Einsatz von digitalen Reglermodulen für die lasergestützte Mikrobearbeitung:
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Düsseldorf
VDI-Verl.
1997
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| adam_text | Titel: Einsatz von digitalen Reglermodulen für die lasergestützte Mikrobearbeitung
Autor: Weber, Jens
Jahr: 1997
BERICHTE AUS DEM INSTITUT FÜR FERTIGUNGSTECHNIK UND SPANENDE WERKZEUGMASCHINEN UNIVERSITÄT HANNOVER PRODUKTIONSTECHNIK Dipl.-Ing. Jens Weber, Offenbach Einsatz von digitalen Reglermodulen für die lasergestützte Mikrobearbeitung Fortschritt-Berichte VDI Reihe 2 : Fertigungstechnik
Inhaltsverzeichnis V 1 Einleitung...............................................................................................................................1 2 Stand der Technik und des Wissens....................................................................................3 2.1 Mikrobearbeitung mit Hilfe von Laserstrahlquellen.........................................................3 2.1.1 Excimerlaser............................................................................................ 3 2.1.2 Neodym-YAG-Laser................................................................................................4 2.1.3 Vergleich von Excimer- mit frequenzvervierfachten Neodym-YAG-Lasem..........5 2.1.4 Entwicklung eines frequenzvervierfachten Neodym-YAG-Lasers..........................6 2.2 Ansätze zur Stabilisierung der Pulsleistung von Neodym-YAG-Laserstrahlquellen.......8 2.2.1 Regelung des Pumplampenstromes..........................................................................8 2.2.2 Pulsregelung von Neodym-YAG-Laserstrahlquellen mittels Güteschalter.............9 2.2.3 Injection-Seeding für Neodym-YAG Laserstrahlquellen.......................................10 2.2.4 Diodenlasergepumpte Neodym-YAG-Laser..........................................................11 2.3 Stochastische Regelungsalgorithmen zur Pulsleistungssregelung..................................12 2.4 Schlußfolgerungen für die Pulsleistungsregelung von ffequenzvervierfachten Neodym-YAG-Lasem.....................................................................................................14 2.5 Statistische Methoden zur Implementierung stochastischer Regler................................15 2.5.1 Bildung eines Signalmodells..................................................................................15 2.5.2 Korrelationsanalyse................................................................................................16
2.5.3 Identifikation von Systemkomponenten .................................................................17 3 Aufgabenstellung.................................................................................................................22 4 Lösungsweg..........................................................................................................................23 5 Aufbau des Versuchsstandes..............................................................................................25 5.1 Auswahl eines Meßwertaufnehmers zur Detektion von UV-Laserpulsen......................25 5.2 Digitalisierung des aufgenommenen Laserpulssignales..................................................26 5.2.1 Untersuchte Verfahren zur Erfassung der Pulsleistung..........................................26 5.2.2 Auswahl eines Digitalisierungsverfahrens.............................................................30 5.2.3 Entwicklung eines Spitzenwertdetektors für den ffequenzvervierfachten Neodym-YAG-Laser..............................................................................................30 5.3 Stellglied zur Einstellung der Pulsleistung des Lasers....................................................33 5.4 Analog-Digital-Schnittsteilen zwischen dem Pulssignal und dem Rechner...................34 6 Regelungstechnische Analyse der Systemkomponenten ..................................................36 6.1 Aufstellung eines Blockschaltbildes...............................................................................36 6.2 Zusammenstellung statistischer Eigenschaften...............................................................39 6.3 Bestimmung der Struktur des Regelkreises....................................................................45 6.4 Identifikation des Störfilters mittels RLS-Verfahren......................................................46 6.4.1 Ermittlung der
Störfilterordnung............................................................................46 6.4.2 Digitale Hochpaßfilterung......................................................................................47 6.4.3 Schätzung der Parameter des Störfilters.................................................................49 6.4.4 Ergebnisse der Identifikation des Störfilters..........................................................50 6.5 Identifikation des Prozeßmodells mit Hilfe der Sprungantwort......................................55
VI Inhaltsverzeichnis 6.6 Identifikation des Prozeßmodells und des Störfilters mit RELS-Verfahren...................57 6.7 Zusammenfassung der verwendeten Identifikationsverfahren........................................59 7 Auswahl und Implementierung von Regelungsalgorithmen...........................................60 7.1 Implementierung eines diskreten P-Reglers....................................................................60 7.2 Implementierung von Minimalvarianzreglem mit konstanten Parametern.....................62 7.3 Implementierung von adaptiven Reglern........................................................................67 7.4 Simulation eines Kalman-Bucy-Filters...........................................................................70 7.5 Vergleich der digitalen Regler mit dem Injection-Seeding-Verfahren...........................73 7.6 Vergleich der untersuchten Regler..................................................................................75 8 Folgerungen für die Praxis.................................................................................................77 8.1 Auswahl von Bearbeitungsproben..................................................................................77 8.2 Praktische Ergebnisse unter Einsatz verschiedener Regler.............................................78 8.2.1 Ungeregelte Submikrometer-Bearbeitungsstation.................................................78 8.2.2 Fester MV-IV-Regler.............................................................................................79 8.2.3 Adaptiver MV-IV-Regler.......................................................................................80 8.2.4 Vergleich mit dem Injection-Seeding-Verfahren...................................................81 8.2.5 Vergleich der eingesetzten Verfahren....................................................................82 8.3 Bewertung des Verfahrens der digitalen
Regelung.........................................................83 8.4 Weiterführende Entwicklunspotentiale...........................................................................83 9 Zusammenfassung...............................................................................................................85 10 Literaturverzeichnis..........................................................................................................87
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