Lehrstuhl für Fertigungstechnologie, Universität Erlangen-Nürnberg

Regelung der Fokuslage beim Schweißen mit CO2-Hochleistungslasern unter Einsatz von adaptiven Optiken



Datum: 09.12.1997


Autor


Berichterstatter

  • Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. M. Geiger
  • Prof. Dr. rer. nat. J. Christiansen, Erlangen

Das Ziel der Arbeit war die Entwicklung eines Regelungssystems zur prozeßoptimierten Nachführung der Fokuslage beim Laserstrahlschweißen und der Nachweis der Funktionsfähigkeit an einer kommerziellen Laseranlage. Mit der eingesetzten optomechanischen Komponente, der adaptiven Optik, konnten erstmals hochdynamische Veränderungen der Fokuslage axial zur Werkstückoberfläche bewirkt, die Korrelation mit dem Plasmasignal hergestellt und eine innovative Regelstrategie abgeleitet werden. Für das Regelkonzept wird das laserinduzierte Plasma mit einer Plasmadiagnostik erfaßt, als Meßgröße verwendet und in einem digitalen Signal-Prozessor-System verarbeitet, um die Regelgröße "Fokuslage" zur Ansteuerung des Stellglieds zu berechnen. Die starken Plasmafluktuationen und der komplexe Einfluß der Prozeßparameter auf das Plasmasignal beim Laserstrahlschweißen machen den Einsatz eines neuartigen Regelprinzips, das eine zuverlässige Extraktion der Fokuslage erlaubt, notwendig. Dieses Regelprinzip basiert auf einer im Rahmen dieser Arbeit entwickelten on-line Fokuslagendetektion, das durch die hohe Dynamik des Stellglieds und die Auswertung der Modulation im Plasmasignal eine prozeßsichere Regelung gewährleistet.