Lehrstuhl für Fertigungstechnologie, Universität Erlangen-Nürnberg

Prozesskontrolle und -steuerung beim Laserstrahlschweißen mit den Methoden der nichtlinearen Dynamik



Datum: 22.02.2002


Autor


Berichterstatter

  • Prof. Dr.-Ing. M. Geiger
  • Prof. Dr.-Ing. B. Scholz-Reiter, TU Cottbus

Prozesskontrollen und -steuerungen können beim Laserstrahlschweißen eine effiziente Qualifizierung neuer Schweißapplikationen nachhaltig unterstützen. Die Entwicklung entsprechender systemtechnischer Komponenten wird derzeit durch ein unzureichendes Verständnis für die dynamischen Wechselwirkungen einzelner physikalischer Teilsysteme, die beim Laserstrahlschweißen miteinander interagieren, erschwert. Im Rahmen der Arbeit werden diese Wechselwirkungen auf Basis eines stationären Prozessmodells erläutert. Ergänzend wird in Grundlagenexperimenten der Einfluss fundamentaler Prozessparameter auf die Schweißdynamik analysiert. Prozesssignalanalysen zeigen unter anderem, dass das Laserstrahltiefschweißen durch eine hohe dynamische Prozesskomplexität gekennzeichnet ist, wodurch die Ausbildung von Prozessporen begünstigt wird. Zur Stabilisierung des Schweißprozesses wird daher das aus der nichtlinearen Dynamik bekannte Steuerungsverfahren der resonanten Stimulation für das Laserstrahlschweißen qualifiziert. Hierzu wird eine systematische Methodik entwickelt, die eine gezielte Auswahl von Steuerungsparametern zur Optimierung des Bearbeitungsergebnisses ermöglicht. Die experimentellen Untersuchungen zeigen aber auch, dass durch dieses Steuerungsverfahren Resonanzkatastrophen induziert werden können, die das Bearbeitungsergebnis negativ beeinflussen. Zur Vermeidung derartiger Phänomene wird die resonanten Stimulation zur frequenzmodulierten resonanten Stimulation weiterentwickelt, wodurch eine weitere Steigerung der Bearbeitungsqualität erzielt wird.