SLAPS: Self-tuning and user-independent laser material processing units

• Forschungsstelle: EU FRP
• Projektnummer: 98.0232-2
• Projekttitel Englisch: SLAPS: Self-tuning and user-independent laser material processing units

Schlüsselwörter (Englisch)

Pulsed Nd:YAG laser; laser welding; laser material processing; sensor control; process control; closed loop laser control; processing head

Alternative Projektnummern (Englisch)

EU project number: BRPR-CT98-9008

Forschungsprogramme (Englisch)

EU-programme: 4. Frame Research Programme - 2.1 Industrial and materials technologies

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Siehe Abstract

Partner und Internationale Organisationen (Deutsch)

Coordinator: Philips CFT (NL)

Abstract (Deutsch)

Ziel des vorliegenden Projekts seitens der Lasag war es, eine Laserstrahlquelle zu entwickeln, die es erlaubt, die Strahlleistung eines Nd:YAG Lasers der Gestalt zu regeln, dass die Erfordernisse des Schweissprozesses - in diesem Fall möglichst reproduzierbare Punktschweissungen auf Kupfer - erfüllt werden können. Wichtige Voraussetzungen hierfür waren zum einen eine möglichst schnelle on-line Regelung der Laserleistung zu realisieren und zum anderen einen kompakten Laserbearbeitungskopf mit integrierter Sensorik zu entwickeln, der es erlaubt, die für den Schweissprozess relevanten Laser- und Schweissparameter zu detektieren und derart aufzubereiten, dass sie als Eingangsgrösse für die Leistungsregelung des Lasers genutzt werden können.
Auf Grund dieser Vorgaben wurde Im Rahmen des vorliegenden Projekts ein real time power supply (RTPS) zur online Leistungsregelung eines ND:YAG Lasers weiterentwickelt, so dass eine Regelungsfrequenz von 20 kHz erreicht werden konnte. Die Anstiegszeit wurde bis auf 50 µs zu Beginn des Laserpulses und bis auf ca. 300 µs im späteren geregelten Bereich des Laserpulses reduziert. Der Laser wurde mit einem Analogeingang zur on-line Leistungsregelung ausgerüstet. Dieser Analogeingang wird von Philips und vom IOA eingesetzt, um einen Feedback Kreis zu installieren, der eine Leistungsregelung des Laserstrahls zur Erzeugung des gewünschten Temperatur-Zeit-Verlaufs im Schweissbad ermöglicht.
Des Weiteren wurde von Lasag in Kooperation mit dem IOA der EPFL ein kompakter Laserbearbeitungskopf mit integrierter Sensorik entwickelt, der es erlaubt, die Temperatur des Schweissbades, die Plasmaemission sowie den Betrag der eingestrahlten und vom Werkstück reflektierten Laserstrahlung zu detektieren. Ein Laser mit integriertem RTPS wurde zusammen mit dem kompakten Laserbearbeitungskopf erfolgreich im Testbed bei Philips und in einem experimentellen Aufbau beim IOA in Lausanne integriert. An beiden Orten konnte - mit unterschiedlichen Ansätzen - eine deutliche signifikante Erhöhung der Reproduzierbarkeit der Schweissverbindungen zwischen Kupferblechen erzielt werden.
Darüber hinaus war Lasag zusammen mit dem IOA an der Entwicklung einer Strategie zur reproduzierbaren Verschweissung dieser Kupferbleche involviert. Zur besseren Beherrschung des Schweissprozesses wurde dieser in ca. 5 verschiedene Phasen unterteilt. IOA und Lasag konzentrierten sich hierbei auf die Regelungsstrategie der ersten 3 Phasen, die insbesondere die Oberflächen Präparation des Werkstücks und den Übergang in die temperaturgestützte Regelungsphase sicherstellen sollen.

Datenbankreferenzen (Englisch)

Swiss Database: Euro-DB of the
State Secretariat for Education and Research
Hallwylstrasse 4
CH-3003 Berne, Switzerland
Tel. [phone]
Swiss Project-Number: 98.0232-2