Lehrstuhl für Fertigungstechnologie, Universität Erlangen-Nürnberg

Entwurf hochdynamischer Sensor- und Regelsysteme für die adaptive Laserbearbeitung



Datum: 15.12.2003


Autor


Berichterstatter

  • Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. mult. Dr.h.c. M. Geiger
  • Prof. Dr.-Ing. R. Lerch

Intelligente Strahlwerkzeuge befreien ihre Anwender von den Aufgaben einer präzisen Prozessplanung und der Kenntnis des Prozessfensters der jeweiligen Applikation. Durch Regelung verhindern sie unzulässige Prozessschwankungen und eine oft fehlerhafte Prozessführung mit statischen, a priori festgelegten Aktuatorstellungen. Um Laser mit den attraktiven Eigenschaften eines intelligenten Strahlwerkzeugs auszurüsten, bedarf es einer automatisiert ablaufenden, zeitlich wie örtlich geführten Energiedeposition. Diese Arbeit zeigt den Weg dorthin auf. Sie widmet sich anschließend den resultierenden wesentlichen Fragestellungen der sensorischen Erfassung und aktuatorischen Beeinflussung der am Bearbeitungsobjekt applizierten Energiedichte. Da Einfluss oder Wirkung der Aktuatoren je nach Prozesszustand und begleitenden Störgrößen rapide variieren können, wird eine Numerik für die sensorische Erfassung einer unbekannten schwankenden Streckendynamik entwickelt. Ein Beispiel erläutert die regelungstechnische Nutzung der (Echtzeit)Numerik. Mit ihr gelingt es, mehrere schnell konvergierende adaptive Regelkreise auf kostengünstiger PC-Hardware parallel im Multi-kHz-Bereich zu betreiben. Dabei kommt der axialen Abstandsmessung bei der Erfassung der Energiedichte eine Schlüsselrolle zu. Mehrere neue Verfahren mit attraktiven Eigenschaften werden hierzu vorgestellt. Um Relevanz für den industriellen Einsatz zu erzielen, wurden alle Verfahren unter die Prämisse Robustheit und niedrige Systemkomplexität gestellt.