SB_17.746NLP

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Seite 3 des Schlussberichts zu IGF-Vorhaben 17.746 N 1. Gegenüberstellung der durchgeführten Arbeiten und des Ergebnisses mit den Zielen / Durchgeführte Arbeiten und Ergebnisse im Berichtszeitraum 1.1. Forschungsziele Ziel dieses Vorhabens ist es, eine Methodik zur Online-Kompensation lastbedingter Änderungen der Positionier- und Wiederholgenauigkeit von Galvanometerscannern zu entwickeln. Diese wird die Möglichkeit bieten, Veränderungen in der Strahlführung und im Intensitätsprofil zu detektieren und z. B. durch dynamische Korrekturdateien, auszugleichen. Damit sind für die Anwender folgende Vorteile verbunden: • Erhöhung der Positionier- und Wiederholgenauigkeit und damit verbunden eine Steigerung der Reproduzierbarkeit der Bauteile • Gewährleistung der Langzeitstabilität durch Reduzierung des thermischen Einflusses • Erhöhung der Prozessrobustheit und des Automatisierungsgrads durch Entwicklung von Korrekturdateien zur dynamischen Anpassung • Vereinfachte Gerätebedienung Ein weiteres angestrebtes Ergebnis des Vorhabens ist die Qualifizierung von SiC-Spiegeln für die Verwendung in Galvanometerscannern im Langzeitbetrieb unter Last. Die resultierenden Informationen ermöglichen sowohl Anwendern als auch Scanner- und Spiegelherstellern, die Einsatzmöglichkeiten von Scannern mit SiC-Spiegeln einzuschätzen. Die aus den Dauerversuchen an SiC-Spiegeln gewonnen Erkenntnisse fließen in die entwickelte Methodik mit ein. Die Berücksichtigung des veränderten Verhaltens wird somit für den Anwender im Betrieb nicht mehr relevant. Mit der entwickelten Methodik werden zum einen Anwender adressiert, die Galvanometerscanner zur Laserstrahlbearbeitung einsetzen wollen oder bereits einsetzen und auf eine reproduzierbare Funktion in allen Betriebszuständen angewiesen sind. Die Einführung und Bedienung der Geräte wird so erheblich erleichtert, da viele Geräteparameter, die zur Zeit regelmäßig überwacht und korrigiert werden müssen, auf diese Weise automatisch überwacht und an den jeweiligen Betriebszustand angepasst werden können. Der Scanner wird damit zu einem leicht bedienbaren Werkzeug, welches auch ohne spezielle Kenntnisse über diese Technologie sicher eingesetzt werden kann. Des Weiteren werden die Hersteller von Galvanometerscannern angesprochen. Durch die Einführung einer Online- Zustandsüberwachung mit Korrekturfunktion können die Positionier- und Wiederholgenauigkeit und die Langzeitstabilität von Galvanometerscannern erhöht und damit die Leistungsfähigkeit ihrer Produkte gesteigert werden. Dauerversuche • Intensitätsverteilung • Fokuslage und –durchmesser • Laterale Positionsabweichung Prozessanalyse • Mikroskopie • Metallographie Systemanalyse • Spiegelzustand (z.B. Pyrometer) • Optikzustand • Mech. Parameter (z.B. Maximalfrequenz) Ziele • Methodik zur dynamischen Anpassung von Prozessparametern • Präzise Bearbeitung unabhängig vom Betriebs-zustand • Online-Temperaturkontrolle • Dyn. Korrekturfiles SiC-Spiegel • Qualifizierung & Vergleich mit Spiegeln auf BK7-Basis Prozessoptimierung • Modellvorstellung des Scanners als Werkzeug Praxistransfer • Methodik zur einfachen Integration und Überwachung Abbildung 1: Zusammenfassung der Forschungsziele
Seite 4 des Schlussberichts zu IGF-Vorhaben 17.746 N Der methodische Ansatz zur Verbesserung der Prozessstabilität besteht in einer Analyse der zeitlichen und örtlichen Stabilität der Strahlparameter hinter den Scanneroptiken und Korrelation der Ergebnisse mit am Scanner messbaren Effekten und Parametern. Dazu werden bereits vorliegende Ergebnisse zum Langzeitverhalten der Scanneroptiken unter Wärmeeinfluss mit einbezogen. Auf diese Weise werden die Ursache-Wirkungs-Beziehungen zwischen Scanner-zustand (z.B. Auslenkwinkel oder Spiegeltemperatur) und Abweichungen im Bearbeitungsprozess ermittelt und geeignete Korrekturmechanismen entwickelt werden. 1.2. Arbeitsdiagramm Arbeitspunkt Zeitraum Personalaufwand Jahr 1 Jahr 2 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Aufbau von Versuchsständen 1 MM Phase 1: Dauerbelastungstests Messung der Strahlparameter im Dauerbetrieb in 5 MM verschiedenen Betriebszuständen • Statische Spiegelposition, cw-Strahl • Regelmäßige Sprünge, gepulster Strahl • Regelmäßige Linienscans, cw-Strahl • Schnelle Modulation (Wobbeln), cw-Bearbeitung Bestimmung des Scannerzustands während der Versuche • Temperaturverteilung an Spiegeln und Linsen • Temperatur der Galvanometer • Galvanometerstrom Umrüstung eines Scanners mit SiC-Spiegeln und 3 MM Dauerbelastungstest mit Schwerpunkt auf hochdynamischen Bearbeitungsverfahren Phase 2: Ergebniskorrelation und Korrekturmechanismen Ermittlung von Ursache-Wirkungs-Beziehungen zwischen Strahlparametern und Scannerzustand • Empirischer Abgleich Messdaten - Scannerzustand 1 MM • Analyse der identifizierten Zusammenhänge 2 MM • Simulation der Temperaturverteilung an den Spiegeln 1 MM Erprobung von Methoden zur Online-Zustandsmessung 6 MM • Kamerabeobachtung • Pyrometrische Spiegelüberwachung • Galvotemperatur Entwicklung von Korrekturmechanismen • Dynamisches Korrekturfile • Dynamischer Fokusshifter Qualifizierung der Korrekturmechanismen 2 MM Dokumentation der Ergebnisse • Zwischen-/ Schlussbericht 2,5 MM • Präsentation der Ergebnisse 0,5 MM Tabelle 1 Arbeitsdiagramm des Forschungsvorhabens MIVETE Aufgrund des fehlenden Bewilligungsbescheids sind die Arbeiten am Forschungsvorhaben nicht zum offiziellen Projektbeginn am 01.01.2014 erfolgt. Ein erstes Treffen mit dem projektbegleitenden Ausschuss (PA) ist am 21.03.2014 durchgeführt worden; die reale Projektbearbeitung erfolgt nach Absprache mit dem PA allerdings erst mit Erhalt des Bewilligungsbescheids. Daher wird das Vorhaben erst seit dem 11.08.2014 aktiv bearbeitet. Entsprechend der zeitlichen Staffelung der Tätigkeiten im Arbeitsplan werden die Arbeitspakete für Q1 und Q2 des 1. Jahres bearbeitet (s. Tabelle 1).
Seite 1: 2016 Abschlussbericht DVS-Forschung
Seite 4 und 5: Bibliografische Information der Deu
Seite 8: Seite 5 des Schlussberichts zu IGF-

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