Diodenbasierte Prozessüberwachung eines Remote-Schneidprozesses basierend auf einer Polarisationsmessung

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Komplettsystems zur Beobachtung und Analyse eines Remote-Laserschneidprozesses. Das zugrunde liegende Messprinzip basiert auf einer Polarisationsmessung und ist Gegenstand eines Forschungsprojektes der Technischen Universität Wien in Kooperation mit der Firma plasmo Industrietechnik. Laser Remote-Bearbeitungsprozesse sind im Bereich von Schweißanwendungen ein durchaus gängiges Verfahren, Remote-Schneiden ist hingegen eine vergleichsweise junge Technologie und erst dabei, sich zu etablieren. Sind für Remote-Schweißanwendungen bereits Komplettlösungen für die Qualitätsüberwachung vorhanden, so gibt es für Remote-Schneideprozesse keine vergleichbaren Verfahren und Lösungen. Mit eben solch einem Verfahren beschäftigt sich das Forschungsprojekt POLREM. Dabei soll die thermische Emission aus dem Schnittspalt erfasst und getrennt nach ihren Polarisationsanteilen gemessen werden. Daraus lässt sich auf den Abstrahlungswinkel und somit auf die Neigung der Schnittfront rückrechnen, wodurch wiederum Rückschlüsse auf die Qualität des Schnittergebnisses gezogen werden sollen. Die konkrete Aufgabenstellung beinhaltet sowohl die Entwicklung einer geeigneten Sensorik und Messwerterfassung zur Gewinnung von Messdaten, als auch die Bereitstellung einer Toolbox zu deren Betrachtung und Analyse. Das System soll außerdem im industriellen Umfeld betrieben werden können und somit entsprechend robust sein. Der Aufbau des Messsystems ist modular gestaltet und besteht aus Sensorik, Messelektronik, Messwerterfassung und Auswertung. Für jede diese Einheit werden verschiedene Realisierungsmöglichkeiten aufgezeigt und die jeweils gewählte Lösung genauer beschrieben. Eine durchgeführte Testmessung inklusive Signalanalyse zeigt die Einsatzfähigkeit und Praxistauglichkeit des Systems.

The aim of this thesis is the development of a complete system for monitoring and analyzing a remote laser cutting process. The underlying principle is based on a polarization measurement and is the subject of a research project carried out by the Technical University of Vienna, in cooperation with the company plasmo Industrietechnik. Laser remote processing is a very commonly applied technology in the field of welding applications but rather new when it comes to remote cutting. While for remote welding applications there is available a plenty of readymade solutions for quality observation, no such system exists for observing remote cutting processes. The development of such a system is part of the research project POLREM. The concept is based on measuring the thermal emission of the frontline during cutting and evaluating it separately according to its two polarization components. This allows to calculate the angle of the frontline and so to predict the quality of the cut. The aim of this thesis includes the development of a suitable sensor and data acquisition system for obtaining measurement data of the observed process, as well as the development of a software for data visualization and analysis. A very important aspect in this context is the robustness of the system for reliable operation in industrial environments. The system is modular constructed, consisting of sensors together with the necessary electronic circuit, a module for data acquisition as well as of a toolbox, thus enabling the viewing and analyzing of the gathered measurement data. For each of these moduls, different ways of realization are shown, and the implementation is discussed in detail. To demonstrate the applicability and proper functioning of the system, finally the results of a test measurement including the signal analysis of a laser cutting process are presented.