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Highspeed-Prozess-Beobachtung beim Laserschneiden

Aufgabenstellung

Ein entscheidender Faktor für die Qualität beim Laserschneiden ist die Hydrodynamik der Schmelze auf der Schneidfront. Sie beeinflusst Riefenstrukturen auf den Schnittkanten und den Schmelzaustrieb an der Schnittunterkante.

Durch die Kombination aus hoher Schmelzdynamik, stark abstrahlendem Prozess und geringer geometrischer Abmessung werden die Grenzen aktueller Beobachtungsmöglichkeiten erreicht.

Trotz dieser Herausforderung sollte die Analyse der schmelzdynamischen Vorgänge mit einer Highspeed-Kamera ermöglicht werden, um dabei aktuelle Fragen zur zeitlichen und räumlichen Verteilung des Schmelzflusses zu beantworten.

Vorgehensweise

Durch eine Defokussierung wurden besonders breite Schnittfugen generiert, die eine gute Beobachtbarkeit ermöglichten. Das variable Beobachtungskonzept gestattet Perspektiven auf Schneidfront und Blechunterkante simultan.

Durch die Bewegung des Werkstücks bei statischem Schneidkopf wird ein scharf abgebildeter Schneidprozess ohne Nachführen des Kamerasystems realisiert. Die seitlich platzierte Fremdbeleuchtung wurde in Winkel und Helligkeit so justiert, dass Eigenleuchten und Fremdbeleuchtung im gleichen Maße zur Bildhelligkeit beitrugen.

Typische Aufnahmefrequenzen von 2000 Bildern pro Sekunde konnten mit einer Bildauflösung von 288 x 160 px realisiert werden.

Ergebnis

Neben der grundsätzlichen Beobachtbarkeit der geometrischen Verhältnisse wie der Zunahme der Fugenbreite bei Steigerung der Laserleistung und der relativen Änderung der Schneidfrontposition zur Laserstrahlachse konnten beispielsweise die Ausbildung einzelner Riefen und die Richtungsumlenkung der Schmelze bei der Bildung von Bart an der Blechunterkante beobachtet werden.

Anwendungsfelder

Die Evaluation detektierbarer Prozessänderungen bei einer Variation von Prozessparametern ist Basis für die Entwicklung einer selbstoptimierenden Laserschneidmaschine.

Quelle: 

http://www.ilt.fraunhofer.de/de/publikationen-und-presse/jahresberichte/2011/jahresbericht-2011-s61.html

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