DE102010032800A1 - Method and device for calibrating a laser processing machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Qualitätssicherung des Bearbeitungsergebnisses bei der Bearbeitung eines Werkstückes mittels Laser, insbesondere was die Positionierung und Leistungskontrolle der auf dem Werkstück auftreffenden Energiemenge inklusive Selbstkalibrierung und Driftkompensation betrifft, was erst die zentrale Administrierung dezentral aufgestellter Geräte ermöglicht. Vor dem Bearbeiten des Werkstückes wird wenigstens ein Laserlicht-Sensor mit geringer räumlicher Ausdehnung mit der Maschine fest verbunden und seine Position im Maschinen-Koordinatensystem ermittelt, der wenigstens eine Laserlicht-Sensor mit Laserlicht abgetastet, beim maximalen Sensor-Signal die Auftreffposition des Laserstrahls als übereinstimmend mit der Position des Laserlicht-Sensors unterstellt und im Laser-Koordinatensystem bestimmt, aus der Differenz der Position des Sensors im Maschinen-Koordinatensystem und der Auftreffposition des Laserstrahls im Laser-Koordinatensystem wenigstens ein Punkt-Korrekturwert automatisch errechnet zur Anpassung des Laser-Koordinatensystems an das Maschinen-Koordinatensystem und bei der anschließenden Bearbeitung des Werkstückes der Laserstrahl nach dem Laser-Koordinatensystem unter Berücksichtigung des wenigstens einen Korrekturwertes ausgelenkt wird.The invention relates to a method and a device for quality assurance of the processing result when processing a workpiece by means of laser, in particular with regard to the positioning and performance control of the amount of energy incident on the workpiece, including self-calibration and drift compensation, which only enables the central administration of decentralized devices. Before processing the workpiece, at least one laser light sensor with a small spatial extent is firmly connected to the machine and its position is determined in the machine coordinate system, which scans at least one laser light sensor with laser light, with the maximum sensor signal the position of the laser beam as corresponding Assumed with the position of the laser light sensor and determined in the laser coordinate system, from the difference between the position of the sensor in the machine coordinate system and the position of the laser beam in the laser coordinate system, at least one point correction value is automatically calculated to adapt the laser coordinate system to the Machine coordinate system and during the subsequent machining of the workpiece, the laser beam is deflected according to the laser coordinate system, taking into account the at least one correction value.
Description
I. AnwendungsgebietI. Field of application
Die Erfindung betrifft Maschinen und Bearbeitungsvorgänge, bei denen ein Werkstück mittels Laser bearbeitet werden soll, also beispielsweise geschnitten, graviert oder beschriftet werden soll.The invention relates to machines and machining operations in which a workpiece is to be processed by laser, so for example cut, engraved or labeled.
II. Technischer HintergrundII. Technical background
Wie bei jedem Bearbeitungsvorgang, kommt es auch hier darauf an, dass dieses Gravieren oder Beschriften auf dem Werkstück an der exakten dafür vorgesehenen Soll-Position durchgeführt wird.As with any machining operation, it is also important here that this engraving or marking on the workpiece is carried out at the exact designated target position.
Häufig soll die Bearbeitung dabei jedoch nicht an einer bezüglich des Werkstückes fest vorgegebenen Position durchgeführt werden, sondern abhängig von der Position einer Vorbearbeitung, die am Werkstück zuvor durchgeführt wurde, und deren Position auf dem Werkstück produktionsbedingt eine jeweils andere sein kann.Frequently, however, the processing should not be performed at a fixed position with respect to the workpiece, but depending on the position of a pre-processing, which was previously carried out on the workpiece, and their position on the workpiece production-related may each be another.
Hinzu kommt, dass der Laserstrahl zwischen der Laserlichtquelle und seinem Auftreffpunkt auf dem Werkstück häufig – über einen oder mehrere Ablenkspiegel abgelenkt wird, und diese Ablenkspiegel beweglich sind und angesteuert werden, um den Auftreffpunkt des Laserstrahles entlang einem gewünschten Pfad zu bewegen.In addition, the laser beam between the laser light source and its point of impingement on the workpiece is often deflected by one or more deflecting mirrors, and these deflecting mirrors are movable and driven to move the point of incidence of the laser beam along a desired path.
Die Präzisionsbearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlung erfordert eine Kalibrierung des Bearbeitungssystems bezüglich der Einstellung der Laserleistungsdichte im Fokus und der Strahlablenkeinheit für die Laserstrahlpositionierung Stand der Technik ist, dass für das Erreichen der erforderlichen Genauigkeiten (Schwankungen, so genannte Drift, der o. g. Parameter durch Temperatur, Verschleiß, Alterung, etc.) vor einer Bearbeitung Probebearbeitungen durchgeführt werden, die es ermöglichen, die Abweichungen von Soll- und Istwerten zu bestimmen und eine Kalibrierung des Systems bis zum Erreichen der erforderlichen Bearbeitungspräzision durchzuführen. Die Durchführung der Kalibrierung in dieser Weise erfordert in aller Regel Spezialkenntnisse und ist mit hohem Zeitaufwand und ggf. Materialverbrauch verbunden. Die Kenntnisse gehen weit über das Maß an Fachwissen hinaus, das ein Maschinenbediener für die Durchführung der eigentlichen Bearbeitungen benötigt.The precision machining of workpieces by means of laser radiation requires a calibration of the processing system with respect to the adjustment of the laser power density in the focus and the beam deflection unit for laser beam positioning. The state of the art is that for achieving the required accuracies (so-called drift, the above parameters by temperature, wear , Aging, etc.) are carried out prior to a machining trial work, which allow to determine the deviations of set and actual values and to perform a calibration of the system until the required machining precision. Performing the calibration in this way usually requires special knowledge and is associated with high expenditure of time and possibly material consumption. The knowledge goes far beyond the level of expertise that a machine operator needs to perform the actual machining.
Die Folge ist nur, dass derartige Laserbearbeitungssysteme in zentralen Fertigungszentren eingesetzt werden, wo die Möglichkeit besteht, dass eine Fachkraft mehrere Maschinen betreut, die dann von geringer geschultem Personal bedient werden.The result is only that such laser processing systems are used in central manufacturing centers, where there is the possibility that a specialist cared for several machines, which are then operated by less trained personnel.
Ein typischer Anwendungsfall ist die Personalisierung von Kunststoffkarten, etwa Kreditkarten oder Ausweiskarten, mittels Laser:
Dabei werden die Kartenrohlinge zunächst bedruckt und ggf. auch geprägt, wobei die Position der Bedruckung oder Prägung auf der Karte die Position der anschließenden Laserbeschriftung vorgibt.A typical application is the personalization of plastic cards, such as credit cards or ID cards, using a laser:
The card blanks are first printed and possibly also embossed, the position of the printing or embossing on the card specifying the position of the subsequent laser inscription.
So soll beispielsweise unter dem vorher aufgedruckten Wort ”Name” exakt in x- und y-Richtung dazu positioniert der konkrete Name des Karteninhabers aufgebracht werden.Thus, for example, under the previously printed word "name", the specific name of the cardholder is to be positioned exactly in the x and y direction.
Da bei der Personalisierung solcher Karten sehr große Stückzahlen bearbeitet werden, werden diese Karten automatisch in die Laserbearbeitungsmaschine eingezogen und ausgeworfen und dazwischen mittels Laser bearbeitet.Since the personalization of such cards very large numbers are processed, these cards are automatically fed into the laser processing machine and ejected and processed in between by means of laser.
Als mögliche Abweichungsquellen der Ist-Position der Laserbeschriftung hinsichtlich ihrer Soll-Position kommen deshalb in Frage:
- – ungenaue Positionierung der Karte im Kartenhalter der Maschine, bedingt durch Spiel im Einzugs- und Haltemechanismus, insbesondere die Führungsbahnen für den Einzug und die Positionierung des Kartenhalters in der Maschine,
- – Abweichung der Ist-Position der Bedruckung oder Prägung von der Soll-Position relativ zum Kartengrundkörper,
- – Umwelteinflüsse, insbesondere Erschütterungen und Temperatureinflüsse, die die gesamte Maschine beeinflussen und vor allem Temperaturdehnungen im Grundgestell der Maschine bewirken und dadurch die Schwenkachsen der am Grundgestell befestigten Spiegel der Laserstrahlführung verlagern.
- Inaccurate positioning of the card in the card holder of the machine, due to play in the retraction and holding mechanism, in particular the guideways for the insertion and the positioning of the card holder in the machine,
- Deviation of the actual position of the printing or embossing from the desired position relative to the card main body,
- - Environmental influences, especially vibrations and temperature influences that affect the entire machine and especially cause temperature expansion in the base frame of the machine and thereby shift the pivot axes of the base frame mounted mirror of the laser beam guide.
Erschwerend ist es, wenn derartige Maschinen klein, leicht und kompakt gebaut werden sollen, um sie dezentral einsetzen zu können. Dies bedingt zum einen eine leichte Bauweise und damit ein tragendes Grundgestell der Maschine aus z. B. Kunststoff statt aus Stahl.To make matters worse, if such machines are to be built small, lightweight and compact in order to use them decentrally. This requires on the one hand a lightweight design and thus a supporting base frame of the machine from z. B. plastic instead of steel.
Sollen derartige Geräte dezentral genutzt werden, d. h. über mehrere, weit verstreute Standorte verteilt, ergibt sich die organisatorisch kaum zu bewältigende Aufgabe, diese Systeme von hinreichend qualifiziertem Fachpersonal kalibrieren und einstellen zu lassen.Should such devices be used decentrally, d. H. Distributed over several scattered locations, the task, which can hardly be managed organisationally, is to have these systems calibrated and set up by adequately qualified specialist personnel.
Des Weiteren kann zwecks Vermeidung zu großer baulicher Abmessungen der Maschine die Laserlichtquelle nicht in großem Abstand und lotrecht auf die Kartenebene gerichtet angeordnet werden, sondern statt dessen wird die Laserlichtquelle in oder parallel zur Kartenebene angeordnet und der Strahl durch vielfache Umlenkung lotrecht zur Kartenebene ausgerichtet und ausgelenkt, wobei jede Umlenkung spielbehaftet ist und durch unerwünschte Verlagerung ihrer Schwenkachse eine weitere Fehlerquelle darstellt.Furthermore, in order to avoid too large structural dimensions of the machine, the laser light source can not be arranged at a great distance and directed perpendicular to the map plane, but instead the laser light source is arranged in or parallel to the map plane and the beam aligned and deflected by multiple deflection perpendicular to the map plane , each one Deflection is fraught with play and represents another source of error by unwanted displacement of its pivot axis.
Ein weiteres Problem stellen Leistungsschwankungen des Lasers dar:
Zum einen können einzelne Dioden des Lasers defekt werden und dadurch kann die Leistung sinken, zum anderen unterliegen Laser einem natürlichen Alterungsprozess, der ebenfalls mit einem Leistungsverlust einhergeht.Another problem is power fluctuations of the laser:
On the one hand, individual diodes of the laser can become defective and as a result the power can decrease, on the other hand, lasers are subject to a natural aging process, which is also accompanied by a loss of power.
Da abnehmende Leistung bei ansonsten gleichen Einstellparametern jedoch eine zurückgehende Schwärzung des Beschriftungs-Ergebnisses bewirkt, was sich vor allem bei Graustufenbildern auf einer Karte nachteilig auswirkt, sollte für die Erzielung gleichbleibender Qualität auch die auf dem Werkstück auftreffende Laserleistung einer Kontrolle unterworfen werden. Diese kann nicht nur durch Veränderungen an der Laserlichtquelle, sondern auch durch z. B. Verschmutzung der Spiegel im Strahlengang des Laserlichts oder andere Faktoren beeinflusst werden, etwa mangelhafte Fokussierung des Laserstrahls auf die Oberfläche des Werkstückes.However, as decreasing power, with otherwise equal adjustment parameters, causes a declining blackening of the label result, which is detrimental to grayscale images on a card in particular, the laser power impinging on the workpiece should also be subjected to inspection to obtain consistent quality. This can not only by changes to the laser light source, but also by z. As contamination of the mirror in the beam path of the laser light or other factors are affected, such as poor focusing of the laser beam on the surface of the workpiece.
III. Darstellung der ErfindungIII. Presentation of the invention
a) Technische Aufgabea) Technical task
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Qualitätssicherung des Bearbeitungsergebnisses bei der Bearbeitung eines Werkstückes mittels Laser zur Verfügung zu stellen, insbesondere was die Positionierung und Leistungskontrolle der auf dem Werkstück auftreffenden Energiemenge inklusive Selbstkalibrierung und Driftkompensation betrifft, was erst die zentrale Administrierung dezentral aufgestellter Geräte ermöglicht.It is therefore the object of the invention to provide a method and a device for quality assurance of the machining result in the machining of a workpiece by means of laser, in particular as regards the positioning and power control of the incident on the workpiece amount of energy including self-calibration and drift compensation, which only enables the central administration of decentralized devices.
b) Lösung der Aufgabeb) Solution of the task
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is solved by the features of
Vorausgeschickt werden soll, dass es unterschiedliche Laser-Ablenkungssysteme gibt:It should be said that there are different laser deflection systems:
Einachssystem:single-axis:
- 1. Der Laserstrahl wird über einen beweglichen Spiegel nur in x-Richtung abgelenkt.1. The laser beam is deflected by a movable mirror only in the x direction.
- 2. Die Karte, also das Werkstück, wird während der Bearbeitung in y-Richtung verschoben.2. The card, ie the workpiece, is moved in y-direction during machining.
- a) Es gibt meist keine Kissen-Tonnen-Verzerrung.a) There is usually no pillow-ton distortion.
- b) Eine Positionskalibrierung kann nur dann in y-Richtung erfolgen, wenn der Sensor mit dem Kartenhalter bewegt wird.b) A position calibration can only be done in the y direction when the sensor is moved with the card holder.
Zweiachssystem:two-axis system:
- 1. Der Laserstrahl wird über zwei bewegliche Spiegel abgelenkt in x- und y-Richtung.1. The laser beam is deflected by two movable mirrors in the x and y directions.
- 2. Die Karte wird bei der Beschriftung nicht bewegt.2. The card is not moved at the label.
- 3. Es gibt immer eine Kissen-Tonnen-Verzerrung.3. There is always a cushion-ton distortion.
- 4. Der Sensor kann ortsfest in der Maschine fixiert sein.4. The sensor can be fixed in place in the machine.
Wenn ein in spezifischer Art und Weise in der Laserbearbeitungsmaschine ausgelenkter Lichtstrahl der Laserlichtquelle reproduzierbar immer exakt auf dem gleichen Punkt des Werkstückes auftreffen würde, läge das der Erfindung zugrunde liegende Problem gar nicht vor.If a light beam of the laser light source deflected in a specific manner in the laser processing machine would reproducibly always impinge exactly on the same point of the workpiece, the problem underlying the invention would not exist at all.
Es würde ein einziges Laser-Koordinatensystem existieren, in dem der Auftreffpunkt des Laserstrahls bezüglich der Karte angegeben werden könnte, wenn die Kartenposition bekannt ist.There would be a single laser coordinate system in which the point of impact of the laser beam with respect to the map could be indicated if the map position is known.
In der Praxis ist dies jedoch nicht so, da zweckmäßigerweise zwei unterschiedliche Koordinatensysteme definiert werden, die nicht identisch sind:In practice, however, this is not the case, since it is expedient to define two different coordinate systems which are not identical:
– Zum einen das Laser-Koordinatensystem:- First, the laser coordinate system:
Die Laserlichtquelle ist im Laser-Koordinatensystem fest positioniert und der Auftreffpunkt des Lasers auf dem Werkstück in diesem Laserkoordinatensystem wird durch die Auslenkungen des Laserstrahls verursacht und auch die Fehler und Ungenauigkeiten sowohl der Austrittsposition des Laserstrahls aus der Laserlichtquelle und seiner Richtung, als auch die Fehler in den Umlenkungen des Laserstrahles.The laser light source is fixedly positioned in the laser coordinate system and the point of impact of the laser on the workpiece in this laser coordinate system is caused by the deflections of the laser beam and also the errors and inaccuracies of both the exit position of the laser beam from the laser light source and its direction, as well as the errors in the deflections of the laser beam.
– Zum anderen das Maschinen-Koordinatensystem:- On the other hand, the machine coordinate system:
Dieses Koordinatensystem ist auf die Maschine als Ganzes bezogen, oder auf eines ihrer Teile, insbesondere den beweglichen Kartenhalter, wobei es sich dann um ein bezüglich der Gesamtmaschine bewegliches Koordinatensystem handelt, das dann jedoch wiederum insgesamt Toleranzen gegenüber dem festen Teil der Maschine besitzt.This coordinate system is related to the machine as a whole, or to one of its parts, in particular the movable card holder, which then is a coordinate system movable with respect to the overall machine, but which in turn has overall tolerances relative to the fixed part of the machine.
Dieses Koordinatensystem ist beeinflusst von Temperaturdehnungen und Führungsungenauigkeiten, z. B. des Kartenschlittens gegenüber dem Grundgestell der Maschine den Erschütterungen des Grundgestells der gesamten Maschine und ähnlichen Faktoren.This coordinate system is influenced by thermal expansions and guiding inaccuracies, e.g. As the card slide relative to the base frame of the machine, the vibrations of the base frame of the entire machine and similar factors.
Da mit dem Maschinenkoordinatensystem Positionen auf dem Werkstück definiert werden sollen, wäre das Maschinenkoordinatensystem im Idealfall ein Koordinatensystem, welches bezüglich des Werkstückes selbst festgelegt ist, was im vorliegenden Fall jedoch wegen der Beweglichkeit des Werkstückes nicht möglich ist, so dass Fehler der Positionierung des Werkstückes im Kartenhalter und dessen Halterkoordinatensystem, erst recht gegenüber dem Maschinen-Koordinatensystem, zusätzlich kompensiert werden müssen.Since positions on the workpiece are to be defined with the machine coordinate system, the machine coordinate system would ideally be a coordinate system, which is fixed with respect to the workpiece itself, which in the However, this case is not possible because of the mobility of the workpiece, so that errors in the positioning of the workpiece in the card holder and its holder coordinate system, especially compared to the machine coordinate system, must be additionally compensated.
Die mangelnde Übereinstimmung zwischen dem Laserkoordinatensystem und dem Maschinenkoordinatensystem, beispielsweise dem speziellen Halter-Koordinatensystem (worunter bei diesem beweglichen Koordinatensystem die Lage des Halterkoordinatensystems in der Bearbeitungsposition des Werkstückhalters zu verstehen ist) kann sich auf unterschiedliche Art und Weise darstellen:
- a) Die Ursprünge der beiden Koordinatensysteme – wenn sie analog zueinander festgelegt werden – können differieren, entweder in X-Richtung oder in Y-Richtung, also den beiden Auslenkrichtungen des Laserstrahles, oder in beiden Richtungen,
- b) Die Skalierung der beiden Koordinatensysteme kann differieren, indem ihre Längeneinheiten in einer übereinstimmenden Richtung unterschiedlich lang sind.
- c) Die geometrische Form der Koordinatensysteme kann sich unterscheiden.
- – Das Maschinenkoordinatensystem ist idealerweise ein kartesisches Koordinatensystem, also mit lotrecht aufeinander stehender X- und Y-Richtung.
- a) The origins of the two coordinate systems - if they are determined analogously to one another - can differ, either in the X direction or in the Y direction, ie the two deflection directions of the laser beam, or in both directions,
- b) The scaling of the two coordinate systems can differ by their length units in a matching direction have different lengths.
- c) The geometric shape of the coordinate systems may differ.
- - The machine coordinate system is ideally a Cartesian coordinate system, so with perpendicular to each other X and Y direction.
Bei dem Laserkoordinatensystem definiert der mögliche Ablenkungsbereich des Lasers (nach der letzten Umlenkung) bis zum Focuspunkt einen Kegel oder einen Kegelstumpf mit einer Kugel-Segment-förmigen Bodenfläche, so dass die letzte Linse im Strahlengang immer eine sogenannte Planfeldlinse ist, die die Focuspunkte des Lasers von diesem Kugelsegment in eine plane Ebene verteilen soll.In the laser coordinate system, the possible deflection range of the laser (after the last deflection) to the focal point defines a cone or truncated cone with a spherical segment-shaped bottom surface, so that the last lens in the beam path is always a so-called plan field lens, which is the focus points of the laser of this ball segment to distribute in a plane plane.
Dadurch wird jedoch leider auch bewirkt, dass das Laserkoordinatensystem in der planen Ebene, der Kartenebene, kein exakt kartesisches Koordinatensystem ist, sondern tonnenförmige, Ein- oder Ausbuchtungen aufweist gegenüber einem exakt kartesischen wie dem Maschinenkoordinatensystem.
- – Die Richtung der einander entsprechenden X- oder Y-Richtungen können voneinander abweichen, so dass die Koordinatensysteme relativ um ihre Lotrechte (Z-Richtung) zueinander geringfügig verdreht sein können.
- d) – Die durch die jeweiligen Koordinatensysteme definierten Ebenen, insbesondere die X-Y-Ebenen, sind nicht identisch und auch nicht parallel, sondern bilden einen leichten Winkel zueinander, indem beispielsweise die Ursprünge der beiden Koordinatensysteme miteinander identisch sind, davon abweichende Punkte jedoch einen zunehmenden Versatz in Z-Richtung aufweisen.
- - The direction of the mutually corresponding X or Y directions may differ, so that the coordinate systems relative to their perpendicular (Z-direction) to each other may be slightly twisted.
- d) - The planes defined by the respective coordinate systems, in particular the XY planes, are not identical and also not parallel, but form a slight angle to each other, for example by the origins of the two coordinate systems being identical to each other, but deviating points being an increasing offset in the Z direction.
Die beiden Koordinatensysteme, also Laserkoordinatensystem und Maschinenkoordinatensystem, sind keine real an der Maschine eingezeichneten Koordinatensysteme, sondern gedanklich festgelegte Koordinatensysteme, beispielsweise auch in der Steuerung der Maschine hinterlegte Koordinatensysteme, wobei nicht unbedingt beide in der Steuerung separat hinterlegt sein müssen. Es kann auch nur eines von beiden hinterlegt sein.The two coordinate systems, ie laser coordinate system and machine coordinate system, are not real coordinate systems drawn on the machine, but conceptually defined coordinate systems, for example, also in the control of the machine deposited coordinate systems, although not necessarily both must be stored separately in the control. It can also be deposited only one of two.
Laserkoordinatensystem einerseits und Maschinenkoordinatensystem andererseits können deshalb auch als Soll-Position und Ist-Position der gewünschten Laserauftreffpunkte gesehen werden. Wenn nur eines davon, z. B. das Laser-Koordinatensystem, in der Steuerung körperlich, also durch Definierung des Nullpunktes und der Achsrichtungen, hinterlegt ist, sind Soll-, also auch Ist-Position in den Koordinaten dieses Koordinatensystems hinterlegt.Laser coordinate system on the one hand and machine coordinate system on the other hand can therefore also be seen as the desired position and actual position of the desired laser impact points. If only one of them, z. B. the laser coordinate system, in the control physically, ie by defining the zero point and the axial directions, is deposited, the target, so also actual position deposited in the coordinates of this coordinate system.
Der Laserauftreffpunkt auf dem Werkstück, z. B. der Karte, findet sich dann an der gewünschten Soll-Position wieder, wenn die Abweichungen des Laserkoordinatensystems, also der Ist-Position potentieller Auftreffpunkte, vom Maschinenkoordinatensystem, den Soll-Positionen potentieller Auftreffpunkte des Laserstrahls, bekannt ist und die Ist-Position durch Berücksichtigen der daraus errechneten Korrekturwerte in die gewünschte Soll-Position überführt werden kann.The laser impact point on the workpiece, z. As the map, is then at the desired target position again, if the deviations of the laser coordinate system, ie the actual position of potential impact points of the machine coordinate system, the desired positions of potential points of incidence of the laser beam is known and the actual position by Taking into account the calculated therefrom correction values can be transferred to the desired position desired.
Zu diesem Zweck wird zunächst für eine oder mehrere konkrete Positionen im Bearbeitungsbereich der Maschine ermittelt, wie stark die Ist-Position (Laserkoordinatensystem) von der Soll-Position (Maschinenkoordinatensystem oder Halterkoordinatensystem) abweicht.For this purpose, it is first determined for one or more specific positions in the machining area of the machine how much the actual position (laser coordinate system) deviates from the desired position (machine coordinate system or holder coordinate system).
Zu diesem Zweck sind an diesen konkreten Positionen Laserlichtsensoren im Bearbeitungsbereich ortsfest an der Maschine, oder vorzugsweise ortsfest an dem beweglichen Werkstückhalter, angeordnet, sodass deren Position im Maschinenkoordinatensystem oder Halterkoordinatensystem bekannt ist.For this purpose, at these specific positions laser light sensors in the processing area fixed to the machine, or preferably fixed to the movable workpiece holder, arranged so that their position in the machine coordinate system or holder coordinate system is known.
Anschließend werden dieses Sensoren und damit deren Position im z. B. Halterkoordinatensystem mit dem Laserstrahl angefahren und festgehalten, um welche Position es sich bei dem Auftreffpunkt, und damit der Sensorposition gemessen im Laserkoordinatensystem, handelt.Subsequently, these sensors and thus their position in z. B. holder coordinate system is approached with the laser beam and recorded what position it is at the point of impact, and thus the sensor position measured in the laser coordinate system is.
Daraus wird für jeden einzelnen dieser Sensorpositionen ein Punkt-Korrekturwert zwischen den beiden Koordinatensystemen ermittelt, um den das Laserkoordinatensystem (Ist-Position) oder der Auftreffpunkt nach dem Laserkoordinatensystem, also die Ist-Position, zusätzlich verschoben werden muss, um den korrekten Punkt nach dem z. B. Halterkoordinatensystem (Soll-Position) zu erreichen.From this, a point correction value between the two coordinate systems is determined for each of these sensor positions by which the laser coordinate system (actual position) or the point of impact after the laser coordinate system, ie the actual position, must be additionally shifted, to the correct point after the z. B. holder coordinate system (target position) to achieve.
Dieser Korrekturwert wird bei der anschließenden Bearbeitung des Werkstückes für die Auslenkung des Laserstrahls nach dem Laserkoordinatensystem mit berücksichtigt.This correction value is taken into account in the subsequent machining of the workpiece for the deflection of the laser beam according to the laser coordinate system.
Sofern nur ein einziger Sensor vorhanden ist, kann nur ein einziger Punkt-Korrekturwert ermittelt werden und dessen Komponenten in X- und Y-Richtung.If only a single sensor is present, only a single point correction value can be determined and its components in the X and Y directions.
Nur wenn die beiden Koordinatensysteme außer eine Nullpunktsverschiebung keine anderen Unterschiede aufweisen, lässt sich mit einem solchen einzelnen Punkt-Korrekturwert eine Korrelation der beiden Koordinatensysteme herbeiführen.Only if the two coordinate systems have no other differences apart from a zero offset can such a single point correction value bring about a correlation of the two coordinate systems.
Da dies nicht sicher ist, werden für jede der beiden Auslenkrichtungen des Laserstrahls, also X- und Y-Richtung, zwei beabstandete Sensoren verwendet und für jeden Sensor ein Punkt-Korrekturwert bestimmt.Since this is not certain, two spaced sensors are used for each of the two deflection directions of the laser beam, ie the X and Y directions, and a point correction value is determined for each sensor.
Unter Umständen kann ein Sensor – abhängig von seiner Bauart – für die Ermittlung des Korrekturwertes in beide dieser Richtungen genutzt werden.Under certain circumstances, depending on its design, a sensor can be used to determine the correction value in both of these directions.
Aus den beiden Punkt-Korrekturwerten derselben Richtung kann somit automatisch ermittelt werden, ob die Skalierung der beiden Koordinatensysteme in dieser Richtung übereinstimmt oder zusätzlich ein Skalierungsunterschied besteht. Durch die beiden Punkt-Korrekturwerte der anderen Richtung kann zusätzlich ermittelt werden, ob ein Verdrehen der Koordinatensysteme um ihre Hochachse (Z-Achse) zueinander vorliegt.From the two point correction values of the same direction can thus be determined automatically whether the scaling of the two coordinate systems in this direction coincides or in addition there is a scaling difference. The two point correction values of the other direction can additionally be used to determine whether there is a rotation of the coordinate systems about their vertical axis (Z axis) relative to one another.
Auf diese Art und Weisen können aus diesen Punkt-Korrekturwerten zum einen ein Skalierungskorrekturwert für jede der X- und Y-Richtungen ermittelt werden und gegebenenfalls auch ein Drehungs-Korrekturwert bei Vorliegen einer Verdrehung der beiden X-Y-Koordinatensysteme um deren Lot zueinander.In this way, from these point correction values, a scaling correction value for each of the X and Y directions can be determined, and optionally also a rotation correction value in the presence of a rotation of the two X-Y coordinate systems relative to each other.
In diesem Sinne wäre die Anordnung von drei oder vier Sensoren vorzugsweise jeweils in den Ecken eines z. B. rechteckigen Bearbeitungsbereiches, bei einer rechteckigen Karte als Werkstück dann knapp außerhalb des Kartenbereiches im Halterahmen, der dann den Werkstückhalter darstellt, am sinnvollsten.In this sense, the arrangement of three or four sensors would preferably each in the corners of a z. B. rectangular processing area, in a rectangular card as a workpiece then just outside the map area in the holding frame, which then represents the workpiece holder, the most meaningful.
Will man dagegen auch die Größe oder das Vorhandensein einer tonnen förmigen Verzerrung des Laserkoordinatensystems feststellen, so wird für jede Richtung vorzugsweise je ein Sensor in der Mitte der Erstreckung des Randbereiches und einer am Ende des Randbereiches, also in einer Ecke, vorgesehen, da hierdurch am besten eine tonnenförmige Ein- oder Ausbuchtung im mittleren Bereich des Randes ermittelt werden kann und hieraus wiederum für jede Auslenk-Richtung ein Tonnen-Korrekturwert automatisch errechnet werden kann.If, on the other hand, one wishes to determine the size or the presence of a ton-shaped distortion of the laser coordinate system, one sensor is preferably provided for each direction in the middle of the extension of the edge region and one at the end of the edge region, ie in a corner best a barrel-shaped indentation or bulge in the central region of the edge can be determined and from this in turn a tonnage correction value can be calculated automatically for each deflection direction.
Die einzelnen Korrekturwerte werden in der Steuerung hinterlegt und abhängig von der Position des aktuell zu berechnenden Laserauftreffpunktes im Bearbeitungsbereich, also bezüglich des Laserkoordinatensystems, für diesen konkreten Auftreffpunkt exakt berechnet und ggf. addiert, was anhand der Art des Korrekturwertes und des Abstandes des konkreten Auftreffpunktes vom rechnerischen Ursprung des Koordinatensystems möglich ist.The individual correction values are stored in the control system and, depending on the position of the laser incidence point currently to be calculated in the processing region, ie with respect to the laser coordinate system, calculated and possibly added exactly for this specific impact point, which is based on the type of correction value and the distance of the concrete impingement point mathematical origin of the coordinate system is possible.
Erschwerend kann hinzu kommen, dass der Laserauftreffpunkt nicht an einer festen Position des Werkstückes auftreffen soll, sondern in einer festen Positionierung bezüglich einer auf dem Werkstück vorhandenen sichtbaren Vorbearbeitung, beispielsweise einer Vorbedruckung, die sich jedoch herstellungsbedingt nicht immer an der exakt gleichen Kartenposition befindet.To make matters worse, that the laser impingement should not impinge on a fixed position of the workpiece, but in a fixed positioning with respect to an existing on the workpiece visible pre-processing, such as a pre-printing, however, is not always due to production at the exact same card position.
Für diesen Fall wird das Vorbearbeitungsresultat, beispielsweise die Vorbedruckung, von einer in der Maschine fest eingebauten Kamera aufgenommen und damit dessen Position im Halterkoordinatensystem bestimmt, sobald sich das Werkstück, beispielsweise die Karte, samt Werkstückhalter in der Bearbeitungsposition befindet und hieraus ein Vorbearbeitungs-Korrekturwert ermittelt, der bei der anschließenden Laserbearbeitung zusätzlich zu den anderen Korrekturwerten bei der Auslenkung des Laserstrahles nach dem Laserkoordinatensystem berücksichtigt werden muss.In this case, the pre-processing result, for example the pre-printing, is recorded by a camera permanently installed in the machine and thus determines its position in the holder coordinate system as soon as the workpiece, for example the card, with the workpiece holder is in the processing position and determines a pre-processing correction value which must be taken into account in the subsequent laser processing in addition to the other correction values in the deflection of the laser beam according to the laser coordinate system.
Für die Laserbearbeitung muss neben der exakten Positionierung des Auftreffpunktes des Laserstrahls auf dem Werkstück dort jedoch auch der korrekte Energieeintrag in das Werkstück bewirkt werden, denn eine falsche Energiemenge führt zu einem falschen Bearbeitungsergebnis, beispielsweise beim Beschriften mittels Laser zu einem zu hohen oder zu niedrigen Schwärzungsgrad oder Graustufengrad.For the laser processing, however, in addition to the exact positioning of the point of impact of the laser beam on the workpiece there, the correct energy input must be effected in the workpiece, because an incorrect amount of energy leads to a wrong processing result, for example when labeling by laser to a high or low degree of blackening or gray scale level.
Dies kann beispielsweise daran liegen, dass der Laserstrahl nicht auf die Oberfläche des Werkstückes, also die x-y-Ebene z. B. des Maschinen-Koordinatensystems, fokussiert ist. Aus diesem Grund wird bei jedem einzelnen Laserlicht-Sensor der Laserstrahl mit seiner Fokalebene auf die Höhe (in z-Richtung) des Sensors, also die x-y-Ebene z. B. im Maschinen-Koordinatensystem, eingestellt:
Zu diesem Zweck wird nach dem Abtasten des Sensors in x- und/oder y-Richtung und Ermitteln der genauen Position des Sensors in x-y-Richtung im Laser-Koordinatensystem der Laser auf die exakte x-y-Position des Sensors eingestellt, zunächst mit beispielsweise Z = 0 nach dem Laser-Koordinatensystem.This may for example be because the laser beam is not on the surface of the workpiece, so the xy plane z. B. the machine coordinate system, is focused. For this reason, with each individual laser light sensor, the laser beam with its focal plane to the height (in the z direction) of the sensor, so the xy plane z. In the machine coordinate system:
For this purpose, after scanning the sensor in the x and / or y direction and determining the exact position of the sensor in the xy direction in the laser coordinate system, the laser is limited to the exact xy direction. Position of the sensor is set, first with Z = 0 for example according to the laser coordinate system.
Anschließend wird die Z-Koordinate an dieser Stelle variiert und daraus eine Relation zwischen der Signalstärke des Sensors in Abhängigkeit von der Z-Position des Fokus des Laserstrahls in Form einer Glockenkurve ermittelt. Bei der Einstellung des Fokus in Z-Richtung sollte eine Verschiebung der Fokusposition in x- und y-Richtung vermieden werden, wie sie etwa bei einer Abstandsänderung zwischen Planfeldlinse und Werkstück bei Verwendung eines nicht telezentrischen f-Theta Objektivs zwangsläufig der Fall wäre. Die Änderung der Z-Position kann beispielsweise durch eine Änderung per Strahldivergenz vor der Planfeldlinse erreicht werden.Subsequently, the Z coordinate is varied at this point and from this a relation between the signal strength of the sensor is determined as a function of the Z position of the focus of the laser beam in the form of a bell curve. When adjusting the focus in the Z direction, a shift of the focus position in the x and y direction should be avoided, as would inevitably be the case, for example, for a change in distance between the plane field lens and workpiece using a non-telecentric f-theta objective. The change in the Z position can be achieved, for example, by a change by beam divergence in front of the plane field lens.
Durch Bestimmung des Maximums dieser Glockenkurve, was automatisch erfolgen kann, wird bestimmt, bei welchem Z-Wert die Signalstärke maximal ist, was dann der Z-Wert ist, an dem sich in Z-Richtung der Fokus des Laserstrahls genau auf der Höhe des Lichtsensors befindet. Stimmt dies nicht mit Z = 0 nach dem Laser-Koordinatensystem überein, ergibt sich daraus ein Z-Korrekturwert für das Laser-Koordinatensystem.By determining the maximum of this bell curve, which can be done automatically, it is determined at which Z value the signal strength is maximum, which is the Z value at which the focus of the laser beam in the Z direction is exactly at the height of the light sensor located. If this does not agree with Z = 0 according to the laser coordinate system, this results in a Z-correction value for the laser coordinate system.
Wenn dies für alle Laserlichtsensoren durchgeführt wird, können aus den so erhaltenen einzelnen Z-Korrekturwerten wiederum Z-Skalierungs-Korrekturwerte für die Skalierung des Z-Korrekturwertes in X- und Y-Richtung automatisch bestimmt werden, die für die nachfolgende Laserbearbeitung zusätzlich beachtet werden. Dadurch wird sichergestellt, dass an jedem Bearbeitungspunkt der Laser mit seinem Fokus auf die Bearbeitungsebene eingestellt ist.If this is carried out for all the laser light sensors, Z scale correction values for the scaling of the Z correction value in the X and Y directions, which are additionally taken into account for the subsequent laser processing, can be automatically determined from the individual Z correction values thus obtained. This ensures that the laser is focused on the working plane at each machining point.
Selbst wenn dies für einen Punkt des Koordinatensystems bei Z = 0 ohnehin gegeben ist, beispielsweise für den Ursprung des Koordinatensystems, muss dies nicht für die Laserlichtsensoren gelten, die abseits des Ursprunges liegen, da die x-y-Ebene des Laser-Koordinatensystems unter Umständen in einem leichten Winkel zur x-y-Ebene des Maschinen-Koordinatensystems liegen kann.Even if this is the case anyway for a point of the coordinate system at Z = 0, for example for the origin of the coordinate system, this does not have to apply to the laser light sensors which are off the origin, since the xy plane of the laser coordinate system may be in one slight angle to the xy plane of the machine coordinate system.
Vorzugsweise kann die Korrelation zwischen Fokusabstand und Signalstärke des Laserlichtsensors für den jeweiligen Sensor auch vor dem Einbau des Sensors in die Maschine in einer separaten Testvorrichtung ermittelt werden, statt oder zusätzlich zur anschließenden erneuten Überprüfung im eingebauten Zustand in der Maschine.Preferably, the correlation between focus distance and signal strength of the laser light sensor for the respective sensor can also be determined prior to installation of the sensor in the machine in a separate test device, instead of or in addition to the subsequent re-examination in the installed state in the machine.
Ein weiterer Grund, warum nicht die richtige Laserleistung bei der Laserbearbeitung auf der Werkstückoberfläche abgegeben wird, kann an der Laserlichtquelle oder am Strahlengang des Lasers liegen, beispielsweise weil jede Laserlichtquelle produktionsbedingt eine andere Leitung liefert oder indem die Leistung der Laserlichtquelle abnimmt – z. B. alterungsbedingt – oder indem einer oder mehrere der Umlenkspiegel im Strahlengang verschmutzt sind und das Laserlicht nicht vollständig in die gewünschte Richtung reflektieren, sondern teilweise absorbieren, teilweise in unerwünschte andere Richtungen streuen.Another reason why the right laser power is not given off on the workpiece surface during laser processing may be due to the laser light source or the beam path of the laser, for example because each laser light source is producing a different line due to production or the power of the laser light source is decreasing - e.g. B. due to aging - or by one or more of the deflecting mirrors are dirty in the beam path and the laser light is not completely reflected in the desired direction, but partially absorb, partially scatter in undesirable other directions.
Zu diesem Zweck wird eine Leistungskalibrierungskurve für jeden der Laserlichtsensoren in einer Testvorrichtung erstellt, bevor dieser in die Bearbeitungsmaschine eingebaut wird. Dabei wird der Laserlichtsensor von einer baugleichen oder im Idealfall der identischen späteren Laserlichtquelle aus der späteren Bearbeitungsmaschine direkt und ohne Umlenkspiegel treffgenau und mit exakter Fokussierung beaufschlagt und dabei die Laserleistung schrittweise variiert, vorzugsweise von 0–100% der Laserleistung, und die zugehörigen Signalstärken, beispielsweise Diodenspannungen, des Laserlichtsensors aufgezeichnet.For this purpose, a power calibration curve is created for each of the laser light sensors in a test apparatus before it is installed in the processing machine. In this case, the laser light sensor of a similar or ideally identical later laser light source from the subsequent processing machine is applied accurately and without deflecting accurately and with exact focus while the laser power varies gradually, preferably 0-100% of the laser power, and the associated signal strengths, for example Diode voltages recorded by the laser light sensor.
Damit kann bei dem anschließenden Anfahren der Laserlichtsensoren im eingebauten Zustand in der Maschine – wenn die x-y-Positionierung und die richtige Fokussierung erfolgt ist – aus den dann gemessenen Signalstärken rückgeschlossen werden, welche Leistung auf dem Werkstück auftrifft und ob dies der gewünschten Soll-Leistung entspricht.Thus, in the subsequent start-up of the laser light sensors in the installed state in the machine - if the xy positioning and the correct focus is done - be deduced from the then measured signal strengths, which hits power on the workpiece and whether this corresponds to the desired target power ,
Bei Abweichung der Ist-Leistung von der Soll-Leistung im Auftreffpunkt, also auf dem Laserlichtsensor, kann die Steuerung zum Ausgleich die aufgenommene Leistung der Laserlichtquelle entsprechend nachregeln oder – bei zu starker Abweichung – wird eine Fehlermeldung abgegeben, um die Ursache für diese starke Abweichung zu beheben, beispielsweise einen verschmutzten oder beschädigten Ablenkspiegel oder eine ganz oder teilweise defekte Laserlichtquelle.In case of deviation of the actual power from the target power at the point of impact, so on the laser light sensor, the control to compensate the recorded power of the laser light source readjust accordingly or - in case of excessive deviation - an error message is issued to the cause of this strong deviation to remedy, for example, a dirty or damaged deflecting mirror or a completely or partially defective laser light source.
Für die vorstehend beschriebene Vorgehensweise wird – neben einer entsprechenden Steuerung – vor allem ein geeigneter Laserlicht-Sensor benötigt.For the procedure described above, a suitable laser light sensor is needed in addition to a corresponding control.
c) Ausführungsbeispielec) embodiments
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:Embodiments according to the invention are described in more detail below by way of example. Show it:
Gemäß
Zusätzlich ist in der Bearbeitungsposition der Werkstückhalter
Der mögliche Bearbeitungsbereich
Der Laserstrahl
Es ist oberhalb des Werkstückhalters
Ein analog gleicher Rahmen mit ebenfalls drei Ablenkspiegeln ist in Blickrichtung der
Der Laserstrahl
In gleicher Art und Weise kann durch den schwenkbaren Auswahlspiegel
Unabhängig davon, ob Oberseite oder Unterseite des Werkstückes
Der Rest der Laserbearbeitungsmaschine ist dabei nicht dargestellt.The rest of the laser processing machine is not shown.
Dabei ist ersichtlich, dass im Strahlengang des Lasers nacheinander ein X-Ablenkspiegel und ein Y-Ablenkspiegel, die jeweils mittels eines Galvomotors angesteuert von der Steuerung der Laserbearbeitungsmaschine, um ihre Schwenkachse gesteuert schräg gestellt werden, angeordnet sind.It can be seen that in the beam path of the laser in succession, an X-deflecting mirror and a Y-deflecting mirror, each driven by a Galvomotors controlled by the control of the laser processing machine to be placed tilted about its pivot axis, are arranged.
Zwischen dem letzten Ablenkspiegel und dem Werkstück
Aus dieser Grundsituation wird klar, dass das Laserkoordinatensystem x, y, in welchem die Auslenkung des Laserstrahls und damit die notwendigen Bewegungen der Ablenkspiegel
Erst recht stimmt das Laserkoordinatensystem x, y nicht mit dem Halter-Koordinatensystem X, Y überein, welches ortsfest bezüglich des Werkstückhalters
Um die Übereinstimmungsfehler zwischen dem Laserkoordinatensystem x, y, in dem die Auslenkungen des Laserstrahls festgelegt werden, und vor allem dem Halter-Koordinatensystem X, Y zu beseitigen und damit die Laserbearbeitung an der richtigen Sollposition bezogen auf das Werkstück
Die für das Verhältnis zwischen Laserkoordinatensystem x, y und Maschinenkoordinatensystem X', Y' ermittelten Korrekturwerte gelten für das (ortsfeste) Maschinenkoordinatensystem X', Y' generell, während bei der Ermittlung von Korrekturwerten zwischen dem Laserkoordinatensystem x, y und dem Halterkoordinatensystem X, Y diese nur für eine bestimmte Positionierung des Werkstückhalters
The correction values determined for the relationship between laser coordinate system x, y and machine coordinate system X ', Y' apply to the (fixed) machine coordinate system X ', Y' in general, while in the determination of correction values between the laser coordinate system x, y and the holder coordinate system X, Y this only for a specific positioning of the
Der vom Laserstrahl
In
Wird der Laserstrahl
Gemäß
Da die ungefähre Position dieses Laserlichtsensors
Die Steuerung
Wenn der Istwert im Laserkoordinatensystem x, y der Nullpunkt war, ist der so gemäß
Um die Sollposition mit dem Auftreffpunkt des Laserstrahls
Ein solcher Punktkorrekturwert kann natürlich nicht nur für die Nullpunkte dieser beiden Koordinatensysteme festgelegt werden, sondern für jeden beliebigen Punkt im Bearbeitungsbereich
Für jeden dieser Laserlichtsensoren
Die beiden Koordinatensysteme x, y und X, Y sind häufig nicht nur relativ zueinander verschoben, sondern besitzen auch eine nicht übereinstimmende Skalierung, so dass also eine Größeneinheit z. B. in y-Richtung des Laserkoordinatensystems x, y eine andere ist als eine Y-Einheit im Halterkoordinatensystem X, Y und ebenso in X-Richtung.The two coordinate systems x, y and X, Y are often not only shifted relative to each other, but also have a non-matching scale, so that a size unit z. B. in the y-direction of the laser coordinate system x, y is another than a Y-unit in the holder coordinate system X, Y and also in the X direction.
Um dies zu ermitteln, werden – wiederum getrennt für die beiden Richtungen x und y – zwei in dieser Richtung beabstandete Laserlichtsensoren, z. B.
Dieser Skalierungs-Korrekturwert SKX, SKY ist somit ein Korrekturwert, der abhängig von der Position des Laserstrahls im Koordinatensystem pro Längeneinheit zu dem Wert nach dem Laserkoordinatensystem x, y hinzugerechnet werden muss, was ebenfalls in der Steuerung
Ein weiteres Problem ist, dass aufgrund der Auslenkung des Laserstrahls
Meist sind zwei einander gegenüberliegende Kanten ballig konvex, die anderen beiden ballig konkav ausgebildet.Most two opposite edges are convex convex, the other two spherically concave.
Um die Abweichung des Laserkoordinatensystems x, y vor allem hinsichtlich der äußersten x- und y-Linien des Bearbeitungsbereiches
Gemäß
According to
Wenn also in Y-Richtung die Sensoren
Sofern keine zusätzliche Verdrehung der Koordinatensysteme stattfindet, liegt eine Y-Linie des X, Y- oder X', Y'-Koordinatensystems so, dass sie durch die beiden entfernten Sensoren
Der mittlere Sensor
Daraus lässt sich – unter Berücksichtigung des Maßes der Annäherung einer konkreten Laserauftreffposition an den oberen oder unteren Rand des Bearbeitungsbereiches
Weiterhin sind Korrekturwerte für die Einstellung der Fokusposition in Z-Richtung notwendig, wie in den
Bisher wurde von den Abweichungen der zweidimensionalen Koordinatensysteme gesprochen, die in der Zeichenebene der
Senkrecht hierzu, in der Z-Richtung, ist für die vorliegende Anmeldung lediglich die Brennpunkte des Laserstrahls
Da es jedoch beabsichtigt ist, eine optimale Schwärzung auf dem Werkstück
Um zu ermitteln, ob dies auch zutrifft, wird – für jeden der in der Maschine verwendeten Laserlichtsensoren
Findet sich nun das maximale Sensorsignal SS max. nicht bei Z = 0 sondern einem anderen Z-Wert, etwa Z = 1, so ist die Differenz der Fokuskorrekturwert ZK, um den die Einstellung der Höhe des Fokuspunktes in Z-Richtung verändert werden muss, um auf der Oberfläche des Werkstückes
Diese Fokuseinstellung ZK wird in der Regel an den einzelnen Sensoren durchgeführt, nachdem diese bereits in der Laserbearbeitungsmaschine fest positioniert, also eingebaut, sind.This focus adjustment ZK is usually performed on the individual sensors, after they are already firmly positioned in the laser processing machine, ie built-in.
Dann ist natürlich auch die Kenntnis der Höhenlage (Z-Richtung) dieser Sensoren gegenüber dem Null-Höhe (X-/Y-Ebene) notwendig, zu der der Fokuskorrekturwert gegebenenfalls hinzuaddiert werden muss.Then of course the knowledge of the altitude (Z-direction) of these sensors compared to the zero height (X- / Y-plane) is necessary, to which the focus correction value may have to be added.
In einigen Fällen kann aus konstruktiven Gründen diese Fokuseinstellung in der Maschine nicht durchgeführt werden.In some cases, for structural reasons, this focus adjustment in the machine can not be performed.
In diesem Fall werden die Laserlichtsensoren vor dem Einbau in die Maschine
Ferner können für die in X- und Y-Richtung beabstandeten Laserlichtsensoren und den daran festgestellten Fokus-Korrekturwerten ZK1, ZK2, ZK3 aus den in einer Richtung, z. B. der Y-Richtung, beabstandeten Sensoren und Fokuskorrekturwerten ZK1 und ZK2 wiederum ein Fokus-Skalierungs-Korrekturwert ZSKY für die Y-Richtung und analog ZSKX für die X-Richtung ermittelt werden, falls bei den in dieser z. B. Y-Richtung beabstandeten Sensoren
Denn dies bedeutet, dass die x-y-Ebene im Laserkoordinatensystem xy nicht parallel sondern unter einem Winkel zur x-y-Ebene im Halterkoordinatensystem X, Y oder Maschinenkoordinatensystem X', Y' liegt, was mit diesem Fokus-Skalierungs-Korrekturwert ZSKX, ZSKY ausgeglichen werden kann.Because this means that the xy plane in the laser coordinate system xy is not parallel but at an angle to the xy plane in the holder coordinate system X, Y or machine coordinate system X ', Y', which can be compensated with this focus scale correction value ZSKX, ZSKY ,
Dagegen wird immer außerhalb der Maschine – in
Dies ist notwendig, um später andersherum aus der Signalhöhe des Sensorsignals SS einen Rückschluss auf die auf dem Werkstück ankommende Leistung durchführen zu können, die trotz unveränderter Leistungseinstellung – die Laserkalibrierkurve
Diese Alterungserscheinung kann mittels Steuerung ausgeglichen werden, so dass an einer gewünschten Bearbeitungsstelle immer der gleiche Wert des Sensorsignals SS und damit der dort auftreffenden Leitung vorliegt.This aging phenomenon can be compensated for by means of control, so that the same value of the sensor signal SS and thus the line impinging there is always present at a desired processing location.
BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS
- x, y Laser-Koordinatensystemx, y laser coordinate system
- X, Y Halter-KoordinatensystemX, Y holder coordinate system
- X', Y' Maschinen-KoordinatensystemX ', Y' machine coordinate system
- VK1 Vorbearbeitungs-KorrekturwertVK1 pre-processing correction value
- TKX, TKY Tonnen-KorrekturwertTKX, TKY tons correction value
- K1 KorrekturwertK1 correction value
- PK1, PK2 Punkt-Korrekturwert, AbweichungPK1, PK2 point correction value, deviation
- VK1 Vorbearbeitungs-KorrekturwertVK1 pre-processing correction value
- SKX, SKY Skalierungs-KorrekturwertSKX, SKY Scaling correction value
- ZK1 Fokus-KorrekturwertZK1 focus correction value
- ZSKX, ZSKY Fokus-Skalierungs-KorrekturwertZSKX, ZSKY focus scale correction value
- Z FokuseinstellungZ focus adjustment
- SS SensorsignalSS sensor signal
- Werte im Koordinatensystem Values in the coordinate system
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- LaserlichtquelleLaser light source
- 22
- Laserlicht, LaserstrahlLaser light, laser beam
- 33
- WerkstückhalterWorkpiece holder
- 44
- Werkstückworkpiece
- 5.1, 5.1', 5.2, 5.3, 5.45.1, 5.1 ', 5.2, 5.3, 5.4
- Laserlicht-SensorLaser light sensor
- 66
- VorbearbeitungsresultatVorbearbeitungsresultat
- 6'6 '
- Sollpositiontarget position
- 77
- Bearbeitungsbereichediting area
- 88th
- Leistungs-Kalibrierungs-KurvePower calibration curve
- 99
- Fokus-Kalibrierungs-KurveFocus calibration curve
- 1010
- Steuerungcontrol
- 1111
- Glasfaserglass fiber
- 11a11a
- freies Endefree end
- 1212
- Glasfaser-AbdeckungFiber Cover
- 1313
- Fotodiodephotodiode
- 1414
- Blendecover
- 1515
- StreulichtscheibeLight diffuser
- 1616
- Verstärker-SchaltungAmplifier circuit
- 1818
- Laserlicht-PulsLaser light pulse
- 1919
- Glockenkurvebell curve
- 20a, b, c20a, b, c
- Ablenk-SpiegelDeflection mirror
- 2222
- LaserbearbeitungsmaschineLaser processing machine
- 2323
- elektrische Leitungelectrical line
- 2424
- Auswahlspiegelselection mirror
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2011
- 2011-08-01 WO PCT/EP2011/063201 patent/WO2012013818A1/en active Application Filing
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