Analysis of response signals to minimally invasive laser modulation in laser cutting

A robust real-time monitoring system for the laser cutting process has been targeted by researchers and users for several decades without significant breakthrough. The use of coaxial photodiodes provides a cost-effective and straightforward system; however, the assessment of the process state based on the spatially integrated detected signals can lead to misinterpretation due to the numerous and interacting parameter dependencies of the signals. To obtain a clear correlation of the signals to the process state, minimally invasive laser modulation stimulates characteristic state-dependent response signals. In this study, the response signals to a laser power modulation are analyzed in the visible and infrared range. Furthermore, a spatially and temporally resolved analysis of the process response is enabled by means of high-speed videography. This provides a comprehensive understanding of the process state in terms of temperature and geometry response to the modulation and offers a reliable exploitation of process emissions for real-time monitoring and control applications.

Ein robustes Echtzeit-Überwachungssystem für den Laserstrahlschneidprozess wird von Forschern und Anwendern seit mehreren Jahrzehnten angestrebt, ohne dass ein signifikanter Durchbruch erzielt wurde. Die Verwendung von koaxialen Photodioden bietet ein kosteneffizientes und unkompliziertes System; die Identifizierung des Prozesszustands auf Basis der räumlich integrierten detektierten Signale kann jedoch aufgrund der zahlreichen und wechselwirkenden Parameterabhängigkeiten der Signalanteile zu Fehlinterpretationen führen. Um eine eindeutige Korrelation der Signale zum Prozesszustand zu erhalten, stimuliert die minimalinvasive Lasermodulation charakteristische zustandsabhängige Antwortsignale. In dieser Studie werden die Antwortsignale auf eine Laserleistungsmodulation im sichtbaren und infraroten Bereich analysiert. Darüber hinaus wird eine räumlich und zeitlich aufgelöste Analyse der Prozessantwort mittels Highspeed-Videografie ermöglicht. Dies liefert ein umfassendes Verständnis des Prozesszustands in Bezug auf die Temperatur- und Geometrieantwort auf die Modulation und bietet eine zuverlässige Ausnutzung von Prozessemissionen für Echtzeit-Überwachungs- und Regelungsanwendungen.