Einsatz optischer Technologien zur Regelung des Laserstrahlschweißprozesses

Das Schweißen mit Laserstrahlung ist ein innovatives optisches Fügeverfahren, das sich gegenüber konventionellen Schweißtechniken durch höhere erzielbare Schweißgeschwindigkeiten und geringere Nahtbreiten bei gleichzeitig gesteigerter Nahttiefe auszeichnet. Wesentliche Qualitätskriterien sind neben erkannten Fehlern der Schweißnaht die Einschweißtiefe und die Nahtbreite, die die Nahtgeometrie bilden. In diesem Beitrag werden optische Sensoren für die Erfassung relevanter Prozessgrößen beschrieben sowie hierauf aufbauend ein prädiktives Regelungskonzept, in dem die Stellgrößen Laserleistung und Fokuslage unter Berücksichtiung der zukünftigen Bahngeschwindigkeit optimiert werden. Bei der Modellierung des physikalisch komplexen, nichtlinearen Prozesses wird ein Neuronales Netz mit externer Dynamik verwendet. Ergebnisse aus der Anwendung des Regelungskonzepts auf den realen Schweißprozess werden vorgestellt.

Welding with laser beams is an innovative optical technique, which leads to higher penetration depth and a narrower seam compared to conventional welding techniques. Significant criteria of the quality of a junction besides detected faults are the penetration depth and the seam width. Within this article optical sensors for process monitoring as well as a predictive control scheme based on these are presented. In the closed loop control the process' inputs laser power and focal position are optimised by taking the future welding speed into account. For modelling the physical demanding, non-linear process an Artificial Neural Network with external dynamics is applied. First results of the application on a real laser welding system are described.