WO2012031580A2 - Method for the open-loop and/or closed-loop control of a laser device, and a laser device - Google Patents

Method for the open-loop and/or closed-loop control of a laser device, and a laser device Download PDF

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WO2012031580A2
WO2012031580A2 PCT/DE2011/001579 DE2011001579W WO2012031580A2 WO 2012031580 A2 WO2012031580 A2 WO 2012031580A2 DE 2011001579 W DE2011001579 W DE 2011001579W WO 2012031580 A2 WO2012031580 A2 WO 2012031580A2
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laser
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energy
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Stefan Schur
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Mtu Aero Engines Gmbh
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702Auxiliary equipment
    • B23K26/705Beam measuring device
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/0014Monitoring arrangements not otherwise provided for
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/10069Memorized or pre-programmed characteristics, e.g. look-up table [LUT]

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling and / or regulating a laser device and such a laser device.
  • EP 0 419 671 A1 discloses a control system for controlling the output of a laser, here an NC laser.
  • a numerical control device CNC
  • a gas laser Osziallator In this case, a shutter is closed before starting a machining. The laser is thereby vibrated in advance to adjust the laser gas temperature, so that the temperature can be kept constant on an inner wall of a discharge tube.
  • a second output control mode after a machining command is input, the shutter is opened and an output value is increased to generate a laser beam.
  • the object of the invention is to provide an improved method for controlling a laser device.
  • a method for controlling and / or regulating a laser device comprising the following steps: Determining a laser characteristic by adjusting a predetermined laser size (Sl) and detecting the laser laser size adjusting total laser power or total laser energy of the laser beam of the laser device (S2); and
  • the method has the advantage that by determining a laser characteristic, the total laser power or external laser power or the total laser energy or external laser energy of the laser can be set very accurately, so that a constant quality of the laser can be ensured without a readjustment by a Bedie - ner is necessary. Since the laser beam or the total laser beam of the laser of the device for determining the laser characteristic is detected or measured and no partial beam of the laser is coupled out for this purpose, reductions in performance, which are caused for example by optical elements and impurities, are taken into account. This can also be dispensed with correction factors, as is necessary when decoupling a partial beam to correct the laser beam to the actual available for processing total laser power (external laser power) or total laser energy (external laser energy).
  • FIG. 1 shows a schematic view of an oscillatable PT2 element
  • Fig. 2 is a schematic view of a non-vibratory PT2 member
  • 3 is a diagram of a characteristic of a laser of a laser device
  • 4 is a flow chart of a polynomial approximation of a control function
  • 5 is a diagram of a polynomial approximation for forming a control function
  • FIG. 6 shows a diagram of a linear interpolation for forming a controllable data base for a laser device
  • Fig. 7 is a diagram showing a fulcrum measurement for securing the timeliness of a laser characteristic
  • 8 shows an exemplary embodiment of a flow diagram for a laser device in the context of an industrial application
  • Fig. 9 is a schematic view of a laser device according to the invention.
  • like elements or similar elements are designated by like reference numerals unless otherwise indicated.
  • the laser processing is also such a critical manufacturing process and would have to be operated according to the international control value with frozen parameters. But this is not possible without further ado.
  • lamp-pumped lasers such as Nd: YAG lasers
  • the tool is not easy to predict in advance.
  • the contour of the tool in terms of beam diameter, quality and focusing, does not change very much, the laser lamps also suffer from wear in the form of decreasing power. Differences in the obstruction of the laser lamps result in non-constant and machine-specific aging. After a certain period of time, the lamps have to be replaced and the system changes to a completely different power state. Now you can compensate to compensate for this aging at certain intervals increase the lamp power to achieve a consistent laser power.
  • the power control by measuring the laser power applied in the beam path is the most common method (internal power).
  • internal power a small part of the laser light is coupled out of the beam path and the power (internal power) is measured by a photodiode.
  • This variant is used in almost all industrially used lasers for power control. In this case, however, the measurement is carried out in the beam path and not at the processing point (where the external or actually to be provided laser power or total laser power is applied). Reductions in performance, which inevitably occur for example due to optical elements and impurities, are not taken into account.
  • correction factors can be used to correct for the actual power available for machining (external laser power or total laser power), this only works at constant power and not at more complex power control since the differences in different power ranges and aging conditions are not equal are.
  • Another method calibrates the external power applied to the component by means of an external calibrated power meter. This can be sufficient for most processes, as the processing parameters change very little in many applications. Most process parameters can be stored in a kind of recipe collection.
  • FIG. 1 shows a variant 1, which relates to a vibratable PT2 member. 1 shows the transfer function of the oscillatable PT2 element and a diagram with a step response 2 of the PT2 element.
  • FIG. 2 again shows a variant 2, which relates to a non-oscillatory PT2 Ghed.
  • FIG. 2 shows the transfer function of the non-oscillating PT2 element and a diagram with a step response 2 of the PT2 element.
  • variant 2 is important.
  • Variant 1 could under certain circumstances strain too much or even damage a laser lamp, especially in an upper power range.
  • a power factor or power curve 3 of a laser device is recorded as a function of a laser size.
  • a machine-typical or system-typical lamp characteristic curve is recorded.
  • a power measurement of the laser beam or entire laser beam of a laser of a laser device takes place over a predetermined power range, e.g. the entire power range or at least a power section of the laser or more precisely the laser lamp in a lamp-pumped laser.
  • an energy measurement may also be carried out on the laser beam or on the entire laser beam of the laser of the laser device, the energy measurement taking place over a predetermined energy range, e.g. the entire energy range or at least an energy portion of the laser or more precisely the laser lamp in a lamp-pumped laser.
  • the same laser variables are set as the input variable and the resulting output variable, in this case external power (total load power) or external energy (total laser power), is recorded.
  • the resulting power (total laser power) and / or energy (total laser energy) of the laser beam of the laser is detected or measured.
  • different values of the laser size are set, which are within the predetermined range and which are detected and stored for the respectively set value of the laser large resulting external energy (total laser energy) and / or external power (total laser energy) of the laser.
  • a laser variable (referred to here as laser control variable) in a predetermined range is set as an input variable.
  • the range shown in FIG. 3 extends between the values 260 and 760 for a predetermined laser size. This results in a corresponding power or energy of the laser beam of the laser.
  • the illustrated range of laser size and the resulting energy or power of the laser is purely fictitious and serves only to illustrate the principle of the invention.
  • the laser voltage (V), the laser current (A), the laser control power (%) , the pump power in a lamp-pumped laser, the laser focus (eg diameter of the laser focus), the distance of the resonator, etc. are selected.
  • the invention is not limited to the aforementioned examples of a laser size.
  • any laser size can be selected that influences the power and / or energy of the laser.
  • thermo-active measuring device Since with each measurement a certain error both by the measurement, z. B. by means of a thermo-active measuring device, as well as by the slightly fluctuating output power or output energy, for example, a certain or predetermined number of measuring points 4 is recorded, thus statistically to keep the error as low as possible.
  • the measuring points 4 of the characteristic curve 3 recorded in FIG. 3 are now converted in a further step into a control and / or regulating function for the laser device. Based on this control function, the laser device can determine for which external laser power or laser energy of the laser beam or the entire laser beam in Fig. 3, which value must be set for the laser size. In the embodiment shown in FIG.
  • the laser size with the value 560 must be set.
  • the conversion of such a recorded characteristic curve, as shown in the example in FIG. 3, into a shape that can be used for machine control can now be done in various ways:
  • a scheme for approximation e.g. for polynomial approximation, a control and / or control function shown to express the characteristic curve 3 as a function or to approximate the measurement points 4 of the characteristic curve 3 as accurately as possible by a curve.
  • the characteristic curve 3 As shown by way of example in FIG. 3, must be converted into a function. More specifically, the characteristic curve 3 must be converted into a characteristic function, which has as an input the external laser power (W) or laser energy (J) and as an output the laser size.
  • the laser size for example, the laser control power may be e.g. in percent of power (%), in volts (V) or in ampere (A), pump power in a lamp pumped laser, laser focus (e.g., laser focus diameter), resonator spacing, etc.
  • the desired power (total laser power) or energy (total laser energy) of the laser then the laser size can be controlled to the value required for this purpose.
  • the characteristic curve 3 as a characteristic function can be easily realized by standard software.
  • a polynomial of the nth degree is produced, which maps the characteristic curve 3 or its curve, in particular as accurately as possible.
  • the resulting function of the characteristic curve can in turn be used easily in any machine control of a machine installation, in particular a laser apparatus.
  • 4 schematically illustrates the process. In the flowchart, steps are listed for creating a characteristic curve as a function for a laser system.
  • a value for a laser size Y "(laser control variable) is initially set, for example a specific laser voltage V.
  • the value for the laser variable Y "resulting power X" and / or energy X "of the laser determined or measured.
  • the external or actual laser power of the laser is determined, and the external or actual laser energy of the laser is determined as well
  • the steps S1 and S2 are repeated for n values of a predetermined range of the laser quantity Yn, and the power X1 and / or energy resulting for the n values are respectively measured and correction factors are used to calculate the actual or external laser power
  • the n-values can be chosen such that they cover a predetermined range for the laser size Y "as far as possible, for example covering as uniformly as possible over the entire width of the region.
  • the characteristic curve or the points X), Y to X ", Y" of the characteristic curve are converted into a function F in a step S3.
  • the characteristic curve or its points are approximated, for example polynomially approximated.
  • the characteristic curve or its measuring points is converted into a characteristic function or expressed as a function in which, for example, a polynomial is approximated to the characteristic curve or its points.
  • a polynomial of the nth degree is produced, which maps the characteristic curve and preferably maps it as accurately as possible.
  • a function F y, such as a control function for a laser precursor.
  • any other method suitable for converting the characteristic into a function or approximating the characteristic by a function can also be used.
  • Further examples for converting the characteristic into a function are explained below with reference to FIGS. 6 and 7, which relate to a linear interpolation and a so-called spline interpolation.
  • the invention is not limited to the examples described in FIGS. 5, 6 and 7 for representing a characteristic as a function. It will be apparent to those skilled in the art that there are a variety of ways to transform a characteristic into a function or express it as a function.
  • FIG. 5 shows the laser characteristic curve 3 according to FIG. 3.
  • a polynomial is shown which approximates the laser characteristic 3 in order to convert the laser characteristic 3 into a function or to express it as a function.
  • FIG. 5 illustrates the approximation of a polynomial to the laser characteristic curve 3 and its measuring points 4. Variations can be statistically compensated by a large number of individual measurements.
  • so-called linear interpolation can also be used, as shown in FIG. 6 below.
  • FIG. 6 likewise shows the characteristic curve 3 or the laser characteristic curve according to FIG. 3, as well as a curve which is approximated to the laser characteristic curve 3 and its measuring points 4 by means of linear interpolation.
  • the laser characteristic can also be brought into a form (function) by interpolation, for example a linear interpolation, which can be used by the machine controller of a laser device for regulation and / or control.
  • interpolation for example a linear interpolation, which can be used by the machine controller of a laser device for regulation and / or control.
  • a moving average can be formed at the same time compensating the measurement error.
  • FIG. 6 shows a linearly interpolated curve as an example of an interpolation.
  • curves which have higher order polynomials e.g.,> 5.
  • Grades require approximation, can be represented safely.
  • a controllable database can be formed by means of, for example, linear interpolation.
  • characteristic curves 3 which can no longer be reliably represented by polynomial approximation, e.g. a spline interpolation can be used.
  • a power and / or energy of the laser of the laser device required for processing can always be set the same. This is done via a kind of processing recipe, which in particular component is created specifically.
  • the characteristic curve can be stored as a function in an internal or external memory device of a laser device and retrieved by a control and / or regulating device of the laser device.
  • the laser device can be used, for example, for a required output power or output energy an associated laser size, such as the laser voltage, the laser power in percent, the laser current, etc. determine and adjust or regulate.
  • the laser can be operated directly via the determined function with its desired laser control power or laser control energy due to an associated laser size [%, V, A, ...].
  • the desired level of performance or energy level is set faster.
  • random intermediate measurements may be carried out to confirm the current condition. As long as the intermediate measurements are not too far from the characteristic curve or within a specified tolerance range, the characteristic can be maintained.
  • a new characteristic can be recorded, for example, and stored as a new function or control and / or regulating function.
  • FIG. 7 shows interpolation measurements for a power or energy characteristic with an upper limit 5 and a lower limit 6 or an upper and a lower tolerance limit. Scattering of the output power or the output energy are also shown here, as well as the determined average value of the respective intermediate measurement.
  • a characteristic curve is created, as previously described eg with reference to FIG. 3.
  • an upper limit or upper tolerance limit 5 and a lower limit or lower tolerance limit 6 for the characteristic or laser characteristic as shown in Fig. 7.
  • the laser size will be within a predetermined tolerance range and the characteristic may be maintained. If, on the other hand, a laser variable with its resulting power or energy exceeds the upper limit 5 or if a laser variable with its resulting power or energy exceeds the lower limit 6, the laser size is outside the tolerance range and, for example, a new characteristic curve, here laser characteristic, can be created become.
  • one or more intermediate measurements may be performed.
  • a first intermediate measurement has been performed at a first laser size, here 350, a second intermediate measurement at a second laser size, here 450, and a third intermediate measurement at a third laser size, here 600.
  • an intermediate measurement comprises at least one or, in particular, several measurements of the power or the energy of the laser beam or of the entire laser beam of the laser, given the respectively assigned laser size.
  • the power or energy may be determined one or more times.
  • an average value is formed from the acquired measured values, which is determined as the result of the respective intermediate measurement, here for example the first intermediate measurement. Accordingly, it is possible to proceed for the second and third intermediate measurements.
  • the corresponding scattering can be taken into account as well.
  • the actuality of the characteristic curve or laser characteristic curve can be ensured.
  • the intermediate measurements lie, for example, within the tolerance range, ie within the predetermined upper and lower limits lower tolerance limit.
  • the laser characteristic shown can continue to be used and no new laser characteristic has to be determined and converted into a function. If, on the other hand, one of the intermediate measurements were outside the upper or lower tolerance limit, it can be determined that a new characteristic or laser characteristic is determined.
  • Fig. 8 illustrates an embodiment of a process, as it may appear useful in an industrial environment. Since the control of the laser hides interference sources only by its external active power or active energy, such as optical elements and soiling after a resonator, it makes sense to regularly observe the beam quality of the laser of a laser device.
  • a collapse of the power for example, as a result of lamp failure of a laser of a laser device, can be detected early on.
  • a control of the beam quality of the laser takes place.
  • a characteristic or laser characteristic is determined and expressed as a function F, for example by means of polynomial approximation or interpolation (eg linear interpolation or spline interpolation) etc.
  • the function F of the characteristic curve can be stored so as to be retrievable, for example, in a memory device of a device for controlling and / or regulating the laser device.
  • Based on a predetermined or desired power or energy of the laser of the laser device can be determined and adjusted on the basis of the function F of the characteristic required laser size, for example, a required laser voltage.
  • an intermediate check of the power or energy takes place externally to the characteristic curve.
  • At least one intermediate measurement is carried out for at least one laser variable. More specifically, in an intermediate measurement for one or more values of laser size, the resulting power or energy of the laser is determined stored as intermediate value or intermediate measuring point. In the case that the power or energy of the laser is determined several times for the same value of the laser size, an average value can be formed from the measurement results and stored as an intermediate value or intermediate measuring point.
  • a predetermined tolerance range which is e.g. is set by an upper tolerance limit and a lower tolerance limit, as previously shown in FIG.
  • step S5 * a corresponding program for actuating the laser is started on the basis of the new characteristic curve or the function F of the new characteristic curve, as previously determined in step S5 *,
  • step S5 * Subsequent to step S5 *, in the subsequent step S2 *, an intermediate check of the power and / or energy takes place externally to the characteristic curve.
  • FIG. 9 shows a schematic view of an exemplary embodiment of a laser device 7 according to the invention.
  • the laser device 7 in this case has a characteristic device 8 for determining a laser characteristic and a function of the characteristic.
  • the characteristic device 8 in this case has an adjusting device 9 for setting a predetermined laser size and a detection device 10 for detecting and storing the adjusting the laser size laser power (total laser power or external laser power) or laser energy (total laser energy or external laser energy) of the laser beam on.
  • the adjusting means 9 sets a plurality of values of the laser size
  • the detecting means 10 detects or measures the laser power or the laser energy of the laser beam of the laser device 7 for each predetermined value of the laser size.
  • the result is stored as a respective measuring point in the characteristic device 8 and the measuring points are converted into a function, in particular by approximation of the measuring points.
  • the function or characteristic can then be called up by a device for controlling and / or regulating the laser device 11, for example for a desired laser power or laser energy of the laser beam of the laser of the laser device 7, a laser variable, such as eg Adjust the laser voltage, etc., based on the characteristic expressed as a function.
  • a device for controlling and / or regulating the laser device 11 for example for a desired laser power or laser energy of the laser beam of the laser of the laser device 7, a laser variable, such as eg Adjust the laser voltage, etc., based on the characteristic expressed as a function.
  • the laser device 7 has an intermediate measuring point device 12, which detects or measures the laser power or the laser energy of the laser beam of the laser device 7 for at least one predetermined value of the laser variable and evaluates the obtained intermediate measuring point and compares it with a predetermined tolerance range.
  • the characteristic device 8 can determine a new characteristic curve if the intermediate measuring point of the intermediate measuring point device 12 lies outside the predetermined tolerance range.
  • the laser device 7 in FIG. 9 represents only an exemplary embodiment.
  • the characteristic device 8, the adjustment device 9, the detection device 10, the device for controlling and / or regulating the laser device 11 and the intermediate measuring point device as well as parts of these devices can be found both in FIG the laser device integrated or coupled with this.
  • the invention described above with reference to embodiments has the advantage that the control of different laser powers or laser energies is much faster than in a control via the internal energy measurement.
  • a direct lamp parameter is specified and not controlled by a controller.
  • the self-regulating cycle makes possible automation easier to implement. There is no reason to fear that the production result will change over time due to the aging of the flashbulb. Intervention by the staff is no longer necessary. Elaborate set-up scenarios, whereby default values are given based on empirical values, are no longer required.
  • Characteristic device can be integrated into the machine or the laser device and so create a self-regulating system. For example, CNC cycles can easily retrofit such a controller in existing machines.

Abstract

The invention relates to a method for the open-loop and/or closed-loop control of a laser device, wherein the method comprises the following steps: determining a laser characteristic curve by setting a predetermined laser variable and detecting the total laser power or total laser energy of the laser beam of the laser device which is established in the case of the laser variable; and open-loop and/or closed-loop control of the laser device on the basis of the laser characteristic curve.

Description

Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Laservorrichtung und eine Laservorrichtung  Method for controlling and / or regulating a laser device and a laser device
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Laservorrichtung und eine solche Laservorrichtung. The present invention relates to a method for controlling and / or regulating a laser device and such a laser device.
Aus dem Stand der Technik, wie er in der DE 196 15 630 AI offenbart ist, ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Laserleistung bekannt. Dabei wird ein Teil- strahl des Lasers aus einem Laserstrahl ausgekoppelt und der Teilstrahl gemessen. From the prior art, as disclosed in DE 196 15 630 AI, a method and an apparatus for controlling the laser power is known. In this case, a partial beam of the laser is decoupled from a laser beam and the partial beam is measured.
Des Weiteren ist aus der EP 0 419 671 AI ein Steuerungssystera zum Steuern der Ausgabe eines Lasers, hier eines NC Lasers bekannt. Dabei sind eine numerische Steuerungsvorrichtung (CNC) und ein Gaslaser- Osziallator miteinander gekoppelt. In einem ersten Aus- gabesteuerungsmodus ist ein Verschluss vor dem Starten einer Bearbeitung geschlossen. Der Laser wird dabei vorab in Schwingung versetzt, um die Lasergastemperatur einzustellen, so dass die Temperatur an einer Innenwand einer Entladungsröhre konstant gehalten werden kann. In einem zweiten Ausgabesteuerungsmodus wird, nachdem ein Bearbeitungsbefehl eingegeben ist, der Verschluss geöffnet und ein Ausgabewert erhöht, um einen Laserstrahl zu erzeugen. Furthermore, EP 0 419 671 A1 discloses a control system for controlling the output of a laser, here an NC laser. In this case, a numerical control device (CNC) and a gas laser Osziallator are coupled together. In a first output control mode, a shutter is closed before starting a machining. The laser is thereby vibrated in advance to adjust the laser gas temperature, so that the temperature can be kept constant on an inner wall of a discharge tube. In a second output control mode, after a machining command is input, the shutter is opened and an output value is increased to generate a laser beam.
Weiter ist aus der US 5,080,506 die Steuerung der Ausgabe eines Lasers als Lichtquelle bekannt, wobei der Laser mit einem optischen Leiter verbunden ist. Hierbei wird ein Teil eines optischen Signals, das in dem optischen Leiter geführt ist, abgekoppelt, um diesen Teil des optischen Signals zu erfassen und zu bestimmen. Further, from US 5,080,506 the control of the output of a laser as a light source is known, wherein the laser is connected to an optical conductor. Here, part of an optical signal guided in the optical guide is decoupled to detect and determine that part of the optical signal.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Steuern einer Laservorrichtung bereitzustellen. Gemäß der Erfindung wird nun ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Laservorrichtung bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bestimmen einer Laserkennlinie durch Einstellen einer vorbestimmten Lasergröße (Sl) und Erfassen der sich bei der Lasergröße einstellenden Gesamtlaserleistung oder Gesamtlaserenergie des Laserstrahls der Laservorrichtung (S2); und Against this background, the object of the invention is to provide an improved method for controlling a laser device. According to the invention there is now provided a method for controlling and / or regulating a laser device, the method comprising the following steps: Determining a laser characteristic by adjusting a predetermined laser size (Sl) and detecting the laser laser size adjusting total laser power or total laser energy of the laser beam of the laser device (S2); and
Steuern und/oder Regeln der Laservorrichtung basierend auf der Laserkennlinie.  Controlling and / or regulating the laser device based on the laser characteristic.
Das Verfahren hat den Vorteil, dass durch das Bestimmen einer Laserkennlinie die Gesamtlaserleistung oder externe Laserleistung bzw. die Gesamtlaserenergie oder externe Laserenergie des Lasers sehr genau eingestellt werden kann, so dass eine konstante Qualität des Laser gewährleistet werden kann, ohne dass eine Nachregelung durch einen Bedie- ner notwendig ist. Da der Laserstrahl oder Gesamtlaserstrahl des Lasers der Vorrichtung zum Bestimmen der Laserkennlinie erfasst oder gemessen wird und kein Teilstrahl des Lasers hierfür ausgekoppelt wird können Leistungsminderungen, welche beispielsweise durch optische Elemente und Verunreinigungen entstehen, berücksichtigt werden. Dadurch kann außerdem auf Korrekturfaktoren verzichtet werden, wie dies beim Auskoppeln eines Teilstrahls notwendig ist, um den Laserstrahl wieder auf die tatsächliche zur Bearbeitung zur Verfügung stehende Gesamtlaserleistung (externe Laserleistung) oder Gesamtlaserenergie (externe Laserenergie) zu korrigieren. The method has the advantage that by determining a laser characteristic, the total laser power or external laser power or the total laser energy or external laser energy of the laser can be set very accurately, so that a constant quality of the laser can be ensured without a readjustment by a Bedie - ner is necessary. Since the laser beam or the total laser beam of the laser of the device for determining the laser characteristic is detected or measured and no partial beam of the laser is coupled out for this purpose, reductions in performance, which are caused for example by optical elements and impurities, are taken into account. This can also be dispensed with correction factors, as is necessary when decoupling a partial beam to correct the laser beam to the actual available for processing total laser power (external laser power) or total laser energy (external laser energy).
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims and the description with reference to the drawings.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht eines schwingfähigen PT2-Glieds; The invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawings. 1 shows a schematic view of an oscillatable PT2 element;
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines nichtschwingfähigen PT2-Glieds; Fig. 2 is a schematic view of a non-vibratory PT2 member;
Fig. 3 ein Diagramm einer Kennlinie eines Lasers einer Laservorrichtung; 3 is a diagram of a characteristic of a laser of a laser device;
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm einer polynomischen Approximation einer Steuerfunktion; Fig. 5 ein Diagramm einer polynomischen Approximation zur Bildung einer Steuerfunktion; 4 is a flow chart of a polynomial approximation of a control function; 5 is a diagram of a polynomial approximation for forming a control function;
Fig. 6 ein Diagramm einer linearen Interpolation zur Bildung einer steuerfähigen Daten- basis für eine Laservorrichtung; 6 shows a diagram of a linear interpolation for forming a controllable data base for a laser device;
Fig. 7 eine Diagramm welches eine Stützpunktmessung zur Sicherung der Aktualität einer Laserkennlinie zeigt; Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel eines Ablaufdiagramms für eine Laservorrichtung im Rahmen einer industriellen Anwendung; und Fig. 7 is a diagram showing a fulcrum measurement for securing the timeliness of a laser characteristic; 8 shows an exemplary embodiment of a flow diagram for a laser device in the context of an industrial application; and
Fig. 9 eine schematische Ansicht einer Laservorrichtung gemäß der Erfindung. In den Figuren sind gleiche Elemente oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, sofern nichts anderes angegeben ist. Fig. 9 is a schematic view of a laser device according to the invention. In the figures, like elements or similar elements are designated by like reference numerals unless otherwise indicated.
In der Luftfahrtbrache werden besonders die wichtigen Parameter von kritischen Prozessen und Verfahren nach einer recht aufwändigen Qualifizierung nicht mehr verändert. Dies nennt man Einfrieren des Prozesses. Zum einen soll dies der persönlichen Willkür des Bedieners zuvorkommen, der unter Umständen den Prozess so verändern könnte, dass die originäre Auslegung nicht mehr gewährleistet wäre. Zum anderen soll eine gleich bleibende Qualität in unterschiedlichen Standorten und Situationen der Fertigung erzielt werden. In the aviation industry, in particular, the important parameters of critical processes and procedures are not changed after a rather elaborate qualification. This is called freezing the process. On the one hand, this is to forestall the personal arbitrariness of the operator, who could possibly change the process in such a way that the original design would no longer be guaranteed. On the other hand, a consistent quality in different locations and situations of production is to be achieved.
Die Laserbearbeitung ist ebenfalls solch ein kritisches Fertigungsverfahren und müsste nach dem internationalem Regelwert mit eingefrorenen Parametern betrieben werden. Dies ist aber nicht ohne weiteres möglich. Vor allem bei lampengepumpten Lasern, wie z.B. Nd:YAG Lasern, ist das Werkzeug nicht einfach vorauszuberechnen. Zwar verändert sich die Kontur des Werkzeugs, in Form von Strahldurchmesser, Qualität und Fokussie- rung nicht sehr, allerdings tritt bei den Laserlampen ebenfalls ein Verschleiß in Form von nachlassender Leistung auf, Durch unterschiedliche Produktionsqualitäten sowie Unter- schiede in der Verbauung der Laserlampen tritt eine nicht konstante und maschinenindivi- duelle Alterung auf. Nach einer gewissen Laufzeit müssen die Lampen ersetzt werden und das System wechselt in einen völlig anderen Leistungszustand. Nun kann man zur Kompensation dieser Alterung in gewissen Abständen die Lampenleistung erhöhen, um eine gleich bleibende Laserleistung zu erreichen. Diese ist aber nicht konstant fallend und von vielen Faktoren abhängig. Aus diesem Grund werden für die Laserbearbeitung in der Luftfahrtindustrie zwar alle wesentlichen Parameter eingefroren, jedoch muss die sich über die Zeit verringernde Leistung durch den Bediener nachgeregelt werden. Vor allem zur Laserperkussionsbearbeitung beispielsweise von Lauf- und Leitschaufeln, wie z.B. HDT (Hochdruckturbinenschaufeln)- Lauf- und Leitschaufeln, wo meist verschiedene Bohrungsdurchmesser zur Anwendung kommen, müssen ganze Parameterblöcke manuell eingestellt werden. Dies erfolgt durch Messungen am produzierten Bauteil in Form von Durchmesse rüfunge und Luftdurchsatzmessungen. Zur Kompensation von Leistungsschwund durch Lampenalterung stehen für verschiedene Betriebszustände eine Reihe von Möglichkeiten zur Verfügung. The laser processing is also such a critical manufacturing process and would have to be operated according to the international control value with frozen parameters. But this is not possible without further ado. Especially with lamp-pumped lasers, such as Nd: YAG lasers, the tool is not easy to predict in advance. Although the contour of the tool, in terms of beam diameter, quality and focusing, does not change very much, the laser lamps also suffer from wear in the form of decreasing power. Differences in the obstruction of the laser lamps result in non-constant and machine-specific aging. After a certain period of time, the lamps have to be replaced and the system changes to a completely different power state. Now you can compensate to compensate for this aging at certain intervals increase the lamp power to achieve a consistent laser power. However, this is not constantly decreasing and depends on many factors. For this reason, while all essential parameters for laser processing in the aviation industry are frozen, the performance that decreases over time must be readjusted by the operator. In particular, for laser percussion processing of, for example, blades and guide vanes, such as HDT (high-pressure turbine blades) - blades and vanes, where usually different bore diameters are used, entire parameter blocks must be set manually. This is done by measurements on the produced component in the form of diameter measurements and air flow rate measurements. To compensate for power loss due to lamp aging, a number of options are available for different operating states.
Die Leistungsregelung durch Messung der im Strahlengang anliegenden Laserleistung ist die gängigste Methode (interne Leistung). Hierbei wird ein kleiner Teil des Laserlichts aus dem Strahlengang ausgekoppelt und die Leistung (interne Leistung) durch eine Fotodiode gemessen. Diese Variante wird bei nahezu allen industriell genutzten Lasern zur Leistungssteuerung verwendet. Dabei erfolgt jedoch die Messung im Strahlengang und nicht an der Bearbeitungsstelle (wo die externe oder tatsächlich zu verfügende Laserleistung bzw. Gesamtlaserleistung angewendet wird). Leistungsminderungen, welche beispielswei- se durch optische Elemente und Verunreinigungen zwangsläufig entstehen, werden nicht berücksichtigt. Zwar kann durch Korrekturfaktoren wieder auf die tatsächliche zur Bearbeitung zur Verfügung stehende Leistung (externe Laserlei stung oder Gesamtlaserleistung) korrigiert werden, aber dies funktioniert nur bei konstanter Leistung und nicht bei einer komplexeren Leistungsregelung, da die Unterschiede bei verschiedenen Leistungs- bereichen und Alterungszuständen nicht gleich sind. Eine weitere Methode kalibriert die am Bauteil anliegende externe Leistung durch ein externes geeichtes Leistungsmessgerät. Für die meisten Prozesse kann dies schon durchaus ausreichend sein, da sich die Bearbeitungsparameter bei vielen Anwendungen wenig ändern. Meist können einige Prozessparameter in einer Art Rezeptsammlung hinterlegt wer- den. The power control by measuring the laser power applied in the beam path is the most common method (internal power). Here, a small part of the laser light is coupled out of the beam path and the power (internal power) is measured by a photodiode. This variant is used in almost all industrially used lasers for power control. In this case, however, the measurement is carried out in the beam path and not at the processing point (where the external or actually to be provided laser power or total laser power is applied). Reductions in performance, which inevitably occur for example due to optical elements and impurities, are not taken into account. Although correction factors can be used to correct for the actual power available for machining (external laser power or total laser power), this only works at constant power and not at more complex power control since the differences in different power ranges and aging conditions are not equal are. Another method calibrates the external power applied to the component by means of an external calibrated power meter. This can be sufficient for most processes, as the processing parameters change very little in many applications. Most process parameters can be stored in a kind of recipe collection.
Zur Steuerung von gepulsten Lasern kommt jedoch erschwerend hinzu, dass nicht die im Resonatorraum anliegende Leistung prozessrelevant ist, sondern die abgegebene Pulsenergie. Zwar werden die Laserlampen auch hier, wie bei Lasern im cw-Bertieb durch Regelung der Lampenleistung gesteuert, gemessen wird aber die Pulsenergie. Dies erschwert ebenfalls die Lasersteuerung, da somit erst ein Regelkreis aufgebaut werden muss. Das Energiemessgerät nimmt kontinuierlich die im Resonator anliegende Pulsenergie auf und gibt eine Rückkoppelung an die Lampensteuerung, welche die Leistung regelt. Meist ist dazu ein Parameterwert in Form von Volt oder Leistungsprozent des Lasers zu regeln. Das System ist im Allgemeinen träge, da sowohl die Energiemessung als auch die Steuerung nicht sofort wirkt. Für jede inkrementelle Regelung bedarf es einiger Sekunden, sodass bis zum Anliegen der richtigen Energie Minuten vergehen können. Bei mehreren Leistungssprüngen oder Energiesprüngen während eines CNC-Programmablaufs summieren sich die Regelzeiten zu einem enormen Zeitanteil. To control pulsed lasers, however, it is aggravating that not the power applied in the resonator chamber is relevant to the process, but rather the emitted pulse energy. Although the laser lamps are controlled here, as with lasers in cw-Bertieb by regulating the lamp power, but the pulse energy is measured. This also complicates the laser control, since thus only one control loop must be established. The energy meter continuously picks up the pulse energy applied in the resonator and provides feedback to the lamp controller which regulates the power. Usually this is a parameter value in the form of volts or power percent of the laser to regulate. The system is generally sluggish since both the energy measurement and the controller are not immediately effective. Each incremental control requires a few seconds, so minutes can pass until the right energy is applied. With several jumps in performance or energy jumps during a CNC program run, the control times add up to an enormous amount of time.
Es stehen grundsätzlich zwei Arten von Regelungen zur Verfügung. Fig. 1 zeigt dabei eine Variante 1, welche ein schwingfähiges PT2 -Glied betrifft. Dabei zeigt Fig. 1 die Übertragungsfunktion des schwingfähigen PT2-Glieds und ein Diagramm mit einer Sprungantwort 2 des PT2-Glieds. Fig. 2 zeigt wiederum eine Variante 2, welche ein nicht schwing- fähiges PT2-Ghed betrifft. In Fig. 2 ist hierbei die Übertragungsfunktion des nicht schwingfähingen PT2-Glieds gezeigt und ein Diagramm mit einer Sprungantwort 2 des PT2-Glieds. There are basically two types of regulations available. Fig. 1 shows a variant 1, which relates to a vibratable PT2 member. 1 shows the transfer function of the oscillatable PT2 element and a diagram with a step response 2 of the PT2 element. FIG. 2 again shows a variant 2, which relates to a non-oscillatory PT2 Ghed. FIG. 2 shows the transfer function of the non-oscillating PT2 element and a diagram with a step response 2 of the PT2 element.
Hierbei ist beispielsweise nur Variante 2 von Bedeutung. Variante 1 könnte vor allem in einem oberen Leistungsbereich eine Laserlampe unter Umständen zu stark beanspruchen oder gar schädigen. Es wird nun gemäß der Erfindung ein systemtechnischer Vorschlag zur Regelung und/oder Steuerung der Laserleistung und/oder Laserenergie einer Laservorrichtung bereitgestellt. Here, for example, only variant 2 is important. Variant 1 could under certain circumstances strain too much or even damage a laser lamp, especially in an upper power range. There is now provided according to the invention, a system engineering proposal for controlling and / or controlling the laser power and / or laser energy of a laser device.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird zunächst eine Kennlinie 3 für die Leistung oder Energie einer Laservorrichtung aufgezeichnet in Abhängigkeit von einer Lasergröße. In dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 wird genauer gesagt eine maschinentypische oder anlagentypische Lampenkennlinie aufgezeichnet. Diese beinhaltet Leistungsmessungen oder Energiemessungen. Im vorliegenden Beispiel erfolgt eine Leistungsmessung des Laserstrahles bzw. gesamten Laserstrahls eines Lasers einer Laservorrichtung über einen vorbestimmten Leistungsbereich, z.B. den gesamten Leistungsbereich oder zumindest einen Leistungsteilbereich des Lasers oder genauer der Laserlampe bei einem lampengepumpten Laser. Ebenso kann auch eine Energiemessung bei dem Laserstrahl oder gesamten Laserstrahl des Lasers der Laservorrichtung erfolgen, wobei die Energiemessung über einen vorbestimmten Energiebereich erfolgt, z.B. den gesamten Energiebereich oder zumindest einen Energieteilbereich des Lasers oder genauer der Laserlampe bei einem lampengepumpten Laser. As shown in FIG. 3, first, a power factor or power curve 3 of a laser device is recorded as a function of a laser size. In the exemplary embodiment in FIG. 3, more precisely, a machine-typical or system-typical lamp characteristic curve is recorded. This includes performance measurements or energy measurements. In the present example, a power measurement of the laser beam or entire laser beam of a laser of a laser device takes place over a predetermined power range, e.g. the entire power range or at least a power section of the laser or more precisely the laser lamp in a lamp-pumped laser. Likewise, an energy measurement may also be carried out on the laser beam or on the entire laser beam of the laser of the laser device, the energy measurement taking place over a predetermined energy range, e.g. the entire energy range or at least an energy portion of the laser or more precisely the laser lamp in a lamp-pumped laser.
Hierzu werden z.B. immer gleiche Lasergrößen (Laserregelgröße in Fig. 3) als Eingangsgröße eingestellt und die resultierende Ausgangsgröße, hier externe Leistung (Gesamtla- serleistung) oder externe Energie (Gesamtlaserenergie), aufgezeichnet. Mit anderen Worten, es wird in wenigstens einem vorbestimmten Bereich für eine Lasergröße die sich daraus ergebende Leistung (Gesamtlaserleistung) und/oder Energie (Gesamtlaserenergie) des Laserstrahls des Lasers bestimmt bzw. erfasst oder gemessen. Dabei werden verschiedene Werte der Lasergröße eingestellt, welche in dem vorbestimmten Bereich liegen und die sich für den jeweils eingestellten Wert der Laser große ergebende externe Energie (Gesamtlaserenergie) und/oder externe Leistung (Gesamtlaserenergie) des Lasers erfasst und abgespeichert. For this, e.g. The same laser variables (laser control variable in FIG. 3) are set as the input variable and the resulting output variable, in this case external power (total load power) or external energy (total laser power), is recorded. In other words, in at least a predetermined range for a laser size, the resulting power (total laser power) and / or energy (total laser energy) of the laser beam of the laser is detected or measured. In this case, different values of the laser size are set, which are within the predetermined range and which are detected and stored for the respectively set value of the laser large resulting external energy (total laser energy) and / or external power (total laser energy) of the laser.
Somit entsteht eine individuelle und zeitlich nur vorübergehend konstante Kurve, welche genau beschreibt mit welcher Voreinstellung oder Eingangsgröße, d.h. Lasergröße, eine gewisse Ausgangsgröße, hier eine Ausgangsleistung und oder Ausgangsenergie, zu erzielen ist. Ein Beispiel einer Kennlinie einer Laseranlage ist in Fig. 3 dargestellt. Dabei wird als eine Eingangsgröße eine Lasergröße (hier als Laserregelgröße bezeichnet) in einem vorbestimmten Bereich eingestellt. Der in Fig. 3 gezeigte Bereich erstreckt sich dabei zwischen den Werten 260 und 760 für eine vorbestimmte Lasergröße. Hierbei ergibt sich eine entsprechende Leistung oder Energie des Laserstrahls des Lasers. Der dargestellte Bereich der Lasergröße und die sich hieraus ergebende Energie oder Leistung des Lasers ist dabei rein fiktiv und dient nur zur Veranschaulichung des Prinzips der Erfindung. Als Lasergröße, für welche in wenigstens einem vorbestimmten Bereich die sich ergebende Leistung (W) und/oder Energie (J) als Ausgangsgröße gemessen und aufgezeichnet wird, kann beispielsweise die Laserspannung (V), der Laserstrom (A), die Lasersteuerleistung (%), die Pumpleistung bei einem lampengepumpten Laser, der Laserfokus (z.B. Durchmesser des Laserfokus), der Abstand des Resonators usw. gewählt werden. Die Er- findung ist auf die genannten Beispiele für eine Lasergröße jedoch nicht beschränkt.This results in an individual and temporally only temporarily constant curve, which exactly describes with which presetting or input variable, ie laser size, a certain output variable, in this case an output power and / or output energy, can be achieved. An example of a characteristic of a laser system is shown in FIG. In this case, a laser variable (referred to here as laser control variable) in a predetermined range is set as an input variable. The range shown in FIG. 3 extends between the values 260 and 760 for a predetermined laser size. This results in a corresponding power or energy of the laser beam of the laser. The illustrated range of laser size and the resulting energy or power of the laser is purely fictitious and serves only to illustrate the principle of the invention. As a laser quantity for which the resulting power (W) and / or energy (J) is measured and recorded as output in at least one predetermined range, the laser voltage (V), the laser current (A), the laser control power (%) , the pump power in a lamp-pumped laser, the laser focus (eg diameter of the laser focus), the distance of the resonator, etc. are selected. However, the invention is not limited to the aforementioned examples of a laser size.
Grundsätzlich kann jede Lasergröße gewählt werden, die die Leistung und/oder Energie des Lasers beeinflusst. In principle, any laser size can be selected that influences the power and / or energy of the laser.
Da bei jeder Messung ein gewisser Fehler sowohl durch die Messung, z. B. mittels eines thermoaktiven Messgeräts, als auch durch die leicht schwankende Ausgangsleistung oder Ausgangsenergie auftreten kann, wird beispielsweise eine gewisse oder vorbestimmte Anzahl von Messpunkten 4 aufgezeichnet, um somit statistisch den Fehler möglichst gering zu halten. Die in Fig. 3 aufgezeichneten Messpunkte 4 der Kennlinie 3 werden nun in einem weiteren Schritt in eine Steuerungs- und/oder Regelfunktion für die Laservorrichtung umgewandelt. Anhand dieser Steuerfunktion kann die Laservorrichtung bestimmen, für welche externe Laserleistung oder Laserenergie des Laserstrahls bzw. gesamten Laserstrahls in Fig. 3, welcher Wert für die Laser größe eingestellt werden muss. In dem in Fig. 3 gezeigten Ausfiihrungsbeispiel muss beispielsweise um eine Leistung oder eine Energie des Lasers mit einem Wert 10 zu erzielen, die Lasergröße mit dem Wert 560 eingestellt werden. Die Umsetzung einer so aufgezeichneten Kennlinie, wie in dem Beispiel in Fig. 3 gezeigt, in eine zur Maschinensteuerung nutzbare Gestalt kann nun auf verschiedene Arten geschehen: Since with each measurement a certain error both by the measurement, z. B. by means of a thermo-active measuring device, as well as by the slightly fluctuating output power or output energy, for example, a certain or predetermined number of measuring points 4 is recorded, thus statistically to keep the error as low as possible. The measuring points 4 of the characteristic curve 3 recorded in FIG. 3 are now converted in a further step into a control and / or regulating function for the laser device. Based on this control function, the laser device can determine for which external laser power or laser energy of the laser beam or the entire laser beam in Fig. 3, which value must be set for the laser size. In the embodiment shown in FIG. 3, for example, in order to achieve a power or an energy of the laser with a value of 10, the laser size with the value 560 must be set. The conversion of such a recorded characteristic curve, as shown in the example in FIG. 3, into a shape that can be used for machine control can now be done in various ways:
In Fig. 4 ist ein Schema zur Approximation, z.B. zur polynomischen Approximation, einer Steuer- und/oder Regelfunktion gezeigt, um die Kennlinie 3 als eine Funktion auszudrücken oder die Messpunkte 4 der Kennlinie 3 möglichst genau durch eine Kurve anzunähern. In Fig. 4, a scheme for approximation, e.g. for polynomial approximation, a control and / or control function shown to express the characteristic curve 3 as a function or to approximate the measurement points 4 of the characteristic curve 3 as accurately as possible by a curve.
Zur Steuerung eines Programms einer Laservorrichtung, wie beispielsweise eines CNC- Programms, muss die Kennlinie 3, wie beispielhaft in Fig. 3 gezeigt ist, in eine Funktion umgewandelt werden. Genauer gesagt muss die Kennlinie 3 in eine Kennlinien-Funktion umgewandelt werden, welche als Eingangsgröße die externe Laserleistung (W) oder Laserenergie (J) aufweist und als Ausgangsgröße die Lasergröße. Wie zuvor beschrieben kann als Lasergröße beispielsweise die Lasersteuerleistung z.B. in Leistungsprozent (%), in Volt (V) oder in Ampere (A), die Pumpleistung bei einem lampengepumpten Laser, der Laserfokus (z.B. Durchmesser des Laserfokus), der Abstand des Resonators usw. gewählt werden. Für die gewünschte Leistung (Gesamtlaser leistung) oder Energie (Gesamtlaserenergie) des Lasers kann dann die Lasergröße auf den hierfür erforderlichen Wert geregelt werden. To control a program of a laser device, such as a CNC program, the characteristic curve 3, as shown by way of example in FIG. 3, must be converted into a function. More specifically, the characteristic curve 3 must be converted into a characteristic function, which has as an input the external laser power (W) or laser energy (J) and as an output the laser size. As described above, as the laser size, for example, the laser control power may be e.g. in percent of power (%), in volts (V) or in ampere (A), pump power in a lamp pumped laser, laser focus (e.g., laser focus diameter), resonator spacing, etc. For the desired power (total laser power) or energy (total laser energy) of the laser then the laser size can be controlled to the value required for this purpose.
Das Ausdrücken der Kennlinie 3 als Kennlinien-Funktion kann durch Standardsoftware leicht realisiert werden. Es entsteht hierbei beispielsweise ein Polynom n-ten Grades, welches die Kennlinie 3 oder deren Kurve abbildet, insbesondere möglichst genau abbildet. Die dabei entstehende Funktion der Kennlinie lässt sich wiederum einfach in jeder Ma- schinensteuerung einer Maschinenanlage, insbesondere einer Laservorrichtung, verwenden. Fig. 4 stellt den Ablauf schematisch dar. In dem Ablaufdiagramm werden Schritte aufgeführt zum Erstellen einer Kennlinie als Funktion für eine Laseranlage. Expressing the characteristic curve 3 as a characteristic function can be easily realized by standard software. In this case, for example, a polynomial of the nth degree is produced, which maps the characteristic curve 3 or its curve, in particular as accurately as possible. The resulting function of the characteristic curve can in turn be used easily in any machine control of a machine installation, in particular a laser apparatus. 4 schematically illustrates the process. In the flowchart, steps are listed for creating a characteristic curve as a function for a laser system.
Dabei wird gemäß dem Ablaufdiagramm in Fig. 4 in einem ersten Schritt Sl zunächst ein Wert für eine Lasergröße Y" (Lasersteuergröße) eingestellt, beispielsweise eine bestimmte Laserspannung (V). In dem anschließenden Schritt S2 wird die sich aufgrund des eingestellten Werts für die Lasergröße Y" ergebende Leistung X" und/oder Energie X" des Lasers bestimmt oder gemessen. Es wird dabei die externe oder tatsächliche Leistung X" des Lasers bestimmt. Entsprechendes gilt auch für die Energie, so wird die externe oder tatsächliche Laserenergie des Lasers bestimmt. Im Falle des Messens eines ausgekoppelten Teilstrahls eines Lasers wird dagegen nur die Leistung oder Energie des Teilstrahls gemessen und über Korrekturfaktoren die tatsächliche oder externe Laserleistung (Gesamtlaserleistung) berechnet. Die Schritte Sl und S2 werden beispielsweise für n- Werte eines vorbestimmten Bereichs der Lasergröße Y" wiederholt, und die sich für die n- Werte ergebende Leistung X] und/oder Energie X" des Lasers bestimmt und als Punkte einer Kennlinie abgespeichert. Die n- Werte können dabei so gewählt werden, dass sie einen vorbestimmten Bereich für die Lasergröße Y" möglichst abdecken, beispielsweise möglichst über die gesamte Breite des Bereichs gleichmäßig abdecken. 4, in a first step S1, a value for a laser size Y "(laser control variable) is initially set, for example a specific laser voltage V. In the subsequent step S2, the value for the laser variable Y "resulting power X" and / or energy X "of the laser determined or measured. In this case, the external or actual laser power of the laser is determined, and the external or actual laser energy of the laser is determined as well For example, the steps S1 and S2 are repeated for n values of a predetermined range of the laser quantity Yn, and the power X1 and / or energy resulting for the n values are respectively measured and correction factors are used to calculate the actual or external laser power The n-values can be chosen such that they cover a predetermined range for the laser size Y "as far as possible, for example covering as uniformly as possible over the entire width of the region.
Die Kennlinie bzw. die Punkte X) , Y bis X" , Y" der Kennlinie werden in einem Schritt S3 in eine Funktion F umgewandelt. Mit anderen Worten, in Schritt S3 wird die Kennlinie bzw. deren Punkte approximiert, beispielsweise polynomisch approximiert. Dabei wird die Kennlinie bzw. deren Messpunkte in eine Kennlinien-Funktion umgewandelt bzw. als Funktion ausgedrückt, in dem beispielsweise ein Polynom an die Kennlinie bzw. deren Punkte angenähert wird. Hierbei entsteht beispielsweise ein Polynom n-ten Grades, welches die Kennlinie abbildet, vorzugsweise möglichst genau abbildet. In Schritt S4 wird die approximierte Kennlinie oder die approximierten Punkte der Kennlinie in eine Funktion F(x = y; wie beispielsweise eine Steuerfunktion für eine Laservor- richtung umgesetzt mittels der die Laservorrichtung die Leistung und oder die Energie des Lasers steuern und/oder regeln kann. The characteristic curve or the points X), Y to X ", Y" of the characteristic curve are converted into a function F in a step S3. In other words, in step S3 the characteristic curve or its points are approximated, for example polynomially approximated. In this case, the characteristic curve or its measuring points is converted into a characteristic function or expressed as a function in which, for example, a polynomial is approximated to the characteristic curve or its points. In this case, for example, a polynomial of the nth degree is produced, which maps the characteristic curve and preferably maps it as accurately as possible. In step S4, the approximated characteristic or the approximated points of the characteristic is converted into a function F (x = y, such as a control function for a laser precursor). Direction implemented by means of which the laser device, the power and or the energy of the laser can control and / or regulate.
Beim Umsetzen der Kennlinie in eine Funktion oder Steuerfunktion in Schritt S4 zum Steuern und oder Regeln der Laservorrichtung, kann die Kennlinie beispielsweise derart als Funktion ausgedrückt werden, so dass aus der Funktion F(x = i anhand der Laserenergie X, oder Laserleistung X} die entsprechende zugehörige Lasergröße Y; bzw. der entsprechende Wert oder Betrag für die Lasergröße Y} berechnet werden kann. Auf diese Weise kann mittels der Kennlinie bzw. der Funktion der Kennlinie sichergestellt werden, dass immer eine benötigte Gesamtlaserenergie oder Gesamtlaserleistung automatisch bereitgestellt werden kann, ohne dass z.B. eine manuelle Nachregelung durch einen Bediener notwendig ist, um Alterimgserscheinungen des Lasers der Laservorrichtung auszugleichen. For example, when converting the characteristic into a function or control function in step S4 for controlling and / or regulating the laser device, the characteristic may be expressed as a function such that from the function F (x = i based on the laser energy X, or laser power X } corresponding corresponding laser size Y , or the corresponding value or magnitude for the laser variable Y } can be calculated In this way, it can be ensured by means of the characteristic curve or the function of the characteristic that always a required total laser energy or total laser power can be automatically provided without that, for example, a manual readjustment by an operator is necessary to compensate for aging phenomena of the laser of the laser device.
Statt die Laserkennlinie in Schritt S3 polynomisch zu approximiren kann auch jedes andere Verfahren eingesetzt werden, das geeignet ist, die Kennlinie in eine Funktion umzuwandeln oder die Kennlinie durch eine Funktion anzunähern. Weitere Beispiele um die Kennlinie in eine Funktion umzuwandeln werden im Folgenden anhand der Fig. 6 und 7 erläutert, welche eine lineare Interpolation und eine sog. Spline- Interpolation betreffen. Die Erfindung ist auf die in den Fig. 5, 6 und 7 beschriebenen Beispiele zur Darstellung einer Kennlinie als Funktion nicht beschränkt. Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass eine Vielzahl von Möglichkeiten existieren eine Kennlinie in eine Funktion umzuwandeln oder als eine Funktion auszudrücken. Instead of polynomially approximating the laser characteristic in step S3, any other method suitable for converting the characteristic into a function or approximating the characteristic by a function can also be used. Further examples for converting the characteristic into a function are explained below with reference to FIGS. 6 and 7, which relate to a linear interpolation and a so-called spline interpolation. The invention is not limited to the examples described in FIGS. 5, 6 and 7 for representing a characteristic as a function. It will be apparent to those skilled in the art that there are a variety of ways to transform a characteristic into a function or express it as a function.
In Fig. 5 ist die Laserkennlinie 3 gemäß Fig. 3 dargestellt. Dabei ist außerdem ein Polynom gezeigt, welches an die Laserkennlinie 3 angenähert ist, um die Laserkennlinie 3 in eine Funktion umzuwandeln oder als eine Funktion auszudrücken. Fig. 5 verdeutlicht dabei die Annäherung eines Polynoms an die Laserkennlinie 3 und deren Messpunkte 4. Schwankungen können dabei durch eine Vielzahl an Einzelmessungen statistisch kompensiert werden. Neben einer polynomischen Approximation einer Kennlinie zur Bildung einer Steuer- undVoder Regelfunktion, wie zuvor anhand der Fig. 4 und 5 erläutert wurde, kann auch eine sog. lineare Interpolation eingesetzt werden, wie in nachfolgender Fig. 6 gezeigt ist. In Fig. 6 ist ebenfalls die Kennlinie 3 oder Laserkennlinie gemäß Fig. 3 dargestellt, sowie eine Kurve, welche an die Laserkennlinie 3 und ihre Messpunkte 4 hierbei mittels linearer Interpolation angenähert ist. FIG. 5 shows the laser characteristic curve 3 according to FIG. 3. In addition, a polynomial is shown which approximates the laser characteristic 3 in order to convert the laser characteristic 3 into a function or to express it as a function. FIG. 5 illustrates the approximation of a polynomial to the laser characteristic curve 3 and its measuring points 4. Variations can be statistically compensated by a large number of individual measurements. In addition to a polynomial approximation of a characteristic curve for forming a control and regulation function, as was explained above with reference to FIGS. 4 and 5, so-called linear interpolation can also be used, as shown in FIG. 6 below. FIG. 6 likewise shows the characteristic curve 3 or the laser characteristic curve according to FIG. 3, as well as a curve which is approximated to the laser characteristic curve 3 and its measuring points 4 by means of linear interpolation.
Die Laserkennlinie lässt sich auch durch Interpolation, beispielsweise eine lineare Interpo- lation, in eine Form bringen (Funktion), die von der Maschinensteuerung einer Laservorrichtung zur Regelung und/oder Steuerung verwendet werden kann. Dazu kann gleichzeitig ein gleitender Durchschnitt gebildet werden der Messfehler kompensiert. The laser characteristic can also be brought into a form (function) by interpolation, for example a linear interpolation, which can be used by the machine controller of a laser device for regulation and / or control. For this purpose, a moving average can be formed at the same time compensating the measurement error.
Fig. 6 zeigt als Beispiel einer Interpolation eine linear interpolierte Kurve. Ein Vorteil liegt dabei vor allem darin, dass Kurven welche Polynome höherer Ordnung (z.B. > 5.FIG. 6 shows a linearly interpolated curve as an example of an interpolation. One advantage in particular is that curves which have higher order polynomials (e.g.,> 5.
Grades) zu Approximation bedürfen, sicher darstellbar sind. Auf diese Weise kann mittels einer beispielsweise linearen Interpolation eine steuerungsfahige Datenbasis gebildet werden. Zur Annäherung von Kennlinien 3, welche beispielsweise durch polynomische Approximation nicht mehr sicher dargestellt werden können, kann z.B. eine Spline-Interpolation verwendet werden. Grades) require approximation, can be represented safely. In this way, a controllable database can be formed by means of, for example, linear interpolation. For the approximation of characteristic curves 3, which can no longer be reliably represented by polynomial approximation, e.g. a spline interpolation can be used.
Anhand der beschriebenen Polynomfunktion, wie zuvor mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben, oder den interpolierten Werten, wie z.B. mittels der linearen Interpolation oder Spline- Interpolation, kann eine zur Bearbeitung benötigte Leistung und/oder Energie des Lasers der Laservorrichtung immer gleich eingestellt werden. Dies erfolgt über eine Art Bearbeitungsrezept, welches insbesondere Bauteil spezifisch erstellt wird. Mit anderen Worten, die Kennlinie kann als Funktion umgewandelt in einer internen oder externen Speicherein- richtung einer Laservorrichtung abgespeichert und von einer Steuerungs- und/oder Regelungs-Einrichtung der Laservorrichtung abgerufen werden. Anhand der Funktion der Kennlinie kann die Laservorrichtung beispielsweise für eine benötigte Ausgangsleistung oder Ausgangsenergie eine zugehörige Lasergröße, wie z.B. die Laserspannung, die Laserleistung in Prozent, die Laserstromstärke usw. bestimmen und einstellen oder einregeln. Für immer gleiche Zustände können auch gleiche Parameter verwendet werden. Da für die Steuerung nun kein Regelungsglied im eigentlichen Sinne mehr unbedingt nötig ist, kann der Laser direkt über die ermittelte Funktion mit seiner gewünschten Lasersteuerleistung oder Lasersteuerenergie aufgrund einer zugeordneten Laser größe [%, V, A, ...] betrieben werden. Das gewünschte Leistungsniveau oder Energieniveau stellt sich schneller ein. Based on the described polynomial function, as previously described with reference to FIG. 5, or the interpolated values, such as by means of linear interpolation or spline interpolation, a power and / or energy of the laser of the laser device required for processing can always be set the same. This is done via a kind of processing recipe, which in particular component is created specifically. In other words, the characteristic curve can be stored as a function in an internal or external memory device of a laser device and retrieved by a control and / or regulating device of the laser device. Based on the function of the characteristic curve, the laser device can be used, for example, for a required output power or output energy an associated laser size, such as the laser voltage, the laser power in percent, the laser current, etc. determine and adjust or regulate. The same parameters can be used for always identical states. Since no control element in the true sense is now absolutely necessary for the control, the laser can be operated directly via the determined function with its desired laser control power or laser control energy due to an associated laser size [%, V, A, ...]. The desired level of performance or energy level is set faster.
Zur Kontrolle können außerdem beispielsweise stichprobenartige Zwischenmessungen durchgeführt werden, die den aktuellen Zustand bestätigen. Solange die Zwischenmessungen nicht zu weit von der Kennlinie entfernt liegen oder innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegen, kann die Kennlinie beibehalten werden. In addition, for example, random intermediate measurements may be carried out to confirm the current condition. As long as the intermediate measurements are not too far from the characteristic curve or within a specified tolerance range, the characteristic can be maintained.
Sollten die vorgegebenen Grenzwerte oder der Toleranzbereich überschritten werden, kann beispielsweise eine neue Kennlinie aufgezeichnet und als neue Funktion oder Steuer- und/oder Regelfunktion abgelegt werden. If the specified limit values or the tolerance range are exceeded, a new characteristic can be recorded, for example, and stored as a new function or control and / or regulating function.
Bei Zwischenmessungen bietet sich an, nicht nur eine Messung, sondern mehrere Messungen hintereinander mit beispielsweise gleicher Energie und/oder Leistung durchzuf h- ren, da somit wieder eine Kleinstatistik entsteht, welche Messfehler und schwankende Ausgangsleistungen und/oder Ausgangsenergien kompensiert. Zeitlich ist der Aufwand nicht zu groß, da kein neuer Leistungszustand und/oder Energiezustand eingestellt werden muss. Fig. 7 zeigt Stützpunktmessungen zu einer Leistungs- oder Energiekennlinie mit einer oberen Grenze 5 und einer unteren Grenze 6 bzw. einer oberen und einer unteren Toleranzgrenze. Streuungen der Ausgangsleistung oder der Ausgangsenergie sind hier ebenfalls dargestellt, sowie der daraus ermittelte Mittelwert der jeweiligen Zwischenmessung. Wie aus Fig. 7 entnommen werden kann, wird zunächst eine Kennlinie erstellt, wie zuvor z.B. mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben wurde. Dabei kann außerdem beispielsweise eine obere Grenze bzw. obere Toleranzgrenze 5 und eine untere Grenze bzw. untere Toleranz- grenze 6 für die Kennlinie bzw. Laserkennlinie, festgelegt werden, wie in Fig. 7 gezeigt ist. In the case of intermediate measurements, it makes sense to carry out not only one measurement, but several measurements one after another with, for example, the same energy and / or power, since this again results in a small statistic which compensates for measurement errors and fluctuating output powers and / or output energies. In terms of time, the effort is not too great, since no new power state and / or energy state has to be set. FIG. 7 shows interpolation measurements for a power or energy characteristic with an upper limit 5 and a lower limit 6 or an upper and a lower tolerance limit. Scattering of the output power or the output energy are also shown here, as well as the determined average value of the respective intermediate measurement. As can be seen from FIG. 7, first of all a characteristic curve is created, as previously described eg with reference to FIG. 3. In addition, for example, an upper limit or upper tolerance limit 5 and a lower limit or lower tolerance limit limit 6 for the characteristic or laser characteristic, as shown in Fig. 7.
Liegt die Leistung oder Energie bei einem jeweiligen Wert für die Lasergröße innerhalb dieser Grenzen oder auf einer dieser Grenzen, so liegt die Lasergröße beispielsweise innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs und die Kennlinie kann beibehalten werden. Überschreitet dagegen eine Lasergröße mit ihrer resultierenden Leistung oder Energie die obere Grenze 5 oder unterschreitet eine Lasergröße mit ihrer resultierenden Leistung oder Energie die untere Grenze 6, so liegt die Lasergröße außerhalb des Toleranzbe- reichs und es kann beispielsweise eine neue Kennlinie, hier Laserkennlinie, erstellt werden. For example, if the power or energy at each laser size value is within these limits or at one of these limits, the laser size will be within a predetermined tolerance range and the characteristic may be maintained. If, on the other hand, a laser variable with its resulting power or energy exceeds the upper limit 5 or if a laser variable with its resulting power or energy exceeds the lower limit 6, the laser size is outside the tolerance range and, for example, a new characteristic curve, here laser characteristic, can be created become.
Wie weiter in Fig. 7 gezeigt ist, können eine oder mehrere Zwischenmessungen durchgeführt werden. In dem in Fig. 7 gezeigten Beispiel ist eine erste Zwischenmessung bei ei- ner ersten Lasergröße, hier 350, eine zweite Zwischenmessung bei einer zweiten Lasergröße, hier 450, und eine dritte Zwischenmessung bei einer dritten Lasergröße, hier 600, durchgeführt worden. As further shown in FIG. 7, one or more intermediate measurements may be performed. In the example shown in FIG. 7, a first intermediate measurement has been performed at a first laser size, here 350, a second intermediate measurement at a second laser size, here 450, and a third intermediate measurement at a third laser size, here 600.
Eine Zwischenmessung umfasst dabei wenigstens eine oder insbesondere mehrere Mes- sungen der Leistung oder der Energie des Laserstrahls oder gesamten Laserstrahls des Lasers, bei der jeweils zugeordneten Lasergröße. Mit anderen Worten es kann beispielsweise für eine Lasergröße von 350 in dem Beispiel in Fig. 7 die Leistung oder Energie einmal oder mehrmals bestimmt werden. Im Fall dass die Messung für denselben Wert der Lasergröße, z.B. 350, mehrmals durchgeführt wird, wird ein Mittelwert aus den er- fassten Messwerten gebildet, der als Ergebnis der jeweiligen Zwischenmessung, hier z.B. der ersten Zwischenmessung bestimmt wird. Entsprechend kann für die zweite und dritte Zwischenmessung verfahren werden. So kann bei der ersten, zweiten und dritten Zwischenmessung die entsprechende Streuung gleich mit berücksichtigt werden. Durch solche Stützpunktmessungen kann die Aktualität der Kennlinie bzw. Laserkennlinie gesichert werden. Wie in dem Beispiel in Fig. 7 gezeigt ist, liegen die Zwischenmessungen beispielsweise im Toleranzbereich, d.h. innerhalb der vorbestimmten oberen und unteren Toleranzgrenze. Somit kann die gezeigte Laserkennlinie weiter verwendet werden und es muss keine neue Laserkennlinie bestimmt und in eine Funktion umgewandelt werden. Würde dagegen eine der Zwischenmessungen außerhalb der oberen oder unteren Toleranzgrenze liegen, so kann festgelegt werden, dass eine neue Kennlinie bzw. Laser- kennlinie bestimmt wird. In this case, an intermediate measurement comprises at least one or, in particular, several measurements of the power or the energy of the laser beam or of the entire laser beam of the laser, given the respectively assigned laser size. In other words, for example, for a laser size of 350 in the example in FIG. 7, the power or energy may be determined one or more times. In the case that the measurement is carried out several times for the same value of the laser variable, for example 350, an average value is formed from the acquired measured values, which is determined as the result of the respective intermediate measurement, here for example the first intermediate measurement. Accordingly, it is possible to proceed for the second and third intermediate measurements. Thus, in the first, second and third intermediate measurement, the corresponding scattering can be taken into account as well. By means of such interpolation point measurements, the actuality of the characteristic curve or laser characteristic curve can be ensured. As shown in the example in FIG. 7, the intermediate measurements lie, for example, within the tolerance range, ie within the predetermined upper and lower limits lower tolerance limit. Thus, the laser characteristic shown can continue to be used and no new laser characteristic has to be determined and converted into a function. If, on the other hand, one of the intermediate measurements were outside the upper or lower tolerance limit, it can be determined that a new characteristic or laser characteristic is determined.
Fig. 8 verdeutlicht ein Ausführungsbeispiel für einen Ablauf, wie er in einem industriellen Umfeld als sinnvoll erscheinen kann. Da die Steuerung des Lasers nur durch seine externe Wirkleistung oder Wirkenergie Störquellen ausblendet, wie beispielsweise opti- sehe Elemente und Verschmutzungen nach einem Resonator, ist es sinnvoll, die Strahlqualität des Lasers einer Laservorrichtung regelmäßig zu beobachten. Fig. 8 illustrates an embodiment of a process, as it may appear useful in an industrial environment. Since the control of the laser hides interference sources only by its external active power or active energy, such as optical elements and soiling after a resonator, it makes sense to regularly observe the beam quality of the laser of a laser device.
Ein Einbrechen der Leistung, beispielsweise in Folge eines Lampenversagens eines Lasers einer Laservorrichtung, kann dadurch schon frühzeitig erkannt werden. A collapse of the power, for example, as a result of lamp failure of a laser of a laser device, can be detected early on.
Wie in dem Beispiel in Fig. 8 gezeigt ist, erfolgt in einem ersten Schritt Sl * eine Kontrolle der Strahlqualität des Lasers. Dabei wird, wie zuvor mit Bezug auf die Fig. 3 bis 6 beschrieben wurde, zunächst eine Kennlinie oder Laserkennlinie bestimmt und als eine Funktion F ausgedrückt, beispielsweise mittels polynomischer Approximation oder Inter- polation (z.B. linearer Interpolation oder Spline-Interpolation) usw.. Die Funktion F der Kennlinie kann dabei beispielsweise in einer Speichereinrichtung einer Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln der Laservorrichtung abrufbar abgespeichert sein. As shown in the example in FIG. 8, in a first step S1 * a control of the beam quality of the laser takes place. In this case, as described above with reference to FIGS. 3 to 6, first a characteristic or laser characteristic is determined and expressed as a function F, for example by means of polynomial approximation or interpolation (eg linear interpolation or spline interpolation) etc. The function F of the characteristic curve can be stored so as to be retrievable, for example, in a memory device of a device for controlling and / or regulating the laser device.
Basierend auf einer vorbestimmten oder gewünschten Leistung oder Energie des Lasers der Laservorrichtung kann anhand der Funktion F der Kennlinie die dafür notwendige Lasergröße bestimmt und eingestellt werden, beispielsweise eine erforderliche Laserspannung. Based on a predetermined or desired power or energy of the laser of the laser device can be determined and adjusted on the basis of the function F of the characteristic required laser size, for example, a required laser voltage.
In einem nächsten Schritt S2* erfolgt eine Zwischenkontrolle der Leistung oder Energie extern zu der Kennlinie. Dabei erfolgt wenigstens eine Zwischenmessung für wenigstens eine Lasergröße. Genauer gesagt wird in einer Zwischenmessung für einen oder mehrere Werte einer Lasergröße die resultierende Leistung oder Energie des Lasers bestimmt und als Zwischenwert oder Zwischenmesspunkt abgespeichert. Im Fall, dass mehrmals für denselben Wert der Lasergröße die Leistung oder Energie des Lasers bestimmt wird, kann aus den Messergebnissen ein Mittelwert gebildet werden und als Zwischenwert oder Zwischenmesspunkt abgelegt werden. In a next step S2 *, an intermediate check of the power or energy takes place externally to the characteristic curve. At least one intermediate measurement is carried out for at least one laser variable. More specifically, in an intermediate measurement for one or more values of laser size, the resulting power or energy of the laser is determined stored as intermediate value or intermediate measuring point. In the case that the power or energy of the laser is determined several times for the same value of the laser size, an average value can be formed from the measurement results and stored as an intermediate value or intermediate measuring point.
In einem weiteren Schritt S3* wird bestimmt, ob der jeweils ermittelte Zwischen wert oder Zwischenmesspunkt innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs liegt, welcher z.B. durch eine obere Toleranzgrenze und eine untere Toleranzgrenze festgelegt ist, wie zuvor in Fig. 7 gezeigt wurde. Liegt der Zwischenwert innerhalb des Toleranzbereichs, d.h. gilt in Schritt S3* "OK = JA", so wird in dem anschließenden Schritt S5* ein entsprechendes Programm gestartet, hier z.B. ein CNC-Programm, zum Betätigen des Lasers der Laservorrichtung auf Basis der vorhandenen Kennlinie bzw. vorhandenen Funktion F dieser Kennlinie. Wird in Schritt S3* dagegen festgestellt, dass der wenigstens eine ermittelte Zwischenwert nicht innerhalb des Toleranzbereichs liegt, sondern in dem Beispiel in Fig. 7 entweder die obere Toleranzgrenze überschritten hat oder die untere Toleranzgrenze unterschritten hat, so gilt in Schritt S3* "OK = NEIN" und es erfolgt in einem Schritt S4* das Ermitteln einer neuen Kennlinie oder Laserkennlinie und das Umwandeln dieser Kennli- nie in eine Funktion F, wie beispielhaft zuvor anhand der Fig. 3-6 beschrieben wurde. In a further step S3 *, it is determined whether the respectively determined intermediate value or intermediate measuring point lies within a predetermined tolerance range, which is e.g. is set by an upper tolerance limit and a lower tolerance limit, as previously shown in FIG. If the intermediate value is within the tolerance range, i. If "OK = YES" in step S3 *, a corresponding program is started in the subsequent step S5 *, here e.g. a CNC program for operating the laser of the laser device on the basis of the existing characteristic or existing function F of this characteristic. If, however, it is determined in step S3 * that the at least one determined intermediate value is not within the tolerance range, but has either exceeded the upper tolerance limit in the example in FIG. 7 or has fallen below the lower tolerance limit, in step S3 * "OK = NO "and, in a step S4 *, the determination of a new characteristic curve or laser characteristic curve and the conversion of this characteristic curve into a function F, as described above by way of example with reference to FIGS. 3-6.
In dem daran anschließenden Schritt S5* wird ein entsprechendes Programm zum Betätigen des Lasers gestartet auf Basis der neuen Kennlinie bzw. der Funktion F der neuen Kennlinie, wie sie zuvor in Schritt S5* ermittelt wurde, In the subsequent step S5 *, a corresponding program for actuating the laser is started on the basis of the new characteristic curve or the function F of the new characteristic curve, as previously determined in step S5 *,
Anschließend an Schritt S5* erfolgt in dem nachfolgenden Schritt S2* wieder eine Zwischenkontrolle der Leistung und/oder Energie extern zur Kennlinie. Subsequent to step S5 *, in the subsequent step S2 *, an intermediate check of the power and / or energy takes place externally to the characteristic curve.
In Fig. 9 ist eine schematische Ansicht eines Ausfuhrungsbeispiels einer Laservorrichtung 7 gemäß der Erfindung gezeigt. Die Laservorrichtung 7 weist dabei eine Kennlinien- Einrichtung 8 auf zum Bestimmen einer Laserkennlinie und einer Funktion der Kennlinie. Die Kennlinien-Einrichtung 8 weist hierbei eine Einsteileinrichtung 9 zum Einstellen einer vorbestimmten Lasergröße und eine Erfassungseinrichtung 10 zum Erfassen und Abspeichern der sich bei der Lasergröße einstellenden Laserleistung (Gesamtlaserleistung oder externe Laserleistung) oder Laserenergie (Gesamtlaserenergie oder externe Laserenergie) des Laserstrahls auf. FIG. 9 shows a schematic view of an exemplary embodiment of a laser device 7 according to the invention. The laser device 7 in this case has a characteristic device 8 for determining a laser characteristic and a function of the characteristic. The characteristic device 8 in this case has an adjusting device 9 for setting a predetermined laser size and a detection device 10 for detecting and storing the adjusting the laser size laser power (total laser power or external laser power) or laser energy (total laser energy or external laser energy) of the laser beam on.
Genauer gesagt stellt die Einsteileinrichtung 9 mehrere Werte für die Lasergröße ein und die Erfassungseinrichtung 10 erfasst oder misst die Laserleistung oder die Laserenergie des Laserstrahls der Laservorrichtung 7 für den jeweils vorbestimmten Wert der Lasergröße. Das Ergebnis wird als jeweiliger Messpunkt in der Kennlinien-Einrichtung 8 abgespeichert und die Messpunkte in eine Funktion umwandelt, insbesondere durch Approximation der Messpunkte. More specifically, the adjusting means 9 sets a plurality of values of the laser size, and the detecting means 10 detects or measures the laser power or the laser energy of the laser beam of the laser device 7 for each predetermined value of the laser size. The result is stored as a respective measuring point in the characteristic device 8 and the measuring points are converted into a function, in particular by approximation of the measuring points.
Zum Steuern und/oder Regeln kann dann die Funktion bzw. Kennlinie von einer Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln der Laservorrichtung 11 abgerufen werden, um bei- spielsweise für eine gewünschte Laserleistung oder Laserenergie des Laserstrahls des Lasers der Laservorrichtung 7, eine Lasergröße, wie z.B. die Laserspannung usw., auf Basis der als Funktion ausgedrückten Kennlinie entsprechend einzustellen. For controlling and / or regulating, the function or characteristic can then be called up by a device for controlling and / or regulating the laser device 11, for example for a desired laser power or laser energy of the laser beam of the laser of the laser device 7, a laser variable, such as eg Adjust the laser voltage, etc., based on the characteristic expressed as a function.
Des Weiteren weist die Laservorrichtung 7 eine Zwischenmesspunkt-Einrichtung 12 auf, welche die Laserleistung oder die Laserenergie des Laserstrahls der Laservorrichtung 7 für wenigstens einen vorgegebenen Wert der Lasergröße erfasst oder misst und den erhaltenen Zwischenmesspunkt auswertet und mit einem vorbestimmten Toleranzbereich vergleicht. Die Kennlinien-Einrichtung 8 kann dabei eine neue Kennlinie bestimmen, wenn der Zwischenmesspunkt der Zwischenmesspunkt-Einrichtung 12 außerhalb des vorbestimmten Toleranzbereichs Hegt. Furthermore, the laser device 7 has an intermediate measuring point device 12, which detects or measures the laser power or the laser energy of the laser beam of the laser device 7 for at least one predetermined value of the laser variable and evaluates the obtained intermediate measuring point and compares it with a predetermined tolerance range. The characteristic device 8 can determine a new characteristic curve if the intermediate measuring point of the intermediate measuring point device 12 lies outside the predetermined tolerance range.
Die Laservorrichtung 7 in Fig. 9 stellt lediglich ein Ausfuhrungsbeispiel dar. Die Kennlinien-Einrichtung 8, die Einsteileinrichtung 9, die Erfassungseinrichtung 10, die Einrichtung zum Steuern und oder Regelnder Laservorrichtung 11 sowie die Zwischenmess- punkt-Einrichtung sowie Teile dieser Einrichtungen können sowohl in der Laservorrichtung integriert oder mit dieser gekoppelt sein. Die zuvor anhand von Ausführungsbeispielen beschriebene Erfindung hat den Vorteil, dass die Steuerung unterschiedlicher Laserleistungen oder Laserenergien deutlich schneller erfolgt als bei einer Regelung über die interne Energiemessung. Es wird ein direkter Lampenparameter vorgegeben und nicht über eine Regelung gesteuert. The laser device 7 in FIG. 9 represents only an exemplary embodiment. The characteristic device 8, the adjustment device 9, the detection device 10, the device for controlling and / or regulating the laser device 11 and the intermediate measuring point device as well as parts of these devices can be found both in FIG the laser device integrated or coupled with this. The invention described above with reference to embodiments has the advantage that the control of different laser powers or laser energies is much faster than in a control via the internal energy measurement. A direct lamp parameter is specified and not controlled by a controller.
Durch die Messung der tatsächlich am Bauteil anliegenden externen Leistung oder externen Energie ist sichergestellt, dass das Produktionsergebnis ebenfalls immer in der gleichen Art bearbeitet wird. Daraus ergibt sich ein geringerer Prüfaufwand der Herstellmerkmale. By measuring the external power or external energy actually applied to the component, it is ensured that the production result is always processed in the same way as well. This results in a lower inspection cost of the manufacturing characteristics.
Durch den sich selbst regelnden Zyklus kann eine mögliche Automatisierung einfacher umgesetzt werden. Es ist nicht zu befürchten, dass sich das Produktionsergebnis im Laufe der Zeit durch die Alterung der Blitzlampe ändert. Ein Eingreifen des Personals ist nicht mehr nötig. Aufwändige Rüstszenarien, wobei Vorgabewerte anhand von Erfahrungswer- ten vorgegeben werden, sind nicht mehr erforderlich. The self-regulating cycle makes possible automation easier to implement. There is no reason to fear that the production result will change over time due to the aging of the flashbulb. Intervention by the staff is no longer necessary. Elaborate set-up scenarios, whereby default values are given based on empirical values, are no longer required.
Bei einem Bauteilwechsel kann ohne Korrekturen im gleichen Zustand, wie bei der letzen Produktionsfahrt gearbeitet werden. Die Maschine stellt die dazu nötigen Voraussetzungen ein und anhand eines bauteilspezifischen„Kochrezepts" werden die Bauteile hergestellt. When changing components, you can work without corrections in the same condition as during the last production run. The machine sets the necessary conditions and the components are manufactured on the basis of a component-specific "cooking recipe".
Eine Überlastung der Laserlampen durch zu starke Schwingungsauslenkung bei der Leistungsregelung oder Energieregelung ist nicht gegeben. Es wird immer das gleiche Muster aufgezeichnet. Das Messgerät zur Bestimmung der Kennlinie oder Laserkennlinie oder zumindest dieAn overload of the laser lamps due to excessive vibration deflection in the power control or energy regulation is not given. The same pattern is always recorded. The measuring device for determining the characteristic or laser characteristic or at least the
Kennlinien-Einrichtung, kann in die Maschine bzw. die Laservorrichtung integriert werden und so ein sich selbst steuerndes System entstehen. Durch CNC-Zyklen beispielsweise kann solch eine Steuerung auch in bereits vorhandenen Maschinen leicht nachgerüstet werden. Characteristic device, can be integrated into the machine or the laser device and so create a self-regulating system. For example, CNC cycles can easily retrofit such a controller in existing machines.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern ist auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere sind die zuvor beschriebenen Ausfuhrungsbeispiele miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon. Although the present invention has been described above with reference to the preferred embodiments, it is not limited thereto, but is in many ways and Modifiable way. In particular, the exemplary embodiments described above can be combined with one another, in particular individual features thereof.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e P a n t a n s p r e c h e
1. Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Laservorrichtung (7), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: A method of controlling and / or controlling a laser device (7), the method comprising the steps of:
Bestimmen einer Laserkennlinie durch Einstellen einer vorbestimmten Lasergröße; Erfassen der sich bei der Lasergröße einstellenden Gesamtlaserleistung oder Gesamtlaserenergie des Laserstrahls der Laservorrichtung (7); und  Determining a laser characteristic by adjusting a predetermined laser size; Detecting the total laser power or total laser power of the laser beam adjusting the laser size of the laser device (7); and
Steuern und/oder Regeln der Laservorrichtung (7) basierend auf der Laserkennlinie.  Controlling and / or regulating the laser device (7) based on the laser characteristic.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasergröße eine Laserspannung, ein Laserstrom, eine Lasersteuer leistung, eine Pumpleistung bei einer lampengepumpten Laservorrichtung, ein Laserfokus oder ein Abstand eines Resonators der Laservorrichtung (7) ist. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bestimmens der Laserkennlinie ferner die folgenden Schritte aufweist: Bestimmen von mehreren Messpunkten der Laserkennlinie durch Einstellen von mehreren Werten für die Lasergröße; A method according to claim 1, characterized in that the laser size is a laser voltage, a laser current, a laser control power, a pump power in a lamp-pumped laser device, a laser focus or a distance of a resonator of the laser device (7). The method of claim 1 or 2, characterized in that the step of determining the laser characteristic further comprises the steps of: determining a plurality of measurement points of the laser characteristic by adjusting a plurality of values of the laser magnitude;
Erfassen der Gesamtlaserleistung oder der Gesamtlaserenergie des Laserstrahls der Laservorrichtung (7) für den jeweils vorbestimmten Wert der Lasergröße; und Abspeichern des jeweils erhaltenen Messpunktes aus Lasergröße und resultierender Gesamtlaserleistung oder Gesamtlaserenergie.  Detecting the total laser power or the total laser energy of the laser beam of the laser device (7) for the respective predetermined value of the laser size; and storing the respectively obtained measuring point from laser size and resulting total laser power or total laser energy.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bestim¬
Figure imgf000021_0001
mens der Laserkennlinie ferner die Schritte aufweist:
A method according to claim 3, characterized in that the step of Bestim¬
Figure imgf000021_0001
the laser characteristic curve further comprises the steps:
Umwandeln der Messpunkte in eine Funktion der Laserkennlinie mittels einer polynomischen Approximation oder Interpolation, insbesondere mittels einer linearen Interpolation oder einer Spline-Interpolation.  Converting the measuring points into a function of the laser characteristic curve by means of a polynomial approximation or interpolation, in particular by means of a linear interpolation or a spline interpolation.
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Steuerns und/oder Regeins der Laservorrichtung (7) basierend auf der Laserkennlinie ferner die folgenden Schritte aufweist: Vorgeben einer oberen Toleranzgrenze und/oder einer unteren Toleranzgrenze für die Laserkennlinie; Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the step of controlling and / or controlling the laser device (7) based on the laser characteristic further comprises the following steps: Specifying an upper tolerance limit and / or a lower tolerance limit for the laser characteristic curve;
Bestimmen wenigstens eines Zwischenmesspunktes durch Bestimmen der Gesamtlaserleistung oder der Gesamtlaserenergie des Laserstrahls der Laservorrichtung (7) für wenigstens einen vorgegebenen Wert der Lasergröße; und  Determining at least one intermediate measuring point by determining the total laser power or the total laser energy of the laser beam of the laser device (7) for at least one predetermined value of the laser size; and
Bestimmen ob der Messpunkt dabei außerhalb einer Toleranzgrenze (5, 6) liegt, und Bestimmen einer neuen Laserkennlinie, wenn der Messpunkt außerhalb der Toleranzgrenze (5, 6) liegt.  Determining whether the measuring point is outside a tolerance limit (5, 6), and determining a new laser characteristic when the measuring point is outside the tolerance limit (5, 6).
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser der Laservorrichtung (7) ein gepulster Laser oder lampengepumpter Laser und insbesondere ein ND YAG-Laser ist. Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the laser of the laser device (7) is a pulsed laser or lamp-pumped laser and in particular an ND YAG laser.
Laservorrichtung mit: Laser device with:
einem Laser; a laser;
einer Kennlinien-Einrichtung (8) zum Bestimmen einer Laserkennlinie, wobei die Kennlinien-Einrichtung (8) eine EinStelleinrichtung (9) zum Einstellen einer vorbestimmten Lasergröße und eine Erfassungseinrichtung (10) zum Erfassen und Abspeichern der sich bei der Lasergröße einstellenden Gesamtlaserleistung oder Gesamtlaserenergie des Laserstrahls aufweist; und a characteristic device (8) for determining a laser characteristic, wherein the characteristic device (8) comprises an adjusting device (9) for setting a predetermined laser size and a detection device (10) for detecting and storing the total laser power or total laser energy of the laser variable Laser beam has; and
einer Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln der Laservorrichtung (11) basierend auf der Laserkennlinie der Kennlinien-Einrichtung (8). a device for controlling and / or regulating the laser device (11) based on the laser characteristic of the characteristic device (8).
Laservorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrich- tung (9) mehrere Werte für die Lasergröße einstellt und die Erfassungseinrichtung (10) die Laserleistung oder die Laserenergie des Laserstrahls der Laservorrichtung (7) für den jeweils vorbestimmten Wert der Lasergröße erfasst und als Messpunkt abspeichert, wobei die Kennlinien-Einrichtung (8) die abgespeicherten Messpunkte in eine Funktion der Laserkennlinie umwandelt, insbesondere durch Approximation der Messpunkte, und wobei die Funktion der Laserkennlinie von der Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln der Laservorrichtung (11) abrufbar ist. Laser device according to Claim 7, characterized in that the setting device (9) sets a plurality of values for the laser size and the detection device (10) detects the laser power or the laser energy of the laser beam of the laser device (7) for the respectively predetermined value of the laser variable and The measuring device (8) converts the stored measuring points into a function of the laser characteristic, in particular by approximation of the measuring points, and wherein the function of the laser characteristic of the device for controlling and / or regulating the laser device (11) is retrievable.
9. Laservomchtung nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Laservorrichtung eine Zwischenmesspunkt-Einrichtung (12) aufweist, welche die Gesamtlaserleistung oder die Gesamtlaserenergie des Laserstrahls der Laservorrichtung (7) für wenigstens einen vorgegebenen Wert der Lasergröße erfasst und den erhaltenen Zwischenmesspunkt auswertet und mit einem vorbestimmten Toleranzbereich (5, 6) vergleicht. 9. Laservomchtung according to claim 7 or 8, characterized in that the laser device comprises an intermediate measuring point means (12) which detects the total laser power or the total laser energy of the laser beam of the laser device (7) for at least a predetermined value of the laser size and evaluates the obtained intermediate measuring point and with a predetermined tolerance range (5, 6) compares.
10. Laservorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinien- Einrichtung (8) eine neue Kennlinie bzw. deren Funktion bestimmt, wenn der Zwischenmesspunkt der Zwischenmesspunkt-Einrichtung (12) außerhalb des vorbestimmten Toleranzbereichs (5, 6) liegt. 10. Laser device according to claim 9, characterized in that the characteristic device (8) determines a new characteristic or its function when the intermediate measuring point of the intermediate measuring point device (12) lies outside the predetermined tolerance range (5, 6).
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