Als Beispiel wird im folgenden die Entwicklung eines Korrektursystems dargestellt. Mit hochdynamischen Bewegungsabläufen gehen große Beschleunigungen einher, die zu wechselnden Kräften auf die Maschinenstruktur führen. Die daraus resultierenden Verformungen bewirken sowohl Relativbewegungen des Strahls innerhalb der Maschine als auch ein Abweichen des Strahls von der vorgesehenen Bearbeitungsbahn. Um solche im Betrieb auftretenden Störeinflüsse auf den Strahl erkennen und kompensieren zu können, ist es daher notwendig, die wichtigsten Strahlparameter während des Betriebs und möglichst nahe am Werkstück zu messen.

Korrektursystem
Mit den dabei gewonnenen Informationen können entsprechende Korrekturvorrichtungen angesteuert werden, wofür kippbare Spiegel zur Richtungskorrektur und Spiegel mit variabler Brennweite - adaptive Spiegel - in Frage kommen. Sie erlauben neben der Korrektur von Fehlern auch eine gezielte Veränderung der Strahleigenschaften und können in diesem Sinne als Zusatzachsen einer Lasermaschine gesehen werden. Damit ergab sich die wichtige Aufgabe, ein Korrektursystem zu entwickeln, welches aus einem schnellen und kompakten Strahldiagnosemodul, einem Modul zur hochdynamischen Strahlrichtungskorrektur und weiteren Korrektureinheiten besteht.

Messen
Das Meßsystem - Diagnosemodul - liefert die im Betrieb auftretenden Abweichungen des Strahls von den Sollwerten, die in Echtzeit von der Maschinensteuerung verarbeitet und den verschiedenen Korrektursystemen als Stellgrößen übergeben werden. Es besteht aus einem Strahlteiler aus Kupfer, der einen geringen Leistungsanteil des Laserstrahls fokussierend auskoppelt, und der eigentlichen Meßeinheit, welche die Strahllage, die Strahlrichtung sowie die axiale Fokuslage des Strahls innerhalb einer Millisekunde mißt.

Korrigieren
Kernstück des Moduls zur Strahlrichtungskorrektur ist ein hochdynamischer, wassergekühlter Kippspiegel. Aufgrund der enormen Anforderungen, die hinsichtlich Dynamik, Präzision und Gewicht an dieses Modul gestellt wurden, mußten vielfach völlig neue Wege sowohl bei der Konzeption als auch bei den verwendeten Fertigungstechnologien beschritten werden. So besteht die Spiegelstruktur aus einer diffusionsgeschweißten Sandwichstruktur mit integrierten Kühlkanälen, um die während des Betriebs absorbierte Laserleistung abzuführen. Eine hochreflektierende, diamantgefräste Spiegeloberfläche hält diese gering. Die Lagerung des Spiegels erfolgt mittels eines Festkörpergelenks, welches mit Finite-Elemente-Methoden ausgelegt und optimiert wurde. In Verbindung mit hochleistungsfähigen und dennoch kompakten elektromagnetischen Antrieben (im Bild unter der elliptischen Spiegelfläche sichtbar) und einer optoelektronischen Lageregeleinheit konnte damit ein Modul realisiert werden, welches mit einer Bandbreite von über hundert Hertz die Strahlrichtung im Bereich von etwa einem Grad nachführen kann.

Transferbereich geplant
Neben diesem Beispiel ist die Entwicklung einer Reihe weiterer Komponenten so weit fortgeschritten, daß führende deutsche Anlagen- und Komponentenhersteller großes Interesse an einer industriellen Umsetzung bekundet haben. Deshalb ist parallel zur letzten Förderperiode des SFB 349 die Etablierung eines Transferbereichs eingeleitet worden.

Sprecher:
Prof. Dr.-Ing. habil. Helmut Hügel, Institut für Strahlwerkzeuge

Geschäftsstelle:
Dr.-Ing. Gustav Dietrich
Institut für Statik und Dynamik der Luft- und Raumfahrtkonstruktionen, Pfaffenwaldring 27, 70569 Stuttgart
Tel: 0711/685 3612
Fax: 0711/685 3706

Universität Stuttgart:

• Institut für Flugzeugbau (seit 1995 ausgeschieden)
• Institut für Statik und Dynamik der Luft- und Raumfahrtkonstruktionen
• Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen
• Institut für Strahlwerkzeuge
• Institut für Technische Optik
• Institut für Werkzeugmaschinen
• Institut für Maschinenelemente

Laufzeit: 1990 (Beginn) - 1998; Fortsetzung beantragt bis 2001