Laseranlage mit optimierter Steuerung

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Betriebsverfahren für eine Laseranlage,

- wobei die Laseranlage einen Laser aufweist, der einen La ^¬ serstrahl emittiert,

- wobei einer Steuereinrichtung der Laseranlage eine Bahn vorgegeben ist, die von einem Brennpunkt des Laserstrahls abgefahren werden soll,

- wobei die Laseranlage eine Mehrzahl von Spiegeln aufweist, mittels derer der Brennpunkt des Laserstrahls entsprechend der abzufahrenden Bahn positioniert wird,

- wobei die Steuereinrichtung anhand der abzufahrenden Bahn für den Spiegeln zugeordnete Lageregler jeweils einen resultierenden Lagesollwert ermittelt und den Lagereglern den jeweiligen resultierenden Lagesollwert vorgibt,

- wobei die Lageregler den Spiegel, dem sie jeweils zugeord ^¬ net sind, entsprechend dem ihnen jeweils vorgegebenen re ^¬ sultierenden Lagesollwert bei einem jeweiligen Lageistwert lagegeregelt positionieren. Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Steu ^¬ erprogramm für eine Steuereinrichtung einer Laseranlage, wobei das Steuerprogramm Maschinencode umfasst, der von der Steuereinrichtung unmittelbar abarbeitbar ist, wobei die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung bewirkt, dass die Steuereinrichtung

- anhand einer der Steuereinrichtung vorgegebenen, von einem Brennpunkt eines mittels eines Lasers der Laseranlage emit ^¬ tierten Laserstrahls abzufahrenden Bahn für eine Mehrzahl von Spiegeln der Laseranlage, mittels derer der Brennpunkt des Laserstrahls entsprechend der abzufahrenden Bahn posi ^¬ tioniert wird, zugeordneten Lagereglern jeweils einen resultierenden Lagesollwert ermittelt und den Lagereglern den jeweiligen resultierenden Lagesollwert vorgibt, so dass die Spiegel bei einem jeweiligen Lageistwert positioniert wer ^¬ den .

Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Steu- ereinrichtung für eine Laseranlage, die mit einem derartigen Steuerprogramm programmiert ist, so dass sie im Betrieb die Laseranlage gemäß einem derartigen Betriebsverfahren steuert.

Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Laseranlage,

- wobei die Laseranlage einen Laser aufweist, der einen La ^¬ serstrahl emittiert,

- wobei die Laseranlage eine Mehrzahl von Spiegeln aufweist, mittels derer ein Brennpunkt des Laserstrahls entsprechend einer abzufahrenden Bahn positionierbar ist,

- wobei die Laseranlage den Spiegeln zugeordnete Lageregler aufweist, welche den Spiegel, dem sie jeweils zugeordnet sind, entsprechend ihnen jeweils vorgegebenen resultierenden Lagesollwerten lagegeregelt positionieren,

- wobei die Laseranlage eine derartige Steuereinrichtung auf ^¬ weist.

Die oben genannten Gegenstände sind allgemein bekannt. Sie werden beispielsweise bei sogenannten Pulverbettanlagen ein- gesetzt. Eine Pulverbettanlage weist üblicherweise ein Bett auf, in dem eine Schicht eines Pulvers verteilt wird. Das Pulver kann nach Bedarf ein Metall (beispielsweise Stahl, Aluminium oder Kupfer) , ein Kunststoff oder ein anderes Material sein. Sodann wird ein Laser der Pulverbettanlage ange- steuert, so dass der Laser einen Laserstrahl emittiert. Über Spiegel wird der Laserstrahl auf bestimmte Stellen der Pul ^¬ verschicht gelenkt, die dadurch mit dem Laserstrahl belichtet und aufgeheizt werden. An den belichteten Stellen schmilzt das aufgebrachte Pulver und verbindet sich dadurch miteinan- der und mit dem Untergrund. Sodann wird die nächste Pulver ^¬ schicht aufgebracht. Sofern diese Pulverschicht aus einem an ^¬ deren Material besteht als die zuvor aufgebrachte Pulver ^¬ schicht, wird zuvor überschüssiges Pulver entfernt. Eine ty- pische Anordnung weist meist zwei oder drei Spiegel auf, die zur Positionierung des Laserstrahls entsprechend angesteuert werden. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf Pulverbettanlagen beschränkt. Sie kann auch bei anderen Laseranla- gen eingesetzt werden, bei denen der Laserstrahl in mindestens zwei Richtungen positioniert wird, insbesondere bei La ^¬ seranlagen, bei denen weiterhin auch die Laserleistung gesteuert wird. Die Steuerung für eine Laseranlage umfasst in der Regel eine Steuereinrichtung und der Steuereinrichtung unterlagerte Lageregler für die Spiegel und zusätzlich meist einen Leistungsregler für den Laser. Die Kommunikation der Steuereinrichtung mit den Lagereglern und dem Leistungsregler erfolgt über die übermittelten jeweiligen resultierenden Lagesollwerte bzw. über die übermittelten resultierenden Leistungssollwerte .

Entscheidend für die Qualität des mit der Laseranlage herge- stellten Produkts ist insbesondere eine möglichst konstante Streckenenergie des Lasers, d.h. dass die mittels des Lasers aufgebrachte Leistung pro Flächeneinheit möglichst konstant ist. Wird beispielsweise bei einer Pulverbettanlage eine Stelle der aufgebrachten Pulverschicht zu stark belichtet, so wird in diese Stelle zuviel Energie eingebracht, und die

Breite des auf geschmolzenen Bereichs geht über den Durchmes ^¬ ser des Laserstrahls hinaus. Die Maße des herzustellenden Werkstücks sind dadurch nicht mehr oder zumindest nicht mehr so exakt einzuhalten. Wird im umgekehrten Fall eine Stelle der aufgebrachten Pulverschicht zu schwach belichtet, reicht die in diese Stelle eingebrachte Energie nicht, um die opti ^¬ malen Schmelzbedingungen zu erreichen. Ähnliche Probleme stellen sich bei anderen Laseranlagen. Zur Erreichung einer hohen Produktivität sollte weiterhin die abzufahrende Bahn mit einer möglichst hohen Bahngeschwindig ^¬ keit abgefahren werden. Um hierbei eine hohe Konturtreue zu gewährleisten, ist eine hohe Bandbreite für die Positionie- rung des Laserstrahls erforderlich. Eine hohe Bandbreite ist insbesondere dann wichtig, wenn die abzufahrende Bahn Ecken oder kleine Radien aufweist. Ist die Bandbreite zu gering, muss gegebenenfalls die Dynamik der Bahnführung (Geschwindig- keit, Beschleunigung und/oder Ruck) reduziert werden, um eine gegebene Konturtreue einzuhalten. Ist im Gegenteil die Band ^¬ breite hoch, kann die Bahn schneller gefahren werden, ohne die vorgegebene Bahn signifikant zu verlassen. Die Bandbreite ist nicht nur isoliert für die Positionierung des jeweiligen Spiegels relevant, sondern auch für die Ab ^¬ stimmung der Spiegel untereinander. Insbesondere sollte die Positionierung des Laserstrahls in allen erforderlichen Raumdimensionen möglichst einheitlich sein. Aufgrund unterschied- licher Parametrierung der Lageregler oder unterschiedlichen dynamischen Verhaltens der Spiegel kann es jedoch vorkommen, dass die Spiegel mit unterschiedlichem dynamischem Verhalten positioniert werden. In diesem Fall müssen im Stand der Technik die schnelleren Positionierungen auf die Geschwindigkeit der langsamsten Positionierung reduziert werden. Im Ergebnis geht dadurch Dynamik verloren.

Zur Einhaltung der Streckenenergie ist es im Stand der Technik bekannt, den Laser nach Bedarf ein- oder auszuschalten. Eine derartige binäre Ansteuerung ist insofern stets von

Nachteil, weil nur eine sehr grobe Anpassung der Streckenenergie möglich ist. Weiterhin ist bekannt, die Ansteuerung des Lasers kontinuierlich oder in mehreren Stufen an die Bahngeschwindigkeit zu koppeln. Wenn die Ansteuerung des La- sers an den Geschwindigkeitssollwert gekoppelt wird, erfolgt die Ansteuerung des Lasers jedoch aufgrund der begrenzten Dynamik bei der Positionierung möglicherweise zu früh. Wenn die Ansteuerung des Lasers an den Geschwindigkeitsistwert gekop ^¬ pelt wird, erfolgt die Ansteuerung des Lasers aufgrund der Reaktionszeit des Lasers oftmals zu spät.

Im Stand der Technik ist der Steuereinrichtung die Parametrierung der Lageregler und die Dynamik der Spiegel nicht be- kannt . Aus Sicht der Steuereinrichtung handelt es sich viel ^¬ mehr um „black boxes". Dadurch kann zum einen die

Reglercharakteristik des jeweiligen Lagereglers nicht mehr angepasst oder berücksichtigt werden. Vielmehr muss gegebe- nenfalls die Dynamik (Geschwindigkeit, Beschleunigung

und/oder Ruck) reduziert werden, um die Kontur einzuhalten. Dadurch ergibt sich ein Verlust an Produktivität. Ebenso ist es im Stand der Technik nicht möglich, die Bandbreite der verschiedenen Spiegel und deren Regelungen aneinander anzu- gleichen. Es verbleibt aus Sicht der Steuereinrichtung als einzige Möglichkeit, die resultierenden Lagesollwerte so zu ermitteln, dass die Dynamik der langsamsten Achse ausreicht, um der Bewegung zu folgen. Auch dies bedeutet einen Verlust an Produktivität.

Aus der EP 3 106 943 AI ist eine Laseranlage mit einem Laser bekannt, der einen Laserstrahl emittiert. Einer Steuereinrichtung der Laseranlage ist eine Bahn vorgegeben, die von einem Brennpunkt des Laserstrahls abgefahren werden soll. La- seranlage weist zwei Spiegel auf, mittels derer der Brenn ^¬ punkt entsprechend der abzufahrenden Bahn (B) positioniert wird. Die Steuereinrichtung ermittelt anhand der abzufahrenden Bahn für den Spiegeln zugeordnete Lageregler jeweils einen resultierenden Lagesollwert und gibt den Lagereglern den jeweiligen resultierenden Lagesollwert vor. Die Lageregler positionieren die Spiegel entsprechend den ihnen jeweils vor ^¬ gegebenen resultierenden Lagesollwerten. Die Steuereinrichtung ermittelt anhand der von dem Brennpunkt des Laserstrahls abzufahrenden Bahn anfängliche Lagesollwerte und daraus durch eine kinematische Transformation die resultierenden Lagesoll ^¬ werte .

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer die Produktivität der Laseranlage optimiert werden kann.

Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 11.

Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs ge- nannten Art dadurch ausgestaltet,

- dass die Steuereinrichtung für die Spiegel und die den

Spiegeln zugeordneten Lageregler jeweils eine Modellstruktur implementiert, welche das dynamische Verhalten des je ^¬ weiligen Spiegels und des jeweils zugehörigen Lagereglers abbildet und mittels derer die Steuereinrichtung das dyna ^¬ mische Verhalten des jeweiligen Spiegels und des jeweils zugehörigen Lagereglers modelliert, und

- dass die Steuereinrichtung anhand der von dem Brennpunkt des Laserstrahls abzufahrenden Bahn für die Lageregler je- weils einen anfänglichen Lagesollwert ermittelt, wobei die jeweiligen anfänglichen Lagesollwerte durch einen jeweiligen Punkt auf der Bahn bestimmt sind,

- dass die Steuereinrichtung den jeweiligen anfänglichen Lagesollwert der jeweiligen Modellstruktur zuführt und mit- tels der jeweiligen Modellstruktur den jeweiligen resultierenden Lagesollwert ermittelt.

Dadurch kann das dynamische Verhalten des jeweiligen Spiegels und des jeweils zugehörigen Lagereglers - also die Art und Weise, auf welche der jeweilige Lageregler und der jeweilige Spiegel auf eine Änderung des jeweiligen Lagesollwertes rea ^¬ gieren - auf Seiten der Steuereinrichtung bei der Ermittlung des jeweiligen resultierenden Lagesollwertes berücksichtigt werden. Dadurch kann insbesondere erreicht werden, die Steu- ereinrichtung den jeweiligen resultierenden Lagesollwert derart ermittelt, dass der jeweilige Lageistwert dem jeweiligen anfänglichen Lagesollwert so gut wie möglich angenähert wird. Gegenüber dem jeweiligen resultierenden Lagesollwert können sich zwar Abweichungen ergeben. Dies ist jedoch irrelevant, da es auf den jeweiligen anfänglichen Lagesollwert ankommt.

Die jeweilige Modellstruktur kann beispielsweise derart im ^¬ plementiert sein, - dass die jeweilige Modellstruktur eingangsseitig einen je ^¬ weiligen Knotenpunkt und ein dem jeweiligen Knotenpunkt nachgeordnetes jeweiliges Modell aufweist,

- dass die jeweilige Modellstruktur in dem jeweiligen Knoten- punkt den jeweiligen anfänglichen Lagesollwert und einen

Rückkoppelwert zu dem jeweiligen resultierenden Lagesollwert verknüpft,

- dass die jeweilige Modellstruktur in dem Modell anhand des jeweiligen resultierenden Lagesollwertes einen jeweiligen erwarteten Lageistwert ermittelt und

- dass die jeweilige Modellstruktur den jeweiligen Rückkoppelwert unter Verwertung des jeweiligen erwarteten Lageistwertes ermittelt. Diese Vorgehensweise ist als solche bekannt. Es kann bei ^¬ spielsweise auf die DE 10 2005 048 390 AI verwiesen werden.

Vorzugsweise ist der Steuereinrichtung auch ein Leistungsreg ^¬ ler für den Laser untergeordnet. In diesem Fall ermittelt die Steuereinrichtung zusätzlich einen resultierenden Leistungssollwert für eine von dem Laser abzugebende Leistung und gibt den resultierenden Leistungssollwert dem Leistungsregler vor. Der Leistungsregler regelt sodann die Leistung des Laserstrahls entsprechend dem ihm vorgegebenen resultierenden Leistungssollwert.

Vorzugsweise ermittelt die Steuereinrichtung anhand der mit ^¬ tels der Modellstrukturen ermittelten erwarteten Lageistwerte eine Geschwindigkeit, mit der der Brennpunkt des Laserstrahls positioniert wird. Dadurch ist die Steuereinrichtung in der Lage, den resultierenden Leistungssollwert unter Verwendung der ermittelten Geschwindigkeit zu ermitteln. Dies nutzt den Umstand, dass durch die Modellstrukturen jeweils die erwarte ^¬ te Geschwindigkeit ermittelt werden kann und somit innerhalb der Steuereinrichtung zur Verfügung steht, wobei die erwartete Geschwindigkeit mit hoher Genauigkeit mit der tatsächli ^¬ chen Geschwindigkeit des Brennpunkts übereinstimmt. Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung den resultierenden Leistungssollwert direkt ermittelt. Soweit erforderlich, ist es jedoch möglich, dass die Steuereinrichtung - analog zu den Modellstrukturen für die Spiegel und die den Spiegeln zu- geordneten Lageregler -

- für den Laser und den dem Laser zugeordneten Leistungsregler eine weitere Modellstruktur implementiert, welche das dynamische Verhalten des Lasers und des zugehörigen Leis ^¬ tungsreglers abbildet und mittels derer die Steuereinrich- tung das dynamische Verhalten des Lasers modelliert, und

- anhand der Geschwindigkeit, mit der der Brennpunkt des La ^¬ serstrahls positioniert wird, einen anfänglichen Leistungs ^¬ sollwert ermittelt, den anfänglichen Leistungssollwert der weiteren Modellstruktur zuführt und mittels der weiteren Modellstruktur den resultierenden Leistungssollwert ermittelt .

Dadurch kann auch das dynamische Verhalten des Lasers und des zugehörigen Leistungsreglers - also die Art und Weise, auf welche der Leistungsregler und der Laser auf eine Änderung des Leistungssollwerts reagieren - bei der Ermittlung des re ^¬ sultierenden Leistungssollwerts berücksichtigt werden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass für Frequenzen oberhalb ei- ner Grenzfrequenz die mittels der jeweiligen Modellstruktur ermittelten jeweiligen resultierenden Lagesollwerte gegenüber den gleichen Frequenzanteilen des jeweiligen anfänglichen Lagesollwerts verstärkt sind. Dadurch kann die Dynamik, mit der der jeweilige Spiegel positioniert wird, verbessert werden. Gleiches gilt gegebenenfalls für das Verhältnis des resultie ^¬ renden Leistungssollwerts zum anfänglichen Leistungssollwert.

Vorzugsweise sind die Modellstrukturen für die Lageregler derart aufeinander abgestimmt, dass die Spiegel mit der glei- chen Dynamik positioniert werden. Dadurch kann beim Positionieren des Brennpunkts des Laserstrahls eine in allen Dimen ^¬ sionen einheitliche Konturtreue erreicht werden. Vorzugsweise weist das aus dem jeweiligen Spiegel, dem je ^¬ weils zugeordneten Lageregler und der jeweiligen Modellstruktur bestehende System eine Bandbreite auf, die mindestens so groß wie die Bandbreite des nur aus dem jeweiligen Spiegel und dem jeweils zugeordneten Lageregler bestehenden Systems ist. Dadurch werden im Ergebnis die Bandbreite und damit die Dynamik, mit welcher der jeweilige Spiegel den Brennpunkt des Laserstrahls positioniert, verbessert. Prinzipiell können die Modelle der Modellstrukturen beliebig aufgebaut sein. Vorzugsweise implementieren sie jeweils einen ZuStandsregier .

Es ist möglich, dass den Lagereglern ein jeweiliger Drehzahl- regier unterlagert ist. Dies führt zu einer verbesserten Dy ^¬ namik der Regelung. Es ist sogar möglich, dass zusätzlich den Drehzahlreglern ein jeweiliger Stromregler unterlagert ist. Dies führt zu einer noch weiteren Verbesserung der Dynamik der Regelung.

In vielen Fällen ist die Anzahl an Spiegeln zwei. Sie kann aber auch mehr betragen, insbesondere drei sein.

Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Steuerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun ^¬ gen des Steuerprogramm sind Gegenstand des abhängigen Anspruchs 13.

Erfindungsgemäß bewirkt die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung, dass die Steuereinrichtung - zusätzlich zu den eingangs in Verbindung mit dem Steuerprogramm genannten Maßnahmen -

- für die Spiegel und die den Spiegeln zugeordneten Lageregler jeweils eine Modellstruktur implementiert, welche das dynamische Verhalten des jeweiligen Spiegels und des je ^¬ weils zugehörigen Lagereglers abbildet und mittels derer die Steuereinrichtung das dynamische Verhalten des jeweili- gen Spiegels und des jeweils zugehörigen Lagereglers model ^¬ liert, und

- anhand der von dem Brennpunkt des Laserstrahls abzufahren ^¬ den Bahn für die Lageregler jeweils einen anfänglichen La- gesollwert ermittelt, wobei der Brennpunkt des Laserstrahls entsprechend der abzufahrenden Bahn positioniert wird, wenn die Lageistwerte der Spiegel mit den jeweiligen anfängli ^¬ chen Lagesollwerten (übereinstimmen,

- den jeweiligen anfänglichen Lagesollwert der jeweiligen Mo- dellstruktur zuführt und mittels der jeweiligen Modell ^¬ struktur den jeweiligen resultierenden Lagesollwert ermittelt und

- den jeweiligen resultierenden Lagesollwert derart ermittelt, dass der jeweilige Lageistwert dem jeweiligen anfäng- liehen Lagesollwert so gut wie möglich angenähert wird.

Die vorteilhaften Ausgestaltungen des Steuerprogramms und die dadurch erreichten Vorteile korrespondieren im wesentlichen mit denen des Betriebsverfahrens.

Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Erfindungsgemäß ist eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Art mit einem erfindungsgemäßen Steuerprogramm programmiert, so dass sie im Betrieb die Laseranlage gemäß einem erfindungsgemäßen Be ^¬ triebsverfahren steuert.

Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Laseranlage mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Erfindungsgemäß weist eine Laseranlage der eingangs genannten Art eine erfindungsgemäß ausgebildete Steuereinrichtung auf.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung: FIG 1 eine Laseranlage,

FIG 2 einen Teil einer Regelstruktur,

FIG 3 vollständige Regelstrukturen,

FIG 4 den Aufbau einer Modellstruktur,

FIG 5 Frequenzverhalten und

FIG 6 eine Sprungantwort.

Gemäß FIG 1 weist eine Laseranlage einen Laser 1 auf. Der La- ser 1 emittiert einen Laserstrahl 2. Über eine Mehrzahl von Spiegeln 3 wird ein Brennpunkt 4 des Laserstrahls 2 entspre ^¬ chend einer abzufahrenden Bahn B positioniert. Die Spiegel werden zu diesem Zweck durch entsprechende Antriebe 3' ange ^¬ steuert. Minimal sind zwei Spiegel 3 vorhanden. In manchen Fällen sind aber auch mehr als zwei Spiegel 3 vorhanden, beispielsweise drei Spiegel 3. Zum Positionieren der Spiegel 3 und damit im Ergebnis des Brennpunkts 4 ist den Spiegeln 3 jeweils ein Lageregler 5 zugeordnet, der den jeweiligen Spiegel 3 entsprechend einem jeweiligen resultierenden Lagesoll- wert pl* positioniert. An dieser Stelle und auch nachfolgend wird nicht zwischen den einzelnen resultierenden Lagesollwerten pl* für die einzelnen Spiegel 3 unterschieden. Die resultierenden Lagesollwerte pl* für die einzelnen Spiegel 3 wer ^¬ den jedoch individuell für den jeweiligen Spiegel 3 ermit- telt. Sie können also von Spiegel 3 zu Spiegel 3 voneinander verschiedene Werte aufweisen.

Es ist möglich, dass die Lageregler 5 den jeweiligen Spiegel 3 bzw. den zugehörigen Antrieb 3' direkt ansteuern. Alterna- tiv ist es möglich, dass den Lagereglern 5 entsprechend der

Darstellung in FIG 2 ein jeweiliger Drehzahlregler 6 unterlagert ist. Dem Drehzahlregler 6 kann gegebenenfalls seinerseits ein Stromregler 7 unterlagert sein. Die entsprechende Reglerstruktur, die Fachleuten als solche allgemein bekannt ist, ist in FIG 2 für einen der Lageregler 5 dargestellt. Die entsprechende Struktur kann nach Bedarf bei mehreren Lagereglern 5 realisiert sein. Die resultierenden Lagesollwerte pl* werden den Lagereglern 5 von einer Steuereinrichtung 8 vorgegeben. Die Vorgabe der resultierenden Lagesollwerte pl* erfolgt in der Regel getaktet, wobei der Arbeitstakt oftmals unterhalb von 1 ms liegt. Der Steuereinrichtung 8 wiederum ist die Bahn B vorgegeben, die von dem Brennpunkt 4 des Laserstrahls 2 abgefahren werden soll. Anhand der abzufahrenden Bahn B ermittelt die Steuereinrichtung 8 für den jeweiligen Arbeitstakt die jeweiligen resultierenden Lagesollwerte pl*, die sie sodann individuell dem jeweiligen Lageregler 5 vorgibt.

Die Steuereinrichtung 8 ist mit einem Steuerprogramm 9 programmiert. Aufgrund der Programmierung mit dem Steuerprogramm 9 steuert die Steuereinrichtung 8 im Betrieb die Laseranlage gemäß einem Betriebsverfahren das nachstehend näher erläu ^¬ tert. Das Steuerprogramm 9 umfasst Maschinencode 10, der von der Steuereinrichtung 8 unmittelbar abarbeitbar ist. Die Abarbeitung des Maschinencodes 10 durch die Steuereinrichtung 8 bewirkt die entsprechende Steuerung der Laseranlage durch die Steuereinrichtung 8.

Aufgrund der Programmierung mit dem Steuerprogramm 9 implementiert die Steuereinrichtung 8 entsprechend der Darstellung in FIG 3 für die Spiegel 3 und die den Spiegeln 3 zugeordne- ten Lageregler 5 jeweils eine Modellstruktur 11. Die jeweilige Modellstruktur 11 bildet das dynamische Verhalten des je ^¬ weiligen Spiegels 3 und des jeweils zugehörigen Lagereglers 5 ab. Die Implementierung erfolgt innerhalb der Steuereinrichtung 8 als jeweiliger Softwareblock. Aufgrund der Implemen- tierung ist die Steuereinrichtung 8 in der Lage, mittels der jeweiligen Modellstruktur 11 das dynamische Verhalten des jeweiligen Spiegels 3 und des jeweils zugehörigen Lagereglers 5 zu modellieren. Die Modellstrukturen 11 bilden aufgrund des Umstands, dass sie das dynamische Verhalten des jeweiligen Spiegels 3 und des jeweils zugehörigen Lagereglers 5 modellieren, insbesondere die Sprungantwort des jeweils modellierten Systems ab, also wie schnell, in welchem Umfang und mit welchem Schwingungsverhalten der jeweilige Lageistwert p2 des jeweiligen Spiegels 3 einer Änderung des Lagesollwertes p2* folgt. Die Modellstrukturen 11 sind in der Regel gleichartig aufgebaut. Nachstehend wird daher in Verbindung mit FIG 4 nur eine der Modellstrukturen 11 näher erläutert.

Gemäß FIG 4 weist die jeweilige Modellstruktur 11 eingangs- seitig einen Knotenpunkt 12 und ein dem Knotenpunkt 12 nach- geordnetes Modell 13 auf. Die Steuereinrichtung 8 ermittelt anhand der ihr bekannten Bahn B einen jeweiligen anfänglichen Lagesollwert p2*. Der anfängliche Lagesollwert p2* ist durch einen jeweiligen Punkt auf der Bahn B bestimmt. Werden die Spiegel 3 exakt bei ihren jeweiligen anfänglichen Lagesoll- wert p2* positioniert, so wird der Brennpunkt 4 des Laser ^¬ strahls 2 exakt auf dem entsprechenden Punkt der Bahn B positioniert. Die Steuereinrichtung 8 führt den jeweiligen anfänglichen Lagesollwert p2* der jeweiligen Modellstruktur 11 zu, genauer dem Knotenpunkt 12 der jeweiligen Modellstruktur 11. Mittels der jeweiligen Modellstruktur 11 ermittelt die Steuereinrichtung 8 den jeweiligen resultierenden Lagesollwert pl*. Die Ermittlung des jeweiligen resultierenden Lagesollwertes pl* erfolgt derart, dass der jeweilige Lageistwert p2 dem jeweiligen anfänglichen Lagesollwert p2* - nicht aber notwendigerweise dem jeweiligen resultierenden Lagesollwert pl*- so gut wie möglich angenähert wird.

Intern können die Modellstruktur 11 und insbesondere das Modell 13 nach Bedarf ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Modell 13 entsprechend der Darstellung in FIG 4 einen Zu- standsregler implementieren. In diesem Fall ist das Modell 13 ein Streckenmodell. Das Modell 13 ermittelt als Zustand X ei ^¬ ne vektorielle Größe. Eine der Vektorkomponenten des Zustands X ist der vorgegebene anfängliche Lagesollwert p2*. Die Mo- dellstruktur 11 weist weiterhin einen Zustandsregler auf. Der Zustandsregler ist in Form einer Rückführung des ermittelten Zustands X über ein Rückführelement 14 realisiert. Mittels des Rückführelements 14 wird der mittels des Modells 13 er- mittelte Zustand X auf das Modell 13 rückgekoppelt. Insbeson ^¬ dere wird mittels des Rückführelements 14 anhand des Zustands X ein Skalar s ermittelt. Der Skalar s stellt einen Rückkop ^¬ pelwert dar, der im Knotenpunkt 12 auf den vorgegebenen an- fänglichen Lagesollwert p2* aufaddiert oder von ihm subtra ^¬ hiert wird. Durch die Addition bzw. Subtraktion ergibt sich der resultierende Lagesollwert pl*.

Zum Ermitteln des Zustands X kann das Modell 13 insbesondere algebraische Gleichungen und lineare Differenzialgleichungen umfassen. Details dieser Vorgehensweise sind insbesondere in der DE 10 2005 048 390 AI ausführlich erläutert. Auch die No ^¬ menklatur wurde von dort übernommen, vergleiche in der DE 10 2005 048 390 AI die dortige FIG 2 und die zugehörigen Ausfüh- rungen in den dortigen Absätzen 33 bis 40. Im Ergebnis ermittelt somit die Modellstruktur 11 in dem Modell 13 anhand des resultierenden Lagesollwerts pl* einen erwarteten Lageistwert pl . Der erwartete Lageistwert pl ist ebenfalls Bestandteil des Zustands X. Weiterhin ermittelt dadurch die Modellstruk- tur 11 den Rückkoppelwert s unter Verwertung des erwarteten Lageistwertes pl . Der ermittelte erwartete Lageistwert pl stimmt, sofern die zugehörige Modellstruktur 11 und insbesondere deren Modell 13 das dynamische Verhalten des zugehörigen Spiegels 3 und des dem entsprechenden Spiegel 3 zugeordneten Lagereglers 5 gut modelliert, mit hoher Genauigkeit mit dem tatsächlichen Lageistwert p2 überein.

Durch die Modellstruktur 11 können das resultierende Frequenzverhalten und damit die Dynamik der entsprechenden Lage- regelung verbessert werden. Insbesondere wird entsprechend der Darstellung in FIG 5 erreicht, dass für Frequenzen f oberhalb einer Grenzfrequenz fO die mittels der jeweiligen Modellstruktur 11 ermittelten jeweiligen resultierenden Lagesollwerte pl* gegenüber den gleichen Frequenzanteilen des je- weiligen anfänglichen Lagesollwerts p2* verstärkt sind. Die jeweilige Modellstruktur 11 bildet also sozusagen eine Art Vorfilter, mittels dessen hohe Frequenzanteile des jeweiligen anfänglichen Lagesollwerts p2* verstärkt werden. Anders aus- gedrückt wird dadurch - zumindest in der Regel - erreicht, dass das aus dem jeweiligen Spiegel 3, dem jeweils zugeordne ^¬ ten Lageregler 5 und der jeweiligen Modellstruktur 11 bestehende System eine Bandbreite aufweist, die größer als die Bandbreite des nur aus dem jeweiligen Spiegel 3 und dem je ^¬ weils zugeordneten Lageregler 5 bestehenden Systems ist. Zumindest aber wird die Bandbreite durch das Hinzufügen der Mo ^¬ dellstruktur 11 nicht verringert. Die Modellstrukturen 11 können unabhängig voneinander implementiert und vor allem unabhängig voneinander parametriert werden. In der Praxis sollte jedoch insbesondere bei der Parametrierung darauf geachtet werden, dass die Modellstrukturen 11 für die Lageregler 5 derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Spiegel 3 mit der gleichen Dynamik positio ^¬ niert werden. Wenn also entsprechend der Darstellung in FIG 6 für eines der aus dem jeweiligen Spiegel 3, dem zugeordneten Lageregler 5 und der zugehörigen Modellstruktur 11 bestehenden Systeme eine Sprungantwort des tatsächlichen Lageistwer- tes p2 auf eine sprunghafte Änderung des anfänglichen Lage ^¬ sollwertes p2* ein bestimmtes Verhalten als Funktion der Zeit t zeigt, so sollte ein und dasselbe Verhalten auch bei den anderen Spiegeln 3 realisiert sein. Die einzelnen Modelle 11 können also verschieden voneinander sein. Ihr Ergebnis sollte jedoch aufeinander abgestimmt sein.

Die FIG 1 zeigt nicht nur das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung sondern bereits eine Ausgestaltung. Insbesondere ermittelt die Steuereinrichtung 8 gemäß FIG 1 nicht nur die resultierenden Lagesollwerte pl*, sondern zusätzlich auch einen resultierenden Leistungssollwert PI*. Der resultierende Leistungssollwert PI* gibt eine Sollleistung an, mit welcher der Laser 1 betrieben werden soll, welche Leistung also der von dem Laser 1 emittierte Laserstrahl 2 aufweisen soll. Die Steuereinrichtung 8 gibt den resultierenden Leistungssollwert PI* einem Leistungsregler 15 für den Laser 1 vor. Der Leistungsregler 15 regelt sodann die Leistung des Laserstrahls 2 entsprechend dem ihm vorgegebenen resultierenden Leistungs- Sollwert PI*. Die Steuereinrichtung 8 kann den resultierenden Leistungssollwert PI* beispielsweise anhand der Geschwindig ^¬ keit v ermitteln, mit welcher der Brennpunkt 4 des Laserstrahls 2 entlang der Bahn B positioniert wird. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 8 den resultierenden Leistungssollwert PI* derart ermitteln, dass eine vom Laser 1 tatsächlich abgegebene Leistung proportional zur Geschwindigkeit v ist. Zur Ermittlung der Geschwindigkeit v verwertet die Steu ^¬ ereinrichtung 8 entsprechend der Darstellung in FIG 3 in ei- nem Ermittlungsblock 16 vorzugsweise die mittels der Modell ^¬ strukturen 11 ermittelten erwarteten Lageistwerte pl . Insbesondere kann die Steuereinrichtung 8 in dem Ermittlungsblock 16 eine Differentiation der erwarteten Lageistwerte pl nach der Zeit t durchführen und so die Geschwindigkeit v ermit- teln.

In vielen Fällen ist diese Vorgehensweise vollkommen ausrei ^¬ chend. Es kann also direkt die ermittelte Geschwindigkeit v mit einem konstanten Faktor multipliziert werden, wobei das Produkt den resultierenden Leistungssollwert PI* ergibt. In manchen Fällen kann es jedoch erforderlich sein, dass das Produkt der ermittelten Geschwindigkeit v mit dem konstanten Faktor noch nicht mit den resultierenden Leistungssollwert PI* korrespondiert, sondern erst mit einem anfänglichen Leis- tungssollwert P2*. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung 8 entsprechend der Darstellung in FIG 3 für den Laser 1 und den dem Laser 1 zugeordneten Leistungsregler 15 eine Modellstruktur 17 implementieren. Die Implementierung erfolgt innerhalb der Steuereinrichtung 8 als Softwareblock. Die Mo- dellstruktur 17bildet das dynamische Verhalten des Lasers 1 und des zugehörigen Leistungsreglers 15 ab, also wie schnell, in welchem Umfang und mit welchem Schwingungsverhalten die von dem Laser 1 über den Laserstrahls 2 abgegebene Leistung einer Änderung des Leistungssollwerts PI* folgt. Aufgrund der Implementierung ist die Steuereinrichtung 8 in der Lage, mittels der Modellstruktur 17 das dynamische Verhalten des Lasers 1 zu modellieren. Die Modellstruktur 17 wird nachstehend zur sprachlichen Unterscheidung von den Modellstrukturen 11 für die Spiegel 3 und deren Lageregler 5 als weitere Modell ^¬ struktur 17 bezeichnet.

In diesem Fall führt die Steuereinrichtung 8 entsprechend der Darstellung in FIG 3 den anfänglichen Leistungssollwert P2* der weiteren Modellstruktur 17 zu. Mittels der weiteren Modellstruktur 17 ermittelt die Steuereinrichtung 8 dann den resultierenden Leistungssollwert PI*. Sowohl der Aufbau der weiteren Modellstruktur 17 als auch Vorgehensweise zur Ermittlung des resultierenden Leistungssollwerts PI* sind völ- lig analog zur Vorgehensweise, welche obenstehend für Modelle 11 zur Ermittlung der resultierenden Lagesollwerte pl* erläutert wurde.

Zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung somit fol- genden Sachverhalt:

Ein Laser 1 einer Laseranlage emittiert einen Laserstrahl 2. Einer Steuereinrichtung 8 der Laseranlage ist eine Bahn B vorgegeben, die von einem Brennpunkt 4 des Laserstrahls 2 ab- gefahren werden soll. Mittels einer Mehrzahl von Spiegeln 3 der Laseranlage wird der Brennpunkt 4 des Laserstrahls 2 ent ^¬ sprechend der abzufahrenden Bahn B bei einem jeweiligen Lageistwert p2 positioniert. Die Steuereinrichtung 8 ermittelt anhand der abzufahrenden Bahn B für den Spiegeln 3 zugeordne- te Lageregler 5 jeweils einen resultierenden Lagesollwert pl* und gibt den Lagereglern 5 den jeweiligen resultierenden Lagesollwert pl* vor. Die Lageregler 5 positionieren den jeweils zugeordneten Spiegel 3 entsprechend. Die Steuereinrich ^¬ tung 8 implementiert für die Spiegel 3 und die den Spiegeln 3 zugeordneten Lageregler 5 jeweils eine Modellstruktur 11, welche das dynamische Verhalten des jeweiligen Spiegels 3 und des jeweils zugehörigen Lagereglers 5 abbildet und mittels derer die Steuereinrichtung 8 dieses Verhalten modelliert. Sie ermittelt anhand der von dem Brennpunkt 4 des Laser- Strahls 2 abzufahrenden Bahn B für die Lageregler 5 jeweils einen anfänglichen Lagesollwert p2*, wobei die jeweiligen anfänglichen Lagesollwerte p2* durch einen jeweiligen Punkt auf der Bahn (B) bestimmt sind. Sie führt den jeweiligen anfäng- liehen Lagesollwert p2* der jeweiligen Modellstruktur 11 zu und ermittelt mittels der jeweiligen Modellstruktur 11 den jeweiligen resultierenden Lagesollwert pl*. Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Zum einen wird die Bandbreite, mit welcher die einzelnen Spiegel 3 und damit der Brennpunkt 4 des Laserstrahls 2 positioniert werden können, vergrößert. Weiterhin werden die Bandbreiten aneinander angeglichen. Weiterhin wird auch die Ansteuerung des La- sers 1 optimiert. Schließlich ist die erfindungsgemäße Lösung ohne größere Eingriffe in die Steuerung als Ganzes realisier ^¬ bar .

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh- rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge ^¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .