DE4321463C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Laserbearbeitungsverfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Überwachen eines Laser­ bearbeitungsverfahrens, wie zum Beispiel eines Schweißverfahrens und auf eine Qualitätsauswertung desselben.

Das US-Patent 4 663 513 zeigt ein System zum Über­ wachen eines Laserbearbeitungsverfahrens, bei dem der Laserstrahl über der Bearbeitungszone eines Werkstücks ein Plasma erzeugt. Ein der Bearbeitungszone in Bearbeitungsrichtung nachlaufender Infrarotdetektor empfängt Infrarot­ strahlung von einem Punkt hinter der Bearbeitungszone, und bildet daraus ein analoges Temperatursignal, das sich mit der Intensität der empfangenen Infrarot­ strahlung verändert. Das analoge Temperatursignal wird mit Temperaturgrenzwerten eines Temperaturintervalls verglichen, das einen festen oberen Temperaturgrenzwert und einen festen unteren Temperaturgrenzwert umfaßt. Wenn das Temperatursignal nicht innerhalb des Temperaturintervalls liegt, dann wird das Produkt des Laserverfahrens, wie zum Beispiel eines Schweißverfahrens zurückgewiesen.

Es sei insbesondere bemerkt, daß bei diesem System das Produkt entweder angenommen oder zurückgewiesen wird, und zwar abhängig davon, ob das Temperatursignal einen Wert besitzt, der innerhalb oder außerhalb des Temperaturintervalls liegt.

Bei dem genannten System gibt es somit keine Möglichkeit zum Feststellen der relativen Qualität des Laserbearbeitungsverfahrens.

Weiterhin sieht das oben genannte Patent einen festen oberen Temperaturgrenzwert vor, was die Überwachung eines Laserbearbeitungsverfahrens mit Be­ reichen von unterschiedlichen, aber normalen Temperaturwerten unmöglich macht. Zum Beispiel gibt es bei einem Laserschweiß­ verfahren während des Einschaltens ein Überschießen, was eine erhöhte Temperatur erzeugt. Es kann auch ein Schweißüberlappung an einem Werkstück auftreten, was eine erhöhte Temperatur während des Schweißverfahrens erzeugen kann, wenn der Laserstrahl einen zuvor geschweißten Bereich überquert.

Darüber hinaus sieht das zuvor genannte Patent keine Speicherung von Informationen vor, so daß die Daten, die von einer Laserverfahrensanalyse erhalten wurden, zu einem späteren Zeitpunkt nicht nochmals überprüft werden können.

Zusätzlich sieht das oben genannte Patent kein Differenzierung zwischen normaler Schweißfunkenbildung und dem schädlichen Herausschleudern von Material vor.

Aus DE 39 08 187 A1 ist ein Verfahren zur Qualitätssicherung beim Laserstrahlschweißen und -schneiden bekannt, bei dem durch elektrooptische Erfassung die Größe des infolge der Energiezuführung und des dadurch im Dampfkanal entstandenen Dampfdrucks herausgeschleuderten flüssigen Materials ermittelt wird, um Rückschlüsse im Werkstück entstandene Hohlräume zu bilden.

Ferner sei auf DE 16 90 562 A1 verwiesen, die ein Klassierungsverfahren für ein Elektroschweißverfahren zeigt, bei dem gespeicherten Klassenwerte mit programmierten Grenzwerten verglichen werden und bei dem bei Unter- oder Überschreitung des Grenzwerts ein Markierer gesetzt wird, um zu ermitteln, ob die Schweißung in Ordnung ist oder nicht.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzusehen, das bzw. die die Ermittlung der relativen Qualität eines Laserbearbeitungsverfahrens ermöglicht.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Überwachen eines Laserbearbeitungsverfahrens insbesondere eines Laserschweißverfahrens gemäß Anspruch 1 bzw. Anspruch 8 vorgesehen.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Figurenbeschreibung

Die vorhergehenden und andere Ziele der Erfindung werden durch die folgenden Beschreibung und das bevorzugte Aus­ führungsbeispiel der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung verdeutlicht; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm, das ein Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Temperatur abhängig von der Zeit, die hilfreich ist bei der Be­ schreibung der erfindungsgemäßen Arbeitsweise; und

Fig. 3A-3D ein Flußdiagramm, das die Arbeitsweise desm Mikrocomputers, der in Fig. 1 verwendet wird, darstellt.

Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das das Über­ wachungssystem der vorliegenden Erfindung darstellt, das zum Überwachen eines Laserschweißverfahrens verwendet wird. Bei diesem Verfahren gibt ein Laser 10 einen Laserstrahl 12 ab. Der Strahl 12 wird durch ein System 14 umgelenkt und dann durch geeignete fokussierende optische Mittel 16 fokussiert. Der fokussierte Strahl trifft auf ein Werkstück 18 auf, das sich in Richtung, des Pfeils 20 bewegt. Der Laserstrahl trifft an einer Schweißzone 22 auf das Werkstück 18 auf, und zwar mit einer ausreichenden linearen Leistungsdichte, um Plasma zu formen und um einen Schweißvorgang zu bewirken. An einer Abfühl- oder Abtaststelle 24 wird die Temperatur der sich wieder verfestigenden Schweißung gemessen, und zwar durch einen fokussierten Infrarotdetektor 26. Die Ausgangsgröße des Infrarot­ detektors 26 wird durch geeignete faseroptische Kabel an einen Verstärker 30 geleitet. Der Verstärker 30 erzeugt ein verstärktes elektrisches Temperatursignal das die Temperatur an der Abtaststelle 24 darstellt. Dieses elektrische Temperatursignal wird an einen Störfilter angelegt, der aus einem Kondensator 32 und einem Widerstand 34 aufgebaut ist und dann an einen Mikrocomputer 40 geleitet.

Der Mikrocomputer 40 kann von einer herkömmlichen Bauart sein und umfaßt einen Analog-zu-Digital- Wandler 42, der mit Taktimpulsen von einem Taktgeber 55 vesorgt wird. Der Analog-zu-Digital-Wandler 42 empfängt das Temperatursignal und sieht in bekannter Art und Weise digitalisierte Temperatursignale mit der Frequenz der Taktimpulse vor. Diese digitalisierten Temperatursignale sind digitale Wörter, die über einen Speicherpuffer 48 an eine zentrale Verarbeitungseinheit CPU 46 geleitet werden. Die CPU 46 speichert die empfangenen Daten, die die digitalisierten Temperatursignale umfassen, in einen Speicher 50, der die Form einer Harddisk besitzen kann. Eine Temperaturwellenform und andere Daten können unter Steuerung des CPU 46 auf einer herkömmlichen Anzeige 52 wie beispielsweise einem Kathoden­ strahlrohr angezeigt werden.

Die CPU 46 kommuniziert mit einer programmierbaren logischen Steuerung (PLC) 60. Die PLC 60 kann die Form eines anderen Mikrocomputers besitzen. Die PLC 60 steuert das Schweißverfahren und aktiviert das Überwachungssystem. Die PLC 60 startet das Schweißverfahren durch Anlegen eines "Start-Schweißen"-Signals auf der Steuerleitung 62 an eine Laserleistungsquelle 64, die daraufhin den Laser 10 erregt bzw. mit Energie versorgt. Der Betrieb der Laserleistungsquelle 64 kann über die Leitung durch die PLC 60 überwacht werden, und zwar hinsichtlich solcher Informationen, wie zum Beispiel einem Leistungsfehler oder einem vollendeten Schweißvorgang. Wann immer die PLC 60 einen Schweißvorgang startet, aktiviert sie auch den Mikrocomputer 40 mittels einem Trigger- oder Auslösesignal, so daß das durch das Flußdiagramm in Fig. 3 dargestellte Verfahren beginnen kann. Die PLC 60 kommuniziert auch mit einem "Mainframe"-Computer 68. Der Computer 68 kann zum Beispiel für eine Langzeitspeicherung verwendet werden. Dies ermöglicht eine spätere Betrachtung, in dem Fall, daß die Information zu einem späteren Zeitpunkt bezüglich eines bestimmten Schweißvorgangs gesucht wird. Somit kann zum Beispiel eine Werkstückseriennummer verwendet werden, um eine bestimmte Schweißinformation zu identifizieren, und um dem Computer 68 zu ermöglichen, diese Information zu finden und herauszuziehen.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Temperatur abhängig von der Zeit. Eine Schweißtemperaturkurve 70 des Temperatursignals, das durch den Temperaturdetektor 26 erzeugt wurde, wird aufgezeichnet. Speziell stellt die Kurve 70 eine große An­ zahl von digitalisierten Temperatursignalen dar, die durch den Analog-zu-Digital-Wandler 42 vorgesehen werden. Die gesamte Anzahl der digitalisierten Temperatursignale in der Größenordnung von 1600 liegen. Anfänglich gibt es eine Triggerverzögerung 72, während der die digitalisierten Temperatursignale nicht zum Auswerten des Verfahrens verwendet werden. Die Trigger­ verzögerung 72 kann einer Dauer von 100 digitalisierten Temperatursignalen entsprechen. Der Be­ reich A ist der Einschaltüberschießbereich, dem Anfangsteil der Schweißung entspricht und die Temperatur ist typischwerweise höher als normal, da sich der Laser auf einen höheren Energiezustand einschaltet, bevor er reguliert wird. Wenn die gesamte Anzahl von digitalisierten Temperatursignalen 1600 beträgt, dann kann der Bereich A einer Dauer in der Größenordnung von 300 digitalisierten Temperatursignalen entsprechen.

Der Bereich B ist der Standardschweißteil der Schweißung, in dem die Laserleitung reguliert ist. Dieser deckt den Großteil der Schweißung ab und aus einer Gesamtheit von 1600 digitalisierten Temperatursignalen kann dieser Bereich einer Dauer in der Größenordnung von 900 digitalisierten Temperatursignalen entsprechen. Der letzte Bereich der Schweißung ist der Bereich C. Dies ist der Überlappungsbe­ reich, in dem sich die Temperatur wieder erhöht, und zwar in­ folge des Schweißens über einen Abschnitt eines Teils in dem noch Wärme von einem vorherigen Schweißvorgang gespeichert ist. Der Bereich C kann einer Dauer in der Größenordnung von 300 digitalisierten Temperatursignalen entsprechen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Schweißüberwa­ chungssystem verwendet zum Auswerten von digitalisierten Temperatursignalen, die von der Wiederverfestigungszone der Schweißung während des Schweißvorgangs erhalten wurden. Dies ermöglicht die Detektion von Fehlern beispielsweise nadelförmigen Löchern (pinholes), unterbrochenen Schweißungen, Teilefehl­ ausrichtung, Spalten in der Teileübergangsfläche, ungenügender Laserleistung und falscher Geschwindigkeit. Das Überwachungssystem verwendet Grenzen bzw. Temperaturgrenzwerte, zählt die Anzahl der Unter- bzw. Überschreitungen der Temperaturgrenzwerte durch die digitalisierten Temperatursignale und verwendet diese Anzahl zum Berechnen eines Schweißqualitätsfaktors (WQF). Der Schweißqualitätsfaktor (WOF) wird mit einem vorbestimmten Schweißakzeptanzgrenzwert (AL) verglichen, um die Schweißakzeptabilität festzustellen.

Wieder bezugnehmend auf Fig. 2 werden die digitalisierten Temperatursignale, die die Kurven 70 bilden, mit unteren und oberen Temperaturgrenzwerten verglichen. Diese Grenzwerte sind als untere Grenzwerte 1, 2 und 3 und obere Grenzwerte 4, 5 und 6 gezeigt. Der Mikrocomputer wird programmiert, um die Unter- bzw. Überschreitungen , d. h. Verletzungen der Grenzwerte 1-6 durch die unterschiedlichen digitalisierten Temperatursignale aufzuzeichnen. Der Schweißqualitätsfaktor WQF wird dann durch eine Formel, berechnet bei der die Anzahl der Grenzwert Unter- bzw. Überschreitungen für jede Grenze 1-6 mit einem Gewichtungsfaktor (WF) multipliziert wird, der der bestimmten Grenze eigen ist. Dieses Ergebnis wird durch die gesamte Anzahl der digitalisierten Temperatursignale geteilt. Diese Berechnung wird für jede der Grenzen 1-6 durchgeführt. Die Gesamtsumme dieser individuellen Berechnungen wird dann von 100 abgezogen, so daß der Schweißqualitätsfaktor WQF eine Zahl darstellt, die kleiner als 100, wie zum Beispiel 92,5 ist. Der Schweißqualitätsfaktor WQF wird dann mit einem Schweißakzeptanzgrenzwert verglichen, um festzustellen, ob die Schweißung akzeptabel ist. Der Akzeptanzgrenzwert AL kann zum Beispiel auf 70 gesetzt werden. Ein berechneter Schweißqualitätsfaktor WQF über 70 wird so angesehen, daß er eine akzeptable Schweißung darstellt. Der Wert des Schweißqualitätsfaktors WQF und die Akzeptabilität oder Nicht-Akzeptabilität der Schweißung wird durch den Mikrocomputer 40 an die PLC 60 weitergeleitet. Der Mikrocomputer 40 wird dann die Temperaturwellenform, wie zum Beispiel die Wellenform 70, auf seiner Videoanzeige 52 anzeigen.

In der Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm die Art, in der der Mikrocomputer 40 gemäß der vorliegenden Erfindung pro­ grammiert ist. Im Schritt 100 werden unterschiedliche in dem Programm verwendete Parameter eingegeben, und zwar beispielsweise mit einer Tastatur oder einem Keyboard. Diese Parameter umfassen zum Beispiel die Werte der Grenzen 1, 2, 3, 4, 5 und 6 und den Wert des Gewichtungsfaktors für jede Grenze. In dem nächsten Schritt 102 wartet der Mikrocomputer auf ein Triggersignal von der PLC 60, um die Datenerfassung zu beginnen. Das Triggersignal tritt im Punkt 104 auf. Während des Schrittes 106 werden die Temperaturdaten erfaßt und mit einem Taktsignal gepaart, um gepaarte Daten zu erhalten. Diese Daten werden durch einen Analog-zu-Digital-Wandler im Schritt 108 umgewandelt, um eine Reihe von digitalen Datenworten vorzusehen, die die entsprechenden digitalisierten Tem­ peratursignale darstellen. Die Datenworte werden dann im Schritt 110 linealisiert und die Daten werden im Schritt 112 gespeichert, wie zum Beispiel auf einer Harddisk 50.

Die CPU ist nun fertig, um das Analysieren der Daten zu starten.

Im Schritt 114 wird ein Taktzähler auf den Wert der Trig­ gerverzögerung 72 (Fig. 2) plus eins gesetzt. In dem dar­ gestellten Beispiel entspricht die Triggerverzögerung 72 einer Länge von 100 digitalisierten Temperatursignalen. Der Taktwert wird somit auf 101 gesetzt. Im Schritt 116 wird die Grenze auf 6 gesetzt. Jedes digitalisierte Temperatursignal von 101 bis 1600 am Ende des Bereichs C wird nun aus dem Speicher 50 ausgelesen und analysiert. Jedes Temperatursignal wird im Schritt 118 mit dem Temperaturwert der Grenze 6 verglichen. Im Schritt 120 wird eine Entscheidung getroffen, ob das Tempertursignal im Schritt 118 , Grenze 6 unter- bzw. bzw. überschreitet, d. h. "verletzt". Wenn die Grenze 6 verletzt wird, dann wird ein Gesamt­ grenzverletzungszähler im Schritt 122 erhöht und ein Zähler für aufeinanderfolgenden Verletzungen wird im Schritt 124 um eins erhöht. Wenn dies das erste zu analysierende Temperatursignal ist, und wenn das Temperatursignal die Grenze verletzt, dann werden sowohl der Gesamt-Grenz­ verletzungszähler als auch der Zähler für aufeinanderfolgende Verletzungen auf 1 gesetzt.

Wenn die Grenze nicht verletzt wird, dann wird im Schritt 126 festgestellt, ob der Zähler für aufeinanderfolgende Verletzungen einen Wert von größer als Null besitzt. Wenn der Wert größer ist als Null, dann wird ein Auftrittszähler im Schritt 128 um eins erhöht. Diese Information wird im Schritt 130 in einen Puffer geschrieben und der Zähler für aufeinanderfolgende Verletzungen wird im Schritt 132 auf Null zurückgesetzt.

Nehmen wir an, daß in einer Reihe von acht aufeinander­ folgenden Temperatursignalen die ersten zwei Signale die Grenze verletzen das dritte Signal die Grenze nicht verletzt, die Signale 4 bis 7 die Grenze verletzen und das Signal 8 nicht die Grenze verletzt. In diesem Fall sind, nachdem das zweite Signal analysiert wurden, die Daten, die im Schritt 130 in den Puffer geschrieben werden, 1, 2. Das bedeutet, daß eine aufeinanderfolgende Verletzung aufgetreten ist, und daß die Zahl der aufeinanderfolgenden Verletzungen oder Überschreitungen 2 ist. Nachdem die Daten in den Puffer geschrieben wurden, wird der Zähler für aufeinanderfolgende Verletzungen auf Null zurückgesetzt. Die nächsten aufeinanderfolgenden Verletzungen treten bei den Signalen 4, 5, 6 und 7 auf. Dies ist das zweite Auftreten und die Anzahl der auf­ einanderfolgenden Verletzungen ist vier. Demgemäß sind die Daten, die im Schritt 130 in den Puffer geschrieben werden, 2, 4. Nehmen wir an, daß die nächsten sechs Temperatursignale 9 bis 14 auch Verletzungen der Grenze darstellen, dann sind, nachdem die Probe 14 analysiert wurde, die Daten, die im Schritt 130 in den Puffer geschrieben werden, 3, 6 (das dritte Auftreten mit sechs aufeinanderfolgenden Verletzungen).

Fahren wir nun mit einer Beschreibung des Flußdiagrammes fort. Wenn die Zählung bzw. der Zählerstand in dem Zähler für auf einanderfolgende Verletzungen nicht größer als Null ist, dann springt der Vorgang zum Schritt 134. Im Schritt 134 wird eine Entscheidung getroffen, ob der Taktwert gleich der Bereichsgrenze ist. Während jeder Prüfung von Verletzungen einer Grenze, wie zum Beispiel der Grenze 6, gibt es drei Bereiche, die die Bereiche A, B und C (siehe Fig. 2) umfassen. Der Wert einer Grenze kann sich in den Bereichen A, B und C unterscheiden. Dies trifft insbesondere bezüglich der obigen Grenzen zu, wie in Fig. 2 zu sehen ist. Nehmen wir an, daß die Grenze 6 1200°C beträgt. Für den Bereich A kann die Grenze 6 um 4% erhöht werden. Die Grenze 6 kann auch um einen anderen Wert, wie zum Beispiel 3%, im Bereich C erhöht werden. Diese Pro­ zentzahlen und die Grenzwerte werden alle während des Schrittes 100 in den Computer eingegeben.

In dem dargestellten Beispiel gibt es insgesamt 1600 Tem­ peratursignale, wobei 100 Signale der Triggerverzöge­ rungsperiode 72, 300 Signale dem Bereich A, 900 Signale dem Bereich B und 300 Signale dem Bereich C zugeordnet sind. Am Ende des Bereichs A sollte das einen Zähler­ stand von 400 Signalen ergeben. Wenn die Zählung geringer ist, wird der Taktzähler im Schritt 136 erhöht und der Vorgang wird vom Schritt 118 bis Schritt 134 wiederholt, bis alle Signale im Bereich A analysiert wurden.

Sobald alle Signale in einem Bereich analysiert wurden, wird im Schritt 138 eine Entscheidung getroffen, ob der Taktwert gleich der Gesamtzahl der Signale entspricht. Eine "Ja"-Entscheidung tritt nur bei der Vollendung der Analyse aller Signale bei einer Signalzählung von 1600 auf. Wenn nur die Signale für den Bereich A gezählt wurden, wird der Grenzwert für den nächsten Bereich im Schritt 140 eingestellt und der Takt wird um eins erhöht. Dies entspricht dem ersten Signal in dem nächsten Bereich, wie zum Beispiel Bereich B.

Wenn alle Signale im Bereich C analysiert wurden, dann ist der Taktwert in diesem Beispiel 1600, was gleich der Gesamtzahl von Signalen entspricht. In einem solchen Fall wird der Grenzwert im Schritt 142 um eins verringert, so daß der Grenzwert auf den Wert der Grenze 5 gesetzt wird. Im Schritt 144 wird eine Entscheidung getroffen, ob der Grenzwert gleich Null ist, Wenn dies nicht der Fall ist, wird im Schritt 146 der Taktwert auf den Wert der Triggerverzögerung 72 (eine Zählung von 100) plus eins zurückgesetzt und die vorhergehende Analyse von dem Temperatursignal 101 bis Signal 1600 wird wiederholt, und zwar bezüglich der Grenze 5. An diesem Punkt sei bemerkt, daß die Schritte 124, 126, 128, 130 und 132 nur in der Analyse für Verletzungen der Grenze 6 verwendet werden. Wenn im Schritt 144 festgestellt wird, daß der Grenzwert gleich Null ist, wird die folgende Funken­ filterroutine gestartet.

Während eines Schweißvorgangs treten Funken auf. Einige Funken sind harmlos und andere sind heftiger. Die letzteren sind bekannt als Funken aufgrund von Spritzern und resultieren aus einem heftigen Ausstoß von geschmolzenem Metall aus dem Schweißbecken. Die Analyse dieser Erfindung differenziert zwischen diesen zwei Arten von Funkenzuständen. Wenn die Dauer des Funkenzustands kurz ist, wie zum Beispiel fünftausendstel (0,005) einer Sekunde, ist es ein harmloser Funke. Wenn sie länger ist, dann besitzt der Funke Masse und er ist ein Spritzer. Bei Spritzern ermittelt die Analyse aufeinanderfolgende Grenzverletzungen von ausreichender Dauer bezüglich eines Funkenfiltergrenzwertes. In dem unten beschriebenen Beispiel ist der Funkenfiltergrenzwert für aufeinanderfolgende Verletzungen 5.

In der Funkenfilterroutine wird im Schritt 150 eine Ent­ scheidung getroffen, ob der letzte hohe Grenzüberschreitungswert für die Anzahl der aufeinanderfolgenden Verletzungen Null überschritten hat. In dem beschriebenen Beispiel waren die letzten Daten, die im Schritt 130 in den Puffer geschrieben wurden, 3, 6 (die dritte aufeinanderfolgende Verletzungsdetektion mit sechs aufeinanderfolgenden Verletzungen). Es ist die Zahl 3, die von Interesse ist und diese Zahl wird im Schritt 152 in den Auftrittszähler geschrieben. Im Schritt 154 wird die Zahl der aufeinanderfolgenden Verletzungen der Grenze 6 (d. h. 6) mit dem Funken­ filtergrenzwert (5) verglichen. Im Schritt 156 wird eine Entscheidung getroffen, ob der Funkenfiltergrenzwert verletzt wurde. Da sechs aufeinanderfolgende Verletzungen aufgetreten sind und der Funkenfiltergrenzwert 5 ist, ist die Antwort auf die Entscheidung im Schritt 156 "Ja". Der Vorgang geht dann zum Schritt 158 über, in dem ein Vergleich gemacht wird, ob die Auftrittszahl (d. h. 3) gleich 1 ist. Da dies nicht der Fall ist, geht der Vorgang zum Schritt 160, in dem der Auftrittszähler um 1 verringert wird (d. h. von 3 auf 2).

Die aufeinanderfolgenden Verletzungen der Grenze 6 für einen Auftrittszahlenstand von 2 ist 4, in dem gegebenen Beispiel. Da dieser Zählerstand 4 geringer ist als der Funkenfiltergrenzwert 5, ist die Entscheidung im Schritt 156 "nein". Der Zählerstand 4 wird von dem gesamten verbleibenden hohen Grenzverletzungszählerstand im Schritt 162 abgezogen. Der Gesamtwert ist in dem Beispiel 12, da die Datenpaare 1, 2 und 2, 4 und 3, 6 sind, wobei die zweiten Zahlen insgesamt 12 ergeben. Von diesem Grenzverletzungszählerstand 12 werden die neuen aufeinanderfolgenden Zahlen von Verletzungen 4 im Schritt 162 abgezogen. Dies läßt einen gesamten verbleibenden hohen Grenzverletzungszählerstand von 8 zurück. Die Auftrittszahl 2 wird im Schritt 158 mit 1 verglichen. Da keine Übereinstimmung auftritt, wird die Auftrittszahl im Schritt 160 wieder verringert, und zwar auf die Auf­ trittszahl 1. Die Zahl der aufeinanderfolgenden Verletzungen, die mit der Auftrittszahl 1 assozierrt ist, ist 2 (bei dem obigen Beispiel). Somit wird die Anzahl der aufeinanderfolgenden Verletzungen 2 der Grenze 6 mit dem Funkenfiltergrenzwert von 5 im Schritt 154 verglichen. Da der Wert nicht verletzt wird, wird die aufeinanderfolgende Verletzungszahl 2 von dem hohen Grenzverletzungszählerstand von 8 abgezogen, was einen gesamt verbleibenden hohen Grenzverlet­ zungszählerstand von 6 im Schritt 162 zurückläßt. Da die Zahl in dem Auftrittszähler nun 1 ist, wird eine Übereinstimmung im Schritt 158 erhalten und der Vorgang geht zum Schritt 154, der die Schweißqualitätsfaktor WQF-Be­ rechnungsroutine startet.

Im Schritt 164 wird der Schweißqualitätsfaktor WQF gleich 100 gesetzt. Im Schritt 166 wird die Grenzzahl als eine Grenzzahl 1 gesetzt. Das heißt, daß die Routine den Abschnitt des Schweißqualitätsfaktors, der mit der Anzahl von Verletzungen der Grenze 1 assoziert ist, berechnet. Wie zuvor beschrieben, sind die Grenzen 1-6 gewichtet. Der Gewichtungsfaktor WF für die Grenze 1 ist 780. Für die Grenze 2 ist er 360. Für die Grenze 3 ist er 60. Der Gewichtungsfaktor ist 60 für die Grenze 4, 360 für die Grenze 5 und 780 für die Grenze 6. In der im Schritt 168 dargestellten Berechnung wird die Anzahl der Grenz­ verletzungen mit dem Gewichtungsfaktor multipliziert. Nehmen wir an, daß die Anzahl der Verletzungen in der Grenze 1 gleich 5 ist. Das Produkt der Anzahl 5 von Ver­ letzungen der Grenze 1 und des assoziierten Ge­ wichtungsfaktors 780 der Grenze 1 ist 3900. Diese Zahl 3900 wird dann durch die gesamte Anzahl von Signalen im Schritt 170 geteilt. In dem aufgeführten Beispiel ist die gesamte Anzahl von Signalen 1600. Somit ist das Ergebnis 2,43. Diese Zahl wird nun von 100 abgezogen, was ein Er­ gebnis von 97,57 im Schritt 172 ergibt. Im Schritt 174 wird die Grenzzahl auf die nächste Grenze 2 erhöht. Da die Grenzzahl nicht 7 ist, wird im Schritt 176 eine Entscheidung getroffen, die Schritte 168-174 zu wiederholen.

Die oben genannten Schritte 168-174 werden für die Verletzungen der Grenzen 2 bis 6 wiederholt. Nachdem die Verletzungen der Grenze 6 betrachtet wurden, wird die Grenzzahl im Schritt 174 auf 7 erhöht. Diese Zahl stimmt mit der im Schritt 176 eingestellten Grenze überein und der Vorgang geht zum Entscheidungsschritt 178 über. Im Schritt 178 wird eine Feststellung getroffen, ob es irgendwelche Verletzungen der Grenze 1 oder irgendwelche Verletzungen der Grenze 6 gibt. Wenn dies der Fall ist, wird dies als ein absoluter Schweißfehlerzustand angesehen und die Schweißung sollte verworfen werden, und die Routine geht zum Schritt 180. Der berechnete Schweißqualitätsfaktor WQF wird im Schritt 180 durch 2 geteilt. Wenn es somit nur eine Verletzung gibt und dies ist eine Verletzung der Grenze 6, dann ist die höchste Zahl, die für den berechneten Schweißqualitätsfaktor WQF erhalten wird, 99. Da eine Verletzung der Grenze 6 vorliegt, wird der berechnete Schweißqualitätsfaktor durch zwei geteilt, was einen überarbeiteten Schweißqualitätsfaktor WQF von 49,5 ergibt. Wie nachfolgend beschrieben wird, kann der Akzeptanzgrenzwert AL auf ein Niveau von 70 gesetzt werden und somit stellt der Schweißquali­ tätsfaktor WQF von 49,5 einen Schweißfehler dar.

Zu diesem Zeitpunkt geht der Vorgang auf den Schritt 192 über, wo der berechnete Schweißqualitäötsfaktor WQF bezüglich aller Grenzen 1-6 festgestellt wird. Wenn es überhaupt keine Verletzungen gab, dann ist der Schweiß­ qualitätsfaktor WQF gleich 100. Er ist kleiner als 100, wenn Verletzungen aufgetreten sind, und zwar abhängig von der Zahl der Verletzungen, wie oben beschrieben.

Der Akzeptanzgrenzwert Al kann auf eine Zahl, wie zum Beispiel 70 gesetzt werden. Somit zeigt ein Schweißqua­ litätsfaktor WQF über 70 eine akzeptable Schweißung an. Im Schritt 184 wird der berechnete Schweißqualitätsfaktor WQF mit dem Akzeptanz­ grenzwert AL verglichen. Wenn er größer ist als die Akzep­ tanzgrenzwert, dann schreibt im Schritt 186 die CPU ein "Akzeptieren" an die LPC 60. Diese Information kann an den "Main-frame"-Computer 68 weitergeleitet werden für einen Aufruf zu einem nachfolgenden Zeitpunkt. Wenn der berechnete Schweißqualitätsfaktor nicht den Akzeptanzgrenzwert erreicht, dann schreibt die CPU im Schritt 188 "zurückweisen" an die PLC 60, so daß die PLC 60 die In­ formation besitzt, daß diese bestimmte Schweißung verworfen wurde. Der berechnete Schweißqualitätsfaktor für diese bestimmte Schweißung wird dann im Schritt 190 in die PLC geschrieben. Die Temperaturwellenform, wie zum Beispiel die Wellenform 70, wird im Schritt 192 auf der Video­ anzeige 52 angezeigt. Das Überwachungs­ system ist nun in einem Zustand zum Überwachen eines anderen Schweißvorgangs und zum Feststellen des Schweißquali­ tätsfaktors WQF für einen solchen Vorgang.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Überwachen eines Laserbearbeitungsverfahrens, insbesondere eines Laserschweißverfahrens, bei dem der Laserstrahl über der Bearbeitungszone eines Werkstücks ein Plasma erzeugt, mit

• a) einem Infrarotdetektor, welcher der Bearbeitungszone in Bearbeitungsrichtung nachlaufend angeordnet ist und welcher aus der von der Bearbeitungszone abgegebenen Infrarotstrahlung ein Temperatursignal bildet;
• b) Mitteln für die Vorgabe mindestens eines Temperaturintervalls mit einem oberen und einem unteren Temperaturgrenzwert;
• c) Mitteln zum Vergleichen des Wertes des jeweils gebildeten Temperatursignals mit den vorgegebenen Temperaturgrenzwerten;
• d) Mitteln zur Erzeugung eines Anzeigesignals, wenn einer der oberen Temperaturgrenzwerte über- oder einer der unteren Temperaturgrenzwerte unterschritten ist;
• e) Mitteln zum Zählen der Anzahl von Anzeigesignalen, die bei Über- oder Unterschreiten der Temperaturgrenzwerte innerhalb eines vorgegebenen Überwachungszeitraums erzeugt worden sind;
• f) Mitteln zur Auswertung der Zählung der Anzahl von Anzeigesignalen; und
• g) Mitteln zur Anzeige des Auswerteergebnisses.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Überwachungszeitraum mindestens zwei Bereiche mit unterschiedlichen oberen Temperaturgrenzwerten umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein zweiter oberer Temperaturgrenzwert größer als ein erster oberer Temperaturgrenzwert und ein zweiter unterer Temperaturgrenzwert, kleiner als ein erster unterer Temperaturgrenzwert vorgesehen sind, und wobei den Temperaturgrenzwerten Gewichtungsfaktoren zugeordnet sind, derart, daß der zweite obere Temperaturgrenzwert einen Gewichtungsfaktor be­ sitzt, der größer ist als der des ersten oberen Temperaturgrenzwerts und wobei der zweite untere Tempertur­ grenzwert einen Gewichtungsfaktor besitzt, der größer ist als der des ersten unteren Temperatur­ grenzwerts.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, wobei ein A/D-Wandler das analoge Temperatursignal unter Verwendung von Digitalisierungs-Taktimpulsen digitalisiert.

5. Vorrichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, wobei jedem der Temperaturgrenzwerte ein Gewichtungsfaktor zugeordnet ist und wobei die Vorrichtung weiterhin Mittel aufweist zum Multiplizieren der Anzahl der Anzeigesignale für einen Temperaturgrenzwert mit dem zugeordneten Gewich­ tungsfaktor, um das so erhaltene Produkt durch die Gesamtzahl der Digitalisierungs-Taktimpulse zu teilen, um durch Abziehen der Summe der so erhaltenen Ergebnisse von 100 einen Qualitätsfaktor zu erhalten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei Mittel zum Vergleichen des Qualitätsfaktors mit einem Grenzwert und Mittel für eine Ausgangsanzeige, basierend auf diesem Vergleich, vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung Zählmittel aufweist zum Zählen der Anzahl von aufeinanderfolgenden Anzeigesignalen für einen ausgewählten Temperaturgrenzwert, sowie Mittel zum Ver­ gleichen der Anzahl der aufeinanderfolgenden Anzeigesignale mit einem vorbestimmten Filterwert, um festzustellen, ob der Filterwert überschritten wurde.

8. Verfahren zum Überwachen eines Laserbearbeitungsverfahrens, insbesondere eines Laserschweißverfahrens, bei dem der Laserstrahl über der Bearbeitungszone eines Werkstücks ein Plasma erzeugt, bei dem

• a) mit einem Infrarotdetektor, welcher der Bearbeitungszone in Bearbeitungsrichtung nachlaufend angeordnet wird, wird aus der von der Bearbeitungszone abgegebenen Infrarotstrahlung ein Temperatursignal gebildet wird;
• b) mindestens ein Temperaturintervall mit einem oberen und einem unteren Temperaturgrenzwert vorgegeben wird;
• c) der Wert jeweils gebildeten Temperatursignals mit dem vorgegebenen Temperaturgrenzwert verglichen wird;
• d) ein Anzeigesignals erzeugt wird, wenn einer der oberen Temperaturgrenzwerte über- oder einer der unteren Temperaturgrenzwerte unterschritten wird;
• e) die Anzahl an Anzeigesignalen gezählt wird, die bei Über- oder Unterschreiten der Temperaturgrenzwerte innerhalb eines vorgegebenen Überwachungszeitraums erzeugt worden sind;
• f) das Ergebnis der Zählung der Anzahl von Anzeigesignale ausgewertet wird; und
• g) das Auswerteergebnis angezeigt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Überwachungszeitraum mindestens zwei Bereiche aufweist, in denen unterschiedliche obere Temperaturgrenzwerte vorgegeben sind.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei ein zweiter oberer Temperaturgrenzwert größer als ein erster oberer Temperaturgrenzwert und ein zweiter unterer Temperaturgrenzwert kleiner als ein erster unterer Temperaturgrenzwert vorgegeben sind, und wobei ferner den Temperaturgrenzwerten Gewichtungsfaktoren zugeordnet werden, derart, daß der zweite obere Temperaturgrenzwert einen Gewichtungsfaktor besitzt, der größer ist als der des ersten oberen Temperaturgrenzwertes, und daß der Gewichtungsfaktor des zweiten unteren Temperaturgrenzwertes größer ist als der des ersten unteren Temperaturgrenzwertes.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das analoge Temperatursignal unter Verwendung von Digitalisierungs-Taktimpulsen digitalisiert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei jedem der Temperaturgrenzwerte ein Gewichtungsfaktor zugeordnet ist und wobei die Anzahl der Anzeigesignale für jeden Temperaturgrenzwert mit dem zugeordneten Gewichtungsfaktor multipliziert wird, wobei das so erhaltene Produkt durch die Gesamtzahl der Digitalisierungs-Taktimpulse geteilt wird und wobei dann die Summe der so erhaltenen Ergebnisse von 100 abgezogen wird, um einen Qualitätsfaktor zu erhalten.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Qualitätsfaktor mit einem Grenzwert verglichen wird zum Vorsehen einer auf dem Vergleich basierenden Ausgangsanzeige.