Analyse der nichtlinearen Kopplung von Gas- und Dampfströmungen mit der kondensierten Phase zur Diagnose von Laser- und Fertigungsverfahren

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Die Methoden zur Diagnose und das Modell zur Analyse des dynamischen Prozeßzustandes beim Schneiden und Schweißen mit Laserstrahlung sollen erweitert werden. Die Interpretation der Messergebnisse aus der Prozessdiagnose sowie die Auswahl und Erkennung von relevanten Merkmalen der Messsignale sollen verbessert werden. Durch Qualifizierung von Prozessdiagnose und Prozesssimulation wird das langfristige Ziel der Umsetzung in eine autonome Maschine vorbereitet. Um das Verständnis des Zusammenhangs zwischen den Messsignalen und den Qualitätsmerkmalen des Bearbeitungsergebnisses zu verbessern, wird die Beobachtbarkeit des Prozesszustandes - theoretisch und experimentell - untersucht. Das Verständnis der Signalentstehung während des dynamischen Prozesses soll durch Entwicklung und Analyse eines Modells erweitert werden, das zusätzlich die Kopplung der Gas- bzw. Dampfströmung mit der kondensierten Phase - insbesondere der geometrischen Form der Oberfläche der Schmelze - berücksichtigt. Die Modellbildung und die Analyse werden durch die Ergebnisse der Diagnose und der Charakterisierung des Bearbeitungsergebnisses geleitet. Die Interpretation der Messsignale und die Auswahl einer beherrschbaren und hinreichenden Anzahl prozessrelevanter Merkmale (Merkmaldefinition) erfordert die parallele Durchführung einer mathematischen Untersuchung der Lösungseigenschaften des Modells (freie Randwertaufgabe) mit numerischen und analytischen Methoden sowie experimentelle Untersuchungen zur Beobachtung der Gas- bzw. Dampfströmung und des Schneid- bzw. Schweißprozesses. Die Methoden zur Diagnose mit der Hochgeschwindigkeitsphotographie der thermischen Emission werden durch die gleichzeitige Aufnahme der reflektierten Strahlung einer zusätzlichen Lichtquelle (Fremdbeleuchtung) erweitert. Durch die kombinierte Messung werden zusätzlich die geometrische Form der Wechselwirkungszone und deren relative Position zum Laserstrahl sowie zur Prozessgasdüse erfasst.