用于运行激光材料加工机的方法和设备技术

用于运行激光材料加工机（1，2）的计算机实现的方法和设备，其中根据预给定的过程参数（x）确定估计结果（y

【技术实现步骤摘要】
用于运行激光材料加工机的方法和设备


[0001]本专利技术涉及用于运行激光材料加工机的方法、试验台、计算机程序和机器可读存储介质。

技术介绍

[0002]用激光辐射钻探是一种在极为不同的材料中制造钻孔的制造方法。在此，例如向工件施加脉冲式的和聚焦的激光束。由于非常高的强度，被吸收的激光能量会导致工件材料呈脉冲状的非常快速的加热，这在很短的时间内并且非常局部定位地导致熔体形成并且也导致部分蒸发。
[0003]通过与过程相关的爆炸性产生的蒸气压和由此带来的大压力梯度，或通过外部输送的气流，将熔融材料从钻孔中驱出。在例如通过使用具有超短激光脉冲的激光辐射而实现的特别高的强度下，蒸发份额更大并且可以实现更精确的钻孔。
[0004]在脉冲持续时间较长和强度较低的情况下，钻孔的形成明显由熔体驱出所主导，这导致精度降低，同时生产率显著提高。在许多情况下，每个钻孔都需要大量的激光脉冲以制造期望的钻孔。为了提高钻孔精度，通常可以通过合适的设备在钻探位置处以圆形或螺旋形轨道来引导激光束。
[0005]在激光钻探的该制造方法中，过程开发典型地以实验为特征，因为当前无法以足够的准确度对大量高度动态且相互作用的物理效应进行建模。这也包括针对相关压力和温度的工件参数通常是未知的。最多可以使用高度简化的模型，利用这些模型在给定的过程参数情况下以及在特定的参数范围中可以对实现的钻孔形状进行一定的预测。利用这些模型当前尚无法对质量特性进行可靠的预测，所述质量特性例如是钻孔内或钻孔入口处的毛刺形式的硬化的熔体沉积物、钻孔边缘的损坏或钻孔的圆形度。
[0006]激光焊接是一种成熟的制造方法，用于在由不同材料制成的工件之间建立连接。在此，向待连接的工件施加聚焦的激光束。由于非常高的强度，所吸收的激光能量会导致工件材料非常迅速的局部加热，这导致在短时间内并且非常局部定位地形成共同的熔池。在熔池硬化后，在工件之间形成焊缝形式的连接。
[0007]为了满足连接强度（以及疲劳强度）的要求，可能期望焊缝的几何形状不低于最小允许的焊缝深度和最小允许的焊缝宽度。为了获得期望的焊缝形状，可以将过程参数选择为，使得通过激光辐射对材料进行快速和局部加热导致焊池中的蒸发。通过与过程相关的爆炸性产生的蒸气压和由此带来的大压力梯度，或通过外部输送的气流，将熔融材料从所述熔池中驱出。所产生的金属飞溅物（所谓的焊接飞溅物）可能导致部件质量下降和/或需要中断生产以清洁激光焊接设施，这引起制造成本的显著增加。
[0008]与激光钻孔的情况一样，在激光焊接的情况下过程开发（以最小化焊接飞溅物为目标的过程优化）也强烈地以实验为特征，因为无法以足够的准确度对大量高度动态和相互作用的物理效应进行建模。
[0009]在此，建模时的挑战是针对相关压力和温度的工件参数通常是未知的。各个工件
的制造公差和材料的波动也可能对焊接飞溅物的形成产生非常强烈的影响。尽管可以使用高度简化的模型，利用这些模型可以在给定的过程参数情况下以及在特定的参数范围内对实现的焊缝形状进行一定预测，但是无法利用这些模型对诸如硬化的焊接飞溅物的质量特性进行可靠的预测。
[0010]因为有许多可设置的过程参数（所述过程参数通常取决于时间和位置），如激光功率、焦点直径、焦点位置、焊接速度、激光束倾斜度、圆形轨道频率、过程保护气体，对过程参数的优化是漫长的过程，需要大量的实验。由于对于这些实验而言一方面需要许多工件或部件，另一方面评估（制造用于测量焊缝几何形状的横截面）也很费事，因此必须将所需的尝试数量减少到最小。
[0011]因此，例如将一些过程参数设置为基于经验的值，并且仅改变相对较少的参数。在这种情况下，通常找不到实际可达到的最优值。
[0012]本专利技术的优点已经认识到，在激光材料加工的情况下可达到的精度和生产率非常强烈地取决于所设置的过程参数、所使用的工件材料以及部分地也非常强烈地取决于工件的几何形状。
[0013]钻探过程的质量标准很多。例如，钻孔的尺寸（例如，取决于深度的直径分布）、钻孔的圆形度、钻孔壁的形状、可能的熔体沉积物、在钻探过程期间的液滴喷射以及钻孔边缘的倒圆都是重要的。生产率典型地通过每时间单位可制造的钻孔数来定义。另外，必要的生产设备的成本在实践中当然也是决定性的，随着可变参数灵活性的增加，所述成本当然随之增加。
[0014]因为存在许多可设置的过程参数（例如，脉冲持续时间、焦点位置、焦点大小、脉冲重复频率、圆形轨道直径、圆形轨道频率、定位角、钻探持续时间、脉冲能量、波长、过程气体类型和过程气体压力），这些过程参数还通常可以随时间变化，因此过程参数的优化是漫长的过程，需要大量的实验。因为对于这些实验一方面需要许多工件或部件，另一方面评估（尤其是内部钻孔形状）也很费事，因此必须将所需的尝试数量减少到最小。
[0015]因此，可以将一些过程参数设置为基于经验的值，并且可以仅改变相对较少的参数。因此，通常很难找到实际上可达到的最优值。作为所述尝试的计划方法，可以通过专家来预给定尝试系列和/或执行统计尝试计划的方法。
[0016]在激光焊接的情况下，因为存在许多可设置的过程参数（这些过程参数通常取决于时间和位置），如激光功率、焦点直径、焦点位置、焊接速度、激光束倾斜度、圆形轨道频率、过程保护气体，过程参数的优化也是漫长的过程，需要大量的实验。因为对于这些实验来说一方面需要许多工件或部件，另一方面评估（准备用于测量焊缝几何形状的横截面）也很费事，因此期望将所需的尝试数量减少到最小。
[0017]相反，具有独立权利要求1的特征的主题具有的优点是，仅利用少量实验就可以找到激光材料加工机的确保高质量的激光材料加工的过程参数。
[0018]本专利技术的其他方面是并列权利要求的主题。有利的扩展是从属权利要求的主题。

技术实现思路

[0019]本专利技术涉及能够对过程参数进行有效且有针对性的优化的方式。为此使用贝叶斯优化方法。借助于该方法可以在未知函数中找到最优值。最优值的特征在于一个或多个质
量特性（特征）q
i
的由用户指定的目标值q
i,Zeil
。为了获得要优化的唯一函数，可以在所谓的成本函数K中计算出多个质量特性。该成本函数也必须由用户预给定。一个示例是与相应目标值的缩放偏差之和：。
[0020]在此，参数s
i
是可预给定的缩放参数。为了找到所述成本函数的最优值，可以通过应用贝叶斯优化为下一次实验提出过程参数组（以下也简称为参数组）。在执行了所述实验后，可以确定从中得到的质量标准值，并可以由此确定当前成本函数值，并与所设置的参数组一起作为数据点提供给所述优化方法。
[0021]贝叶斯优化方法适合于为将多维参数空间映射为标量值的函数找到导致最优函数值的参数组。根据优化目标，在此将所述最优值定义为函数值可以采取的最大可能值或替代地最小可达到值。在过程优化的意义上，例如通过特定的过程参数组来给定所述参数组；属于所述特定的过程参数组的函数值可以通过上述成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于运行激光材料加工机（1，2）的计算机实现的方法，其中根据预给定的过程参数（x）确定估计结果（y
sim
），所述估计结果表征激光材料加工的实际结果（y
exp
）有多好，以及其中借助于贝叶斯优化，利用基于数据的模型来改变所述过程参数（x），直到所述激光材料加工的实际结果（y
exp
）足够好为止。2.根据权利要求1所述的方法，其中，一直改变所述过程参数（x），直到所述估计结果（y
sim
）足够好为止，然后才检测所述激光材料加工的实际结果（y
exp
）。3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据实际结果（y
exp
）来训练所述基于数据的模型。4.根据权利要求3所述的方法，其中还根据所述估计结果（y
sim
）来训练所述基于数据的模型。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述基于数据的模型是高斯过程模型。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，借助于所述激光材料加工的物理模型来确定所述估计结果（y
sim
）。7.根据权利要求6所述的方法，其中，如果所述物理模型的评估将在可预给定范围之外的参数（x）情况下进行，则借助于所述基于数据的模型确定所述估计结果（y
sim
）。8.根据权利要求6至7中任一项所述的方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：