Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

DE102015207834A1 - Processing machine for a laser beam to be performed production method and method for their operation - Google Patents

Processing machine for a laser beam to be performed production method and method for their operation Download PDF

Info

Publication number
DE102015207834A1
DE102015207834A1 DE102015207834.5A DE102015207834A DE102015207834A1 DE 102015207834 A1 DE102015207834 A1 DE 102015207834A1 DE 102015207834 A DE102015207834 A DE 102015207834A DE 102015207834 A1 DE102015207834 A1 DE 102015207834A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
laser beam
processing machine
back radiation
workpiece
process back
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102015207834.5A
Other languages
German (de)
Inventor
Olaf Rehme
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE102015207834.5A priority Critical patent/DE102015207834A1/en
Publication of DE102015207834A1 publication Critical patent/DE102015207834A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B23K26/34Laser welding for purposes other than joining
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • B22F10/28Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40Radiation means
    • B22F12/44Radiation means characterised by the configuration of the radiation means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/90Means for process control, e.g. cameras or sensors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B23K26/032Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B23K26/12Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/127Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in an enclosure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30Process control
    • B22F10/36Process control of energy beam parameters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsmaschine für ein mit einem Laserstrahl (27) durchzuführendes Fertigungs- oder Verbindungsverfahren. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren, mit dem diese Bearbeitungsmaschine betrieben werden kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass optische Elemente (24, 25, 28, 36) so ausgelegt sind, dass deren Abmessungen ausreichen, dass nicht nur der Laserstrahl (27) geleitet werden kann, sondern in entgegengesetzter Richtung auch Prozessrückstrahlung (33), die mittels einer Abbildungsoptik (45) beispielsweise auf einem Bildsensor (44) abgebildet werden können. Durch die konfokale Anordnung der optischen Elemente kann somit eine Abkühlungszone (34) unabhängig von einer Richtung (32) der Führung des Laserstrahls (27) immer auf dem Bildsensor (44) abgebildet werden. Dies liegt daran, dass vorteilhaft der gesamte ringförmige Bereich (35) um das Schmelzbad (29) grundsätzlich über die optischen Elemente auf dem Bildsensor (44) abgebildet werden kann, ohne dass die Optik hierzu neu ausgerichtet werden muss.The invention relates to a processing machine for a laser beam (27) to be performed manufacturing or bonding method. Moreover, the invention relates to a method by which this processing machine can be operated. According to the invention, it is provided that optical elements (24, 25, 28, 36) are designed so that their dimensions are sufficient to allow not only the laser beam (27) to be conducted, but also process return radiation (33) in the opposite direction Imaging optics (45) can be imaged, for example, on an image sensor (44). As a result of the confocal arrangement of the optical elements, a cooling zone (34) can always be imaged on the image sensor (44) independently of a direction (32) of the guidance of the laser beam (27). This is because, advantageously, the entire annular region (35) around the molten bath (29) can basically be imaged via the optical elements on the image sensor (44) without the optics having to be realigned for this purpose.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsmaschine für ein mit einem Laserstrahl durchzuführendes Fertigungs- oder Verbindungsverfahren. Sie weist eine Optik auf, mit der der Laserstrahl auf ein in der Bearbeitungsmaschine herzustellendes oder zu bearbeitendes Werkstück oder ein dieses Werkstück umgebendes Pulverbett lenkbar ist. Ein solches Pulverbett ist bei pulverbettbasierten additiven Fertigungsverfahren vorhanden. Bei diesen Verfahren wird das herzustellende Bauteil durch selektives Aufschmelzen des Pulvers im Pulverbett erzeugt. Das hierbei durch den Laserstrahl erzeugte Schmelzbad ist teilweise von nicht aufgeschmolzenem Pulver des Pulverbettes und teilweise von soeben erzeugten und in Abkühlung befindlichen Teilbereichen der Bauteils umgeben.The invention relates to a processing machine for a laser beam to be performed manufacturing or bonding method. It has an optical system with which the laser beam can be directed onto a workpiece to be produced or machined in the processing machine or a powder bed surrounding this workpiece. Such a powder bed is present in powder bed-based additive manufacturing processes. In these methods, the component to be produced is produced by selective melting of the powder in the powder bed. The molten bath produced by the laser beam is partially surrounded by unfused powder of the powder bed and in part by segments of the component which have just been produced and are being cooled.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bearbeiten oder Herstellen eines Bauteils in einer Bearbeitungsmaschine durch einen Laserstrahl, der mit einer Optik auf ein in der Bearbeitungsmaschine herzustellendes oder zu bearbeitendes Werkstück gelenkt wird.Furthermore, the invention relates to a method for processing or producing a component in a processing machine by a laser beam, which is directed with an optic on a workpiece to be produced or machined in the processing machine.

Bearbeitungsmaschinen und Verfahren zu deren Betrieb, wie sie eingangs charakterisiert wurden, sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Mit diesen Maschinen wird beispielsweise ein selektives Laserschmelzen oder ein Laserschweißen durchgeführt. Bei einer Bearbeitungsmaschine zum selektiven Laserschmelzen wird (wie bereits erwähnt) mit dem Laserstrahl lagenweise ein Pulverbett lokal an den Stellen aufgeschmolzen, wo aus dem Pulver ein Bauteil hergestellt werden soll. Beim Laserschweißen kann ein Zusatzmaterial beispielsweise als Pulver zugeführt werden und an der Verbindungsstelle zwischen zwei Bauteilen aufgeschmolzen werden.Processing machines and methods of operation thereof, as characterized at the outset, are well known in the art. With these machines, for example, a selective laser melting or laser welding is performed. In a processing machine for selective laser melting (as already mentioned), a powder bed is locally melted in layers at the points where a component is to be produced from the powder. In laser welding, a filler material may for example be supplied as a powder and melted at the junction between two components.

Um den Prozess überwachen zu können, ist es bekannt, die sogenannte Prozessrückstrahlung, also Licht, was von dem in Bearbeitung befindlichen Bauteil oder einem dieses Werkstück umgebenden Pulverbett aufgrund einer Wärmeentwicklung abgestrahlt wird, zu erfassen. Von besonderem Interesse ist die Position direkt hinter dem durch den Laserstrahl erzeugten Schmelzbad. Um hier eine optische Erfassung zu ermöglichen muss die Prozessrückstrahlung von einer Position hinter dem Bearbeitungspunkt aufgenommen werden. Daher ist es notwendig, einen zur Erfassung der Prozessrückstrahlung verwendeten Sensor in einem entsprechend angestellten Winkel zu positionieren, damit dieser von dem bearbeitenden Laserstrahl genügend weit entfernt ist. Dies hat zur Folge, dass nur in einer einzigen Bewegungsrichtung des Schmelzbades eine Aufnahme des Signals genau hinter dem Bearbeitungspunkt (Schmelzbad) aufgenommen werden kann. Für andere Bewegungsrichtungen liegt die zu messende Stelle dann zumindest anteilig eher neben dem Bearbeitungspunkt. Nun könnte man vorsehen, die Optik zur Erfassung der Prozessrückstrahlung so zu lagern, dass diese um den Laserstrahl herumgeschwenkt werden kann. Dies erfordert allerdings einen erhöhten mechanischen Aufwand und macht dadurch die Bearbeitungsanlage teurer und störanfälliger.In order to be able to monitor the process, it is known to detect the so-called process reflection, that is light, which is emitted by the component being processed or by a powder bed surrounding this workpiece due to heat development. Of particular interest is the position directly behind the molten pool created by the laser beam. In order to make optical detection possible here, the process return has to be recorded from a position behind the processing point. Therefore, it is necessary to position a sensor used to detect the process back radiation at a correspondingly adjusted angle so that it is sufficiently far away from the machining laser beam. This has the consequence that only in a single direction of movement of the molten bath, a recording of the signal can be recorded just behind the processing point (melt pool). For other directions of movement, the point to be measured is then at least proportionately closer to the processing point. Now you could provide, the optics for detecting the process back radiation to store so that it can be pivoted around the laser beam. However, this requires an increased mechanical effort and thereby makes the processing system more expensive and prone to failure.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Bearbeitungsmaschine für ein laserstrahlgebundenes Fertigungs- oder Verbindungsverfahren anzugeben, mit der eine Prozessführung auf optischem Wege zuverlässig unterstützt werden kann. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Bearbeiten oder Herstellen eines Bauteils mit einer solchen Bearbeitungsmaschine anzugeben, bei dem die Prozessführung auf optischen Wege zuverlässig durchgeführt werden kann.The object of the invention is to provide a processing machine for a laser-bonded manufacturing or bonding method, with which a process control can be reliably supported by optical means. In addition, it is an object of the invention to provide a method for processing or producing a component with such a processing machine, in which the process control can be carried out reliably by optical means.

Diese Aufgabe wird mit der eingangs angegebenen Bearbeitungsmaschine erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die in dieser Maschine verwendete Optik verschiedene Elemente mit folgenden Eigenschaften aufweist: die Abmessungen dieser optischen Elemente reichen aus, damit diese neben der Führung des Laserstrahls auch zur Führung von Prozessrückstrahlung in der Lage sind, welche einen ringförmigen Bereich, der um das Auftreffgebiet des Laserstrahls auf dem herzustellenden oder zu bearbeitenden Werkstück gelegen ist, ausgeht. Dieses Auftreffgebiet des Laserstrahls wird bei den genannten Verfahren, also einem additiven Herstellungsverfahren (Additive Manufacturing), einem Schweißen oder einem Auftragsschweißen durch den Laserstrahl aufgeschmolzen. In dem Auftreffgebiet befindet sich somit ein Schmelzbad des zu bearbeitenden Werkstoffes. Das Schmelzbad selbst ist typischerweise geringfügig größer als das Auftreffgebiet des Laserstrahls selbst. Der ringförmige Bereich erstreckt sich um diesen Auftreffbereich des Lasers herum. Er ist so gewählt, dass dieser außerhalb des Schmelzbades liegt oder zumindest nur ein kleiner Randbereich des Schmelzbades in diesem ringförmigen Bereich liegt, damit die Prozessrückstrahlung, die von diesem ringförmigen Bereich ausgeht, nicht von der Prozessrückstrahlung des Schmelzbades überstrahlt wird.This object is achieved with the above-mentioned processing machine according to the invention that the optics used in this machine has various elements with the following properties: the dimensions of these optical elements are sufficient so that they are in addition to the leadership of the laser beam for guiding process radiation in the situation which is an annular region, which is located around the impingement of the laser beam on the workpiece to be machined or processed. This impact area of the laser beam is melted by the laser beam in the aforementioned methods, ie an additive manufacturing process (additive manufacturing), welding or build-up welding. In the impact area is thus a molten bath of the material to be processed. The molten bath itself is typically slightly larger than the impact area of the laser beam itself. The annular region extends around this region of incidence of the laser. It is chosen so that it lies outside the molten bath or at least only a small edge region of the molten bath is located in this annular region, so that the process back radiation emanating from this annular region is not outshone by the process back radiation of the molten bath.

Der Dimensionierung des ringförmigen Bereichs liegt die erfindungsgemäße Erkenntnis zugrunde, dass die Prozessrückstrahlung des in Abkühlung befindlichen Materials im Vergleich zu derjenigen im Schmelzbad so viel geringer ist, dass eine zuverlässige Auswertung nur möglich ist, wenn der Lichtanteil im Lichtsignal aus dem Schmelzbad ausgeschlossen oder zumindest auf einen geringen Teil beschränkt wird (Licht im Sinne der Anmeldung ist elektromagnetische Strahlung, insbesondere UV-Licht, sichtbares Licht und IR-Licht). Von besonderem Interesse ist die Prozessrückstrahlung im direktem Anschluss hinter dem Schmelzbad (bezogen auf die Bewegungsrichtung des Auftreffpunktes des Lasers), also im sogenannten Schmelzbadnachlauf. Wo dieser besonders interessierende Bereich relativ zum Schmelzbad im ringförmigen Bereich liegt, hängt von der augenblicklichen Bewegungsrichtung des Laserstrahls auf dem Werkstück oder auf der Oberfläche des Pulverbettes ab. Durch Gestaltung des ringförmigen Bereiches wird erfindungsgemäß ermöglicht, dass dieser Bereich unabhängig von der Bewegungsrichtung des Laserstrahls immer in dem ringförmigen Bereich liegt und somit durch die optischen Elemente erfasst wird. Zu diesem Zweck sind die optischen Elemente mit anderen Worten so dimensioniert, dass sie nicht nur den Laserstrahl erfassen, sondern auch das Licht der Prozessrückstrahlung aus dem ringförmigen Bereich.The dimensioning of the annular region is based on the finding according to the invention that the process back radiation of the material being cooled is so much lower compared to that in the molten bath that reliable evaluation is only possible if the light component in the light signal is excluded from the molten bath or at least on is limited to a small part (light in the sense of the application is electromagnetic radiation, in particular UV radiation). Light, visible light and IR light). Of particular interest is the process back radiation in the direct connection behind the molten bath (in relation to the direction of movement of the point of impact of the laser), ie in the so-called molten bath lag. Where this region of particular interest lies in the annular region relative to the molten bath depends on the instantaneous direction of movement of the laser beam on the workpiece or on the surface of the powder bed. By designing the annular region, it is possible according to the invention for this region to always be located in the annular region, irrespective of the direction of movement of the laser beam, and thus to be detected by the optical elements. In other words, for this purpose, the optical elements are dimensioned so as to detect not only the laser beam but also the process-return radiation from the annular region.

Weiterhin ist erfindungsgemäß eines der optischen Elemente so im Strahlengang des Laserstrahls angeordnet, dass die Prozessrückstrahlung aus dem Strahlengang ausgekoppelt wird. Diese Maßnahme ist erforderlich, da die Prozessrückstrahlung sonst bis zu Erzeugungseinrichtung des Laserstrahls (Laser) geführt werden würde. Hier steht jedoch kein genügender Bauraum für eine Erfassungseinrichtung für das ausgekoppelte Licht der Prozessrückstrahlung zur Verfügung. Die Auskoppelung ermöglicht es daher vorteilhaft, die Erfassungseinrichtung an einer hierfür geeigneten Stelle der Bearbeitungsmaschine anzuordnen. Die Auskoppelung der Prozessrückstrahlung kann zum Beispiel durch einen halbdurchlässigen Spiegel realisiert sein, der einerseits das vom Laser kommende Licht des Laserstrahls durchlässt, andererseits das ausgekoppelte Licht der Prozessrückstrahlung reflektiert und damit zur Erfassungseinrichtung umleitet.Furthermore, according to the invention, one of the optical elements is arranged in the beam path of the laser beam such that the process return radiation is coupled out of the beam path. This measure is necessary since the process back radiation would otherwise be conducted up to the generation device of the laser beam (laser). However, there is no sufficient space for a detection device for the decoupled light of the process back radiation available. The decoupling therefore advantageously makes it possible to arrange the detection device at a location of the processing machine suitable for this purpose. The decoupling of the process return radiation can be realized, for example, by a semitransparent mirror, which on the one hand transmits the laser beam coming from the laser, and on the other hand reflects the decoupled light of the process return and thus redirects it to the detection device.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn sichergestellt wird, dass die Prozessrückstrahlung aus dem Schmelzbad aus dem die Erfassungseinrichtung erreichenden Licht ausgekoppelt wird. Hierzu muss eine Vorrichtung zum Einsatz kommen, die die Funktion einer Strahlfalle übernimmt. Beispielsweise kann dies durch eine Blende erfolgen, die derart angeordnet ist, dass die von einem Schmelzbad auf dem Werkstück ausgehende Prozessstrahlung abgefangen wird. Auch kann die Strahlfalle durch eine geeignete Ausbildung der Sensorfläche in der Erfassungseinrichtung realisiert sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das optische Element zur Auskoppelung der Prozessrückstrahlung selbst derart auszubilden, dass die Prozessrückstrahlung des Schmelzbades gar nicht ausgekoppelt wird. Dies könnte durch eine Öffnung in einem Umlenkspiegel realisiert werden, wobei die Öffnung gleichzeitig einen verlustfreien Durchlass des vom Laser ausgehenden Laserstrahls ermöglichen würde. Es muss jedoch sichergestellt sein, dass die Prozessrückstrahlung, die dann in den Laser strahlt, diesen nicht zerstört. Geeignete Laser für diesen Anwendungsfall werden beispielsweise durch die Firma IPG Laser angeboten. Die vom ringförmigen Bereich ausgehende Prozessrückstrahlung kann dann vorteilhaft ohne eine Verfälschung durch die Prozessrückstrahlung des Schmelzbades ausgewertet werden.Furthermore, it is advantageous if it is ensured that the process return radiation from the molten bath is decoupled from the light reaching the detection device. For this purpose, a device must be used, which takes over the function of a jet trap. For example, this can be done by a diaphragm, which is arranged such that the emanating from a molten bath on the workpiece process radiation is intercepted. Also, the beam trap can be realized by a suitable design of the sensor surface in the detection device. Another possibility is to form the optical element for decoupling the process back-radiation itself in such a way that the process return radiation of the molten bath is not decoupled at all. This could be realized by an opening in a deflection mirror, wherein the opening would simultaneously allow a lossless passage of the outgoing laser laser beam. However, it must be ensured that the process back radiation, which then radiates into the laser, does not destroy it. Suitable lasers for this application are offered for example by the company IPG Laser. The process back radiation emanating from the annular region can then advantageously be evaluated without adulteration by the process retro-reflection of the molten bath.

Eine Alternative zur Verwendung einer Strahlfalle liegt darin, dass die Erfassungseinrichtung die Prozessrückstrahlung nur in einem Wellenlängenbereich auswertet, welcher typisch für die Prozessrückstrahlung im Schmelzbadnachlauf ist. Dadurch kann die Prozessrückstrahlung vorteilhaft auch dann zuverlässig ausgewertet werden, wenn die Prozessrückstrahlung des Schmelzbades nicht von einer Strahlfalle abgefangen wird.An alternative to the use of a jet trap is that the detection device evaluates the process back-radiation only in a wavelength range which is typical for the process back-radiation in the melt bath lag. As a result, the process return radiation can advantageously also be reliably evaluated if the process return of the molten bath is not intercepted by a jet trap.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Erfassungseinrichtung von einem Bildsensor gebildet wird, auf den der ringförmige Bereich abgebildet wird. Hierbei können vorteilhaft CMOS- oder CCD-Sensoren zum Einsatz kommen. Diese Sensoren werden als Serienprodukte hergestellt und sind vorteilhaft günstig in der Anschaffung. Außerdem ermöglichen sie es vorteilhaft, ein Abbild des ringförmigen Bereiches auszuwerten, wenn gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung im Strahlengang der ausgekoppelten Prozessrückstrahlung eine Abbildungsoptik vorgesehen ist, mit der das Abbild der Oberfläche des Werkstückes auf dem Bildsensor fokussierbar ist. Hierdurch werden auch Informationen auswertbar, welche geometrische Form oder Fläche das Gebiet des Schmelzbadnachlaufes aufweist.According to another embodiment of the invention, it is provided that the detection device is formed by an image sensor, on which the annular region is imaged. In this case, advantageously CMOS or CCD sensors can be used. These sensors are manufactured as series products and are advantageous in the purchase. In addition, they advantageously make it possible to evaluate an image of the annular region if, according to an embodiment of the invention, imaging optics are provided in the beam path of the decoupled process reflection, with which the image of the surface of the workpiece can be focused on the image sensor. As a result, information can also be evaluated as to which geometric shape or surface the area of the molten bath has.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann auch vorgesehen werden, dass die Erfassungseinrichtung von einem optischen Messgerät, insbesondere einem Pyrometer oder Spektrometer, gebildet wird, welches die Prozessrückstrahlung des ringförmigen Bereiches einfängt. Bei derartigen Erfassungseinrichtungen geht es nicht um die Abbildung des ringförmigen Bereiches, sondern um die Analyse des eingefangenen Lichtes der Prozessrückstrahlung. Hier kann zur Auswertung der Prozessrückstrahlung zum Beispiel ein Lichtspektrum erfasst werden. Vorteilhaft ist im Strahlengang der ausgekoppelten Prozessrückstrahlung eine Sammeloptik vorgesehen, mit der Prozessrückstrahlung auf einen Eingang des Messgerätes gebündelt wird. Hier ist eine exakte Fokussierung nicht erforderlich, die Bündelung dient lediglich dazu, einen möglichst großen Anteil der Prozessrückstrahlung in dem zur Verfügung stehenden optischen Eingang der Erfassungseinrichtung zu vereinen. Als Sammeloptik kann in diesem Fall beispielsweise ein Hohlspiegel, insbesondere ein Parabolspiegel zum Einsatz kommen.According to an alternative embodiment of the invention, it can also be provided that the detection device is formed by an optical measuring device, in particular a pyrometer or spectrometer, which captures the process reflection of the annular region. Such detection devices are not concerned with the imaging of the annular region, but with the analysis of the trapped light of the process radiation. Here, for example, a light spectrum can be detected to evaluate the process back radiation. Advantageously, a collection optics is provided in the beam path of the decoupled process back-radiation, is bundled with the process back radiation to an input of the measuring device. Here an exact focusing is not required, the bundling serves only to unite the largest possible portion of the process back radiation in the available optical input of the detection device. As collecting optics, a concave mirror, in particular a parabolic mirror, can be used in this case, for example.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch das eingangs angegebene Verfahren zum Bearbeiten oder Herstellen eines Bauteils gelöst, indem in der Optik optische Elemente zum Einsatz kommen, deren Abmessungen ausreichen, damit diese neben der Führung des Laserstrahls auch eine Führung von Prozessrückstrahlung übernehmen können, welche von einem ringförmigen Bereich, der um das Auftreffgebiet des Laserstrahl auf dem herzustellenden oder zu bearbeitenden Werkstück gelegen ist, ausgeht. Von diesen optischen Elementen ist erfindungsgemäß eines so im Strahlengang des Laserstrahls angeordnet, dass die Prozessrückstrahlung aus dem Strahlengang ausgekoppelt wird, wobei eine Erfassungseinrichtung für diese gekoppelte Prozessrückstrahlung vorgesehen ist, die diese Prozessrückstrahlung erfasst. Dieses Verfahren lässt sich mit der vorstehend beschriebenen Bearbeitungsmaschine durchführen, wobei die bereits aufgeführten Vorteile erreicht werden. The object of the invention is also achieved by the above-mentioned method for processing or manufacturing a component by optical elements are used in optics whose dimensions are sufficient so that they can take in addition to the leadership of the laser beam and a leadership of process back radiation, which of an annular area located around the impact area of the laser beam on the workpiece to be machined or processed. According to the invention, one of these optical elements is arranged in the beam path of the laser beam in such a way that the process return radiation is coupled out of the beam path, wherein a detection device for this coupled process return is provided which detects this process return radiation. This method can be carried out with the processing machine described above, wherein the advantages already listed are achieved.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass im Strahlengang der ausgekoppelten Prozessrückstrahlung eine Blende angeordnet ist, und zwar derart, dass die von einem Schmelzbad auf dem Werkstück ausgehende Prozessrückstrahlung abgefangen wird. Alternativ zu einer Blende können auch die zur erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine näher erläuterten Maßnahmen getroffen werden. Vorteilhaft lässt sich damit das von dem ringförmigen Bereich ausgehende Licht der Prozessrückstrahlung getrennt von dem vom Schmelzbad ausgehenden Licht der Prozessrückstrahlung auswerten. Die hiermit verbundenen Vorteile sind im Zusammenhang der Erläuterung der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine bereits erläutert worden.According to one embodiment of the method according to the invention, it is provided that a diaphragm is arranged in the beam path of the decoupled process back radiation, in such a way that the process back radiation emanating from a molten bath on the workpiece is intercepted. As an alternative to a diaphragm, the measures explained in greater detail for the processing machine according to the invention can also be taken. Advantageously, the light emitted by the annular region from the process return radiation can thus be evaluated separately from the light from the process back radiation emanating from the molten bath. The associated advantages have already been explained in connection with the explanation of the processing machine according to the invention.

Wenn die Erfassungseinrichtung von einem Bildsensor gebildet wird, kann, wie bereits erwähnt, der ringförmige Bereich auf dem Bildsensor abgebildet werden und das entstandene Bild einer Auswertung unterzogen werden. Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise die Lage eines Intensitätsmaximums der Prozessrückstrahlung in dem ringförmigen Bereich bestimmt werden. Dieses Intensitätsmaximum gibt Aufschluss darüber, in welchem Teilbereich des ringförmigen Bereiches sich der Schmelzbadnachlauf gerade befindet. Dieser ist nämlich wegen der gerade erfolgten Erstarrung des Schmelzbades noch wesentlich heißer als die anderen Teilbereiches des ringförmigen Bereiches und kann daher durch die Ermittlung des Intensitätsmaximums bestimmt werden. Die bekannte Lage des Schmelzbadnachlaufes in dem ringförmigen Bereich gibt zum Beispiel Aufschluss über die Bewegungsrichtung des Lasers, über das Bauteil oder das Pulverbett. Abweichungen der Lage können daher beispielsweise für eine Korrektur der Richtung verwendet werden.If the detection device is formed by an image sensor, as already mentioned, the annular region can be imaged on the image sensor and the resulting image can be subjected to an evaluation. According to one embodiment of the method according to the invention, for example, the position of an intensity maximum of the process return radiation in the annular region can be determined. This maximum intensity provides information about the partial area of the annular area where the molten bath caster is currently located. Because of the solidification of the molten bath which has just taken place, it is still substantially hotter than the other part of the annular region and can therefore be determined by determining the intensity maximum. The known position of the Schmelzbadnachlaufes in the annular region gives, for example, information about the direction of movement of the laser, on the component or the powder bed. Deviations of the position can therefore be used for example for a correction of the direction.

Eine andere Möglichkeit das Intensitätsmaximum auszuwerten, liegt darin, dass aus dem Intensitätsmaximum die auf dem Bauteil herrschende Temperatur ermittelt wird. Für diese Temperatur kann beispielsweise ein zulässiger Temperaturbereich definiert werden, in dem die Qualität des Bauteils gewährleistet ist. Beispielsweise in einem Randbereich des herzustellenden Bauteils kann die Abführung der Prozesswärme eingeschränkt sein, da dort weniger Bauteilvolumen zur Verfügung steht, in dem sich die Wärme verteilen kann. Verlässt beispielsweise in einem solchen Bereich die gemessene Temperatur das Temperaturfenster hin zu höheren Temperaturen, kann die Leistung des Lasers reduziert werden.Another possibility to evaluate the intensity maximum is that the temperature prevailing on the component is determined from the intensity maximum. For example, an allowable temperature range can be defined for this temperature, in which the quality of the component is guaranteed. For example, in an edge region of the component to be produced, the dissipation of the process heat can be limited since there is less component volume available in which the heat can be distributed. For example, if the temperature measured leaves the temperature window in such an area towards higher temperatures, the power of the laser can be reduced.

Eine andere Möglichkeit liegt darin, aus der Temperatur im ringförmigen Bereich auf die Abkühlgeschwindigkeit des Bauteils im Schmelzbadnachlauf und somit auf mögliche Defekte im Werkstoffgefüge zu schließen. Ist diese zu hoch, kann dies zu erhöhten Eigenspannungen im hergestellten Bauteil führen. Verlässt die gemessene Temperatur somit das zulässige Temperaturfenster in Richtung zu geringer Temperaturen kann dem beispielsweise durch einen zusätzlichen Wärmeeintrag mittels einer anderen Energiequelle (beispielsweise durch einen zweiten Laser) in das Bauteil entgegengewirkt werden.Another possibility is to conclude from the temperature in the annular region on the cooling rate of the component in the melt bath lag and thus on possible defects in the material structure. If this is too high, this can lead to increased residual stresses in the manufactured component. If the measured temperature thus leaves the permissible temperature window in the direction of low temperatures, this can be counteracted, for example, by additional heat input into the component by means of another energy source (for example, by a second laser).

Ist die geforderte Intensität der Prozessrückstrahlung beispielsweise in einer Serienproduktion von Bauteilen schon genau bekannt, kann die Prozessrückstrahlung anstelle eines Prozessfensters auch ein Referenzwert bestimmt werden. Hier kann bei Abweichungen von dem Referenzwert vorteilhaft sehr schnell eine Anpassung der Leistung des Laserlichtes vorgenommen werden. Der Referenzwert kann für Bauteile auch in Abhängigkeit des gerade hergestellten Bereiches variabel bestimmt werden, wenn sich in unterschiedlichen Bauteilregionen auch unterschiedliche Prozessbedingungen als ideal herausgestellt haben.If the required intensity of the process return, for example, in a series production of components already known exactly, the process back radiation can be determined instead of a process window and a reference value. Here, in the case of deviations from the reference value, an adaptation of the power of the laser light can advantageously be carried out very quickly. The reference value for components can also be determined variably depending on the region just produced, even if different process conditions have been found to be ideal in different component regions.

Um den (eventuell variablen) Referenzwert zu ermitteln, kann vor der Herstellung des Bauteils die Herstellung einer Probe erfolgen, wobei ein in dem Verfahren verwendetes Pulver und die in dem Verfahren geltenden Prozessparameter angewendet werden. Hierdurch entstehen Produktionsvoraussetzungen, die sich auf eine spätere Produktion des Bauteils selbst übertragen lassen. Bei der Serienproduktion von Bauteilen kann die Probe selbst auch ein Bauteil sein, welches im Voraus in einem Testlauf hergestellt wird.In order to determine the (possibly variable) reference value, it is possible to prepare a sample prior to the manufacture of the component using a powder used in the process and the process parameters used in the process. This creates production prerequisites that can be transferred to a later production of the component itself. In mass production of components, the sample itself may also be a component which is manufactured in advance in a test run.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben.Further details of the invention will be described below with reference to the drawing. Identical or corresponding drawing elements are each provided with the same reference numerals and are only multiple insofar explains how differences arise between the individual figures.

Es zeigenShow it

1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine schematisch geschnitten, in der ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens als Additive Manufacturing durchgeführt wird, und 1 an embodiment of the processing machine according to the invention schematically cut, in which an embodiment of the inventive method is carried out as additive manufacturing, and

2 ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine, in der als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Laserschweißen durchgeführt wird. 2 another embodiment of the processing machine according to the invention, in which a laser welding is performed as an embodiment of the method according to the invention.

Eine Bearbeitungsmaschine gemäß 1 weist eine Prozesskammer 11 auf, in der ein Pulverbett 12 auf einer Bauplattform 13 mit Seitenbegrenzung 14 aufgebaut werden kann. Die Bauplattform 13 lässt sich mit einem Aktor 15 schrittweise absenken, wobei durch eine Dosiervorrichtung 16, aufweisend ein Pulvervorrat 17 und eine Rakel 18, das Pulver lagenweise auf das Pulverbett 12 dosiert werden kann. Auch die Dosiervorrichtung 16 ist mit einem Aktor 19 horizontal verschiebbar gelagert.A processing machine according to 1 has a process chamber 11 in which a powder bed 12 on a building platform 13 with side boundary 14 can be built. The construction platform 13 settles with an actor 15 Lower gradually, with a metering device 16 comprising a powder supply 17 and a squeegee 18 , the powder in layers on the powder bed 12 can be dosed. Also the dosing device 16 is with an actor 19 horizontally displaceable stored.

Weiterhin ist in der Bearbeitungsmaschine ein Laser 20 vorgesehen, wobei dieser mit einer Lichtleitfaser 21 einem Kollimator 22 zugeführt wird. Hier wird der Laserstrahl aufgeweitet und über eine Sammeloptik 23 in einen parallel verlaufenden Lichtstrahl umgewandelt. Ein so gebildeter Laserstrahl 27 durchtritt einen halbdurchlässigen Spiegel 24 und trifft auf einen Umlenkspiegel 25, der schwenkbar in einem Lager 26 gehalten ist. Mittels dieses Umlenkspiegels 25 kann der durch das Laserlicht gebildete Laserstrahl 27 auf unterschiedliche Stellen der Oberfläche des Pulverbettes 12 gelenkt werden. Hierbei durchtritt er eine Fokussieroptik 28, mit der das Laserlicht auf ein Auftreffgebiet 29 in dem Pulverbett 12 fokussiert wird.Furthermore, in the processing machine is a laser 20 provided, this with an optical fiber 21 a collimator 22 is supplied. Here, the laser beam is expanded and a collection optics 23 converted into a parallel beam of light. Such a formed laser beam 27 passes through a semitransparent mirror 24 and meets a deflecting mirror 25 that swivels in a warehouse 26 is held. By means of this deflecting mirror 25 For example, the laser beam formed by the laser light 27 to different places on the surface of the powder bed 12 be steered. He passes through a focusing optics 28 with which the laser light hits an impact area 29 in the powder bed 12 is focused.

Das Laserlicht erzeugt in dem Pulverbett 12 ein Schmelzbad 30, in dem das Material des Pulvers aufgeschmolzen wird. Durch Abfahren der einzelnen Lagen (nicht näher dargestellt) mit dem Laser entsteht nach und nach im Pulverbett 12 ein Werkstück (Bauteil) 31, wobei die Bewegungsrichtung des Laserstrahls 27 auf dem Werkstück 31 durch einen Pfeil 32 angedeutet ist. Hinter dem Schmelzbad 30 entsteht eine Prozessrückstrahlung 33, die von dem abkühlenden Werkstück ausgeht und in einem Intensitätsmaximum 34 besonders stark ausgeprägt ist. Dies lässt sich auch in 2 besser erkennen, wo die Oberfläche des Werkstückes 31 dreidimensional dargestellt ist. Auch hier ist die Bewegungsrichtung des Laserstrahls 27 durch einen Pfeil 32 angedeutet. Das Schmelzbad 30, welches gut in 1 zu erkennen ist, liegt in 2 im Wesentlichen unterhalb des Auftreffgebietes 29 des Laserstrahls 27 und ist deswegen nicht zu erkennen. Allerdings kann man 2 einen Ringbereich 35 entnehmen, der dadurch definiert ist, dass er das Auftreffgebiet 29 des Laserstrahls 27 ringförmig umgibt und einen hinreichend geringen Außendurchmesser aufweist, damit die Fokussieroptik 28, der Umlenkspiegel 25 und ein Lochspiegel 36 (entspricht halbdurchlässigem Spiegel 24 in 1) die von dem Ringbereich 35 ausgehende Prozessrückstrahlung erfassen kann.The laser light generated in the powder bed 12 a molten bath 30 in which the material of the powder is melted. By driving off the individual layers (not shown in detail) with the laser is formed gradually in the powder bed 12 a workpiece (component) 31 , wherein the direction of movement of the laser beam 27 on the workpiece 31 through an arrow 32 is indicated. Behind the molten bath 30 a process reversion arises 33 that emanates from the cooling workpiece and at an intensity maximum 34 is particularly pronounced. This can also be done in 2 better recognize where the surface of the workpiece 31 is shown in three dimensions. Again, the direction of movement of the laser beam 27 through an arrow 32 indicated. The molten bath 30 which is good in 1 it can be seen, lies in 2 essentially below the impact area 29 of the laser beam 27 and is therefore not recognizable. However, you can 2 a ring area 35 which is defined as being the impact area 29 of the laser beam 27 annular surrounds and has a sufficiently small outer diameter, so that the focusing optics 28 , the deflecting mirror 25 and a hole mirror 36 (corresponds to semitransparent mirror 24 in 1 ) from the ring area 35 can detect outgoing process reversion.

In 2 wird auch deutlich, dass das Auftreffgebiet 29 des Laserstrahls 27 auf der Oberfläche des Werkstückes 31 eine Wärmeeinflusszone in Form eines Schmelzbadnachlaufes 37 schafft, welche sich in Bewegungsrichtung 32 hinter dem Auftreffgebiet länglich erstreckt, da das Bauteil erst nach Passieren des Laserstrahls 27 wieder abkühlt. Von besonderem Interesse ist jedoch das Intensitätsmaximum 34 im Schmelzbadnachlauf, wo die Temperatur noch verhältnismäßig hoch ist und im Vergleich zu anderen Bereichen des ringförmigen Bereiches 35 vergleichsweise stark strahlt. Die von dort ausgehende Prozessrückstrahlung 33 ist daher in den 1 und 2 dargestellt.In 2 also becomes clear that the impact area 29 of the laser beam 27 on the surface of the workpiece 31 a heat affected zone in the form of a Schmelzbadnachlaufes 37 creates, which moves in the direction of movement 32 extends obliquely behind the impact area, since the component only after passing the laser beam 27 cool again. Of particular interest, however, is the intensity maximum 34 in the melt bath lag, where the temperature is still relatively high and compared to other areas of the annular area 35 comparatively strong. The process feedback emanating from there 33 is therefore in the 1 and 2 shown.

Der Weg der Prozessrückstrahlung 33 soll zunächst anhand von 1 beschrieben werden. Die Prozessrückstrahlung 33 durchtritt nacheinander und zuerst die Fokussieroptik 28, wird über den Umlenkspiegel 25 und den halbdurchlässigen Spiegel 24 (der für die Prozessrückstrahlung reflektierend ist) zweimal umgelenkt und trifft auf eine Sammeloptik 38 in Form eines Parabolspiegels. Die Sammeloptik 38 sammelt die Prozessrückstrahlung, die anschließend auf einen Eingang 39 eines Pyrometers 40 trifft. Gleichzeitig nimmt auch die Prozessrückstrahlung 33a, die vom Schmelzbad 30 ausgeht, den Weg über die Fokusieroptik 28, den Umlenkspiegel 26 und den halbdurchlässigen Spiegel 24, trifft jedoch vor dem Pyrometer 39 auf eine Blende 41, die an einer Tragstruktur 42 in der Sammeloptik 38 gehalten ist. Daher geht die Prozessrückstrahlung des Schmelzbades 29 nicht in das durch das Pyrometer 40 generierte Messergebnis ein.The way of process retrospection 33 should first be based on 1 to be discribed. The process feedback 33 passes successively and first the focusing optics 28 , is over the deflecting mirror 25 and the half-transparent mirror 24 (which is reflective for the process return) is deflected twice and meets a collection optics 38 in the form of a parabolic mirror. The collection optics 38 collects the process feedback, which is then applied to an input 39 a pyrometer 40 meets. At the same time, the process returns 33a that from the molten bath 30 goes out, the way on the focusing optics 28 , the deflection mirror 26 and the half-transparent mirror 24 , but in front of the pyrometer 39 on a panel 41 attached to a support structure 42 in the collection optics 38 is held. Therefore, the process return of the molten bath goes 29 not in the pyrometer 40 generated measurement result.

In 2 kommt als Erfassungseinrichtung 43 ein Bildsensor 44 zum Einsatz, auf den die Prozessrückstrahlung 33 mit einer Abbildungsoptik 45 abgebildet wird. Der Lochspiegel 36 ermöglicht die Auskoppelung der Prozessrückstrahlung 33, während der Laserstrahl 27 ungehindert durch das Loch des Lochspiegels 36 treten kann und keine Prozessrückstrahlung 33a vom Schmelzbad (vergleiche 1) ausgekoppelt werden kann.In 2 comes as a capture device 43 an image sensor 44 used on which the process backlighting 33 with an imaging optics 45 is shown. The hole mirror 36 enables the decoupling of the process back radiation 33 while the laser beam 27 unhindered through the hole of the perforated mirror 36 can kick and no process reversion 33a from the molten bath (cf. 1 ) can be decoupled.

Bei dem Werkstück 31 gemäß 2 handelt es sich um eine Struktur, die mittels Laserschweißen aus mehreren Teilen zusammengesetzt werden soll. In Bewegungsrichtung gesehen vor dem Auftreffpunkt 29 ist daher ein Fügespalt 46 zu erkennen. Das Intensitätsmaximum 34 in der Wärmeeinflusszone 37, die in der verschweißten Naht auf dem Werkstück 31 liegt, wird durch die Abbildungsoptik 45 ebenfalls auf dem Bildsensor 44 abgebildet. Dort ist das Bezugszeichen 34' verwendet. Ebenso lässt sich das Abbild des ringförmigen Bereiches 35' auf dem Bildsensor 44 erkennen.At the workpiece 31 according to 2 It is a structure that is to be assembled by laser welding of several parts. Seen in the direction of movement before the point of impact 29 is therefore a joint gap 46 to recognize. The intensity maximum 34 in the heat affected zone 37 in the welded seam on the workpiece 31 is due to the imaging optics 45 also on the image sensor 44 displayed. There is the reference number 34 ' used. Likewise, the image of the annular area can be 35 ' on the image sensor 44 detect.

Der Bildsensor 44 ist an einen Rechner 47 angeschlossen, mit dem eine Bildverarbeitung durchgeführt werden kann. Die Ergebnisse der Berechnungen können an einem Ausgabegerät 48 angezeigt werden. Außerdem kann ein Datenspeicher 49 vorgesehen werden, in dem eine Datenbank von Prozessdaten erstellt werden kann. Diese kann einerseits Verwendung finden, um in einer Serie eine gleichbleibende Bauteilqualität sicherzustellen. Außerdem lassen sich dieser Datenbank Daten entnehmen, die zur Einrichtung von neuen Prozessen in der Bearbeitungsmaschine herangezogen werden. Erfahrungswerte sind hier hilfreich, um möglichst mit wenigen Optimierungsschritten zu einer Prozessführung für ein bestimmtes herzustellendes Bauteil zu kommen.The image sensor 44 is to a computer 47 connected, with which an image processing can be performed. The results of the calculations can be sent to an output device 48 are displayed. Also, a data store 49 be provided in which a database of process data can be created. On the one hand, this can be used to ensure consistent component quality in a series. In addition, this database can be taken from data that are used to set up new processes in the processing machine. Empirical values are helpful here in order to obtain a process control for a specific component to be produced with as few optimization steps as possible.

Claims (16)

Bearbeitungsmaschine für ein mit einem Laserstrahl (27) durchzuführendes Fertigungs- oder Verbindungsverfahren, aufweisend eine Optik, mit der der Laserstrahl (27) auf ein in der Bearbeitungsmaschine herzustellendes oder zu bearbeitendes Werkstück oder ein dieses Werkstück umgebendes Pulverbett lenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Optik optische Elemente (24, 25, 28, 36) eingebaut sind, – deren Abmessungen ausreichen, damit diese neben der Führung des Laserstrahls (27) auch zur Führung von Prozessrückstrahlung (33) in der Lage sind, welche von einem ringförmigen Bereich (35), der um das Auftreffgebiet (29) des Laserstrahls (27) auf dem herzustellenden oder zu bearbeitenden Werkstück (31) gelegen ist, ausgeht, und – von denen eines so im Strahlengang des Laserstrahls angeordnet ist, dass die Prozessrückstrahlung (33) aus dem Strahlengang ausgekoppelt wird, wobei eine Erfassungseinrichtung (43) für die ausgekoppelte Prozessrückstrahlung vorgesehen ist.Processing machine for one with a laser beam ( 27 ) to be carried out manufacturing or joining method, comprising an optical system with which the laser beam ( 27 ) is steerable to a workpiece to be machined or machined in the processing machine or a powder bed surrounding this workpiece, characterized in that optical elements ( 24 . 25 . 28 . 36 ), the dimensions of which are sufficient for them to be adjacent to the guidance of the laser beam ( 27 ) also for the guidance of process reversion ( 33 ), which of an annular region ( 35 ) around the impact area ( 29 ) of the laser beam ( 27 ) on the workpiece to be machined or machined ( 31 ), is located, and - one of which is arranged in the beam path of the laser beam, that the process back radiation ( 33 ) is coupled out of the beam path, wherein a detection device ( 43 ) is provided for the decoupled process back radiation. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang der ausgekoppelten Prozessrückstrahlung (33) eine Blende derart angeordnet ist, dass die von einem Schmelzbad (30) auf dem Werkstück (31) ausgehende Prozessrückstrahlung abgefangen wird.Processing machine according to claim 1, characterized in that in the beam path of the decoupled process back radiation ( 33 ) a diaphragm is arranged such that the of a molten bath ( 30 ) on the workpiece ( 31 ) outgoing process back radiation is intercepted. Bearbeitungsmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (43) von einem Bildsensor (44) gebildet wird, auf den der ringförmige Bereich (35) abgebildet wird.Processing machine according to one of the preceding claims, characterized in that the detection device ( 43 ) from an image sensor ( 44 ) is formed, on which the annular region ( 35 ) is displayed. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang der ausgekoppelten Prozessrückstrahlung (33) eine Abbildungsoptik (45) vorgesehen ist, mit der das Abbild der Oberfläche des Werkstücks (31) auf den Bildsensor fokussierbar ist.Processing machine according to claim 3, characterized in that in the beam path of the decoupled process back radiation ( 33 ) an imaging optics ( 45 ) is provided, with which the image of the surface of the workpiece ( 31 ) is focusable on the image sensor. Bearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (43) von einem optischen Messgerät, insbesondere einem Pyrometer (40) oder Spektrometer, gebildet wird, welches die Prozessrückstrahlung des ringförmigen Bereiches (35) einfängt.Processing machine according to one of claims 1 or 2, characterized in that the detection device ( 43 ) of an optical measuring device, in particular a pyrometer ( 40 ) or spectrometer, which is the process back radiation of the annular region ( 35 ). Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang der ausgekoppelten Prozessrückstrahlung (33) eine Sammeloptik (38) vorgesehen ist, mit der die Prozessrückstrahlung (33) auf einen Eingang (39) des Messgerätes gebündelt wird.Processing machine according to claim 5, characterized in that in the beam path of the decoupled process back radiation ( 33 ) a collecting optics ( 38 ), with which the process back radiation ( 33 ) on an entrance ( 39 ) of the meter is bundled. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammeloptik (38) aus einem Hohlspiegel, insbesondere aus einem Parabolspiegel besteht.Processing machine according to claim 6, characterized in that the collecting optics ( 38 ) consists of a concave mirror, in particular a parabolic mirror. Verfahren zum Bearbeiten oder Herstellen eines Bauteils (31) in einer Bearbeitungsmaschine durch einen Laserstrahl (27), der mit einer Optik auf ein in der Bearbeitungsmaschine herzustellendes oder zu bearbeitendes Werkstück oder ein dieses Werkstück umgebendes Pulverbett gelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Optik optische Elemente (24, 25, 28, 36) zum Einsatz kommen, – deren Abmessungen ausreichen, damit diese neben der Führung des Laserstrahls (27) auch eine Führung von Prozessrückstrahlung (33) übernehmen können, welche von einem ringförmigen Bereich (35), der um das Auftreffgebiet (29) des Laserstrahls (27) auf dem herzustellenden oder zu bearbeitenden Werkstück (31) gelegen ist, ausgeht, und – von denen eines so im Strahlengang des Laserstrahls angeordnet ist, dass die Prozessrückstrahlung (33) aus dem Strahlengang ausgekoppelt wird, wobei eine Erfassungseinrichtung (43) die ausgekoppelte Prozessrückstrahlung erfasst.Method for processing or producing a component ( 31 ) in a processing machine by a laser beam ( 27 ), which is directed with an optic to a workpiece to be produced or machined in the processing machine or a powder bed surrounding this workpiece, characterized in that optical elements ( 24 . 25 . 28 . 36 ) are used, the dimensions of which are sufficient for them to be adjacent to the guidance of the laser beam ( 27 ) also a guided tour of process feedback ( 33 ), which of an annular area ( 35 ) around the impact area ( 29 ) of the laser beam ( 27 ) on the workpiece to be machined or machined ( 31 ), is located, and - one of which is arranged in the beam path of the laser beam, that the process back radiation ( 33 ) is coupled out of the beam path, wherein a detection device ( 43 ) detects the decoupled process return radiation. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang der ausgekoppelten Prozessrückstrahlung (33) eine Blende derart angeordnet ist, dass die von einem Schmelzbad (30) auf dem Werkstück (31) ausgehende Prozessrückstrahlung abgefangen wird.A method according to claim 8, characterized in that in the beam path of the decoupled process back radiation ( 33 ) a diaphragm is arranged such that the of a molten bath ( 30 ) on the workpiece ( 31 ) outgoing process back radiation is intercepted. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (43) von einem Bildsensor (44) gebildet wird, auf den der ringförmige Bereich (35) abgebildet wird, wobei das entstandene Bild einer Auswertung unterzogen wird. Method according to one of claims 8 or 9, characterized in that the detection device ( 43 ) from an image sensor ( 44 ) is formed, on which the annular region ( 35 ), wherein the resulting image is subjected to evaluation. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage eines Intensitätsmaximums (34) der Prozessrückstrahlung (33) in dem ringförmigen Bereich bestimmt wird.Method according to claim 10, characterized in that the position of an intensity maximum ( 34 ) the process back radiation ( 33 ) is determined in the annular region. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Intensitätsmaximum (34) hinsichtlich der dort auf dem Bauteil herrschenden Temperatur ausgewertet wird.Method according to claim 11, characterized in that the intensity maximum ( 34 ) is evaluated in terms of there prevailing on the component temperature. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage das Intensitätsmaximums (34) hinsichtlich der Bewegungsrichtung des Schmelzbades ausgewertet wird.Method according to one of claims 10 or 11, characterized in that the position of the intensity maximum ( 34 ) is evaluated with respect to the direction of movement of the molten bath. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (43) von einem Messgerät, insbesondere einem Pyrometer (40) oder Spektrometer, gebildet wird, welches die Prozessrückstrahlung des ringförmigen Bereiches (35) einfängt.Method according to one of claims 8 or 9, characterized in that the detection device ( 43 ) of a measuring device, in particular a pyrometer ( 40 ) or spectrometer, which is the process back radiation of the annular region ( 35 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 10, 11, 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität der Prozessrückstrahlung (33) mit einem Referenzwert für das gerade ablaufende Verfahren verglichen wird und bei Abweichungen vom Referenzwert eine Anpassung der Leistung des Laserlichtes vorgenommen wird.Method according to one of claims 10, 11, 12 or 14, characterized in that the intensity of the process back radiation ( 33 ) is compared with a reference value for the currently running process and an adjustment of the power of the laser light is made for deviations from the reference value. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert bei Herstellung einer Probe mit dem in dem Verfahren verwendeten Pulver und bei den für das Verfahren geltenden Prozessparametern bestimmt wird.A method according to claim 15, characterized in that the reference value is determined when preparing a sample with the powder used in the process and at the process parameters applicable to the process.
DE102015207834.5A 2015-04-28 2015-04-28 Processing machine for a laser beam to be performed production method and method for their operation Withdrawn DE102015207834A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015207834.5A DE102015207834A1 (en) 2015-04-28 2015-04-28 Processing machine for a laser beam to be performed production method and method for their operation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015207834.5A DE102015207834A1 (en) 2015-04-28 2015-04-28 Processing machine for a laser beam to be performed production method and method for their operation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015207834A1 true DE102015207834A1 (en) 2016-11-03

Family

ID=57135942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015207834.5A Withdrawn DE102015207834A1 (en) 2015-04-28 2015-04-28 Processing machine for a laser beam to be performed production method and method for their operation

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102015207834A1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106799494A (en) * 2016-12-30 2017-06-06 华中科技大学 Many galvanometer big width laser selective meltings equipment of clarifying smoke effect can be improved
DE102016121803A1 (en) * 2016-11-14 2018-05-17 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Device for the additive production of three-dimensional objects
WO2019029021A1 (en) * 2017-08-08 2019-02-14 重庆大学 Large-scale efficient selective laser melting forming device
EP3542928A1 (en) * 2018-03-23 2019-09-25 United Grinding Group Management AG Additive manufacturing device
EP3560633A1 (en) * 2018-04-27 2019-10-30 CL Schutzrechtsverwaltungs GmbH Apparatus for additively manufacturing three-dimensional objects
EP3698947A1 (en) * 2019-02-19 2020-08-26 Siemens Aktiengesellschaft Monitoring and process control of an additive production of a workpiece
CN112566773A (en) * 2018-06-13 2021-03-26 株式会社尼康 Calculation device, detection system, molding device, calculation method, detection method, molding method, calculation program, detection program, and molding program

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19853733C1 (en) * 1998-11-23 2000-02-24 Fraunhofer Ges Forschung Local heat treatment of workpiece surfaces by laser beam involves locally resolved temperature measurement on the laser spot or its direct vicinity, and control of the laser output power
DE102004020704A1 (en) * 2004-04-28 2005-11-24 Precitec Kg Sensor device for detecting radiation from the region of an interaction zone between a laser beam and a workpiece and device for monitoring a laser processing operation and laser processing head
DE102012221218A1 (en) * 2011-11-22 2013-05-23 Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. Device, useful for quality assurance of products manufactured by laser beam processing, includes laser beam processing apparatus, laser beam source, deflecting unit, and unit for determining and recording temperature at processing position

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19853733C1 (en) * 1998-11-23 2000-02-24 Fraunhofer Ges Forschung Local heat treatment of workpiece surfaces by laser beam involves locally resolved temperature measurement on the laser spot or its direct vicinity, and control of the laser output power
DE102004020704A1 (en) * 2004-04-28 2005-11-24 Precitec Kg Sensor device for detecting radiation from the region of an interaction zone between a laser beam and a workpiece and device for monitoring a laser processing operation and laser processing head
DE102012221218A1 (en) * 2011-11-22 2013-05-23 Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. Device, useful for quality assurance of products manufactured by laser beam processing, includes laser beam processing apparatus, laser beam source, deflecting unit, and unit for determining and recording temperature at processing position

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016121803A1 (en) * 2016-11-14 2018-05-17 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Device for the additive production of three-dimensional objects
US10942062B2 (en) 2016-11-14 2021-03-09 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Apparatus for additively manufacturing of three-dimensional objects
CN106799494A (en) * 2016-12-30 2017-06-06 华中科技大学 Many galvanometer big width laser selective meltings equipment of clarifying smoke effect can be improved
WO2019029021A1 (en) * 2017-08-08 2019-02-14 重庆大学 Large-scale efficient selective laser melting forming device
EP3542928A1 (en) * 2018-03-23 2019-09-25 United Grinding Group Management AG Additive manufacturing device
EP3560633A1 (en) * 2018-04-27 2019-10-30 CL Schutzrechtsverwaltungs GmbH Apparatus for additively manufacturing three-dimensional objects
CN112566773A (en) * 2018-06-13 2021-03-26 株式会社尼康 Calculation device, detection system, molding device, calculation method, detection method, molding method, calculation program, detection program, and molding program
CN112566773B (en) * 2018-06-13 2024-02-20 株式会社尼康 Computing device, modeling device, computing method, modeling method, and storage medium
EP3698947A1 (en) * 2019-02-19 2020-08-26 Siemens Aktiengesellschaft Monitoring and process control of an additive production of a workpiece
WO2020169433A1 (en) * 2019-02-19 2020-08-27 Siemens Aktiengesellschaft Monitoring and process control of the additive manufacture of a workpiece
US20220168840A1 (en) * 2019-02-19 2022-06-02 Siemens Aktiengesellschaft Monitoring and process control of the additive manufacture of a workpiece

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015207834A1 (en) Processing machine for a laser beam to be performed production method and method for their operation
DE102014212246B3 (en) Method and device for quality assurance
DE102014208768B4 (en) Method and device for quality assurance
EP2726244B1 (en) Method of detecting defects in a non-linear weld seam or a non-linear cutting gap during a laser-machining process ; corresponding laser-machining device
EP2567773B1 (en) Method for inspecting seam quality during a laser welding process
EP2094429B1 (en) Method and device for process monitoring during the working of a material
EP3532238A1 (en) Deflection unit comprising two windows, an optical element and an xy-deflection device
EP3924134B1 (en) Laser machining system for machining a workpiece by means of a laser beam, and method for controlling a laser machining system
EP1863612B1 (en) Method for measuring phase boundaries of a material during machining with a machining beam using additional illumination radiation and an automated image processing algorithm, and associated device
WO2000029166A1 (en) Method and device for machining workpieces using high-energy radiation
DE102011104550A1 (en) Optical measuring device for monitoring a joint seam, joining head and laser welding head with the same
DE102010015023B4 (en) Method and device for quality assurance and process control in the laser machining of workpieces
DE102011079739A1 (en) Device and method for carrying out and monitoring a plastic laser transmission welding process
WO2013110467A1 (en) Laser machining head with focus control
DE102018128377A1 (en) Method and device for monitoring a welding process for welding workpieces made of glass
WO2020099420A1 (en) Method and device for monitoring a welding process for welding glass workpieces
DE10222786A1 (en) Method for positioning work pieces before/during laser processing monitors online laser welding with a processing head and a logarithmic complementary metal oxide semiconductor (CMOS) camera.
EP2361717B1 (en) Laser beam welding device and method for operating same
DE4006622C2 (en) Device for monitoring workpieces machined with laser radiation
DE10310854B3 (en) Method, monitoring device and laser processing system with defect monitoring of an optical component
DE102004041935B4 (en) Device for observing a laser processing process, and device for controlling the laser processing process
DE102016010508A1 (en) Apparatus, processing apparatus and method for performing a machining process by means of a high-energy machining beam while adjusting the machining beam in accordance with a current processing situation
EP3877153B1 (en) Method for operating a device for additive manufacturing of a three-dimensional object
DE102004057799B4 (en) Method and device for controlling a powder coating process
EP4074492B1 (en) System for joining workpieces of thermoplastic material by through-transmission laser welding

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee