JP2012509190A - 工作物に対して実施されるべきレーザ加工作業をモニタリングするための方法および装置、ならびにかかる装置を有するレーザ加工ヘッド - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、iは、複数の記録された画像の画像シーケンスからの画像インデックスであり、jは、画素位置であり、tiは、記録された画像iの露光時間またはスキャニング時間であり、yijは、位置jにおける記録された画像iの画素の強度値であり、I-1( )は、逆カメラ応答関数であり、xjは、画素位置jにおける表面当たりの推定放射エネルギーであり、wijは、信頼性モデルの加重関数である。本発明は、明示的には、特にレーザ加工ヘッドおよび/またはそれに接続される本発明のプロセスモニタリングシステムの補助による、材料の分離または接合などの加工方法における、これらの説明されたHDR画像処理方法の使用に関する。
HDR方法は、様々なコントラスト比を有する複数の記録された画像または画像値マトリクスおよびベクトルから比較的高いコントラスト比を計算するために利用することが可能である。このために、シーンの撮像または観察の際に、様々な露光時間で複数の画像を記録することが可能であり、その後、そこから、改善したコントラスト比を有する画像または画像シーケンスを計算することが可能となる。様々なコントラスト比を有する画像シーケンスを生成するためには、いわゆる多重露光方法を利用して、様々な露光時間で複数の画像を記録することが可能である。
強化学習(RL)は、機械学習の分野を示す。これは、報酬を最大化するためにシステムまたはエージェントが環境に対して適用される方法を表す。RLは、この場合には、システムアクションプランもしくはアクションに対する1つ以上のシステム状況または状況に対して、マッピングルールまたはポリシーを探索する。RLのポリシーは、本発明によれば、レーザ加工作業の自己改善制御および観察のために使用することが可能である。
判別解析(DA)またはFisherの線形判別解析とも呼ばれる線形判別解析(LDA)は、既に説明した主成分解析と同様の機能原則を有する統計学的解析方法である。主成分解析とは対照的に、DAは、分類のクラスメンバーシップをさらに表す。代替的には、DAは、本発明の方法において次元削減のためにも使用することが可能であるが、同時に、次元削減および分類方法の組合せを構成する。
Claims (18)
- 工作物に対して実施されるべきレーザ加工作業をモニタリングするための方法であって、
前記レーザ加工作業をモニタリングする少なくとも1つのセンサにより、少なくとも2つの現時点における測定値を検出するステップと、
前記少なくとも2つの現時点における測定値から少なくとも2つの現時点における特徴を決定するステップであって、前記少なくとも2つの現時点における特徴が一緒になって、特徴空間内の現時点におけるフィンガプリントを表す、ステップと、
前記特徴空間内に所定の点集合を与えるステップと、
前記特徴空間内の前記所定の点集合に対する前記現時点におけるフィンガプリントの位置を検出することにより前記レーザ加工作業を分類するステップであって、前記少なくとも1つのセンサは、様々に異なる露光時間で複数のカメラ画像を記録し、高ダイナミックレンジ(HDR)方法を利用して前記カメラ画像を相互に処理することにより、現時点における測定値としての高コントラスト比を有する画像を生成する、少なくとも1つのカメラユニットを備える、ステップと
を含むことを特徴とする、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記HDR方法は、レーザ加工作業を実施する場合に、機械加工されるべき工作物の周辺加工表面およびプロセス放射が1つの画像中に同時に視覚化され得るように、前記カメラ画像を処理するように設計されることを特徴とする、方法。
- 請求項1または2に記載の方法であって、前記複数のカメラ画像は、前記カメラユニットの画像センサの複数回のスキャニングによって、複数のカメラによる同時撮像によって、または1つのカメラによる様々な露光時間での連続撮像によって記録されることを特徴とする、方法。
- 請求項1、2、または3のいずれか一項に記載の方法であって、前記少なくとも1つのカメラユニットにより前記記録された複数のカメラ画像を処理する前記ステップは、エントロピー方法の補助による、またはカメラ応答関数の補助による加重方法によって実施されることを特徴とする、方法。
- 請求項1から4のうちのいずれか一項に記載の方法であって、処理されるべき前記複数のカメラ画像は、前記レーザ加工作業の前に先立って作動するカメラ、前記レーザ加工区域を撮像するカメラ、および/または前記レーザ加工作業の後に続いて作動するカメラによって記録されることを特徴とする、方法。
- 前記請求項のうちのいずれか一項に記載の方法であって、前記現時点におけるフィンガプリントが、前記特徴空間の前記所定の点集合を離れる場合に、前記少なくとも1つのアクチュエータが、前記関連するプロセスパラメータにおける変化が前記フィンガプリントから前記特徴空間内の前記所定の点集合の方向に延在する前記特徴空間内の勾配に相当するように、作動されるように、関連するアクチュエータの少なくとも1つのプロセスパラメータを閉ループ制御するステップを含むことを特徴とする、方法。
- 前記請求項のうちのいずれか一項に記載の方法であって、少なくとも1つの現時点における測定値から現時点における特徴を決定する前記ステップは、主成分分析、多次元尺度構成法、サポートベクターマシン、またはサポートベクター分類などの、データ削減または次元削減のための方法を含むことを特徴とする、方法。
- 請求項1から6のうちのいずれか一項に記載の方法であって、少なくとも1つの現時点における測定値から現時点における特徴を決定する前記ステップは、人工ニューラルネットワークの補助により実施されることを特徴とする、方法。
- 前記請求項のうちのいずれか一項に記載の方法であって、前記所定の点集合は、学習プロセスを介して前記特徴空間内に規定されることを特徴とする、方法。
- 前記請求項のうちのいずれか一項に記載の方法であって、前記特徴空間の勾配場が、前記特徴空間内の前記点ごとの異なる領域のプロセスパラメータであって前記勾配に関してそれら各領域を表すプロセスパラメータ、に応じて決定されることを特徴とする、方法。
- 請求項10に記載の方法であって、前記特徴空間の前記勾配は、前記特徴空間の所定の点のプロセスパラメータを変更することによって、前記プロセスパラメータに応じて決定されることを特徴とする、方法。
- 前記請求項のうちのいずれか一項に記載の方法であって、前記少なくとも1つのセンサは、特定の波長用のフィルタを備える少なくとも1つのフォトダイオード、固体伝播音響センサおよび空気伝播音響センサ、ならびに適切な表面照明を有する少なくとも1つのカメラユニットを含む群より選択されることを特徴とする、方法。
- 前記請求項のうちのいずれか一項に記載の方法であって、前記少なくとも1つのアクチュエータは、レーザ出力の制御装置、前記工作物に対する加工ヘッドの加工速度制御装置、加工レーザビームの焦点の制御装置、前記工作物からの前記加工ヘッドの距離の制御装置、および側方オフセットの制御装置を含む群より選択されることを特徴とする、方法。
- 前記各請求項に記載の工作物に対して実施されるべきレーザ加工作業をモニタリングするための方法を実施するための装置であって、
少なくとも2つの現時点における測定値を検出するのに適した、前記レーザ加工作業をモニタリングするための少なくとも1つのセンサと、
特徴空間内に現時点におけるフィンガプリントを作成するために、前記少なくとも2つの現時点における測定値から少なくとも2つの特徴を決定するためのデータ処理ユニットと、
前記特徴空間内の所定の点集合を記憶するためのメモリユニットと、
前記特徴空間内の前記所定の点集合に対する前記現時点におけるフィンガプリントの位置を検出することにより前記レーザ加工作業を評価するための分類ユニットと
を備えることを特徴とする、装置。 - 請求項14に記載の装置であって、前記現時点におけるフィンガプリントが、前記特徴スペースの前記点集合から離れる場合に、前記少なくとも1つのアクチュエータが、前記関連するプロセスパラメータにおける変化が前記フィンガプリントから前記所定の点集合の方向に延在する前記特徴空間内の勾配に相当するように、作動されるように、関連するアクチュエータの少なくとも1つのプロセスパラメータを制御するための制御ユニットをさらに有することを特徴とする、装置。
- 請求項14または15に記載の装置であって、前記少なくとも1つのセンサは、特定の波長用のフィルタを備える少なくとも1つのフォトダイオード、固体伝播音響センサおよび空気伝播音響センサ、ならびに適切な表面照明を有する少なくとも1つのカメラユニットを含む群より選択されることを特徴とする、装置。
- 請求項14、15、または16のいずれか一項に記載の装置であって、前記少なくとも1つのアクチュエータは、レーザ出力の制御装置、前記工作物に対する加工ヘッドの加工速度制御装置、加工レーザビームの焦点の制御装置、前記工作物からの前記加工ヘッドの距離の制御装置、および側方オフセットの制御装置を含む群より選択されることを特徴とする、装置。
- 請求項14から17のうちのいずれか一項に記載の装置を有することを特徴とする、レーザビームにより工作物を加工するためのレーザ加工ヘッド。
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