DE4106008A1 - Verfahren zur on-line-ueberwachung bei der werkstueckbearbeitung mit laserstrahlung - Google Patents
Verfahren zur on-line-ueberwachung bei der werkstueckbearbeitung mit laserstrahlungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur on-line-
Überwachung bei der Werkstückbearbeitung mit Laserstrahlung,
insbesondere zur Erkennung von Schweißfehlern durch Beobachtung
von Schweißspritzern, bei dem aus dem Bereich um die mit Laser
strahlung beaufschlagte Bearbeitungsstelle herum emittiertes
Licht durch einen Strahlteiler zu zwei optoelektrischen Empfän
gern gelangt, die eine Auswertungseinrichtung beaufschlagen, in
der Daten über das Bearbeitungsergebnis gewonnen werden.
Beim Bearbeiten von Werkstücken mit Laserstrahlung ist es
erforderlich, den Bearbeitungsprozeß on-line zu überwachen, um
in diesem Prozeß sofort oder nachträglich auf Werkstück- und
Prozeßänderungen reagieren zu können. Beispielsweise beim
Schweißen von Werkstücken mit Ausbildung einer Dampfkapillare,
dem sogenannten keyhole-Schweißen, können infolge von Verdamp
fungsvorgängen in der Dampfkapillaren Schweißspritzer entste
hen, also mehr oder minder große Mengen flüssigen Materials,
das infolge des Dampfdrucks aus der Dampfkapillaren herausge
schleudert wird. Dieses herausgeschleuderte Material steht für
die Schweißnahtbildung nicht mehr zur Verfügung, so daß infol
gedessen Schweißfehler auftreten können.
Aus der DE 39 08 187 A1 ist ein Verfahren mit den eingangs
genannten Merkmalen bekannt. Zur Beobachtung von Schweißsprit
zern beim Schweißen wird ein separat von der Laserstrahlfokus
sierungsoptik anzuordnendes optisches System verwendet, das un
ter flachem Winkel zur Werkstückoberfläche seitlich von der Be
arbeitungsstelle positioniert und gehaltert werden muß. Das
stört, weil der Bereich seitlich der Laserstrahlfokussierungs
optik für andere notwendige Anbauten möglichst frei bleiben
sollte, beispielsweise für Prozeßgasdüsen od. dgl. Um Lichtsi
gnale aus dem Bereich um die mit Laserstrahlung beaufschlagte
Bearbeitungsstelle herum detektieren zu können, muß bei dem be
kannten Verfahren das Licht des laserinduzierten Plasmas im Be
reich der Bearbeitungsstelle ausgeblendet werden. Die hierzu
erforderliche Blende muß in der Nähe der Bearbeitungsstelle an
geordnet werden. Dadurch wird das Bearbeiten fallweise behin
dert. Insbesondere ist das Bearbeitungsverfahren für dreidimen
sionale Materialbearbeitung normalerweise nicht einzusetzen.
Bei dem bekannten Verfahren werden die elektrischen Signale der
optoelektrischen Empfänger dahingehend ausgewertet, daß die
Dauer des Ausstoßes von Spritzern in der Auswertungseinheit er
mittelt wird. Die Auswertung der elektrischen Signale der opto
elektrischen Empfänger durch die Auswertungseinrichtung erfolgt
dahingehend, daß Mittelwerte des gesamten Beobachtungsbereichs
gebildet werden. Eine ortsaufgelöste Messung ist nicht möglich.
Übersteigt die Dauer des Ausstoßes eine vorbestimmte Schwelle,
so wird mit einem Schwellwertschalter ein Fehlersignal abgege
ben. Auf diese Weise können sicherlich Schweißfehler ermittelt
werden, jedoch ist eine solche Ermittlung grundsätzlich unvoll
ständig, weil auch ein sehr kurzzeitiger Ausstoß von Schweiß
spritzern großen Volumens unakzeptable Schweißfehler bedingen
kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
mit den eingangs genannten Merkmalen so zu verbessern, daß mit
der Laserstrahlfokussierungsoptik durch Meßvorrichtungen unge
hindert geschweißt werden kann und zugleich eine sehr kurzzei
tige Prozeßüberwachung ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das emittierte
Licht unter Nutzung der Laserstrahlfokussiereinrichtung aufge
nommen und von zwei linienbündelnden Fokussiereinrichtungen
quer auf die beiden als eindimensional wirkende Empfängerzeilen
ausgebildeten, im Winkel zueinander angeordneten Empfänger fo
kussiert wird, und daß aus den elektrischen Signalen der Meß
zellen der Empfängerzeilen in der Auswertungseinrichtung Daten
über eine örtliche und/oder eine statistische Helligkeitsver
teilung des beobachteten Bereichs gewonnen werden.
Für die Erfindung ist zunächst die Erkenntnis von Bedeu
tung, daß zur kurzzeitigen Beobachtung von Lichtvorgängen in
dem Umgebungsbereich der Bearbeitungsstelle eine ortsauflösende
Beobachtung erforderlich ist. Durch eine solche ortsauflösende
Beobachtung können Einzelheiten der Lichtvorgänge des Beobach
tungsbereichs ermittelt werden, beispielsweise Einzelheiten von
Schweißspritzerbewegungen, wie deren zeitlicher Verlauf, Anzahl
der Schweißspritzer und Masse der Schweißspritzer. Eine solche
ortsaufgelöste Beobachtung muß jedoch auch hinreichend genau
sein, so daß bestimmte Auflösungsraten nicht unterschritten
werden dürfen. Beispielsweise sind 256·256 Bildpunkte bzw. Pi
xel pro Bild zweckmäßig. Die sich daraus ergebenden Datenmengen
müssen schnell verarbeitet werden, um kurzzeitig Ergebnisse zu
bekommen bzw. in kurzen Zeitabständen wiederholt Ergebnisse zu
ermitteln. Derartige Datenmengen sind in Echtzeitverarbeitung,
d. h. im ms-Bereich kaum zu beherrschen. Die Erfindung beschrei
tet daher den Weg der Datenreduktion durch bildzeilen- bzw.
bildspaltenweise Integration bzw. Summen- oder Grauwertbildung
mit optischen Mitteln. Hierzu werden die linienbündelnden Fo
kussiereinrichtungen verwendet, welche die Summenbildung in
Bündelungsrichtung bewirken und infolge ihrer winkeligen Anord
nung bzw. infolge der winkeligen Anordnung der Empfängerzeilen
zu zeilen- bzw. spaltenweise aufsummierten Werten des gesamten
Beobachtungsbereichs führen. Dadurch wird eine Datenreduktion
von n·m Werten auf n+m Werten erreicht, wenn n, m die Anzahl
der Spalten bzw. Zeilen sind. Aus den Werten bzw. aus den elek
trischen Signalen der Meßzellen der Empfängerzeilen können mit
der Auswertungseinrichtung Daten gewonnen werden, die den beob
achteten Bereich betreffen. Es sind dies die Daten über eine
örtliche Helligkeitsverteilung zu einem bestimmten Zeitpunkt,
nämlich die Lage der Schweißspritzer in Bezug auf die Bearbei
tungsstelle und/oder statistische Daten, die durch in der Aus
wertungseinrichtung ausgenutzte Rechenregeln ermittelt werden.
Beispielsweise wird das Verfahren so durchgeführt, als Da
ten über die örtliche Helligkeitsverteilung die Koordinaten
örtlicher Helligkeitszentren gewonnen werden.
Das Verfahren kann auch so durchgeführt werden, als Daten
über eine statistische Helligkeitsverteilung die Anzahl der
Helligkeitszentren und/oder ein Wert für die Gesamtstrahlungs
stärke ermittelt wird.
Von Bedeutung für die Erfindung ist auch die Nutzung der
Laserstrahlfokussiereinrichtung zum Aufnehmen des emittierten
Lichts des Beobachtungsbereichs. Es entfällt die Anordnung ei
ner Beobachtungseinrichtung neben der Laserstrahlfokussierein
richtung und es entfällt auch die Anordnung einer Blende im Be
reich der Bearbeitungszone zum Ausblenden störender Lichtemis
sionen des laserinduzierten Plasmas der Bearbeitungsstelle.
Daraus folgt die Möglichkeit zum Einsatz des Verfahrens auch an
beweglichen Beobachtungsoptiken und bei dreidimensionaler Bear
beitung.
Infolge der Datenreduktion ist es möglich, daß die Daten
des beobachteten Bereichs in vorbestimmten kurzen Zeitabständen
wiederholt gewonnen und histogramatisch ausgewertet werden. Ein
derartiges Verfahren ermöglicht zum einen die Kontrolle eines
kurz vorher gewonnenen Meßergebnisses, insbesondere aber eine
laufende Verarbeitung von Informationen in Echtzeit, d. h. im
ms-Bereich. Infolgedessen kann die Dynamik der Helligkeitsvor
gänge im Beobachtungsbereich erfaßt werden, also die Dynamik
der Spritzerbewegungen bzw. deren zeitlicher, örtlicher und
strahlungsstärkemäßiger Verlauf.
Eine Vorrichtung zur Durchführung der vorbeschriebenen
Verfahren ist zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß in dem
Strahlengang der Laserstrahlfokussiereinrichtung ein teildurch
lässiger Spiegel, ein Auskoppelprisma oder ein Scraperspiegel
zur Erfassung des aus dem Bereich um die Bearbeitungsstelle
herum emittierten Lichts angeordnet ist, oder daß in die Laser
strahlfokussiereinrichtung ein Detektor für dieses emittierte
Licht eingebaut ist. Sämtliche mit der Laserstrahlfokussierein
richtung baulich verbundenen Einrichtungen werden bei Relativ
bewegungen zwischen dem Werkstück und der Laserstrahlung ent
sprechend relativbewegt, so daß besondere Steuerungen für die
Meßeinrichtung entfallen und eine kompakte Bauweise der Laser
strahlfokussierungseinrichtung beibehalten werden kann, insbe
sondere wenn die lichtauskoppelnden Einrichtungen außerhalb der
Laserstrahlfokussiereinrichtung angeordnet sind.
Zweckmäßigerweise sind als linienbündelnde Fokussierein
richtungen Zylinderlinsen vorhanden.
Die winkelmäßige Anordnung der Empfängerzeilen relativ zu
einander kann beliebig sein, sofern nur eine hinreichende, in
zwei Beobachtungsrichtungen erfolgende Erfassung des gesamten
Beobachtungsbereichs ermöglicht wird. Die Vorrichtung hat je
doch einen bewährten Aufbau, wenn als eindimensional wirkende
Empfängerzeilen CCD-Zeilen quer zueinander in rechtwinklig zu
einander stehenden Ebenen angeordnet sind.
In vielen Anwendungsfällen ist es nicht erforderlich, die
Lichtemission der Bearbeitungsstelle auszublenden. Denn die
Bündelung kann so ausgeführt werden und die einzelnen Meßzellen
einer eindimensionalen Empfängerzeile haben eine derartige
Trennschärfe, daß sich eine hinreichend unbeeinflußte Bildauf
lösung ergibt. Falls es jedoch auf eine Auflösung geringer Hel
ligkeitsdifferenzen außerhalb des Bearbeitungsbereichs ankommt,
kann eine Ausblendung des Bereichs der Bearbeitungsstelle durch
eine Vorrichtung erreicht werden, bei der vor den eindimensio
nalen Empfängerzeilen im Bereich der Projektion der Bearbei
tungsstelle jeweils eine Blende angeordnet ist.
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestell
ten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung von Einrichtungen zur
Detektion von Lichterscheinungen aus dem Bereich
einer Bearbeitungsstelle eines Werkstücks,
Fig. 2 einen speziellen Aufbau eines Detektors der Fig. 1,
Fig. 3a bis 3d Darstellungen zur Erläuterung grundsätzli
cher optischer Abbildungseigenschaften des Detektors
der Fig. 2,
Fig. 4 eine schematische perspektivische Darstellung des
Abbildungsverhaltens des Detektors der Fig. 2 in
Bezug auf eine eindimensional wirkende Empfänger
zeile,
Fig. 5 eine Aufsicht auf einen Bearbeitungsbereich und der
Signalverlauf von eindimensional wirkenden Empfän
gerzeilen in zwei zueinander senkrechten Koordi
naten, und
Fig. 6 Signaldarstellungen gemäß Fig. 5 für mehrere im ms-
Bereich aufeinanderfolgende Beobachtungen der Werk
stückbearbeitung.
Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Werkstück besteht
beispielsweise aus zwei durch einen Schweißvorgang miteinander
zu verbindenden Werkstückteilen. Es kann aber auch ein Werk
stück sein, das durch die Bearbeitung geschnitten werden soll.
Auch sonstige Bearbeitungen können erfolgen, wie Abtragen oder
Ritzen, sofern dabei ein Ausstoßen von Werkstückmaterial er
folgt, was beobachtet werden soll.
Der Bearbeitung des Werkstücks dient Laserstrahlung 10,
die dem Werkstück von einem Laser durch eine Laserstrahlfokus
siereinrichtung 15 zugeführt wird. Dabei wird die Laserstrah
lung innerhalb der Laserstrahlfokussiereinrichtung 15 mit Spie
geln 17, 21, 22 umgelenkt und durch den letztgenannten Spiegel 22
so fokussiert, daß sich auf dem Werkstück eine Bearbeitungs
stelle 12 ergibt. Um die Bearbeitungsstelle 12 herum ist ein
Bereich 11, in dem Helligkeitserscheinungen zu beobachten sind,
die beispielsweise durch herausspritzenden Werkstoff verursacht
werden. Diese Helligkeitserscheinungen, also aus dem Bereich 11
emittiertes Licht 13, gelangen zurück in die Laserstrahlfokus
siereinrichtung 15, auf den Fokussierspiegel 22 und die Umlenk
spiegel 21, 17. Um die Laserstrahlfokussiereinrichtung 15 zur
Detektion des emittierten Lichts 13 zu nutzen, greift in den
Strahlengang 13′ des sich innerhalb der Einrichtung 15 bewegen
den emittierten Lichts 13 ein Auskoppelprisma 18 ein, oder der
Spiegel 17 ist dichroitisch ausgebildet, er läßt also einen
Teil der insgesamt auf ihn fallenden Strahlung durch, nämlich
den Anteil des von der Bearbeitungsstelle 12 bzw. deren Umge
bungsbereich emittierten Lichts vorbestimmter Wellenlänge. Die
an das Prisma 18 bzw. an den Spiegel 17 angeschlossenen Detek
toren 2, 3 können an geeigneter Stelle angeordnet sein, also
auch entfernt von der Laserstrahlfokussiereinrichtung 15, so
daß letztere durch die Detektoren 2, 3 unbehindert bewegt werden
kann. Des weiteren ist in Fig. 1 noch ein Scraper-Spiegel 19 im
Strahlengang des emittierten bzw. reflektierten Lichts 13 dar
gestellt, das durch diesen Spiegel 19 einem Detektor 1 zugelei
tet wird.
Es ist aber auch möglich, den Bearbeitungsprozeß direkt zu
beobachten, indem ein Detektor 4 in die Laserstrahlfokussie
rungseinrichtung 15 integriert wird. Die Integration erfolgt
dabei derart, daß der Anstellwinkel des Detektors 4 zur Senk
rechten bzw. zum Laserstrahl 10 möglichst klein ist. Er wird
durch die baulichen Gegebenheiten der Laserstrahlfokussierein
richtung 15 bestimmt.
Alle Detektoren 1 bis 4 können gleichwirkend aufgebaut
sein, was durch die Bezeichnung mit dem Buchstaben D angedeutet
wird. Sie sollen zweidimensional wirkende Detektoren sein. Eine
solche zweidimensionale Ausbildung zeigt schematisch Fig. 2, in
der Z die bei den Detektoren 1 bis 4 jeweils angegebene Zwi
schenbildebene darstellt. Das emittierte Licht 13 gelangt also
auf einen Strahlteiler 14, der das Licht zum Teil zu einer ein
dimensional wirkenden Empfängerzeile A′ durchläßt, zum anderen
Teil jedoch infolge seiner 45°-Anordnung zum Licht 13 im rech
ten Winkel auf eine weitere eindimensional wirkende Empfänger
zeile B′ ablenkt. Auf den Wegen vom Strahlteiler 14 zu den Zei
len A′, B′ durchläuft das Licht Zylinderlinsen A, B, welche also
linienbündelnde Fokussiereinrichtungen sind. Infolgedessen er
gibt sich für den Teilstrahl 23 des von einem Objektpunkt P1
ausgehenden Linienbündels, daß der Teilstrahl 23 auf die Zeile
B′ fokussiert wird, während der Teilstrahl 23′ durch die Linse
A unfokussiert bleibt, da sie in der Darstellungsebene unwirk
sam ist. Entsprechend ist die Linse B in ihrem wirksamen und
die Linse A in ihrem unwirksamen Schnitt dargestellt. Das be
deutet für die Darstellung von Objektpunkten einer Koordinaten
ebene x, y bezüglich des Punktes P1 mit den Koordinaten x1, y1
gemäß Fig. 3c, daß P1 aus der Gegenstandsebene gemäß Fig. 3a in
die Bildebene durch die Zylinderlinse mit der Koordinate x1′ ab
gebildet wird, wenn die Zylinderlinse mit ihrem wirksamen
Schnitt senkrecht zur Darstellungsebene angeordnet ist. Für
einen Punkt P2 der Gegenstandsebene mit den Koordinaten x2, y2
bedeutet das die Abbildung dieses Punktes P2 in der Bildebene
mit der Koordinate x2′. Bezüglich der Koordinate y ist die gemäß
Fig. 3b angeordnete Zylinderlinse unwirksam, so daß die Punkte
P1, P2 als Linien y1′ bzw. y2′ dargestellt werden. Diese Linien
y1′, y2′ haben die gemäß Fig. 3d angegebenen x-Koordinaten
x1′ = β·x1 bzw. x2′ = β·x2, wobei β ein durch die Zylinder
linse bestimmter Umrechnungsfaktor ist.
Die perspektivische Darstellung der Fig. 4 zeigt die Abbil
dung zweier Objektpunkte P1′, P2′, die auf einer parallel zum
unwirksamen Schnitt gemäß Fig. 3b angeordneten Geraden 24 ange
ordnet sind, die senkrecht zur optischen Achse ist. Senkrecht
zu dieser Geraden und zur optischen Achse ist eine eindimensio
nal wirkende Empfängerzeile A′ angeordnet. Es ist ersichtlich,
daß diese Objektpunkte P1′, P2′ in überlappenden Bildlinien
L1, L2 abgebildet werden. Der maximale Abstand der beiden Punkte
P1′, P2′, bei dem es zu einer Überlappung der Bildlinien L1, L2
kommt, ist durch die Brennweite und die Breite der Zylinderlin
se bestimmt, sowie durch die Objektweite, also den Abstand der
Punkte P1′, P2′ von der Zylinderlinse. Diese in Fig. 4 mit einem
dicken schwarzen Strich dargestellte Überlappung Ü wird zur In
tegration aller in Richtung der Geraden 24 liegenden Objekt
punkte ausgenutzt, indem eine quer zur Geraden 24 und senkrecht
zur optischen Achse angeordnete eindimensionale Empfängerzeile
A′ verwendet wird. Sämtliche Objektpunkte der Geraden 24, also
sämtliche Helligkeiten einer durch den Beobachtungsbereich ge
legten Geraden können auf diese Weise durch eine einzige Meß
zelle oder eine Gruppe von Meßzellen gemittelt erfaßt werden.
Im Darstellungsfall der Fig. 4 sämtliche Helligkeitssignale der
Geraden 24 durch eine Meßzelle der Zeile A′ der optischen
Achse. Voraussetzung ist dabei natürlich, daß der Beobachtungs
bereich um die Bearbeitungsstelle des Werkstücks herum durch
die Linse auf die Zeile abgebildet wird.
Die eindimensionale Empfängerzeile A′, die also beispiels
weise aus einer Vielzahl von in Reihe angeordneten Fotodioden
besteht, erfaßt also sämtliche Objektpunkte, nämlich Helligkei
ten, beispielsweise der x-Koordinate im +x-Bereich unterhalb
der optischen Achse und im -x-Bereich oberhalb der optischen
Achse der Fig. 4. Infolgedessen ist ersichtlich, daß der gesamte
Beobachtungsbereich durch zwei im Winkel zueinander angeordnete
Empfängerzeilen aufintegriert werden kann, so daß sich Abhän
gigkeiten z. B. x = f (Meßzellen-Nummer Zeile A′) und
y = f (Meßzellen-Nummer Zeile B′) ergeben.
Fig. 5 zeigt eine Aufsicht auf einen Bearbeitungsbereich
einer Schweißstelle mit der Bearbeitungsstelle 12. Der nicht
dargestellte Laserstrahl bewegt sich relativ zum Werkstück in
Richtung des Pfeils. Die Empfängerzeilen A′, B′ des Beobach
tungsbereichs 25 werden der x- bzw. der y-Koordinate zugeord
net. A′ integriert also aus dem Beobachtungsbereich 25 herrüh
rende Helligkeiten spaltenweise, so daß sich die in Fig. 5 dar
gestellte Abhängigkeit Helligkeit bzw. Grauwert = f (CD-Spalten
nummer) ergibt. Die Empfängerzeile B′ integriert in y-Richtung
und bildet die Abhängigkeit Helligkeit bzw. Grauwert = f (CCD-
Zeilennummer) ab. Beide Zeilen A′, B′ bewirken also infolge ih
rer linear verteilten Meßzellen eine Digitalisierung des Beob
achtungsbereichs 25. Aus den elektrischen Signalen der Meßzel
len dieser Zeilen A′, B′ kann die nicht dargestellte Auswer
tungseinheit die oben genannten und in Fig. 5, 6 dargestellten
Abhängigkeiten berechnen.
Es ist ersichtlich, daß die absoluten Maxima Mx bzw. My in
den Abhängigkeiten durch die Bearbeitungsstelle 12 bzw. das von
dieser emittierte Licht bedingt sind. Darüber hinaus sind je
doch Nebenmaxima vorhanden, z. B. mx und my, bedingt durch einen
Spritzer Sp mit den aus Fig. 5 ersichtlichen Koordinaten. Haupt
und Nebenmaxima beider dargestellten Abhängigkeiten sind also
durch die räumliche Anordnung der Zeilen A′, B′ einander zuge
ordnet und erlauben die Bestimmung der Lage der Helligkeitszen
tren, wie Bearbeitungsstelle 12 und Spritzer Sp, im Beobach
tungsbereich 25. Es ist ersichtlich, daß auch die Größe der Ma
xima bzw. deren Amplitude bestimmt werden kann, was Aussagen
über die Größe und damit die Masse z. B. des Spritzers Sp er
laubt, aber auch Aussagen über die Strahlungsstärke.
Die Aussagen über die örtliche Helligkeitsverteilung bzw.
über die örtliche Verteilung der Maxima bzw. der Spritzer kön
nen von der Auswertungseinheit dazu benutzt werden, den Bear
beitungsprozeß zu beeinflussen, beispielsweise durch eine Redu
zierung der Strahlungsleistung des Lasers, wenn vorbestimmte
Schwellwerte oder Grenzen überschritten werden. Dasselbe gilt
für durch die Auswertungseinheit gewonnene statistische Daten
über die Helligkeitsverteilung oder die Verteilung der Sprit
zer, deren Anzahl oder Strahlungsstärke.
Fig. 6 zeigt links die Abhängigkeit der Grauwertsummen von
der Spaltennummer in x-Richtung und rechts die Abhängigkeit der
Grauwertsummen von der Zeilennummer in y-Richtung analog zu den
Darstellungen in Fig. 5, jedoch bezogen auf den zeitlichen Ab
lauf der Beobachtungsvorgänge. Dieser zeitliche Ablauf erfolgt
so, daß die Zeit zwischen zwei Beobachtungsvorgängen, also die
Differenz ti+1-ti = 2 ms beträgt. Die Beobachtungsergebnisse
sind in den Diagrammen für die Zeitpunkte t0 bis t3 übereinander
dargestellt, jeweils bezogen auf einen anderen Nullpunkt, so
daß die unterschiedlichen Intensitäten der Helligkeitsvertei
lungen zu den jeweiligen Zeitpunkten ersichtlich ist. Es ist
ersichtlich, daß sich im Laufe der Zeit t0 bis t3 die räumliche
Lage der Bearbeitungsstelle 12 nur unwesentlich ändert, wie
sich aus der praktisch gleichbleibenden Lage der Hauptmaxima Mx
und My ergibt. Andererseits ist aber aus der zeitlichen Ent
wicklung der Nebenmaxima mx und my ersichtlich, daß sich ausge
hend von der Bearbeitungsstelle ein erheblicher Spritzerauswurf
ereignet. Das kann in einem Histogramm in der Auswertungsein
heit festgehalten und ausgewertet werden. Daraufhin wird bei
spielsweise die Intensität der Laserstrahlung verringert.
Schnelle CCD-Zeilen und auf deren eindimensionale Erfassung ab
gestimmte Bildverarbeitungsalgorithmen stehen zur Verfügung, um
die auf die beschriebene Weise gewonnenen Bildinformationen zur
Prozeßsteuerung on-line verwenden zu können.
Claims (8)
1. Verfahren zur on-line-Überwachung bei der Werkstückbear
beitung mit Laserstrahlung, insbesondere zur Erkennung von
Schweißfehlern durch Beobachtung von Schweißspritzern, bei
dem aus dem Bereich um die mit Laserstrahlung beauf
schlagte Bearbeitungsstelle herum emittiertes Licht durch
einen Strahlteiler zu zwei optoelektrischen Empfängern ge
langt, die eine Auswertungseinrichtung beaufschlagen, in
der Daten über das Bearbeitungsergebnis gewonnen werden,
dadurch gekennzeichnet, daß das emittierte Licht (13)
unter Nutzung der Laserstrahlfokussiereinrichtung (15)
aufgenommen und von zwei linienbündelnden Fokussierein
richtungen (Zylinderlinsen A, B) quer auf die beiden als
eindimensional wirkende Empfängerzeilen (A′, B′) ausgebil
deten, im Winkel zueinander angeordneten Empfänger fokus
siert wird, und daß aus den elektrischen Signalen der Meß
zellen der Empfängerzeilen (A′, B′) in der Auswertungsein
richtung Daten über eine örtliche und/oder eine statisti
sche Helligkeitsverteilung des beobachteten Bereichs (11)
gewonnen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Daten über die örtliche Helligkeitsverteilung die Ko
ordinaten örtlicher Helligkeitszentren (16) gewonnen wer
den.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß als Daten über eine statistische Helligkeitsver
teilung die Anzahl der Helligkeitszentren (16) und/oder
ein Wert für die Gesamtstrahlungsstärke ermittelt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Daten des beobachteten Bereichs (11) in
vorbestimmten kurzen Zeitabständen wiederholt gewonnen und
histogramatisch ausgewertet werden.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strahlengang der
Laserstrahlfokussiereinrichtung (15) ein teildurchlässiger
Spiegel (17), ein Auskoppelprisma (18) oder ein Scraper
spiegel (19) zur Erfassung des aus dem Bereich (11) um die
Bearbeitungsstelle (12) herum emittierten Lichts (13) an
geordnet ist, oder daß in die Laserstrahlfokussiereinrich
tung (15) ein Detektor (4) für dieses emittierte Licht
(13) eingebaut ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß als linienbündelnde Fokussiereinrichtung Zylinderlin
sen (A, B) vorhanden sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß als eindimensional wirkende Empfängerzeilen
(A′, B′) CCD-Zeilen quer zueinander in rechtwinklig zuein
ander stehenden Ebenen angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß vor den eindimensionalen
Empfängerzeilen (A′, B′) im Bereich der Projektion der Be
arbeitungsstelle (12) jeweils eine Blende (20) angeordnet
ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914106008 DE4106008A1 (de) | 1991-02-26 | 1991-02-26 | Verfahren zur on-line-ueberwachung bei der werkstueckbearbeitung mit laserstrahlung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914106008 DE4106008A1 (de) | 1991-02-26 | 1991-02-26 | Verfahren zur on-line-ueberwachung bei der werkstueckbearbeitung mit laserstrahlung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4106008A1 true DE4106008A1 (de) | 1992-08-27 |
DE4106008C2 DE4106008C2 (de) | 1993-02-18 |
Family
ID=6425915
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914106008 Granted DE4106008A1 (de) | 1991-02-26 | 1991-02-26 | Verfahren zur on-line-ueberwachung bei der werkstueckbearbeitung mit laserstrahlung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4106008A1 (de) |
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