DE102010028270A1 - Method for determining the laser workability of sheets, methods for laser machining of sheets and arrangements and computer program product for carrying out said method - Google Patents

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Abstract

Im Rahmen eines Verfahrens zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen (2) wird das Reflexionsverhalten der Oberfläche des betreffenden Bleches (2) bestimmt und zusätzlich aus Werkstoff des Bleches (2) mittels eines Laserstrahls ein Plasma erzeugt und dieses einer Spektralanalyse unterzogen. Im Rahmen eines weiteren Verfahrens zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen entfällt der Verfahrensschritt der Bestimmung des Reflexionsverhaltens der Blechoberfläche. In beiden Fällen wird durch die Spektralanalyse der Gehalt des Blechwerkstoffs an wenigstens einem für die Bearbeitbarkeit des Bleches (2) relevanten Werkstoffbestandteil derart bestimmt, dass in Abhängigkeit von dem bestimmten Werkstoffgehalt zumindest ein Parameter einer späteren Laserbearbeitung des Bleches (2) festlegbar ist. In dem zweitgenannten Fall wird das erzeugte Plasma einer Spektralanalyse zu einem Zeitpunkt unterzogen, welcher dem Zeitpunkt des Beginns der Plasmabildung nachfolgt. Beide vorstehend genannten Verfahren sind in ein Verfahren zum Laserbearbeiten von Blechen (2) integriert. Eine Analyse-Anordnung (4) zur Durchführung des eingangs erstgenannten Verfahrens umfasst eine Laserstrahlquelle (5) zur Erzeugung eines Laserstrahls, eine Vorrichtung (8) zur Bestimmung des Reflexionsverhaltens von Blechoberflächen sowie eine Spektralanalysevorrichtung (9) zur Durchführung einer Spektralanalyse des erzeugten Plasmas. Eine Analyse-Anordnung zur Durchführung des eingangs zweitgenannten Verfahrens weist eine Spektralanalysevorrichtung der genannten Art auf und verfügt über keine Vorrichtung zur Bestimmung des Reflexionsverhaltens von Blechoberflächen. Die erste Analyse-Anordnung (4) ist Bestandteil einer Anordnung (1) zum Laserbearbeiten von Blechen (2). Entsprechendes gilt für die zweite Analyse-Anordnung. Ein Computerprogrammprodukt mit entsprechenden Codemitteln ermöglicht die Durchführung der vorstehenden Verfahren, wenn es auf einer Datenverarbeitungsanlage abläuft.As part of a method for determining the laser workability of sheets (2), the reflection behavior of the surface of the sheet (2) is determined and additionally generated from the material of the sheet (2) by means of a laser beam, a plasma and subjected to a spectral analysis. In the context of a further method for determining the laser workability of metal sheets, the method step of determining the reflection behavior of the sheet metal surface is omitted. In both cases, the spectral analysis of the content of the sheet material to at least one for the workability of the sheet (2) relevant material component is determined such that depending on the specific material content at least one parameter of a subsequent laser processing of the sheet (2) can be fixed. In the second case, the generated plasma is subjected to spectral analysis at a time subsequent to the time of commencement of plasma formation. Both of the aforementioned methods are integrated into a method for laser machining of metal sheets (2). An analysis arrangement (4) for carrying out the initially mentioned method comprises a laser beam source (5) for generating a laser beam, a device (8) for determining the reflection behavior of sheet metal surfaces, and a spectral analysis device (9) for performing a spectral analysis of the generated plasma. An analysis arrangement for carrying out the second-mentioned method has a spectral analysis device of the type mentioned and has no device for determining the reflection behavior of sheet metal surfaces. The first analysis arrangement (4) is part of an arrangement (1) for laser processing of metal sheets (2). The same applies to the second analysis arrangement. A computer program product with corresponding code means makes it possible to carry out the above methods when running on a data processing system.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen, wobei in einem Fall das Reflexionsverhalten einer Blechoberfläche bestimmt wird.The invention relates to methods for determining the laser workability of sheets, wherein in one case the reflection behavior of a sheet metal surface is determined.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Laserbearbeiten von Blechen.The invention further relates to a method for laser machining of metal sheets.

Schließlich betrifft die Erfindung Analyse-Anordnungen zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen und eine Anordnung zum Laserbearbeiten von Blechen.Finally, the invention relates to analysis arrangements for determining the laser workability of sheets and an arrangement for laser machining of sheets.

Ein Verfahren sowie eine Analyse-Anordnung zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen unter Bestimmung des Reflexionsverhaltens einer Blechoberfläche sind bekannt aus JP 04 339 239 A . Diese Druckschrift offenbart außerdem ein Verfahren und eine Anordnung zum Laserbearbeiten von Blechen. An einer für die Blechbearbeitung vorgesehenen Lasermaschine wird ein Laserstrahl auf ein zu bearbeitendes Blech gerichtet und das daraufhin an der Blechoberfläche reflektierte Licht erfasst. Aus der Intensität des reflektierten Lichtes wird auf die Beschaffenheit des Bleches und damit auf dessen Laser-Bearbeitbarkeit geschlossen.A method and an analysis arrangement for determining the laser workability of sheets while determining the reflection behavior of a sheet metal surface are known from JP 04 339 239 A , This document also discloses a method and an arrangement for laser machining of sheets. On a laser machine provided for sheet metal processing, a laser beam is directed onto a sheet to be processed and the light then reflected at the sheet surface is detected. From the intensity of the reflected light is closed to the nature of the sheet and thus on the laser machinability.

Aus der Druckschrift US 2005/0061779 A1 sind ein Verfahren und eine Analyse-Anordnung zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen sowie ein Verfahren und eine Anordnung zum Laserbearbeiten von Blechen bekannt, im Falle derer das Reflexionsverhalten der zu bearbeitenden Blechoberfläche nicht berücksichtigt wird. An der Bearbeitungsstelle eines Laserstrahls gebildetes Plasma wird durch Spektralanalyse auf seine chemische Zusammensetzung überprüft. Aus der chemischen Zusammensetzung der Plasmawolke werden Erkenntnisse über die Eindringtiefe des Laserstrahls an dem Werkstück gewonnen. In Abhängigkeit von der Eindringtiefe des Laserstrahls wird die Werkstückbearbeitung gesteuert.From the publication US 2005/0061779 A1 For example, a method and an analysis arrangement for determining the laser workability of sheet metal as well as a method and an arrangement for laser machining of sheet metal are known, in which case the reflection behavior of the sheet surface to be processed is not taken into account. Plasma formed at the processing site of a laser beam is checked for chemical composition by spectral analysis. Findings about the penetration depth of the laser beam on the workpiece are obtained from the chemical composition of the plasma cloud. Depending on the penetration depth of the laser beam workpiece machining is controlled.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Stand der Technik hinsichtlich der Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen zu optimieren und ein entsprechend optimiertes Verfahren sowie eine entsprechend optimierte Vorrichtung zum Laserbearbeiten von Blechen bereitzustellen.The object of the present invention is to optimize the prior art with regard to the determination of the laser machinability of sheets and to provide a correspondingly optimized method and a correspondingly optimized apparatus for laser machining of sheets.

Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch die Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1, 10 und 12 sowie durch die Anordnungen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 14, 16 und 17 und durch das Computerprogrammprodukt gemäß Patentanspruch 19.This object is achieved according to the invention by the methods according to the independent patent claims 1, 10 and 12 as well as by the arrangements according to the independent patent claims 14, 16 and 17 and by the computer program product according to claim 19.

Zum einen begnügt sich die Erfindung nicht damit, entweder nur das Reflexionsverhalten der Oberfläche oder nur die chemische Zusammensetzung des Werkstoffs eines zu bearbeitenden Bleches zu bestimmen. Vielmehr werden beide Verfahrensweisen miteinander kombiniert.On the one hand, the invention is not content with determining either only the reflection behavior of the surface or only the chemical composition of the material of a sheet to be processed. Rather, both procedures are combined.

Zum andern wird in Fällen, in denen das Reflexionsverhalten der Oberfläche des zu bearbeitenden Bleches unberücksichtigt bleibt, die Spektralanalyse des erzeugten Plasmas zu einem Zeitpunkt vorgenommen, welcher dem Zeitpunkt des Beginns der Plasmabildung zeitlich nachfolgt.On the other hand, in cases in which the reflection behavior of the surface of the sheet to be processed is disregarded, the spectral analysis of the plasma produced is carried out at a time which follows the time of the beginning of the plasma formation in time.

In beiden Fällen lassen sich über die Laser-Bearbeitbarkeit des betreffenden Bleches besonders zuverlässige Erkenntnisse gewinnen, die dann wiederum eine besonders geeignete Grundlage für die Steuerung des Bearbeitungsprozesses bieten können. Der Bearbeitungsprozess kann beispielsweise auf wechselnde Oberflächenverhältnisse und/oder auf sich ändernde Werkstoffarten der zu bearbeitenden Bleche aber auch auf chargen- oder herstellerabhängige Werkstoffunterschiede abgestimmt werden. Von der Materialzusammensetzung und von der Oberflächenbeschaffenheit (Rost-, Zunder-, Lackschicht, etc.) des bearbeiteten Bleches aber auch nur von der Materialzusammensetzung allein wird u. a. die Schnittqualität beim Laserschneiden in erheblichem Maße beeinflusst. Für das Laserschneiden gewährleistet die Erfindung dementsprechend ein optimales Schneidergebnis.In both cases can be on the laser machinability of the sheet in question gain particularly reliable knowledge, which in turn can provide a particularly suitable basis for the control of the machining process. The machining process can be tuned, for example, to changing surface conditions and / or changing material types of the sheets to be processed but also to batch or manufacturer-dependent material differences. Of the material composition and the surface texture (rust, scale, paint layer, etc.) of the processed sheet but also only of the material composition alone u. a. the cutting quality during laser cutting influenced to a considerable extent. For laser cutting, the invention accordingly ensures an optimum cutting result.

Die erfindungsgemäße Spektralanalyse lässt sich mit herkömmlichen Spektrometern, beispielsweise mit Hilfe von Gitterspektrometern, durchführen. Alternativ denkbar sind Aufbauten aus geeigneten Filtern und Messaufnehmern.The spectral analysis according to the invention can be carried out with conventional spectrometers, for example with the aid of grating spectrometers. Alternatively conceivable are superstructures made of suitable filters and sensors.

Bei der Spektralanalyse wird die von dem erzeugten Plasma ausgehende elektromagnetische Strahlung in ihre spektralen Bestandteile zerlegt und analysiert. In den aufgenommenen Spektren treten je nach Werkstoffzusammensetzung. verschiedene Spektrallinien auf. Aus diesen Spektrallinien kann auf die chemische Zusammensetzung und darüber wiederum auf die Art des bearbeiteten Werkstoffes geschlossen werden. Materialien, die in der betrieblichen Praxis besonders häufig bearbeitet werden müssen sind Baustahl, Edelstahl und Aluminiumlegierungen.In spectral analysis, the electromagnetic radiation emitted by the generated plasma is decomposed into its spectral components and analyzed. In the recorded spectra occur depending on the material composition. different spectral lines. From these spectral lines it is possible to deduce the chemical composition and, in turn, the type of material being processed. Materials that need to be worked extra frequently in operational practice are structural steel, stainless steel and aluminum alloys.

Wird das erzeugte Plasma zu einem Zeitpunkt einer Spektralanalyse unterzogen, welcher dem Zeitpunkt des Beginns der Plasmabildung zeitlich nachfolgt, so lassen sich besonders zuverlässige Informationen über die chemische Zusammensetzung des betreffenden Bleches gewinnen. Wesentlich ist dabei die gegenseitige zeitliche Abstimmung der spektrometrischen Bildaufnahme und des Beginns der Plasmabildung. Der Beginn der Plasmabildung fällt in guter Näherung mit dem Beginn der Beaufschlagung des Bleches durch den plasmaerzeugenden Laserstrahl zusammen. Es muss gewährleistet werden, dass das Plasma zu einem Zeitpunkt spektrometrisch erfasst wird, zu welchem es sich in einem aussagefähigen Zustand befindet. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der Zeitpunkt ermittelt werden, zu welchem der Laserstrahl die Laserstrahlquelle verlässt. Zeitlich verzögert hat dann die spektrometrische Bildaufnahme des erzeugten Plasmas zu erfolgen. Die Bemessung der zeitlichen Verzögerung der spektrometrischen Bildaufnahme kann experimentell erfolgen. In einem aussagefähigen Zustand kann sich das erzeugte Plasma etwa zu dem Zeitpunkt befinden, zu welchem die erzeugte Plasmawolke zu kollabieren beginnt.If the plasma produced at a time subjected to a spectral analysis, which chronologically follows the time of the beginning of the plasma formation, it is possible to obtain particularly reliable information about the chemical composition of the sheet in question. Essential is the mutual timing of the spectrometric image acquisition and the Start of plasma formation. The beginning of the plasma formation coincides to a good approximation with the beginning of the loading of the sheet by the plasma-generating laser beam. It must be ensured that the plasma is detected spectrometrically at a time when it is in a meaningful state. For this purpose, for example, the time can be determined at which the laser beam leaves the laser beam source. Delayed in time then the spectrometric image acquisition of the generated plasma has to be done. The dimensioning of the time delay of the spectrometric image acquisition can be done experimentally. In a meaningful state, the generated plasma may be at about the time when the generated plasma cloud begins to collapse.

Ein CO2-Laser eignet sich für die erfindungsgemäßen Verfahren besonders als Laserstrahlquelle, weil er aufgrund seiner Wellenlänge ein Plasma besonders einfach erzeugen kann. Die Verfahren lassen sich, aber auch mit anderen Laserbauarten, insbesondere mit Festkörperlasern umsetzen, die in der jüngeren Vergangenheit auch für Schneidanwendungen verstärkt eingesetzt werden (z. B. Scheibenlaser, Faserlaser, Rodlaser, Slablaser). In jedem Fall muss die Laserstrahlquelle derart betrieben werden, dass die Bildung eines aussagefähigen Plasmas gewährleistet ist.A CO 2 laser is particularly suitable for the method according to the invention as a laser beam source, because it can generate a plasma particularly easily due to its wavelength. The methods can be implemented, but also with other types of lasers, in particular with solid-state lasers, which have also been increasingly used in the recent past for cutting applications (eg disk lasers, fiber lasers, rod lasers, slab lasers). In any case, the laser beam source must be operated in such a way that the formation of a meaningful plasma is ensured.

Besondere Ausführungsarten der Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1, 10 und 12 sowie der Anordnungen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 14, 16 und 17 ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 9, 11, 13, 15 und 18.Particular embodiments of the methods according to the independent claims 1, 10 and 12 and the arrangements according to the independent claims 14, 16 and 17 emerge from the dependent claims 2 to 9, 11, 13, 15 and 18.

Grundsätzlich kann im Falle der Erfindung ein spektral zu analysierendes Plasma an jeder beliebigen Stelle des betreffenden Bleches erzeugt werden. Es besteht beispielsweise die Möglichkeit, das Plasma an unterschiedlichen Stellen des Bleches zu generieren und im Rahmen der Spektralanalyse jedes erzeugte Plasma einer Spektralanalyse zu unterziehen und bei jeder Spektralanalyse den Werkstoffgehalt an dem oder den für die Bearbeitbarkeit des Bleches relevanten Werkstoffbestandteilen zu bestimmen. Zumindest ein Parameter der späteren Laserbearbeitung des Bleches kann dann in Abhängigkeit von dem Mittelwert der bestimmten Werkstoffgehalte festgelegt werden. Diese Vorgehensweise gewährleistet eine analytische Erfassung vieler Bereiche des betreffenden Bleches. Über das Blech auftretende Schwankungen der Werkstoffzusammensetzung werden neutralisiert.In principle, in the case of the invention, a plasma to be analyzed spectrally can be generated at any point of the sheet concerned. For example, it is possible to generate the plasma at different locations on the sheet and to spectrally analyze each generated plasma as part of the spectral analysis and to determine the material content of the material constituent or constituents relevant to the workability of the sheet during each spectral analysis. At least one parameter of the subsequent laser processing of the sheet can then be determined as a function of the mean value of the specific material contents. This procedure ensures analytical coverage of many areas of the sheet in question. Variations in the material composition occurring over the sheet are neutralized.

Erfindungsgemäß bevorzugt wird die Verfahrensvariante gemäß Patentanspruch 3, wonach das Plasma in einem Bereich des Bleches erzeugt wird, der bei der späteren Laserbearbeitung des Bleches einen Bearbeitungsrest bildet. Aufgrund dieser Maßnahme bleibt das Ergebnis der späteren Laserbearbeitung von der dieser vorausgehenden Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit des Bleches unbeeinträchtigt.According to the invention, the method variant according to claim 3 is preferred, according to which the plasma is generated in a region of the sheet which forms a processing residue in the subsequent laser processing of the sheet. Due to this measure, the result of the subsequent laser processing remains unaffected by the preceding determination of the laser machinability of the sheet.

Erfindungsgemäß kann der Laserstrahl zur Erzeugung eines zu analysierenden Plasmas auf unterschiedliche Art und Weise auf das betreffende Blech einwirken. Bevorzugtermaßen wird ausweislich Patentanspruch 4 dasjenige Plasma einer Spektralanalyse unterzogen, das beim Einstechen des Laserstrahls in das Blech erzeugt wird. Da der Laserstrahl das Blech beim Einstechen vollständig durchdringt, ist die Zusammensetzung der erzeugten Plasmawolke für die Zusammensetzung des Blech-Werkstoffes besonders repräsentativ. Zudem beginnt die schneidende Blechbearbeitung mittels eines Laserstrahls häufig mit einem Einstechvorgang. Wird das bei dem Einstechvorgang erzeugte Plasma für die Spektralanalyse genutzt, so lässt sich die Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen optimal in den Schneidprozess integrieren.According to the invention, the laser beam can act on the sheet in question in different ways to produce a plasma to be analyzed. By preference, according to claim 4, that plasma is subjected to a spectral analysis which is generated during insertion of the laser beam into the metal sheet. Since the laser beam completely penetrates the sheet during piercing, the composition of the plasma cloud produced is particularly representative of the composition of the sheet metal material. In addition, the cutting sheet metal processing by means of a laser beam often begins with a piercing process. If the plasma generated during the piercing process is used for spectral analysis, the determination of the laser workability of metal sheets can be optimally integrated into the cutting process.

Es ist denkbar, dass zum vollständigen Einstechen mehrere Laserpulse benötigt werden. In diesem Fall kann bei jedem Laserpuls eine Materialanalyse des Blech-Werkstoffs durchgeführt werden. Die einzelnen Analyse-Ergebnisse können gemittelt werden, oder die Parameter der späteren Laserbearbeitung werden anhand desjenigen Analyse-Ergebnisses definiert, welches zu den konservativsten Bearbeitungsparametern führt.It is conceivable that multiple laser pulses are required for complete insertion. In this case, a material analysis of the sheet metal material can be carried out at each laser pulse. The individual analysis results can be averaged, or the parameters of the later laser processing are defined on the basis of the analysis result which leads to the most conservative processing parameters.

Unterschiedliche chemische Elemente wirken sich unterschiedlich stark auf die Laser-Bearbeitbarkeit eines Bleches aus. Im Interesse einer Vereinfachung der durchzuführenden Spektralanalyse sowie der Auswertung des Analyseergebnisses ist es empfehlenswert, sich bei der Spektralanalyse auf den Werkstoffgehalt ausgewählter chemischer Elemente zu konzentrieren. In diesem Fall muss kein breitbandiges Spektrum erfasst und analysiert werden. Vor diesem Hintergrund ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung das kennzeichnende Merkmal von Patentanspruch 5 vorgesehen. Demnach wird durch Spektralanalyse der Werkstoffgehalt des Bleches an Fe und/oder an Al und/oder an Legierungskomponenten und/oder an Si bestimmt.Different chemical elements have different effects on the laser machinability of a sheet. In the interest of simplifying the spectral analysis to be carried out and evaluating the results of the analysis, it is advisable to concentrate on the material content of selected chemical elements in spectral analysis. In this case, no broadband spectrum needs to be detected and analyzed. Against this background, the characterizing feature of claim 5 is provided in a preferred embodiment of the invention. Accordingly, the material content of the sheet of Fe and / or Al and / or alloy components and / or Si is determined by spectral analysis.

Die Kombination der Bestimmung des Reflexionsverhaltens einer Blechoberfläche mit der Spektralanalyse des aus Werkstoff eines Bleches erzeugten Plasmas kann in mehrerlei Hinsicht die Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen optimieren.The combination of the determination of the reflection behavior of a sheet metal surface with the spectral analysis of the plasma produced from the material of a sheet can in many respects optimize the determination of the laser workability of sheets.

Gemäß Patentanspruch 6 dienen die Erkenntnisse, welche durch die Bestimmung des Reflexionsverhaltens der Blechoberfläche gewonnen werden, unmittelbar als Grundlage für die Festlegung zumindest eines Parameters der späteren Laserbearbeitung des Bleches. Zu diesem Zweck kann das Reflexionsverhalten der Blechoberfläche vor, zeitgleich mit oder nach der Erzeugung des spektral zu analysierenden Plasmas ermittelt werden.According to claim 6 serve the findings, which obtained by the determination of the reflection behavior of the sheet surface directly as a basis for the definition of at least one parameter of the subsequent laser processing of the sheet. For this purpose, the reflection behavior of the sheet surface can be determined before, simultaneously with or after the generation of the plasma to be analyzed spectrally.

Hiervon abweichend wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Patentanspruch 7 das Reflexionsverhalten der Blechoberfläche stets vor der Erzeugung des Plasmas bestimmt. Wird dabei ein Reflexionsverhalten festgestellt, das auf einen Belag der Blechoberfläche hinweist, so wird die Blechoberfläche einer Reinigung unterzogen, ehe das Plasma erzeugt wird. Als Beläge der Blechoberfläche kommen insbesondere Rost-, Zunder- oder Lackschichten in Frage. Durch die Entfernung etwaiger Oberflächenbeläge wird sichergestellt, dass das anschließend erzeugte Plasma lediglich die Werkstoffbestandteile des Bleches und nicht auch noch Bestandteile des Oberflächenbelages beinhaltet. Eine Verzögerung der Plasmaerzeugung durch Beläge der Blechoberflächen ist ausgeschlossen.Deviating from this, the reflection behavior of the sheet surface is always determined prior to the generation of the plasma in the context of the method according to claim 7 of the invention. If a reflection behavior is detected which indicates a coating of the sheet surface, then the sheet surface is subjected to a cleaning before the plasma is generated. As coverings of the sheet surface are in particular rust, scale or paint layers in question. The removal of any surface coverings ensures that the subsequently generated plasma contains only the material constituents of the sheet and not also constituents of the surface covering. A delay of the plasma generation by covering the sheet surfaces is excluded.

Eine besonders zuverlässige Aussage über das Reflexionsverhalten der Blechoberfläche bietet eine zu diesem Zweck durchgeführte Spektralanalyse (Patentanspruch 8). Dabei wird die Blechoberfläche mittels einer Lichtquelle beleuchtet und das reflektierte Licht wird mittels eines Spektrometers erfasst. Aus dem erhaltenen Spektrum kann die Oberflächenbeschaffenheit des Bleches abgeleitet werden.A particularly reliable statement about the reflection behavior of the sheet surface provides a spectral analysis carried out for this purpose (claim 8). The sheet surface is illuminated by a light source and the reflected light is detected by means of a spectrometer. From the spectrum obtained, the surface finish of the sheet can be derived.

Zur Reinigung der Blechoberfläche bieten sich erfindungsgemäß unterschiedliche Möglichkeiten. Bevorzugt wird gemäß Patentanspruch 9 eine Reinigung der Blechoberfläche mittels eines Laserstrahls. Dieser Laserstrahl kann vorteilhafterweise durch dieselbe Laserstrahlquelle erzeugt werden wie der Laserstrahl zur Erzeugung des spektral zu analysierenden Plasmas und/oder wie der Laserstrahl für die spätere Laserbearbeitung des Bleches. Mithilfe eines Laserstrahls können Beläge der Blechoberfläche beispielsweise abgedampft werden.To clean the sheet surface according to the invention offer different options. Preference is given according to claim 9, a cleaning of the sheet surface by means of a laser beam. This laser beam can advantageously be generated by the same laser beam source as the laser beam for generating the plasma to be spectrally analyzed and / or as the laser beam for the subsequent laser processing of the sheet. With the aid of a laser beam, it is possible, for example, to evaporate deposits on the surface of the sheet metal.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Laserbearbeiten von Blechen wird zunächst die Laser-Bearbeitbarkeit eines Bleches ermittelt, ehe das Blech der eigentlichen Laserbearbeitung unterzogen wird. Bei der Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit ist aus Werkstoff des Bleches ein Plasma zu erzeugen. Die Aussagekraft des Plasmas hängt in erheblichem Maße von den Parametern der Plasmaerzeugung ab. Es besteht aber die Möglichkeit, dass die Parameter der Analysezwecken dienenden Plasmaerzeugung für die nachfolgende Laserbearbeitung des Bleches nicht oder nur bedingt geeignet sind. Deshalb sieht Patentanspruch 13 in Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Laserbearbeiten von Blechen vor, dass ein und derselbe Parameter für die Erzeugung des Plasmas zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit des Bleches und für die spätere Laserbearbeitung des Bleches unterschiedlich festgelegt wird.In the context of the method according to the invention for the laser processing of metal sheets, the laser workability of a sheet is first determined before the sheet is subjected to the actual laser processing. When determining the laser machinability of the material of the sheet to produce a plasma. The significance of the plasma depends to a considerable extent on the parameters of the plasma generation. However, there is the possibility that the parameters of the analysis purposes serving plasma generation for the subsequent laser processing of the sheet are not or only partially suitable. Therefore, claim 13 provides in development of the method according to the invention for the laser machining of sheets that one and the same parameters for the generation of the plasma to determine the laser machinability of the sheet and for the subsequent laser processing of the sheet is set differently.

Gemäß Patentanspruch 15 ist in bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Analyse-Anordnung nach Patentanspruch 14 vorgesehen, dass das Reflexionsverhalten der Blechoberfläche und das zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen erzeugte Plasma mittels ein und derselben Analyseeinrichtung analysiert werden.According to claim 15 is provided in a preferred embodiment of the analysis arrangement according to claim 14 that the reflection behavior of the sheet surface and the plasma generated for determining the laser workability of sheets are analyzed by means of one and the same analysis device.

Ausweislich Patentanspruch 18 dient im Falle einer bevorzugten Bauart der erfindungsgemäßen Anordnung zum Laserbearbeiten von Blechen ein und dieselbe Laserstrahlquelle zur Erzeugung von Laserstrahlen zu Analysezwecken und zur Erzeugung von Laserstrahlen für die spätere Laserbearbeitung des analysierten Bleches.As shown in claim 18 is in the case of a preferred type of arrangement according to the invention for laser machining of sheets one and the same laser beam source for generating laser beams for analysis and for generating laser beams for the subsequent laser processing of the analyzed sheet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand beispielhafter schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary schematic illustrations. Show it:

1 eine stark schematisierte Darstellung einer ersten Bauart einer Anordnung zum Laserbearbeiten von Blechen mit einer Analyse-Anordnung, 1 a highly schematic representation of a first type of arrangement for laser machining of sheets with an analysis arrangement,

2 eine stark schematisierte Darstellung einer zweiten Bauart einer Anordnung zum Laserbearbeiten von Blechen mit einer Analyse-Anordnung, 2 a highly schematic representation of a second type of arrangement for laser machining of sheets with an analysis arrangement,

3 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Analyse-Anordnungen gemäß den 1 und 2 bei der Spektralanalyse eines aus Blechwerkstoff erzeugten Plasmas, 3 a representation for illustrating the operation of the analysis arrangements according to the 1 and 2 in the spectral analysis of a plasma generated from sheet material,

4 das Ergebnis einer mittels der Analyse-Anordnung gemäß 1 durchgeführten Bestimmung des Reflexionsverhaltens unterschiedlicher Blechoberflächen und 4 the result of an analysis arrangement according to 1 carried out determination of the reflection behavior of different sheet metal surfaces and

5 das Ergebnis einer mittels der Analyse-Anordnungen gemäß den 1 und 2 durchgeführten Bestimmung der chemischen Zusammensetzung unterschiedlicher Blechwerkstoffe. 5 the result of using the analysis arrangements according to the 1 and 2 carried out determination of the chemical composition of different sheet materials.

Gemäß 1 umfasst eine Anordnung 1 zum Laserbearbeiten, insbesondere zum Schneiden von Blechen 2, eine Laserbearbeitungsvorrichtung 3 sowie eine Analyse-Anordnung 4.According to 1 includes an arrangement 1 for laser processing, in particular for cutting sheet metal 2 , a laser processing device 3 as well as an analysis arrangement 4 ,

Zum schneidenden Bearbeiten des Bleches 2 erzeugt eine Laserstrahlquelle, im gezeigten Beispielsfall ein als CO2-Laser ausgeführter Laserresonator 5 der Laserbearbeitungsvorrichtung 3 einen Laserstrahl, der über eine herkömmliche Strahlführung zu einem Fokussierelement 6 im Innern eines nicht im Einzelnen gezeigten Schneidkopfs der Laserbearbeitungsvorrichtung 3 gelenkt wird. Von dem Fokussierelement 6 aus wird der Laserstrahl als Bearbeitungsstrahl auf das Blech 2 gerichtet. Zur Erzeugung des gewünschten Schnittverlaufs werden das Fokussierelement 6 bzw. der Schneidkopf der Laserbearbeitungsvorrichtung 3 und das Blech 2 in üblicher Weise relativ zueinander bewegt.For cutting the sheet 2 generates a laser beam source, in the example shown, a designed as a CO 2 laser laser resonator 5 the laser processing device 3 a laser beam passing through a conventional beam guide to a focusing element 6 inside a not in the Individually shown cutting head of the laser processing apparatus 3 is steered. From the focusing element 6 From the laser beam as a processing beam on the sheet 2 directed. To generate the desired cutting profile, the focusing element 6 or the cutting head of the laser processing device 3 and the sheet 2 moved in the usual way relative to each other.

Die Parameter des Schneidprozesses sind in einer CNC-Steuerung 7 hinterlegt, die als programmierbare Vorrichtungssteuerung der Laserbearbeitungsvorrichtung 3 vorgesehen ist. Wesentliche Prozessparameter sind beispielsweise die Laserleistung, die Schneidgeschwindigkeit sowie der Gasdruck des verwendeten Schneidgases.The parameters of the cutting process are in a CNC control 7 deposited as the programmable device control of the laser processing device 3 is provided. Essential process parameters are, for example, the laser power, the cutting speed and the gas pressure of the cutting gas used.

Die Parameter der schneidenden Laserbearbeitung des Bleches 2 werden im Vorfeld des eigentlichen Schneidprozesses mit Hilfe der Analyse-Anordnung 4 festgelegt. Zu diesem Zweck umfasst die Analyse-Anordnung 4 eine Vorrichtung 8 zur Bestimmung des Reflexionsverhaltens von Blechoberflächen sowie eine Spektralanalysevorrichtung 9 zur Durchführung einer Spektralanalyse von Plasma, das aus Blechwerkstoff erzeugt worden ist. Eine gemeinsame Analyseeinrichtung der Vorrichtung 8 sowie der Spektralanalysevorrichtung 9 wird von einem Spektrometer 10 sowie einer daran angeschlossenen Auswerteeinheit 11 gebildet. Bei dem Spektrometer 10 handelt es sich um ein herkömmliches Gitterspektrometer. Die Auswerteeinheit 11 umfasst im Wesentlichen einen Auswerterechner und ist mit der CNC-Steuerung 7 der Laserbearbeitungsvorrichtung 3 verbunden.Parameters of cutting laser processing of sheet metal 2 Be ahead of the actual cutting process with the help of the analysis arrangement 4 established. For this purpose, the analysis arrangement includes 4 a device 8th for determining the reflection behavior of sheet metal surfaces and a spectral analysis device 9 for performing a spectral analysis of plasma generated from sheet material. A common analysis device of the device 8th and the spectral analysis device 9 is from a spectrometer 10 and an evaluation unit connected thereto 11 educated. In the spectrometer 10 it is a conventional grating spectrometer. The evaluation unit 11 essentially comprises an evaluation computer and is with the CNC control 7 the laser processing device 3 connected.

Zusätzlich zu dem Spektrometer 10 und der Auswerteeinheit 11 weist die Vorrichtung 8 zur Bestimmung des Reflexionsverhaltens von Blechoberflächen eine Lichtquelle 12, einen von Beleuchtungsfasern 13 gebildeten Beleuchtungslichtleiter und einen als Beobachtungsfaser 14 ausgeführten Beobachtungslichtleiter auf. Nahe der zu analysierenden Blechoberfläche sind die Beleuchtungsfasern 13 und die Beobachtungsfaser 14 in einer Sonde 15 zusammengefasst, an welcher die Beobachtungsfaser 14 zentral angeordnet ist und die Beleuchtungsfasern 13 satellitenartig um die Beobachtungsfaser 14 herum angeordnet sind. In der Ansicht auf die werkstückseitige Stirnfläche ist die Sonde 15 in 1 unten rechts dargestellt.In addition to the spectrometer 10 and the evaluation unit 11 has the device 8th for determining the reflection behavior of sheet metal surfaces a light source 12 , one of lighting fibers 13 formed Lichtlichtlichtleiter and one as observation fiber 14 executed observation light guide on. Near the sheet surface to be analyzed are the illumination fibers 13 and the observation fiber 14 in a probe 15 summarized, at which the observation fiber 14 is centrally located and the lighting fibers 13 satellite around the observation fiber 14 are arranged around. In the view on the workpiece-side end face is the probe 15 in 1 shown below right.

Die Spektralanalysevorrichtung 9 zur Durchführung einer Spektralanalyse von zuvor erzeugtem Plasma umfasst zusätzlich zu dem Spektrometer 10 und der Auswerteeinheit 11 als Lichtleiter eine Lichtleitfaser 16. Die Lichtleitfaser 16 der Spektralanalysevorrichtung 9 und die Beobachtungsfaser 14 der Vorrichtung 8 werden vor Erreichen des Spektrometers 10 in einem Faser-Combiner 17 zusammengeführt.The spectral analysis device 9 for performing a spectral analysis of previously generated plasma in addition to the spectrometer 10 and the evaluation unit 11 as optical fiber an optical fiber 16 , The optical fiber 16 the spectral analysis device 9 and the observation fiber 14 the device 8th be before reaching the spectrometer 10 in a fiber combiner 17 merged.

Auch die Funktionen der Analyse-Anordnung 4 werden durch die CNC-Steuerung 7 gesteuert. Zu diesem Zweck läuft auf der CNC-Steuerung 7 ein entsprechendes Computerprogramm ab.Also the functions of the analysis arrangement 4 be through the CNC control 7 controlled. For this purpose runs on the CNC control 7 a corresponding computer program.

Zur Festlegung der Parameter des an dem Blech 2 durchzuführenden Schneidprozesses wird an der Anordnung 1 gemäß 1 zunächst das Reflexionsverhalten der Oberfläche des Bleches 2 mittels der hierfür vorgesehenen Vorrichtung 8 bestimmt. Zu diesem Zweck wird die Blechoberfläche an der Sonde 15 mit weißem Licht bestrahlt, das aus einer Halogenlampe der Lichtquelle 12 stammt und durch die Beleuchtungsfasern 13 zu der Sonde 15 gelangt. Das von der Blechoberfläche reflektierte Licht wird durch die Beobachtungsfaser 14 der Vorrichtung 8 erfasst und dem Spektrometer 10 zugeführt. Dort wird eine Spektralanalyse des reflektierten Lichtes durchgeführt und das Analyseergebnis wird in der Auswerteeinheit 11 ausgewertet.Defining the parameters of the sheet metal 2 to be performed cutting process is applied to the assembly 1 according to 1 First, the reflection behavior of the surface of the sheet 2 by means of the device provided for this purpose 8th certainly. For this purpose, the sheet surface on the probe 15 irradiated with white light coming from a halogen lamp of the light source 12 comes from and through the lighting fibers 13 to the probe 15 arrives. The light reflected from the sheet surface is transmitted through the observation fiber 14 the device 8th recorded and the spectrometer 10 fed. There, a spectral analysis of the reflected light is performed and the analysis result is in the evaluation unit 11 evaluated.

Das beispielhafte Ergebnis einer mittels der Vorrichtung 8 durchgeführten Bestimmung des Reflexionsverhaltens unterschiedlicher Blechoberflächen ist in 4 dargestellt. In dieser Abbildung veranschaulichen eine Linie 18 das Reflexionsverhalten einer blanken metallischen Blechoberfläche, eine Linie 19 das Reflexionsverhalten einer Blechoberfläche mit einem Belag in Form einer rauen Zunderschicht, eine Linie 20 das Reflexionsverhalten einer Blechoberfläche mit einer glatten Zunderschicht und eine Linie 21 das Reflexionsverhalten einer korrodierten Blechoberfläche. Dabei ist in dem angegebenen Wellenlängenbereich das Korrosionsverhalten der genannten Blechoberflächen ins Verhältnis gesetzt zu dem Reflexionsverhalten der Referenzoberfläche eines Silber-Planspiegels.The exemplary result of one by means of the device 8th the determination of the reflection behavior of different sheet metal surfaces is in 4 shown. In this illustration illustrate a line 18 the reflection behavior of a bare metal sheet surface, a line 19 the reflection behavior of a sheet surface with a coating in the form of a rough scale layer, a line 20 the reflection behavior of a sheet surface with a smooth scale layer and a line 21 the reflection behavior of a corroded sheet metal surface. In this case, in the specified wavelength range, the corrosion behavior of said sheet metal surfaces is set in relation to the reflection behavior of the reference surface of a silver flat mirror.

Wird mittels der Vorrichtung 8 ein Reflexionsverhalten festgestellt, welches auf das Vorliegen einer mit einem Belag versehenen Blechoberfläche hinweist, also beispielsweise ein Reflexionsverhalten gemäß einer der Linien 19, 20, 21, so veranlasst. die CNC-Steuerung 7, dass die Laserbearbeitungsvorrichtung 3 einen Reinigungsprozess durchführt. Zur Reinigung der mit einem Belag versehenen Blechoberfläche werden durch die CNC-Steuerung 7 die dort hinterlegten Prozessparameter entsprechend vorgegeben. Insbesondere wird die Laserbearbeitungsvorrichtung 3 mit einer Laserleistung betrieben, die gegenüber der Laserleistung zur schneidenden Blechbearbeitung reduziert ist. Bei derart reduzierter Leistung fährt der von dem Laserresonator 5 erzeugte Laserstrahl die verunreinigte Blechoberfläche zum Entfernen des Oberflächenbelages ab.Is by means of the device 8th established a reflection behavior, which indicates the presence of a provided with a coating sheet surface, so for example, a reflection behavior according to one of the lines 19 . 20 . 21 so prompted. the CNC control 7 in that the laser processing device 3 performs a cleaning process. To clean the coated sheet surface are by the CNC control 7 the process parameters stored there are specified accordingly. In particular, the laser processing apparatus becomes 3 operated with a laser power that is reduced compared to the laser power for cutting sheet metal processing. With such reduced power, the drive of the laser resonator 5 generated laser beam from the contaminated metal surface to remove the surface covering.

Nach Beendigung des Reinigungsprozesses kann ohne Weiteres der zweite Analyseschritt zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit des Bleches 2, nämlich die Spektralanalyse eines aus Blechwerkstoff erzeugten Plasmas, eingeleitet werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass vor dem Einleiten des zweiten Analyseschrittes zunächst der Erfolg des Reinigungsprozesses überprüft wird. Zu diesem Zweck wird mittels der Vorrichtung 8 erneut das Reflexionsverhalten der Blechoberfläche bestimmt und mit dem Soll-Verhalten, d. h. mit dem Reflexionsverhalten einer blanken metallischen Blechoberfläche gemäß Linie 18 in 3 verglichen. Erforderlichenfalls kann die Blechoberfläche einer weiteren Reinigung unterzogen werden, ehe das spektral zu analysierende Plasma erzeugt wird.After completion of the cleaning process, the second analysis step for determining the laser workability of the sheet can easily be carried out 2 , namely the spectral analysis of one Sheet material generated plasma, to be initiated. Alternatively, it is possible for the success of the cleaning process to be checked first before initiating the second analysis step. For this purpose, by means of the device 8th again determines the reflection behavior of the sheet surface and with the desired behavior, ie with the reflection behavior of a bare metallic sheet surface according to line 18 in 3 compared. If necessary, the sheet surface may be subjected to further purification before the plasma to be spectrally analyzed is generated.

Im zweiten Analyseschritt wird nach der vorstehend beschriebenen Bestimmung des Reflexionsverhaltens der Blechoberfläche aus Werkstoff des Bleches 2 ein Plasma erzeugt. Die Plasmaerzeugung erfolgt mittels eines Laserstrahls, der in dem gezeigten Beispielsfall ebenso wie der Laserstrahl für die spätere schneidende Blechbearbeitung durch den Laserresonator 5 erzeugt wird und der in das Blech 2 einsticht. Für den Einstechvorgang definiert die CNC-Steuerung 7 die Prozessparameter derart, dass an der Einstichstelle ein für Analysezwecke geeignetes Plasma gebildet wird.In the second analysis step, after the above-described determination of the reflection behavior of the sheet metal surface of the material of the sheet 2 produces a plasma. The plasma is generated by means of a laser beam, in the example shown as well as the laser beam for the subsequent cutting sheet metal processing by the laser resonator 5 is generated and in the sheet metal 2 punctures. For the piercing process, the CNC controller defines 7 the process parameters such that at the injection site a suitable plasma for analysis purposes is formed.

Erfahrungsgemäß steht ein aussagefähiges Plasma an der Einstichstelle des Laserstrahls nicht bereits unmittelbar mit Beginn des Einstechvorgangs zur Verfügung. Dieser Umstand ist bei der Steuerung des Spektrometers 10 zur Spektralanalyse des erzeugten Plasmas zu berücksichtigen. Eine hierfür bestehende Möglichkeit ist in 3 skizziert.Experience has shown that a meaningful plasma at the puncture site of the laser beam is not already available at the beginning of the piercing process. This circumstance is in the control of the spectrometer 10 to consider the spectral analysis of the generated plasma. An existing option is in 3 outlined.

Gemäß 3 ist an einem Rückspiegel 22 des Laserresonators 5 eine Leistungsmesseinrichtung 23 mit hoher zeitlicher Auflösung installiert. Mittels der Leistungsmesseinrichtung 23 wird die Laserleistung gemessen. Dadurch kann die Leistungsmesseinrichtung 23 den Zeitpunkt erfassen, zu weichem ein Laserstrahl aus dem im dargestellten Beispielsfall pulsierend betriebenen Laserresonator 5 austritt. Diese Information gibt die Leistungsmesseinrichtung 23 an einen Delaygenerator 24 weiter, der mit einer zuvor eingestellten zeitlichen Verzögerung gegenüber dem Austrittszeitpunkt des Laserstrahls an dem Laserresonator 5 das Spektrometer 10 für eine Bildaufnahme aktiviert.According to 3 is at a rearview mirror 22 of the laser resonator 5 a power measuring device 23 installed with high temporal resolution. By means of the power measuring device 23 the laser power is measured. As a result, the power measuring device 23 detect the time to soften a laser beam from the pulsed in the example shown laser resonator 5 exit. This information is provided by the power measuring device 23 to a delay generator 24 further, with a previously set time delay relative to the exit time of the laser beam to the laser resonator 5 the spectrometer 10 enabled for image capture.

Alternativ kann in der Steuerung des Laserresonators 5 ein Signal abgegriffen werden, das exakt den Startzeitpunkt des Laserstrahls bzw. Laserpulses markiert. Das Signal definiert den Zeitpunkt, ab welchem die zeitliche Verzögerung der spektralen Bildaufnahme läuft.Alternatively, in the control of the laser resonator 5 a signal is tapped, which marks exactly the start time of the laser beam or laser pulse. The signal defines the time from which the time delay of the spectral image acquisition starts.

In beiden Fällen erfasst das Spektrometer 10 das von dem Laserstrahl an dem Blech 2 gebildete und in 3 als Wolke angedeutete Plasma erst zu einem Zeitpunkt, zu welchem dem Plasma zuverlässige Informationen über die chemische Zusammensetzung des betreffenden Blechwerkstoffes entnommen werden können. Beispielsweise erfolgt die spektrometrische Erfassung des Plasmas zum Zeitpunkt des Kollabierens der erzeugten Plasmawolke und dabei zu demjenigen Zeitpunkt, zu welchem die Bestrahlung des Bleches 2 mit dem Laserstrahl endet.In both cases, the spectrometer captures 10 that of the laser beam on the sheet 2 educated and in 3 plasma indicated as cloud only at a time at which reliable information about the chemical composition of the sheet metal material concerned can be taken from the plasma. For example, the spectrometric detection of the plasma takes place at the time of collapse of the plasma cloud produced and at the time at which the irradiation of the sheet 2 ends with the laser beam.

Ist das Spektrometer 10 aktiviert, so erfasst es das aus Werkstoff des Bleches 2 erzeugte Plasma über die nahe der Blechoberfläche endende Lichtleitfaser 16. Das von dem Plasma emittierte Licht wird in dem Spektrometer 10 analysiert und das Analyseergebnis wird durch die Auswerteeinheit 11 ausgewertet. Das beispielhafte Ergebnis einer derartigen Auswertung ist in 5 dargestellt.Is the spectrometer 10 activated, it records this from the material of the sheet metal 2 generated plasma on the near the surface of the sheet ending optical fiber 16 , The light emitted by the plasma is detected in the spectrometer 10 analyzed and the analysis result is determined by the evaluation unit 11 evaluated. The exemplary result of such an evaluation is in 5 shown.

Gemäß 5 lassen sich anhand des Ergebnisses einer mittels der Spektralanalysevorrichtung 9 durchgeführten Spektralanalyse Bleche aus Aluminium, aus Edelstahl (Cr-Ni-Stahl) und aus Baustahl zuverlässig voneinander unterscheiden. Nachdem die Blechoberfläche zuvor von etwaigen Belägen gereinigt worden ist, gibt das Ergebnis der Spektralanalyse des an dem Blech 2 erzeugten Plasmas die tatsächliche chemische Zusammensetzung des Bleches 2 exakt wieder.According to 5 can be calculated from the result of a spectral analysis device 9 performed spectral analysis aluminum sheets, stainless steel (Cr-Ni steel) and made of mild steel reliably distinguish from each other. After the sheet surface has been previously cleaned of any coverings, the result of the spectral analysis of the on the sheet gives 2 generated plasma the actual chemical composition of the sheet 2 exactly again.

Auf der Grundlage des Ergebnisses der Spektralanalyse des an dem Blech 2 erzeugten Plasmas definiert die CNC-Steuerung 7 die Parameter für den sich an die Analyse anschließenden Schneidprozess. In dem gezeigten Beispielsfall kann sich der Schneidprozess unmittelbar an das zu Analysezwecken genutzte Einstechen des Laserstrahls in das Blech 2 anschließen.On the basis of the result of the spectral analysis of the on the sheet 2 generated plasma defines the CNC control 7 the parameters for the subsequent cutting process to the analysis. In the example shown, the cutting process can directly to the used for analysis piercing the laser beam into the sheet 2 connect.

Anhand eines Analyseergebnisses der in 5 dargestellten Art werden für die eigentliche Blechbearbeitung unterschiedliche Parameter vorgegeben, je nachdem ob es sich bei dem zu bearbeitenden Blech um ein Blech aus Aluminium, aus Cr-Ni-Stahl oder aus Baustahl handelt. Für alle diese Werkstoffarten sind in der CNC-Steuerung 7 Parametersätze für die schneidende Blechbearbeitung hinterlegt.Based on an analysis result of in 5 shown different parameters are given for the actual sheet metal processing, depending on whether it is the sheet to be machined to a sheet of aluminum, Cr-Ni steel or mild steel. For all these types of materials are in the CNC control 7 Parameter sets for the cutting sheet metal processing deposited.

Innerhalb der Parametersätze für die einzelnen Werkstoffarten ist in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung der jeweiligen Werkstoffart eine weitere Differenzierung möglich. Beispielsweise können in der CNC-Steuerung 7 für Blech aus Baustahl je nach Kupfer- und/oder je nach Siliziumgehalt des Baustahls unterschiedliche Parametersätze hinterlegt sein und bei der Blechbearbeitung zur Anwendung kommen.Within the parameter sets for the individual types of material, a further differentiation is possible depending on the chemical composition of the respective material type. For example, in the CNC control 7 Depending on the copper content and / or depending on the silicon content of the structural steel, different parameter sets may be stored for sheet steel made of structural steel and used in sheet metal processing.

Abweichend von der vorstehend beschriebenen Verfahrensweise besteht die Möglichkeit, die mittels der Vorrichtung 8 gewonnenen Erkenntnisse über das Reflexionsverhalten der untersuchten Blechoberflächen unmittelbar zur Festlegung von Parametern des späteren Schneidprozesses zu nutzen. In diesem Fall ergänzen sich die mit Hilfe der Vorrichtung 8 und die mit Hilfe der Spektralanalysevorrichtung 9 erlangten Informationen über die Beschaffenheit des Bleches 2.Notwithstanding the procedure described above, there is the possibility of using the device 8th recovered To use findings on the reflection behavior of the investigated sheet metal surfaces directly to determine parameters of the subsequent cutting process. In this case, they complement each other with the help of the device 8th and that with the help of the spectral analysis device 9 obtained information about the condition of the sheet 2 ,

Ein spektral zu analysierendes Plasma wird auch an einer in 2 skizzierten Anordnung 50 zum Laserbearbeiten von Blechen 2 erzeugt. Von der Anordnung 1 gemäß 1 unterscheidet sich die in 2 dargestellte Anordnung 50 durch eine Analyse-Anordnung 54. Im Übrigen stimmt die Anordnung 50 mit der Anordnung 1 in Aufbau und Funktionsweise überein. Für einander entsprechende Bauteile werden in den 1 und 2 die gleichen Bezugszeichen verwendet.A plasma to be spectrally analyzed is also displayed on an in 2 sketched arrangement 50 for laser processing of metal sheets 2 generated. From the arrangement 1 according to 1 is different in the 2 illustrated arrangement 50 through an analysis arrangement 54 , Incidentally, the arrangement is correct 50 with the arrangement 1 in structure and functioning match. For each other corresponding components are in the 1 and 2 the same reference numerals are used.

Anders als die Analyse-Anordnung 4 der Anordnung 1 vertilgt die Analyse-Anordnung 54 nicht über eine Vorrichtung zur Bestimmung des Reflexionsverhaltens von Blechoberflächen. Dementsprechend wird an der Anordnung 50 bei der Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit eines zu bearbeitenden Bleches 2 bzw. beim Laserbearbeiten eines Bleches 2 das Reflexionsverhalten der Blechoberfläche nicht berücksichtigt. Gleichwohl sind auch an der Anordnung 50 die Parameter der schneidenden Blechbearbeitung hervorragend auf die chemische Zusammensetzung des Blechwerkstoffes abgestimmt. Hierfür sorgt der Umstand, dass die Analyse-Anordnung 54, im Einzelnen deren Spektralanalysevorrichtung 9, das aus Werkstoff eines Bleches 2 erzeugte Plasma stets zu einem Zeitpunkt detektiert, welcher dem Zeitpunkt des Beginns der Plasmabildung zeitlich nachfolgt, beispielsweise zu einem Zeitpunkt, zu welchem das Plasma kollabiert. Spektral analysiert wird folglich stets ein Plasma, das eine besondere Aussagekraft hinsichtlich der Materialzusammensetzung des betreffenden Bleches 2 besitzt.Unlike the analysis arrangement 4 the arrangement 1 exterminates the analysis arrangement 54 not via a device for determining the reflection behavior of sheet metal surfaces. Accordingly, at the arrangement 50 in determining the laser workability of a sheet to be machined 2 or during laser processing of a sheet 2 the reflection behavior of the sheet surface is not considered. Nonetheless, the arrangement is also important 50 The parameters of the cutting sheet metal processing are perfectly matched to the chemical composition of the sheet material. This is ensured by the fact that the analysis arrangement 54 in particular its spectral analysis device 9 made of material of a sheet metal 2 generated plasma is always detected at a time which follows the time of the beginning of the plasma formation in time, for example, at a time when the plasma collapses. Consequently, a plasma is always analyzed spectrally, which has a particular significance with regard to the material composition of the sheet in question 2 has.

Dass die Plasmadetektion zu einem geeigneten Zeitpunkt erfolgt, wird dadurch sichergestellt, dass auch die Analyse-Anordnung 54 der Anordnung 50 gemäß 3 aufgebaut und gesteuert ist. Auch für die Analyse-Anordnung 54 gelten dementsprechend die vorstehenden Ausführungen zu 3.The fact that the plasma detection takes place at a suitable time is thereby ensured that the analysis arrangement 54 the arrangement 50 according to 3 is constructed and controlled. Also for the analysis arrangement 54 Accordingly, the above statements apply to 3 ,

Das Ergebnis der mittels der Spektralanalysevorrichtung 9 der Analyse-Anordnung 54 durchgeführten Spektralanalyse entspricht grundsätzlich dem in 5 veranschaulichten Analyseergebnis.The result of using the spectral analyzer 9 the analysis arrangement 54 Spectral analysis performed is basically the same as in 5 illustrated analysis result.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • JP 04339239 A [0004] JP 04339239 A [0004]
  • US 2005/0061779 A1 [0005] US 2005/0061779 A1 [0005]

Claims (19)

Verfahren zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen (2), wobei das Reflexionsverhalten einer Blechoberfläche bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der Bestimmung des Reflexionsverhaltens der Blechoberfläche aus Werkstoff des betreffenden Bleches (2) mittels eines Laserstrahls ein Plasma erzeugt wird und dass das erzeugte Plasma einer Spektralanalyse unterzogen wird, im Rahmen derer der Gehalt des Werkstoffs an wenigstens einem für die Bearbeitbarkeit des Bleches (2) relevanten Werkstoffbestandteil derart bestimmt wird, dass in Abhängigkeit von dem bestimmten Werkstoffgehalt zumindest ein Parameter einer späteren Laserbearbeitung des Bleches (2) festlegbar ist.Method for determining the laser workability of sheets ( 2 ), wherein the reflection behavior of a sheet metal surface is determined, characterized in that in addition to the determination of the reflection behavior of the sheet metal surface of material of the sheet in question ( 2 ) a plasma is generated by means of a laser beam and that the generated plasma is subjected to a spectral analysis, within the framework of which the content of the material at least one for the workability of the sheet ( 2 ) relevant material component is determined such that depending on the particular material content at least one parameter of a subsequent laser processing of the sheet ( 2 ) is determinable. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erzeugte Plasma einer Spektralanalyse zu einem Zeitpunkt unterzogen wird, welcher dem Zeitpunkt des Beginns der Plasmabildung zeitlich nachfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the generated plasma is subjected to a spectral analysis at a time which chronologically follows the time of the beginning of the plasma formation. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma in einem Bereich des Bleches (2) erzeugt wird, der bei der späteren Laserbearbeitung des Bleches (2) einen Bearbeitungsrest bildet.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the plasma in a region of the sheet ( 2 ) is generated in the subsequent laser processing of the sheet ( 2 ) forms a remainder. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma, das beim Einstechen des Laserstrahls in das Blech (2) erzeugt wird, einer Spektralanalyse unterzogen wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the plasma which, when the laser beam is pierced into the sheet ( 2 ) is subjected to a spectral analysis. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Spektralanalyse der Werkstoffgehalt des Bleches (2) an Fe und/oder an Al und/oder an Legierungskomponenten und/oder an Si bestimmt wird. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that by means of spectral analysis of the material content of the sheet ( 2 ) is determined on Fe and / or on Al and / or on alloy components and / or on Si. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionsverhalten der Blechoberfläche derart bestimmt wird, dass in Abhängigkeit von dem bestimmten Reflexionsverhalten zumindest ein Parameter einer späteren Laserbearbeitung des Bleches (2) festlegbar ist.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the reflection behavior of the sheet metal surface is determined such that, depending on the determined reflection behavior at least one parameter of a subsequent laser processing of the sheet ( 2 ) is determinable. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionsverhalten der Blechoberfläche vor der Erzeugung des Plasmas bestimmt wird und dass bei einem auf einen Belag der Blechoberfläche hinweisenden Reflexionsverhalten die Blechoberfläche einer Reinigung unterzogen wird, ehe das Plasma erzeugt wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the reflection behavior of the sheet surface is determined prior to the generation of the plasma and that in a pointing to a surface of the sheet surface reflection behavior, the sheet surface is subjected to cleaning before the plasma is generated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionsverhalten der Blechoberfläche durch eine Spektralanalyse bestimmt wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the reflection behavior of the sheet surface is determined by a spectral analysis. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechoberfläche einer Reinigung mittels eines Laserstrahls unterzogen wird, vorzugsweise mittels eines Laserstrahls, der von derselben Laserstrahlquelle (5) stammt wie der Laserstrahl zur Erzeugung des Plasmas.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the sheet surface is subjected to a cleaning by means of a laser beam, preferably by means of a laser beam from the same laser beam source ( 5 ) originates like the laser beam to produce the plasma. Verfahren zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen (2), wobei aus Werkstoff eines Bleches (2) mittels eines Laserstrahls ein Plasma erzeugt wird, welches einer Spektralanalyse unterzogen wird, im Rahmen derer der Gehalt des Werkstoffs an wenigstens einem für die Bearbeitbarkeit des Bleches (2) relevanten Werkstoffbestandteil derart bestimmt wird, dass in Abhängigkeit von dem bestimmten Werkstoffgehalt zumindest ein Parameter einer späteren Laserbearbeitung des Bleches (2) festlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erzeugte Plasma einer Spektralanalyse zu einem Zeitpunkt unterzogen wird, welcher dem Zeitpunkt des Beginns der Plasmabildung zeitlich nachfolgt.Method for determining the laser workability of sheets ( 2 ), whereby from material of a sheet ( 2 ) is produced by means of a laser beam, a plasma which is subjected to a spectral analysis, in which the content of the material at least one for the workability of the sheet ( 2 ) relevant material component is determined such that depending on the particular material content at least one parameter of a subsequent laser processing of the sheet ( 2 ), characterized in that the generated plasma is subjected to a spectral analysis at a time which follows the time of the beginning of the plasma formation in time. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die kennzeichnenden Merkmale wenigstens eines der Ansprüche 3 bis 5.A method according to claim 10, characterized by the characterizing features of at least one of claims 3 to 5. Verfahren zum Laserbearbeiten von Blechen (2), dadurch gekennzeichnet, dass vor einer späteren Laserbearbeitung eines Bleches (2) zunächst dessen Laser-Bearbeitbarkeit nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10, 11 ermittelt wird und dass in Abhängigkeit von dem dabei bestimmten Werkstoffgehalt zumindest ein Parameter der späteren Laserbearbeitung des Bleches (2) festgelegt wird.Method for laser machining of metal sheets ( 2 ), characterized in that prior to a subsequent laser processing of a sheet ( 2 ) whose laser workability is first determined by the method according to one of claims 1 to 9 or by the method according to one of claims 10, 11 and that depending on the material content determined thereby at least one parameter of the subsequent laser processing of the sheet ( 2 ). Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein und derselbe Parameter für die Erzeugung des Plasmas zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit des Bleches (2) und für die spätere Laserbearbeitung des Bleches (2) unterschiedlich festgelegt wird.A method according to claim 12, characterized in that one and the same parameters for the production of the plasma for determining the laser-machinability of the sheet ( 2 ) and for the subsequent laser processing of the sheet ( 2 ) is set differently. Analyse-Anordnung zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen (2), mit einer Laserstrahlquelle (5) zur Erzeugung eines Laserstrahls sowie mit einer Vorrichtung (8) zur Bestimmung des Reflexionsverhaltens von Blechoberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl unter Erzeugung eines Plasmas aus Werkstoff des betreffenden Bleches (2) auf das Blech (2) richtbar ist und dass eine Spektralanalysevorrichtung (9) zur Durchführung einer Spektralanalyse des erzeugten Plasmas vorgesehen ist, mittels derer der Gehalt des Werkstoffs an wenigstens einem für die Bearbeitbarkeit des Bleches (2) relevanten Werkstoffbestandteil derart bestimmbar ist, dass in Abhängigkeit von dem bestimmten Werkstoffgehalt zumindest ein Parameter der späteren Laserbearbeitung des Bleches (2) festlegbar ist.Analysis arrangement for determining the laser workability of sheets ( 2 ), with a laser beam source ( 5 ) for generating a laser beam and with a device ( 8th ) for determining the reflection behavior of sheet metal surfaces, characterized in that the laser beam to produce a plasma of material of the sheet in question ( 2 ) on the sheet ( 2 ) and that a spectral analysis device ( 9 ) is provided for performing a spectral analysis of the generated plasma, by means of which the content of the material at least one for the workability of the sheet ( 2 ) relevant material component is determinable such that depending on the particular material content at least one Parameters of the subsequent laser processing of the sheet ( 2 ) is determinable. Analyse-Anordnung nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (8) zur Bestimmung des Reflexionsverhaltens von Blechoberflächen eine Analyseeinrichtung (10, 11) umfasst und dass diese Analyseeinrichtung (10, 11) gleichzeitig als Analyseeinrichtung (10, 11) zur Durchführung der Spektralanalyse des erzeugten Plasmas vorgesehen ist.Analysis arrangement according to claim 14, characterized in that the device ( 8th ) for determining the reflection behavior of sheet metal surfaces, an analysis device ( 10 . 11 ) and that this analysis device ( 10 . 11 ) as an analysis device ( 10 . 11 ) is provided for performing the spectral analysis of the generated plasma. Analyse-Anordnung zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen (2), mit einer Laserstrahlquelle (5) zur Erzeugung eines Laserstrahls, der unter Erzeugung eines Plasmas aus Werkstoff des betreffenden Bleches (2) auf das Blech (2) richtbar ist sowie mit einer Spektralanalysevorrichtung (9) zur Durchführung einer Spektralanalyse des erzeugten Plasmas, wobei mittels der Spektralanalysevorrichtung (9) der Gehalt des Werkstoffs an wenigstens einem für die Bearbeitbarkeit des Bleches (2) relevanten Werkstoffbestandteil derart bestimmbar ist, dass in Abhängigkeit von dem bestimmten Werkstoffgehalt zumindest ein Parameter der späteren Laserbearbeitung des Bleches (2) festlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Spektralanalysevorrichtung (9) die Spektralanalyse des erzeugten Plasmas zu einem Zeitpunkt durchführbar ist, welcher dem Zeitpunkt des Beginns der Plasmabildung nachfolgt.Analysis arrangement for determining the laser workability of sheets ( 2 ), with a laser beam source ( 5 ) for generating a laser beam, which generates a plasma of material of the sheet ( 2 ) on the sheet ( 2 ) and with a spectral analysis device ( 9 ) for performing a spectral analysis of the generated plasma, wherein by means of the spectral analysis device ( 9 ) the content of the material at least one for the workability of the sheet ( 2 ) relevant material component is determinable such that depending on the specific material content at least one parameter of the subsequent laser processing of the sheet ( 2 ), characterized in that by means of the spectral analysis device ( 9 ) the spectral analysis of the generated plasma can be carried out at a time which follows the time of the beginning of the plasma formation. Anordnung zum Laserbearbeiten von Blechen (2), gekennzeichnet durch eine Analyse-Anordnung (4, 54) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16 sowie durch eine Laserbearbeitungsvorrichtung (3) zur späteren Laserbearbeitung von Blechen (2), wobei die Laserbearbeitungsvorrichtung (3) eine programmierbare Vorrichtungssteuerung (7) aufweist, mittels derer die spätere Laserbearbeitung anhand zumindest eines Parameters steuerbar ist, der in Abhängigkeit von dem mittels der Analyse-Anordnung (4, 54) bestimmten Werkstoffgehalt festgelegt worden ist.Arrangement for the laser processing of metal sheets ( 2 ), characterized by an analysis arrangement ( 4 . 54 ) according to one of claims 14 to 16 and by a laser processing device ( 3 ) for later laser processing of sheets ( 2 ), wherein the laser processing device ( 3 ) a programmable device control ( 7 ), by means of which the later laser processing can be controlled on the basis of at least one parameter which, depending on the analysis arrangement ( 4 . 54 ) has been determined certain material content. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Laserstrahlquelle (5) der Analyse-Anordnung (4, 54) eine Laserstrahlquelle (5) der Laserbearbeitungsvorrichtung (3) vorgesehen ist, mittels derer ein Laserstrahl für die spätere Laserbearbeitung des Bleches (2) erzeugbar ist.Arrangement according to claim 17, characterized in that as laser beam source ( 5 ) of the analysis arrangement ( 4 . 54 ) a laser beam source ( 5 ) of the laser processing device ( 3 ) is provided, by means of which a laser beam for the subsequent laser processing of the sheet ( 2 ) is producible. Computerprogrammprodukt, welches Codemittel aufweist, die zum Durchführen aller Schritte eines Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13 angepasst sind, wenn das Programm auf einer Datenverarbeitungsanlage abläuft.A computer program product comprising code means adapted to perform all the steps of a method according to at least one of claims 1 to 13 when the program is run on a data processing system.
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