DE3913786A1 - Vorrichtung zur beruehrungslosen schallemissionsmessung - Google Patents
Vorrichtung zur beruehrungslosen schallemissionsmessungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen
Messung der bei der Bearbeitung von Werkstücken mit Hochener
giestrahlen emittierten Schallwellen über einen an einer Platte
angebrachten akustischen Sensor.
Bei der Bearbeitung von Werkstücken mit Hochenergiestrahlen,
beispielsweise beim Bohren, Schneiden oder Schweißen mit La
serstrahlen, bildet sich oberhalb einer bestimmten Intensitäts
schwelle über der Bearbeitungsstelle ein Plasma. Dieses Plasma
erzeugt Schockwellen, die sich vom Werkstück in Richtung
Strahlquelle ausbreiten. Werden nun die bei der Bearbeitung von
Werkstücken mit Hochenergiestrahlen emittierten Schallwellen
mit einem akustischen Sensor erfaßt und mittels
Schallemissionsanalyse ausgewertet, so kann das Ergebnis dieser
Auswertung beispielsweise zur Steuerung der Bearbeitung oder
zur Qualitätsüberwachung herangezogen werden.
Aus der EP-B-64 352 ist es bekannt, bei der Bearbeitung eines
Werkstückes mit Energiestrahlen direkt am Werkstück einen
akustischen Sensor anzubringen und in Abhängigkeit von der
erfaßten Schallemission die Energie und/oder die Energiedichte
des Strahls und/oder die Geschwindigkeit der Relativbewegung
zwischen dem Strahl und dem Werkstück zu steuern. Es hat sich
jedoch herausgestellt, daß die Ankopplung des Sensors an das
Werkstück die Schallübertragung wesentlich beeinflußt. Damit
wird dann aber auch die Analyse und Beurteilung des jeweils
gemessenen Schallemissionssignals beträchtlich erschwert.
Gemäß der US-A 44 19 562 werden die Probleme einer reproduzier
baren Ankopplung der akustischen Sensoren an die zu
bearbeitenden Werkstücke durch eine berührungslose Messung der
Schallemission umgangen. Als Empfänger der beim Laserschweißen
emittierten Schallwellen dient dabei ein an einer Platte be
festigter akustischer Sensor, wobei die zwischen der Fokussier
optik des Lasers und dem Werkstück angeordnete Platte aus
Metall besteht und eine Öffnung für den Durchtritt des Laser
strahls aufweist. Derartige aus Metallplatte und akustischem
Sensor bestehende Empfänger sind jedoch nicht nur für die vom
Werkstück emittierten Schallwellen, sondern auch für reflektier
te Laserstrahlung und die vom Werkstück abgestrahlte
Wärmestrahlung empfindlich. Eine Trennung und separate Analyse
bzw. Auswertung der durch die Bearbeitung mit Laserstrahlen
verursachten Schallemission ist damit nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur
berührungslosen Messung der bei der Bearbeitung von Werkstücken
mit Hochenergiestrahlen emittierten Schallwellen zu schaffen,
welche eine weitgehend separate Erfassung und Auswertung der
Schallemission der Werkstücke gewährleistet.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Platte aus einem
Material besteht, welches für die zur Bearbeitung der Werk
stücke verwendeten Hochenergiestrahlen und für die vom Werk
stück abgestrahlten Wärmestrahlen zumindest weitgehend trans
parent ist. Eine aus einem derartigen Material bestehende
Platte wird durch akustische Wellen in Schwingungen versetzt,
ohne daß sich die Platte aufheizt, d.h. die Schallemission vom
Werkstück kann nun von elektromagnetischer Strahlung getrennt
werden. Die Schallemission kann somit eindeutig analysiert und
zur Prozeßsteuerung bzw. Qualitätssicherung eingesetzt werden.
Bei der berührungslosen Messung der bei der Bearbeitung von
Werkstücken mit Laserstrahlen im Ultraviolett, im Bereich des
sichtbaren Lichts und im nahen Infrarot emittierten Schall
wellen besteht die Platte vorzugsweise aus Quarz oder Quarz
glas. Im Hinblick auf die Durchlässigkeit für die genannten
Laserstrahlen und die vom Werkstück abgestrahlten Wärmestrah
len haben Quarz und Quarzglas sehr günstige Eigenschaften,
während andererseits im Vergleich zu Materialien wie Saphir der
Kostenaufwand besonders gering ist.
Bei der berührungslosen Messung der bei der Bearbeitung von
Werkstücken mit Laserstrahlen im fernen Infrarot emittierten
Schallwellen besteht die Platte vorzugsweise aus Zinkselenid.
Derartige Platten aus Zinkselenid erfüllen beispielsweise bei
der Verwendung von CO2-Lasern die an die Durchlässigkeit ge
stellten Forderungen sehr gut.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zur be
rührungslosen Messung der bei der Bearbeitung von Werkstücken
mit Laserstrahlen emittierten Schallwellen die Platte im
Abstand zum Werkstück in den Strahlengang der Laserstrahlen
eingefügt. Hierdurch wird eine besonders effektive Erfassung
der vom Werkstück emittierten Schallwellen ermöglicht, wobei
eine Beeinträchtigung der Platte durch die Laserstrahlen je
doch ausgeschlossen werden kann.
Insbesondere zur berührungslosen Messung der bei der Bear
beitung von Werkstücken mit Elektronenstrahlen oder Plasma
strahlen emittierten Schallwellen ist die Platte im Abstand
zum Werkstück seitlich außerhalb des Strahlengangs der Hoch
energiestrahlen angeordnet. Eine Beeinträchtigung der Platte,
wie sie beispielsweise beim Durchgang von Elektronenstrahlen
oder Plasmastrahlen auftreten würde, kann hierdurch ausge
schlossen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar
gestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung der
bei der Bearbeitung von Werkstücken mit Hochener
giestrahlen emittierten Schallwellen über eine in
den Strahlengang eingefügte Platte und einen an
der Platte angebrachten Sensor und
Fig. 2 eine Variante der in Fig. 1 dargestellten Vorrich
tung, bei welcher die Platte mit dem Sensor seit
lich außerhalb des Strahlengangs angeordnet ist.
Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter schematischer Darstellung
einen Hochenergiestrahl in Form eines Laserstrahls Ls, der über
eine hier als Linse L dargestellte Fokussieroptik auf die Ober
fläche eines Werkstückes W fokussiert wird. Derartige Anordnun
gen werden beispielsweise beim Laserpunktschweißen eingesetzt.
Die während der Bearbeitung des Werkstückes W mit dem
fokussierten Laserstrahl Ls entstehenden Schallwellen Sw werden
über einen an einer Platte P befestigten akustischen Sensor S
aufgenommen und zur Prozeßsteuerung oder zur Qualitätssiche
rung in einem Schall-Analysator SA ausgewertet. Die zwischen
der Linse L und dem Werkstück W in den Strahlengang eingefügte
Platte P besteht aus einem Material, welches sowohl für die zur
Bearbeitung verwendete Laserstrahlung Ls als auch für die vom
Werkstück W abgestrahlten Wärmestrahlen Ws zumindest weitgehend
transparent ist. Durch diese Materialeigenschaften wird eine
Aufheizung der Platte P durch direkte oder reflektierte Laser
strahlen Ls und durch die Wärmestrahlen Ws vermieden. Es ist
also möglich, die Schallemission vom Werkstück W von der elek
tromagnetischen Strahlung zu trennen und separat zu
analysieren. Die bei der Bearbeitung mit Laserstrahlen berüh
rungslos gemessene Schallemission kann dabei Frequenzen auf
weisen, die sowohl größer als auch kleiner 100 kHz sind. Als
akustischer Sensor S wird beispielsweise ein Piezosensor ver
wendet, der insbesondere für Messungen oberhalb 100 kHz
geeignet ist.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Variante ist die Platte P mit
dem Sensor im Abstand zum Werkstück W außerhalb des Strahlen
gangs der Laserstrahlen Ls angeordnet, d.h. die zur Bearbei
tung verwendeten Laserstrahlen Ls treten nicht direkt durch
die Platte P hindurch. Obwohl die Variante gemäß Fig. 2 am
Beispiel von Laserstrahlen Ls aufgezeigt ist, ist eine der
artige Anordnung insbesondere für solche Hochenergiestrahlen
geeignet, deren Durchtritt durch die Platte P deren Verände
rung oder Zerstörung bewirken würde. Dies ist beispielsweise
bei Elektronenstrahlen oder Plasmastrahlen der Fall.
Beim Schweißen mit Nd:-Lasern der Wellenlänge 1,06 µm wird bei
einer Anordnung gemäß Fig. 1 als Platte P eine 2 mm starke
Quarzplatte 214 der Fa. Westdeutsche Glasschmelze GmbH,
D-2057 Geesthacht verwendet. Die Schallemissionsanalyse dient
hierbei der on-line-Qualitätsüberwachung.
Beim Beispiel 1 wird anstelle der Quarzplatte eine Platte P aus
Saphir verwendet.
Bei der Bearbeitung von Werkstücken W mit CO2-Lasern der
Wellenlänge 10,6 µm wird bei einer Anordnung gemäß Fig. 1 eine
Platte P aus Zinkselenid (ZnSe) verwendet.
Beim thermischen Abtragen mit einem Rubinlaser der Wellenlänge
694,3 nm unter gleichzeitiger Zuführung eines inerten oder
reaktionsträgen Gases wird bei einer Anordnung gemäß Fig. 2
eine Platte P aus Quarzglas eingesetzt.
Beim Elektronenstrahlschweißen unter Verwendung eines schwachen
Vakuums, welches eine Schallübertragung noch zuläßt, wird bei
einer Anordnung gemäß Fig. 2 eine Platte P aus Quarzglas ver
wendet.
Beim Schneiden von hochlegierten Stählen mit einem Plasma
schneidbrennerkopf wird bei einer Anordnung gemäß Fig. 2 eine
Platte P aus Quarzglas verwendet.
Claims (5)
1. Vorrichtung zur berührungslosen Messung der bei der
Bearbeitung von Werkstücken (W) mit Hochenergiestrahlen
emittierten Schallwellen (Sw) über einen an einer Platte (P)
angebrachten akustischen Sensor (S),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Platte (P) aus einem Material besteht, welches für die
zur Bearbeitung der Werkstücke (W) verwendeten Hochenergie
strahlen und für die vom Werkstück (W) abgestrahlten Wärme
strahlen (Ws) zumindest weitgehend transparent ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur berührungslosen Messung der
bei der Bearbeitung von Werkstücken (W) mit Laserstrahlen (Ls)
im Ultraviolett, im Bereich des sichtbaren Lichts und im nahen
Infrarot emittierten Schallwellen (Sw),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Platte (P) aus Quarz oder Quarzglas besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur berührungslosen Messung der
bei der Bearbeitung von Werkstücken (W) mit Laserstrahlen (Ls)
im fernen Infrarot ermittierten Schallwellen (Sw),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Platte (P) aus Zinkselenid besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3 zur berührungslosen
Messung der bei der Bearbeitung von Werkstücken (W) mit Elek
tronenstrahlen oder Plasmastrahlen emittierten Schallwellen
(Sw),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Platte (F) im Abstand zum Werkstück (W) in den
Strahlengang der Laserstrahlen (Ls) eingefügt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, insbesondere zur berührungs
losen Messung der bei der Bearbeitung von Werkstücken (W) mit
Elektronenstrahlen oder Plasmastrahlen emittierten Schallwellen
(Sw),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Platte (P) im Abstand zum Werkstück (W) seitlich
außerhalb des Strahlengangs der Hochenergiestrahlen angeordnet
ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893913786 DE3913786C2 (de) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | Vorrichtung zur berührungslosen Schallemissionsmessung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19893913786 DE3913786C2 (de) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | Vorrichtung zur berührungslosen Schallemissionsmessung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3913786A1 true DE3913786A1 (de) | 1990-10-31 |
DE3913786C2 DE3913786C2 (de) | 1994-12-22 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19893913786 Expired - Fee Related DE3913786C2 (de) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | Vorrichtung zur berührungslosen Schallemissionsmessung |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE3913786C2 (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4106169C1 (en) * | 1991-02-27 | 1992-08-06 | Siemens Ag, 8000 Muenchen, De | Monitoring machining operations - by partic. lasers, where sensor comprises plate-type target to which acoustic or electric converter is connected |
DE4300378A1 (en) * | 1992-01-11 | 1993-07-22 | Benedikt Prof Dr Med Jean | Contactless material investigation by laser - illuminating by pulsed laser with variable radiated energy density, pressure or acoustic sensor. |
WO2008019847A1 (de) * | 2006-08-18 | 2008-02-21 | Fft Edag Produktionssysteme Gmbh & Co. Kg | Überwachungsvorrichtung für eine laserbearbeitungsvorrichtung |
WO2011026638A1 (en) * | 2009-09-04 | 2011-03-10 | Precitec Kg | Method for classifying a laser process and a laser material processing head using the same |
EP3257615A1 (de) | 2016-06-15 | 2017-12-20 | Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt EMPA | Qualitätskontrolle von laserschweissverfahren |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4419562A (en) * | 1982-01-19 | 1983-12-06 | Western Electric Co., Inc. | Nondestructive real-time method for monitoring the quality of a weld |
EP0064352B1 (de) * | 1981-04-20 | 1985-06-19 | Inoue-Japax Research Incorporated | Strahlbearbeitungsverfahren und Apparat sowie ein dadurch hergestelltes Produkt |
-
1989
- 1989-04-26 DE DE19893913786 patent/DE3913786C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0064352B1 (de) * | 1981-04-20 | 1985-06-19 | Inoue-Japax Research Incorporated | Strahlbearbeitungsverfahren und Apparat sowie ein dadurch hergestelltes Produkt |
US4419562A (en) * | 1982-01-19 | 1983-12-06 | Western Electric Co., Inc. | Nondestructive real-time method for monitoring the quality of a weld |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4106169C1 (en) * | 1991-02-27 | 1992-08-06 | Siemens Ag, 8000 Muenchen, De | Monitoring machining operations - by partic. lasers, where sensor comprises plate-type target to which acoustic or electric converter is connected |
DE4300378A1 (en) * | 1992-01-11 | 1993-07-22 | Benedikt Prof Dr Med Jean | Contactless material investigation by laser - illuminating by pulsed laser with variable radiated energy density, pressure or acoustic sensor. |
WO2008019847A1 (de) * | 2006-08-18 | 2008-02-21 | Fft Edag Produktionssysteme Gmbh & Co. Kg | Überwachungsvorrichtung für eine laserbearbeitungsvorrichtung |
DE102006038795A1 (de) * | 2006-08-18 | 2008-03-20 | Fft Edag Produktionssysteme Gmbh & Co. Kg | Überwachungsvorrichtung für eine Laserbearbeitungsvorrichtung |
US8094036B2 (en) | 2006-08-18 | 2012-01-10 | Fft Edag Produktionssysteme Gmbh & Co. Kg | Monitoring device for a laser machining device |
WO2011026638A1 (en) * | 2009-09-04 | 2011-03-10 | Precitec Kg | Method for classifying a laser process and a laser material processing head using the same |
EP3257615A1 (de) | 2016-06-15 | 2017-12-20 | Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt EMPA | Qualitätskontrolle von laserschweissverfahren |
WO2017216063A1 (en) | 2016-06-15 | 2017-12-21 | Empa Eidgenössische Materialprüfungs- Und Forschungsanstalt | Quality control of laser welding process |
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