittels Laser wird der akustische Sensor direkt an der Linsenhalterung befestigt. Die vom Plasma erzeugten Schallwellen werden vom akustischen Sensor in elektri­ sche Signale umgewandelt, die dann verstärkt und bezüglich Ener­ gie, Amplitude, Frequenz und Phase ausgewertet werden. Die vom Auswertegerät, zum Beispiel einem Zähler, abgegebenen Signale werden zur Steuerung des Bearbeitungsprozesses, zum Beispiel zur Regelung der Bearbeitungszeit, herangezogen. Nach dem Überschrei­ ten eines Sollwertes wird die Bearbeitung abgebrochen.

Claims (6)

1. Meßeinrichtung zur automatischen Überwachung und Regelung eines Materialbearbeitungsprozesses mittels eines akustischen Sensors, der die emittierten Schallwellen registriert und ent­ sprechende elektrische Signale über Verstärker einem Auswerte­ gerät zu Steuerungszwecken zuführt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei der Materialbearbeitung mit Hochenergiestrahlen, zum Beispiel Laserstrahlen, wobei die Strahlung mit strahlformenden Elementen (Linsen, Spiegel) auf das Werkstück gerichtet wird, der Sensor unmittelbar am letzten strahlformenden Element gegenüber dem zu bearbeitenden Werk­ stück befestigt ist.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensor an der Halterung des letzten strahlformenden Elementes befestigt ist.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensor am Gehäuse des strahlformenden Elementes angebracht ist.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensor am letzten opti­ schen nicht strahlformenden Element (Schutzglas) angebracht ist.

5. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale vom Aus­ wertegerät zur Regelung der Bearbeitungszeit über die Steuerung der Energiequelle verwendet werden.

6. Meßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausgangssignale vom Auswertegerät zur Regelung der Bearbeitungszeit verwendet werden, wobei ledig­ lich der Hochenergiestrahl unterbrochen wird.