DE102006017629A1 - Industrial laser cutting or welding process and assembly has sensor for correction of dynamically induced errors - Google Patents

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Abstract

In a laser operated cutting process, a laser emitter is fitted to a support that flexes dynamically in high speed operation resulting in an imprecise cutting track. The laser head is fitted with a sensor that determines beam deviation from a target position and issues a correctional command.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Laserbearbeitung entlang einer vorbestimmten Bearbeitungsbahn auf einem Werkstück, bei dem das Werkstück relativ zu einem Laserbearbeitungskopf bewegt wird und zugleich der aus dem Laserbearbeitungskopf austretende Laserstrahl relativ zu dem Laserbearbeitungskopf abgelenkt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine zur Durchführung des Verfahrens bestimmte, mit einer Steuereinheit ausgestattete Vorrichtung zur linienförmigen Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines aus einem Laserbearbeitungskopf austretenden Laserstrahls, wobei einerseits der Laserbearbeitungskopf relativ zu dem Werkstück mittels eines Antriebes beweglich ist und andererseits zugleich der Laserstrahl relativ zu dem Laserbearbeitungskopf ablenkbar ist.The The invention relates to a method for laser processing along a predetermined machining path on a workpiece, in which the workpiece relative is moved to a laser processing head and at the same time the the laser processing head exiting laser beam relative to the Laser processing head is distracted. Furthermore, the invention relates one to carry of the procedure, equipped with a control unit Device for linear Machining a workpiece by means of a laser beam emerging from a laser processing head, on the one hand the laser processing head relative to the workpiece by means of a drive is movable and on the other hand at the same time the laser beam is deflectable relative to the laser processing head.

Eine gattungsgemäßes Verfahren sowie derartige Vorrichtungen sind beispielsweise durch die DE 103 21 123 A1 bekannt, die eine Vorrichtung zur Laserbearbeitung mit einem Schneidkopf offenbart, der gegenüber einer Auflage für ein zu bearbeitendes Werkstück relativ beweglich ausgeführt ist. Die Vorrichtung weist zusätzlich zur Positionierung des Laserstrahls auf der Oberfläche des Werkstücks eine verstellbare Umlenkeinheit auf. Der Verstellbereich der Umlenkeinheit ist dabei durch die Düsenöffnung einer Düse bestimmt, durch die der Laserstrahl zugleich mit einem Druckgas auf die zu bearbeitende Oberfläche gelenkt wird. Zur Laserbearbeitung kann sowohl der Schneidkopf als auch der Laserstrahl relativ zu dem Werkstück überlagert bewegt werden, um so die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen.A generic method and such devices are for example by the DE 103 21 123 A1 discloses a device for laser processing with a cutting head disclosed which is relatively movable relative to a support for a workpiece to be machined. In addition to the positioning of the laser beam on the surface of the workpiece, the device has an adjustable deflection unit. The adjustment of the deflection is determined by the nozzle opening of a nozzle through which the laser beam is simultaneously directed with a pressurized gas to the surface to be processed. For laser processing, both the cutting head and the laser beam can be moved superimposed relative to the workpiece so as to increase the processing speed.

Die EP 07 81 622 A2 bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Laserschweißen bei dem mehrere Laserstrahlen auf eine Kontaktstelle zwischen zwei Werkstücken gerichtet werden. Der Vorschubbewegung des Werkstückes wird eine oszillierende Bewegung der Laserstrahlen quer zu der Vorschubbewegung überlagert, so dass die Laserstrahlen über die Kontaktstelle hinaus pendeln.The EP 07 81 622 A2 refers to an apparatus and method for laser welding in which a plurality of laser beams are directed to a contact point between two workpieces. The advancing movement of the workpiece is superimposed on an oscillating movement of the laser beams transversely to the advancing movement, so that the laser beams oscillate beyond the contact point.

Ein ähnliches Verfahren zum Verschweißen von aneinander stoßenden Werkstücken mittels zwei oder mehr Laserstrahlen beschreibt auch bereits die US 53 03 081 A . Die Laserstrahlen oszillieren dabei senkrecht zur Ausdehnungsrichtung einer Werkstücknahtstelle.A similar method for welding abutting workpieces by means of two or more laser beams already describes the US 53 03 081 A , The laser beams oscillate perpendicular to the direction of expansion of a workpiece seam.

Die US 65 34 740 B1 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abtasten einer Objektfläche mit einem Laserstrahl, insbesondere zum selektiven Laser-Schmelzen von Metallpulver zur Herstellung eines Formkörpers. Die Vorrichtung hat eine Plottermechanik mit zwei Linearachsen, über die ein Trägerelement über der Objektfläche positioniert und bewegt werden kann. Außerdem weist die Vorrichtung eine optische Einrichtung, die den Laserstrahl zum Trägerelement führt sowie eine Abtasteinrichtung am Trägerelement, die den Laserstrahl auf die Objektfläche lenkt und in einem vorgebbaren Winkelbereich hin- und herbewegt, auf. Dabei sollen Vorteile der schnellen Bewegung eines fokussierten Laserstrahls mittels eines Scanners mit den Vorteilen der von der Brennweite der Fokussieroptik unabhängigen Größe des Bearbeitungsfeldes durch die Bewegung des Strahls mittels eines Plotters erreicht werden.The US 65 34 740 B1 relates to a device and a method for scanning an object surface with a laser beam, in particular for the selective laser melting of metal powder for producing a shaped body. The device has a plotter mechanism with two linear axes, via which a carrier element can be positioned and moved over the object surface. In addition, the device has an optical device which guides the laser beam to the carrier element and a scanning device on the carrier element which directs the laser beam to the object surface and reciprocates in a predeterminable angular range. In this case, advantages of the fast movement of a focused laser beam by means of a scanner with the advantages of independent of the focal length of the focusing optics size of the processing field by the movement of the beam are achieved by means of a plotter.

Die EP 12 50 975 A2 offenbart eine Vorrichtung zum Härten eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls. Hierzu wird eine Düse, durch die der Laserstrahl austritt, zu einer vorbestimmten Position verfahren und dann der Laserstrahl auf das Werkstück gerichtet, wobei der Laserstrahl mittels eines beweglichen Spiegels ablenkbar ist.The EP 12 50 975 A2 discloses an apparatus for curing a workpiece by means of a laser beam. For this purpose, a nozzle, through which the laser beam emerges, is moved to a predetermined position and then the laser beam is directed onto the workpiece, wherein the laser beam can be deflected by means of a movable mirror.

Weitere Vorrichtungen zur Laserbearbeitung sind auch durch die US 44 19 675 , die US 2003 0038120 A1 sowie die EP 12 28 835 A1 bekannt.Other devices for laser processing are also by the US 44 19 675 , the US 2003 0038120 A1 as well as the EP 12 28 835 A1 known.

Bei dem gesamten zuvor beschriebenen Stand der Technik wird die Bearbeitungsbahn dadurch erzeugt, dass einer durch ein Steuerprogramm vorgegebenen Relativbewegung des Werkstücks zu dem Laserbearbeitungskopf als Grundbewegung eine Ablenkung des Laserstrahls überlagert wird, so dass eine Abweichung der Grundbewegung ebenso wie eine fehlerhafte Ablenkung des Laserstrahls zu einer entsprechenden Abweichung der Istposition von der Sollposition führt.at the entire prior art described above becomes the machining path generated by one given by a control program Relative movement of the workpiece to the laser processing head as a basic movement a deflection of the Laser beam overlaid so that a deviation of the basic motion as well as a faulty deflection of the laser beam to a corresponding deviation the actual position leads from the target position.

Als nachteilig erweisen sich in der Praxis die mit der Relativbewegung des Laserbearbeitungskopfs gegenüber dem Werkstück verbundenen dynamischen Kräfte, die dazu führen, dass die Beschleunigung selbst dann nicht beliebig gesteigert werden kann, wenn die hierzu erforderliche Antriebsleistung grundsätzlich verfügbar ist. Vielmehr bedingen höhere dynamische Kräfte eine entsprechende konstruktive Auslegung der Vorrichtung, mit der in der Praxis eine Erhöhung der bewegten Masse verbunden ist, so dass sich auf diese Weise keine weitere Verbesserung erreichen lässt.When disadvantageous prove in practice with the relative movement of the laser processing head opposite the workpiece connected dynamic forces, that lead to, that the acceleration can not be increased arbitrarily, if the drive power required for this is always available. Rather, higher causes dynamic forces a corresponding constructive design of the device, with the in practice an increase connected to the moving mass, so that in this way no achieve further improvement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, die Bearbeitungsgeschwindigkeit weiter zu steigern. Dabei sollen insbesondere Einschränkungen hinsichtlich der Bearbeitungsgenauigkeit vermieden werden. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine zur Durchführung bestimmte Vorrichtung zu schaffen.Of the Invention has for its object to provide a way that Further increase processing speed. It should in particular restrictions be avoided in terms of machining accuracy. Farther The invention is based on the object, one intended for implementation To create device.

Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.The The first object is achieved with a method according to the features of Claim 1 solved. The dependent claims concern particularly expedient further education the invention.

Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem eine bei der Relativbewegung des Werkstücks zu dem Laserbearbeitungskopf auftretende Abweichung der Istposition von der Sollposition erfasst und daraus ein Korrekturwert für die Ablenkung des Laserstrahls relativ zu dem Laserbearbeitungskopf auf die Sollposition bestimmt und der Laserstrahl entsprechend abgelenkt wird. Hierdurch wird es erstmals möglich, die Bearbeitung des Werkstückes selbst dann zuverlässig und mit reproduzierbarer Genauigkeit durchzuführen, wenn aufgrund der dynamischen Kräfte des Systems eine Abweichung der Istposition von der Sollposition erfasst wird. Insbesondere wird also der Laserbearbeitungskopf mit einer maximalen Relativgeschwindigkeit bewegt, wobei lediglich die Abweichung der Istposition von der Sollposition den Bereich der maximalen Ablenkung des Laserstrahls relativ zu dem Laserbearbeitungskopf nicht überschreiten darf. Aufgrund der damit einhergehenden geringeren Anforderungen an die Positionierungsgenauigkeit sowie die konstruktiven Anforderungen an das System können somit auch die mit der Herstellung der zur Durchführung bestimmten Vorrichtung verbundenen Kosten reduziert werden. Erfindungsgemäß kommt es also nicht darauf an, dass durch die Relativbewegung des Werkstücks zu dem Laserbearbeitungskopf die Istposition erreicht wird oder erreichbar ist, sondern es wird durch diese Relativbewegung lediglich sichergestellt, dass die erzielte Annäherung die Ablenkung des Laserstrahls auf die Istposition gestattet.According to the invention is thus a method is provided in which one during the relative movement of the workpiece to the Laser processing head occurring deviation of the actual position of the setpoint position is detected and from this a correction value for the deflection of the laser beam relative to the laser processing head to the target position determined and the laser beam is deflected accordingly. This will it possible for the first time the machining of the workpiece even then reliable and perform with reproducible accuracy, if due to the dynamic personnel the system is a deviation of the actual position of the target position is detected. In particular, therefore, the laser processing head with a maximum relative speed moves, with only the deviation the actual position of the target position is the range of the maximum deflection of the Do not exceed the laser beam relative to the laser processing head may. Due to the associated lower requirements to the positioning accuracy and the design requirements to the system thus also with the production of the device intended for implementation associated costs are reduced. According to the invention comes It is therefore not important that by the relative movement of the workpiece to the Laser processing head the actual position is reached or reachable is, but it is only ensured by this relative movement, that achieved rapprochement allows the deflection of the laser beam to the actual position.

Als besonders vorteilhaft erweist sich dabei eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Überschwingen bei der Relativbewegung von Werkstück und Laserbearbeitungskopf erfasst und daraus eine der Relativbewegung entgegengesetzte Ablenkung des Laserstrahls eingestellt wird. Hierdurch werden also die beiden Relativbewegungen von Werkstück und Laserbearbeitungskopf einerseits und der Ablenkung des Laserstrahls relativ zu dem Laserbearbeitungskopf andererseits einander derart überlagert, dass sich daraus eine Bewegung entlang der jeweiligen Sollposition ergibt. Das insbesondere systembedingte Überschwingen bei der Bewegung des angetriebenen Laserbearbeitungskopfes oder der angetriebenen Werkstückaufnahme, wird demnach also in einfacher Weise ebenso ausgeglichen, wie unerwünschte Umgebungseinflüsse.When an embodiment proves to be particularly advantageous the present invention, in which an overshoot in the relative movement of workpiece and laser processing head detects and from this one of the relative movement opposite deflection of the laser beam is adjusted. hereby Thus, the two relative movements of workpiece and laser processing head on the one hand and the deflection of the laser beam relative to the laser processing head on the other hand superimposed on each other, that results in a movement along the respective desired position results. The particular systemic overshoot in the movement powered laser processing head or powered Workpiece holder, Therefore, it is compensated in a simple manner as well as undesirable environmental influences.

Dabei erweist es sich auch als besonders zweckmäßig, wenn die Annäherung des Laserbearbeitungskopfes an die Sollposition erfasst und vorauseilend eine Ablenkung des Laserstrahls auf die Sollposition eingestellt wird. Auf diese Weise wird nicht lediglich die Dauer während der unbeabsichtigt zunehmenden Entfernung des Laserbearbeitungskopfes von dem Werkstück für den Ausgleich der Bewegung durch die entsprechende Strahlablenkung genutzt, sondern vielmehr die gesamte Dauer des Aufenthaltes des Laserbearbeitungskopfes in dem maximalen Ablenkungsbereich des Laserstrahls in Bezug auf die Sollposition. Die Annäherung des Laserbearbeitungskopfes wird dabei beispielsweise als eine Annäherung einer fiktiven Geraden entsprechend der Neutrallage oder Mittellage des Laserstrahls innerhalb des maximalen Ablenkungsbereichs als Schnittpunkt auf dem Werkstück gegenüber der Sollposition des Laserstrahls auf dem Werkstück bestimmt. Dabei ist es auch denkbar, aufgrund zuvor erfasster Messwerte oder in einer Datenbank abgelegter Parameter eine Voreinstellung der Laserstrahlablenkung im Hinblick auf eine voraussichtliche Abweichung oder Annäherung vorzunehmen.there it also proves to be particularly useful when the rapprochement of the Laser processing head detected to the target position and leading a deflection of the laser beam is set to the desired position becomes. In this way, not only the duration during the unintentionally increasing the distance of the laser processing head from the workpiece for the Compensation of the movement used by the corresponding beam deflection, but rather the entire duration of the stay of the laser processing head in the maximum deflection range of the laser beam with respect to the target position. The approach The laser processing head is doing, for example, as an approximation of fictitious line corresponding to the neutral position or middle position of the Laser beam within the maximum deflection range as an intersection on the workpiece across from determines the target position of the laser beam on the workpiece. And that's it conceivable, based on previously acquired measured values or stored in a database Parameter presetting the laser beam deflection in terms to make an anticipated deviation or approximation.

Eine andere, ebenfalls besonders Erfolg versprechende Abwandlung wird dadurch erreicht, dass mittels des Verfahrens eine Durchbrechung in das Werkstück eingebracht wird, um so beispielsweise nahezu beliebige Konturen in elektronische Bauelemente oder für deren Fertigung bestimmte Werkzeuge oder Hilfsmittel einzubringen.A another, also particularly promising modification becomes achieved in that by means of the method an opening into the workpiece is introduced, so for example, almost any contours in electronic components or intended for their production To introduce tools or aids.

Beispielsweise kann auch gemäß einer weiteren vorteilhaften Abwandlung des Verfahrens durch die der Relativbewegung von Werkstück und Laserbearbeitungskopf überlagerte Ablenkung des Laserstrahls relativ zu dem Laserbearbeitungskopf eine im Wesentlichen gerade Schnittkante erzeugt werden, die anderenfalls nach dem Stand der Technik an dem Werkstück abgebildete Fehlereinflüsse dynamischer Kräfte aufweisen würde. In einfacher Weise kann so beispielsweise eine Schablone oder Maske für einen flächigen Laserabtrag hergestellt werden.For example can also according to a further advantageous modification of the method by the relative movement of workpiece and laser processing head overlaid Deflection of the laser beam relative to the laser processing head a substantially straight cutting edge are generated, the otherwise According to the prior art have on the workpiece imaged fault influences dynamic forces would. In a simple way, for example, a template or mask for a flat laser ablation getting produced.

Die Ablenkung des Laserstrahls kann grundsätzlich mit einem beliebigen, ein Stellmittel aufweisenden Reflektor durchgeführt werden. Besonders Erfolg versprechend ist hingegen eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem der Laserstrahl mittels eines ein piezoelektrisch betätigbaren Stellmittel aufweisenden Reflektors abgelenkt wird. Hierdurch werden sehr geringe Reaktionszeiten bei der Strahlablenkung erreicht, so dass ein Ausgleich nahezu beliebiger äußerer oder dynamischer Einflüsse ausgeglichen werden kann.The Distraction of the laser beam can in principle with any, an adjusting means having reflector are performed. Especially success By contrast, an embodiment of the method according to the invention is promising. wherein the laser beam by means of a piezoelectrically actuated Deflector having deflecting means is deflected. This will be achieved very low response times in the beam deflection, so that compensates for a compensation of almost any external or dynamic influences can be.

Dabei erweist es sich in als besonders zweckmäßig, wenn während der Relativbewegung des Laserbearbeitungskopfs gegenüber dem Werkstück die Ist-Position mit der Soll-Position verglichen und anschließend eine Ablenkung des Laserstrahls nur dann eingestellt wird, wenn der Betrag der Soll-Ist-Differenz innerhalb eines maximalen Ablenkungsbereichs des Laserstrahls des Laserbearbeitungskopfes liegt. Hierdurch wird eine optimale überlagerte Bewegung sichergestellt und die Bearbeitungsdauer weiter optimiert.there it proves to be particularly useful when during the relative movement of Laser processing head opposite the workpiece the actual position compared with the target position and then a Distraction of the laser beam is adjusted only when the amount the target-actual difference within a maximum deflection range the laser beam of the laser processing head is located. This will an optimal superimposed Movement ensured and the processing time further optimized.

Die zweitgenannte Aufgabe, eine mit einer Steuereinheit ausgestattete Vorrichtung zur linienförmigen Bearbeitung eines Werkstück mittels eines aus einem Laserbearbeitungskopf austretenden Laserstrahls, wobei einerseits der Laserbearbeitungskopf relativ zu dem Werkstück mittels eines Antriebes beweglich ist und andererseits zusätzlich der Laserstrahl relativ zu dem Laserbearbeitungskopf ablenkbar ist, zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, wird erfindungsgemäß erreicht durch einen Sensor zur Erfassung der Abweichung der Istposition des Laserbearbeitungskopfs relativ zu dem Werkstück von der Sollposition und die Ablenkung des Laserstrahls mittels eines Stellmittels aufgrund eines mittels der Steuereinheit bestimmten, der Abweichung entgegenwirkenden Steuersignals zur Ablenkung des Laserstahls auf die Sollposition. Hierdurch wird erfindungsgemäß ein Regelkreis geschaffen, bei dem aufgrund der bei der Relativbewegung des Werkstücks zu dem Laserbearbeitungskopf auftretenden, durch den Sensor erfassten Abweichung der Istposition von der Sollposition ein Steuersignal für die Ablenkung des aus dem Laserbearbeitungskopf austretende Laserstrahl zum Ausgleich der Abweichung bestimmt wird. Gegenüber dem Stand der Technik wird insbesondere also keine Unterteilung in eine Vorschubbewegung und in eine Positionierungsbewegung entsprechend dem Steuerprogramm vorgenommen, sondern ein Regelkreis zum Ausgleich der unbeabsichtigten oder durch äußere Einflüsse einwirkenden Kräfte realisiert. Die Vorrichtung dient dabei beispielsweise dem Einbringen von linienförmigen Ausnehmungen, insbesondere Durchbrechungen, in ein insbesondere zur Herstellung einer Schablone bestimmtes Werkstück mittels des Laserstrahls.The second task, one equipped with a control unit Device for linear Machining a workpiece by means of a laser beam emerging from a laser processing head, on the one hand the laser processing head relative to the workpiece by means of a drive is movable and on the other hand additionally Laser beam is deflectable relative to the laser processing head, to carry out of the method is achieved according to the invention by a sensor for Detecting the deviation of the actual position of the laser processing head relative to the workpiece from the target position and the deflection of the laser beam by means of an actuating means determined by means of the control unit, the deviation counteracting control signal for deflecting the Laser steel to the target position. As a result, a control circuit according to the invention created in which due to the in the relative movement of the workpiece to the Laser processing head occurring, detected by the sensor deviation the actual position of the target position is a control signal for the deflection of the laser beam emerging from the laser processing head for compensation the deviation is determined. Compared to the state of the art So in particular no subdivision into a feed motion and in a positioning movement according to the control program but a closed loop to compensate for the unintentional or by external influences personnel realized. The device serves, for example, the introduction of linear Recesses, in particular openings, in a particular for producing a template specific workpiece by means of the laser beam.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer Prinzipskizze inThe Invention leaves different embodiments to. To further clarify its basic principle is one of them shown in the drawing and will be described below. These shows each in a schematic diagram in

1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Werkstück; 1 a plan view of a device according to the invention with a workpiece;

2 eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Bewegungsgeschwindigkeit in X- und Y-Richtung nach dem Stand der Technik; 2 a representation of the time course of the movement speed in the X and Y direction according to the prior art;

3 eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Bewegungsgeschwindigkeit in X- und Y-Richtung nach erfindungsgemäßen Verfahren. 3 a representation of the time course of the movement speed in the X and Y directions according to the method of the invention.

1 zeigt in einer Draufsicht eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Laserbearbeitung eines Werkstücks 2 entlang einer vorbestimmten Bearbeitungsbahn 3 zwischen dem Anfangspunkt A und dem Endpunkt B. Hierzu hat die Vorrichtung 1 einen Laserbearbeitungskopf 4, der relativ zu dem Werkstück 2 in X-Richtung und Y-Richtung verfahrbar ist und durch den zugleich ein Laserstrahl 5 in unterschiedlich einstellbaren Winkeln aus dem Laserbearbeitungskopf 4 ablenkbar ist. Eine bei der Relativbewegung des Werkstücks 2 zu dem Laserbearbeitungskopf 4 auftretende Abweichung der Istposition von der Sollposition wird mittels eines nicht gezeigten Sensors erfasst und daraus ein Korrekturwert für die Ablenkung des Laserstrahls 5 relativ zu dem auf Laserbearbeitungskopf 4 die Sollposition bestimmt. Hierdurch wird es erstmals möglich, die Bearbeitung des Werkstückes 2 selbst dann zuverlässig und mit reproduzierbarer Genauigkeit durchzuführen, wenn aufgrund der dynamischen Kräfte des Systems eine Abweichung der Istposition von der Sollposition, insbesondere bei sehr hohen Relativgeschwindigkeiten des Werkstücks 2 zu dem Laserbearbeitungskopf 4 unvermeidbar ist. Im Bereich der maximalen Ablenkung 6 des Laserstrahls 5 im Bereich der Sollposition erfolgt also die Positionierung aufgrund der Überlagerung der beiden Relativbewegungen. Zu diesem Zweck wird die Istposition ständig erfasst und die jeweilige Ablenkung ohne praktische Verzögerung eingestellt. Darüber hinaus wird mittels des Sensors die Annäherung des Laserbearbeitungskopfs 4 an seiner vorbestimmten Sollposition erfasst und eine der Relativbewegung zwischen dem Werkstück 2 und dem Laserbearbeitungskopf 4 eine (dynamische) Ablenkung des Laserstrahls 5 derart überlagert, dass die Bearbeitung insbesondere bereits vor dem Stillstand der Relativbewegung erfolgen kann. Weiterhin wird dadurch auch das Überschwingen des Laserbearbeitungskopfs 4 entlang der gestrichelt dargestellten Bewegungsbahn 7 ausgeglichen. Die Verzögerungswerte der Relativbewegung können dadurch wesentlich erhöht werden, weil die um den Sollwert schwingende Annäherungsbewegung nicht zu einem nachteiligen Einfluss auf die Laserbearbeitung des Werkstücks 2 führt. Die einzelnen Verfahrensschritte umfassen zunächst den Vergleich der Ist-Position mit der Soll-Position während der Relativbewegung des Laserbearbeitungskopfs 4 gegenüber dem Werkstück 2, den Vergleich der Soll-Ist-Differenz mit dem Bereich der maximalen Ablenkung 6 des Laserstrahls 5 gegenüber dem Laserbearbeitungskopfes 4 und gegebenenfalls der Ablenkung des Laserstahls 5 entgegen der erfassten Abweichung. 1 shows a plan view of an inventive device 1 for laser processing of a workpiece 2 along a predetermined machining path 3 between the starting point A and the end point B. For this purpose, the device has 1 a laser processing head 4 that is relative to the workpiece 2 in X-direction and Y-direction is movable and by the same time a laser beam 5 in different adjustable angles from the laser processing head 4 is distractible. One during the relative movement of the workpiece 2 to the laser processing head 4 occurring deviation of the actual position of the target position is detected by means of a sensor, not shown, and from this a correction value for the deflection of the laser beam 5 relative to that on laser processing head 4 determines the target position. This makes it possible for the first time, the machining of the workpiece 2 perform reliably and with reproducible accuracy even if due to the dynamic forces of the system, a deviation of the actual position of the target position, especially at very high relative speeds of the workpiece 2 to the laser processing head 4 is inevitable. In the area of maximum distraction 6 of the laser beam 5 in the region of the desired position, therefore, the positioning takes place due to the superimposition of the two relative movements. For this purpose, the actual position is constantly detected and the respective deflection adjusted without any practical delay. In addition, by means of the sensor, the approach of the laser processing head 4 detected at its predetermined desired position and one of the relative movement between the workpiece 2 and the laser processing head 4 a (dynamic) deflection of the laser beam 5 so superimposed that the processing can be done in particular before the standstill of the relative movement. Furthermore, this also overshoots the laser processing head 4 along the trajectory shown in dashed lines 7 balanced. The deceleration values of the relative movement can thereby be substantially increased, because the approaching movement around the setpoint does not adversely affect the laser processing of the workpiece 2 leads. The individual method steps initially include the comparison of the actual position with the desired position during the relative movement of the laser processing head 4 opposite the workpiece 2 , the comparison of the target-actual difference with the range of the maximum deflection 6 of the laser beam 5 opposite the laser processing head 4 and optionally the deflection of the laser beam 5 contrary to the detected deviation.

In den 2 und 3 ist der zeitliche Verlauf der Bewegungsgeschwindigkeit in X- und Y-Richtung nach dem Stand der Technik einerseits und bei dem erfindungsgemäßen Verfahren andererseits dargestellt. Zu erkennen ist die in 2 in zeitlicher Abfolge nacheinander verlaufende Relativbewegung des Werkstücks 2 zu dem Laserbearbeitungskopf 4 in X-Richtung und Y-Richtung nach dem Stand der Technik. Die maximale Geschwindigkeit sowie die Verzögerung in X-Richtung ist dabei derart gewählt, dass der Laserbearbeitungskopf 4 im Punkt A in 1 zum Stillstand kommt. Danach erfolgt die Strahlablenkung auf die Sollposition des in 1 gezeigten Laserstrahls 5 auf den Punkt A und die erneute Beschleunigung in Y-Richtung entlang der in 1 dargestellten Bearbeitungsbahn 3.In the 2 and 3 is the time course of the movement speed in the X and Y direction according to the prior art on the one hand and in the inventive method on the other hand shown. To recognize is the in 2 in succession of successive relative movement of the workpiece 2 to the laser processing head 4 in the X direction and Y direction according to the prior art. The maximum speed and the deceleration in the X direction is selected such that the laser processing head 4 at point A in 1 comes to a standstill. Then the Beam deflection to the nominal position of in 1 shown laser beam 5 to the point A and the re-acceleration in the Y-direction along the in 1 shown processing path 3 ,

Demgegenüber wird bei dem in 3 gezeigten erfindungsgemäßen Verfahren eine höhere maximale Geschwindigkeit Vmax erreicht und zudem eine wesentlich stärkere Verzögerung eingestellt, so dass der Punkt A in 3 zu einem früheren Zeitpunkt erreicht wird. Systembedingt führt die starke Verzögerung zu einem Überschwingen des Laserbearbeitungskopfs 4, welches als Abweichung der Istposition von der Sollposition erfasst wird. Dieser Abweichung entgegenwirkend wird bereits vor dem Stillstand der Bewegung des Laserbearbeitungskopfes 4 in X-Richtung die Ablenkung des Laserstrahls 5 auf die Sollposition auf der Bearbeitungsbahn 3 eingestellt, während die Bewegungsbahn 7 bei der Bewegung des Laserbearbeitungskopfes in Y-Richtung einer Pendelbewegung mit gedämpfter Amplitude um die Bearbeitungsbahn 3 folgt. Die daraus resultierende Zeitersparnis Δt resultiert dabei im Wesentlichen aus dem zeitlich überlagerten Bewegungsablauf in Verbindung mit einer höheren maximalen Geschwindigkeit Vmax und einer größeren Verzögerung.In contrast, in the in 3 The method according to the invention shown achieves a higher maximum speed V max, and also set a much greater delay, so that the point A in 3 reached earlier. Due to the system, the strong delay leads to an overshoot of the laser processing head 4 which is detected as a deviation of the actual position from the target position. This deviation counteracts already before the stoppage of the movement of the laser processing head 4 in the X direction, the deflection of the laser beam 5 to the target position on the machining path 3 set while the trajectory 7 in the movement of the laser processing head in the Y direction of a pendulum motion with damped amplitude around the machining path 3 follows. The resulting time saving .DELTA.t results essentially from the temporally superimposed motion sequence in conjunction with a higher maximum speed V max and a greater delay.

Claims (9)

Verfahren zur Laserbearbeitung entlang einer vorbestimmten Bearbeitungsbahn auf einem Werkstück, bei dem das Werkstück relativ zu einem Laserbearbeitungskopf bewegt wird und zugleich der aus dem Laserbearbeitungskopf austretende Laserstrahl relativ zu dem Laserbearbeitungskopf abgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine bei der Relativbewegung des Werkstücks zu dem Laserbearbeitungskopf auftretende Abweichung der Istposition von der Sollposition erfasst und daraus ein Korrekturwert für die Ablenkung des Laserstrahls relativ zu dem Laserbearbeitungskopf auf die Sollposition bestimmt und der Laserstrahl entsprechend abgelenkt wird.A method of laser machining along a predetermined machining path on a workpiece, wherein the workpiece is moved relative to a laser processing head and at the same time the laser beam emerging from the laser processing head is deflected relative to the laser processing head, characterized in that a relative to the movement of the workpiece to the laser processing head occurring Detected deviation of the actual position of the target position and determines therefrom a correction value for the deflection of the laser beam relative to the laser processing head to the desired position and the laser beam is deflected accordingly. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überschwingen bei der Relativbewegung von Werkstück und Laserbearbeitungskopf erfasst und daraus eine der Relativbewegung entgegengesetzte Ablenkung des Laserstrahls eingestellt wird.Method according to claim 1, characterized in that that an overshoot detected during the relative movement of workpiece and laser processing head and from this a relative movement opposite deflection of the Laser beam is adjusted. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherung des Laserbearbeitungskopfes an die Sollposition erfasst und vorauseilend eine Ablenkung des Laserstrahls auf die Sollposition eingestellt wird.Process according to claims 1 or 2, characterized that approach the laser processing head to the target position detected and leading a deflection of the laser beam is set to the desired position becomes. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Verfahrens eine Durchbrechung in das Werkstück eingebracht wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that by means of the method an opening into the workpiece is introduced. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die der Relativbewegung von Werkstück und Laserbearbeitungskopf überlagerte Ablenkung des Laserstrahls relativ zu dem Laserbearbeitungskopf eine im Wesentlichen gerade Schnittkante erzeugt wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that overlaid by the relative movement of the workpiece and the laser processing head Deflection of the laser beam relative to the laser processing head a substantially straight cutting edge is generated. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schablone oder Maske für einen flächigen Laserabtrag hergestellt wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that a template or mask for a flat laser ablation will be produced. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl mittels eines piezoelektrisch betätigbaren Stellmittel aufweisenden Reflektors abgelenkt wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the laser beam by means of a piezoelectric actuated Deflector having deflecting means is deflected. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Relativbewegung des Laserbearbeitungskopfs gegenüber dem Werkstück die Ist-Position mit der Soll-Position verglichen und anschließend eine Ablenkung des Laserstrahls nur dann eingestellt wird, wenn der Betrag der Soll-Ist-Differenz innerhalb eines maximalen Ablenkungsbereichs des Laserstrahls des Laserbearbeitungskopfes liegt.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that during the relative movement of the laser processing head relative to the workpiece the actual position compared with the target position and then a Distraction of the laser beam is adjusted only when the amount the target-actual difference within a maximum deflection range the laser beam of the laser processing head is located. Eine mit einer Steuereinheit ausgestattete Vorrichtung (1) zur linienförmigen Bearbeitung eines Werkstück (2) mittels eines aus einem Laserbearbeitungskopf (4) austretenden Laserstrahls (5), wobei einerseits der Laserbearbeitungskopf (4) relativ zu dem Werkstück (2) mittels eines Antriebes beweglich ist und andererseits zusätzlich der Laserstrahl (5) relativ zu dem Laserbearbeitungskopf (4) ablenkbar ist, gekennzeichnet durch einen Sensor zur Erfassung der Abweichung der Istposition des Laserbearbeitungskopfs (4) relativ zu dem Werkstück (2) von der Sollposition und die Ablenkung des Laserstrahls (5) mittels eines Stellmittels aufgrund eines mittels der Steuereinheit bestimmten, der Abweichung entgegenwirkenden Steuersignals zur Ablenkung des Laserstahls (5) auf die Sollposition.A device equipped with a control unit ( 1 ) for the linear machining of a workpiece ( 2 ) by means of a laser processing head ( 4 ) emerging laser beam ( 5 ), on the one hand, the laser processing head ( 4 ) relative to the workpiece ( 2 ) is movable by means of a drive and on the other hand additionally the laser beam ( 5 ) relative to the laser processing head ( 4 ) is deflected, characterized by a sensor for detecting the deviation of the actual position of the laser processing head ( 4 ) relative to the workpiece ( 2 ) of the desired position and the deflection of the laser beam ( 5 ) by means of an actuating means based on a control signal determined by the control unit and counteracting the deviation for deflecting the laser steel ( 5 ) to the target position.
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