DE4423409C2 - Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls - Google Patents

Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.
Ein derartiges Verfahren ist bereits aus der DE 42 17 292 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels ei­ nes Laserstrahls unter Verwendung einer zum Werkstück positionierba­ ren Sensorelektrode wird an letztere ein elektrisches Wechselsignal ange­ legt um eine zwischen Sensorelektrode und Werkstück vorhandene Meß­ kapazität durch Auswertung einer Änderung des Wechselsignals infolge der Meßkapazität zu ermitteln.
Aus der GB 2 246 733 A ist es ferner bereits bekannt, beim Schweißen mit­ tels eines Laserstrahls die elektrische Ladungsverteilung des durch den Laserstrahl erzeugten Plasmas zu beobachten. Hierzu wird zwischen der Spitze einer Schweißdüse und dem Werkstück eine infolge des Plasmas auftretende Potentialdifferenz gemessen, die sich aufgrund eines Micro­ stromflusses im Plasma ergibt. Diese Potentialdifferenz hängt von der räumlichen und zeitlichen Verteilung der Elektronen-/Ionendichte ent­ lang der Strahlachse ab.
Nicht zuletzt ist aus der DE 41 32 651 C1 eine Vorrichtung zum berüh­ rungslosen Erfassen von Daten einer thermischen Bearbeitungsmaschine mit mindestens einem Bearbeitungswerkzeug und einem Werkstück be­ kannt, bei der das Werkstück an einen Wechselspannungsgenerator ange­ schlossen und mit einem Wechselspannungssignal beaufschlagbar ist. Dadurch wirkt das Werkstück als Sender. Ihr gegenüberliegend ist ein Empfänger angeordnet, der mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, die Feldänderungen erfaßt.
Ein entscheidendes Qualitätskriterium beim Laserschweißen ist der Durchschweißungsgrad, der äußerlich z. B. durch das Vorhandensein und die Breite einer Nahtwurzel beurteilt werden kann. Allerdings ist für eine Kontrolle der Nahtwurzel eine Sichtverbindung zwischen Nahtwurzel und Kontrollsystem (Sensor oder Mensch) erforderlich. Diese Sichtverbindung ist in fast allen Anwendungen nicht gegeben, da die Nahtwurzel üblicher­ weise auf der vom Lasereintritt abgewandten Werkstückseite liegt. Auf dieser Seite sind Sensormontagen meist nur schwer und der Aufenthalt von Menschen gar nicht möglich, da diese Seite entweder auf einer Trans­ portmechanik des Werkstücks liegt oder ins Innere eines Gehäuses, und dergleichen, weist.
Es wurden bereits optische und akustische Meßtechniken zur Ermittlung des Durchschweißungsgrads entwickelt, die sich auch von der Strahlein­ trittsseite aus einsetzen lassen. Hierbei hat man sich den Umstand zunut­ ze gemacht, daß beim Lasertiefschweißen im Schmelzbad entlang des ein­ fallenden Laserstrahls eine Dampfkapillare entsteht. Diese Kapillare ent­ läßt den in ihr erzeugten Dampf diskontinuierlich in bestimmten Interval­ len. Dabei liegen die Intervalle im Bereich von einigen hundert Hz bis ca. 1 kHz. Versuche haben gezeigt, daß die Frequenzen der Dampfabgabe in ei­ nem Werkstück bei durchschweißten Nähten und bei nicht durchschweiß­ ten Nähten voneinander verschieden sind. Um diese Frequenzen optisch oder akustisch erfassen zu können, mußten aufwendige Sensoren mit der Laserbearbeitungsdüse mitbewegt werden, was aufgrund des zusätzli­ chen Raumbedarfs erhebliche Probleme insbesondere bei der dreidimen­ sionalen Werkstückbearbeitung mit sich brachte. Optische und akusti­ sche Sensoren sind darüber hinaus außerordentlich störanfällig.
Aus der DE 37 20 249 A1 ist ein weiteres Verfahren zum Schweißen oder Schneiden von Werkstücken mit Hilfe eines Laserstrahls bekannt, der über der betreffenden Bearbeitungsstelle eine Plasmawolke erzeugt. Mit Hilfe eines elektromagnetischen Feldes wird die Lage der Plasmawolke be­ züglich der Bearbeitungsstelle gesteuert. Dadurch kann zum einen eine höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit erzielt werden, wozu die Plasmawol­ ke mit Hilfe des äußeren elektrischen Feldes auf der Bearbeitungsstelle ge­ halten wird. Bei einer entsprechenden Modulation des elektrischen Feldes kann der Laserstrahl periodisch unterbrochen werden, ggf. auch mit einer sehr hohen Frequenz. Weiterhin läßt sich das Verfahren dazu benutzen, die Qualität der Schweißnaht zu kontrollieren. Zu diesem Zweck wird die Lage und/oder Dichte der Plasmawolke überwacht.
Nicht zuletzt ist aus der DE-OS 26 30 795 ein Verfahren zur Bestimmung des Wertes eines Strahlintensitätssteuersignals bekannt, das der Strahl­ intensität an der Gravurschwelle des Materials eines Werkstücks ent­ spricht, das in einer Vorrichtung mittels eines Laserstrahls bearbeitet werden soll. Wenigstens ein leitender Fühler wird in der Nähe eines Teils des Werkstücks angeordnet, auf den der Laserstrahl auffällt. Der Wert des Steuersignals wird fortlaufend geändert, wobei der Stromdurchgang durch einen den Fühler enthaltenden Schaltkreis erfaßt wird, um den Wert des Steuersignals zu erfassen, bei dem eine Änderung von dem nicht ionisierten Zustand des den Teil des Werkstücks umgebenden gasförmi­ gen Mediums in den ionisierten Zustand oder umgekehrt auftritt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Qualität von Schweißarbei­ ten bei der Bearbeitung eines Werkstücks mit Hilfe eines Laserstrahls von der Bearbeitungsseite her sicherer überwachen zu können.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im Patent­ anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Vorbestimmte Überwachungsmeßsignale lassen sich z. B. auf empiri­ schem Wege ermitteln, indem Testschweißungen mit vorbestimmten Pro­ zeßparametern sowie an Werkstücken durchgeführt werden, deren Eigen­ schaften und Abmessungen bekannt sind. Beim tatsächlichen Anwen­ dungsfall wird dann das durch Bandpaßfilterung erhaltene Überwa­ chungsmeßsignal mit einem in Übereinstimmung mit dem Anwendungs­ fall geeignet ausgewählten vorbestimmten Überwachungsmeßsignal ver­ glichen, um zu entscheiden, ob die Schweißqualität den gewünschten An­ forderungen entspricht oder nicht. Stimmen das Überwachungsmeß­ signal und das vorbestimmte Überwachungsmeßsignal überein, so wird das Zustandssignal ausgegeben, durch das angezeigt wird, daß die Schweißung mit der gewünschten Qualität erfolgt ist. Dabei kann der Ver­ gleich zwischen dem momentanen Überwachungsmeßsignal und dem vor­ bestimmten Überwachungsmeßsignal kontinuierlich erfolgen, um eine On-line-Überwachung durchführen zu können. Es ist aber auch eine Überwachung in größeren Zeitabständen möglich, die dann periodisch er­ folgt. Auch können mehrere Überwachungsmeßsignale erzeugt werden, die sich dann mit mehreren vorbestimmten Überwachungsmeßsignalen vergleichen lassen, um anhand einer Vielzahl von Vergleichsergebnissen auf die Schweißqualität rückschließen zu können, beispielsweise im Sinne einer UND-Verknüpfung, oder dergleichen. Dabei können die mehreren Überwachungsmeßsignale in unterschiedlichen Frequenzbereichen lie­ gen, die mittels verschiedener Bandpässe definiert werden.
Als Fre­ quenzfilterung wird, wie bereits erwähnt, eine Bandpaßfilterung ausgeführt, wobei der Bandpaß und das vorbestimmte Überwachungsmeßsignal in Übereinstim­ mung mit dem gewünschten Durchweißungsgrad des Werkstücks gewählt werden. Eine Frequenzanalyse der Überwachungsmeßsignale hat gezeigt, daß diese in Abhängigkeit des Durchschweißungsgrads in ganz bestimm­ ten Frequenzbereichen charakteristische Eigenschaften aufweisen, so daß der Vergleich eines Überwachungsmeßsignals mit einem vorbestimm­ ten Überwachungsmeßsignal auch nur in derartigen Frequenzbereichen zu erfolgen braucht. Dieser Vergleich kann somit in einer relativ kurzen Zeit ausgeführt werden, was insbesondere bei der On-line-Überwachung von erheblichem Vorteil ist.
Dabei wird aus dem Überwa­ chungsmeßsignal die Mittenfrequenz des die größte Amplitude aufweisen­ den Frequenzbereichs herausgesucht und mit einer das vorbestimmte Überwachungsmeßsignal darstellenden charakteristischen Frequenz ver­ glichen, was zu einer sicheren Qualitätsbeurteilung des Schwei­ ßergebnisses führt. Dabei kann zuvor das Überwachungsmeßsignal mit einem vorbestimmten Signalpegel verglichen werden, um bei Abweichung des Überwachungsmeßsignals von dem vorbestimmten Signalpegel ein Statussignal, z. B. ein Fehlersignal, zu erzeugen. Versuche haben gezeigt, daß hinreichende Signalpegel im charakteristischen Frequenzbereich nur bei Vorhandensein ausreichend tiefer Dampfkapillaren bzw. Schweißlö­ cher entstehen, so daß bei zu kleinen Signalpegeln des erhaltenen Über­ wachungsmeßsignals in der Regel eine fehlerhafte Schweißung vorliegt, was durch das Statussignal angezeigt wird.
Natürlich kann auch die genannte Mittenfrequenz beim Schweißvorgang kontinuierlich oder in größeren zeitlichen Intervallen bestimmt werden, um den Vergleich mit dem vorbestimmten Signalpegel kontinuierlich oder periodisch vornehmen zu können.
Im einzelnen wird der jeweiligen Mittenfrequenz über eine zuvor empirisch aufgenommene Frequenz-/Schweißtiefen-Tabelle eine Einschweißtiefe zugeordnet, wel­ che gespeichert wird. Am Ausgang einer die Schweißqualitätsüberwa­ chung vornehmenden Einrichtung kann dann unmittelbar die Ein­ schweißtiefe ausgegeben werden, also die Tiefe der Schweißnaht im Werk­ stück, was bei manchen Anwendungen benötigt wird. Ferner wird die Einschweißtiefe mit einer Soll-Einschweißtiefe verglichen, um in Abhängigkeit dieses Vergleichs die Prozeßpara­ meter zu ändern. Ein Beispiel wäre die Änderung der Einschweißtiefe ab einem bestimmten Ort, wo sich Dicke oder Materialeigenschaften des Werkstücks ändern. Um der neuen Einschweißtiefe Rechnung zu tragen, wird als Prozeßparameter die Laserleistung entsprechend verän­ dern. Soll eine entsprechend große Änderung der Einschweißtiefe erfol­ gen, so muß natürlich auch der charakteristische Frequenzbereich ent­ sprechend verschoben werden. Geeignete Tabellen können auf empiri­ schem Wege zuvor ermittelt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezug­ nahme auf die einzige Figur näher beschrieben.
Durch eine Laserbearbeitungsdüse 1 wird ein von einem Laser 2 erzeugter Laserstrahl 3 in Axialrichtung hindurchgeführt, der auf ein Werkstück 4 fokussiert ist. Die Laserbearbeitungsdüse 1 trägt an ihrer Spitze eine Sen­ sorelektrode 5, die z. B. aus Kupfer besteht. Diese Sensorelektrode 5 kann dabei den Laserstrahl 3 konzentrisch umgeben und ist zu diesem Zweck z. B. ringförmig ausgebildet. Sie bildet zusammen mit dem Werkstück 4 eine werkstückbezogene und abstandsabhängige Kapazität Cw.
Das Werkstück 4 selbst liegt auf Erdpotential über einen geeigneten Er­ danschluß 6. Dagegen ist die Sensorelektrode 5 über eine Leitung 7 mit dem Eingang einer Kapazitätsmeßeinrichtung 8 verbunden. Zwischen de­ ren Eingang und Erde liegt eine parasitäre Kapazität Cp.
Der Aufbau der Kapazitätsmeßeinrichtung 8 ist allgemein bekannt und soll hier nicht im einzelnen beschrieben werden. Sie enthält z. B. eine Kon­ stantwechselstromquelle, die eine Effektivstrom von etwa 100 nA liefert. Über diese Konstantwechselstromquelle wird die Leitung 7 mit einem Wechselstrom gespeist, der eine Frequenz im Bereich von 10 kHz bis ca. 100 kHz aufweist. Entspricht der aus Werkstück 4 und Sensorelektrode 5 gebildete Meßkondensator einem idealen Plattenkondensator, so ist der Effektivwert der an ihm abfallenden Wechselspannung direkt proportional zum Abstand der Sensorelektrode 5 vom Werkstück 4 und umgekehrt pro­ portional zur werkstückbezogenen Kapazität Cw.
Eine an der werkstückbezogenen Kapazität Cw abfallende Wechselspan­ nung kann über einen zur Kapazitätsmeßeinrichtung 8 gehörenden Gleichrichter gleichgerichtet und durch einen ebenfalls zur Kapazitäts­ meßeinrichtung 8 gehörenden Tiefpaßfilter in ein Abstandssignal umgewandelt werden. Dieses Abstandssignal am Aus­ gang des Tiefpaßfilters gelangt zum Ausgang der Kapazitätsmeßeinrich­ tung 8 bzw. zu dem in der Figur dargestellten Knotenpunkt A.
Dabei wird das Abstandssignal vom Knotenpunkt A einerseits dem Eingang einer Abstandsregelschaltung 9 zugeführt, die ihrerseits in Übereinstim­ mung mit dem empfangenen Abstandssignal über einen Stellmechanismus 10 den Abstand zwischen der Laserbearbeitungsdüse 1 bzw. der Sensor­ elektrode 5 und dem Werkstück 4 einstellt, z. B. konstant hält. Auch diese Abstandsregelschaltung ist allgemein bekannt und wird an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Andererseits wird das Abstandssignal am Ausgang der Kapazitätsmeßein­ richtung über den Knotenpunkt A einem Bandpaßfilter 11 zugeführt. Des­ sen Ausgang ist mit dem Eingang eines Schwellwertverstärkers 12 verbun­ den, der mit seinem Ausgang am Eingang eines Frequenzanalysators 13 liegt. Ein Ausgang des Frequenzanalysators 13 ist mit einem Eingang ei­ nes Mikroprozessors 14 verbunden, der einen Signalausgang 15 und einen Steuerausgang 16 aufweist, welcher über eine Leitung 17 mit einem Steu­ ereingang des Lasers 2 verbunden ist.
Die Kapazitätsmeßeinrichtung 8 muß nicht unbedingt die genannte Kon­ stantwechselstromquelle aufweisen. Alternativ kann in ihr das elektrische Wechselsignal auch durch einen Schwingkreis erzeugt werden, der durch die Meßkapazität und eine Induktivität gebildet wird. Dabei wird zur Er­ zeugung des Abstandssignals, das später am Knotenpunkt A erscheint, die Frequenz des Schwingkreises einem Frequenz-/Gleichspannungswandler zugeführt, wobei dann das genannte Abstandssignal zur Abstandsregelung verwendet wird. Dasselbe Gleichsignal wird andererseits zur weiteren Fre­ quenzfilterung dem Bandpaß 11 zugeführt, um in derselben Weise, wie zu­ vor beschrieben, verarbeitet zu werden.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise der in der Figur gezeigten Schaltung näher erläutert. Dabei wird zunächst auf die wesentlichen Kapazitätskom­ ponenten eingegangen.
Die parasitäre Kapazität Cp wird hauptsächlich durch Leitungskapazitä­ ten bestimmt, wird aber auch beeinflußt durch Kontaktelemente der La­ serbearbeitungsdüse 1 und durch die Topographie in der Umgebung der Laserbearbeitungsdüse 1, beispielsweise durch das Vorhandensein von Spannpratzen, und dergleichen.
Dagegen bestimmt sich die werkstückbezogene Kapazität Cw durch den Abstand h1 zwischen Werkstück 4 und Sensorelektrode 5, durch die Mate­ rialart des Werkstücks 4 (Leiter oder Nichtleiter) und durch Substanzen, die zwischen Werkstück 4 und Sensorelektrode 5 vorhanden sind. Hier kann es sich um neutrale Gase (Luft oder Schutzgas), um ein Plasma (Werkstoffdampf, Dampf von Oberflächenverunreinigungen oder Zusatz­ material) oder um Schmelzspritzer handeln. Die werkstückbezogene Ka­ pazität Cw wird also einerseits von dem genannten Abstand h1 und ande­ rerseits durch eine resultierende Dielektrizitätszahl ε bestimmt und läßt sich wie folgt schreiben: Cw = Cw(h1,ε).
Die resultierende Dielektrizitätszahl ε selbst ist abhängig von der Dichte der Ladungsträger im Plasma. Diese wiederum variiert in Abhängigkeit ei­ ner Vielzahl von Parametern, wie z. B. a) der Existenz und Stärke einer pro­ zeßbedingten Gasströmung. b) der Existenz, Materialart und Menge von Zusatzwerkstoffen, c) der Art der Präparation der Fugen (Form, Breite), d) der Existenz, Materialart und Menge von Oberflächenbelegungen des Werkstücks, e) der Materialart des Werkstücks bzw. der Art seiner Legie­ rungsbestandteile, f) der auf das Werkstück und das Plasma einwirkenden Laserleistungsdichte, und g) der Vorschubgeschwindigkeit der Laserbear­ beitungsdüse 1. Außerdem hängt die Dichte der Ladungsträger im Plasma auch von der Tiefe h2 der beim Laserschweißen entstehenden Dampfkapil­ lare im Werkstück 4 ab.
Die resultierende Dielektrizitätszahl läßt sich also durch den folgenden Ausdruck ε = ε(h2, a bis g) darstellen.
Das Plasma entsteht in der Dampfkapillare, die sich beim Lasertiefschwei­ ßen entlang der Laserstrahlrichtung innerhalb des Werkstücks 4 ausbil­ det. Diese Dampfkapillare stößt das Plasma nicht kontinuierlich sondern gepulst aus. Das Pulsfrequenzspektrum weist in der Regel eine besonders starke Linie auf, die als charakteristische Pulsfrequenz f bezeichnet wird. Diese charakteristische Pulsfrequenz f ist von der Tiefe h2 der Einschwei­ ßung abhängig. Die resultierende Dielektrizitätszahl ε ist daher mit der charakteristischen Pulsfrequenz f moduliert. Dies läßt sich durch den Ausdruck ε = ε m(f) darstellen, wobei f = f(h2) ist.
Erfolgt nun mit Hilfe der oben beschriebenen Kapazitätsmeßeinrichtung 8 eine Kapazitätsmessung, so wird zunächst eine Spannung erhalten, die mit den Teilkapazitäten Cw und Cp variiert. Diese Spannung läßt sich durch den Ausdruck U = U (Cw, Cp) darstellen. Auch das schließlich am Ausgang der Kapazitätsmeßeinrichtung 8 bzw. am Knotenpunkt A vorhan­ dene Gleichsignal enthält noch Wechselkomponenten, die mit Cw und Cp variieren. Wird daher dieses Gleichsignal dem Bandpaß 11 zugeführt, so lassen sich die genannten Wechselkomponenten herausfiltern. Der Band­ paß 11 ist so gewählt, daß der Bereich der charakteristischen Pulsfre­ quenz hindurchgelassen wird. Die Fluktuationsfrequenzen der anderen das Plasma beeinflussenden Größen (sofern diese überhaupt periodisch variieren) liegen in der Regel außerhalb dieses Bereichs und hauptsäch­ lich bei tieferen Frequenzen.
Daher ist das Wechselspannungssignal am Knotenpunkt B am Ausgang des Bandpaßfilters 11 im wesentlichen nur noch geprägt durch die resul­ tierende Dielektrizitätszahl ε, was durch folgenden Ausdruck UB = U(ε) dargestellt werden kann.
Nur wenn die Schweißkapillare hinreichend ausgeprägt bzw. tief ist, gibt es eine deutliche Modulation von ε im Bereich der charakteristischen Puls­ frequenz. Das Unterschreiten eines bestimmten, fallweise festzulegenden Signalpegels ist somit ein Indiz für das Fehlen einer hinreichend ausge­ prägten Schweißkapillare, also für eine fehlerhafte Schweißung. Der Ver­ gleich des am Ausgang des Bandpaßfilters 11 erscheinenden Wechsel­ spannungssignals UB mit dem vorbestimmten Signalpegel erfolgt daher mittels eines Schwellwertverstärkers 12, dessen Eingang mit dem Aus­ gang des Bandpaßfilters 11 verbunden ist. Am Ausgang des Schwellwert­ verstärkers 12 erscheint so ein Signal UC = O, wenn keine hinreichend aus­ gebildete Schweißkapillare vorhanden ist, und ein Signal UC = U(ε) - m(f)) bei hinreichend groß ausgebildeter Schweißkapillare.
Das Signal am Knotenpunkt C wird anschließend dem Frequenzanalysator 13 zugeführt. Hier handelt es sich vorzugsweise um einen parallel arbei­ tenden Frequenzanalysator der mehrere Filterbänke, oder dergleichen, aufweisen kann. In ihm wird das anliegende Frequenzband analysiert und es wird die Mittenfrequenz des Frequenzbereichs mit der größten Amplitu­ de an seinem Ausgang bzw. zum Knotenpunkt D ausgegeben. Diese Fre­ quenz ist in der Regel die charakteristische Pulsfrequenz f.
Aus einer zuvor für die jeweils anliegende Schweißaufgabe experimentell ermittelten und abgespeicherten Prozeßtabelle wird der charakteristi­ schen Pulsfrequenz f die aktuelle Einschweißtiefe h2 On-line zugeordnet und zur Dokumentation und ggf. zur Auslösung einer Störungswarnung zum Signalausgang 15 ausgegeben. Für den Fall, daß die so ermittelte Ein­ schweißtiefe h2 mit einer im Mikroprozessor 14 gespeicherten Soll-Ein­ schweißtiefe verglichen wird, um bei Abweichung die Einschweißtiefe ver­ ändern zu können, kann über den Steuerausgang 16 und die Leitung 17 ein entsprechendes Stellsignal zum Laser 2 gegeben werden, um dessen Laserleistung zu verändern.
Gleichzeitig kann dieses Stellsignal über die Leitung 17 auch zum Band­ paßfilter 11 geliefert werden, um hier den Bandpaß in Übereinstimmung mit der neuen Einschweißtiefe zu verändern.
Nach einer Abwandlung der Erfindung kann auf die Abstandsregelschal­ tung 9 auch verzichtet werden, beispielsweise dann, wenn die Laserbear­ beitungsdüse 1 durch andere Mittel in konstantem Abstand zum Werk­ stück 4 gehalten wird, beispielsweise durch Laufrollen, usw. In diesem Fall braucht die Kapazitätsmeßeinrichtung 8 keine Gleichrichtereinrich­ tung und keinen Tiefpaßfilter (z. B. im Bereich von z. B. 100 Hz bis 3 kHz) zu enthalten. Zur Kapazitätsmessung können generell die bekannten Ver­ fahren herangezogen werden, beispielsweise Trägerfrequenzverfahren, Modulationsverfahren und Pulsladeverfahren.

Claims (4)

1. Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks (4) mittels eines Laser­ strahls (3) unter Verwendung einer zum Werkstück (4) positionierbaren Sensorelektrode (5), an die ein elektrisches Wechselsignal angelegt wird, um eine zwischen Sensorelektrode (5) und Werkstück (4) vorhandene Meß­ kapazität durch Auswertung einer Änderung des Wechselsignals infolge der Meßkapazität zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) aus dem Wechselsignal durch Filterung mittels eines Bandpasses (11) ein Überwachungssignal erzeugt wird,
  • b) aus dem Überwachungsmeßsignal die Mittenfrequenz des die größte Amplitude aufweisenden Frequenzbereichs herausgesucht wird,
  • c) der jeweiligen Mittenfrequenz über eine zuvor empirisch aufgenommene Frequenz/ Schweißtiefen-Tabelle eine Einschweißtiefe (h2) zugeordnet wird, welche gespeichert wird,
  • d) die jeweilige Einschweißtiefe (h2) mit einer Soll-Einschweißtiefe verglichen wird,
  • e) bei Übereinstimmung der Einschweißtiefe mit der Soll- Einschweißtiefe ein Zustandssignal generiert wird, und
  • f) bei Änderung der Soll-Einschweißtiefe der Bandpaß (11) in Übereinstimmung mit der neuen Soll-Einschweißtiefe verändert sowie ein Stellsignal zum Laser (2) gegeben wird, um dessen Laserleistung zu verändern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Überwachungsmeßsignal mit einem vorbestimmten Signal­ pegel verglichen und bei Abweichung des Überwachungsmeßsignals von dem vorbestimmten Signalpegel ein Statussignal erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Mittenfrequenz beim Schweißvorgang kontinuierlich oder in Intervallen bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst aus dem Wechselsignal durch Gleichrichtung ein elektrisches Abstandssignal generiert wird, das dem Abstand zwischen Sensorelektrode (5) und Werkstück (4) entspricht, und daß aus dem Abstandssignal duch Frequenzfilterung das Überwachungsmeßsignal erzeugt wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10310293A1 (de) * 2003-03-10 2004-09-23 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zum Laserbohren

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19857694C2 (de) * 1998-12-14 2001-07-19 Precitec Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen der Fokuslage eines auf ein Werkstück gerichteten Laserstrahls
CN108710056B (zh) * 2018-07-19 2024-06-18 中国科学院高能物理研究所 一种倒装焊工艺良率和寄生参数定量评估装置及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2630795A1 (de) * 1975-07-08 1977-01-27 Atomic Energy Authority Uk Materialabtrag von einem werkstueck durch einen laser
DE3720249A1 (de) * 1987-06-19 1988-12-29 Jurca Marius Christian Verfahren zum schweissen oder schneiden von werkstuecken mit hilfe eines laserstrahls
GB2246733A (en) * 1990-08-09 1992-02-12 Cmb Foodcan Plc Apparatus and method for monitoring laser material processing
DE4132651C1 (en) * 1991-10-01 1992-10-08 Messer Griesheim Gmbh, 6000 Frankfurt, De Data monitoring device for thermal workpiece machining - has transformer for amplifying voltage of AC voltage signal, inserted between AC voltage generator and workpiece
DE4217292A1 (de) * 1992-05-25 1993-12-02 Weidmueller Interface Kapazitives Abstandsmeßverfahren

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2630795A1 (de) * 1975-07-08 1977-01-27 Atomic Energy Authority Uk Materialabtrag von einem werkstueck durch einen laser
DE3720249A1 (de) * 1987-06-19 1988-12-29 Jurca Marius Christian Verfahren zum schweissen oder schneiden von werkstuecken mit hilfe eines laserstrahls
GB2246733A (en) * 1990-08-09 1992-02-12 Cmb Foodcan Plc Apparatus and method for monitoring laser material processing
DE4132651C1 (en) * 1991-10-01 1992-10-08 Messer Griesheim Gmbh, 6000 Frankfurt, De Data monitoring device for thermal workpiece machining - has transformer for amplifying voltage of AC voltage signal, inserted between AC voltage generator and workpiece
DE4217292A1 (de) * 1992-05-25 1993-12-02 Weidmueller Interface Kapazitives Abstandsmeßverfahren

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10310293A1 (de) * 2003-03-10 2004-09-23 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zum Laserbohren

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