Lehrstuhl für Fertigungstechnologie, Universität Erlangen-Nürnberg

Überwachung und Regelung von Lasermaterialbearbeitungsprozessen



Datum: 28.07.2003


Autor

  • Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Andreas Otto

Berichterstatter

  • Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. mult. Dr.h.c. M. Geiger
  • Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. mult K. Tönshoff, Universität Hannover

Herr Dr. Otto hat sein Habilitationsverfahren mit einem Vortrag zum Thema "Laserstetützte Mikrojustage" abgeschlossen. Im Rahmen des kumulativen Habilitationsverfahrens hatte er zuvor eine zusammenfassende Schrift seiner Arbeiten zum Thema "Überwachung und Regelung von Lasermaterialbearbietungsprozessen" vorgelegt.

Zum Thema der Habilitation:
Systeme zur QualitÌtsüberwachung und Regelung von Lasermaterialbearbeitungsprozessen sind angesichts der ständig steigenden Anforderungen hinsichtlich der Qualität der zu fertigenden Produkte und vor dem Hintergrund der zunehmenden Automatisierung der Fertigungsprozesse sowie der damit verbundenen, erforderlichen Robustheit der Prozesse zwingend erforderlich. Sie werden zukünftig die weitere Verbreitung von Lasermaterialbearbeitungsprozessen vorantreiben, wobei zwischen qualitÌtsüberwachenden und präventiv wirkenden Systemen unterschieden werden kann. Die zusammenfassende Darstellung gibt einen Überblick über derzeit verfügbare oder in der Forschung beziehungsweise Entwicklung befindliche Systeme zur Qualitätssicherung, wobei insbesondere auf die Überwachung, Steuerung und Regelung des Laserstrahlschweißprozesses eingegangen wird. Die Qualitätssicherung für diesen Prozess ist aus fertigungstechnischer und wirtschaftlicher Sicht besonders interessant, da Fügeoperationen oftmals am Ende der Fertigungskette angesiedelt sind, was in einer hohen Wertschöpfung resultiert. Außerdem eröffnet das Laserstrahlschweißen neue Möglichkeiten zum Fügen sicherheitsrelevanter Bauteile zum Beispiel in den Bereichen der Automobil- und Flugzeugindustrie. Eine Nullfehlerproduktion muss hier gewährleistet werden. In der Regel wird dabei die Qualität der Fügeverbindung heute noch durch eine zeitaufwändige optische Prüfung aller Schweißnähte sichergestellt. Dies begründet den hohen Bedarf an automatisierten Systemen zur Prozessüberwachung und ?regelung für das Laserstrahlschweißen. Aus grundlagenwissenschaftlicher Sicht ist der Laserstrahlschweißprozess ebenfalls sehr interessant, da er eine stark nichtlineare Dynamik aufweist, die durch die Kopplung mehrerer hochdynamischer Teilsysteme (Schmelzbad, Dampfkapillare, Metalldampf/Plasma, Strahlerzeugung usw.) verursacht wird. Zur Analyse, Steuerung und Regelung müssen daher Methoden entwickelt und eingesetzt werden, die zum Beispiel auf den Methoden der Chaostheorie oder der Systemtheorie basieren. Die dargestellten Konzepte zeigen, dass diese Methoden der Signalverarbeitung und Prozessregelung zu einer signifikanten Verbesserung der Bearbeitungsqualität bei der Lasermaterialbearbeitung bei gleichzeitiger Steigerung der Robustheit der Prozesse führen können.