Innovative Entwicklungen in der Prozessüberwachung - ein Überblick

Die Produktionstechnik ist heute geprägt von immer kürzer werdenden Produktlebenszyklen, zunehmender Variantenvielfalt und stetig steigenden Qualitätsanforderungen an die gefertigten Produkte, verbunden mit wachsenden Ansprüchen an wirtschaftliche Fertigung. Diesen Forderungen kann nur mit komplexeren und präziser ablaufenden Produktionsprozessen begegnet werden, die aus technologischen und wirtschaftlichen Gründen zwangsläufig über einen hohen Automatisierungsgrad, jedoch auch über hohe Flexibilität verfügen müssen. Die Materialbearbeitung mit Laserstrahlung hat sich nicht zuletzt aufgrund ihrer außerordentlichen Flexibilität im Bereich der Fertigungstechnik in den letzten Jahren zu einem festen Bestandteil verschiedener Produktherstellungs- und -bearbeitungsverfahren mit außergewöhnlich hohen Wachstumsraten entwickelt. Die Lasermaterialbearbeitung vom metallischen Werkstücken produziert ein laserinduziertes Plasma, das in einer starken Emission von Sekundärstrahlung resultiert. Aus verschiedenen Forschungsarbeiten ist bekannt, dass diese Strahlung Informationen über die Dynamik des Laserprozesses und in der Folge über die Qualität des bearbeiteten Werkstückes enthält. Der bisher meistverwendete Sensor sowohl in der Forschung und insbesondere in kommerziellen Systemen ist der Photodetektor (meist eine Photodiode), der üblicherweise mit Hilfe optischer Filter zur Einschränkung der erfassten Strahlung auf einen gewünschten Spektralbereich bestückt wird. Die Vorteile dieses Sensortyps sind die hohe zeitliche Auflösung der aufgenommenen Signale und ein vergleichsweise niedriger Preis verglichen mit anderen Sensorensystemen wie Spektographen oder Kameras. Der größte Nachteil ist allerdings die nur eindimensionale Messung der Signale (d. h. integrierendes Messverfahren), Demgegenüber steht die Erkenntnis, dass räumlich auflösende Messverfahren (z. B. durch CCD- oder CMOS-Kameras) deutlich mehr Informationen über den Prozess liefern können und infolgedessen eine erheblich verbesserte Zuverlässigkeit bei der Vorhersage der Bearbeitungsqualität erlauben.