DE10129751A1

DE10129751A1 - Verfahren und Einrichtung zur Steuerung einer mit einem Laser ausgerüsteten Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE10129751A1
Application number: DE10129751A
Authority: DE
Inventors: William B Scott
Original assignee: WHITNEY CO W; W A Whitney Co
Current assignee: WHITNEY CO W; W A Whitney Co
Priority date: 2000-06-26
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2002-01-03
Also published as: GB0106416D0; GB2364012A; MXPA01006561A; US6455807B1; CA2337602A1

Abstract

Es wird ein Steuersystem vorgeschlagen für eine mit einem Laser ausgestattete Werkzeugmaschine, welches in der Lage ist, das Phänomen des Self-Burning zu vermeiden. Die Temperatur des Werkstücks in Schnittnähe wird überwacht, und eine numerische Steuerung vergleicht die tatsächliche Werkstücktemperatur mit einer vorab gespeicherten, empirisch bestimmten Temperaturgrenze, die eine Vorhersage für das Einsetzen von Self-Burning darstellt. Wenn die Werkstücktemperatur sich der Grenze nähert oder die Grenze erreicht, wird ein Abbruchsignal erzeugt. Nach Erzeugung eines Abbruchsignals deaktiviert der Steuerprozessor den Laser, um den Beginn von Self-Burning zu vermeiden. Zudem speichert der Prozessor die Schnittparameter und die Lagekoordinaten des abgebrochenen Schnittes, so daß der Prozessor später zurückkehren kann, um den Schnitt fertigzustellen, und setzt einen Abkühlzeitgeber. Der Prozessor veranlaßt dann, daß eine nächste verfügbare Schneidposition angefahren wird, prüft die Temperatur an dieser Position und beginnt dann zu schneiden. Nach Abschluß des Schnittes an der zweiten Stelle wird der Schneidkopf, wenn ein Abkühlzeitgeber abgelaufen ist, zu der Abbruchposition verfahren, der Prozessor gewinnt gespeicherte Informationen zurück und vervollständigt den Schnitt.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Werkzeugmaschi nen und betrifft im besonderen Werkzeugmaschinen, die einen Laser zum Schneiden von Metall und anderen Materialien ver wenden.

Mit Laser ausgerüstete Werkzeugmaschinen werden häufig zum Schneiden von Blechteilen aus Tafel- und Plattenmaterial ge nutzt. Bei derartigen Werkzeugmaschinen wird ein Laserstrahl, der durch eine fokussierende Linse oder einen fokussierenden Spiegel in einen Brennfleck von kleinem Durchmesser konzen triert wird, so gerichtet, daß der Fokuspunkt über, auf oder unter dem zu schneidenden Material zu liegen kommt. Der Laser strahl wird mit Hilfe der fokussierenden Optik durch eine Düse geführt, die unmittelbar oberhalb des Werkstücks angeordnet ist; gleichzeitig wird durch die Düse ein unter Druck stehendes Gas geleitet - gängige Praxis ist koaxial zum Laserstrahl - um die Herstellung des Schnittes zu unterstützen. Das unter Druck stehende Gas wechselwirkt mit dem Laserstrahl und mit dem Werk stoff, wodurch der Schneidprozeß erleichtert wird, und bildet einen Strahl hoher Strömungsgeschwindigkeit, der das geschmol zene Material aus dem Schnitt entfernt.

Mit Laser ausgerüstete Werkzeugmaschinen sind im allgemeinen computernumerisch gesteuert (CNC-gesteuert) und werden in zahl reichen Konfigurationen und Größen und mit Lasern verschiedenen Typs und unterschiedlicher Leistung hergestellt. Die vorlie gende Erfindung kann auf alle derartigen Typen Anwendung fin den; beschrieben wird sie jedoch in Verbindung mit einer Konfi guration, die nach dem Prinzip der "Fliegenden Optiken" arbei tet. Der Schneidkopf wird hierbei entlang einer Achse bewegt, beispielsweise entlang der Y-Achse, die an einer Brücke ange ordnet ist, die ihrerseits in einer zur Y-Achse senkrecht ver laufenden X-Achse verfahrbar ist. Das Werkstück wird auf eine stationäre Palette oder einen stationären Tisch unterhalb der Brücke aufgelegt. Die Bewegung des Schneidkopfes wird mit der Bewegung der Brücke koordiniert, so daß eine exakte Bahn auf dem Teil beschrieben wird. Schneidkopf und Laser werden so ge steuert, daß in das Metall eingestochen und geschnitten wird, um Löcher und Figuren oder Formen in dem Material zu erzeugen und dann das Teil aus dem Material herauszuschneiden.

Aus einer Tafel oder Platte können mehrere gleichartige oder unterschiedliche Teile, denen die Dicke und der Materialtyp ge mein sind, geschnitten werden. Solche Gruppen von Teilen werden allgemein als "geschachtelte Bauteile" oder "Verschachtelung" bezeichnet. Der nach Entfernen der Teile verbliebene Material rest wird als Rest oder Restgitter bezeichnet. Ein kleines Stück Abfall, das von einem in ein Teil geschnittenen Loch ab fällt, wird als Lochabfall bezeichnet. Schneidrückstände werden als Schlacken bezeichnet. Wiedererstarrtes Material, welches dem Teil fest anhaftet, wird als Schlackenanhaftung bezeichnet. Die Mischung aus Lochabfällen und Schlackenrückständen, die beim Blechschneiden anfällt, wird allgemein als Abfall oder Schrott bezeichnet.

Die Teile lassen sich in zwei Gruppen einteilen: solche, die ein oder mehrere Löcher oder Formen innerhalb der Teileumgren zung oder Teileberandung aufweisen, und solche, die nur aus ei ner Umgrenzung oder Berandung bestehen, ohne Löcher oder Formen innerhalb des Teils. Beim Schneiden von geschachtelten Hautei len geht man so vor, daß Löcher innerhalb des Teils zuerst ge schnitten werden und dann die Berandung geschnitten wird. Der Grund für diese Vorgehensweise liegt darin, die Kontrolle über das Teil zu behalten, bis alle inneren Merkmale geschnitten sind, um die Genauigkeit des Teils zu gewährleisten. Würde man zuerst die Berandung schneiden, könnte das Teil auf dem Tisch verrutschen oder - schlimmer noch - verkippen, was es unmöglich machen würde, die inneren Merkmale des Teils ohne zusätzliches Nachstellen oder Eingreifen mit Genauigkeit zu schneiden.

Mitunter weisen Teile innere Löcher oder Merkmale auf, die zu erheblichen Mengen an Abfall führen könnten. Es ist allgemein üblich, den entstehenden Abfall dadurch zu reduzieren, daß in diese Bereiche ein oder mehrere kleinere Teile eingeordnet wer den. Das kann so aussehen, daß zum Beispiel mehrere Untergrup pen von Teilen innerhalb von Teilen plaziert sind, die ihrer seits selbst innerhalb von Teilen plaziert werden usw., bis die bestmögliche und wirtschaftlichste Ausnutzung des Materials er reicht ist. Die Vorgehensweise zum Schneiden solcher Teilegrup pen ist die gleiche, d. h. die Teile werden von innen nach außen geschnitten. Zuerst werden die Löcher und inneren Merkmale im kleinsten oder entferntesten Teil geschnitten, um das am weite sten innenliegende Teil der Teilegruppe zu erzeugen; dann wird die Berandung dieses Teils bzw. dieser Teile geschnitten, dann schneidet man die nächstinneren Löcher oder Innenmerkmale, dann die Berandung dieses Teils bzw. dieser Teile usw., bis die Be randung des Teils der obersten Ebene geschnitten ist. Eine Ver schachtelung könnte so aufgebaut sein, daß sie keinen, einen oder mehrere Fälle von Gruppen mit ineinander plazierten Teilen enthält, um das Material optimal auszunutzen.

Es gibt Softwareprogramme zum automatischen Verschachteln von Teilen. Manche Programme bieten auch die Möglichkeit der auto matischen Auswertung der Materialausnutzung in Prozent für den jeweiligen Schachtelvorschlag. Wird die angestrebte Ausnutzung nicht erzielt, verwirft das Programm die Schachtelung, nimmt eine Umordnung der Teile vor und bewertet die Werkstoffausnut zung neu, bis ein Mindestprozentwert erreicht ist. Nachdem ein zufriedenstellender Schachtelplan erstellt wurde, erzeugt die Software das Programm für die Laserschneidmaschine. Einige die ser Programmiersysteme haben auch die Fähigkeit, eine Schnitt bahn zu bestimmen, so daß die Schnitt- oder Maschinenbewegung die Schnittlinie nie kreuzen muß. Dies ist vorteilhaft, um die Gefahr einer Kollision der Schneiddüse mit auf der Werkstück auflage verkippten und über die Oberfläche des in Arbeit be findlichen Werkstücks hinausragenden Teilen zu mindern.

Durch die fortschreitende Entwicklung von Hochleistungslasern mit für das Schneiden geeigneten Strahlqualitäten hat man in der Schneidmaschinentechnologie die Möglichkeit geschaffen, auch größere Materialdicken zu schneiden. So ist es jetzt bei spielsweise möglich, Stahlbleche von 25,4 mm (1 Inch) Dicke mit einer Geschwindigkeit von ca. 60,97 cm (24 Inch) pro Minute mit einer mit einem 6 kW-Laser ausgestatteten Schneidmaschine zu schneiden.

Beim Schneiden von dicken Kohlenstoffstahlblechen kann sich die Schnittqualität rapide verschlechtern, wenn es zum Auftreten eines Phänomens kommt, welches als "Self-Burning" (unkontrol lierte Verbrennung) bezeichnet wird. Self-Burning ist ein Zu stand, der auftritt, wenn die Kontrolle über den Schneidprozeß verlorengeht und der Prozeß thermisch instabil wird, was dazu führt, daß eine breite Schnittfuge erzeugt wird, die im unteren Teil noch verschlossen ist.

Mitunter verschwindet das Self-Burning-Phänomen von alleine wieder. Zuweilen geschieht dies beim Schneiden einer Kante oder eines Bogens des Teils, in der Regel aber an einer Ecke. Bei Erreichen einer Ecke wird die Schnittgeschwindigkeit reduziert. Vielfach enthält das Programm Verweilzeiten in den Ecken, um dem nachlaufenden hinteren Ende des Schnittes Zeit zu geben, die führende Kante des Schnittes einzuholen.

In manchen Fällen gelingt es, die Kontrolle über den Schnitt dadurch wiederzugewinnen, daß die Maschinenbedienungsperson eingreift und die Schnittgeschwindigkeit durch manuelle Vor schubbeeinflussung verringert. Häufig kann der Schnitt nicht wieder unter Kontrolle gebracht werden, ohne den Prozeß zu stoppen.

Wenn das Self-Burning-Phänomen von alleine wieder verschwindet oder durch die Bedienungsperson zum Verschwinden gebracht wird, hinterläßt es einen Defekt an der Schnittkante. Unbemerkt ge blieben, kann das Self-Burning-Phänomen dazu führen, daß inak zeptable Teile produziert werden, die nachgearbeitet oder ver schrottet werden müssen.

Das Self-Burning-Phänomen ist problematisch. Einerseits muß der Maschinenbediener den Prozeß beobachten und unverzüglich auf Probleme reagieren können; andernfalls riskiert er, daß unan nehmbare Teile geschnitten werden. Andererseits wird im heuti gen Produktionszeitalter von der Bedienungsperson vielfach er wartet, daß sie mehrere Maschinen bedient, um die geschnittenen Teile zu entnehmen, frisches Material einzulegen, das nächste Teileprogramm zu laden, oder sogar in der Zeit, in der die Ma schinen schneiden, LKWs ablädt oder den Anlagenbereich reinigt.

Dem Erfinder ist wenigstens ein Verfahren zur Behandlung des Self-Burning-Phänomens auf einer automatischen Basis bekannt. Dieses Verfahren beruht auf dem sichtbaren Licht, welches an dem Schnitt erzeugt wird, wenn das Self-Burning beginnt. Das sichtbare Licht wird durch die Schneidlinse wieder in den Strahlpfad zurückreflektiert. Während des normalen Schneidbe triebs wird wenig sichtbares Licht reflektiert. Oberhalb der Schneidlinse ist ein Sensor angeordnet, um das infolge des Self-Burning-Effekts reflektierte Licht zu erfassen. Er sendet ein Signal an die CNC. Als Antwort auf das Signal stoppt die CNC den Schnitt, fährt den Schneidknopf ein kurzes Stück auf der Schnittbahn zurück, startet dann den Schnitt neu und ver sucht erneut, durch den Problembereich zu schneiden. Die CNC- Einrichteparameter bestimmen die Zahl der Versuche, die unter nommen werden, um den Schnitt herzustellen. Wenn die Versuche entsprechend oft wiederholt wurden, ohne zum Erfolg zu führen, stoppt die CNC das Programm, setzt eine Fehlermeldung an den Bildschirm des CNC-Bedieners ab und wartet, bis die Bedienungs person eingreift.

Diese Methode zur Behandlung des Self-Burning-Phänomens ist zwar nützlich, aber immer noch problematisch. Erstens wird das Self-Hurning erst im nachhinein, wenn es bereits eingesetzt hat, erkannt; bestenfalls kann man daher erwarten, ein Teil zu produzieren, das einen kleinen Defekt an der Kante aufweist. Zum zweiten ist - weil ja das Self-Burning-Phänomen bereits eingesetzt hat - die Chance, Sekunden später erfolgreich durch den betreffenden Bereich schneiden zu können, geschmälert.

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Bereitstellung einer mit einem Laser ausgerüsteten Werkzeugmaschine mit der Fähigkeit, das Phänomen des Self-Burning zu vermeiden.

Die Beobachtung des Self-Burning-Phänomens und Untersuchungen von Teilen und Restgittern haben den Erfinder veranlaßt, ge wisse Theorien zu postulieren und verschiedene Schlußfolgerun gen zu ziehen, die im folgenden dargelegt werden sollen.

Wenn die Seitenwände des Schnittes zu viel Wärme aus dem Prozeß absorbieren, werden sie aufgeschmolzen und fallen in den Schnitt. Dieser plötzliche vermehrte Anfall an geschmolzenem Metall ist zu groß, als daß das Material aus der schmalen Schnittfuge entweichen könnte und führt zu einem Verschließen des Schnittes. Nunmehr hält sich der Prozeß von selbst auf recht. Dadurch, daß die Schnittfuge geschlossen ist, bleibt die ganze durch den Laserstrahl erzeugte Wärme in der Schnittfuge, anstatt mit dem den Schnittspalt verlassenden Material abge führt zu werden. Durch das Sauerstoff-Hilfsgas wird die thermi sche Instabilität weiter aufrechterhalten. Dabei entsteht eine siedende Masse an schmelzflüssigem Stahl, die zum Teil in Form von Funken und Tröpfchen von geschmolzenem Metall durch das Hilfsgas nach oben, aus dem Schnitt heraus geblasen wird. Dies macht das Self-Burning-Phänomen visuell sehr deutlich erkenn bar. Es kommt außerdem zu einer wahrnehmbaren Veränderung des von dem Prozeß ausgehenden Geräuschs.

Der Erfinder hat beobachtet, daß der Bereich, in dem Self- Burning auftritt, in vielen Fällen vorhersagbar ist. Das Self- Burning-Phänomen tritt im allgemeinen dann auf, wenn der Schnitt in einen Bereich eintritt, wo der Werkstoff unlängst durch das Schneiden eines nahegelegenen Merkmals aufgeheizt wurde und noch heiß ist. Experimente haben gezeigt, daß es mög lich ist, die Temperatur der Tafel zu überwachen und dadurch das Risiko oder die Gefahr zu beurteilen, daß Self-Burning ein setzt, wenn in diesen Bereich geschnitten wird.

Es wurden Versuche durchgeführt, bei denen ein Infrarot-Thermo meter verwendet wurde, um die Oberflächentemperatur einer Tafel während des Schneidens zu überwachen. Das Infrarot-Thermometer wurde so gewählt, daß eine Detektion des Laserstrahls ausge schlossen war. Bei der Überwachung der Temperatur unmittelbar vor der Schnittbahn während des Schneidens eines 12 mm dicken Kohlenstoffstahl-Konstruktionswerkstoffes wurde beobachtet, daß sich die Schnittqualität oberhalb ca. 149°C (300°F) zu ver schlechtern begann. Bei etwa 204°C (400°F) ging der Schnitt wegen des Einsetzens von Self-Burning verloren. Bei einem Test mit dem gleichen Werkstofftyp, nur daß die Dicke 25 mm betrug, wurde beobachtet, daß sich die Stabilität des Schneidprozesses bei etwa 82°C (180°F) zu verschlechtern begann. Oberhalb ewa 93°C (200°F) begannen sich Schlackenanhaftungen an der Unter kante zu bilden. Bei ca. 104°C (220°F) bestand hohe Gefahr des Einsetzens von Self-Burning. Nach Einsetzen des Self- Burning-Effekts stieg die Temperatur innerhalb von zwei Sekun den auf ca. 177 bis 204°C (350 bis 400°F).

Es wurde geschlußfolgert, daß die Temperaturdifferenzen zwi schen den 12 Millimetern und den 25 Millimetern und das Einset zen der Schnittverschlechterung und des Self-Burning auf die Dicke des Teils und die thermische Leitfähigkeit des Materials zurückzuführen waren. Es erscheint, daß das Material zur Unter seite des Teils hin heißer war. Es muß also Wärme durch Leitung zur Oberseite übertragen werden. Die Rate der Wärmeleitung und damit die an der Oberfläche gemessene Temperatur ist abhängig von der Dicke und von der Wärmeleitfähigkeit des Materials.

Auf der Grundlage dieser Beobachtungen und Schlußfolgerungen liegt die Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Einrichtung zum Beurteilen des Risikos des Einsetzens von Self-Burning und zum Ergreifen von Korrekturmaß nahmen, um das Self-Burning zu vermeiden.

Im einzelnen liegt die Aufgabe der Erfindung in der Bereitstel lung eines Verfahrens und einer Einrichtung zum Beurteilen des Self-Burning-Risikos und zum automatischen Ergreifen von Maß nahmen derart, daß das Einsetzen des Self-Burning vermieden wird, indem der Schnitt abgebrochen wird, ein anderer Bereich der Tafel angefahren wird, um die Schneidarbeit wiederaufzuneh men, und dann nach Ablauf einer Zeitspanne, die hinreichend ist, um den verlassenen Bereich abkühlen zu lassen, zu dem Ab bruchpunkt zurückgekehrt und die Abarbeitung des abgebrochenen Programms fortgesetzt wird.

Eine Aufgabe der Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Laserschneidwerkzeugs mit Sensoreinrichtungen mit der Fähig keit, eine Bedingung in dem Werkstück zu detektieren, welche für das Risiko des Einsetzens von Self-Burning bezeichnend ist, und den Schnitt zu kontrollieren oder abzubrechen, sobald die festgestellten Bedingungen vorhersagen, daß Self-Burning nahe bevorsteht.

Eine Aufgabe der Erfindung liegt in der Bereitstellung einer mit einem Laser ausgerüsteten Schneidmaschine mit einem Steuer system, welches Temperaturbedingungen in dem Werkstück erfaßt, die für das Risiko des Einsetzens von Self-Burning bezeichnend sind, und einem Steuersystem, welches den Schnitt auf geord nete, wiederaufnehmbare Weise abbricht und dann den Schneidkopf neu positioniert, um in einem anderen Bereich des Werkstücks zu schneiden zu beginnen.

Hieraus erwächst die Aufgabe, eine mit einem Hochleistungslaser ausgerüstete Werkzeugmaschine bereitzustellen, welche es ermög licht, dickes Material mit hoher Schnittqualität und hoher Effizienz zu schneiden.

Ein allgemeiner Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines berührungslosen Temperatursensors zum Messen der Tafel temperatur im Bereich des Schnittes, um das Risiko des Einset zens von Self-Burning vorherzusagen.

Ein besonderer Gegenstand ist die Verwendung eines oder mehre rer Infrarot-Temperatursensoren, die so gewählt sind, daß die benutzte IR-Wellenlänge den Laserstrahl nicht detektiert, um die Temperatur der Tafel zu überwachen, während sie geschnitten wird, um das Risiko des Einsetzens von Self-Burning zu beur teilen.

Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß der Schneidkopf mit einem Temperatursensor ausgerüstet ist, der die Temperatur des Werk stücks im Bereich des Schnittes erfaßt. Das Steuersystem weist eine Schnittparameter-Bibliothek auf, welche Werkstoff-Schnitt werte enthält, insbesondere Temperaturgrenzen zum Warnen oder zum Abbrechen eines Schnittes, um das Einsetzen von Self- Burning zu vermeiden. Wenn sich die Temperatur des Werkstückes der Grenztemperatur nähert, werden Schritte unternommen, um den Schnitt zu beenden. Zu dem Zweck, die Ausnutzung der Maschine zu verbessern, wenn der Schnitt abgebrochen wird, positioniert das Steuersystem den Schneidkopf auf ein anderes Merkmal, Teil oder eine andere Gruppe von Teilen und beginnt an dieser Stelle zu schneiden. Vor der Neupositionierung des Schneidkopfes wer den ausreichend Informationen erfaßt, so daß der Schneidkopf zurückgebracht werden kann, um den Schnitt wiederaufzunehmen.

Ein weiteres Merkmal einer bevorzugten Ausführungsform der Er findung ist die Bereitstellung einer mit einem Laser ausgerü steten Werkzeugmaschine, wobei das Steuersystem zwei Tempera turgrenzen unterhält: eine Warntemperaturgrenze und eine Ab bruchtemperaturgrenze. Wenn das Werkstück die Abbruchtempera turgrenze erreicht, wird der Schnitt sofort gestoppt, und die CNC positioniert den Schneidkopf auf ein anderes Merkmal, ein anderes Teil oder eine andere Gruppe von Teilen, die durch Pro gramm-Markierungszeichen (Flags) identifiziert sind. Die Warn temperaturgrenze ist niedriger als die Abbruchtemperaturgrenze. Hei Erreichen der Warntemperaturgrenze gestattet die CNC der Maschine, das Merkmal fertig zu schneiden, setzt dann an dieser Stelle ein Flag, verfährt dann den Schneidkopf zu einer anderen mit Flag markierten Stelle, um die Schneidarbeit wiederaufzu nehmen. Falls die Abbruchtemperaturgrenze erreicht wird, wäh rend die Steuerung den Schnitt zu vollenden sucht, wird der Schnitt unverzüglich abgebrochen, die CNC setzt an dieser Stelle ein Flag und verfährt dann den Schneidkopf zu einer anderen mit Flag markierten Stelle, um fortzufahren.

Es ist ein weiteres Detailmerkmal, daß nach Sprung zu einer an deren mit Flag markierten Stelle oder nach Rückkehr zu einer früheren Abbruchstelle die CNC die Tafeltemperatur liest, den gelesenen Wert mit gespeicherten Warn- und Abbruchwerten ver gleicht, um sicherzustellen, daß die Temperatur innerhalb zu lässiger Grenzen liegt, und - wenn dies nicht der Fall sein sollte - die Maschine eine andere mit Flag markierte Stelle anfahren läßt, um fortzufahren.

Diese und andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung in Zusammenhang mit der beigefügte zeichnerischen Darstellung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer mit einem Laser ausge rüsteten Werkzeugmaschine mit einem Steuersystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Werkzeugmaschine von Fig. 1;

Fig. 3A bis Fig. 3D schematische querschnittliche Darstellungen eines Werkstücks zur Verdeutlichung des Self- Burning-Problems;

Fig. 4A und Fig. 4B die Schneiddüse von unten und im Aufriß, mit einer Anordnung von Temperatursensoren;

Fig. 4C eine Darstellung des Erfassungsbereichs der Sen soren von Fig. 4A und Fig. 4B;

Fig. 5 ein schematisches Blockdiagramm, welches gewisse Systemaspekte des erfindungsgemäßen Steuer systems zeigt;

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Prozes ses in allgemeiner und grundlegender Form;

Fig. 7 ein Blockdiagramm, welches erfindungsgemäße Aspekte in ihrer allgemeinen und grundlegenden Form darstellt;

Fig. 8 ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausfüh rungsform der von dem erfindungsgemäßen Steuer system verwendeten Logik; und

Fig. 9A bis Fig. 9D Darstellungen einer Anordnung von Teilen, die aus einer Tafel zu schneiden sind, zur Verdeut lichung der Aspekte der Erfindung, die die Ver wendung von Flags und Neustarts betreffen.

Die Erfindung gestattet verschiedene Modifikationen und alter native Ausführungsformen; bestimmte bevorzugte Ausführungsfor men der Erfindung sind in der zeichnerischen Darstellung ge zeigt und werden im folgenden ausführlich beschrieben. Selbst verständlich besteht keine Absicht, die Erfindung auf diese Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil ist beabsich tigt, alle Abwandlungen, Alternativen und Äquivalente abzudec ken, welche in den Bereich der Erfindung fallen, wie er in den beigefügte Ansprüchen definiert ist.

Es wird nun auf die zeichnerische Darstellung Bezug genommen, und zwar speziell auf die Fig. 1 und 2, die eine bevorzugte praktische Ausführungsform der Erfindung zeigen, allgemein dar gestellt in Gestalt der Werkzeugmaschine 20. Als Hintergrund sei angemerkt, daß die Werkzeugmaschine 20 eine Laserstrahl quelle 22 enthält, die einen Hochleistungslaserstrahl auf einen Kollimator 24 richtet, der seinerseits einen kollimierten Laserstrahl 26 auf einen ersten Umlenkspiegel 27 richtet. Der Laserstrahl 26 wird dann zu einem Schneidkopf 30 geführt, der einen zweiten Umlenkspiegel 28 umfaßt sowie eine Fokussierop tik 32 (nicht gezeigt), die den Laserstrahl auf ein Werk stück 34 fokussiert, welches auf einer Palette 36 aufliegt. Der Laserstrahl 26 tritt durch eine Düse 29 an der Basis des Schneidkopfes aus, zusammen mit einem Strom Sauerstoff-Hilfs gas. Der Fokuspunkt des Laserstrahls wird so eingestellt, daß er ungefähr an der Oberfläche des Werkstücks zu liegen kommt. Die Position des Fokuspunktes kann unter der Kontrolle der CNC für bestimmte Bearbeitungszwecke oder Funktionen variiert wer den. Der Laserstrahl und das Hilfsgas wechselwirken miteinander und mit dem Metall, um durch das Werkstück 34 zu schneiden.

Ein Maschinengrundgestell 33 trägt die im vorstehenden disku tierten operativen Elemente, einschließlich der Palette 36 und einer Brücke 31, die den Schneidkopf 30 trägt, zusammen mit Zusatzelementen, so etwa dem Schlackensammelbett und einem Schlackenabführsystem. Zusammenfassend dargestellt ist der Schneidkopf 30 über die Breite der Maschine (in Fig. 2 nach oben und nach unten) verfahrbar, indem er entlang des Brücken elements 31 bewegt wird, während die komplette Brücke ver schieblich ist - in Fig. 1 von links nach rechts -, so daß der Schneidkopf 30 unter der Kontrolle der Computersteuerung in der Lage ist, praktisch jede beliebige Bahn auf der Oberfläche des Werkstücks abzufahren. Der Laser wird während der Bewegung des Schneidkopfes so gesteuert, daß er die durch das CNC-Programm definierten Muster in das Werkstück schneidet. Die beispielhaft dargestellte Maschinenkonfiguration stellt zwar eine bevorzugte Ausführung dar, steht aber repräsentativ für verschiedene Ma schinenkonfigurationen, die in der Lage sind, einen Laserstrahl und ein Werkstück relativ zueinander zu bewegen, um nach Vor gabe einer CNC Muster zu schneiden.

Fig. 3A ist eine schematische Darstellung in vergrößertem Maß stab zum besseren Verständnis des Mechanismus eines Laser schnittes. Das dargestellte, mit 34 bezeichnete Werkstück hat eine relativ große Dicke. Die Düse 29 ist oberhalb des Werk stücks angeordnet. Der Laserstrahl, bei 60 gezeigt, tritt durch die Düsenöffnung heraus, und zwar zusammen mit einem Strom Hilfsgas, welches den Strahl umgibt und in die entstehende Schnittfuge 64 gerichtet ist. Der Laserstrahl 60 wird im Be reich der Oberfläche 34a des Werkstücks sehr scharf fokussiert. In der Zeichnung ist die Divergenz des Strahls etwas übertrie ben dargestellt, um die Lage des Fokuspunktes 61 besser zu ver deutlichen. Durch die hoch fokussierte Energie wird nahezu au genblicklich eine Säule 62 durch das Werkstück unmittelbar un terhalb des Auftreffpunkts des Laserstrahls erwärmt. Während des normalen Schneidbetriebs durchlaufen die Düse und damit die aufgeheizte Säule eine Bahn, welche den Schnitt definiert. Die Säule ist an der Unterseite offen und verschiebt sich in Schnittrichtung in das Werkstück hinein. Das Hilfsgas hat die Aufgabe, mit dem Laserstrahl und dem Werkstück 34 zusammenzu wirken, um das Material innerhalb der Säule 62, der Schnitt zone, zu verdampfen und in den schmelzflüssigen Zustand zu überführen. Das Material wird intensiv aufgeschmolzen und durch das Hilfsgas aus dem unteren Bereich herausgeblasen, um so die Schnittfuge 64 zu bilden. Die Schnittfuge 64 weist im wesentli chen parallele, relativ glatte Seitenwände 64a auf, wie in Fig. 3B gezeigt. Am Rande sei vermerkt, daß durch Variation der Position des Laserstrahlfokus relativ zur Dicke des Werk stücks 34 die Form der Schnittfuge 64 etwas variieren kann, so daß sie zum Beispiel zur Oberseite oder Unterseite leicht ko nisch wird. Wenn aber das System korrekt arbeitet, werden die Wände 64a im wesentlichen rechtwinklig und verhältnismäßig glatt sein.

Erfindungsgemäß wird die Temperatur des Werkstücks 34 im Be reich des Schnittes dazu verwendet, das Einsetzen von Self- Burning vorherzusagen. Fig. 3C zeigt den Mechanismus im Gange. Das Material, bezeichnet durch die schraffierten Bereiche 67, kann zu heiß werden, beginnt zu schmelzen und in die Schnitt fuge zu stürzen, wie schematisch in Fig. 3C wiedergegeben. Mit zunehmender Temperatur des Werkstücks wird mehr Seitenwandmate rial zum Schmelzen gebracht und fällt in die Schnittfuge. Wenn zu viel Material schmilzt, ist das Hilfsgas nicht mehr in der Lage, das Material aus dem unteren Bereich der Schnittfuge aus zublasen, und es bildet sich ein Schmelzebad im unteren Bereich der Schnittfuge, in Fig. 3C schematisch bei 66 dargestellt. Die Schnittfuge verschließt sich. Nunmehr absorbiert das Schmelze bad 66 die gesamte Energie des Laserstrahls und der exothermen Reaktion des Hilfsgases und wird noch heißer, bis hin zur Siede- und Verbrennungstemperatur. Die Seitenwände absorbieren mehr Energie, schmelzen und kollabieren in die Schnittfuge hin ein. Die Tatsache, daß die Seitenwände kollabiert sind, wird daraus deutlich, daß die Schnittfuge 64a von Fig. 3C im Ver gleich zu der Schnittfuge 64 von Fig. 3A und Fig. 3H breiter geworden ist. Der Prozeß unterhält sich selbst und ist außer Kontrolle geraten. Mit geschlossener Schnittfuge bleibt die ganze von dem Laserstrahl erzeugte Wärme in der Schnittfuge, anstatt mit den Schnitt verlassendem Material abgeführt zu wer den. Durch das Sauerstoff-Hilfsgas wird die thermische Instabi lität weiter aufrechterhalten. Dabei entsteht eine siedende Masse an schmelzflüssigem Stahl, die zum Teil in Form von Fun ken und Tröpfchen 63 von geschmolzenem Metall nach oben, aus dem Schnitt heraus geblasen wird.

Fig. 3D zeigt schematisch die Beschaffenheit eines Schnittes, wie er bei Self-Hurning entsteht: die Seitenwände 69 sind weder parallel noch glatt, und es kann zur Bildung von anhaftenden Schlacken 70 kommen, die sich an der Oberseite des Blechs abla gern oder bis in andere schnittnahe Bereiche des Werkstücks ausgeworfen werden können. Ein solcher Schnitt ist inakzep tabel.

Für die Umsetzung der Erfindung wird eine mit einem Hochlei stungslaser ausgerüstete schneidende Werkzeugmaschine, so etwa eine Maschine wie die beispielhaft in Fig. 1 dargestellte, mit einem Steuersystem ausgestattet, welches die Fähigkeit besitzt, die Gefahr des Einsetzens von Self-Burning zu bestimmen, bevor das Self-Burning beginnt, und ferner in der Lage ist, Maßnahmen zu ergreifen, um das Einsetzen des Self-Burning-Effektes zu vermeiden. Wir wenden uns nun kurz Fig. 5 zu, die beispielhaft eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines automatischen Steu ersystems 50 neben einer schematisch dargestellten Werkzeug maschine 20 zeigt. Wie im vorangegangenen beschrieben umfaßt die Werkzeugmaschine einen Laser 22 und einen Schneidkopf 30 mit einer Düse 29, die in der Nähe eines von einer Palette 36 getragenen Werkstücks 34 angeordnet ist.

Die konventionellen Komponenten des Steuersystems 50 sind im oberen Block 51 aufgezeigt und beinhalten ein Laserstrahl-Steu ermodul 51a zum Steuern des EIN/AUS-Zustandes des Lasers, in manchen Fällen auch der Laserintensität und in manchen Fällen des Laserfokus. Ein - ebenfalls konventionelles - zweites Modul 51b umfaßt eine Mehrachsen-Strahl/Werkstück-Positions steuerung. Bei der beispielhaft dargestellten Ausführungsform verfährt die Positionssteuerung den Schneidkopf relativ zum Werkstück; es ist aber auch möglich, daß das Werkstück bewegt wird oder daß eine Kombination von Werkstück- und Schneidkopf bewegung realisiert wird. Der Rest des Blocks 51 steht für an dere Module zur Verfügung, die für die vorliegende Beschreibung ohne Bedeutung sind.

Für die Umsetzung der Erfindung wird das Steuersystem 50 mit einem weiteren Software-Modul 52 ausgestattet, welches mit an deren Modulen innerhalb des Steuersystems 50 wechselwirken kann und dazu dient, das Einsetzen des Self-Burning-Phänomens zu vermeiden. In der Figur ist das Modul 52 mit zwei besonders be zeichneten Modulen gezeigt. Ein erstes Risikobeurteilungs modul 52a ist dafür eingerichtet, das Risiko oder die Gefahr des Einsetzens von Self-Burning zu beurteilen. Wie weiter unten noch ausführlicher beschrieben werden wird, arbeitet das Mo dul 52a über einen Sensor, der dafür eingerichtet ist, den Schneidprozeß zu überwachen, um das Risiko des Self-Burning- Einsatzes kontinuierlich zu beurteilen. Bei der bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Sensor eine Mehrzahl von Temperatur sensoren 71 bis 73, die geeignet sind, die Temperatur des Werk stücks in Schnittnähe zu erfassen. Das Risikobeurteilungsmo dul 52a enthält empirische Daten in Form von Tabellen oder der gleichen, worin die mit einem sich anbahnenden Self-Burning- Einsatz verbundenen Temperaturprofile für Werkstückmaterialien unterschiedlicher Art und Dicke gespeichert sind.

Weiter ist für die praktische Umsetzung der Erfindung ein zwei tes Modul 52b innerhalb des Steuersystems vorgesehen, um mit dem Risikobeurteilungsmodul 52a zusammenzuarbeiten und auf das selbe anzusprechen. Das Ansprechmodul 52b kann unterschiedliche Formen annehmen. Bei der bevorzugten Ausführungsform enthält das Risikobeurteilungsmodul 52a zwei Sätze von Temperaturgren zen, nämlich eine erste Warngrenze und eine zweite Abbruch grenze. Bei einer Konfiguration in Verbindung mit einem derar tigen Risikobeurteilungsmodul ergreift das Ansprechmodul 52b die erforderlichen Maßnahmen, um das Einsetzen von Self-Burning zu vermeiden, ohne das Teileprogramm übermäßig zu verkomplizie ren oder störend zu beeinflussen. Demnach wird in der bevorzug ten Ausführungsform das Ansprechmodul in dem Fall, daß die er faßte Temperatur die Warngrenze erreicht, so ansprechen, daß der Schnitt fortgesetzt wird, bis ein geeigneter Unterbre chungspunkt erreicht ist (in der Regel an einer geometrischen Schnittlinie). Wenn an diesem Punkt die Temperatur weiterhin auf Höhe oder oberhalb des Warnpegels liegt, wird das Ansprech modul 52b mit den Modulen 51a und 51b kooperieren, um den Schnitt zu beenden und die Schneidkopf/Werkstück-Anordnung zu verfahren, um die Schneidarbeit an einer neuen Stelle wieder aufzunehmen. Weiter wird das Ansprechmodul 52b in dem Fall, daß die Temperatur die Abbruchgrenze erreicht, so ansprechen, daß der Schnitt sofort beendet wird, wobei hinreichend Schnittpara meter und Positionsdaten gespeichert werden, um den Schnitt wiederaufnehmen zu können, und dann gegebenenfalls eine neue Stelle auf dem Werkstück angefahren wird, um die Schneidarbeit wiederaufzunehmen.

Wie gezeigt verfügt das Modul 52 über zusätzliche funktionelle Plätze für weitere Module nach Bedarf, um eine besondere Imple mentierung der Erfindung zusammenzustellen. Ganz allgemein aber führt die durch den Block 51 repräsentierte Software-Steuerung die normalen Schneidfunktionen aus und weist ihr zugeordnet zwei Hauptmodule auf: ein Risikobeurteilungsmodul, welches auf mit dem Schnitt in Zusammenhang stehende Bedingungen anspricht, um die Nähe zu einem Einsetzen des Self-Burning-Effekts zu be stimmen, und ein zweites Modul, welches auf das erste Modul an spricht und die erforderlichen Maßnahmen ergreift, um das Ein setzen des Self-Burning-Effektes zu vermeiden.

Während Fig. 5 den Aufbau der Werkzeugmaschine und des Steuer systems in Einklang mit der Erfindung zeigt, stellt Fig. 6 ein Flußdiagramm dar, welches die Funktionalität dieses Systems bei der praktischen Umsetzung der Erfindung demonstriert. Das Fluß diagramm repräsentiert die Funktionalität auf einer geeignet globalen Ebene, wie im folgenden deutlich werden wird. Nach dem Start geht der Prozeß zu einem ersten Schritt 56, der alle Aspekte der Werkzeugmaschine in Zusammenhang mit der Steuerung des Schnittes beinhaltet. Wie allgemein üblich, wird die Strahl/Werkstück-Position gesteuert, um den Strahl auf der ge wünschten Bahn über das Werkstück zu führen. Weitere Parameter, die gesteuert werden, sind die Strahleigenschaften selbst (so etwa durch Kollimieren des Laserstrahls), der Abstand zwischen Düsen und Werkstück, die Leistung des Lasers, Typ und Strömung des Hilfsgases und die Parameter aller anderen Elemente, wie dem Fachmann bekannt sein wird.

Bei der praktischen Umsetzung der Erfindung wird ein Schritt 57 kontinuierlich durchgeführt, um den Schnitt zu überwachen, und zwar, indem eine Bedingung des Werkstücks überwacht wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird der Überwachungsschritt 57 so durchgeführt, daß die Temperatur des Werkstücks in der Nähe des Schnittes kontinuierlich überwacht wird.

Während der laufenden Überwachung wird auch der Schritt 58 zum Beurteilen des Self-Burning-Risikos kontinuierlich durchge führt. Die Beurteilung wird bevorzugt auf der Grundlage von em pirischen Daten durchgeführt, wobei die Variablen Werkstofftyp und -temperatur in Schnittnähe sind. Diese Daten, gesammelt in empirischen Tests, wie in einem vorangegangenen Abschnitt die ser Beschreibung dargelegt, werden im Speicher abgelegt, und auf die gespeicherten Daten wird während des Schneidens zuge griffen, um spezifische Grenzen für die tatsächlichen Bearbei tungsbedingungen zu setzen. Die gespeicherten Temperaturgrenzen werden mit dem Schritt 58 verknüpft, der das Risiko des Einset zens von Self-Burning bestimmt. Der Schritt 58 nimmt seine Be urteilung durch den Test "Geht der Schnitt auf Self-Burning zu?" vor. Ist dies nicht der Fall, bewirkt das negative Resul tat eine Programmverzweigung zurück zu dem Schnittsteuerungs schritt 56. Diese Schleife wird im normalen Betrieb zyklisch durchlaufen, solange das System das Risiko des Einsetzens von Self-Burning überwacht und beurteilt, ohne dabei auf eine Be dingung zu stoßen, unter der man der Self-Burning-Bedingung nahekommen könnte.

Wenn nun aber der Test 58 ein positives Ergebnis anzeigt, ver zweigt das Programm auf Schritt 59, der - ganz allgemein ausge drückt - den Schnitt entweder ändert oder beendet, bevor das Self-Burning beginnt. Wenn beispielsweise die Beurteilung dar auf hinweist, daß Self-Burning nahe bevorsteht, wird der Schnitt sofort beendet, und das Programm speichert ausreichend Informationen, um den Schnitt zu einem späteren Zeitpunkt wie deraufnehmen zu können. Wenn die Beurteilung anzeigt, daß die Temperatur zwar ansteigt, aber noch kein Self-Burning droht, wird das Schneidprogramm geändert, indem Vorbereitungen zum Ab brechen des Schnittes getroffen werden, der Schnitt aber noch fortgesetzt wird, bis ein geeigneter Stop-Punkt erreicht ist, wo der Schnitt dann abgebrochen wird. Der Stop-Punkt liegt im allgemeinen an einer geometrischen Schnittlinie (wo das Teile programm von einem Schnitt zu einem anderen umschaltet). Dies erlaubt der Maschine, den Schnitt an einer Stelle zu beenden, an der die Wahrscheinlichkeit, daß ein Defekt oder eine Unste tigkeit am fertigen Teil entsteht, am geringsten ist.

Nachdem in Schritt 59 korrektive Maßnahmen ergriffen wurden, geht das Programm zu Schritt 59a weiter, wo geprüft wird, ob alle Schnitte abgeschlossen sind. Ist dies nicht der Fall und sind noch weitere Schneidoperationen durchzuführen, kehrt das Programm zum Schnittsteuerungsmodul 56 zurück, um auf der von dem Modul 59 bestimmten geänderten Bahn mit Schneiden fortzu fahren. Sind alle Schnitte abgeschlossen, bewirkt der positive Test von dem Modul 59a eine Verzweigung des Programms zu seiner Beendigungsroutine.

Zusammenfassend ausgedrückt zeigen die Programmschritte von Fig. 6 die Verbindung der normalen Bearbeitungsfunktionalität einer mit einem Hochleistungslaser ausgerüsteten Werkzeugma schine mit den Schritten: Erfassen der Bedingung, vorzugsweise der Temperatur des Werkstücks, in der Nähe des Schnittes, die eine Vorhersage für das Einsetzen von Self-Burning darstellt, und Ergreifen von Korrekturmaßnahmen vor dem Einsatz, um das Self-Burning zu vermeiden.

Zum Überwachen der Bedingung des Werkstückes am Schnitt werden bevorzugt Temperatursensoren benutzt, vorzugsweise der berüh rungslosen Art, wie im nachfolgenden beschrieben werden wird. Der Schneidkopf 30, Fig. 1, kann sich in jeder beliebigen Rich tung über die Oberfläche des Werkstücks bewegen. Drei Infrarot- Temperaturmeßeinrichtungen, 71, 72 und 73, schematisch in den Fig. 4A und 4B dargestellt, mit einem Temperaturmeßbereich von ca. 38°C bis 260°C (100°F bis 500°F), sind in einer Dreiecksanordnung um den Schneidkopf 30 angeordnet. Die Infra rotdetektoren sind so angeordnet, daß die Temperaturmeßflächen 72A, 72B und 72C, siehe Fig. 4C, auf dem Werkstück 34 annähernd tangential zur Düse 29 sind und diese umgeben, um die Tempera tur vor der Schnittfuge 64 zu überwachen. Diese Meßflächen überlappen sich, so daß die Temperatur in dem Bereich in der Nähe des Schnittes unabhängig von der Schnittrichtung überwacht werden kann.

Infrarotdetektoren in diesem Temperaturbereich sprechen typisch auf Infrarotlicht im Wellenlängenbereich von 7 bis 14 µm an. CO₂-Laserlicht mit 10,6 µm Wellenlänge kann die Genauigkeit der Temperaturmessungen beeinträchtigen. Die gewählten Sensoren sind bevorzugt gefiltert, um ein Erfassen des CO₂-Laserstrahls bei 10,6 µm zu vermeiden.

Die Verwendung von Infrarot-Temperatursensoren und die Positio nierung gemäß den Fig. 4A, 4B und 4C repräsentiert die der zeit bevorzugte Anordnung. Für den Fachmann wird jedoch ohne weiteres erkennbar sein, daß die Erfindung nicht auf die Ver wendung von Infrarotdetektoren oder auf die gezeigte Positio nierung dieser Detektoren in bezug auf den Schneidkopf begrenzt ist; die Erfindung erstreckt sich ganz allgemein auf das Erfas sen von Bedingungen in Schnittnähe und das Ergreifen von Kor rekturmaßnahmen vor, nicht nach, dem Einsetzen von Self- Burning.

Es wird nun auf Fig. 7 Bezug genommen, die bestimmte Elemente der Werkzeugmaschine und des Steuersystems in Verbindung mit einem schematisch dargestellten Werkstück 34 benachbart zu einem Schneidkopf 30 zeigt.

In schematischer und stark vereinfachter Form zeigt Fig. 7 das Werkstück 34 aufgeteilt in eine Mehrzahl von Verschachtelun gen 42. Kleinere Stücke, mit 44 und 44A bezeichnet, können aus dem Abfallmaterial einer rechteckigen Öffnung 46 in einem grö ßeren rechteckigen Teil 47 geschnitten werden, um so die Menge an Abfallmaterial 48 zu reduzieren.

In Fig. 7 ist ein Servomotor 84 antriebsmäßig mit dem Schneid kopf 30 verbunden, um die Position des Schneidkopfes 30 in be zug auf das Werkstück 34 zu steuern. Der Fachmann wird ohne weiteres erkennen, daß üblicherweise ein erster und ein zweiter Motor verwendet werden, um die Bewegung des Schneidkopfes 30 in der X- bzw. Y-Achse zu steuern. Aus Gründen der Vereinfachung ist nur ein Motor dargestellt. Die Achsen, in denen sich der Schneidkopf über das Werkstück bewegt, sind bei 38 und 40 ge zeigt. Ein Servoantrieb 86 ist mit einem Prozessor 88 elek trisch verbunden, der Bestandteil des Gesamt-Computer-Steuer systems 50 der Werkzeugmaschine 20 ist. In Abhängigkeit von den Signalen, die der Prozessor 88 auf den Antrieb 86 gibt, kann die Bewegung des Servomotors 84 und damit die Position des Schneidkopfes 30 in bezug auf das Werkstück 34 gesteuert werden.

Weiter zeigt Fig. 7, daß Temperatursensoren 71 bis 73 mit dem Prozessor 88 über ein Ein-/Ausgabe-(I/O-)Modul 92 verbunden sind. Der Prozessor 88 wird hinsichtlich der Temperatur der Werkstückoberfläche nahe der Schnittfuge 64 kontinuierlich aktualisiert. Es sind Speicherplätze 94 vorgesehen, um unter anderem die Warn- und Abbruchtemperaturgrenzen zur Vermeidung von Self-Hurning zu speichern. Ein Komparator 96 repräsentiert den Mechanismus, durch den der Prozessor 88 die gemessene Tem peratur mit den in den Speicherplätzen 94 abgelegten Tempera turgrenzen vergleichen kann. Fig. 7 zeigt ferner die Einbindung eines Zeitgebers 98 zum zeitlichen Steuern der Abkühlperiode nach Unterbrechung eines Schnittes. Es ist eine Nutzerschnitt stelle 100 vorgesehen, die es der Bedienungsperson der Werk zeugmaschine 20 erlaubt, Informationen einzugeben, beispiels weise Typ und Dicke des zu bearbeitenden Materials, so daß ge eignete Temperaturgrenzen zu Vergleichszwecken zu den Speicher plätzen 94 transferiert werden.

Es sei nun auf die Aspekte des erfindungsgemäßen Prozeßablaufs eingegangen, und zwar unter Bezugnahme auf Fig. 8, die eine ex emplarische Ausführungsform eines erfindungsgemäß arbeitenden Prozeßablaufs für die Werkzeugmaschine zeigt. Start 102 reprä sentiert den Beginn eines Teileprogramms. Bei 104 veranlaßt das Steuersystem die Positionierung des Schneidkopfes auf die erste mit Flag markierte Startstelle. Bei 106 wird die Werkstücktem peratur durch Temperatursensoren 71 bis 73 gemessen und mit der Warngrenze verglichen. Die Temperatur wird unter der Warngrenze liegen, so daß die Steuerung zu 112 übergehen wird. Bei 112 wird festgestellt werden, daß der Schnitt noch nicht gestartet wurde, so daß die Steuerung zu 118 übergeht und damit den Start des Schnittes veranlaßt, dann erfolgt Rückkehr zu 106, um die Überwachung des Prozesses fortzusetzen.

Bei 106 wird die Werkstücktemperatur gemessen und mit der Warn grenze verglichen. Liegt die Temperatur unter der Warngrenze, geht die Steuerung zu 112, erkennt dort, daß der Schnitt im Gange ist, und setzt den Schnitt fort, 124; bei 122 wird ge prüft, ob das Ende des Schnittes erreicht ist. Ist das Ende des Schnittes noch nicht erreicht, kehrt die Steuerung zu 106 zu rück, um den Überwachungsprozeß fortzuführen. Wenn das Ende des Schnittes erreicht ist, geht die Steuerung zu 130 weiter und prüft das Vorhandensein einer Abbruchstelle. In unserem Bei spiel gäbe es zu diesem Zeitpunkt noch keine, so daß die Steue rung zu 136 geht und das Vorhandensein verbleibender Start- Flags prüft. Mit der Annahme, daß Flags verblieben sind, geht die Steuerung zu 138 über und positioniert den Schneidkopf auf die nächste mit Flag markierte Startposition und kehrt dann zu 106 zurück, um die Temperatur zu prüfen. Wenn die Temperatur unter der Warngrenze ist und bleibt, fährt das Steuersystem wie gerade beschrieben fort, bis bei 136 keine Flags mehr verblei ben und bei 140 das Ende des Programms erreicht ist, und stoppt dann bei 144.

Wenn nach Anfahren einer neuen Startstelle das Steuersystem bei 106 feststellt, daß die Tafeltemperatur die Warngrenze überschreitet, und bei 108 erkennt, daß der Schnitt nicht in Gang ist, wird es den Schnitt nicht starten, 114, sondern einen Abkühlzeitgeber in Gang setzen, 132, und dann prüfen, ob Ab bruchstellen verfügbar sind, 130. Mit der Annahme, daß keine verfügbar sind und daß keine Start-Flags verbleiben, 136, und daß das Ende des Programms noch nicht erreicht ist, 140, wartet das Steuersystem, bis der Zeitgeber abgelaufen ist, 142, und kehrt dann zu 106 zurück. In einem solchen Fall bleibt das Steuersystem so lange in dieser Schleife, bis die Temperatur genügend gesunken ist, um den Start des Schnittes zu erlauben.

Wenn nach Anfahren einer neuen Startstelle das Steuersystem bei 106 feststellt, daß die Tafeltemperatur die Warngrenze überschreitet, und bei 108 feststellt, daß der Schnitt nicht in Gang ist, wird es, wie im vorangehenden Beispiel, den Schnitt nicht starten, 114, sondern einen Abkühlzeitgeber in Gang set zen, 132, und dann prüfen, ob Abbruchstellen verfügbar sind, 130. Mit der Annahme, daß keine verfügbar sind, daß aber Start-Flags verbleiben, 136, geht die Steuerung zu 138 über und positioniert den Schneidkopf auf die nächste mit Flag markierte Startposition; dann erfolgt Rückkehr zu 106, um die Temperatur zu prüfen. Wenn die Temperatur unter der Warngrenze liegt, wird das Steuersystem bei 112 feststellen, daß der Schnitt nicht im Gange ist, wird den Schnitt starten, 122, und dann zu 106 zu rückkehren, um die Überwachung des Prozesses fortzusetzen.

Wenn während der Bearbeitung eines Teils das Steuersystem bei 106 erkennt, daß die Tafeltemperatur die Warngrenze über schreitet, und bei 108 feststellt, daß der Schnitt im Gange ist, dabei die Temperatur aber noch unter der Abbruchgrenze liegt, 110, wird es den Schnitt fortsetzen, bis die nächste geometrische Schnittlinie erreicht ist, in der Regel ein "Satzende" ("End-of-Block") im Teileprogramm, 116, dann den Schnitt abbrechen, 120, Parameter speichern, die eine spätere Rückkehr erlauben, 126, ein Neustart-Flag setzen, 128, einen Abkühlzeitgeber starten, 132, und dann bei 130 auf Vorhanden sein einer Abbruchstelle mit einem abgelaufenen Abkühlzeitgeber prüfen. Mit der Annahme, daß Abbruchpositionen verfügbar sind, wird das Steuersystem die Stelle wählen und anfahren, deren Zeitbegrenzung schon am längsten abgelaufen ist, 134, und kehrt dann zu 106 zurück, um fortzufahren. Wenn bei 134 keine Ab bruchstellen verfügbar sind, aber noch Start-Flags verblei ben, 136, wird das Steuersystem das nächste verfügbare Start- Flag wählen und mit dem Schneidkopf anfahren, 138, und dann zu 106 zurückkehren, um fortzufahren.

Wenn während der Bearbeitung eines Teils das Steuersystem bei Schritt 106 feststellt, daß die Tafeltemperatur die Warngrenze überschreitet, und bei 108 erkennt, daß der Schnitt im Gange ist, und bei 110 findet, daß die Tafeltemperatur gleich oder höher als die Abbruchgrenze ist, wird es den Schnitt sofort ab brechen, 120, Parameter speichern, die eine spätere Rückkehr erlauben, 126, ein weiteres Neustart-Flag setzen, 128, einen Abkühlzeitgeber starten, 132, und dann auf Vorhandensein einer Abbruchstelle mit einem abgelaufenen Abkühlzeitgeber prü fen, 130. Mit der Annahme, daß Abbruchpositionen verfügbar sind, wird das Steuersystem die Stelle wählen und anfahren, deren Zeitbegrenzung schon am längsten abgelaufen ist, 134, und dann zu Schritt 106 zurückkehren, um fortzufahren. Wenn bei Schritt 130 keine Abbruchstellen verfügbar sind, aber noch Start-Flags verbleiben, 136, wird das Steuersystem das nächste verfügbare Start-Flag wählen und mit dem Schneidkopf anfah ren, 138, und dann zu 106 zurückkehren, um fortzufahren.

Auf diese Weise bearbeitet das Steuersystem das Teil, bis keine Abbruchstellen verbleiben, 130, keine Start-Flags verblei ben, 136, und das Ende des Programms erreicht ist, 140, und stoppt dann bei 144.

Der Erfinder bezeichnet das in den Fig. 7 und 8 dargestellte Steuersystem als "Adaptives Temperatursteuersystem" (Adaptive Temperature Control System). Ein derartiges Steuersystem ist so gestaltet, daß es mit kommerziell erhältlichen Schachtel- (Nesting-)Programmiersystemen, nicht gezeigt, arbeiten kann, die sicherstellen, daß die Teile von innen nach außen geschnit ten werden, oder anders ausgedrückt: daß die äußere Berandung eines Teils oder einer Gruppe von Teilen nicht geschnitten wird, bis alle inneren Merkmale geschnitten sind. Das Teilepro gramm wird so modifiziert, daß eine Mehrzahl von Start-Flags bestimmten Schnitten zugeordnet werden. Diese bestimmten Schnitte werden so gewählt, daß sie Sprungpunkte zum Einleiten eines neuen Schnittes darstellen für den Fall, daß eine Schnittsequenz an früherer Stelle in dem Programm beendet oder abgebrochen wird. Diese vorab ausgewählten Schnitten im Teile programm zugeordneten Start-Flags und andere, zum Zeitpunkt des Abbrechens eines Schnittes erzeugte Flags, wie hierin gelehrt, werden verwendet, wenn die Steuerung entscheidet, welches Schnittabbruch- und/oder Startpunkt-Flag als nächstes bearbei tet werden soll.

Die Fig. 9A bis 9G sind Darstellungen eines Werkstücks mit mehrfachen Verschachtelungen, um zu zeigen, wie Flags einge richtet werden können, um Schnitt-Startpositionen zuzuweisen, und wie sie in einer gewissen Rangfolge geordnet werden können, und um zu demonstrieren, wie sich das System in Einklang mit der Erfindung von Schnitt-Startpunkt zu Schnitt-Startpunkt be wegen kann. In Verbindung mit diesen Figuren werden die folgen den Ausdrücke und Definitionen verwendet. Ein Flag ist ein Mar kierungszeichen, das von der CNC verwendet wird, um die erfin dungsgemäße adaptive Temperatursteuerung zu implementieren. In der dazugehörigen Tabelle, die am Ende dieser Beschreibung er scheint, sind die Flags numeriert, wobei jeder Nummer eine ein deutige Position hat. Flags, die mit dem Buchstaben "P" begin nen, sind mit den im vorhergehenden beschriebenen vorab festge legten Start-Flags belegt. Flags, die den Buchstaben "C" als Bezeichner tragen, sind solche, die vom Maschinensteuerungs system nach Unterbrechung eines Schnitts in Einklang mit dem erfindungsgemäßen adaptiven Temperatursteuersystem zugewiesen werden.

In der Verschachtelung identifiziert eine Gruppen-Nummer eine äußere Schachtelteilebegrenzung der ersten Ebene, die Löcher oder Teile innerhalb ihrer Berandung enthalten kann oder auch nicht. Eine Ebenen-Nummer identifiziert eine Ebene einer Beran dung innerhalb einer Gruppe. So ist zum Beispiel die Ebene 1 die äußere Begrenzung der Gruppe oder des Teils. Höhere Ebenen- Nummern identifizieren andere Löcher, Formen oder Teileberan dungen, die innerhalb einer Gruppe und innerhalb anderer Ebenen enthalten sind. So wird zum Beispiel ein Schnitt der Ebene 6 innerhalb der Berandung eines Schnitts der Ebene 5 liegen, der seinerseits innerhalb der Berandung eines Schnitts der Ebene 4 liegt usw. Eine Merkmal-Nummer identifiziert eine absolute Lage in der Verschachtelung. In der zugehörigen Tabelle hat jedes Merkmal einen zweistelligen Identifikator. Jede Stelle steht für eine Startkoordinate. So repräsentiert zum Beispiel die Merkmal-Nummer 01 die Startkoordinate des Merkmals an den Koor dinaten X und Y, die z. B. X = 1234,56 mm und Y = 9876,54 mm sein können. Diese Koordinaten definieren den Schnitt-Start punkt für das Merkmal. Das Teileprogramm definiert die Ge samtgestalt des zu schneidenden Merkmals beginnend bei den spezifizierten Koordinaten.

Es wird nun auf Fig. 9A Bezug genommen, die ein Gesamtwerk stück 34b zeigt, welches eine große Zahl von Merkmalen auf weist. Das Steuersystem der Werkzeugmaschine ist programmiert, den Schneidkopf zu verfahren, um jedes der Merkmale zu schnei den. Jede der ausgezogenen Linien in der Figur stellt also ei nen von der Werkzeugmaschine auszuführenden Schnitt dar. Wie in Fig. 9A gezeigt, sind die Merkmale in Gruppen angeordnet, wobei jede Gruppe durch eine äußere Berandung definiert ist. So ist zum Beispiel die erste Gruppe G1 die Gruppe von Merkmalen im linken unteren Teil des Werkstücks, umgeben von der äußeren Be grenzung 200. Die Gruppe G1 stellt einen Mehrfachebenen-Schnitt dar, wobei die äußere Begrenzung 200 die unterste Ebene L1 ist. Andere Formen innerhalb der äußeren Begrenzung liegen auf höhe ren Ebenen, wobei die drei zentrumnächsten profilierten Aus schnitte 201, 202 und 203 auf der höchsten Ebene liegen, näm lich L6 in diesem Beispiel.

Die Gruppe G3 im oberen linken Teil der Zeichnung zeigt ein großes Stück mit mehreren Ausschnitten und mit zwei geätzten Biegelinien 205, 206, um drei Seiten eines Kastens zu formen. Die Gruppen G4 bis G8 im unteren Teil, rechts von der Mitte des Werkstücks, repräsentieren mehrere einzelne Gruppen oder Teile, die nicht von einer gemeinsamen Berandung umgeben sind.

Eine Tabelle, welche ein Programm zum Schneiden der in Fig. 9A dargestellten Verschachtelung darstellt, ist am Ende der Be schreibung wiedergegeben. Es wurden gewisse Freiheiten in An spruch genommen, um die Länge der Programmdarstellung deutlich zu kürzen. Selbstverständlich ist dies nicht das einzige Pro gramm, mit dem die Verschachtelung geschnitten werden könnte. Es sei angenommen, ein herkömmliches Programm zum Schachteln von Teilen, spezifisch so angepaßt, daß die Schnittstartpunkt- Flags gesetzt werden, habe die Schnittordnung festgelegt. Hier bei könnte das Programm so modifiziert sein, daß nach Erzeugen des Schachtelplans verschiedenen Punkten des Teils Start-Flags zugewissen werden. In unserem Beispiel sollen die Flags den "nächsten verfügbaren Schnitt-Startpunkt" identifizieren für den Fall, daß ein Schnitt vorzeitig beendet wird. Man sieht, daß nicht alle Schnitte durch ein Startpunkt-Flag gekennzeich net sind. In der bevorzugten Ausführungsform werden nur ausge wählte Schnitte gekennzeichnet, wobei die Auswahl der Schnitte auf der Grundlage der Gesamtgeometrie des Werkstücks getroffen wird. So ist zum Beispiel der Startpunkt P02,01,02,02 dem Schnitt 21 in der Schnitt-Tabelle zugeordnet. Dieser Schnitt ist als geeigneter "nächster verfügbarer" Startpunkt gewählt für den Fall, daß ein Schnitt an irgendeinem Merkmal, das vor Schnitt 21 liegt, abgebrochen wird. Schnitt 21 wurde deshalb gewählt, weil er von jedem der Schnitte, die zu einer Abbruch bedingung geführt haben könnte, ausreichend entfernt und doch nahe genug liegt, um unerwünscht lange Verfahrwege des Schneid kopfes zu vermeiden. Andere Faktoren, welche einen Einfluß auf die Wahl eines mit Flag gekennzeichneten Startpunktes haben können, sind das Überfahren von geschnittenen Teilen mit der Düse und andere Faktoren, die dem Fachmann hinreichend bekannt sind. Auf ähnliche Weise berücksichtigt das dichte Nebeneinan der von Start-Flags an den Schnitten 21, 22 und 23, daß jeder dieser Schnitte örtlich stark abgegrenzt ist, und es besteht die Möglichkeit, sich von einer (etwa auftretenden) Überhit zungsbedingung zu einem hinreichend entfernten, aber dennoch geeignet nah benachbarten Satz von Merkmalen auf effiziente Weise zu bewegen (zum Beispiel von Schnitt 21 zu Schnitt 22).

Kurz gesagt ist das Programm dazu gedacht, die Schritte nach einander in der Reihenfolge zu durchlaufen, wie sie in der Ta belle spezifiziert ist. Wenn im Zuge des Schnittes eine Warn- oder eine Abbruchtemperaturgrenze erreicht wird, wird das Steu ersystem den Schnitt beenden und den Schneidkopf zum nächsten verfügbaren Schnitt-Startpunkt verfahren, der durch das nächste P-Flag in Folge identifiziert ist. Bei einer vorzeitigen Been digung des Schnittes wird ein neues Flag in der Tabelle in Echtzeit an dem Beendigungspunkt gesetzt. So wird zum Beispiel bei Erreichen einer Abbruchtemperaturgrenze der Schnitt sofort beendet, an dem Beendigungspunkt wird ein C-Flag gesetzt, und es werden Parameter, welche Lagekoordinaten und Schnittparame ter umfassen, gespeichert. Wie das P-Flag enthält auch das C-Flag die kompletten Informationen über den Schnitt, so daß der Schnitt zu einem späteren Zeitpunkt wiederaufgenommen wer den kann. Wenn der Abkühlzeitgeber abgelaufen ist und das Pro gramm zur nächsten verfügbaren Schnittposition in Form eines früher abgebrochenen Schnittes weitergeht, dann wird das C-Flag den Schnitt-Startpunkt ebenso identifizieren, wie das P-Flag einen Schnitt-Startpunkt für eine vorprogrammierte Position identifiziert.

Die Fig. 9H bis 9 G stellen vergrößerte Ausschnitte des Werk stücks von Fig. 9A dar, die so beschriftet wurden, daß sie ein zelne Schnitte angeben, und aus denen für den Fachmann die ver schiedenen Ebenen des Schnitts innerhalb einer bestimmten Gruppe erkennbar werden. So repräsentiert zum Beispiel Fig. 9B die Gruppe G1 von Fig. 9A. Das Programm hat die Gruppe G1 als die erste zu schneidende Gruppe gewählt. Die Schnitt-Nummern sind durch eine Zahl dargestellt, mit dem Buchstaben C als Be zeichner vorangestellt. Die Schnitt-Nummern sind fortlaufend, beginnend bei C1 bis C127. Die am Ende der Beschreibung ange hängte Tabelle identifiziert jeden dieser Schnitte der Reihe nach. Schnitt C1 befindet sich auf Ebene 6 innerhalb der Gruppe G1 und ist ein Profilloch. Liest man die Tabelle in Ver bindung mit Fig. 9B, wird ersichtlich, daß der Schnitt Num mer 1, C1, innerhalb der Gruppe 1 auf Ebene 6 ausgeführt wird, um das als "01" identifizierte Merkmal, das am weitesten innen liegende Profilloch im linken oberen Bereich des großen recht eckigen Ausschnitts, zu schneiden. Wenn dieses Merkmal abge schlossen ist, verfährt das Programm den Kopf zu Schnitt C2, ebenfalls auf Ebene 6, um das durch die Koordinaten 02 identi fizierte Merkmal zu schneiden. Der Schnitt C3 bildet einen ähn lichen Schnitt für das durch die Koordinaten 03 identifizierte Merkmal. Nachdem alle Schnitte auf Ebene 6 abgeschlossen sind, geht das Programm dann zu Schnitt C4, der auf Ebene 5 liegt, auf die Koordinaten für das auf dieser Ebene identifizierte Merkmal 01. Man sieht, daß die Durchführung des Schnittes C4 den Außendurchmesser des kleinen Teils schneidet und bewirkt, daß dieses Teil von dem Werkstück getrennt wird. Der Schnitt läuft in der in der Tabelle angegebenen Reihenfolge ab. Wenn beim Herstellen des Schnittes 012 eine Warntemperaturgrenze er reicht wird, dann wird das Steuersystem den Schnitt 012 fertig stellen, dann ein Flag C01 an dem Identifikator (01,04,07) set zen, der den Startpunkt für Schnitt C13 darstellt. In der bei gefügten Tabelle ist das genannte Flag für dieses Beispiel ein getragen. Nachdem der Schnitt 012 abgeschlossen und das Flag C01 gesetzt ist, geht das Programm zur nächsten verfügbaren Schnittposition, d. h. die durch das Flag P02 identifizierte. Es ist ersichtlich daß dieses Flag den Ort von Schnitt C21 identi fiziert, der - siehe hierzu Fig. 8B - deutlich entfernt von der Stelle liegt, an der die Temperaturgrenze überschritten worden ist. Das Steuersystem setzt dann unter fortlaufender Überwa chung der Temperatur den Schnitt fort, solange nicht eine wei tere Warn- oder Abbruchtemperaturgrenze erreicht wird. Die Teile innerhalb der Gruppe G1 sind mit Schnitt C28 abgeschlos sen, mit dem die äußere Begrenzung des Gruppe G1-Teils ge schnitten wird. Nach Abschluß dieser Gruppe geht das Programm zu Flag P05 über, um die als G2 (in der Tabelle die Gruppe 02) identifizierte Gruppe zu schneiden zu beginnen, und zwar auf Ebene 6, bei dem durch die Koordinaten 01 bezeichneten Merkmal innerhalb dieser Gruppe.

Nach Ablauf des Abkühlzeitgebers, der durch die bei Schnitt 012 aufgetretene Warnbedingung ausgelöst wurde, wird auch das Flag C01 zu einer "nächsten verfügbaren Schnittposition", und an irgendeinem Punkt wird das Programm wieder auf dieses Flag zurückkommen und den Schnitt der Teile der Gruppe G1 vervoll ständigen.

Für den Fachmann wird es ohne weiteres möglich sein, die Fig. 9B bis 9G mit der beigefügten Tabelle zu vergleichen und zu erkennen, wie alle 127 Schnitte ausgeführt werden. Wenn keine Temperaturgrenzen erreicht werden, werden die Schnitte in der in der Tabelle angeführten Reihenfolge abgearbeitet. Jedesmal dann, wenn eine Temperaturgrenze erreicht wird, wird sich die Reihenfolge ändern. Wenn eine Warntemperaturgrenze erreicht wird, wird der aktuelle, gerade in Arbeit befindliche Schnitt fertiggestellt und ein C-Flag an der Stelle des nächsten Folge schnittes gesetzt, d. h. an der nächsten geometrischen Schnitt linie. Das Programm geht dann zur nächsten verfügbaren Schnitt position, die durch das nächste P-Flag oder ein verfügbares C-Flag identifiziert ist. Wenn eine Abbruchtemperaturgrenze erreicht wird, wird der Schnitt sofort beendet, und ein C-Flag wird exakt an den Koordinaten gesetzt, wo der Schnitt abgebro chen wurde. Wie im vorherigen Fall wird auch in diesem Fall das Programm zu der nächsten verfügbaren Position übergehen, die durch ein P-Flag oder ein verfügbares C-Flag identifiziert ist, und dort mit Schneiden beginnen. In jedem Fall gilt für die C-Flags, ob sie sich nun am Beginn eines Merkmals oder an einer Zwischenposition auf dem Schnittpfad befinden, daß der Schnitt zu irgendeinem Zeitpunkt während des Programmlaufs wiederaufge nommen wird, nachdem der Abkühlzeitgeber das entsprechende C-Flag als verfügbare Schnittposition markiert hat.

Für den Fachmann wird nun erkennbar sein, daß die vorliegende Erfindung eine neue und verbesserte materialschneidende Werk zeugmaschine mit adaptiver Temperatursteuerung bereitstellt. Anders ausgedrückt: die erfindungsgemäße materialschneidende Werkzeugmaschine ist in der Lage, im voraus zu bestimmen, ob damit zu rechnen ist, daß Self-Burning eintritt, und wenn dies der Fall ist, kann der betreffende in Arbeit befindliche Schnitt abgebrochen werden und der Schneidkopf zu einem anderen Bereich des Werkstückes, wo niedrigere Temperaturen vorliegen, bewegt werden. Die Qualität der auf einer derartigen Maschine geschnittenen Teile wird dadurch gewährleistet, daß das Einset zen von Self-Burning vermieden wird.

SCHNITT-TABELLE

Claims

1. Verfahren zum Steuern einer mit einem Laser ausgerüsteten Werkzeugmaschine, wobei ein Laser betrieben wird und Maschinenbewegungen gesteuert werden, um ein Werkstück entsprechend einer gespeicherten Geometrie mit Schnitt linien zu schneiden, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Erfassen der Temperatur des Werkstücks in der Nähe der Schneiddüse;
Vergleichen der erfaßten Temperatur mit einer gespeicher ten Warntemperaturgrenze;
Erzeugen eines Warnsignals während des Schnittes, wenn die erfaßte Temperatur die gespeicherte Warngrenze erreicht; und
Ansprechen auf das Warnsignal dadurch, daß der Schnitt bei Erreichen der nächsten geometrischen Schnittlinie abgebro chen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Anspre chens auf das Warnsignal ferner umfaßt: Speichern von Parametern, welche Schnittbedingungen und Lagekoordinaten umfassen und hinreichend sind, um den abgebrochenen Schnitt wiederaufzunehmen; Erzeugen einer Bewegung zu der nächsten verfügbaren Schnittposition auf dem Werkstück und Einleiten eines Schnittes an der nächsten verfügbaren Schnittposition.

3. Verfahren nach Anspruch 2, welches ferner umfaßt: Erfassen der Temperatur des Werkstückes an der nächsten verfügbaren Schnittposition, Vergleichen der erfaßten Temperatur mit der gespeicherten Warntemperaturgrenze und Einleiten des neuen Schnittes nur dann, wenn die erfaßte Temperatur unter der gespeicherten Grenze liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend den Schritt des nachfolgenden Wiedergewinnens von gespeicherten Para metern zur Wiederaufnahme eines früher abgebrochenen Schnittes.

5. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem außerdem ein Abkühl zeitgeber zum zeitlichen Steuern einer infolge des Warn signals eingeleiteten Abkühlperiode aktiviert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend die Schritte: Aktivieren eines Abkühlzeitgebers zum zeitlichen Steuern einer infolge des Warnsignals eingeleiteten Abkühlperiode und Kennzeichnen der gespeicherten Parameter für den abge brochenen Schnitt mit einem Flag als Markierung für eine Rückkehr nach Ablauf des Ablaufzeitgebers.

7. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend die Schritte: Aktivieren eines Abkühlzeitgebers zum zeitlichen Steuern einer infolge des Warnsignals eingeleiteten Abkühlperiode, Kennzeichnen der gespeicherten Parameter für den abgebro chenen Schnitt mit einem Flag als Markierung für eine Rückkehr nach Ablauf des Abkühlzeitgebers und Setzen eines Flag auf einen Status "Fortfahren O.K", nachdem der Ab kühlzeitgeber abgelaufen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Anspre chens auf das Warnsignal ferner umfaßt: Speichern von Pa rametern, welche Schnittbedingungen und Lagekoordinaten umfassen und hinreichend sind, um den abgebrochenen Schnitt wiederaufzunehmen; Aktivieren eines Abkühlzeit gebers zum zeitlichen Steuern einer infolge des Warn signals eingeleiteten Abkühlperiode und, wenn keine ande ren Schnittpositionen verfügbar sind, Verweilen auf der augenblicklichen Position bis zum Ablauf des Abkühlzeit gebers, Wiedergewinnen der gespeicherten Parameter und Wiederaufnehmen des Schnittes.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Anspre chens auf das Warnsignal ferner umfaßt: Speichern von Parametern, welche Schnittbedingungen und Lagekoordinaten umfassen und hinreichend sind, um den abgebrochenen Schnitt wiederaufzunehmen, Aktivieren eines Abkühlzeit gebers zum zeitlichen Steuern einer infolge des Warn signals eingeleiteten Abkühlperiode und, wenn keine ande ren Schnittpositionen verfügbar sind, Verweilen auf der augenblicklichen Position bis zum Ablauf des Abkühlzeit gebers, dann Wiedergewinnen der gespeicherten Parameter, Erfassen der Temperatur des Werkstücks, Vergleichen der erfaßten Temperatur mit der Warntemperatur und, wenn die erfaßte Temperatur höher ist als die Warngrenze, Wiederho len der Schritte Speichern von Parametern, Setzen einer Flag-Markierung, Setzen eines Abkühlzeitgebers, Verweilen auf der augenblicklichen Position bis zum Ablauf des Ab kühlzeitgebers und Nachprüfen der Temperatur, bis die Tem peratur unter der Warngrenze ist, dann Wiederaufnehmen des Schnittes.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Anspre chens auf das Warnsignal weiter umfaßt: Speichern von Parametern, welche Schnittbedingungen und Lagekoordinaten umfassen und hinreichend sind, um den abgebrochenen Schnitt wiederaufzunehmen, Kennzeichnen der gespeicherten Parameter für den abgebrochenen Schnitt mit einem Flag als Markierung für eine Rückkehr, Setzen eines Abkühlzeit gebers zum zeitlichen Steuern einer Abkühlperiode, Erzeu gen einer Bewegung zu der nächsten verfügbaren Schnittpo sition, Einleiten eines neuen Schnittes an der nächsten verfügbaren Schnittposition und Setzen des Flag für den abgebrochenen Schnitt auf einen Status "Fortführen O.K", nachdem die Abkühlzeit abgelaufen ist.

11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Anspre chens auf das Warnsignal ferner umfaßt: Speichern von Parametern, welche Schnittbedingungen und Lagekoordinaten umfassen und hinreichend sind, um den abgebrochenen Schnitt wiederaufzunehmen, Kennzeichnen der gespeicherten Parameter für den abgebrochenen Schnitt mit einem Flag als Markierung für eine Rückkehr, Setzen eines Abkühlzeit gebers zum zeitlichen Steuern einer Abkühlperiode, Erzeu gen einer Bewegung zu einer nächsten verfügbaren Schnitt position, Erfassen der Temperatur des Werkstücks an der nächsten verfügbaren Schnittposition, Vergleichen der er faßten Temperatur mit einer Warntemperaturgrenze, Erzeugen einer Bewegung zu einer weiteren verfügbaren Schnittposi tion, wenn die erfaßte Temperatur innerhalb vorbestimmter Toleranzen in bezug auf die Warngrenze liegt, und Setzen des Flag des abgebrochenen Schnittes auf einen Status "Fortführen O.K", nachdem die Abkühlzeit abgelaufen ist.

12. Verfahren zum Steuern einer mit einem Laser ausgerüsteten Werkzeugmaschine, wobei ein Laser betrieben wird und Maschinenbewegungen gesteuert werden, um ein Werkstück zu schneiden, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Erfassen der Temperatur des Werkstücks in der Nähe der Schneiddüse;
Vergleichen der erfaßten Temperatur mit einer gespeicher ten Warntemperaturgrenze;
Erzeugen eines Warnsignals während des Schnittes, wenn die erfaßte Temperatur die gespeicherte Warngrenze erreicht;
Ansprechen auf das Warnsignal dadurch, daß Vorbereitungen getroffen werden, um den Schnitt bei Erreichen der näch sten geometrischen Schnittlinie abzubrechen,
Fortsetzen des Schnittes entlang der Bahn zur nächsten geometrischen Schnittlinie hin, während die erfaßte Tempe ratur mit einer gespeicherten Abbruchtemperaturgrenze ver glichen wird, die höher ist als die gespeicherte Warntem peraturgrenze;
Erzeugen eines Abbruchsignals, wenn die erfaßte Temperatur während des Schnittes die gespeicherte Abbruchgrenze vor Erreichen der nächsten geometrischen Schnittlinie er reicht; und
Ansprechen auf das Abbruchsignal dadurch, daß der Schnitt abgebrochen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Schritt des An sprechens auf das Abbruchsignal ferner umfaßt: Speichern von Parametern, welche Schnittbedingungen und Lagekoordi naten umfassen und hinreichend sind, um den beendeten Schnitt wiederaufzunehmen; Erzeugen einer Bewegung zu der nächsten verfügbaren Schnittposition auf dem Werkstück und Einleiten eines Schnittes an der nächsten verfügbaren Schnittposition.

14. Verfahren nach Anspruch 13, welches ferner umfaßt: Erfas sen der Temperatur des Werkstückes an der nächsten verfüg baren Schnittposition, Vergleichen der erfaßten Temperatur mit der gespeicherten Warntemperaturgrenze und Einleiten des neuen Schnittes nur dann, wenn die erfaßte Temperatur unter der gespeicherten Grenze liegt.

15. Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend den Schritt des nachfolgenden Wiedergewinnens von gespeicherten Para metern zur Wiederaufnahme eines früher beendeten Schnit tes.

16. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem außerdem ein Abkühl zeitgeber zum zeitlichen Steuern einer infolge des Ab bruchsignals eingeleiteten Abkühlperiode aktiviert wird.

17. Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend die Schritte: Aktivieren eines Abkühlzeitgebers zum zeitlichen Steuern einer infolge des Abbruchsignals eingeleiteten Abkühlperi ode und Kennzeichnen der gespeicherten Parameter für den abgebrochenen Schnitt mit einem Flag als Markierung für eine Rückkehr nach Ablauf des Abkühlzeitgebers.

18. Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend die Schritte: Aktivieren eines Abkühlzeitgebers zum zeitlichen Steuern einer infolge des Abbruchsignals eingeleiteten Abkühlperi ode, Kennzeichnen der gespeicherten Parameter für den ab gebrochenen Schnitt mit einem Flag als Markierung für eine Rückkehr nach Ablauf des Abkühlzeitgebers und Setzen des Flag auf einen Status "Fortführen O.K", nachdem der Ab kühlzeitgeber abgelaufen ist.

19. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Schritt des An sprechens auf das Abbruchsignal ferner umfaßt: Speichern von Parametern, welche Schnittbedingungen und Lagekoordi naten umfassen und hinreichend sind, um den abgebrochenen Schnitt wiederaufzunehmen, Aktivieren eines Abkühlzeit gebers zum zeitlichen Steuern einer infolge des Abbruch signals eingeleiteten Abkühlperiode und, wenn keine ande ren Schnittpositionen verfügbar sind, Verweilen auf der augenblicklichen Position bis zum Ablauf des Abkühlzeit gebers, Wiedergewinnen der gespeicherten Parameter und Wiederaufnehmen des Schnittes.

20. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Schritt des An sprechens auf das Abbruchsignal ferner umfaßt: Speichern von Parametern, welche Schnittbedingungen und Lagekoordi naten umfassen und hinreichend sind, um den abgebrochenen Schnitt wiederaufzunehmen, Aktivieren eines Abkühlzeit gebers zum zeitlichen Steuern einer infolge des Abbruch signals eingeleiteten Abkühlperiode und, wenn keine ande ren Schnittpositionen verfügbar sind, Verweilen auf der augenblicklichen Position bis zum Ablauf des Abkühlzeit gebers, dann Wiedergewinnen der gespeicherten Parameter, Erfassen der Temperatur des Werkstücks, Vergleichen der erfaßten Temperatur mit der Warntemperatur und, wenn die erfaßte Temperatur höher ist als die Warngrenze, Wiederho len der Schritte Speichern von Parametern, Setzen einer Flag-Markierung, Setzen eines Abkühlzeitgebers, Verweilen auf der augenblicklichen Position bis zum Ablauf des Ab kühlzeitgebers und Nachprüfen der Temperatur, bis die Tem peratur unter der Warngrenze ist, dann Wiederaufnehmen des Schnittes.

21. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Schritt des An sprechens auf das Abbruchsignal weiter umfaßt: Speichern von Parametern, welche Schnittbedingungen und Lagekoordi naten umfassen und hinreichend sind, um den abgebrochenen Schnitt wiederaufzunehmen, Kennzeichnen der gespeicherten Parameter für den abgebrochenen Schnitt mit einem Flag als Markierung für eine Rückkehr, Setzen eines Abkühlzeit gebers zum zeitlichen Steuern einer Abkühlperiode, Erzeu gen einer Bewegung zu einer nächsten verfügbaren Schnitt position, Einleiten eines neuen Schnittes an der nächsten verfügbaren Schnittposition und Setzen des Flag für den abgebrochenen Schnitt auf einen Status "Fortführen O.K", nachdem die Abkühlzeit abgelaufen ist.

22. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Schritt des An sprechens auf das Abbruchsignal ferner umfaßt: Speichern von Parametern, welche Schnittbedingungen und Lagekoordi naten umfassen und hinreichend sind, um den abgebrochenen Schnitt wiederaufzunehmen, Kennzeichnen der gespeicherten Parameter für den abgebrochenen Schnitt mit einem Flag als Markierung für eine Rückkehr, Setzen eines Abkühlzeit gebers zum zeitlichen Steuern einer Abkühlperiode, Erzeu gen einer Bewegung zu einer nächsten verfügbaren Schnitt position, Erfassen der Temperatur des Werkstücks an der nächsten verfügbaren Schnittposition, Vergleichen der er faßten Temperatur mit einer Warntemperaturgrenze, Erzeugen einer Bewegung zu einer weiteren verfügbaren Schnittposi tion, wenn die erfaßte Temperatur innerhalb vorbestimmter Toleranzen in bezug auf die Warngrenze liegt, und Setzen des Flag des abgebrochenen Schnittes auf einen Status "Fortführen O.K", nachdem die Abkühlzeit abgelaufen ist.

23. Verfahren zum Steuern einer mit einem Laser ausgerüsteten Werkzeugmaschine, wobei ein Laser betrieben wird und Bewe gungen gesteuert werden, um ein Werkstück mit dem Laser zu schneiden, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Erfassen der Temperatur des Werkstücks in der Nähe des Schnittes;
Vergleichen der erfaßten Temperatur mit einer gespeicher ten Warntemperaturgrenze;
Erzeugen eines Warnsignals während des Schnittes, wenn die erfaßte Temperatur die gespeicherte Warngrenze erreicht; und
Ansprechen auf das Warnsignal durch Abbrechen des Schnit tes, Warten, bis die Temperatur unter die Warntemperatur fällt, dann Wiederaufnehmen des Schnittes.

24. Verfahren zum Steuern einer mit einem Laser ausgerüsteten Werkzeugmaschine, welche dafür eingerichtet ist, Schnitte in einem Werkstück zu erzeugen, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Erfassen der Temperatur des Werkstücks in der Nähe des Schnittes, bei dem das Einsetzen von Self-Hurning vorher sehbar ist; und
Ergreifen von Korrekturmaßnahmen vor dem Einsetzen, um das Self-Burning zu vermeiden.

25. Mit einem Laser ausgerüstete Werkzeugmaschine, welche in Kombination umfaßt:
eine Laserquelle, welche einen Laserstrahl abgibt und einen Steuereingang für einen Prozessor aufweist;
einen Schneidkopf zum Fokussieren des Laserstrahls auf ein zu schneidendes Werkstück, wobei der Schneidkopf in bezug auf das Werkstück selektiv positionierbar ist, um Formen in das Werkstück zu schneiden;
ein Antriebssystem zum Steuern der Relativbewegung zwischen dem Schneidkopf und dem Werkstück;
einen Temperatursensor, der in bezug auf den Schneidkopf so angeordnet ist, daß er die Temperatur des Werkstücks in der Nähe des Schnittes erfaßt; und
einen Prozessor in elektrischer Verbindung mit dem Tempe ratursensor, dem Antrieb und dem Steuereingang des Lasers, wobei der Prozessor Speicherplätze für Temperaturgrenzen aufweist, die eine Vorhersage für das Einsetzen von Self- Burning darstellen; wobei der Prozessor programmiert ist, die erfaßte Temperatur mit einer gespeicherten Grenze zu vergleichen und eine Abbruchbedingung zu signalisieren, wenn die erfaßte Temperatur eine vorbestimmte Toleranz in bezug auf die gespeicherte Grenze erreicht, wobei der Pro zessor programmiert ist, auf eine Abbruchbedingung dadurch anzusprechen, daß der Schnitt vor Heginn des Self-Burning abgebrochen wird.

26. Werkzeugmaschine nach Anspruch 25, wobei der Prozessor außerdem so programmiert ist, daß er auf ein Abbruchbedin gungssignal dadurch anspricht,
daß Schnittbedingungen zum Zeitpunkt des Abbruchs gespei chert werden;
daß Koordinaten der Lage des Schnittes zum Zeitpunkt des Abbruchs gespeichert werden;
daß die gespeicherten Schnitt- und Lagekoordinatendaten mit einem Flag als Markierung für eine Rückkehr gekenn zeichnet werden;
daß ein Abkühlzeitgeber gestartet wird; und
daß eine Bewegung zu einer nächsten verfügbaren Schnitt position erzeugt wird, um das Schneiden wiederaufzunehmen.

27. Werkzeugmaschine nach Anspruch 25, wobei der Prozessor das Flag des abgebrochenen Schnittes auf einen Status "Rück kehr O.K." setzt, nachdem der Abkühlzeitgeber abgelaufen ist.

28. Werkzeugmaschine nach Anspruch 25, wobei der Prozessor programmiert ist, die als Antwort auf eine Abbruchbedin gung gespeicherten Schnittbedingungen wiederzugewinnen und den unterbrochenen Schnitt an dem Unterbrechungspunkt wie deraufzunehmen.

29. Werkzeugmaschine nach Anspruch 25, wobei der Prozessor programmiert ist, vor Wiederaufnahme des unterbrochenen Schnittes die Temperatur des Werkstücks zu prüfen.

30. Werkzeugmaschine nach Anspruch 25, wobei der Prozessor eine erste Schnittstelle abbricht und die Bewegung auf eine zweite Schnittstelle richtet, wenn die erfaßte Tempe ratur an der ersten Schnittstelle eine vorbestimmte Tempe raturgrenze überschreitet.

31. Werkzeugmaschine nach Anspruch 25, wobei der Prozessor beim Erzeugen der Bewegung zu der nächsten verfügbaren Schnittposition die Bewegung auf eine frühere, mit Flag gekennzeichnete Abbruchposition richten kann.

32. Werkzeugmaschine nach Anspruch 25, wobei der Prozessor eine Warntemperaturgrenze speichert, die niedriger ist als eine Abbruchtemperaturgrenze, und eine Warnbedingung si gnalisiert, wenn die erfaßte Temperatur die Warngrenze er reicht oder überschreitet, wobei der Prozessor unter der Warnbedingung für folgendes programmiert ist:
Vervollständigen des gerade in Arbeit befindlichen Schnit tes, bis eine Schnittende-Position erreicht ist, und da nach

a) Unterbrechen des Lasers, um den Schnitt zu unter brechen;
b) Speichern von Schnittbedingungen zum Zeitpunkt des Abbruchs;
c) Speichern von Lagekoordinaten der Position des Schneidkopfs zum Zeitpunkt des Abbruchs;
d) Kennzeichnen der gespeicherten Parameter, welche Schnittbedingungen und Lagekoordinaten umfassen, mit einem Flag als Markierung für eine Rückkehr; und
e) Einleiten einer Bewegung zu der nächsten verfüg baren Schnittposition.

33. Werkzeugmaschine zum thermischen Schneiden mit einem auto matischen Steuersystem mit Mitteln zum Beurteilen des Ri sikos des Einsetzens von Self-Burning und Mitteln zum An sprechen auf die Risikobeurteilung derart, daß das Self- Burning vermieden wird.

34. Mit einem Laser ausgestattete Werkzeugmaschine, welche ei nen Laser, einen motorisierten Antrieb zum Bewirken der Relativbewegung zwischen einem Schneidkopf und einem Werk stück aufweist, um Formen in verschiedenen Bereichen des Werkstücks zu schneiden, und eine computernumerische Steuerung zum Steuern des Lasers und zum Steuern der Bewe gung des motorisierten Antriebs, wobei die Kombination um faßt:
einen Temperatursensor zum Überwachen der Temperatur des Werkstücks in der Nähe des Schnittes und zum Erzeugen eines Temperatursignals;
einen Speicher zum Speichern einer Temperaturgrenze, wel che eine Vorhersage für das Einsetzen von Self-Burning darstellt;
einen Komparator zum Vergleichen des Temperatursignals mit der Grenze und zum Erzeugen eines Abbruchsignals, wenn das Temperatursignal die Grenze erreicht; und
wobei der Laser einen Steuereingang aufweist, der auf das Abbruchsignal anspricht, um den Laserstrahl abzuschalten, bevor Self-Burning einsetzt.

35. Werkzeugmaschine nach Anspruch 34, ferner umfassend einen Zeitgeber zum Registrieren der seit dem Abbruchsignal ver strichenen Zeit und zum Erzeugen eines Signals "Wiederauf nahme O.K.", nachdem eine vorbestimmte Abkühlzeitspanne abgelaufen ist.

36. Werkzeugmaschine nach Anspruch 34, ferner umfassend einen Speicherplatz zum Speichern einer Mehrzahl von den Vorher sagen für das Einsetzen von Self-Burning darstellenden Temperaturgrenzen für eine Mehrzahl von Materialien und eine Benutzereingabestation zum Eingeben von Informationen über ein bestimmtes zu schneidendes Material, um so die mit dem jeweiligen Material verbundene Temperaturgrenze auszuwählen.

37. Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks mit einer mit einem Laser ausgestatteten Werkzeugmaschine unter der Kon trolle eines Teileprogramms, welches Startpunkt-Flag für eine in dem Werkstück herzustellende Mehrzahl von Folge schnitten setzt, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Betreiben der Werkzeugmaschine in Einklang mit dem Teile programm, um die Teile zu schneiden;
Überwachen der Werkstücktemperatur, um das Risiko des Ein setzens von Self-Burning kontinuierlich zu beurteilen;
Ansprechen auf ein Risiko des Einsetzens von Self-Burning während eines aktiven Schnittes durch:

a) Beendigung des aktiven Schnittes;
b) Sprung zu einem neuen Schnitt, welcher durch ein Flag in dem Teileprogramm identifiziert ist; und
c) Setzen eines Neustart-Flag, um den beendeten Schnitt für eine spätere Vervollständigung zu mar kieren.

38. Verfahren nach Anspruch 37, wobei der Schritt des Beendens des aktiven Schnittes umfaßt, den aktiven Schnitt bis zum Erreichen einer geometrischen Schnittlinie in dem Teile programm fortzusetzen und dann den Schnitt abzubrechen.

39. Verfahren nach Anspruch 37, wobei der Schritt des Beendens des aktiven Schnittes umfaßt, den aktiven Schnitt sofort abzubrechen.

40. Verfahren nach Anspruch 37, welches als weiteren Schritt umfaßt: Ansprechen auf ein Risiko des Einsetzens von Self- Burning während eines weiteren aktiven Schnittes durch:

a) Beendigung des gerade aktiven Schnittes;
b) Sprung zu einem neuen Schnitt, welcher durch ein Neustart-Flag identifiziert ist, und
c) Setzen eines neuen Neustart-Flag, um den beendeten Schnitt zur späteren Vervollständigung zu markie ren.

41. Verfahren zum Ändern der Ablauffolge eines Teileprogramms, welches eine mit einem Laser ausgestattete Werkzeug maschine zu steuern vermag, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Bereitstellen einer Mehrzahl von Start-Flags, welche eine Folge von Schnitten identifizieren;
Bereitstellen einer Unterbrechung eines aktiven Schnittes in der Folge;
Setzen eines Neustart-Flag an dem Unterbrechungspunkt; und
Sprung zu einem neuen Start-Flag in der Folge.

42. Modifiziertes Teileprogramm zum Definieren einer Folge von Schnitten für eine mit einem Laser ausgestattete Werkzeug maschine, wobei das Teileprogramm so modifiziert ist, daß es die Änderung der definierten Schnittfolge als Antwort auf während einer Schneidoperation detektierte Bedingungen erlaubt, wobei das Teileprogramm in Kombination umfaßt:
eine Mehrzahl von Anweisungen, die Schnitte identifizie ren, welche in einer Folge organisiert sind, der in einer Schneidoperation zu folgen ist; und
eine Mehrzahl von mit bestimmten Schnitten verbundenen Start-Flags, die als Sprungpunkte zum Einleiten eines neuen Schnittes unter den Bedingungen einer geänderten Schnittfolge ausgewählt sind.