WO1992013668A1 - Method of irridiating coated workpieces with laser radiation, and a device for carrying out the method - Google Patents

Method of irridiating coated workpieces with laser radiation, and a device for carrying out the method Download PDF

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WO1992013668A1
WO1992013668A1 PCT/DE1991/000105 DE9100105W WO9213668A1 WO 1992013668 A1 WO1992013668 A1 WO 1992013668A1 DE 9100105 W DE9100105 W DE 9100105W WO 9213668 A1 WO9213668 A1 WO 9213668A1
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temperature
laser radiation
radiation power
layer
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PCT/DE1991/000105
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Alexander Drenker
Reinhard Kramer
Konrad Wissenbach
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03Observing, e.g. monitoring, the workpiece
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06Surface hardening
    • C21D1/09Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation

Definitions

  • the invention relates to a method
  • the surface temperature of the irradiated machining region in order to record the effect of the laser radiation on the workpiece.
  • the surface temperature e.g. can be measured without contact with a pyrometer.
  • the absorption of the radiation is often not large enough to ensure sufficient energy coupling.
  • the conversion is an example hardened with laser radiation. It is known here to apply a radiation-absorbing coating to the workpiece surface, with which the energy coupling is improved. As a result of the coating, however, it is no longer possible to directly measure the temperature of the workpiece or workpiece circumference covered by the layer.
  • the conventional measurement of the surface temperature with a pyrometer only gives the temperature at the surface of the layer applied to the workpiece.
  • the invention is therefore based on the object of improving a method of the type mentioned at the outset so that the workpiece temperature in the irradiated region can also be determined by coating the workpiece surface.
  • This object is achieved in that the laser radiation is power-modulated with a low degree of modulation with respect to its radiation power, and in that to determine the temperature of that covered by at least one layer
  • Workpiece circumference is subtracted from the measured surface temperature of the layer, a temperature value which is calculated from the product of the laser radiation power absorbed by the workpiece and the thermal resistance of the heat flow through the layer into the workpiece determined using the heat replacement circuit diagram of the respective workpiece.
  • power-modulated laser radiation can be used to approximately calculate a temperature value to be subtracted from the measured surface temperature. Because every brief change in the laser radiation power leads to a change in the surface temperature of the coating of the workpiece, but not to a change in the temperature of the workpiece to be determined, because this has a large heat capacity compared to the coating, which allows only a slow change in the workpiece temperature. Under this condition, the correlation coefficient, according to which every short-term change in the laser radiation power is correlated with the change in the surface temperature of the coating, can be equated with the thermal resistance of the heat flow through the coating become.
  • the temperature value to be subtracted from the measured surface temperature of the layer can be determined by calculating it using the thermal resistance of the layer and the absorbed laser radiation power.
  • the latter can be determined by measurement and the thermal resistance results from the heat equivalent circuit diagram of the respective workpiece.
  • the calculation of the temperature value to be subtracted is essentially based on a correlation coefficient or thermal resistance, which can be determined by the heat equivalent circuit diagram corresponding to the respective workpiece.
  • the heat equivalent circuit diagram can be evaluated analog and / or digitally for the calculation.
  • the power modulation to be selected for the determination of the temperature value to be subtracted is to be matched in terms of its amplitude and its frequency spectrum to the coating and the design of the workpiece. It is therefore understood that the measured surface temperature of the layer and also the measurement of the absorbed laser radiation power have to be time-resolved. As a result, the calculations required to calculate the temperature value to be subtracted from the measured surface temperature of the layer must also be carried out accordingly online, which applies both to the analog arithmetic circuits and to any digital arithmetic circuits.
  • the heat equivalent circuit diagrams used to calculate the thermal resistance essentially depend on the material properties and the geometry of the workpiece, e.g. of heat capacity, thermal conductivity, density and thickness. However, machining parameters are also included, such as feed speed and beam radius, namely via the thermal time constant of the irradiated workpiece area.
  • the resulting heat substitute circuit diagrams can in any case be determined using conventional calculation methods for which there are numerous known theories.
  • the method according to the invention is advantageously used when machining workpieces, for example when Hardening. However, it can also be used as a measuring method, for example to determine the thickness of a coated workpiece.
  • the heat equivalent circuit diagrams to be used are comparatively simple in nature. Accordingly, simplifications result in particular when calculating the temperature value to be subtracted from the measured surface temperature of the layer.
  • a temperature value is subtracted from the measured surface temperature of the layer, which is determined from the direct component of the laser radiation power by multiplication with an average quotient of alternating components of the surface temperature and alternating components of the laser radiation power.
  • the three last-mentioned variables can be determined by measurement and their taking into account when calculating the temperature value to be subtracted from the surface temperature is therefore correspondingly simple.
  • the averaging of the alternating components or the quotient of the alternating components can be carried out over a predetermined period of time which is large enough so that the high-frequency fluctuations or modulations of the laser power and thus the surface temperature of the irradiated area do not lead to excessively fluctuating values of the workpiece temperature.
  • the time for the aforementioned averaging must also not be too long so that measurements can be carried out sufficiently quickly, for example in order to use the measurement result to influence process parameters during processing, for example the laser radiation power.
  • the modulations of the laser radiation power required in the method have a low degree of modulation of, for example, a few percent.
  • the frequencies required for this modulation depend on the workpiece and, for example, on the type of processing. For hardening, for example, 10 to 200 Hz are mentioned. It is therefore advantageous to carry out the method in such a way that the laser radiation power is externally modulated in a frequency range adapted to the requirements during machining or measurement and / or that the natural fluctuations in the radiation power caused by the laser process are used as modulation signals.
  • the use of natural fluctuations in laser power as modulation signals can be considered in particular if no special requirements are imposed on the frequency range.
  • the parameters of the heat replacement circuit diagram are adapted accordingly and / or the thermal time constant of the one covered by the layer
  • the workpiece in the area of the workpiece circumference is taken into account by means of the parameters of the heat replacement circuit diagram.
  • a single heat replacement circuit when carrying out the method. This is the case, for example, when welding a single spot
  • a device for carrying out the method in which the temperature determination on a workpiece is carried out using a heat substitute circuit diagram modeled only by its heat capacity, is characterized in that a
  • the first measuring device is able to detect the surface temperature as a function of time, that a second measuring device is available, which detects the direct component of the laser radiation power and a third, alternating component of the laser radiation power, and that the temperature of the workpiece circumference covered by a layer can be determined with an evaluator according to the relationship , in which
  • thermopile and, for example, a pyroelectric detector, such as are used, for example, in German patent application P 38 20 619, are used as second and third measuring devices. 6 are described.
  • any device that calculates the above-mentioned relationship is suitable as an evaluator.
  • This device is advantageously designed such that the evaluator connected to the measuring devices is an electronic analog arithmetic circuit or a digitized measured value for calculating the temperature of the workpiece utilizing computer.
  • Such evaluators can easily process the electrical signals made available by the measuring devices in electrical circuits with low time constants.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device according to the invention
  • FIG. 1a the detail A of FIG. 1, 2 shows a heat equivalent circuit diagram for FIG. 1a
  • FIG. 7 an analog arithmetic circuit for calculation according to the heat equivalent circuit diagram of FIG. 4.
  • the workpiece 10 shown schematically in FIG. 1 is to be subjected to transformation hardening.
  • a laser beam 18 is used, which is generated, for example, by a carbon dioxide laser.
  • the laser beam 18 is focused by a focusing lens 19 on the machining area 20, in which the workpiece 10 is covered by a coating 12.
  • the laser beam 18 is guided by the laser 24 via a splitter plate 21 onto the focusing optics 19.
  • the divider plate 21 is partially transparent to the laser radiation and allows approx. 1% of the laser radiation power which is available for measuring devices 15, 16 to pass through.
  • the corresponding partial beam 18 ' reaches a further splitter plate 22, which fades out 50% of the power of the partial beam 18' to a second measuring device 15 and transmits the other 50%, which reach a third measuring device 16 via a mirror 23.
  • a first measuring device 14 is present, which monitors the machining area 20 of the workpiece 10.
  • This measuring device 14 is, for example, a pyrometer, with which the surface temperature v 0 on the surface of the coating 12 is measured in exact dependence on time, that is to say it is time-resolved.
  • the second measuring device 15 is, for example, a thermopile with which the laser radiation power is measured, specifically its mean value or direct component P Lg including the low-frequency fluctuations.
  • the measuring device 16 is, for example, a pyroelectric detector with which the higher-frequency fluctuations of the laser radiation power are measured, that is to say the alternating component P Lw (t) of the laser radiation power P L.
  • the radiation fraction absorbed by the workpiece 10 is measured or taken into account.
  • a two-color pyrometer not shown, which is used in a known manner.
  • All measuring devices 14, 15, 16 are connected to an evaluator 17, which determines the temperature v 2 of the workpiece circumference 13. This determination is described below.
  • the temperature v 2 (t) determined by the evaluator 17 is passed on to a controller 25, which evaluates it as an actual value in comparison with a setpoint value and generates a manipulated variable u stell to influence the laser 24.
  • the controller 25 is, for example, a PID controller that controls the laser power in accordance with the setpoint.
  • the manipulated variable is modulated ustell with a modulation signal Urnod.
  • This modulation variable u mod is generated with the signal generator 26.
  • the modulation is carried out by an adder 27 whose output variable u safeguardmod controls the laser radiation power P L (t) of the laser 24 accordingly.
  • Such external modulation of the laser radiation power is required if the natural fluctuations in the radiation power caused by the laser process are insufficient or unsuitable as modulation signals because, for example, they are not in the frequency range required for processing.
  • the surface temperature v 0 is greater than the sought workpiece temperature v 2 because a temperature drop takes place within the absorption layer and when the heat transfers from the absorption layer to the workpiece.
  • This drop in temperature up to the heat-affected workpiece circumference 13 covered by the layer 12 can be determined, for example, using the equivalent circuit diagram 2.
  • 2 schematically shows the processing area 20 in which the laser beam 18 acts with the power P L. At this point the surface temperature v 0 prevails.
  • the coating or layer 12 of the workpiece 10 opposes the heat flow passing through it, a resistance which is essentially determined by the thermal resistance R th01 of the layer 12.
  • the temperature V 1 prevails in the middle of the layer 12 and the layer 12 has the heat capacity C w1 .
  • the thermal resistance from the layer 12 into the heated workpiece circumference 13 is characterized by the thermal resistance R th01 .
  • the temperature v 2 prevails in the workpiece circumference 13.
  • the heat flow flows from the workpiece circumference 13 into the non-machined environment formed by the workpiece 10 in accordance with the thermal resistance R th2u .
  • the workpiece 10 has a heat capacity C w2 .
  • the heat equivalent circuit diagram described above can be simplified if, for example, it is assumed that the heat capacity C w2 is considerably greater than the heat capacity C w1 of the layer 12. In the following, the assumption is made that the heat capacity of the layer 12 can be neglected. The following therefore applies:
  • the temperature # 2 (t) remains unaffected due to the large heat capacity C w2 by the modulations of the radiation power P L (t).
  • there is a temperature influence in the course of the surface temperature v 0 (t), which is associated with the short-term i changes in radiation power are directly correlated.
  • FIG. 3 shows a simplified heat circuit diagram, according to which the workpiece acts as a heat sink with a constant temperature. Therefore, the temperature v 0 (t) on the surface of the layer 12 is directly proportional to the absorbed radiation power P L (t). The time course of the modulation signal or the radiation power can be arbitrary. In this case too, the temperature v 2 (t) remains unaffected by the modulation.
  • FIG. 3 is a simplified model compared to FIG. 4, it is assumed according to the equivalent circuit diagram of FIG. 5 that a thermal resistance from the workpiece circumference 13 into the surroundings of the workpiece 10 must be taken into account. Accordingly, at constant absorbed radiation power P L (t), temperatures v 2 (t) and v 0 (t) adjust to their stationary end values with corresponding thermal time constants.
  • the equivalent circuit diagram could, for example, be used for an approximately 100 mm thick workpiece.
  • FIG. 6 shows an example of a heat replacement circuit diagram for multi-layer workpieces, be it that the workpiece is coated several times and / or that it itself consists of several layers, so that corresponding resistance values R th12 to R thn-1, n have to be taken into account, possibly not shown heat capacities between the capacities C w1 and C wn .
  • Analog and / or digital arithmetic circuits within the evaluator 17 are used for the calculation.
  • Such arithmetic circuits are in any case largely known for the above-described heat equivalent circuit diagrams, so that only the heat equivalent circuit diagram according to FIG. 4 is used here for explanation.
  • the sought temperature v 2 must be determined from the three variables P L , v 0 and R th02 .
  • the heat flow flowing through the layer 12 is assumed, for which for a layer with a constant thickness and a certain area, the generally known relationship applies:
  • c is a constant taking into account the area and the thickness of the layer
  • v a , v b are the temperatures on both sides of the layer
  • R th is the thermal resistance. It is assumed that the coating 12 constantly absorbs the irradiated laser power on its surface, so that there is a constant heat flow through the layer 12. The above relationship then results for the equivalent circuit according to FIG. 4
  • the laser power basically has time-dependent components or is power-modulated and consequently the temperatures v 0 and v 2 generated as a result are also time-dependent.
  • the following relationships apply to the quantities P L (t), v 0 (t) and 0 2 (t):
  • P Lg + P Lw (t) (v 0g - v 2g ) / R th02 + (v 0w (t) - v 2w (t)) / R th02 .
  • the temperature v 2 can be determined from the quantities of the direct component v 0g of the surface temperature v 0 and the direct component P Lg of the laser power P L to be measured, namely by forming the difference if the direct component P Lg is given by the quotient is divided from the alternating component P Lw (t) and the alternating component v 0w (t).
  • the evaluator 17 can determine the direct component v 0g and the alternating component vow (t) of the surface temperature vo on the basis of the measurement result of the measuring device 14 for the respective measuring period or measuring time, while the direct component P Lg and the alternating component P Lw (t) of the laser radiation power P L the measuring devices 15, 16 are determined.
  • 7 shows an example of an analog arithmetic circuit of the evaluator 17 for determining v 2 .
  • the pyrometer 14 generates a measurement voltage value u vo (t). This
  • the voltage u vo (t) is given to a high-pass filter 29, so that the alternating component u vow (t) comes to an input of an adder 31, the other input of which is used for band conversion for the purpose of selective frequency analysis with a variable influenced by the function cos2 ⁇ f o ⁇ t is applied.
  • the output variable of the multiplier 31 passes through a low-pass filter 32 and an absolute value generator 33, for example a rectifier, in the form of to an adder 34, which is an integrator
  • the integrator 35 supplies the required resistance value R tho2 due to its arrangement in a follow-up circuit shown in FIG. 7 with a multiplier 36 which supplies the adder 34 with a negative voltage value
  • This value results from the multiplier 36 in that the voltage value u L (t), analogous to the voltage value u ⁇ o (t), a cooking pass 37, a bandum Setter 38, a low-pass filter 39 and an absolute value generator 40 is supplied, the absolute value is fed to the multiplier 36 and from this the value I û vow I is determined using a signal corresponding to the resistance R th02 .
  • digital arithmetic circuits can also determine the workpiece temperature using the same principle.
  • the determination of the thermal resistance R th02 can also be determined using the methods for system identification known from control engineering , eg with Fourier analysis, cross-correlation and a minimal square error method for parameter estimation. With known material properties, such as thermal conductivity, density and heat capacity, additional information about the machining process can be obtained with these methods, for example about the depth of hardening.
  • the method according to the invention is used to measure the surface temperature of the workpiece area irradiated with laser radiation

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Abstract

The invention concerns a method of irradiating coated workpieces with laser radiation, in which the surface temperature of the irradiated workpiece, in particular the zone being worked (20) is measured. In order to determine the temperature ($g(U)2?) of the workpiece in the zone being worked (20), even underneath a coating (12), the power of the laser radiation is modulated with a degree of modulation which is low in comparison with the power of the radiation (PL?) and, to determine the temperature ($g(U)2?) of the workpiece surface (13) at a point where it is covered by at least one coating layer (12), a temperature ($g(U)b?) is subtracted from the temperature ($g(U)0?) at the surface of the coating layer (12), the value of ($g(U)b?) being calculated by multiplying together the laser power (PL?) absorbed by the workpiece (10) and the thermal resistance (Rth02?) of the heat flow through the layer (12) into the workpiece (10), determined from the equivalent heat-flow diagram for the workpiece (10) concerned.

Description

Verfahren einer Laserbestrahlung beschichteter Werkstücke und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens  Method of laser irradiation of coated workpieces and device for carrying out the method
Beschreibung description
Technisches Gebiet  Technical field
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren einer The invention relates to a method
Laserbestrahlung beschichteter Werkstücke, bei dem die Laser irradiation of coated workpieces, in which the
Oberflächentemperatur des bestrahlten Werkstückbereichs, insbesondere eines Bearbeitungsbereichs gemessen wird. Derartige Verfahren sind als Bearbeitungsverfahren bekannt. Surface temperature of the irradiated workpiece area, in particular a processing area is measured. Such methods are known as machining methods.
Stand der Technik  State of the art
Beim Bearbeiten von Werkstücken mit Laserstrahlung ist es allgemein bekannt, die Oberflächentemperatur des bestrahlten Bearbeitungsbereichs zu messen, um die Auswirkung der Laserstrahlung auf das Werkstück zu erfassen. Dazu kann die Oberflächentemperatur z.B. mit einem Pyrometer berührungslos gemessen werden.  When machining workpieces with laser radiation, it is generally known to measure the surface temperature of the irradiated machining region in order to record the effect of the laser radiation on the workpiece. For this, the surface temperature e.g. can be measured without contact with a pyrometer.
Bei Werkstücken mit blanken Flächen, beispielsweise bei blanken metallischen Werkstücken, ist die Absorption der Strahlung jedoch häufig nicht groß genug, um eine ausreichende Energieeinkopplung zu gewährleisten. Als Beispiel sei das Umwand lungshärten mit Laserstrahlung genannt. Hierbei ist es bekannt, auf die Werkstückoberfläche eine Strahlungsabsorbierende Beschichtung aufzutragen, mit der die Energieeinkopplung verbessert wird. Infolge der Beschichtung ist es jedoch nicht mehr möglich, die Temperatur des von der Schicht abgedeckten Werkstücks bzw. Werkstückumfangs direkt zu messen. Die herkömmliche Messung der Oberflächentemperatur mit einem Pyrometer ergibt lediglich die Temperatur an der Oberfläche der auf das Werkstück aufgetragenen Schicht. In the case of workpieces with bare surfaces, for example in the case of bare metal workpieces, the absorption of the radiation is often not large enough to ensure sufficient energy coupling. The conversion is an example hardened with laser radiation. It is known here to apply a radiation-absorbing coating to the workpiece surface, with which the energy coupling is improved. As a result of the coating, however, it is no longer possible to directly measure the temperature of the workpiece or workpiece circumference covered by the layer. The conventional measurement of the surface temperature with a pyrometer only gives the temperature at the surface of the layer applied to the workpiece.
Darstellung der Erfindung,  Representation of the invention,
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Werkstücktemperatur im bestrahlten Bereich auch unter einer Beschichtung der Werkstückoberfläche bestimmt werden kann.  The invention is therefore based on the object of improving a method of the type mentioned at the outset so that the workpiece temperature in the irradiated region can also be determined by coating the workpiece surface.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Laserstrahlung mit einem in Bezug auf ihre Strahlungsleistung niedrigen Modulationsgrad leistungsmoduliert ist, und daß zur Bestimmung der Temperatur des von mindestens einer Schicht abgedeckten This object is achieved in that the laser radiation is power-modulated with a low degree of modulation with respect to its radiation power, and in that to determine the temperature of that covered by at least one layer
Werkstückumfangs von der gemessenen Oberflachentemperatur der Schicht ein Temperaturwert abgezogen wird, der aus dem Produkt der vom Werkstück absorbierten Laserstrahlungsleistung und dem mit dem Wärmeersatzschaltbild des jeweiligen Werkstücks ermittelten Wärmewiderstand des Wärmestroms durch die Schicht in das Werkstück berechnet wird. Workpiece circumference is subtracted from the measured surface temperature of the layer, a temperature value which is calculated from the product of the laser radiation power absorbed by the workpiece and the thermal resistance of the heat flow through the layer into the workpiece determined using the heat replacement circuit diagram of the respective workpiece.
Für die Erfindung ist die Erkenntnis von Bedeutung, daß leistungsmodulierte Laserstrahlung dazu benutzt werden kann, einen von der gemessenen Oberflächentemperatur abzuziehenden Temperaturwert näherungsweise zu berechnen. Denn jede kurzzeitige Änderung der Laserstrahlungsleistung führt zu einer Änderung der Oberflächentemperatur der Beschichtung des Werkstücks, nicht aber zu einer Änderung der zu bestimmenden Temperatur des Werkstücks, weil dieses im Vergleich zur Beschichtung eine große Wärmekapazität hat, die nur eine langsame Änderung der Werkstücktemperatur zuläßt. Unter dieser Voraussetzung kann der Korrelationskoeffizient, demgemäß jede kurzzeitige Änderung der Laserstrahlungsleistung mit der Änderung der Oberflächentemperatur der Beschichtung korreliert ist, mit dem Wärmewiderstand des Wärmεstroms durch die Beschichtung hindurch gleichgesetzt werden. Infolgedessen kann der von der gemessenen Oberflächentemperatur der Schicht abzuziehende Temperaturwert dadurch bestimmt werden, daß er unter Heranziehung des Wärmewiderstands der Schicht und der absorbierten Laserstrahlungsleistung berechnet wird. Letztere kann meßtechnisch bestimmt werden und der Wärmewiderstand ergibt sich aus dem Wärmeersatzschaltbild des jeweiligen Werkstücks. Der Berechnung des abzuziehenden Temperaturwerts wird also im wesentlichen ein Korrelationskoeffizient bzw. Wärmewiderstand zugrundegelegt, der durch das dem jeweiligen Werkstück entsprechende Wärmeersatzschaltbild bestimmbar ist. Das Wärmeersatzschaltbild kann je nach seiner Art analog und/oder digital für die Berechnung ausgewertet werden. It is important for the invention to recognize that power-modulated laser radiation can be used to approximately calculate a temperature value to be subtracted from the measured surface temperature. Because every brief change in the laser radiation power leads to a change in the surface temperature of the coating of the workpiece, but not to a change in the temperature of the workpiece to be determined, because this has a large heat capacity compared to the coating, which allows only a slow change in the workpiece temperature. Under this condition, the correlation coefficient, according to which every short-term change in the laser radiation power is correlated with the change in the surface temperature of the coating, can be equated with the thermal resistance of the heat flow through the coating become. As a result, the temperature value to be subtracted from the measured surface temperature of the layer can be determined by calculating it using the thermal resistance of the layer and the absorbed laser radiation power. The latter can be determined by measurement and the thermal resistance results from the heat equivalent circuit diagram of the respective workpiece. The calculation of the temperature value to be subtracted is essentially based on a correlation coefficient or thermal resistance, which can be determined by the heat equivalent circuit diagram corresponding to the respective workpiece. Depending on its type, the heat equivalent circuit diagram can be evaluated analog and / or digitally for the calculation.
Die für die Bestimmung des abzuziehenden Temperaturwerts zu wählende Leistungsmodulierung, die also einer zeitlich konstanten Laserleistung überlagert wird, ist hinsichtlich ihrer Amplitude und ihres Frequenzspektrums auf die Beschichtung und auf die Ausbildung des Werkstücks abzustimmen . Daher versteht sich, daß die gemessene Oberflächentemperatur der Schicht und auch die Messung der absorbierten Laserstrahlungsleistung zeitlich aufgelöst erfolgen müssen. Infolgedessen müssen auch die zur Berechnung des von der gemessenen Oberflächentemperatur der Schicht abzuziehenden Temperaturwerts erforderlichen Berechnungen entsprechend on-line durchgeführt werden, was also sowohl für die analogen Rechenschaltungen gilt, als auch für etwaige digitale Rechenschaltungen. The power modulation to be selected for the determination of the temperature value to be subtracted, that is to say superimposed on a laser power that is constant over time, is to be matched in terms of its amplitude and its frequency spectrum to the coating and the design of the workpiece. It is therefore understood that the measured surface temperature of the layer and also the measurement of the absorbed laser radiation power have to be time-resolved. As a result, the calculations required to calculate the temperature value to be subtracted from the measured surface temperature of the layer must also be carried out accordingly online, which applies both to the analog arithmetic circuits and to any digital arithmetic circuits.
Die zur Berechnung des Wärmewiderstandes zugrundegelegten Wärmeersatzschaltbilder hängen im wesentlichen von den Materialeigenschaften und der Geometrie des Werkstücks ab, z.B. von der Wärmekapazität, der Wärmeleitfähigkeit, der Dichte und der Dicke. Es gehen aber auch Bearbeitungsparameter mit ein, wie Vorschubgeschwindigkeit und Strahlradius, nämlich über die thermische Zeitkonstante des bestrahlten Werkstücksbereichs. Die sich infolgedessen ergebenden Wärmeersatzschaltbilder sind aber in jedem Fall mit herkömmlichen Berechnungsmethoden erfaßbar, für die es die zahlreichen bekannten Theorien gibt. The heat equivalent circuit diagrams used to calculate the thermal resistance essentially depend on the material properties and the geometry of the workpiece, e.g. of heat capacity, thermal conductivity, density and thickness. However, machining parameters are also included, such as feed speed and beam radius, namely via the thermal time constant of the irradiated workpiece area. The resulting heat substitute circuit diagrams can in any case be determined using conventional calculation methods for which there are numerous known theories.
Das erfindungsgεmäße Verfahren wird vorteilhafterweise beim Bearbeiten von Werkstücken eingesetzt, beispielsweise beim Härten. Es ist aber auch als Meßverfahren einzusetzen, beispielsweise um festzustellen, wie groß die Schichtdicke eines beschichteten Werkstücks ist. The method according to the invention is advantageously used when machining workpieces, for example when Hardening. However, it can also be used as a measuring method, for example to determine the thickness of a coated workpiece.
In einer Vielzahl von Anwendungsfälien sind die zu verwendenden Wärmeersatzschaltbilder vergleichsweise einfacher Natur. Dementsprechend ergeben sich Vereinfachungen insbesondere beim Berechnen des von der gemessenen Oberflächentemperatur der Schicht abzuziehenden Temperaturwerts. Beispielsweise wird zur Temperaturbestimmung an einem Werkstück mit lediglich durch seine Wärmekapazität modelliertem Wärmeersatzschaltbild ein Temperaturwert von der gemessenen Oberflächentemperatur der Schicht abgezogen, der aus dem Gleichanteil der Laserstrahlungsleistung durch Multiplikation mit einem gemitteitεn Quotienten aus Wechselanteilen der Oberflächentemperatur und Wechselanteilen der Laserstrahlungsleistung bestimmt wird. Die drei letztgenannten Größen sind meßtechnisch bestimmbar und ihre Berücksichtigung bei einer Berechnung des von der Oberfiächentemperatur abzuziehenden Temperaturwerts ist daher entsprechend einfach möglich. Die Mittelung der Wechselanteile bzw. des Quotientens der Wechseianteile kann über einen vorbestimmten Zeitraum erfolgen, der genügend groß ist, damit die hochfrequenten Fluktuationen bzw. Modulationen der Laserleistung und damit der Oberflächentemperatur des bestrahlten Bereichs nicht zu zu stark schwankenden Werten der Werkstücktemperatur führt. Die Zeit für die vorgenannte Mittelung darf aber auch nicht zu lang sein, damit genügend schnell gemessen werden kann, beispielsweise um das Meßergebnis dazu zu benutzen, Verfahrensparameter während der Bearbeitung zu beeinflussen, beispielsweise die Laserstrahlungsleistung. In a large number of applications, the heat equivalent circuit diagrams to be used are comparatively simple in nature. Accordingly, simplifications result in particular when calculating the temperature value to be subtracted from the measured surface temperature of the layer. For example, for temperature determination on a workpiece with a heat equivalent circuit model modeled solely by its heat capacity, a temperature value is subtracted from the measured surface temperature of the layer, which is determined from the direct component of the laser radiation power by multiplication with an average quotient of alternating components of the surface temperature and alternating components of the laser radiation power. The three last-mentioned variables can be determined by measurement and their taking into account when calculating the temperature value to be subtracted from the surface temperature is therefore correspondingly simple. The averaging of the alternating components or the quotient of the alternating components can be carried out over a predetermined period of time which is large enough so that the high-frequency fluctuations or modulations of the laser power and thus the surface temperature of the irradiated area do not lead to excessively fluctuating values of the workpiece temperature. However, the time for the aforementioned averaging must also not be too long so that measurements can be carried out sufficiently quickly, for example in order to use the measurement result to influence process parameters during processing, for example the laser radiation power.
Der physikalische Zusammenhang zwischen den oben genannten meßtechnisch bestimmbaren Größen wird weiter unten erläutert. The physical relationship between the above-mentioned measurable quantities is explained below.
Die bei dem Verfahren erforderlichen Modulationen der Laserstrahlungsleistung haben in Bezug darauf einen niedrigen Modulationsgrad von z.B. einigen Prozent. Die bei dieser Modulation erforderlichen Frequenzen hängen vom Werkstück und beispielsweise von der Art der Bearbeitung ab. Zum Härten werden beispielsweise 10 bis 200 Hz genannt. Es ist daher vorteilhaft, das Verfahren so durchzuführen, daß die Laserstrahlungsleistung in einem den bei der Bearbeitung oder einer Messung gegebenen Erfordernissen angepaßten Frequenzbereich extern moduliert wird und/oder daß die durch den Laserprozeß bedingten natürlichen Fluktuationen der Strahlungsleistung als Modulationssignale benutzt werden. Die Benutzung der natürlichen Fluktuationen der Laserleistung als Modulationssignale kommt insbesondere dann in Betracht, wenn an den Frequenzbereich keine besonderen Anforderungen gestellt werden. The modulations of the laser radiation power required in the method have a low degree of modulation of, for example, a few percent. The frequencies required for this modulation depend on the workpiece and, for example, on the type of processing. For hardening, for example, 10 to 200 Hz are mentioned. It is therefore advantageous to carry out the method in such a way that the laser radiation power is externally modulated in a frequency range adapted to the requirements during machining or measurement and / or that the natural fluctuations in the radiation power caused by the laser process are used as modulation signals. The use of natural fluctuations in laser power as modulation signals can be considered in particular if no special requirements are imposed on the frequency range.
In Ausgestaltung des Verfahrens wird es während des Bearbeitens eines punktweise oder kontinuierlich relativverschobenen Werkstücks durchgeführt und dazu werden die Parameter des Wärmeersatzschaltbildes entsprechend angepaßt und/oder die thermische Zeitkonstante des von der Schicht abgedeckten In one embodiment of the method, it is carried out during the processing of a point-wise or continuously relatively displaced workpiece and for this purpose the parameters of the heat replacement circuit diagram are adapted accordingly and / or the thermal time constant of the one covered by the layer
Werkstücks im Bereich des Werkstückumfangs wird mittels der Parameter des Wärmeersatzschaltbildes berücksichtigt. In der Regel wird es genügen, bei der Durchführung des Verfahrens ein einziges Wärmeersatzschaltbild zu berücksichtigen. Das ist beispielsweise der Fall beim Punktschweißen einer einzigen The workpiece in the area of the workpiece circumference is taken into account by means of the parameters of the heat replacement circuit diagram. As a rule, it will suffice to consider a single heat replacement circuit when carrying out the method. This is the case, for example, when welding a single spot
Werkstückgeometrie. Ändert sich diese Geometrie, so muß jede Änderung zumindest durch die Anpassung der Parameter des Wärmeersatzschaltbildes berücksichtigt werden. Genügt das nicht, so ist das Ersatzschaltbild selbst anzupassen. Die Berücksichtigung der thermischen Zeitkonstanten ist beispielsweise dann erforderlich, wenn die Erwärmung des Werkstücks ein entsprechendes zeitliches Verhalten zeigt. Die vorbeschriebenen Einflußnahmen auf das Wärmeersatzschaltbild werden bei der Bestimmung des Wärmewiderstandes durch Berechnung berücksichtigt. Dementsprechend ist die erforderliche Rechnerleistung umso größer, je komplizierter das Wärmeersatzschaltbild ist, oder je öfter dessen Parameter im Verlauf eines Verfahrens geändert werden. Im Sinne einer Vereinfachung des Verfahrens wird es daher angestrebt, die Berechnungen näherungsweise durchzuführen, also unter Verwendung einfacher Wärmeersatzschaltbilder, wobei letztere möglichst im voraus bestimmt werden, also nicht während des Verfahrens selbst. Durch diese Maßnahmen wird die für die Berechnung erforderliche Rechnerleistung minimiert. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei dem zur Temperaturbestimmung an einem Werkstück mit einem lediglich durch seine Wärmekapazität modelliertem Wärmeersatzschaltbild vorgegangen wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Workpiece geometry. If this geometry changes, then every change must be taken into account at least by adapting the parameters of the heat equivalent circuit diagram. If this is not enough, the equivalent circuit diagram must be adapted yourself. The thermal time constant must be taken into account, for example, if the heating of the workpiece shows a corresponding temporal behavior. The influences described above on the heat replacement circuit diagram are taken into account when calculating the heat resistance. Accordingly, the more complicated the heat equivalent circuit diagram, or the more often its parameters are changed in the course of a method, the greater the computing power required. In order to simplify the method, the aim is therefore to carry out the calculations approximately, that is to say using simple heat substitute circuit diagrams, the latter being determined as far in advance as possible, ie not during the method itself. These measures minimize the computing power required for the calculation. A device for carrying out the method, in which the temperature determination on a workpiece is carried out using a heat substitute circuit diagram modeled only by its heat capacity, is characterized in that a
erste Meßeinrichtung die Oberflächentemperatur als Funktion der Zeit zu erfassen vermag, daß eine zweite, den Gleichanteil der Laserstrahlungsleistung und eine dritte, Wechselanteile der Laserstrahlungsleistung erfassende Meßeinrichtung vorhanden sind, und daß die Temperatur des von einer Schicht abgedeckten Werkstückumfangs mit einem Auswerter nach der Beziehung bestimmbar ist, wobei the first measuring device is able to detect the surface temperature as a function of time, that a second measuring device is available, which detects the direct component of the laser radiation power and a third, alternating component of the laser radiation power, and that the temperature of the workpiece circumference covered by a layer can be determined with an evaluator according to the relationship , in which
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v0g = Gleichanteil der Oberflächentemperatur,v 0g = constant proportion of the surface temperature,
v0w (t) = Wechselanteil der Oberflächentemperatur, undv 0w (t) = alternating proportion of the surface temperature, and
PLw (t) = Wechselanteil der Laserstrahlungsleistung gilt . P Lw (t) = alternating part of the laser radiation power applies.
Die vorgenannten Meßeinrichtungen sind an sich bekannt . Beispielsweise ist als erste Meßeinrichtung ein Pyrometer einsetzbar . Als zweite und dritte Meßeinrichtung kommen beispielsweise eine Thermosäule und beispielsweise ein pyroelektrischer Detektor zum Einsatz, wie sie beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung P 38 20 619 . 6 beschrieben sind . The aforementioned measuring devices are known per se. For example, a pyrometer can be used as the first measuring device. A thermopile and, for example, a pyroelectric detector, such as are used, for example, in German patent application P 38 20 619, are used as second and third measuring devices. 6 are described.
Als Auswerter ist jede die oben genannte Beziehung berechnende Einrichtung geeignet . Vorteilhafterweise ist diese Einrichtung so ausgebildet, daß der an die Meßeinrichtungen angeschlossene Auswerter eine elektronische analoge Rechenschaltung oder ein digitalisierte Meßwerte für die Berechnung der Temperatur des Werkstücks verwertender Rechner ist . Derartige Auswerter können die von den Meßeinrichtungen zur Verfügung gestellten elektrischen Signale problemlos in elektrischen Schaltungen mit geringen Zeitkonstanten weiter verarbeiten . Any device that calculates the above-mentioned relationship is suitable as an evaluator. This device is advantageously designed such that the evaluator connected to the measuring devices is an electronic analog arithmetic circuit or a digitized measured value for calculating the temperature of the workpiece utilizing computer. Such evaluators can easily process the electrical signals made available by the measuring devices in electrical circuits with low time constants.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen  Brief description of the drawings
Im Folgenden wird die Erfindung weiter erläutert . In den The invention is explained further below. In the
Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßenDrawings is an embodiment of the invention
Vorrichtung dargestellt . Es zeigt : Device shown. It shows :
Fig.1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, 1 shows a schematic representation of a device according to the invention,
Fig.1a das Detail A der Fig. 1, Fig .2 ein Wärmeersatzschaltbild zu Fig .1a, 1a the detail A of FIG. 1, 2 shows a heat equivalent circuit diagram for FIG. 1a,
Fig .3 bis 6 unterschiedliche Wärmeersatzschaltbilder und Fig.7 eine analoge Rechenschaltung zur Berechnung gemäß Wärmeersatzschaltbild der Fig.4 .  3 to 6 different heat equivalent circuit diagrams and FIG. 7 an analog arithmetic circuit for calculation according to the heat equivalent circuit diagram of FIG. 4.
Beste Wege zur Ausführung der Erfindung  Best ways to carry out the invention
Das in Fig.1 schematisch dargestellte Werkstück 10 soll einem Umwandlungshärten unterworfen werden. Hierzu wird ein Laserstrahl 18 benutzt, der beispielsweise von einem Kohlendioxid-Laser erzeugt wird. Der Laserstrahl 18 wird durch eine Fokussieroptik 19 auf den Bearbeitungsbereich 20 fokussiert, in dem das Werkstück 10 von einer Beschichtung 12 abgedeckt ist.  The workpiece 10 shown schematically in FIG. 1 is to be subjected to transformation hardening. For this purpose, a laser beam 18 is used, which is generated, for example, by a carbon dioxide laser. The laser beam 18 is focused by a focusing lens 19 on the machining area 20, in which the workpiece 10 is covered by a coating 12.
Vom Laser 24 wird der Laserstrahl 18 über eine Teilerplatte 21 auf die Fokussieroptik 19 geführt. Die Teilerplatte 21 ist für die Laserstrahlung teildurchlässig und läßt ca. 1% der Laserstrahlungsleistung durch, die für Meßein-richtungen 15,16 zur Verfügung steht. Der entsprechende Teilstrahl 18' gelangt auf eine weitere Teilerplatte 22, die 50% der Leistung des. Teilstrahls 18' zu einer zweiten Meßeinrichtung 15 ausblendet und die anderen 50% durchläßt, die über einen Spiegel 23 zu einer dritten Meßeinrichtung 16 gelangen. Desweiteren ist eine erste Meßeinrichtung 14 vorhanden, die den Bearbeitungsbereich 20 des Werkstücks 10 überwacht. Diese Meßeinrichtung 14 ist beispielsweise ein Pyrometer, mit der die Oberflächentemperatur v0 an der Oberfläche der Beschichtung 12 in exakter Abhängigkeit von der Zeit gemessen wird, also zeitlich aufgelöst. The laser beam 18 is guided by the laser 24 via a splitter plate 21 onto the focusing optics 19. The divider plate 21 is partially transparent to the laser radiation and allows approx. 1% of the laser radiation power which is available for measuring devices 15, 16 to pass through. The corresponding partial beam 18 'reaches a further splitter plate 22, which fades out 50% of the power of the partial beam 18' to a second measuring device 15 and transmits the other 50%, which reach a third measuring device 16 via a mirror 23. Furthermore, a first measuring device 14 is present, which monitors the machining area 20 of the workpiece 10. This measuring device 14 is, for example, a pyrometer, with which the surface temperature v 0 on the surface of the coating 12 is measured in exact dependence on time, that is to say it is time-resolved.
Die zweite Meßeinrichtung 15 ist beispielsweise eine Thermosäule, mit der die Laserstrahlungsleistung gemessen wird, und zwar deren Mittelwert bzw. Gleichanteil PLg einschließlich der niederfrequenten Fluktuationen. Die Meßeinrichtung 16 ist beispielsweise ein pyroelektrischer Detektor, mit dem die höher- frequenten Fluktuationen der Laserstrahlungsleistung gemessen werden, also der Wechselanteil PLw(t) der Laserstrahlungsleistung PL. The second measuring device 15 is, for example, a thermopile with which the laser radiation power is measured, specifically its mean value or direct component P Lg including the low-frequency fluctuations. The measuring device 16 is, for example, a pyroelectric detector with which the higher-frequency fluctuations of the laser radiation power are measured, that is to say the alternating component P Lw (t) of the laser radiation power P L.
Bei den vorbeschriebenen Messungen der Strahlungsleistung PL wird jeweils der von dem Werkstück 10 absorbierte Strahlungsanteil gemessen bzw. berücksichtigt. Das kann beispielsweise durch ein nicht dargestelltes Zweifarbenpyrometer erfolgen, das in bekannter Weise eingesetzt wird. In the above-described measurements of the radiation power PL, the radiation fraction absorbed by the workpiece 10 is measured or taken into account. For example done by a two-color pyrometer, not shown, which is used in a known manner.
Alle Meßeinrichtungen 14,15,16 sind an einen Auswerter 17 angeschlossen, der die Temperatur v2 des Werkstückumfangs 13 bestimmt. Diese Bestimmung wird weiter unten beschrieben. Die vom Auswerter 17 ermittelte Temperatur v2(t) wird an einen Regler 25 weitergegeben, der sie als Istwert im Vergleich zu einem Sollwert bewertet und eine Stellgröße ustell zur Beeinflussung des Lasers 24 erzeugt. Der Regler 25 ist beispielsweise ein PID- Regler, der die Laserleistung dem Sollwert entsprechend regelt. All measuring devices 14, 15, 16 are connected to an evaluator 17, which determines the temperature v 2 of the workpiece circumference 13. This determination is described below. The temperature v 2 (t) determined by the evaluator 17 is passed on to a controller 25, which evaluates it as an actual value in comparison with a setpoint value and generates a manipulated variable u stell to influence the laser 24. The controller 25 is, for example, a PID controller that controls the laser power in accordance with the setpoint.
In Fig.1 ist des weiteren dargestellt, daß die Stellgröße ustell mit einem Modulationssignal Urnod moduliert wird. Diese Modulationsgröße umod wird mit dem Signalgenerator 26 erzeugt. Die Modulation erfolgt durch einen Addierer 27, dessen Ausgangsgröße ustelltmod die Laserstrahlungsleistung PL(t) des Lasers 24 entsprechend regelt. Eine derartige externe Modulierung der Laserstrahlungsleistung ist erforderlich, wenn die durch den Laserprozeß bedingten natürlichen Fluktuationen der Strahlungsleistung als Modulationssignale nicht ausreichen oder nicht geeignet sind, weil sie beispielsweise nicht in dem für die Bearbeitung erforderlichen Frequenzbereich liegen. In Figure 1 it is also shown that the manipulated variable is modulated ustell with a modulation signal Urnod. This modulation variable u mod is generated with the signal generator 26. The modulation is carried out by an adder 27 whose output variable ustelltmod controls the laser radiation power P L (t) of the laser 24 accordingly. Such external modulation of the laser radiation power is required if the natural fluctuations in the radiation power caused by the laser process are insufficient or unsuitable as modulation signals because, for example, they are not in the frequency range required for processing.
Der Auswerter 17 bestimmt die Temperatur v2 dadurch, daß von der gemessenen Oberflächentemperatur v0 der Schicht 12 ein Temperaturwert vb abgezogen wird. Es gilt also: v2 = v0 - vb The evaluator 17 determines the temperature v 2 by subtracting a temperature value v b from the measured surface temperature v 0 of the layer 12. The following therefore applies: v 2 = v 0 - v b
Die vorgenannte Beziehung ergibt sich aus folgenden Überlegungen: Die Oberflächentemperatur v0 ist größer, als die gesuchte Werkstücktemperatur v2, weil innerhalb der Absorptionsschicht und beim Übergang der Wärme von der AbsorptionsSchicht auf das Werkstück ein Temperaturabfall stattfindet. Dieser Temperaturabfall bis zu dem von der Schicht 12 abgedeckten, wärmebeeinflußten Werkstückumfang 13 kann beispielsweise anhand des Ersatzschaltbildes 2 bestimmt werden. Fig.2 zeigt schematisch den Bearbeitungsbereich 20, in dem der Laserstrahl 18 mit der Leistung PL wirkt. An dieser Stelle herrscht die Oberflächentemperatur v0 . Die Beschichtung bzw. Schicht 12 des Werkstücks 10 setzt dem sie durchsetzenden Wärmestrom einen Widerstand entgegen, der im wesentlichen durch den Wärmewiderstand Rth01 der Schicht 12 bestimmt ist. In der Mitte der Schicht 12 herrscht die Temperatur V1 und die Schicht 12 hat die Wärmekapazität Cw1. Der Wärmewiderstand von der Schicht 12 in den erwärmten Werkstückumfang 13 wird durch den Wärmewiderstand Rth01 gekennzeichnet. Im Werkstückumfang 13 herrscht die Temperatur v2. Aus dem Werkstückumfang 13 fließt der Wärmestrom in die nicht bearbeitete, vom Werkstück 10 gebildete Umgebung entsprechend dem Wärmewiderstand Rth2u. Das Werkstück 10 hat eine Wärmekapazität Cw2. The above relationship results from the following considerations: The surface temperature v 0 is greater than the sought workpiece temperature v 2 because a temperature drop takes place within the absorption layer and when the heat transfers from the absorption layer to the workpiece. This drop in temperature up to the heat-affected workpiece circumference 13 covered by the layer 12 can be determined, for example, using the equivalent circuit diagram 2. 2 schematically shows the processing area 20 in which the laser beam 18 acts with the power P L. At this point the surface temperature v 0 prevails. The coating or layer 12 of the workpiece 10 opposes the heat flow passing through it, a resistance which is essentially determined by the thermal resistance R th01 of the layer 12. The temperature V 1 prevails in the middle of the layer 12 and the layer 12 has the heat capacity C w1 . The thermal resistance from the layer 12 into the heated workpiece circumference 13 is characterized by the thermal resistance R th01 . The temperature v 2 prevails in the workpiece circumference 13. The heat flow flows from the workpiece circumference 13 into the non-machined environment formed by the workpiece 10 in accordance with the thermal resistance R th2u . The workpiece 10 has a heat capacity C w2 .
Das vorstehend beschriebene Wärmeersatzschaltbild kann vereinfacht werden, wenn beispielsweise angenommen wird, daß die Wärmekapazität Cw2 erheblich größer ist, als die Wärmekapazität Cw1 der Schicht 12. Im Folgenden wird daher die Annahme gemacht, daß die Wärmekapazität der Schicht 12 vernachlässigt werden kann. Es gilt infolgedessen: The heat equivalent circuit diagram described above can be simplified if, for example, it is assumed that the heat capacity C w2 is considerably greater than the heat capacity C w1 of the layer 12. In the following, the assumption is made that the heat capacity of the layer 12 can be neglected. The following therefore applies:
Cw1 ≡ 0 C w1 ≡ 0
Daraus folgt eine Vereinfachung des Ersatzschaltbildes der Fig.2 gemäß Fig.4, wobei Rth02 die beiden Widerstandswerte Rth01 und Rth12 durch Addition zusammenfaßt. This results in a simplification of the equivalent circuit diagram in FIG. 2 in accordance with FIG. 4 , where R th02 combines the two resistance values R th01 and R th12 by addition.
Des weiteren ist bei der Vereinfachung in Fig.4 angenommen worden, daß der Wärmewiderstand in die Umgebung unendlich groß ist, so daß keine Wärme aus dem Werkstückumfang 13 abfließen kann. Das ist dann der Fall, wenn der Werkstückumfang 13 gleich der Gesamtdicke des Werkstücks ist, also z.B. ein Blech. Demgemäß läßt Fig.4 rechts erkennen, daß modulierte Leistung PL = PL(t) eine Temperatur v2 = v2(t) zur Folge hat, die stetig ansteigt. Die Temperatur #2(t) bleibt aufgrund der großen Wärmekapazität Cw2 durch die Modulationen der Strahlungsleistung PL(t) unbeeinflußt. Eine Temperaturbeeinflussung zeigt sich jedoch im Verlauf der Oberflächentemperatur v0(t), die mit den kurzzeiti gen Änderungen der Strahlungsleistung unmittelbar korreliert ist. Furthermore, it has been assumed in the simplification in FIG. 4 that the thermal resistance to the surroundings is infinitely large, so that no heat can flow out of the workpiece circumference 13. This is the case when the workpiece circumference 13 is equal to the total thickness of the workpiece, for example a sheet. Accordingly, FIG. 4 shows on the right that modulated power P L = P L (t) results in a temperature v 2 = v 2 (t) which increases continuously. The temperature # 2 (t) remains unaffected due to the large heat capacity C w2 by the modulations of the radiation power P L (t). However, there is a temperature influence in the course of the surface temperature v 0 (t), which is associated with the short-term i changes in radiation power are directly correlated.
Im Vergleich zur Fig.4 zeigt die Fig.3 ein vereinfachtes Wärmeschaltbild, wonach das Werkstück als Wärmesenke mit konstanter Temperatur wirkt. Daher ist die Temperatur v0 (t) an der Oberfläche der Schicht 12 der absorbierten Strahlungsleistung PL(t) direkt proportional. Der zeitliche Verlauf des Modulationssignals bzw. der Strahlungsleistung kann beliebig sein. Die Temperatur v2(t) bleibt auch in diesem Fall von der Modulation unbeeinflußt. In comparison to FIG. 4, FIG. 3 shows a simplified heat circuit diagram, according to which the workpiece acts as a heat sink with a constant temperature. Therefore, the temperature v 0 (t) on the surface of the layer 12 is directly proportional to the absorbed radiation power P L (t). The time course of the modulation signal or the radiation power can be arbitrary. In this case too, the temperature v 2 (t) remains unaffected by the modulation.
Während Fig.3 gegenüber Fig.4 ein vereinfachtes Modell ist, wird gemäß Ersatzschaltbild der Fig.5 angenommen, daß ein Wärmewiderstand vom Werkstückumfang 13 in die Umgebung des Werkstücks 10 zu berücksichtigen ist. Demgemäß stellen sich bei konstanter absorbierter Strahlungsleistung PL(t) Temperaturen v2 (t) und v0(t) mit entsprechenden thermischen Zeitkonstanten auf ihre stationären Endwerte ein. Das Ersatzschaltbild könnte z.B. für ein etwa 100 mm dickes Werkstück verwendet werden. While FIG. 3 is a simplified model compared to FIG. 4, it is assumed according to the equivalent circuit diagram of FIG. 5 that a thermal resistance from the workpiece circumference 13 into the surroundings of the workpiece 10 must be taken into account. Accordingly, at constant absorbed radiation power P L (t), temperatures v 2 (t) and v 0 (t) adjust to their stationary end values with corresponding thermal time constants. The equivalent circuit diagram could, for example, be used for an approximately 100 mm thick workpiece.
Fig.6 zeigt ein beispielsweises Wärmeersatzschaltbild für mehrschichtige Werkstücke, sei es daß das Werkstück mehrfach beschichtet ist und/oder daß es selbst aus mehreren Schichten besteht, so daß entsprechende Widerstandswerte Rth12 bis Rthn-1,n zu berücksichtigen sind, gegebenenfalls auch nicht dargestellte Wärmekapazitäten zwischen den Kapazitäten Cw1 und Cwn. 6 shows an example of a heat replacement circuit diagram for multi-layer workpieces, be it that the workpiece is coated several times and / or that it itself consists of several layers, so that corresponding resistance values R th12 to R thn-1, n have to be taken into account, possibly not shown heat capacities between the capacities C w1 and C wn .
Zur Berechnung kommen analog und/oder digital arbeitende Rechenschaltungen innerhalb des Auswerters 17 zum Einsatz. Derartige Rechenschaltungen sind jedenfalls für die vorbeschriebenen Wärmeersatzschaltbilder größtenteils bekannt, so daß hier zur Erläuterung lediglich auf das Wärmeersatzschaltbild gemäß Fig.4 zurückgegriffen wird. Analog and / or digital arithmetic circuits within the evaluator 17 are used for the calculation. Such arithmetic circuits are in any case largely known for the above-described heat equivalent circuit diagrams, so that only the heat equivalent circuit diagram according to FIG. 4 is used here for explanation.
Aus dem Ersatzschaltbild der Fig.4 kann abgeleitet werden, daß die gesuchte Temperatur v2 aus den drei Größen PL, v0 und Rth02 bestimmt werden muß . Für diese Bestimmung wird von dem durch die Schicht 12 fließenden Wärmestrom ausgegangen, für den bei einer Schicht mit konstanter Dicke und bestimmter Fläche die allgemein bekannte Beziehung gilt: It can be derived from the equivalent circuit diagram in FIG . 4 that the sought temperature v 2 must be determined from the three variables P L , v 0 and R th02 . For this determination, the heat flow flowing through the layer 12 is assumed, for which for a layer with a constant thickness and a certain area, the generally known relationship applies:
QH = c · (va - vb) / Rth Q H = c · (v a - v b ) / R th
In dieser Beziehung ist c eine Konstante zur Berücksichtigung der Fläche und der Dicke der Schicht, va,vb sind die Temperaturen auf den beiden Seiten der Schicht und Rth ist der Wärmewiderstand. Es wird angenommen, daß die Beschichtung 12 an ihrer Oberfläche die eingestrahlte Laserleistung konstant absorbiert, so daß es zu einem konstanten Wärmestrom durch die Schicht 12 hindurchkommt. Aus der vorstehenden Beziehung ergibt sich dann für die Ersatzschaltung nach Fig.4 In this regard, c is a constant taking into account the area and the thickness of the layer, v a , v b are the temperatures on both sides of the layer and R th is the thermal resistance. It is assumed that the coating 12 constantly absorbs the irradiated laser power on its surface, so that there is a constant heat flow through the layer 12. The above relationship then results for the equivalent circuit according to FIG. 4
QH ~ PL = PL(t) = (v0(t) - v2 (t)) / Rth02. Q H ~ P L = P L (t) = (v 0 (t) - v 2 (t)) / R th02 .
In der vorstehenden Beziehung wurde berücksichtigt, daß die Laserleistung grundsätzlich zeitabhängige Komponenten aufweist bzw. leistungsmoduliert ist und demzufolge auch die infolgedessen erzeugten Temperaturen v0 und v2 zeitabhängig sind. Für die Größen PL(t),v0(t) und 02 (t) gelten grundsätzlich folgende Beziehungen: In the above relationship, it was taken into account that the laser power basically has time-dependent components or is power-modulated and consequently the temperatures v 0 and v 2 generated as a result are also time-dependent. The following relationships apply to the quantities P L (t), v 0 (t) and 0 2 (t):
PL(t) = PLg + PLw(t) P L (t) = P Lg + P Lw (t)
v0(t) = v0g + v0w(t) v 0 (t) = v 0g + v 0w (t)
v2 (t) = v2g + 02w(t) v 2 (t) = v 2g + 02w (t)
Mit diesen Beziehungen ergibt sich With these relationships follows
PLg + PLw(t) = (v0g - v2g) /Rth02 + (v0w(t) - v2w(t)) / Rth02. P Lg + P Lw (t) = (v 0g - v 2g ) / R th02 + (v 0w (t) - v 2w (t)) / R th02 .
Die Temperatur v2 kann sich aufgrund der großen Wärmekapazität Cw2 des Werkstücks 10 bzw. des Werkstückumfangs 13 im Vergleich zur vernachlässigbaren Wärmekapazität Cw1 der Schicht 12 zeitlich nur langsam ändern. Infolgedessen ergibt sich: v2 (t) = v2g = C oder v2w(t) ≡ 0 Zur Lösung der vorstehenden Gleichung für die Laserleistung durch Superposition wird eine getrennte Betrachtung von Gleich- und Wechselgrößen durchgeführt. Es gilt: The temperature v 2 can only change slowly over time due to the large heat capacity C w2 of the workpiece 10 or the workpiece circumference 13 in comparison with the negligible heat capacity C w1 of the layer 12. As a result, v 2 (t) = v 2g = C or v 2w (t) ≡ 0 To solve the above equation for laser power by superposition, separate consideration of constant and alternating variables is carried out. The following applies:
I. PLg = (v0g - v2g) / Rth02 I. P Lg = (v 0g - v 2g ) / R th02
II. PLw(t) = v0w(t) / Rth02 II. P Lw (t) = v 0w (t) / R th02
Aus II. folgt: From II follows:
Rth02 = v0w(t) / PLw(t) R th02 = v 0w (t) / P Lw (t)
Daraus ergibt sich: This results in:
PLg = (v0g - v2g) · PLW (t) /v0w (t) P Lg = (v 0g - v 2g ) P LW (t) / v 0w (t)
bzw.  respectively.
v2g = v0g - PLg/Rth02 = v2 v 2g = v 0g - P Lg / R th02 = v 2
Aus der vorstehenden Beziehung ist ersichtlich, daß die Temperatur v2 aus den zu messenden Größen des Gleichanteils v0g der Oberflächentemperatur v0 und des Gleichanteils PLg der Laserleistung PL bestimmt werden kann, nämlich durch Differenzbildung, wenn der Gleichanteil PLg durch den Quotienten aus dem Wechselanteil PLw(t) und dem Wechselanteil v0w(t) dividiert wird. It can be seen from the above relationship that the temperature v 2 can be determined from the quantities of the direct component v 0g of the surface temperature v 0 and the direct component P Lg of the laser power P L to be measured, namely by forming the difference if the direct component P Lg is given by the quotient is divided from the alternating component P Lw (t) and the alternating component v 0w (t).
Um die hochfrequenten Schwankungen der Wechselanteile auszuschalten, ist von dem vorgenannten Quotienten ein Mittelwert zu bilden, wobei die Zeit für die Mittelwertbildung außerhalb der Größenordnung der Schwingungszeit liegt, aber klein genug ist, um ausreichend häufige v2-Bestimmungen zu ermöglichen. Ausserdem muß der Frequenzbereich der Wechselanteile so gewählt werden, daß Temperaturänderungen des Werkstücks 10 bzw. des bearbeiteten Werkstückumfangs 13 im Verhältnis zu Temperaturänderungen der Schicht 12 vernachlässigt werden können. Die Bestimmung von v2 erfolgt also nach der folgenden Beziehung:
Figure imgf000014_0001
In dieser Beziehung gilt: v0g - Gleichanteil der Oberflächentemperatur v0, v0w(t) = Wechselanteil der Oberflächentemperatur v0 , und PLw(t) - Wechselanteil der Laserstrahlungsleistung PL.
In order to eliminate the high-frequency fluctuations of the alternating components, an average of the aforementioned quotient is to be formed, the time for averaging being outside the order of magnitude of the oscillation time, but being short enough to enable sufficiently frequent v 2 determinations. In addition, the frequency range of the alternating components must be selected so that changes in temperature of the workpiece 10 or the machined workpiece circumference 13 in relation to changes in temperature of the layer 12 can be neglected. So v 2 is determined according to the following relationship:
Figure imgf000014_0001
In this respect, the following applies: v 0g - DC component of the surface temperature v 0 , v 0w (t) = AC component of the surface temperature v 0 , and P Lw (t) - AC component of the laser radiation power P L.
Den Gleichanteil v0g und den Wechselanteil vow(t) der Oberflächentemperatur vo kann der Auswerter 17 aufgrund des Meßergebnisses der Meßeinrichtung 14 für den jeweiligen Meßzeitraum oder Meßzeitpunkt bestimmen, während der Gleichanteil PLg und der Wechselanteil PLw(t) der Laserstrahlungsleistung PL durch die Meßeinrichtungen 15,16 bestimmt werden. Ein Beispiel für eine analoge Rechenschaltung des Auswerters 17 zur Bestimmung von v2 gibt Fig.7. Die vom Laser 24 erzeugte Strahlungsleistung PL = PL(7) wirkt auf das Werkstück 10 ein und wird mittels schneller Laserleistungsmessung 15,16 gemessen, die ein entsprechendes Signal uL(t) an den Auswerter 17 gibt. Parallel dazu erzeugt das Pyrometer 14 einen Meßspannungswert uvo(t). DiesesThe evaluator 17 can determine the direct component v 0g and the alternating component vow (t) of the surface temperature vo on the basis of the measurement result of the measuring device 14 for the respective measuring period or measuring time, while the direct component P Lg and the alternating component P Lw (t) of the laser radiation power P L the measuring devices 15, 16 are determined. 7 shows an example of an analog arithmetic circuit of the evaluator 17 for determining v 2 . The radiation power P L = P L (7) generated by the laser 24 acts on the workpiece 10 and is measured by means of rapid laser power measurement 15, 16, which gives a corresponding signal u L (t) to the evaluator 17. In parallel, the pyrometer 14 generates a measurement voltage value u vo (t). This
Signal wird auf einen Tiefpaß 28 gegeben, so daß infolge dessen Filterwirkung der Gleichanteil uvog zu einem Addierer 30 gelangt. Diesem Addierer 30 wird außerdem ein Spannungswert uvb zugeführt, und zwar mit negativem Vorzeichen, so daß die Ausgangsgröße des Addierers 30 eine Spannung uvog - uvb ist, also eine der gesuchten Temperatur v2 proportionale Spannung ustell. Das ist die bereits zu Fig.1 beschriebene Stellgröße für den Regler 25 zur Beaufschlagung des Lasers 24. Signal is given to a low-pass filter 28, so that the DC component u vog reaches an adder 30 as a result of its filter effect. This adder 30 is also supplied to a voltage value u vb, with a negative sign, so that the output of the adder 30 a voltage VOG u - u Vb, that is, a searched temperature v 2 proportional voltage u alternate. This is the manipulated variable already described for FIG. 1 for the controller 25 to act on the laser 24.
Die Spannung uvo(t) wird auf einen Hochpaß 29 gegeben, so daß der Wechselanteil uvow(t) auf einen Eingang eines Addierers 31 kommt, dessen anderer Eingang zur Bandumsetzung zwecks selektiver Frequenzuntersuchung mit einer durch die Funktion cos2πfo·t beeinflußten Größe beaufschlagt wird. Die Ausgangsgröße des Multiplizierers 31 gelangt über einen Tiefpaß 32 und einen Absolutwertbildner 33, z.B. einen Gleichrichter, in der Form von
Figure imgf000015_0001
auf einen Addierer 34, der einen Integrierer
The voltage u vo (t) is given to a high-pass filter 29, so that the alternating component u vow (t) comes to an input of an adder 31, the other input of which is used for band conversion for the purpose of selective frequency analysis with a variable influenced by the function cos2πf o · t is applied. The output variable of the multiplier 31 passes through a low-pass filter 32 and an absolute value generator 33, for example a rectifier, in the form of
Figure imgf000015_0001
to an adder 34, which is an integrator
34 mit einem Signal ê(t) beaufschlagt. Der Integrierer 35 liefert den erforderlichen Widerstandswert Rtho2 infolge seiner Anordnung in einer aus Fig.7 ersichtlichen Nachlaufschaltung mit einem Multiplizierer 36, der den Addierer 34 mit einem negativen Spannungswert | ûvow | beaufschlagt. Dieser Wert ergibt sich aus dem Multiplizierer 36 dadurch, daß der Spannungswert uL(t), analog dem Spannungswert u^o(t), einem Kochpaß 37, einem Bandum setzer 38, einem Tiefpaß 39 und einem Absolutwertbildner 40 zugeführt wird, dessen Absolutwert
Figure imgf000016_0001
dem Multiplizierer 36 zugeführt wird und daraus unter Heranziehung eines dem Widerstand Rth02 entsprechenden Signals den Wert I ûvow I bestimmt.
34 applied with a signal ê (t). The integrator 35 supplies the required resistance value R tho2 due to its arrangement in a follow-up circuit shown in FIG. 7 with a multiplier 36 which supplies the adder 34 with a negative voltage value | û vow | acted upon. This value results from the multiplier 36 in that the voltage value u L (t), analogous to the voltage value u ^ o (t), a cooking pass 37, a bandum Setter 38, a low-pass filter 39 and an absolute value generator 40 is supplied, the absolute value
Figure imgf000016_0001
is fed to the multiplier 36 and from this the value I û vow I is determined using a signal corresponding to the resistance R th02 .
Die von dem Integrierer 35 erzeugten, dem Wärmewiderstand Rth02 proportionalen Signale werden auf einen Multiplizierer 41 gegeben, der über einen Tiefpaß 42 aus der Spannung uι,(t) durch Filterwirkung gewonnene Signale uLg erhält und damit durch Multiplikation entsprechend der oben angegebenen Beziehung für vb = -PLg/Rth02 das elektrische Signal u erzeugt, welches in einen Eingang des Addierers 30 gegeben wird, der die bereits oben genannte Stellgröße ustell proportional v2 ermittelt. The signals generated by the integrator 35, which are proportional to the thermal resistance R th02, are fed to a multiplier 41 which receives signals u Lg obtained from the voltage uι, (t) by filter action via a low-pass filter 42 and thus by multiplication in accordance with the relationship given above for v b = -P Lg / R th02 generates the electrical signal u , which is fed into an input of the adder 30, which determines the manipulated variable u stell proportional v 2 already mentioned above.
Entsprechend der vorbeschriebenen analogen Rechenschaltung können auch digitale Rechenschaltungen nach dem gleichen Prinzip die Werkstücktemperatur ermitteln. Die Bestimmung des Wärmewiderstandes Rth02 kann hierbei auch mit den aus der Regelungstechnik bekannten Methoden zur Systemidentifikation bestimmt werden, z.b. mit Fourieranalyse, Kreuzkorrelation und minimaler Fehlerquadratmethode zur Parameterschätzung. Bei bekannten Materialeigenschaften, wie Wärmeleitgfähigkeit, Dichte und Wärmekapazität, können mit diesen Verfahren zusätzliche Informationen über den Bearbeitungsprozeß gewonnen werden, z.B. über die Einhärttiefe. According to the analog arithmetic circuit described above, digital arithmetic circuits can also determine the workpiece temperature using the same principle. The determination of the thermal resistance R th02 can also be determined using the methods for system identification known from control engineering , eg with Fourier analysis, cross-correlation and a minimal square error method for parameter estimation. With known material properties, such as thermal conductivity, density and heat capacity, additional information about the machining process can be obtained with these methods, for example about the depth of hardening.
Gewerbliche Verwertbαrkeit Commercial recyclability
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Messung der Oberflächentemperatur mit Laserstrahlung bestrahlten Werkstückbereichs, The method according to the invention is used to measure the surface temperature of the workpiece area irradiated with laser radiation,

Claims

Ansprüche: Expectations:
1. Verfahren einer Laserbestrahlung beschichteter Werkstücke, bei dem die Oberflächentemperatur des bestrahlten 1. Method of laser irradiation of coated workpieces, in which the surface temperature of the irradiated
Werkstückbereichs (20), insbesondere eines Bearbeitungsbereichs gemessen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Laserstrahlung mit einem in Bezug auf ihre Strahlungsleistung (PL) niedrigen Modulationsgrad leistungsmoduliert ist, und daß zur Bestimmung der Temperatur (v2) des von mindestens einer Schicht (12) abgedeckten Werkstückumfangs (13) von der gemessenen Oberflächentemperatur (v0) der Schicht (12) ein Temperaturwert (vb) abgezogen wird, der aus dem Produkt der vom Werkstück (10) absorbierten Laserstrahlungsleistung (PL) und dem dem dem Wärmeersatzschaltbild des jeweiligen Werkstücks (10) ermittelten Wärmewiderstand (Rth02) des Wärmestroms durch die Schicht (12) in das Werkstück (10) berechnet wird. Workpiece area (20), in particular a machining area, is characterized in that the laser radiation is power-modulated with a low degree of modulation with respect to its radiation power (P L ), and that for determining the temperature (v 2 ) of that of at least one layer (12) covered workpiece circumference (13) from the measured surface temperature (v 0 ) of the layer (12), a temperature value (v b ) is subtracted from the product of the laser radiation power (P L ) absorbed by the workpiece (10) and that of the heat equivalent circuit diagram of the respective one Workpiece (10) determined thermal resistance (R th02 ) of the heat flow through the layer (12) into the workpiece (10) is calculated.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Temperaturbestimmung an einem Werkstück (10) mit lediglich durch seine Wärmekapazität2. The method of claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that for temperature determination on a workpiece (10) with only by its heat capacity
(Cw2) modelliertem Wärmeersatzschaltbild ein Temperaturwert (vb) von der gemessenen Oberflächentemperatur (v0) der Schicht (12) abgezogen wird, der aus dem Gleichanteil (PLg) der Laserstrahlungsleistung (PL) durch Multiplikation mit einem gemittelten Quotienten aus Wechselanteilen (v0w(t)) der Oberflächentemperatur (v0) und Wechselanteilen (PLw(t)) der Laserstrahlungsleistung (PL) bestimmt wird. (C w2 ) modeled heat equivalent circuit diagram , a temperature value (v b ) is subtracted from the measured surface temperature (v 0 ) of the layer (12), which is obtained from the direct component (P Lg ) of the laser radiation power (P L ) by multiplication by an average quotient of alternating components (v 0w (t)) of the surface temperature (v 0 ) and alternating components (P Lw (t)) of the laser radiation power (P L ) is determined.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Laserstrahlungsleistung3. The method of claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the laser radiation power
(PL) in einem den bei der Bearbeitung oder einer Messung gegebenen Erfordernissen angepaßten Frequenzbereich extern moduliert wird und/oder daß die durch den Laserprozeß bedingten natürlichen Fluktuationen der Strahlungsleistung(P L ) is externally modulated in a frequency range adapted to the requirements during processing or measurement and / or that the natural fluctuations in the radiation power caused by the laser process
(PL) als Modulationssignale benutzt werden. (P L ) can be used as modulation signals.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß es während des Bearbeitens eines punktweise oder kontinuierlich relativverschobenen Werkstücks (10) durchgeführt wird und dazu zumindest die Parameter des Wärmeersatzschaltbildes entsprechend angepaßt werden und/oder daß die thermische Zeitkonstante des von der Schicht (12) abgedeckten 4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that it is carried out during the machining of a point-wise or continuously relatively displaced workpiece (10) and at least the parameters of the heat equivalent circuit diagram are adapted accordingly and / or that the thermal time constant of the layer (12) covered
Werkstücks (10) im Bereich des Werkstückumfangs (13) mittels der Parameter des Wärmeersatzschaltbildes berücksichtigt wird.  Workpiece (10) in the area of the workpiece circumference (13) is taken into account by means of the parameters of the heat replacement circuit diagram.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine erste Meßeinrichtung (14) die Oberflächentemperatur (v0) als Funktion der Zeit zu erfassen vermag, daß eine zweite, den Gleichanteil (PLg) der Laserstrahlungsleistung (PL) und eine dritte, Wechselanteile (PLw(t)) der Laserstrahlungsleistung (PL) erfassende Meßeinrichtung (15,16) vorhanden sind, und daß die Temperatur (v2) des von einer Schicht (12) abgedeckten Werkstückumfangs (13) mit einem Auswerter (17) nach der Beziehung
Figure imgf000018_0001
5. Apparatus for performing the method according to claim 2, characterized in that a first measuring device (14) is able to detect the surface temperature (v 0 ) as a function of time, that a second, the direct component (P Lg ) of the laser radiation power (P L ) and a third, alternating components (P Lw (t)) of the laser radiation power (P L ) measuring device (15, 16) are present, and that the temperature (v 2 ) of the workpiece circumference (13) covered by a layer (12) has a Evaluator (17) after the relationship
Figure imgf000018_0001
bestimmbar ist, wobei  is determinable, whereby
v0g = Gleichanteil der Oberflächentemperatur (v0), v 0g = constant component of the surface temperature (v 0 ),
v0w(t) = Wechselanteil der Oberflächentemperatur (v0), undv 0w (t) = alternating component of the surface temperature (v 0 ), and
PLw(t) = Wechselanteil der Laserstrahlungsleistung (PL) gilt. P Lw (t) = alternating portion of the laser radiation power (P L ) applies.
Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der an die Meßeinrichtungen (14 bis 16) angeschlossene Auswerter (17) eine elektronische analoge Rechenschaltung oder ein digitalisierte Meßwerte für die Berechnung der Temperatur (v2) des Werkstücks (10) verwertender Rechner ist. Apparatus according to claim 5, so that the evaluator (17) connected to the measuring devices (14 to 16) is an electronic analog arithmetic circuit or a digitized measured value for calculating the temperature (v2) of the workpiece (10).
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