KR20190032399A - 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링이 더욱 최적화되고, 제품의 품질에 영향을 줄 수 있는 프로세스 편차가 신뢰성있게 방지되는 장치를 제공하는 것이다. 놀랍게도, 증착 용접에서의 프로세스 모니터링을 위한 당업계의 기술분야에 공지된 장치는 실질적으로 최저고하된 프로세스 모니터링으로 발전될 수 있으며, 상기 장치는 사전결정된 최소값보다 검출된 표면 영역이 큰 시간 주기를 검출하기 위한 장비, 그리고 검출된 표면 영역이 사전결정된 시간 값보다 큰 시간 주기의 경우에서 증착 용접 프로세스를 자동으로 중단하기 위한 장비에 의해 보충된다.

Description

증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링 장치

본 발명은 청구범위 제 1 항의 전제부에 따른 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링을 위한 장치 및 청구범위 제 5 항의 전제부에 따른 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링 방법에 관한 것이다.

개별 레이어의 추가 제조 분야에서, 특히 3D 구조의 모든 단계 중 특히 증착 용접 제조 방법(또는 클래딩(cladding)이라고도 함)과 관련된 레이저-분말 증착 용접이 사용된다. 따라서, 국부적 열 노출에 의해서 작업물에 대해 작업물 표면의 용융이 발생하는 동시에 거의 모든 유형의 금속 재료를 동시에 도포한다. 따라서, 요즘에는 고성능 다이오드 레이저 또는 섬유 레이저가 주로 열원으로서 사용된다.

원하는 품질 및 표면 특징을 얻기 위해서, 연속 프로세스 모니터링이 필요하다. 용융이 일어나는 지점을 광학적으로 향하는 카메라 시스템을 사용하여, 모니터링될 영역의 이미지가 생성될 수 있다. 따라서, 일반적으로 온도 값과 온도 강도는 용융이 발생하는 지점에서 생성되며, 이는 나중에 프로세스 모니터링 및 제어에 사용될 수 있다.

열을 가함으로써 작업물 표면의 표면 처리를 수행하는 장치는 DE 10 2007 032 190 A1으로부터 알려졌다. 이로써, 프로세싱의 유효 범위가 이미지 신호로 변환된 다음, 열의 유효 범위의 상태에 따라 작업물의 표면 상의 가열 효과를 제어하기 위해 제어 신호로 프로세싱된다. 제어 신호는 하나 또는 복수의 액추에이터의 작동이 가열 효과를 변화시키도록 한다. 이에 따라, 이미지 신호의 프로세싱을 위해, 더 높은 열을 갖는 열 영역과 더 낮은 열을 갖는 열 영역으로 분할되는 그레이-섀이드 구배에 기초하여 이미지가 나타나는 픽셀-바이-픽셀 분석이 사용된다. 프로세스의 진행 및 품질 평가는 이에 따라 두 개의 열 영역의 영역 크기를 서로 픽셀 단위로 비교한 것에 기초하여 이루어진다.

DE 10 2004 051 876 A1에서, 레이저 프로세싱 방법을 위해 국부적으로 분해된 온도 측정을 위한 장치가 공지되었다. 이에 따라, 국부적으로 분해된 방식으로 측정하는 광 검출기 상에서 작업물의 명시가능한 프로세싱 영역이 나타내어질 수 있다. 또한, 광학 필터는 프로세싱 영역과 광 검출기 사이의 빔 경로 내에 배치되어, 하나 또는 복수의 레이저 프로세싱 빔(들)의 전자기 방사를 차단한다. 검출기의 캡쳐된 이미지는 특히 프로세싱 영역의 온도 분포를 결정하는데 사용될 수 있다. 캡쳐된 이미지의 평가를 위해, 오직 지정된 최대 온도 값을 초과하는 영역의 형태 및 위치만이 고려된다.

US 2008/0296270 A1은 온도가 고온계에 의해 모니터링되고 용융된 풀의 형태가 카메라에 의해 모니터링되는 증착 용접 프로세스의 실시간 제어 시스템을 개시한다.

US 6,423,926 B1로부터, 노즐의 온도가 프로세스 헤드 내에 배치된 열 소자에 의해 레이저 증착 용접 방법 동안 모니터링되는 방법이 공지되어 있다.

US 6,940,037 B1은 클래딩 포인트 및 기하학적 인자의 결정에 기초하여 용접 파라미터가 조정되는 증착 용접 프로세스를 위한 제어 시스템을 개시한다.

EP 1 600 247 A2는 레이저 빔 기계의 노즐을 모니터링하기 위한 장치를 도시하고, 이 장치는 모니터링을 위해 프로세스 헤드와 분리되어 배치되며 노즐의 광학적 모니터링을 위해 CCD 카메라를 사용한다.

US 2004/0133298 A1에서, 레이저 증착 용접 방법이 증착된 재료의 거칠기, 클래딩 치수 및 경화 속도를 광학적으로 검출함으로써 클래딩 프로세스를 제어하는 장치가 공지되어 있다.

본 발명의 목적은 증착 용접 방법에서 프로세스 모니터링이 더욱 최적화되고, 제품의 품질에 영향을 줄 수 있는 프로세스 편차가 신뢰성있게 방지되는 장치를 제공하는 것이다.

이 과제는 청구범위 제 1 항에 따른 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링을 위한 장치 및 청구범위 제 5 항에 따른 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 실시예 및 추가 실시예는 종속 청구항에 언급된 특징들에 의해 획득될 수 있다.

본 발명에 따른 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링을 위한 장치는 레이저 빔의 빔 경로 내에 광학적으로 통합되는 광 검출기를 포함하고, 레이저 빔은 증착될 재료를 용융시키도록 유도되는 방식으로 레이저 빔 소스에 의해 방출되고, 광학 시스템을 통해서 작업물 상에 안내되며, 그에 따라 프로세싱될 작업물의 표면 상으로 초점이 맞춰지며, 광학 시스템은 작업물의 온도 및 노즐의 기하학적 구조에 따라 레이저 빔에 반대 방향으로 광 검출기를 향해 검출기 신호를 전송하도록 설정되며, 이것은 광 검출기에 의해 캡쳐되어 전기 검출기 신호로 변환되고, 이 장치는 전기 검출기 신호를 광 검출기에 의해 캡쳐된 검출기 신호의 온도-의존적 강도 분포를 재생하는 이미지로 변환하는 변환 유닛을 포함하고, 이미지를 더 프로세싱하도록 설정된 평가 유닛을 포함하며, 여기에서 평가 유닛은 이러한 목적을 위해: 이미지의 모니터링 영역을 결정하기 위한 장비, 강도가 지정된 최소값을 초과하는 모니터링 영역의 표면 영역의 반복적인 검출을 위한 장치, 검출된 표면 영역이 지정된 최소값보다 큰 시간 주기를 검출하기 위한 장치, 및 검출된 표면 영역의 시간 주기가 지정된 시간 값보다 큰 경우 증착 용접 프로세스를 중단시키기 위한 장치를 더 포함한다.

놀랍게도, 위에서 기술되고 당업계에 공지된 증착 용접에서의 프로세스 모니터링을 위한 장치는 실질적으로 최적화된 프로세스 모니터링으로 발전될 수 있으며, 상기 장치는 검출된 표면 영역이 사전결정된 최소 값보다 큰 시간 주기를 검출하기 위한 장비 및 검출된 표면 영역의 시간 주기가 사전결정된 시간 값보다 큰 경우에 자동으로 증착 용접 프로세스를 중단시키기 위한 장비에 의해 보충된다.

이것은 본 발명자들이 이러한 방식으로 장치가 생성될 수 있음을 인식하여, 증착 용접 프로세스로부터의 노즐 점착성 물질 잔류물을 발생하는 동안 이를 신뢰성 있고 시기적절한 방식으로 검출할 수 있게 하는 환경에 기초한다.

이러한 점착성 물질 잔류물은, 증착 용접 프로세스 중에 분말의 공급을 위한 노즐의 배출 개구에서 분말이 이미 용융되기 시작하여 시간이 지남에 따라 레이저 빔의 통과 개구 방향으로 퍼지고 이것을 제한하거나 감싸진 기포가 작업물 내에서 자유로워지며, 이를 통해 작업물 상에서 용융된 재료가 떨어져 나가고 이것이 레이저 빔의 통과 개구 가장자리에 달라붙는 경우에 발생한다. 이러한 점착성 물질 잔류물의 문제점은, 레이저 빔의 통로 내로 돌출하는 동안, 이것이 레이저 빔의 제한(계획된 것보다 적은 에너지가 작업물에 적용됨을 의미), 또는 노즐의 초과 가열을 발생시킬 수 있는 노줄 내의 레이저 빔의 반사를 초래한다는 점이다. 또한, 점착성 물질 잔류물은 노즐의 분말형 재료의 배출 개구에서 형성될 수 있고 분말형 재료의 포커싱에 크게 영향을 미친다.

가능한 한 빨리 분말 콘의 포커싱에서 발생할 수 있는 가능한 결함을 검출하기 위해서, 일정한 프로세스 모니터링이 필요한다. 이것은 용융된 재료의 점착성 물질 잔류물과 관련하여 아무리 작은 변화라도 적시에 검출할 수 있게 하며, 이는 제품의 품질을 크게 안정시킨다.

따라서 본 발명은 이러한 점착성 물질 잔류물을 신뢰성있게 검출할 수 있는 장치를 생성하며 또한 노즐 개구에서 연속적인 점착성 물질의 오염이 검출되는 경우에 프로세스가 자동으로 종료되도록 보장한다.

본 발명에 따른 장치는 모니터링 영역이 노즐 개구(노즐 에지)의 내부 원주를 따르는 환형 에지 영역인 방식으로 바람직하게 개발될 수 있으며, 이것은 노즐 에지 상에 전형적으로 형성될 수 있는 점착성 물질 잔류물의 검출에 있어서 특히 유리하다.

이것에 의해, 노즐의 에지 상에 형성될 수 있는 노즐 점착성 물질 잔류물이 장치에 의해 신뢰성있게 검출될 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 바람직하게는 검출된 표면 영역의 시간 주기가 지정된 시간 값보다 큰 경우 자동으로 증착 용접 프로세스를 중단하도록 장비가 증착 용접 프로세스를 중단시키도록 설정되는 방식으로 추가로 개발될 수 있다.

자동화된 프로세스에 의해서 모니터링 영역의 변화에 대해 신속한 대응이 가능하며, 필요한 경우 점착성 물질 잔류물의 광학적 검출이 이전에 결정된 한계 값을 초과하면 프로세스가 제시간에 중단될 수 있다. 이것은 프로세스 시퀀스의 신뢰성을 향상시킨다.

본 발명에 따른 장치는 또한 증착될 재료가 노즐을 통해 안내되어 프로세싱될 작업물의 표면상에 초점을 맞추는 방식으로 바람직하게 추가로 발전될 수 있다.

이것에 의해, 작업물 상에 증착되어야 하는 재료는 이미 용융된 작업물의 베이스 재료에 접속하는 선택적인 방식으로 레이저 빔의 초점 내로 안내될 수 있다. 또한, 이러한 집중된 공급은 분말형 재료의 포커싱 증가에 의해 점점 더 작은 구조가 생성될 수 있기 때문에 바람직하다.

본 발명에 따른 장치는 바람직하게는 레이저 빔이 노즐의 중간 영역을 통해 프로세싱될 작업물의 표면 상으로 안내되도록 추가로 바람직하게 전개될 수 있다.

이러한 다른 실시예의 이점은 레이저 빔이 증착될 분말 재료의 공급원으로부터 형성되는 원추 내에 있고, 그에 의해 재료 원추와 레이저 빔이 서로 가깝게 위치할 수 있다는 것이다. 이는 작업물 위로 이동되어 재료를 위에 증착하는 프로세스 헤드가 상대적으로 작을 수 있다는 이점을 가지며, 이는 도달하기 어려운 영역에서 구조를 생성하는 데에 특히 유리하다.

본 발명에 따른 장치는 모니터링 영역의 최소 크기가 20%, 바람직하게는 적어도 30%, 특히 바람직하게는 적어도 40%가 되도록, 그러나 모니터링 영역으로 구성된 전체 영역에 대해 최대 70%이도록 장치가 설정되는 방식으로 바람직하게 설계될 수 있다.

또한, 장치는 모니터링 영역의 범위에 대해 시간 주기의 검출에 대해 지정된 최소값이 10%, 바람직하게는 15%, 특히 바람직하게는 20%인 방식으로 특히 바람직하게 설정된다.

이것에 의해, 노즐의 서로 다른 기하학적 구조가 고려될 수 있고 장치는 각각의 프로세스 파라미터 및 필요조건(용접 품질 등)에 관련하여 증착 용접에 적응될 수 있다.

본 발명은 또한 광학적 전체 시스템의 사용하의 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링을 위한 본 발명에 따른 방법을 포함하며, 이 시스템은 레이저 빔의 빔 경로 내에 통합되는 광 검출기, 그리고 증착될 재료를 용융시키도록 유도되는 방식으로 레이저 빔 소스로부터 레이저 빔을 방출하고 이를 광학 시스템을 통해 작업물 상에 안내하며 그에 따라 프로세싱될 작업물의 표면 상에 초점을 맞추게 하는 레이저 빔 소스를 가지고, 광학 시스템은 작업물의 온도 및 노즐의 기하학적 구조에 따라 레이저 빔에 반대 방향으로 광 검출기를 향해 검출기 신호 - 이 검출기 신호는 광 검출기에 의해 캡쳐되어 전기 디코더 신호로 변환됨 - 를 전송하도록 설정되고, 이 시스템은 전기 검출기 신호를 상기 광 검출기에 의해 캡쳐된 검출기 신호의 온도-의존적 강도 분포를 재생하는 이미지로 변환하는 변환 유닛을 가지며, 이 방법은: 이미지의 모니터링 영역을 결정하는 단계, 강도가 지정된 최소값을 초과하는 모니터링 영역의 표면 영역의 검출을 반복하는 단계, 검출된 표면 영역이 지정된 최소값보다 큰 시간 주기를 검출하는 단계, 및 검출된 표면 영역의 시간 주기가 지정된 시간 값보다 큰 경우에 증착 용접 프로세스를 중단하는 단계를 포함한다.

본 발명은 처리 영역의 강도의 캡쳐된 이미지를 적어도 하나의 영역이 노즐 점착성 물질 잔류물의 모니터링에 적합하도록 복수의 영역으로 분할하고 영역 크기, 강도 및 영역 크기가 존재하는 시간에 대해 이전에 결정된 한계 값을 모니터링한다. 이러한 제한 값이 소정의 순서에서 초과되면 프로세스가 중단된다.

본 발명에 따른 방법은 모니터링 영역이 점착성 물질 잔류물의 검출을 위한 프로세스 영역(노즐 에지) 둘레의 환형 에지 영역으로서 결정되는 방식으로 바람직하게 더 발전될 수 있다.

이로써, 노즐의 가장자리 상에 형성될 수 있는 노즐의 점착성 물질 잔류물이 이 방법에 의해 신뢰성있게 검출될 수 있음이 보장될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 시간 주기가 바람직하게는 1초, 3초이거나, 또는 특히 바람직하게는 5초인 방식으로 더 전개될 수 있다.

이로써, 프로세스 모니터링은 모니터링 영역 내의 변화에 반응할 수 있는 충분한 시간이 주어질 수 있다. 따라서 모니터링 지역의 이미지가 변경된 경우 변경 사항을 즉시 처리해야 하기 때문에, 프로세스가 신속하게 중단되는 방식으로 시간을 선택하는 것이 매우 중요하다. 결과적으로, 이것은 노즐 가장자리 상에 점착성 물질 잔여물을 필수적으로 나타내지는 않을 것이며 프로세스는 계속될 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 모니터링 영역의 최소 크기가 적어도 20%, 바람직하게는 적어도 30%, 특히 바람직하게는 적어도 40%가 되도록, 그러나 모니터링 영역과 프로세스 영역으로 구성된 전체 영역에 대해 최대 70%이도록 장치가 설정되는 방식으로 바람직하게 추가로 전개될 수 있다.

이로 인해서, 이미지 프로세싱에 중요한 다른 인자들(예로서, 이미지 크기, 픽셀 수 등)과 같이, 노즐 개구의 서로 다른 형태 및 지름이 고려될 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 시간 주기의 검출을 위한 지정된 최소값이 모니터링 영역의 최소 범위에 대해 최대 10%, 바람직하게는 최대 15%, 특히 바람직하게는 최대 20%인 방식으로 바람직하게 추가로 전개될 수 있다.

이것에 의해, 본 발명은 서로 다른 노즐/노즐 기하학적 구조에 적용될 수 있으며 또한 본 발명은 각각의 프로세스 파라미터 및 필요조건(용접 품질 등)에 관련하여 증착 용접에 적응될 수 있다.

이제 본 발명이 예시적인 실시예에 기초하여 더욱 상세히 설명된다. 도면은 다음을 도시한다:
도 1은 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링을 위한 본 발명에 따른 장치의 도면,
도 1a는 도 1에 따른 증착 용접 방법에 대한 프로세스 모니터링을 위한 본 발명에 따른 장치의 평가 유닛의 상세도,
도 1b는 도 1에 따른 증착 용접 방법에 대한 프로세스 모니터링을 위한 본 발명에 따른 장치의 빔 경로를 도시한 도면,
도 2는 레이저 빔이 통과하고 도포될 재료가 공급되는 노즐의 단면도,
도 3은 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링을 위한 본 발명에 따른 방법의 도면,
도 4는 본 발명에 따른 결정된 모니터링 영역(좌측)을 갖는 증착 용접 프로세스의 검출된 이미지 및 추가로 인식가능한 노즐에 대한 점착성 물질 잔류물의 검출된 이미지(우측)이다.

도 1은 레이저 빔(21)의 빔 경로에 광학적으로 통합된 광학 검출기(10)를 갖는 증착 용접 방법에서 프로세스 모니터링을 위한 장치(100)의 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다. 바람직하게, 이것은 빔 스플리터 큐브 또는 반투과성 거울로 설계된, 도 1b에서 볼 수 있는 바와 같은 빔 스플리터(beam splitter)를 통해 발생한다. 이러한 배치에 의해, 레이저 빔(21)은 레이저 빔(21)에 대향하는 방향으로 광 검출기(10)에 대해서 프로세싱될 표면(51)에 의해 설정되는 검출기 신호(11)와 중첩되고, 이러한 레이저 빔(21)은 레이저 빔 소스(20)로부터 작업물(50)로 안내되며 이것에 의해 증착될 재료가 용융될 수 있다. 그러나 레이저 빔과 검출기 신호가 중첩될 수 있는 다른 실시예도 가능하다.

적외선 파장을 검출할 수 있는 검출기(10)로서 광 센서 칩이 사용된다. 이들은 온도-의존적인 강도를 갖는 이미지(61)의 생성을 위한 기초를 형성한다. 이를 위해, 원칙적으로 CCD 또는 CMOS 센서가 장착된 카메라가 사용된다. 이들은 캡쳐된 검출기 신호(11)를 전기 검출기 신호(12)로 변환하고, 이는 평가 유닛(60)으로 전송된다.

변환 유닛(70) 자체에서, 전기 검출기 신호(12)는 온도-의존 강도를 갖는 이미지(61)로 변환될 수 있고 추가 프로세싱을 위해 평가 유닛(60)의 통합 장비(60a, 60b, 60c, 60d)로 전송된다.

이러한 이미지(61)는 개략적으로 도 4에서 특히 잘 인식될 수 있는 3개의 대략적으로 나누어질 수 있다.

첫 번째 영역은 프로세스 영역이다. 여기서, 레이저 빔(21)이 작업물(50)의 표면(51)에 부딪혀 특히 높은 열 적용이 발생하기 때문에, 이미지(61)에서 특히 높은 강도(고온)가 예상될 수 있다. 이 영역은 도 4에서 가장 안쪽 영역으로 인식될 수 있다. 이것은 노즐의 점착성 물질 잔류물에 대한 모니터링의 평가에는 사용되지 않는다.

두 번째 영역은 이후에 더욱 자세하게 설명되는 바와 같이 장비(60a)에 의해 결정되며, 노즐 점착성 물질 잔류물의 모니터링과 관련하여 이후의 평가를 위해 사용되는 모니터링 영역이다. 이 영역은 도 4의 예시적인 실시예에서 선택된 바와 같이 환형으로 프로세스 영역의 외부 가장자리 상에서 연장한다. 다시 말하면, 이는 프로세스 영역이 노즐 개구와 나란히 놓일 수 있음을 의미하고, 따라서 모니터링 영역은 노즐 개구의 에지를 따라 연장한다. 자연적으로 레이저 빔(21)에 의해 작업물(50)에 입력되는 열은 특히 열 전도로 인해서 재료 내로 퍼져나가기 때문에, 원칙적으로 평균 강도(평균 온도 값)만이 예상된다.

세 번째 영역은 중립 영역이다. 이 영역은 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 영역을 제외한 모든 것을 포함한다. 여기에서, 예를 들어 노즐 내부 표면의 반사로부터 발생하는 약간의 인공물을 제외하고, 비교적 낮은 강도(저온)가 예상된다. 제 1 모니터링 영역과 마찬가지로 이 영역은 노즐의 점착성 물질 잔류물에 대한 모니터링에서 제외된다.

도 1a는 본 발명에 따른 평가 유닛의 상세도를 도시하며, 이것의 장비는 아래의 실시예에 기초하여 보다 상세하게 설명되어야 한다.

도 1a의 장비(60a)는 노즐 점착성 물질 잔류물 이후의 모니터링에 대한 추가 평가와 관련된 모니터링 영역(61a)을 결정한다. 따라서, 모니터링 영역은 자유 형태 또는 원형 고리 또는 직사각형 고리와 같은 기하학적으로 알려진 형태를 취할 수 있다. 이로써, 몰드의 크기(예를 들어 지름, 길이 연장 등)가 달라질 수 있다. 이것은 사용된 노즐(30)의 각각의 파라미터 및 기하학적 구조에 의존하며, 이는 이후에 더욱 상세하게 설명될 것이다. 모니터링 영역(61a)의 최소 범위의 크기는 또한 모니터링 영역(61a)과 프로세스 영역으로 구성된 전체 영역에 대해서도 기술될 수 있다. 이에 따라, 전체 영역의 최소 범위에 대해 적어도 20%의 모니터링 영역(61a)의 최소 범위에 대한 값이 적절한 것으로 나타났다.

도 1a의 장비(60b)는 모니터링 영역(61a)의 표면 영역(61b)의 반복적인 검출을 위해 사용된다. 이로써, 표면 영역(61b)은 강도가 지정된 최소값(62)을 초과하는 곳에서 검출된다. 검출 자체는 광학 센서 칩(10)의 특성으로 인해 픽셀 단위로 발생하며, 검출 이후에 평가되는 표면 영역(61b)의 크기를 포함한다.

도 1a의 장비(60c)는 장치(60b)에 의해 검출된 표면 영역(61b)이 지정된 최소값(63)보다 큰 시간 주기(61c)를 검출하도록 사용된다. 이것은 강도 및 영역 크기를 검출하는 것에 더하여 강도 한계(지정된 최소값)(62)를 초과하는 경우에, 영역 크기의 한계(63)가 초과되었다면, 강도 한계(지정된 최소값)(62)에 추가로 검출된 표면 영역(61b)이 존재하는 시간이 발생함을 의미한다. 이것은 이미지(61)를 모니터링하기 위한 제 3 기준이다. 한계 값(63)의 결정은 또한 모니터링 영역(61a)의 최소 범위에 대해서도 발생할 수 있다. 이에 따라, 모니터링 영역(61a)의 최소 범위에 대해 최대 10%의 값이 적절한 것으로 나타났다.

도 1a의 장비(60d)는 검출된 표면 영역(61b)의 시간 주기(61c)가 지정된 시간 값(64)보다 클 때 증착 용접 프로세스를 중단시키는 역할을 한다. 이미지(61)를 모니터링하는 경우에 제 3 기준도 초과하면, 검출된 영역(61b)의 경우에는 노즐(30)의 가장자리 상의 용융 물질 상에 더 큰 접착성 물질 잔류물과 관련된 위험이 크다.

증착 용접 방법에 대한 프로세스 모니터링을 위한 장치(100)의 다른 바람직한 실시예가 도 2에 도시되었다. 여기서, 도포될 재료(31)는 프로세싱될 작업물(50)의 표면(51)에 초점을 맞추는 노즐(30)을 통해 안내된다. 이것에 의해, 증착될 재료(31)의 초점과 레이저 빔(21)의 초점이 함께 맞춰질 수 있으며, 이는 공급되는 재료(31)의 특히 효율적인 프로세싱을 발생시킨다. 이것에 의해, 클래딩 중에 보다 미세한 구조가 생성될 수 있다.

또한 도 2에 도시된 바와 같이, 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링을 위한 장치(100)가 처리될 작업물(50)의 표면(51) 상으로 노즐(30)의 중간 영역을 통해 가이드되는 레이저 빔(21)에 의해서 추가로 바람직하게 발전될 수 있다. 이를 통해 프로세스 헤드의 매우 컴팩트한 구조가 가능하며, 도달하기 어려운 작업물(50)의 영역의 경우 이점이 있다.

도 3에는 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링을 위한 본 발명에 따른 방법의 예시적인 실시예의 도면이 도시되었다. 따라서, 특히 평가 유닛(60)의 방법 단계들이 도시된다.

단계(S60a)에서, 이미지(61)의 모니터링 영역(61a)이 결정된다. 이 모니터링 영역은 평가를 위한 관련 범위로 이미지를 제한한다. 따라서, 모니터링 영역(61a)과 프로세스 영역으로 구성되는 전체 영역의 최소 범위에 대해 적어도 20%의 모니터링 영역(61a)의 최소 범위에 대한 값이 적절힌 것으로 나타난다.

단계(S60b)에서, 모니터링 영역(61a)의 표면 영역(61b)이 다시 검출되고, 여기서 강도는 지정된 최소값(62)을 초과한다. 평가와 관련된 모니터링 영역에서, 이들은 이전에 결정된 강도 한계를 초과하는 영역들이 검색되고 검출되며 이들의 픽셀 단위의 영역 크기 검출이 시작된다.

단계(S60c)에서, 검출된 표면 영역(61b)이 사전결정된 한계 값(63)보다 큰 시간 주기가 검출된다. 이제, 픽셀 단위로 영역 크기를 검출하는 경우, 동일하고 누적될 수 있는 영역이 사전에 정의된 픽셀 한계 값(63)을 초과하는지가 관찰된다. 대안으로서, 한계 값(63)의 결정은 모니터링 영역의 최소 범위에 대해서도 발생할 수 있다. 만약 그러하다면, 이러한 영역이 존재하는 시간이 검출되고 다음 단계가 시작된다(S60d).

단계(S60d)는 검출된 표면 영역(61b)의 시간 주기가 지정된 시간 값(64)보다 큰 경우 증착 용접 프로세스를 중단한다. 만약 영역의 검출된 시간이강도 한계(지정된 최소값)(62) 및 영역 크기의 한계(63)를 초과하하면, 한계 시간(64)도 또한 초과한다. 노즐(30)의 가장자리에 대한 용융된 재료의 더욱 큰 점착성 물질 잔여물이 예상되어야만 하기 때문에 증착 용접 프로세스가 중단된다.

따라서, 제한 시간(64)의 선택을 위해, 바람직하게는 1초 또는 3초의 시간 주기가 선택될 수 있다. 또한 확률론적 테스트에서, 부분적으로 프로세스의 시간 주기가 너무 짧은 경우 설령 프로세스가 노즐 점착성 물질 잔여물이 증착 용접 프로세스에 더 이상 영향을 갖지 않는 방식으로 막 변경되었다고 해도 프로세스가 중단되기 때문에, 5초의 시간 주기는 특히 적절한 것으로 나타났다.

검출된 표면 영역(61b)의 크기의 한계(63)를 결정하기 위해, 이미지 프로세싱에 결정적인 이미지 스케일 및 다른 요인뿐만 아니라 노즐의 기하학적 구조에 따라, 모니터링 영역(61a)의 최소 범위에 대해 적어도 10% 모니터링 영역이 적절한 것으로 나타났다. 이로써, 노즐의 서로 다른 특성들이 처리될 수 있고, 예를 들어 용접 품질의 필요조건이 고려될 수 있다.

Claims (7)

1. 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링을 위한 장치(100)로서,
   레이저 빔(21)의 빔 경로에 광학적으로 통합되는 광 검출기(10) - 상기 레이저 빔(21)은 증착될 재료(31)를 용융시키도록 유도되는 방식으로 레이저 빔 소스(20)로부터 방출되고, 광학 시스템(40)을 통해서 작업물(50) 상에 안내되고, 그에 따라 프로세싱될 작업물(50)의 표면(51) 상으로 초점이 맞춰지며, 광학 시스템(40)은 작업물의 온도 및 노즐의 기하학적 구조에 따라 레이저 빔(21)에 반대 방향으로 광 검출기(10)를 향해 검출기 신호(11)를 전송하도록 설정되며, 이것은 광 검출기(10)에 의해 캡쳐되어 전기 디코더 신호(12)로 변환됨 - ,
   검출기의 전기 신호(12)를 상기 광 검출기(10)에 의해 캡쳐된 검출기 신호(11)의 온도-의존적 강도 분포를 재생하는 이미지(61)로 변환하는 변환 유닛(70), 및
   상기 이미지(61)를 더 프로세싱하도록 설정된 평가 유닛(60)을 포함하고,
   상기 평가 유닛(60)은 이러한 목적을 위해:
   상기 이미지(61)의 모니터링 영역(61a)을 결정하기 위한 장비(60a),
   강도가 지정된 최소값(62)을 초과하는 모니터링 영역(61a)의 표면 영역(61b)의 반복적인 검출을 위한 장비(60b)를 더 포함하며,
   검출된 표면 영역(61b)이 지정된 최소값(63)보다 큰 시간 주기(61c)를 검출하기 위한 장비(60c), 및
   검출된 표면 영역(61b)의 시간 주기(61c)가 지정된 시간 값(64)보다 큰 경우 증착 용접 프로세스를 중단시키기 위한 장비(60d)에 의해 특징지어지는, 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   증착 용접 프로세스를 중단시키기 위한 장비(60d)는, 검출된 표면 영역(61b)의 시간 주기(61c)가 지정된 시간 값(64)보다 큰 경우 증착 용접 프로세스를 자동화된 방식으로 중단시키도록 설정되는, 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링을 위한 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 장치는 프로세싱될 작업물(50)의 표면(51)에 초점을 맞추는 노즐(30)을 통해 증착될 재료(31)을 안내하도록 설정되는, 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링을 위한 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 장치는 노즐(30)의 중간 영역을 통해 프로세싱될 작업물(50)의 표면(51)으로 레이저 빔(21)을 안내하도록 설정되는, 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링을 위한 장치.
5. 광학적 전체 시스템의 사용하의 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링을 위한 방법(S100)으로서,
   상기 시스템은 레이저 빔(21)의 빔 경로 내에 광학적으로 통합되는 광 검출기(10), 그리고 증착될 재료(31)를 용융시키도록 유도되는 방식으로 레이저 빔 소스(20)로부터 레이저 빔(21)을 방출하고 이를 광학 시스템(40)을 통해 작업물(50) 상에 안내하며 그에 따라 프로세싱될 작업물(50)의 표면(51) 상에 초점을 맞추게 하는 레이저 빔 소스(20)를 가지고, 광학 시스템(40)은 작업물의 온도 및 노즐의 기하학적 구조에 따라 레이저 빔(21)에 반대 방향으로 광 검출기(10)를 향해 검출기 신호(11) - 상기 검출기 신호는 광 검출기(10)에 의해 캡쳐되어 전기 디코더 신호(12)로 변환됨 - 를 전송하도록 설정되며,
   상기 시스템은 전기 검출기 신호(12)를 상기 광 검출기(10)에 의해 캡쳐된 검출기 신호(11)의 온도-의존적 강도 분포를 재생하는 이미지(61)로 변환하는 변환 유닛(70)을 가지며,
   상기 방법은:
   이미지(61)의 모니터링 영역(61a)을 결정하는 단계(S60a),
   강도가 지정된 최소값(62)을 초과하는 모니터링 영역(61a)의 표면 영역(61b)의 검출을 반복하는 단계(S60b)를 포함하고,
   검출된 표면 영역(61b)이 지정된 최소값(63)보다 큰 시간 주기(61c)를 검출하는 단계(S60c), 및
   검출된 표면 영역(61b)의 시간 주기(61c)가 지정된 시간 값(64)보다 큰 경우에 증착 용접 프로세스를 중단하는 단계(S60d)에 의해 특징지어지는, 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링을 위한 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   모니터링 영역(61a)의 최소 크기는 상기 모니터링 영역(61a)과 프로세스 영역으로 구성되는 노즐 기하학적 구성에 의해 사전결정된 전체 영역에 대해 적어도 20%가 되도록 결정되는, 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링을 위한 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   시간 주기(61c)의 검출(S60c)을 위해 검출된 표면 영역(61b)의 지정된 최소값(63)이 상기 모니터링 영역(61a)의 크기에 대해 10%인, 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링을 위한 방법.

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