AT524985A1 - Verfahren zum Festlegen eines Laser-Ansteuersignals für unterschiedliche Lasertypen und Laserplotter sowie Galvo-Markierlaser hierfür - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Laserplotter, einen Galvo-Markierlaser und Verfahren zum Festlegen eines Laser-Ansteuersignals (19a) für eine Laserquelle (4) unterschiedlicher Lasermaschinentypen (1), insbesondere Laserplotter (2) oder Galvo-Markierlaser, zum Schneiden, Gravieren, Markieren und/oder Beschriften eines Werkstückes (7), bei dem in einem Gehäuse (3) des Lasermaschinentyps (1) zumindest eine Laserquelle (4) zum Bearbeiten eines Werkstückes (7) eingesetzt wird, wobei von einer Steuereinheit (13) aus den eingestellten Parametern und/oder einem geladenen Job ein PWM-Signal (19, 19a) zur Ansteuerung der Laserquelle (4) erzeugt wird, wobei vorzugsweise das Werkstück (7) auf einem Bearbeitungstisch (9) abgelegt wird und die Bearbeitung des Werkstückes (7) zeilenweise erfolgt, wobei für jede Zeile ein eigenes PWM-Signal (19, 19a) zur Ansteuerung der Laserquelle (4) erzeugt wird. Bei einer definierten Flanke (28), insbesondere der fallenden Flanke (28a), des PWM-Signals (19, 19a) wird ein Korrekturprozess (21) zum Erzeugen eines vorzugsweise geänderten PWM-Signals (19a), insbesondere eines Laser-Ansteuersignals (19a), durchgeführt, wobei die zuvor liegende Pausendauer (23, 23a,b,c,…) und die Pulsdauer (24,24a,b,c,…) ermittelbar ist, woraus ein Korrekturwert (25,25a,b,c,…) bzw. Korrekturfaktor (25,25a,b,c,…) ermittelbar bzw. berechenbar ist.

Description

15

20

25

30

35

Verfahren zum Festlegen eines Laser-Ansteuersignals für unterschiedliche Lasertypen und Laserplotter sowie Galvo-Markierlaser hierfür

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Festlegen eines Laser-Ansteuersignals für unterschiedliche Lasermaschinentypen, insbesondere Laserplotter oder GalvoMarkierlaser, zum Schneiden, Gravieren, Markieren und/oder Beschriften eines

Werkstückes, wie es im Anspruch 1 beschrieben ist.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Laserbearbeitungsgeräte bekannt, bei denen eine oder mehrere Laserquellen abwechselnd betrieben werden. Derartige Laserplotter weisen einen über einen mit Riemenantrieb betriebenen Schlitten auf, an dem eine Fokussiereinheit, ebenfalls verstellbar, angeordnet ist. Vorzugsweise werden dabei flache Werkstücke, wie Papier, Platten, Textilien, Kugelschreiber, Handys, Tabletts usw. über einen Laser, insbesondere Laserstrahl, bearbeitet, der von der Laserquelle über Umlenkelemente an die Fokussiereinheit gefördert wird und von der Fokussiereinheit in Richtung Werkstück abgelenkt wird.

Ebenfalls sind sogenannte Galvo-Laser bekannt, bei denen der Laserstrahl über zumindest einen verstellbaren Spiegel oberhalb des im Bearbeitungsraum abgelegten

Werkstückes positioniert wird.

Dabei weisen die unterschiedlichen Lasertypen, insbesondere Laserplotter oder GalvoLaser, eine Steuereinheit zur Ansteuerung und Regelung aller Komponenten auf. Weiters werden die Laserquellen über eine sogenannte PWM-Einheit (PulsweitenmodulationsEinheit) mit einem PWM-Signal angesteuert, d.h., dass die Leistung der Laserquellen durch das PWM-Signal gesteuert wird, wobei des PWM-Signal in der Frequenz und Duty-

Cycle veränderbar ist, je nach Vorgabe von der Steuereinheit.

Nachteilig ist beim Stand der Technik, dass aufgrund von nicht idealer Eigenschaften realer Laserquellen immer Abweichungen zwischen der gemessenen Ist-Leistung und der

eingestellten Soll-Leistung auftreten. Dieser Effekt variiert mit der Frequenz und Duty-Cyle

2/24 20013AT

15

20

25

30

35

und führt zu unerwarteten und unerwünschten Anwendungsergebnissen in der Bearbeitung, insbesondere der Gravur. Beispielsweise treten bei LasergravurAnwendungen bei höherfrequenten Intensitätsänderungen sichtbare Unterschiede zur

Vorlage auf.

Speziell treten derartige Fehler meist am Beginn eines Bearbeitungsprozesses auf, sodass Hersteller von derartigen Lasertypen zur Kompensation der Fehler entsprechende Kompensationsmethoden einsetzen, bei der beispielsweise eine konstante Pulsverlängerung, also eine Erhöhung des Duty-Cycle, eingesetzt wird. Dies kompensiert aber nur in einem begrenzten Bereich von Frequenz / Duty-Cycle-Kombinationen unerwünschte Eigenschaften, wobei in anderen Bereichen diese dann sogar verstärkt werden können.

Somit ist es notwendig, dass für die tatsächliche Bearbeitung oftmals einige Versuche mit unterschiedlichsten Einstellungen durchgeführt werden müssen, um ein Werkstück bzw.

Gegenstand mit ausreichender Gravurqualität herstellen zu können.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Festlegen eines LaserAnsteuersignals für unterschiedliche Lasertypen zu schaffen, bei dem einerseits die obgenannten Nachteile vermieden werden und andererseits eine hohe Gravurqualität über einen großen Bereich geschaffen wird.

Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen bzw.

Verfahrensmaßnahmen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zum Festlegen eines LaserAnsteuersignals für unterschiedliche Lasermaschinentypen, insbesondere Laserplotter oder Galvo-Markierlaser, zum Schneiden, Gravieren, Markieren und/oder Beschriften eines Werkstückes gelöst, bei einer definierten Flanke, insbesondere der fallenden Flanke, des PWM-Signals ein Korrekturprozess zum Erzeugen eines vorzugsweise geänderten PWM-Signals, insbesondere eines Laser-Ansteuersignals, durchgeführt wird, wobei der Korrekturprozess die zuvor liegende Pausendauer und die Pulsdauer ermittelt, woraus ein

Korrekturwert bzw. Korrekturfaktor ermittelt bzw. berechnet wird.

Vorteilhaft ist hierbei, dass aufgrund der Korrektur, insbesondere des Korrekturprozesses,

das PWM-Signal bereits am Beginn des Bearbeitungsprozesses, insbesondere des

3 / 24 20013AT

15

20

25

30

35

Gravurprozesses, die bestmögliche Qualität erzielt, da über den Korrekturprozess Rücksicht auf die Laserquellen genommen wird, sodass die bestmögliche Qualität zur Verfügung steht. Dabei wird bei länger andauerndem Bearbeitungsprozesses die Korrektur bzw. der Korrekturfaktur des normalen PWM-Signals üblicherweise immer kleiner bzw. verringert sich, sodass nach einer gewissen Dauer der Bearbeitung keine Korrektur mehr erforderlich ist.

Insbesondere bei kalter Laserquelle bzw. Strahlenquelle, wie dies bei längeren Pausen der Fall ist, leidet die Qualität am Beginn des Bearbeitungsprozesses. Dadurch wird oftmals zuerst eine Testgravur beim Stand der Technik durchgeführt, um die Strahlenquelle auf Betriebstemperatur zu erwärmen, worauf anschließend der geplante Bearbeitungsprozess durchgeführt wird. Dies ist jedoch bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht mehr notwendig, da die Laserpause für die Erstellung des Korrekturwertes berücksichtigt wird, sodass bei längerer Laserpause auch ein längeres Korrektursignal

erzeugt wird, als wenn der Laser öfters kurzzeitig hintereinander betrieben wird.

Wird, wie aus dem Stand der Technik bekannt, muss die Laserleistung sehr hoch eingestellt werden, um die feinen Linien einer Gravur zu erhalten, so kommt es beim Ausschalten der Laserquelle, also wenn keine Gravur erfolgen soll, zu einer weiteren Leistungsabgabe (Nachleuchten) der Laserquelle, was zu einer verschwommen Gravur führen kann. Ein wesentlicher Vorteil ist bei der erfindungsgemäßen Lösung, dass aufgrund des Korrekturprozesses eine geringere Leistungseinstellung der Laserquelle ermöglicht wird. Dadurch wird ein geringeres Tailing, also Nachleuchten der Laserquelle,

erreicht, wodurch die Qualität der Gravur wesentlich verbessert wird.

Durch die geringe Leistungseinstellung wird weiters erreicht, dass eine geringere Materialbeanspruchung des Werkstückes erzielt wird, sodass auch sehr dünne Werkstücke, wie Folien Farbbänder usw., bearbeitet werden können. Somit können sensible Materialien besser verarbeitet werden. Weiters wird dadurch erreicht, dass ein gleichmäßiges Verhalten der Laserleistung bei unterschiedlichen Hublängen des Schlittens während der Gravur erzielt wird. Durch die Anwendung des Korrekturprozesses ist es auch möglich, dass Laserquellen mit hoher Leistung im unteren Leistungsbereich

eingesetzt werden können.

Es sind aber auch die Maßnahmen von Vorteil, bei denen nach dem Start des

Korrekturprozesses zuerst eine Zeitdauer einer zurückliegenden Laserpause bzw.

4/24 20013AT

15

20

25

30

35

Pausendauer und der Zeitdauer der Pulsdauer des anschließenden PWM-Signals ermittelt wird. Dadurch wird erreicht, dass aufgrund der zurückliegenden Laserpause bzw. Pausendauer auf das Ansprechverhalten der Laserquelle Rückschluss gezogen werden kann, sodass eine optimale Anpassung des Korrektursignals vorgenommen wird. Wird beispielsweise eine Laserquelle des Öfteren kurzzeitig hintereinander eingesetzt, so verändert sich das Ansprechverhalten; sodass dies vom Korrekturprozess erkannt wird und somit der Korrekturwert entsprechend angepasst, insbesondere verkürzt wird. Wird der Laser hingegen über eine längere Zeitdauer nicht benützt, so wird davon ausgegangen, dass sich das Ansprechverhalten ändert und somit ein entsprechender Wert herangezogen wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Laserquellen mit Temperatursensoren ausgestattet sind bzw. werden, sodass deren IST-Temperatur erfasst werden kann und bei der Ermittlung des Ansprechverhaltens bzw. Korrekturwertes

berücksichtigt wird.

Von Vorteil sind aber auch die Maßnahmen, bei denen in Abhängigkeit der Länge der Zeitdauer für die Laserpause bzw. Pausendauer ein Korrekturwert bzw. Korrekturfaktor ermittelt wird, der das PWM-Signal verändert, insbesondere verlängert. Dadurch wird erreicht, dass bei zu langem Stillstand, also bei geändertem Ansprechverhalten der Laserquelle, am Beginn des Arbeitsprozesses eine höhere Leistung bzw. länger Korrekturwert eingesetzt wird als bei fortlaufender Nutzung.

Von Vorteil sind die Maßnahmen, bei denen der Korrekturprozess in einem eigenen Steuermodul durchgeführt wird. Dadurch wird erreicht, dass eine nachträgliche Nachrüstung bereits eingesetzter Lasergeräte möglich ist. Das Steuermodul wird dabei einfach anstelle der Laserquelle am PWM-Generator bzw. PWM-Einheit angeschlossen, wobei anschließend das Steuermodul mit der Laserquelle verbunden wird. Somit kann das Lasergerät betrieben werden, da das Steuermodul selbstständig das erzeugte PWM-

Signal erfasst, auswertet und einen entsprechenden Korrekturwert hinzuaddiert.

Vorteilhaft sind die Maßnahmen, bei denen der Korrekturprozess im Pulsgenerator nach

dem erzeugten PWM-Signal durchgeführt wird.

Darüber hinaus ist es auch vorteilhaft, wenn der Korrekturprozess vor dem Pulsgenerator,

also direkt bei der Erzeugung des PWM-Signals, integriert wird.

5 / 24 20013AT

15

20

25

30

Es ist aber auch möglich, dass der Korrekturprozess in der Steuereinheit oder der

Laserquelle integriert wird.

Weiters wird die Aufgabe der Erfindung auch durch einen Laserplotter gelöst, bei der der Laserplotter, insbesondere dessen Steuerung, der PWM-Generator, der Pulsgenerator, das Steuermodul oder die Laserquelle, zum Festlegen eines Laser-Ansteuersignals bzw. korrigierten PWM- Signals für die Laserquelle zum Schneiden, Gravieren, Markieren und/oder Beschriften eines Werkstückes mittels eines Korrekturprozess nach einem der

Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.

Schließlich wird die Aufgabe der Erfindung auch durch einen Galvo-Markierlaser gelöst, bei dem der Galvo-Markierlaser, insbesondere dessen Steuerung, der PWM-Generator, der Pulsgenerator, das Steuermodul oder die Laserquelle, zum Festlegen eines LaserAnsteuersignals bzw. korrigierten PWM- Signals (19a) für die Laserquelle (4) , zum Schneiden, Gravieren, Markieren und/oder Beschriften eines Werkstückes (7) mittels

eines Korrekturprozesses (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist

Die Erfindung wird anschließend in Form eines Ausführungsbeispiels beschrieben, wobei darauf hingewiesen wird, dass die Erfindung nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel bzw. Lösung begrenzt ist, sondern auf äquivalente Lösungen

übertragen werden kann.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer Laservorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstückes mittels eines Laserprozesses, in vereinfachter, schematischer Darstellung;

Fig. 2 ein Ausschnitt eines Signalverlaufs des Bearbeitungsprozesses für eine Zeile mit Korrekturprozess, in vereinfachter, schematischer Darstellung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild für die Anwendung des Korrekturprozesses, in vereinfachter, schematischer Darstellung;

Fig. 4 ein weiteres Blockschaltbild für eine weitere Anwendung des

Korrekturprozesses in einem zusätzlichen Steuermodul, in vereinfachter,

schematischer Darstellung;

6 / 24 20013AT

15

20

25

30

35

Fig. 5 ein Blockschaltbild für die Anwendung des Korrekturprozesses vor dem PWM-Generator bzw. Pulsgenerator, in vereinfachter, schematischer Darstellung;

Fig. 6 ein Blockschaltbild für die Anwendung des Korrekturprozesses in der

Laserquelle, in vereinfachter, schematischer Darstellung.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlichen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die beschriebene Figur bezogen und sind bei einer

Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

In den Fig. 1 bis 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines Lasermaschinentyps 1, insbesondere eines Laserplotters 2 oder Galvo-Lasers (nicht dargestellt), gezeigt, bei dem ein Verfahren zum Festlegen eines Laser-Ansteuersignals für eine Laserquelle unterschiedlicher Lasermaschinentypen zum Schneiden, Gravieren, Markieren und/oder Beschriften eines

Werkstückes durchgeführt wird.

Dabei ist in einem Gehäuse 3 zumindest eine, insbesondere zwei Strahlenquellen 4 bzw. Laserquellen 4 in Form von Lasern 5, 6 angeordnet. Die Laser 5 und 6 wirken vorzugsweise abwechselnd auf das zu bearbeitende Werkstück 7 ein, wobei das Werkstück 7 in einem Bearbeitungsraum 8 des Laserplotters 2, insbesondere auf einem Bearbeitungstisch 9 positioniert ist, wobei der Bearbeitungstisch 9 vorzugsweise in seiner Höhe verstellbar ist. Ein von der Strahlenquelle 4 abgegebener Laserstrahl 10 wird über Umlenkelemente 11 an zumindest eine verfahrbare Fokussiereinheit 12 gesendet, von der der Laserstrahl 10 in Richtung Werkstück 7 abgelenkt wird und zur Bearbeitung fokussiert wird. Die Steuerung, insbesondere die Positionssteuerung des Laserstrahls 10 zum Werkstück 7 erfolgt über eine in einer Steuereinheit 13 laufende Software, wobei das Werkstück 7 bevorzugt zeilenweise durch Verstellung eines Schlittens 14, an dem auch die Fokussiereinheit 12 verfahrbar angeordnet ist, über vorzugsweise einen Riemenantrieb

in X-Y-Richtung bearbeitet wird. Dabei wird der Bearbeitungsprozess des Laserstrahls 10,

7 / 24 20013AT

15

20

25

30

35

insbesondere die Gravur, Zeilenweise vorgenommen, d.h., dass die Fokussiereinheit 12 von einer Seite des Schlittens 14 in die gegenüberliegende Richtung bewegt wird, worauf der Schlitten 14 um eine Zeile verstellt wird. Selbstverständlich ist es möglich, dass bestimmte Positionen im Bearbeitungsraum direkt angefahren werden können, d.h., dass zuerst der Schlitten 14 auf die zu bearbeitende Zeile verstellt wird, worauf die Fokussiereinheit 12 verfahren wird, bzw. dies auch umgekehrt erfolgen kann.

An einer externen Komponente 15, insbesondere einem Computer oder einem Steuergerät, wird eine Grafik 16 und/oder ein Text 16 über eine handelsübliche Software 16a, wie beispielsweise Coral-Draw, Paint, usw., oder der eigenen Anwendungssoftware erstellt, welche an die Steuereinheit 13 des Laserplotters 2 in Form eines Jobs exportiert bzw. übergeben wird, die eine Konvertierung der übergebenen Daten, insbesondere der Grafik 16 und/oder des Textes 16, zum Steuern der einzelnen Elemente des Laserplotters 2 vornimmt. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Eingabe direkt am Laserplotter 2 erfolgen kann oder ein entsprechender Job von einem übergeordneten Speichermedium, wie beispielsweise einer Cloud, geladen wird. Nachdem die Daten übertragen sind, wird vom Laserplotter 2, insbesondere deren Steuerung 13, der Job abgearbeitet. Dabei ist es möglich, dass mehrere Jobs gleichzeitig im Laserplotter 2

gespeichert und nacheinander abgearbeitet werden können.

Bei derartigen Laserplottern 2 ist es bisher üblich, dass zum Starten eines abzuarbeitenden Jobs, ein Deckel 17, der vorzugsweise zumindest teilweise transparent 17a ausgebildet ist, vom Laserplotter 2 geschlossen wird. Anschließend kann das Bedienerpersonal den Laserpunkt bzw. ein Laser-Pointer manuell oder auch automatisch zum eingelegten Werkstück 7 positionieren, worauf der Job für die Bearbeitung des Werkstückes 7 gestartet werden kann. Am Ende des Jobs wird der Bearbeitungsprozess beendet, der Schlitten 14 in die Ausgangsposition verstellt und das fertiggestellte Werkstück 7 kann entnommen werden, sodass ein neuer Bearbeitungsprozess gestartet

werden kann.

Zur Erzeugung eines Laserstrahls 10 wird die Laserquelle 4 bzw. Strahlenquelle 4 über einen PWM-Generator 18, wie schematisch in den Fig. 3 bis 6 dargestellt, angesteuert. Dabei wird üblicherweise bei jedem PWM-Puls 19 die Laserquelle 4 angesteuert, sodass der Laserstrahl 10 erzeugt wird, d.h., dass zu jedem Bildpunkt 20, wie schematisch in

Ansteuerdiagramm in Fig. 2 eingezeichnet, ein entsprechender PWM-Puls 19 erzeugt

8 / 24 20013AT

15

20

25

30

35

wird, der anschließend an die Laserquelle 4 übersendet werden. Aufgrund der nicht idealen Eigenschaften der realen Laserquellen 4 kommt es dabei zu Abweichungen, insbesondere Verzögerungen, zwischen dem PWM-Puls 19 und dem erzeugten Laserstrahl 10, der die Qualität des Bearbeitungsprozesses beeinflusst. Insbesondere bei kalten Laserquellen 4 kommt es durch geändertes Ansprechverhalten der Laserquelle zu Leistungseinbußen beim Laserstrahl 10, sodass oftmals am Beginn eines Bearbeitungsprozesses, insbesondere Gravurprozesses, bei der die Laserquelle 4 noch nicht die Betriebstemperatur erreicht hat, die Qualität der erzeugten Gravur nicht optimal ist. Dabei kann es auch während des Bearbeitungsprozesses zu Qualitätseinbußen kommen, wenn längere Pausen beispielsweise aufgrund eines langen Verfahrweges des Schlittens 14 und der Fokussiereinheit 12 auftreten. Man kann also sagen, dass bei realen Laserquellen 4 aufgrund der nicht idealen Eigenschaften der Laserquellen 4 es zu Abweichungen zwischen der gemessenen bzw. erfassten Ist-Leistung der Laserquelle 4 und der vorgegebenen Soll-Leistung durch den PWM-Puls 19 kommt. Dieser Effekt variiert mit der Frequenz und dem Duty-Cycle, insbesondere der Pulsdauer, und führt dabei zu

unerwünschten Anwendungsergebnissen.

Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, dass zur Verbesserung der Qualität bzw. zur Verringerung dieses Effektes ein Korrekturprozess 21 durchgeführt wird, in dem das PWM-Signal 19 entsprechend optimiert wird. Der Korrekturprozess 21 kann dabei an den unterschiedlichsten Stellen integriert werden bzw. einwirken, wie dies nachfolgend in den Figuren 3 bis 5 gezeigt ist. Dabei wird bei einer definierten Flanke 22 des PWM-Signals 19, insbesondere der fallenden Flanke 22, der Korrekturprozess 21 zum Erzeugen eines vorzugsweise geänderten PWM-Signals 19a, insbesondere ein geändertes PWM-Signals 19a bzw. ein Laser-Ansteuersignal 19a, synchronisiert bzw. durchgeführt. Der Korrekturprozess 21 ermittelt die zuvor liegende Pausendauer 23 und die Pulsdauer 24, woraus ein Korrekturwert 25 bzw. Korrekturfaktor 25 nach einem hinterlegten Algorithmus ermittelt bzw. berechnet wird, wie dies aus der schematischen Darstellung in Fig. 2 ersichtlich ist. D.h., dass am Beginn der Bearbeitungsprozesses, insbesondere bei der Positionierung der Fokussiereinheit 12, kontinuierlich die Parameter der Pausendauer 23, also jene Zeit in der kein PWM-Signal 19 erzeugt bzw. ausgesendet wird, und die Pulsdauer 24 erfasst werden, sodass der Korrekturprozess 21 auf Parameter — Pausendauer 23 und Pulsdauer 24 — jederzeit zugreifen und verarbeiten kann. Dabei ist es möglich, dass die Pulsdauern 24, die durch die Analyse des Jobs vor der Bearbeitung

bereits bekannt sind, auch von der Steuerung 13 übergeben werden.

9 / 24 20013AT

15

20

25

30

35

Wesentlich ist, dass aus zumindest den beiden Parametern der zuvor liegenden Pausendauer 23 und der Pulsdauer 24 die Berechnung des Korrekturfaktor 25 durchgeführt wird, wodurch das ursprüngliche PWM-Signal 19 verändert wird, sodass ein geändertes PWM-Signal 19a an die Strahlenquelle 4 angelegt wird, sodass der Laserstrahl 10 entsprechend des geänderten PWM-Signals 19 a von der Laserquelle 4 erzeugt, insbesondere verlängert oder verkürzt wird. Insbesondere das Heranziehen der zuvor liegenden Pulspause bzw. Pausendauer 23 beeinflusst wesentlich die Qualität des Bearbeitungsprozesses, insbesondere der Gravur, da dabei auf das geänderte Ansprechverhalten des Laser 4,5, insbesondere der Laserquelle 4, rückgeschlossen werden kann bzw. dieses berücksichtig werden kann. Liegt nämlich eine längere Pause zwischen zwei Pulsdauern 24 vor, so ändert sich das Ansprechverhalten der Laserquelle 4, sodass diese beim neuerlichen Ansteuern nicht sofort die gewünschte Leistung abgeben kann. Speziell bei geringen Laserleistungen und bei sehr feinen Gravuren kann dies dazu führen, dass dies am Werkstück 7 nicht sichtbar sind, was jedoch durch den

Korrekturprozess 21 korrigiert wird, da die wesentlichen Parameter berücksichtigt werden.

Zur besseren Veranschaulichung wurde in Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung eines Signalverlaufes 26 gezeigt. Dabei ist einerseits die Bildinformation 27 aus dem zu verarbeitenden Job, das PWM-Signal 19, der Korrekturwert 25 und das überarbeitete PWM-Signal 19a zur Ansteuerung der Laserquelle 4 in zeitlicher Reihenfolge dargestellt. Dabei sind aufgrund des zu verarbeitenden Jobs die Positionen des Schlittens 14 und der Fokussiereinheit 12 bekannt, bei denen der Laserstrahl 10 eingeschaltet wird und je nach Dauer wieder ausgeschaltet wird. Diese Positionen sind in Signalverlauf 26 als

Bildinformationen 27 dargestellt.

Grundsätzlich kann gesagt werden, dass in den Pulspausen 23 der Schlitten 14 und/oder die Fokussiereinheit 12 mit deaktivierten Laserstrahl 10 verstellt werden, wobei bei den Bildinformationen 27 lediglich die Fokussiereinheit 12 mit aktivierten Laserstrahl 10 zum Bearbeiten des Werkstückes 7 verstellt wird. Durch die Anwendung eines mechanischen Antriebs, insbesondere Riemenantriebs ist es nicht möglich, dass eine definierte, insbesondere ideale Pulspause 23 zum Verstellen des Schlittens 14 und/oder der Fokussiereinheit 12 vorherbestimmt werden kann, da sich die Verstelldauer immer leicht ändern kann, sodass die Überwachung der Signale, insbesondere des PWM-Signals 19

wesentlich ist, um die Qualität des Bearbeitungsprozesses wesentlich zu erhöhen.

10 / 24 20013AT

15

20

25

30

35

10

In dem Signalverlauf 26 der Figur 2 ist beispielweise ein Ausführungsbeispiel für die Erste Zeile des Bearbeitungsprozesses gezeigt, bei dem die Triggerung auf eine fallende Flanke 28a eines PWM-Signals 19 durchgeführt wird. Am Beginn des Prozesses wird zuerst die Fokussiereinheit 12 von der Ausgansposition 29, insbesondere der Ruheposition der Laserplotters 2, zum Startpunkt gemäß Pfeil 30 manuell verstellt, wobei ab Beginn der Verstellung die Pausendauer 23a bereits überwacht und aufgezeichnet wird. Nachdem der Bearbeitungsprozess gestartet wurde, also am Beginn der ersten Pulsdauer 24a wird die Länge der Pulsdauer 24a ebenfalls vom Korrekturprozess 21 erfasst, wobei beim Beenden der Pulsdauer 24a, also der fallenden Flanke 28a, der Korrekturprozess 21 einen entsprechenden Korrekturwert 25a für die erste Pulsdauer 24a ermittelt und das PWMSignal 19 aktualisiert, sodass an die Laserquelle 4 ein korrigiertes PWM-Signal 19a mit einer korrigierten Pulsdauer 31a, insbesondere ein Laser-Ansteuersignal 31a, weiter gesendet wird, sodass die Laserquelle 4 nunmehr über die Laserdauer, die der korrigierten Pulsdauer 31a entspricht, aktiviert ist. Dabei ist ersichtlich, dass sich das normal berechnete Puls-Signal 19 mit einer Pulsdauer 24a um den Korrekturwert 25a verlängert. Der Vollständigkeit halber wird erwähnt, dass auch eine Verkürzung möglich

ist.

Anschließend wird wiederum vom Korrekturprozess 21 die nachfolgende Pausendauer 23b, jedoch nunmehr vom korrigierten PWM-Signal 19a bis zum nächsten PWM-Signal 19 bzw. 19a. Wird das nächste PWM-Signal 19 erzeugt, so wird synchron hierzu auch ein korrigierter PWM-Puls 19a erzeugt und an die Laserquelle 4 gesendet, wobei die Pulsdauer 24b bis zur nächsten fallenden Flanke 28 überwacht und für die Festlegung des nächsten Korrekturwerts 25b aufgenommen und verarbeitet wird, sodass eine neue korrigierte Pulsdauer 31b zur Ansteuerung der Laserquelle 4 geschaffen wird. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis der Laserplotter 2 die Endposition 32 in dieser Zeile erreicht hat und in die nächste Zeile wechselt. Dabei wird der Übergang praktisch von der Endposition 32 bis zum nächsten PWM-Signal 19 bzw. 19a, wie schematisch durch die Pausendauer 23d dargestellt, erfasst, sodass der gesamten Verstellvorgang berücksichtigt

wird.

Wie aus dem Signalverlauf 26 der Fig. 2 ersichtlich, wird durch den Korrekturprozess 21 das aus dem Job berechnete PWM-Signal 19, zum korrigierten PWM-Signal 19a

wesentlich verändert, um die Qualität der Bearbeitung zu verbessern. Die Veränderungen

11/24 20013AT

15

20

25

30

35

11

erfolgt dabei nicht statisch durch ein kontinuierliches verlängern des PWM-Signals 19, wie dies im Stand der Technik vorgenommen wird, sondern werden die dynamischen Parameter, insbesondere die Pausendauer 23, die sich aufgrund des Bildinhaltes und des mechanischen Antriebes ständig ändert, mitberücksichtigt, d.h., dass beim Verfahren des Schlittens 14 die Beschleunigung, der Verstellweg, Bremsweg, usw., die eine wesentliche Rolle spielen, über die Pausendauer 23 und Pulsdauer 24 mitberücksichtigt. Die Erzeugung eines PWM-Signals 19 bzw. 19a wird erst dann durchgeführt, wenn der Schlitten 14 und die Fokussiereinheit 12 die tatsächliche Position erreicht hat bzw.

unmittelbar bevor.

Weiters ist es möglich, dass für die Berechnung des Korrekturwertes 25 zusätzlich zu den Parametern der Pausendauer 23 und der Pulsdauer 24 auch weitere Informationen, wie die Temperatur der Laserquelle 4, die Positionen des Bearbeitungsprozesses, die notwendige Qualität, insbesondere die gewünschte Anzahl an dpi, (->Auflösung) berücksichtigt werden können. Diese können am Beginn eines Prozesse eingestellt oder festgelegt werden, sodass der Korrekturprozess 21 entsprechend angepasst wird. Auch ist es möglich, dass eine Triggerung auf die steigende Flanke 28b eines PWM-Signals 19 bzw. Puls 19 bzw. 19a durchgeführt bzw. eingestellt werden kann, da die PWM-Signale 19 durch die Bildinformationen beim Verarbeiten des Jobs bekannt sind, sodass die Pulsdauer 24a aus den bekannten Job-Positionen übernommen wird oder wiederum erfasst werden und die Berechnung des Korrekturwertes 25 anschließend bzw. sofort durchgeführt werden kann. Dadurch ist es auch möglich, dass dadurch nur die Pausendauer 23 erfasst wird und die Pulsdauer 24 übernommen wird, wobei die

Triggerung bzw. Synchronisation über die Flanken 28 erfolgt.

Bei dem in Fig. 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Korrekturprozess 21 nach der Erzeugung des PWM-Signals 19 im PWM-Generator bzw. Pulsgenerator 33 durchgeführt. Dies kann einerseits direkt im Pulsgenerator 33, gemäß Fig. 3, oder in einem eigenen Steuermodul 34 gemäß Fig. 4, welches zwischen Pulsgenerator 33 und der Laserquelle 4 integriert wird. erfolgen. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Korrekturprozess 21 bereits bei der Erzeugung des PWM-Signals 19, also vor dem Pulsgenerator 33 gemäß Fig. 5, zu integrieren, sodass direkt das korrigierte PWM-Signal 19a erzeugt wird und somit kein PWM-Signal 19 vorhanden ist. Weiters ist eine Variante möglich, bei der der Korrekturprozess 21 auch direkt in der Laserquelle 4, insbesondere

deren Steuereinheit, integriert ist.

12/24 20013AT

15

20

25

30

35

12

Grundsätzlich ist zu erwähnen, dass die PWM-Signale 19 entsprechen den Bildpositionen 27 erzeugt werden, also kein kontinuierliches PWM-Signal 19 erzeugt wird, sondern ein

auf die Position bezogenes PWM-Signal 19, 19a erzeugt wird.

Durch die Integration in einem zusätzlichen Steuermoduls 34, gemäß Fig. 4, ist es möglich, dass bereits bestehende Lasermaschinentypen 1 nachträglich damit ausgerüstet werden können, d.h., dass ältere Laserplotter 2 durch Nachrüstung des Steuermoduls 34 verbessert werden können, da das Steuermodul 34 derart ausgebildet wird, dass das eingehenden PWM-Signal 19, insbesondere die Pulsdauer 24 und die Pausendauer 23 erfasst werden und entsprechend mit dem integrierten Korrekturprozess 21 korrigiert wird, sodass anschließend das korrigierte PWM-Signal 19a weitergesendet wird. Das Steuermodul 34 kann dabei unabhängig von weiteren Komponenten alleinstehend arbeiten. Dieses muss lediglich mit Energie versorgt werden und braucht keinerlei

Anbindung an die Steuerung 13 des Laserplotters 2.

Durch den Korrekturprozess 21 wird erreicht, dass dadurch feine gravierbare Details bei hohen Gravurgeschwindigkeiten sichtbar werden, insbesondere bei feinen Linien quer zur Verfahrrichtung des Schlittens 14. Weiters kann dadurch eine geringere Leistung des Lasers 5,6 eingestellt werden, da die feinen Details aufgebessert werden, wogegen beim Stand der Technik hierzu eine hohe Leistung zur Darstellung der feinen Linien eingestellt wird, was jedoch den Nachteil hat, dass zwar die feinen Linien dargestellt werden, jedoch die gröberen Gravuren übermäßig viel Material abgetragen wird und andere Laserprobleme, wie das Tailing (Nachleuchten der Laserquelle wodurch eine

verschwommene Gravur entsteht), verschärft werden.

Der Vollständigkeit halber wird erwähnt, dass der Korrekturprozess 21 vom Start der Positionierung der Fokussiereinheit 12 oder vom Einschalten des Laserplotters 2 bis zum Beenden bzw. Ausschalten des Laserplotters 2 läuft, insbesondere die Überwachung der Pulsdauer 23.

Weiters wird erwähnt, dass bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Pausendauer 23,23a,b,c,... und die Pulsdauer 24, 24a,‚b,c, ... nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist, sondern aus einer Vielzahl an Pausendauer 23,23a,b,c,... und Pulsdauer 24, 24a,b,c, ... bestehen, die jedoch der Übersichtshalber nicht dargestellt sind. Die

Anzahl an Pausendauer 23,23a,b,c,... und die Pulsdauer 24, 24a,b,c, ... hängt dabei an

13 / 24 20013AT

13

den zu verarbeitenden Job bzw. die zu erstellende Gravur ab. Gleiches gilt für den Korrekturwert (25,25a,b,c,...) bzw. Korrekturfaktor (25,25a,0,C,...).

Vorteilhaft ist, wenn für den Korrekturprozess 21 die Parameter des korrigierten PWMSignals 19a verwendet werden, d.h., dass die Pulsdauer 24 und die Pausendauer 24 direkt vom korrigierten PWM-Signal 19a erfasst werden, da dadurch jenes Signal

ausgewertet wird, welches die Laserquelle 4 ansteuert. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten

und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige,

erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen bilden.

20013AT

Claims (1)

15 20 25 30 35

1.

Patentansprüche:

Verfahren zum Festlegen eines Laser-Ansteuersignals (19a) für eine Laserquelle (4) unterschiedliche Lasermaschinentypen (1), insbesondere Laserplotter (2) oder Galvo-Markierlaser, zum Schneiden, Gravieren, Markieren und/oder Beschriften eines Werkstückes (7), bei dem in einem Gehäuse (3) des Lasermaschinentyps (1) zumindest eine Laserquelle (4) zum Bearbeiten eines Werkstückes (7) eingesetzt wird, wobei von einer Steuereinheit (13) die aus den eingestellten Parametern und/oder einem geladenen Job ein PWM-Signal (19, 19a) zur Ansteuerung der Laserquelle (4) erzeugt wird, wobei vorzugsweise das Werkstück (7) auf einem Bearbeitungstisch (9) abgelegt wird und die Bearbeitung des Werkstückes (7) zeilenweise erfolgt, wobei für jede Zeile ein eigenes PWM-Signal (19, 19a) zur Ansteuerung der Laserquelle (4) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer definierten Flanke (28), insbesondere der fallenden Flanke (28a), des PWMSignals (19, 19a) ein Korrekturprozess (21) zum Erzeugen eines vorzugsweise geänderten PWM-Signals (19a), insbesondere eines Laser-Ansteuersignals (19a), durchgeführt wird, wobei der Korrekturprozess (21) die zuvor liegende Pausendauer (23, 23a,b,c,...) und die Pulsdauer (24,24a,b,c,...) ermittelt, woraus ein Korrekturwert (25,25a,b,c,...) bzw. Korrekturfaktor (25,25a,b,c,...) ermittelt bzw.

berechnet wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Start des Korrekturprozesses (21) zuerst eine Zeitdauer einer zurückliegenden Laserpause bzw. Pausendauer (23, 23a,b,c,...) und der Zeitdauer der Pulsdauer (24,24a,b,c,...) des anschließenden PWM-Signals (19, 19a) ermittelt wird.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Länge der Zeitdauer für die Laserpause bzw. Pausendauer (23, 23a,b,C,...) ein Korrekturwert (25,25a,b,c,...) bzw. Korrekturfaktor (25,25a,b,c,...) ermittelt wird,

der das PWM-Signal (19,19a) verändert, insbesondere verlängert.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturprozess (21) in einem eigenen Steuermodul (34) durchgeführt

wird.

15 / 24 20013AT

15

20

25

30

35

. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, dass der Korrekturprozess (21) im Pulsgenerator (33) nach dem

erzeugten PWM-Signal (19) durchgeführt wird.

. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, dass der Korrekturprozess (21) vor dem Pulsgenerator (33), also

direkt bei der Erzeugung des PWM-Signals (19, 19a) integriert wird.

. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, dass der Korrekturprozess (21) in der Steuereinheit oder der

Laserquelle (4) integriert wird.

. Laserplotter (2) zum Gravieren, Markieren und/oder Beschriften eines Werkstückes

(7), der einen Bearbeitungsraum (8) zum Positionieren eines Werkstückes (7), zumindest eine vorzugsweise jedoch zwei Strahlenquellen (4) in Form von Lasern (5,6) mit entsprechenden Umlenkelementen (11) und einer vorzugsweise verfahrbaren Fokussiereinheit (12) und einer Steuereinheit (13) zum Steuern eines über vorzugsweise einen Riemenantrieb betriebenen Schlitten (14) mit daran verfahrbar angeordneter Fokussiereinheit (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserplotter (2), insbesondere dessen Steuerung (13), der PWMGenerator (18), der Pulsgenerator (33), das Steuermodul (34) oder die Laserquelle (4), zum Festlegen eines Laser-Ansteuersignals bzw. korrigierten PWM- Signals (19a) für die Laserquelle (4) ‚ zum Schneiden, Gravieren, Markieren und/oder Beschriften eines Werkstückes (7) mittels eines Korrekturprozesses (21) nach

einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.

. Galvo-Markierlaser zum Gravieren, Markieren und/oder Beschriften eines

Werkstückes (7), der einen Bearbeitungsraum (8) zum Positionieren eines Werkstückes (7), zumindest eine Strahlenquelle (4) in Form eines Lasers (5,6) mit entsprechenden Umlenkelementen (11) und einer vorzugsweise verfahrbaren Fokussiereinheit (12) und einer Steuereinheit (13), dadurch gekennzeichnet, dass der Galvo-Markierlaser, insbesondere dessen Steuerung (13), der PWM-Generator (18), der Pulsgenerator (33), das Steuermodul (34) oder die Laserquelle (4), zum

Festlegen eines Laser-Ansteuersignals bzw. korrigierten PWM- Signals (19a) für

16 / 24 20013AT

Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.

17/24 20013AT