Titelaufnahme

Titel
Konstruktion und Aufbau einer Messvorrichtung zur Erfassung der Strahlungsemission beim CO2-Laserschneiden / von Stefan Heidlmayr
VerfasserHeidlmayr, Stefan
Begutachter / BegutachterinLiedl, Gerhard ; Humenberger, Gerald
Erschienen2013
Umfang89 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2014
SpracheDeutsch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Laser / Schneiden
Schlagwörter (EN)Laser / Cutting
Schlagwörter (GND)Laserschneiden / Strahlungsmessung
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-62333 Persistent Identifier (URN)
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Konstruktion und Aufbau einer Messvorrichtung zur Erfassung der Strahlungsemission beim CO2-Laserschneiden [11.84 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Um die steigenden Qualitätsanforderungen in der Produktions- und Fertigungstechnik zu erfüllen, ist eine moderne Prozessüberwachung unumgänglich. Auch beim Laserschneiden ist es das Ziel, durch eine permanente Erfassung des Ist-Zustandes der Schnittqualität, mögliche Fehler frühzeitig zu erkennen und diesen bereits während des Bearbeitungsprozesses entgegenzuwirken. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Planung und praktische Umsetzung einer Messvorrichtung zur Erfassung der optischen Emissionen beim CO2-Laserschneiden. Die gewonnenen Daten dienen nach einer Auswertung als Indikator für die Schnittqualität. Grundlage dafür bildet die Tatsache, dass das Verhältnis von s- zu p-polarisierter Wärmestrahlung, die von einer Materialoberfläche emittiert wird, stark vom Abstrahlwinkel abhängt. So kann durch gezielte Beobachtung der Schneidfront deren Winkel bestimmt werden. Die praktische Umsetzung dieser Idee kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. In dieser Arbeit wird dazu ein Strahlauskoppler im Strahlengang des Bearbeitungskopfes positioniert um so, die von der Schneidfront emittierte Strahlung, auszukoppeln und an einen Polarisationsstrahlteiler weiterzuleiten. Dort wird der ursprüngliche Strahl in einen s- und einen p-polarisierten Strahl aufgespalten. Eine Fotodiode wandelt die jeweilige Bestrahlungsstärke in ein elektrisches Messsignal um, das durch eine geeignete Schaltung verstärkt und von einer Datenerfassungssoftware aufgezeichnet wird. In mehreren Versuchsreihen wird der entworfene Messaufbau getestet und anfänglich auftretende Probleme behoben. Die richtige Abstimmung der Messparameter ist aufwendig und zeitintensiv, dennoch kann im Zuge der Versuche die prinzipielle Funktion des Versuchsaufbaus gezeigt werden. Zusammenfassend besticht diese Methode zur Erfassung des Ist-Zustande der Schnittqualität durch einen einfachen Aufbau und verfügt über großes Entwicklungspotential. Im letzten Kapitel werden zusätzlich Verbesserungsvorschläge angeführt, die sich aus den praktischen Erfahrungen der durchgeführten Versuche ableiten.

Zusammenfassung (Englisch)

To meet increasing quality requirements during production and manufacturing an advanced process monitoring system is essential. To fulfill high quality requirements it is a designated target to identify possible errors during laser cutting as early as possible. This is achieved by a permanent capture of the current status of the cutting quality and enables to counteract during the machining process. This diploma thesis describes the design and implementation of a measurement device for measuring the optical emissions during CO2 laser cutting. After evaluation, the obtained data indicates the quality of the cut. This is based on the fact that the ratio of s- to p- polarized radiation, which is emitted by a material surface, depends strongly on the angle of emission. Therefor it is possible to determine the quality of the cut by monitoring the emitted radiation. The practical implementation of this idea can be done in various ways. In this case a beam output coupler is positioned in the beam path. Therefore the radiation, which is emitted by the cutting front is transmitted to a Polarisation beam splitter where the original beam is split into a p- and an s- polarized beam. A photodiode is converting the radiation intensity into a corresponding electrical measurement signal, which is amplified by a suitable circuit and recorded by a data capturing software. In several series of experiments the therefor designed measurement setup is tested and initially problems are corrected. Finding the proper correlation of measurement parameters turns out to be highly complex and time consuming, but in the course of the experiments the principal function of the setup can be shown. It can be said, that this method of capturing the current status of the cutting quality is characterized through its simple structure and its great further development potential. Additional suggestions for further experiments, which are derived from practical experience, are given in the last chapter.