DE4423409A1 - Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls - Google Patents
Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines LaserstrahlsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
Es ist bereits allgemein bekannt, ein Werkstück mit einem Laserstrahl zu
bestrahlen, um Schweißarbeiten durchzuführen. Allerdings sind bei den
herkömmlichen Laserbearbeitungsanlagen die Prozeßparameter nicht mit
hundertprozentiger Sicherheit konstant zu halten. Während des Betriebes
kann die Bearbeitungsqualität schon nach sehr kurzer Zeit deutlich sinken,
so daß fehlerbehaftete Endprodukte entstehen.
Ein entscheidendes Qualitätskriterium beim Laserschweißen ist der
Durchschweißungsgrad, der äußerlich z. B. durch das Vorhandensein und
die Breite einer Nahtwurzel beurteilt werden kann. Allerdings ist für eine
Kontrolle der Nahtwurzel eine Sichtverbindung zwischen Nahtwurzel und
Kontrollsystem (Sensor oder Mensch) erforderlich. Diese Sichtverbindung
ist in fast allen Anwendungen nicht gegeben, da die Nahtwurzel üblicherweise
auf der vom Lasereintritt abgewandten Werkstückseite liegt. Auf
dieser Seite sind Sensormontagen meist nur schwer und der Aufenthalt
von Menschen gar nicht möglich, da diese Seite entweder auf einer Transportmechanik
des Werkstücks liegt oder ins Innere eines Gehäuses, und
dergleichen, weist.
Es wurden bereits optische und akustische Meßtechniken zur Ermittlung
des Durchschweißungsgrads entwickelt, die sich auch von der Strahleintrittsseite
aus einsetzen lassen. Hierbei hat man sich den Umstand zunutze
gemacht, daß beim Lasertiefschweißen im Schmelzbad entlang des einfallenden
Laserstrahls eine Dampfkapillare entsteht. Diese Kapillare entläßt
den in ihr erzeugten Dampf diskontinuierlich in bestimmten Intervallen.
Dabei liegen die Intervalle im Bereich von einigen hundert Hz bis ca. 1 kHz.
Versuche haben gezeigt, daß die Frequenzen der Dampfabgabe in einem
Werkstück bei durchschweißten Nähten und bei nicht durchschweißten
Nähten voneinander verschieden sind. Um diese Frequenzen optisch
oder akustisch erfassen zu können, mußten aufwendige Sensoren mit der
Laserbearbeitungsdüse mitbewegt werden, was aufgrund des zusätzlichen
Raumbedarfs erhebliche Probleme insbesondere bei der dreidimensionalen
Werkstückbearbeitung mit sich brachte. Optische und akustische
Sensoren sind darüber hinaus außerordentlich störanfällig.
Aus der DE 37 20 249 A1 ist ein weiteres Verfahren zum Schweißen oder
Schneiden von Werkstücken mit Hilfe eines Laserstrahls bekannt, der
über der betreffenden Bearbeitungsstelle eine Plasmawolke erzeugt. Mit
Hilfe eines elektromagnetischen Feldes wird die Lage der Plasmawolke bezüglich
der Bearbeitungsstelle gesteuert. Dadurch kann zum einen eine
höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit erzielt werden, wozu die Plasmawolke
mit Hilfe des äußeren elektrischen Feldes auf der Bearbeitungsstelle gehalten
wird. Bei einer entsprechenden Modulation des elektrischen Feldes
kann der Laserstrahl periodisch unterbrochen werden, ggf. auch mit einer
sehr hohen Frequenz. Weiterhin läßt sich das Verfahren dazu benutzen,
die Qualität der Schweißnaht zu kontrollieren. Zu diesem Zweck wird die
Lage und/oder Dichte der Plasmawolke überwacht.
Nicht zuletzt ist aus der DE-OS 26 30 795 ein Verfahren zur Bestimmung
des Wertes eines Strahlintensitätssteuersignals bekannt, das der Strahlintensität
an der Gravurschwelle des Materials eines Werkstücks entspricht,
das in einer Vorrichtung mittels eines Laserstrahls bearbeitet
werden soll. Wenigstens ein leitender Fühler wird in der Nähe eines Teils
des Werkstücks angeordnet, auf den der Laserstrahl auffällt. Der Wert des
Steuersignals wird fortlaufend geändert, wobei der Stromdurchgang
durch einen den Fühler enthaltenden Schaltkreis erfaßt wird, um den
Wert des Steuersignals zu erfassen, bei dem eine Änderung von dem nicht
ionisierten Zustand des den Teil des Werkstücks umgebenden gasförmigen
Mediums in den ionisierten Zustand oder umgekehrt auftritt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrundne, die Qualität von Schweißarbeiten
bei der Bearbeitung eines Werkstücks mit Hilfe eines Laserstrahls von
der Bearbeitungsseite her sicherer überwachen zu können, ohne daß es
dabei zu einer Bewegungseinschränkung der Laserbearbeitungsdüse
kommt.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls
unter Verwendung einer zum Werkstück positionierbaren Sensorelektrode,
an die ein elektrisches Wechselsignal angelegt wird, um eine
zwischen Sensorelektrode und Werkstück vorhandene Meßkapazität
durch Auswertung einer Änderung des Wechselsignals infolge der Meßkapazität
zu ermitteln, zeichnet sich dadurch aus, daß aus dem Wechselsignal
durch Frequenzfilterung mindestens ein Überwachungsmeßsignal
erzeugt wird, dieses Überwachungsmeßsignal mit mindestens einem vorbestimmten
Überwachungsmeßsignal verglichen wird und bei Übereinstimmung
des Überwachungsmeßsignals mit dem vorbestimmten Überwachungsmeßsignal
ein Zustandssignal generiert wird.
Vorbestimmte Überwachungsmeßsignale lassen sich z. B. auf empirischem
Wege ermitteln, in dem Testschweißungen mit vorbestimmten Prozeßparametern
sowie an Werkstücken durchgeführt werden, deren Eigenschaften
und Abmessungen bekannt sind. Beim tatsächlichen Anwendungsfall
wird dann das durch Frequenzfilterung erhaltene Überwachungsmeßsignal
mit einem in Übereinstimmung mit dem Anwendungsfall
geeignet ausgewählten vorbestimmten Überwachungsmeßsignal verglichen,
um zu entscheiden, ob die Schweißqualität den gewünschten Anforderungen
entspricht oder nicht. Stimmen das Überwachungsmeßsignal
und das vorbestimmte Überwachungsmeßsignal überein, so wird
das Zustandssignal ausgegeben, durch das angezeigt wird, daß die
Schweißung mit der gewünschten Qualität erfolgt ist. Dabei kann der Vergleich
zwischen dem momentanen Überwachungsmeßsignal und dem vorbestimmten
Überwachungsmeßsignal kontinuierlich erfolgen, um eine
On-line-Überwachung durchführen zu können. Es ist aber auch eine
Überwachung in größeren Zeitabständen möglich, die dann periodisch erfolgt.
Auch können mehrere Überwachungsmeßsignale erzeugt werden,
die sich dann mit mehreren vorbestimmten Überwachungsmeßsignalen
vergleichen lassen, um anhand einer Vielzahl von Vergleichsergebnissen
auf die Schweißqualität rückschließen zu können, beispielsweise im Sinne
einer UND-Verknüpfung, oder dergleichen. Dabei können die mehreren
Überwachungsmeßsignale in unterschiedlichen Frequenzbereichen liegen,
die mittels verschiedener Bandpässe definiert werden.
Nach einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird als Frequenzfilterung
mindestens eine Bandpaßfilterung ausgeführt, wobei der
Bandpaß und das vorbestimmte Überwachungsmeßsignal in Übereinstimmung
mit dem gewünschten Durchschweißungsgrad des Werkstücks gewählt
werden. Eine Frequenzanalyse der Überwachungsmeßsignale hat gezeigt,
daß diese in Abhängigkeit des Durchschweißungsgrads in ganz bestimmten
Frequenzbereichen charakteristische Eigenschaften aufweisen, so
daß der Vergleich eines Überwachungsmeßsignals mit einem vorbestimmten
Überwachungsmeßsignal auch nur in derartigen Frequenzbereichen
zu erfolgen braucht. Dieser Vergleich kann somit in einer relativ kurzen
Zeit ausgeführt werden, was insbesondere bei der On-line-Überwachung
von erheblichem Vorteil ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird aus dem Überwachungsmeßsignal
die Mittenfrequenz des die größte Amplitude aufweisenden
Frequenzbereichs herausgesucht und mit einer das vorbestimmte
Überwachungsmeßsignal darstellenden charakteristischen Frequenz verglichen,
was zu einer noch sicheren Qualitätsbeurteilung des Schweißergebnisses
führt. Dabei kann zuvor das Überwachungsmeßsignal mit
einem vorbestimmten Signalpegel verglichen werden, um bei Abweichung
des Überwachungsmeßsignals von dem vorbestimmten Signalpegel ein
Statussignal, z. B. ein Fehlersignal, zu erzeugen. Versuche haben gezeigt,
daß hinreichende Signalpegel im charakteristischen Frequenzbereich nur
bei Vorhandensein ausreichend tiefer Dampfkapillaren bzw. Schweißlöcher
entstehen, so daß bei zu kleinen Signalpegeln des erhaltenen Überwachungsmeßsignals
in der Regel eine fehlerhafte Schweißung vorliegt,
was durch das Statussignal angezeigt wird.
Natürlich kann auch die genannte Mittelfrequenz beim Schweißvorgang
kontinuierlich oder in größeren zeitlichen Intervallen bestimmt werden,
um den Vergleich mit dem vorbestimmten Signalpegel kontinuierlich oder
periodisch vornehmen zu können.
Nach einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird
der jeweiligen Mittenfrequenz über eine zuvor empirisch aufgenommene
Frequenz-/Schweißtiefen-Tabelle eine Einschweißtiefe zugeordnet, welche
gespeichert wird. Am Ausgang einer die Schweißqualitätsüberwachung
vornehmenden Einrichtung kann dann unmittelbar die Einschweißtiefe
ausgegeben werden, also die Tiefe der Schweißnaht im Werkstück,
was bei manchen Anwendungen benötigt wird. So kann nach einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung die jeweilige Mittenfrequenz bzw.
Einschweißtiefe mit einer Soll-Mittenfrequenz bzw. Soll-Einschweißtiefe
verglichen werden, um in Abhängigkeit dieses Vergleichs die Prozeßparameter
zu ändern. Ein Beispiel wäre die Änderung der Einschweißtiefe ab
einem bestimmten Ort, wo sich Dicke oder Materialeigenschaften des
Werkstücks ändern. Um der neuen Einschweißtiefe Rechnung zu tragen,
ließe sich z. B. als Prozeßparameter die Laserleistung entsprechend verändern.
Soll eine entsprechend große Änderung der Einschweißtiefe erfolgen,
so muß natürlich auch der charakteristische Frequenzbereich entsprechend
verschoben werden. Geeignete Tabellen können auf empirischem
Wege zuvor ermittelt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme
auf die einzige Figur näher beschrieben.
Durch eine Laserbearbeitungsdüse 1 wird ein von einem Laser 2 erzeugter
Laserstrahl 3 in Axialrichtung hindurchgeführt, der auf ein Werkstück 4
fokussiert ist. Die Laserbearbeitungsdüse 1 trägt an ihrer Spitze eine Sensorelektrode
5, die z. B. aus Kupfer besteht. Diese Sensorelektrode 5 kann
dabei den Laserstrahl 3 konzentrisch umgeben und ist zu diesem Zweck z. B.
ringförmig ausgebildet. Sie bildet zusammen mit dem Werkstück 4 eine
werkstückbezogene und abstandsabhängige Kapazität Cw.
Das Werkstück 4 selbst liegt auf Erdpotential über einen geeigneten Erdanschluß
6. Dagegen ist die Sensorelektrode 5 über eine Leitung 7 mit
dem Eingang einer Kapazitätsmeßeinrichtung 8 verbunden. Zwischen deren
Eingang und Erde liegt eine parasitäre Kapazität Cp.
Der Aufbau der Kapazitätsmeßeinrichtung 8 ist allgemein bekannt und
soll hier nicht im einzelnen beschrieben werden. Sie enthält z. B. eine Konstantwechselstromquelle,
die einen Effektivstrom von etwa 100 nA liefert.
Über diese Konstantwechselstromquelle wird die Leitung 7 mit einem
Wechselstrom gespeist, der eine Frequenz im Bereich von 10 kHz bis ca.
100 kHz aufweist. Entspricht der aus Werkstück 4 und Sensorelektrode 5
gebildete Meßkondensator einem idealen Plattenkondensator, so ist der
Effektivwert der an ihm abfallenden Wechselspannung direkt proportional
zum Abstand der Sensorelektrode 5 vom Werkstück 4 und umgekehrt proportional
zur werkstückbezogenen Kapazität Cw.
Eine an der werkstückbezogenen Kapazität Cw abfallende Wechselspannung
kann über einen zur Kapazitätsmeßeinrichtung 8 gehörenden
Gleichrichter gleichgerichtet und durch einen ebenfalls zur Kapazitätsmeßeinrichtung
8 gehörenden Tiefpaßfilter in eine Gleichspannung bzw.
ein Gleichsignal umgewandelt werden. Diese Gleichspannung am Ausgang
des Tiefpaßfilters gelangt zum Ausgang der Kapazitätsmeßeinrichtung
8 bzw. zu dem in der Figur dargestellten Knotenpunkt A.
Dabei wird das Gleichsignal vom Knotenpunkt A einerseits dem Eingang
einer Abstandsregelschaltung 9 zugeführt, die ihrerseits in Übereinstimmung
mit dem empfangenen Gleichsignal über einen Stellmechanismus
10 den Abstand zwischen der Laserbearbeitungsdüse 1 bzw. der Sensorelektrode
5 und dem Werkstück 4 einstellt, z. B. konstant hält. Auch diese
Abstandsregelschaltung ist allgemein bekannt und wird an dieser Stelle
nicht näher erläutert.
Andererseits wird die Gleichspannung am Ausgang der Kapazitätsmeßeinrichtung
über den Knotenpunkt A einem Bandpaßfilter 11 zugeführt. Dessen
Ausgang ist mit dem Eingang eines Schwellwertverstärkers 12 verbunden,
der mit seinem Ausgang am Eingang eines Frequenzanalysators 13
liegt. Ein Ausgang des Frequenzanalysators 13 ist mit einem Eingang eines
Mikroprozessors 14 verbunden, der einen Signalausgang 15 und einen
Steuerausgang 16 vaufweist, welcher über eine Leitung 17 mit einem Steuereingang
des Lasers 2 verbunden ist.
Die Kapazitätsmeßeinrichtung 8 muß nicht unbedingt die genannte Konstantwechselstromquelle
aufweisen. Alternativ kann in ihr das elektrische
Wechselsignal auch durch einen Schwingkreis erzeugt werden, der durch
die Meßkapazität und eine Induktivität gebildet wird. Dabei wird zur Erzeugung
des Gleichsignals, das später am Knotenpunkt A erscheint, die
Frequenz des Schwingkreises einem Frequenz-/Gleichspannungswandler
zugeführt, wobei dann das genannte Gleichsignal zur Abstandsregelung
verwendet wird. Dasselbe Gleichsignal wird andererseits zur weiteren Frequenzfilterung
dem Bandpaß 11 zugeführt, um in derselben Weise, wie zuvor
beschrieben, verarbeitet zu werden.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise der in der Figur gezeigten Schaltung
näher erläutert. Dabei wird zunächst auf die wesentlichen Kapazitätskomponenten
eingegangen.
Die parasitäre Kapazität Cp wird hauptsächlich durch Leitungskapazitäten
bestimmt, wird aber auch beeinflußt durch Kontaktelemente der Laserbearbeitungsdüse
1 und durch die Topographie in der Umgebung der
Laserbearbeitungsdüse 1, beispielsweise durch das Vorhandensein von
Spannpratzen, und dergleichen.
Dagegen bestimmt sich die werkstückbezogene Kapazität Cw durch den
Abstand h1 zwischen Werkstück 4 und Sensorelektrode 5, durch die Materialart
des Werkstücks 4 (Leiter oder Nichtleiter) und durch Substanzen,
die zwischen Werkstück 4 und Sensorelektrode 5 vorhanden sind. Hier
kann es sich um neutrale Gase (Luft oder Schutzgas), um ein Plasma
(Werkstoffdampf, Dampf von Oberflächenverunreinigungen oder Zusatzmaterial)
oder um Schmelzspritzer handeln. Die werkstückbezogene Kapazität
Cw wird also einerseits von dem genannten Abstand h1 und andererseits
durch eine resultierende Dielektrizitätszahl ε bestimmt und läßt
sich wie folgt schreiben: Cw=Cw (h1, ε, . . .).
Die resultierende Dielektrizitätszahl ε selbst ist abhängig von der Dichte
der Ladungsträger im Plasma. Diese wiederum variiert in Abhängigkeit einer
Vielzahl von Parametern, wie z. B. a) der Existenz und Stärke einer prozeßbedingten
Gasströmung, b) der Existenz, Materialart und Menge von
Zusatzwerkstoffen, c) der Art der Präparation der Fugen (Form, Breite), d)
der Existenz, Materialart und Menge von Oberflächenbelegungen des
Werkstücks, e) der Materialart des Werkstücks bzw. der Art seiner Legierungsbestandteile,
f) der auf das Werkstück und das Plasma einwirkenden
Laserleistungsdichte, und g) der Vorschubgeschwindigkeit der Laserbearbeitungsdüse
1. Außerdem hängt die Dichte der Ladungsträger im Plasma
auch von der Tiefe h2 der beim Laserschweißen entstehenden Dampfkapillare
im Werkstück 4 ab.
Die resultierende Dielektrizitätszahl läßt sich also durch den folgenden
Ausdruck ε=ε (h2, a bis g, . . .) darstellen.
Das Plasma entsteht in der Dampfkapillare, die sich beim Lasertiefschweißen
entlang der Laserstrahlrichtung innerhalb des Werkstücks 4 ausbildet.
Diese Dampfkapillare stößt das Plasma nicht kontinuierlich sondern
gepulst aus. Das Pulsfrequenzspektrum weist in der Regel eine besonders
starke Linie auf, die als charakteristische Pulsfrequenz beezeichnet wird.
Diese charakteristische Pulsfrequenz f ist von der Tiefe h2 der Einschweißung
abhängig. Die resultierende Dielektrizitätszahl ε ist daher mit der
charakteristischen Pulsfrequenz f moduliert. Dies läßt sich durch den
Ausdruck ε=ε-m(f) darstellen, wobei f=f(h2) ist.
Erfolgt nun mit Hilfe der oben beschriebenen Kapazitätsmeßeinrichtung 8
eine Kapazitätsmessung, so wird zunächst eine Spannung erhalten, die
mit den Teilkapazitäten Cw und Cp variiert. Diese Spannung läßt sich
durch den Ausdruck U=U (Cw, Cp) darstellen. Auch das schließlich am
Ausgang der Kapazitätsmeßeinrichtung 8 bzw. am Knotenpunkt A vorhandene
Gleichsignal enthält noch Wechselkomponenten, die mit Cw und Cp
variieren. Wird daher dieses Gleichsignal dem Bandpaß 11 zugeführt, so
lassen sich die genannten Wechselkomponenten herausfiltern. Der Bandpaß
11 ist so gewählt, daß der Bereich der charakteristischen Pulsfrequenz
hindurchgelassen wird. Die Fluktuationsfrequenzen der anderen
das Plasma beeinflussenden Größen (sofern diese überhaupt periodisch
variieren) liegen in der Regel außerhalb dieses Bereichs und hauptsächlich
bei tieferen Frequenzen.
Daher ist das Wechselspannungssignal am Knotenpunkt B am Ausgang
des Bandpaßfilters 11 im wesentlichen nur noch geprägt durch die resultierende
Dielektrizitätszahl ε, was durch folgenden Ausdruck UB=U(ε)
dargestellt werden kann.
Nur wenn die Schweißkapillare hinreichend ausgeprägt bzw. tief ist, gibt
es eine deutliche Modulation von e im Bereich der charakteristischen Pulsfrequenz.
Das Unterschreiten eines bestimmten, fallweise festzulegenden
Signalpegels ist somit ein Indiz für das Fehlen einer hinreichend ausgeprägten
Schweißkapillare, also für eine fehlerhafte Schweißung. Der Vergleich
des am Ausgang des Bandpaßfilters 11 erscheinenden Wechselspannungssignals
UB mit dem vorbestimmten Signalpegel erfolgt daher
mittels eines Schwellwertverstärkers 12, dessen Eingang mit dem Ausgang
des Bandpaßfilters 11 verbunden ist. Am Ausgang des Schwellwertverstärkers
12 erscheint so ein Signal UC=0, wenn keine hinreichend ausgebildete
Schweißkapillare vorhanden ist, und ein Signal UC=U(ε)-m(f)
bei hinreichend groß ausgebildeter Schweißkapillare.
Das Signal am Knotenpunkt C wird anschließend dem Frequenzanalysator
13 zugeführt. Hier handelt es sich vorzugsweise um einen parallel arbeitenden
Frequenzanalysator, der mehrere Filterbänke, oder dergleichen,
aufweisen kann. In ihm wird das anliegende Frequenzband analysiert und
es wird die Mittenfreqenz des Frequenzbereichs mit der größten Amplitude
an seinem Ausgang bzw. zum Knotenpunkt D ausgegeben. Diese Frequenz
ist in der Regel die charakteristische Pulsfrequenz f.
Aus einer zuvor für die jeweils anliegende Schweißaufgabe experimentell
ermittelten und abgespeicherten Prozeßtabelle wird der charakteristischen
Pulsfrequenz f die aktuelle Einschweißtiefe h2 On-line zugeordnet
und zur Dokumentation und ggf. zur Auslösung einer Störungswarnung
zum Signalausgang 15 ausgegeben. Für den Fall, daß die so ermittelte Einschweißtiefe
h2 mit einer im Mikroprozessor 14 gespeicherten Soll-Einschweißtiefe
verglichen wird, um bei Abweichung die Einschweißtiefe verändern
zu können, kann über den Steuerausgang 16 und die Leitung 17
ein entsprechendes Stellsignal zum Laser 2 gegeben werden, um dessen
Laserleistung zu verändern.
Gleichzeitig kann dieses Stellsignal über die Leitung 17 auch zum Bandpaßfilter
11 geliefert werden, um hier den Bandpaß in Übereinstimmung
mit der neuen Einschweißtiefe zu verändern.
Nach einer Abwandlung der Erfindung kann auf die Abstandsregelschaltung
9 auch verzichtet werden, beispielsweise dann, wenn die Laserbearbeitungsdüse
1 durch andere Mittel in konstantem Abstand zum Werkstück
4 gehalten wird, beispielsweise durch Laufrollen, usw. In diesem
Fall braucht die Kapazitätsmeßeinrichtung 8 keine Gleichrichtereinrichtung
und keinen Tiefpaßfilter (z. B. im Bereich von z. B. 100 Hz bis 3 kHz)
zu enthalten. Zur Kapazitätsmessung können generell die bekannten Verfahren
herangezogen werden, beispielsweise Trägerfrequenzverfahren,
Modulationsverfahren und Pulsladeverfahren.
Claims (8)
1. Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks (4) mittels eines Laserstrahls
(3) unter Verwendung einer zum Werkstück (4) positionierbaren
Sensorelektrode (5), an die ein elektrisches Wechselsignal angelegt wird,
um eine zwischen Sensorelektrode (5) und Werkstück (4) vorhandene Meßkapazität
durch Auswertung einer Änderung des Wechselsignals infolge
der Meßkapazität zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, daß
- - aus dem Wechselsignal durch Frequenzfilterung mindestens ein Überwachungsmeßsignal erzeugt wird;
- - dieses Überwachungsmeßsignal mit mindestens einem vorbestimmten Überwachungsmeßsignal verglichen wird; und
- - bei Übereinstimmung des Überwachungsmeßsignals mit dem vorbestimmten Überwachungsmeßsignal ein Zustandssignal generiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Frequenzfilterung
mindestens eine Bandpaßfilterung ausgeführt und der
Bandpaß sowie das vorbestimmte Überwachungsmeßsignal in Übereinstimmung
mit einem gewünschten Durchschweißungsgrad des Werkstücks
(4) gewählt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem
Überwachungsmeßsignal die Mittenfrequenz des die größte Amplitude
aufweisenden Frequenzbereichs herausgesucht und mit einer das vorbestimmte
Überwachungsmeßsignal darstellenden charakteristischen Frequenz
verglichen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Überwachungsmeßsignal mit einem vorbestimmten Signalpegel
verglichen und bei Abweichung des Überwachungsmeßsignals von
dem vorbestimmten Signalpegel ein Statussignal erzeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die genannte Mittenfrequenz beim Schweißvorgang kontinuierlich oder in
Intervallen bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweiligen
Mittenfrequenz über eine zuvor empirisch aufgenommene Frequenz/Schweißtiefen-Tabelle
eine Einschweißtiefe (h2) zugeordnet wird,
welche gespeichert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige
Mittenfrequenz bzw. Einschweißtiefe (h2) mit einer Soll-Mittenfrequenz
bzw. Soll-Einschweißtiefe verglichen wird, um in Abhängigkeit des
Vergleichs die Prozeßparameter zu ändern.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß zunächst aus dem Wechselsignal ein elektrisches Gleichsignal
generiert wird, das dem Abstand zwischen Sensorelektrode (5) und Werkstück
(4) entspricht, und daß aus dem Gleichsignal durch Frequenzfilterung
das Überwachungsmeßsignal erzeugt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4423409A DE4423409C2 (de) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4423409A DE4423409C2 (de) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4423409A1 true DE4423409A1 (de) | 1996-01-11 |
DE4423409C2 DE4423409C2 (de) | 1998-03-12 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4423409C2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19857694A1 (de) * | 1998-12-14 | 2000-06-29 | Precitec Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen der Fokuslage eines auf ein Werkstück gerichteten Laserstrahls |
CN108710056A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-10-26 | 中国科学院高能物理研究所 | 一种倒装焊工艺良率和寄生参数定量评估装置及方法 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10310293A1 (de) * | 2003-03-10 | 2004-09-23 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung zum Laserbohren |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2630795A1 (de) * | 1975-07-08 | 1977-01-27 | Atomic Energy Authority Uk | Materialabtrag von einem werkstueck durch einen laser |
DE3720249A1 (de) * | 1987-06-19 | 1988-12-29 | Jurca Marius Christian | Verfahren zum schweissen oder schneiden von werkstuecken mit hilfe eines laserstrahls |
GB2246733A (en) * | 1990-08-09 | 1992-02-12 | Cmb Foodcan Plc | Apparatus and method for monitoring laser material processing |
DE4132651C1 (en) * | 1991-10-01 | 1992-10-08 | Messer Griesheim Gmbh, 6000 Frankfurt, De | Data monitoring device for thermal workpiece machining - has transformer for amplifying voltage of AC voltage signal, inserted between AC voltage generator and workpiece |
DE4217292A1 (de) * | 1992-05-25 | 1993-12-02 | Weidmueller Interface | Kapazitives Abstandsmeßverfahren |
-
1994
- 1994-07-04 DE DE4423409A patent/DE4423409C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2630795A1 (de) * | 1975-07-08 | 1977-01-27 | Atomic Energy Authority Uk | Materialabtrag von einem werkstueck durch einen laser |
DE3720249A1 (de) * | 1987-06-19 | 1988-12-29 | Jurca Marius Christian | Verfahren zum schweissen oder schneiden von werkstuecken mit hilfe eines laserstrahls |
GB2246733A (en) * | 1990-08-09 | 1992-02-12 | Cmb Foodcan Plc | Apparatus and method for monitoring laser material processing |
DE4132651C1 (en) * | 1991-10-01 | 1992-10-08 | Messer Griesheim Gmbh, 6000 Frankfurt, De | Data monitoring device for thermal workpiece machining - has transformer for amplifying voltage of AC voltage signal, inserted between AC voltage generator and workpiece |
DE4217292A1 (de) * | 1992-05-25 | 1993-12-02 | Weidmueller Interface | Kapazitives Abstandsmeßverfahren |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19857694A1 (de) * | 1998-12-14 | 2000-06-29 | Precitec Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen der Fokuslage eines auf ein Werkstück gerichteten Laserstrahls |
DE19857694C2 (de) * | 1998-12-14 | 2001-07-19 | Precitec Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen der Fokuslage eines auf ein Werkstück gerichteten Laserstrahls |
CN108710056A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-10-26 | 中国科学院高能物理研究所 | 一种倒装焊工艺良率和寄生参数定量评估装置及方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4423409C2 (de) | 1998-03-12 |
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