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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Eckbereichs in einem Bearbeitungsweg.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Normalerweise wird bei einem Laserschneidvorgang die Schneidrichtung gewechselt, um einen Eckbereich (Eckenabschnitt) zu erzeugen. Wird der Winkel des Eckbereichs spitzer, so nimmt die vom Laser abgegebene Wärme stark zu. Durch geschmolzenes Material (Krätze) oder Selbstentzündung kann es zu einem Fehlschlag der Bearbeitung kommen, und es tritt ein nicht schneidbarer Zustand ein.
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Zum Begrenzen der Wärme, die auf einen Eckbereich übertragen wird (Eckenabschnitt), wird die Laserabgabe manchmal in Eckbereichen vorübergehend angehalten, damit eine Abkühlzeit zur Verfügung steht. Nach der Abkühlzeit wird zu einem Neustartzeitpunkt wieder mit der Ausgabe von Laserimpulsen (Eckenbearbeitung) begonnen. Wahlweise wird ein Vorgang (Rückkehr) vorgenommen, bei dem ein Eckbereich über eine vorbestimmte Entfernung nur von der Spitze aus geschnitten wird. Der Laser wird vorübergehend abgeschaltet, damit das geschnittene Teil abkühlen kann. Nach dem Kühlen wird die Laserabgabe auf dem Schneidbearbeitungsweg zurück zur Spitze des Eckbereichs geführt, und das Schneiden wird entlang des Bearbeitungswegs neu gestartet. Ob eine solche Prozedur vorgenommen wird oder nicht wird abhängig von dem Winkel festgelegt, der in dem Eckbereich ausgebildet ist. In der Regel untersucht eine Steuervorrichtung, die für Laserschneidvorgänge verwendet wird, den Bearbeitungsweg und trifft die Entscheidung.
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In
JP 3 211 902 B2 ist ein Bearbeitungsverfahren für die Eckenbearbeitung offenbart, das vom Winkel des Eckbereichs abhängt, der von zwei Schneidwegen gebildet wird. In
JP 3 825 123 B2 ist ein Bearbeitungsverfahren und eine Steuervorrichtung offenbart. Beim Schneiden der Außenseite eines spitzen Eckbereichs erfolgt die Eckenbearbeitung durch Untersuchen des Winkels des Eckbereichs auf den Wegen, die vom Bearbeitungsprogramm befohlen werden, und nicht auf den tatsächlichen Bearbeitungswegen.
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12 zeigt eine Skizze eines Eckbereichs, der gemäß dem Stand der Technik durch zwei geradlinige Hauptbearbeitungswege gebildet wird. Ein Winkel θ1, siehe 12, wird zwischen zwei geradlinigen Hauptbearbeitungswegen ab und bc erzeugt. Beim Schneiden eines relativ spitzwinkeligen Eckenteils kann man den Winkel θ1 durch Untersuchen der Bearbeitungswege ab und bc erhalten.
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13 zeigt eine Skizze eines Eckbereichs, der gemäß dem Stand der Technik durch zwei geradlinige Hauptbearbeitungswege und einen Kreisbogenweg gebildet wird. In 13 ist ein kleiner Kreisbogenweg ef zwischen zwei geradlinige Wege de und fg eingefügt. Durch den Kreisbogenweg ef wird ein glattes gerundetes Eckenteil ausgebildet.
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Im in 13 dargestellten Fall erkennt jedoch eine Steuervorrichtung einen Winkel θ2, der zwischen dem Schneideweg de vor den verrundeten Eckbereich und einer Tangentenlinie eh am Punkt ”e” auf dem Kreisbogenweg ef erzeugt wird. Der Winkel θ2, siehe 13, ist ein stumpfer Winkel. Anders formuliert erkennt die Steuervorrichtung bei einem Teil, das einen relativ spitzen Winkel in einer zu schneidenden Form besitzt, ein Teil mit einem stumpfen Winkel. In einem solchen Fall kann die Eckenbearbeitung nicht korrekt erfolgen.
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Zudem sind
JP 3 211 902 B2 und
JP 3 825 123 B2 auf den Fall eingeschränkt, dass ein zu schneidender Eckbereich einen spitzen Winkel aufweist, der von zwei geradlinigen Hauptbearbeitungswegen gebildet wird. Folglich kann man die in JP 3 211 902 B2 und JP 3 825 123 B2 offenbarten Vorgehensweisen nicht auf ein Eckenteil anwenden, das man durch Einfügen eines kleinen Kreisbogenwegs oder eines kurzen geraden Wegs zwischen zwei geradlinige Hauptbearbeitungswege erhält.
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Weitere Vorrichtungen zum Steuern eines Gerätes zum Laserbearbeiten eines Werkstückes entlang eines Bearbeitungsweges sind beispielsweise den Offenbarungen
JP 02 179 373 A ,
JP 07 195 186 A und
US 5 632 913 A zu entnehmen.
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Die Erfindung erfolgte aufgrund dieser Umstände. Eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Steuervorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die einen Eckbereich auch dann korrekt bearbeiten kann, wenn ein kleiner Kreisbogenweg oder ein kurzer gerader Weg zwischen zwei geradlinige Hauptbearbeitungswege eingefügt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Offenbart ist eine Vorrichtung zum Steuern einer Bearbeitungsdüse und eines Laseroszillators zum Bearbeiten eines Werkstücks auf einem Bearbeitungsweg bereitgestellt, der abhängig von einem Bearbeitungsprogramm bestimmt wird, umfassend:
einen Analysator, der zwei Hauptbearbeitungswege untersucht, die einander benachbart sind, und einen oder mehrere Kreisbogen-Bearbeitungswege oder geradlinige Bearbeitungswege, die die beiden Hauptbearbeitungswege verbinden, und zwar anhand des Bearbeitungsprogramms;
einen Berechner, der den Winkel eines virtuellen Eckbereichs berechnet, der von den beiden Hauptbearbeitungswegen gebildet wird;
eine Feststelleinheit, die feststellt, ob die geradlinige Entfernung zwischen den zwei Hauptbearbeitungswegen, die zu dem Kreisbogen-Bearbeitungsweg bzw. den Wegen gehört oder die Entfernung entlang des Kreisbogen-Bearbeitungswegs bzw. der Wege oder des geradlinigen Bearbeitungswegs bzw. der Wege kleiner oder gleich einem ersten vorbestimmten Wert ist, und die feststellt, ob der von dem Berechner berechnete Winkel kleiner oder gleich einem zweiten vorbestimmten Wert ist; und
eine Veränderungseinheit, die eine Laserbearbeitungsbedingung auf dem Kreisbogen-Bearbeitungsweg bzw. den Wegen oder dem geradlinigen Bearbeitungsweg bzw. den Wegen verändert, und zwar gegenüber einer Laserbearbeitungsbedingung in den Hauptbearbeitungswegen, falls die Feststelleinheit feststellt, dass die geradlinige Entfernung oder die Entfernung entlang des Kreisbogen-Bearbeitungswegs bzw. der Wege oder des geradlinigen Bearbeitungswegs bzw. der Wege kleiner oder gleich dem ersten vorbestimmten Wert ist und der Winkel kleiner oder gleich dem zweiten vorbestimmten Wert ist.
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Die Veränderungseinheit kann eine Laserbearbeitungsbedingung in einem Bereich des Hauptbearbeitungswegs, der von dem Kreisbogen-Bearbeitungsweg oder dem geradlinigen Bearbeitungsweg ausgeht, entlang des Hauptbearbeitungswegs für eine vorbestimmte Entfernung auf die veränderte Laserbearbeitungsbedingung im Kreisbogen-Bearbeitungsweg oder geradlinigen Bearbeitungsweg einstellen.
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Die Veränderungseinheit kann die Laserbearbeitungsbedingung in einem Bereich des Hauptbearbeitungswegs, der von dem Kreisbogen-Bearbeitungsweg oder dem geradlinigen Bearbeitungsweg ausgeht, entlang des Hauptbearbeitungswegs für eine vorbestimmte Entfernung so einstellen, dass sie sich von der Laserbearbeitungsbedingung im Kreisbogen-Bearbeitungsweg oder geradlinigen Bearbeitungsweg und der Laserbearbeitungsbedingung auf den Hauptbearbeitungswegen unterscheidet.
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Es kann zumindest entweder die Geschwindigkeit der Bearbeitungsdüse oder die Abgabe des Laseroszillators für die von der Veränderungseinheit geänderte Laserbearbeitungsbedingung kleiner eingestellt werden als die Geschwindigkeit der Bearbeitungsdüse und die Abgabe des Laseroszillators für die Laserbearbeitungsbedingung im Hauptbearbeitungsweg.
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Die Veränderungseinheit kann die Laserbearbeitungsbedingung so verändern, dass der Betrieb der Bearbeitungsdüse zumindest in dem Start- oder Endpunkt des Kreisbogen-Bearbeitungswegs oder geradlinigen Bearbeitungswegs oder in einem Bereich des Hauptbearbeitungswegs, der sich über eine vorbestimmte Entfernung des Hauptbearbeitungswegs weg vom Kreisbogen-Bearbeitungsweg oder geradlinigen Bearbeitungsweg erstreckt, zeitweilig angehalten wird.
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Die Veränderungseinheit kann die Laserbearbeitungsbedingung so verändern, dass die Abgabe des Laseroszillators zumindest in dem Start- oder Endpunkt des Kreisbogen-Bearbeitungswegs oder geradlinigen Bearbeitungswegs oder in einem Bereich des Hauptbearbeitungswegs, der sich über eine vorbestimmte Entfernung des Hauptbearbeitungswegs weg vom Kreisbogen-Bearbeitungsweg oder geradlinigen Bearbeitungsweg erstreckt, zeitweilig angehalten wird.
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Die Veränderungseinheit kann nach dem zeitweiligen Anhalten des Betriebs der Bearbeitungsdüse die Laserbearbeitungsbedingung so verändern, dass ein Teillastbetrieb vorgenommen wird.
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Ferner wird ein Verfahren zum Steuern einer Bearbeitungsdüse und eines Laseroszillators zum Bearbeiten eines Werkstücks auf einem Bearbeitungsweg, der abhängig von einem Bearbeitungsprogramm bestimmt wird, offenbart, umfassend die Schritte:
das Untersuchen von zwei Hauptbearbeitungswegen, die einander benachbart sind, und eines oder mehrerer Kreisbogen-Bearbeitungswege oder geradlinigen Bearbeitungswege, die die beiden Hauptbearbeitungswege verbinden, und zwar anhand des Bearbeitungsprogramms;
das Berechnen des Winkels eines virtuellen Eckbereichs, der von den beiden Hauptbearbeitungswegen gebildet wird;
das Feststellen, ob die geradlinige Entfernung zwischen den zwei Hauptbearbeitungswegen, die zu dem Kreisbogen-Bearbeitungsweg oder geradlinigen Bearbeitungsweg gehört oder die Entfernung entlang des Kreisbogen-Bearbeitungswegs oder geradlinigen Bearbeitungswegs kleiner oder gleich einem ersten vorbestimmten Wert ist, und das Feststellen, ob der berechnete Winkel kleiner oder gleich einem zweiten vorbestimmten Wert ist; und
das Verändern einer Laserbearbeitungsbedingung auf dem Kreisbogen-Bearbeitungsweg oder geradlinigen Bearbeitungsweg, und zwar gegenüber einer Laserbearbeitungsbedingung in den Hauptbearbeitungswegen, falls festgestellt wird, dass die geradlinige Entfernung oder die Entfernung entlang des Kreisbogen-Bearbeitungswegs oder geradlinigen Bearbeitungswegs kleiner oder gleich dem ersten vorbestimmten Wert ist und der Winkel kleiner oder gleich dem zweiten vorbestimmten Wert ist.
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Die Laserbearbeitungsbedingung können in einem Bereich des Hauptbearbeitungswegs, der von dem Kreisbogen-Bearbeitungsweg oder dem geradlinigen Bearbeitungsweg ausgeht, entlang des Hauptbearbeitungswegs für eine vorbestimmte Entfernung auf die veränderte Laserbearbeitungsbedingung im Kreisbogen-Bearbeitungsweg oder geradlinigen Bearbeitungsweg eingestellt werden.
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Die Veränderungseinheit kann die Laserbearbeitungsbedingung in einem Bereich des Hauptbearbeitungswegs, der von dem Kreisbogen-Bearbeitungsweg oder dem geradlinigen Bearbeitungsweg ausgeht, entlang des Hauptbearbeitungswegs für eine vorbestimmte Entfernung so einstellen, dass sie sich von der Laserbearbeitungsbedingung im Kreisbogen-Bearbeitungsweg oder geradlinigen Bearbeitungsweg und der Laserbearbeitungsbedingung auf dem Hauptbearbeitungsweg unterscheidet.
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Es kann zumindest entweder die Geschwindigkeit der Bearbeitungsdüse oder die Abgabe des Laseroszillators für die geänderte Laserbearbeitungsbedingung kleiner eingestellt werden als die Geschwindigkeit der Bearbeitungsdüse und die Abgabe des Laseroszillators für die Laserbearbeitungsbedingung im Hauptbearbeitungsweg.
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Es kann die Laserbearbeitungsbedingung so verändert werden, dass der Betrieb der Bearbeitungsdüse zumindest in dem Start- oder Endpunkt des Kreisbogen-Bearbeitungswegs oder geradlinigen Bearbeitungswegs oder in einem Bereich des Hauptbearbeitungswegs, der sich über eine vorbestimmte Entfernung des Hauptbearbeitungswegs weg vom Kreisbogen-Bearbeitungsweg oder geradlinigen Bearbeitungsweg erstreckt, zeitweilig angehalten wird.
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Die Laserbearbeitungsbedingung kann so verändert werden, dass die Abgabe des Laseroszillators zumindest in dem Start- oder Endpunkt des Kreisbogen-Bearbeitungswegs oder geradlinigen Bearbeitungswegs oder in einem Bereich des Hauptbearbeitungswegs, der sich über eine vorbestimmte Entfernung des Hauptbearbeitungswegs weg vom Kreisbogen-Bearbeitungsweg oder geradlinigen Bearbeitungsweg erstreckt, zeitweilig angehalten wird.
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Nach dem zeitweiligen Anhalten des Betriebs der Bearbeitungsdüse kann die Laserbearbeitungsbedingung so verändert werden, dass ein Teillastbetrieb vorgenommen wird.
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Die genannten Aufgaben, Merkmale und Vorzüge der Erfindung und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorzüge gehen aus der ausführlichen Beschreibung charakteristischer Ausführungsformen der Erfindung, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, deutlicher hervor.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigt:
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1 eine Skizze eines Lasersystems, das eine Steuervorrichtung der Erfindung enthält;
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2 ein Flussdiagramm, das die Betriebsweise der Steuervorrichtung der Erfindung darstellt;
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3A eine Skizze eines Eckbereichs, der von zwei geradlinigen Hauptbearbeitungswegen und einem Kreisbogenweg gebildet wird;
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3B eine Skizze eines Eckbereichs, der von zwei geradlinigen Hauptbearbeitungswegen und einem geradlinigen Weg gebildet wird;
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4A eine Skizze mit den Zusammenhängen zwischen Zeit, Bearbeitungsdüsen-Vorschubgeschwindigkeit und Laserabgabe in einer Ausführungsform;
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4B eine Skizze mit den Zusammenhängen zwischen Zeit, Bearbeitungsdüsen-Vorschubgeschwindigkeit und Laserabgabe in einer weiteren Ausführungsform;
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5A eine Skizze eines ersten Beispiels eines Eckbereichs;
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5B eine Skizze eines zweiten Beispiels des Eckbereichs;
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6A eine Skizze eines dritten Beispiels des Eckbereichs;
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6B eine Skizze eines vierten Beispiels des Eckbereichs;
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7A eine Skizze eines fünften Beispiels des Eckbereichs;
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7B eine Skizze eines sechsten Beispiels des Eckbereichs;
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8A eine Skizze eines siebten Beispiels des Eckbereichs;
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8B eine Skizze eines achten Beispiels des Eckbereichs;
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9 eine Skizze eines neunten Beispiels des Eckbereichs;
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10A eine Skizze eines zehnten Beispiels des Eckbereichs;
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10B eine Skizze eines elften Beispiels des Eckbereichs;
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11 eine Skizze, die 4A gleicht und die Zusammenhänge zwischen Zeit, Bearbeitungsdüsen-Vorschubgeschwindigkeit und Laserabgabe in einer zusätzlichen Ausführungsform darstellt;
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12 eine Skizze eines Eckbereichs, der in herkömmlicher Weise von zwei geradlinigen Hauptbearbeitungswegen gebildet wird;
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13 eine Skizze eines Eckbereichs, der in herkömmlicher Weise von zwei geradlinigen Hauptbearbeitungswegen und einem Kreisbogenweg gebildet wird.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Im Weiteren werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Zum besseren Verständnis sind die Maßstäbe der Zeichnungen geeignet angepasst.
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1 zeigt eine Skizze eines Lasersystems, das eine Steuervorrichtung der Erfindung enthält. Eine Steuervorrichtung 10, siehe 1, ist an einen Servomotor 21 angeschlossen, der eine Bearbeitungsdüse 20 über die Oberfläche eines eingespannten Werkstücks W bewegt, und einen Laseroszillator 22, der einen Laserstrahl erzeugt, der aus der Bearbeitungsdüse 20 ausgegeben wird. Der Laseroszillator 22 ist ein Entladeanregungs-Laseroszillator mit relativ hoher Leistungsabgabe, beispielsweise ein Kohlendioxidlaser, dessen Leistungsabgabe 1 kW oder mehr beträgt. Man kann auch eine Konfiguration verwenden, in der die Bearbeitungsdüse 20 feststeht und der Servomotor 21 das Werkstück W bewegt.
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Die Steuervorrichtung 10 ist ein digitaler Computer und arbeitet mit einem Bearbeitungsprogramm 11 zum Bearbeiten des Werkstücks W, als ein Analysator 12, der einen Bearbeitungsvorgang des Werkstücks W anhand des Bearbeitungsprogramms 11 untersucht, und als ein Berechner 13, der den Winkel eines virtuellen Eckbereichs berechnet, der von zwei Hauptbearbeitungswegen gebildet wird, die zueinander benachbart sind und die der Analysator 12 untersucht.
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Die Steuervorrichtung 10 arbeitet auch als Feststelleinheit 14, die feststellt, ob eine geradlinige Entfernung zwischen den zwei Hauptbearbeitungswegen oder eine Entfernung entlang des Kreisbogen-Bearbeitungswegs oder geradlinigen Bearbeitungswegs bzw. dieser Wege kleiner oder gleich einem ersten vorbestimmten Wert ist, und ob der vom Berechner 13 berechnete Winkel kleiner oder gleich einem zweiten vorbestimmten Wert ist, und als Veränderungseinheit 15, die eine Laserbearbeitungsbedingung auf dem Kreisbogen-Bearbeitungsweg oder geradlinigen Bearbeitungsweg bzw. diesen Wegen verändert, die an die beiden Hauptbearbeitungswege anschließen.
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2 zeigt ein Flussdiagramm, das die Betriebsweise der Steuervorrichtung der Erfindung darstellt. Dabei sei unterstellt, dass das Bearbeitungsprogramm in einem nicht dargestellten Speicher in der Steuervorrichtung 10 abgelegt ist. Es sei ebenfalls angenommen, dass die Daten, beispielsweise die beschriebenen vorbestimmten Werte, auch in dem Speicher hinterlegt sind. 3A zeigt eine Skizze eines Eckbereichs, der von zwei geradlinigen Hauptbearbeitungswegen und einem Kreisbogenweg gebildet wird. Im Weiteren wird anhand von 2 und 3A die Arbeitsweise der Steuervorrichtung der Erfindung beschrieben.
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Zuerst untersucht der Analysator 12 im Schritt S101 in 2 das Bearbeitungsprogramm 11, um einen Bearbeitungsweg zu entnehmen. Der entnommene Bearbeitungsweg kann eine Anzahl geradliniger Bearbeitungswege und/oder eine Anzahl gebogener Wege umfassen. Im Schritt S102 untersucht der Analysator 12, ob ein oder mehrere kreisförmige oder geradlinige Wege, die zwischen den beiden Hauptbearbeitungswegen liegen, in dem Bearbeitungsweg vorhanden sind. Die Hauptbearbeitungswege können gerade Linien oder gekrümmte Linien sein.
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3A zeigt als Beispiel einen Eckenabschnitt, der von zwei geradlinigen Hauptbearbeitungswegen ab und cd und einem Kreisbogenweg bc gebildet wird. Die Enden ”b” und ”c” des Kreisbogenwegs bc sind mit den Enden der beiden geradlinigen Hauptbearbeitungswege ab und cd verbunden. Dadurch bilden die beiden geradlinigen Hauptbearbeitungswege ab und cd und der Kreisbogenweg bc einen zusammenhängenden Bearbeitungsweg abcd.
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3B zeigt als Beispiel einen Eckenabschnitt, der von zwei geradlinigen Hauptbearbeitungswegen ab und cd und einem geraden Weg bc gebildet wird. In 3B ist anstelle des Kreisbogenwegs bc der gerade Weg bc dargestellt. Der gerade Weg bc beginnt wie dargestellt am Ende ”b” und endet am Ende ”c”.
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Ist wie beschrieben ein Kreisbogenweg bc (oder ein gerader Weg bc) zwischen den beiden geradlinigen Hauptbearbeitungswegen ab und cd vorhanden, so geht die Steuervorrichtung 10 zum Schritt S103 über. Ist kein Kreisbogenweg bc oder eine ähnliche Verbindung vorhanden, so geht die Steuervorrichtung 10 zum Schritt S106 über. Im Folgenden wird hauptsächlich der Fall in 3A beschrieben, in dem ein Kreisbogenweg bc vorhanden ist; der Fall in 3B, in dem ein gerader Weg bc vorhanden ist, gleicht jedoch dem Fall in 3A.
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Im Schritt S103 untersucht der Analysator 12 die kürzeste Entfernung D des Kreisbogenwegs bc (oder die Entfernung D des geraden Wegs bc). Die Entfernung D erhält man mit einem bekannten Verfahren aus den beiden geradlinigen Hauptbearbeitungswegen ab und cd und dem Kreisbogenweg bc, die man bereits kennt, und dem Bearbeitungsprogramm 11. Im Schritt S104 stellt die Feststelleinheit 14 fest, ob die Entfernung D kleiner als ein erster vorbestimmter Wert ist. Dabei wird vorausgesetzt, dass der erste vorbestimmte Wert und ein später beschriebener zweiter vorbestimmter Wert vorab durch das Experiment oder anderweitig bestimmt werden und in einem Speicher (nicht dargestellt) in der Steuervorrichtung 10 abgelegt werden.
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Wird festgestellt, dass die Entfernung D kleiner ist als der erste vorbestimmte Weg, so geht die Steuervorrichtung 10 zum Schritt S105 über. Wird festgestellt, dass die Entfernung D nicht kleiner ist als der erste vorbestimmte Weg, so geht die Steuervorrichtung 10 zum Schritt S106 über.
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Im Schritt S105 kann festgestellt werden, dass der Eckbereich des Bearbeitungswegs relativ klein ist. Der Berechner 13 setzt die beiden geraden Hauptbearbeitungswege ab und cd virtuell fort und berechnet den Winkel θ eines virtuellen Eckenabschnitts, der vom Schnittpunkt der fortgesetzten Wege gebildet wird. Den Winkel θ erhält man auch mit einem bekannten Verfahren aus den beiden geradlinigen Hauptbearbeitungswegen ab und cd und dem Kreisbogenweg bc, die bereits bekannt sind, und dem Bearbeitungsprogramm 11.
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Im Schritt S106 kann festgestellt werden, dass der Eckbereich des Bearbeitungswegs relativ groß ist. In diesem Fall (nicht dargestellt) wird der von den beiden Hauptbearbeitungswegen gebildete Winkel mit einem vergleichbaren Verfahren berechnet.
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Im Schritt S107 stellt die Feststelleinheit 14 fest, ob der Winkel θ kleiner ist als der zweite vorbestimmte Wert. Ist der Winkel θ kleiner als der zweite vorbestimmte Wert, so wird im Schritt S108 ein Eckenbearbeitungsvorgang befohlen. Ist dagegen der Winkel θ nicht kleiner als der zweite vorbestimmte Wert, so wird im Schritt S109 eine normale Schneidebearbeitung angewiesen.
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Der Befehl für einen normalen Schneidevorgang ist ein Befehl, der beim Schneiden des Werkstücks W entlang der geradlinigen Hauptbearbeitungswege ab oder cd oder eines mäßig gekrümmten Wegs (nicht dargestellt) usw. ausgegeben wird. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Bearbeitungsdüse 20 ist relativ hoch, und die Abgabe des Laseroszillators 22 ist relativ groß.
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Dagegen wird der Eckenbearbeitungsbefehl ausgegeben, wenn das Werkstück W entlang eines relativ feinen Wegs geschnitten wird, beispielsweise auf dem Kreisbogenweg bc (oder dem geraden Weg). Beim Eckenbearbeitungsbefehl ist die Bewegungsgeschwindigkeit der Bearbeitungsdüse 20 geringer, und die Abgabe des Laseroszillators 22 ist verglichen mit dem normalen Schneidebearbeitungsbefehl kleiner. Ist anders ausgedrückt der Winkel θ kleiner als der zweite vorbestimmte Wert, so verändert die Veränderungseinheit 15 den normalen Schneidebearbeitungsbefehl in einen Eckenbearbeitungsbefehl.
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Beim Eckenbearbeitungsbefehl sind sowohl die Bewegungsgeschwindigkeit der Bearbeitungsdüse 20 als auch die Abgabe des Laseroszillators 22 nicht konstant, sondern sie werden abhängig von der Zeit geeignet verändert. 4A zeigt eine Skizze mit den Zusammenhängen zwischen Zeit, Bearbeitungsdüsen-Vorschubgeschwindigkeit und Laserabgabe in einer Ausführungsform.
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Auf der Abszisse in 4A ist die Zeit aufgetragen, und die zu den Punkten ”b”, ”c” und ”e” in 3A und 3B gehörenden Zeiten sind auf der Abszisse eingetragen. Auf der Ordinate in 4A sind die Vorschubgeschwindigkeit der Bearbeitungsdüse 20 und die Abgabe des Laseroszillators 22 eingetragen. In 4A stellt die durchgezogene Linie X1 die Vorschubgeschwindigkeit der Bearbeitungsdüse 20 dar, und die gestrichelte Linie X2 zeigt die Laserabgabe. Im Weiteren wird anhand von 3A und 4A der normale Schneidebearbeitungsbefehl und der Eckenbearbeitungsbefehl gemäß einer Ausführungsform beschrieben.
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Zuerst wird in einem Bereich ZA die Bearbeitungsdüse 20 mit einer Geschwindigkeit auf dem Hauptbearbeitungsweg ab zum Ende ”b” bewegt, und der Laseroszillator 22 wird so angesteuert, dass er eine Abgabe liefert. Durch diese Bearbeitung wird das Werkstück W entlang des geradlinigen Hauptbearbeitungswegs ab geschnitten. Hin zum Ende ”b” wird die Geschwindigkeit der Bearbeitungsdüse 20 allmählich verringert. In einem Bereich ZB, in dem die Bearbeitungsdüse 20 das Ende ”b” erreicht, wird die Bearbeitungsdüse 20 vollständig angehalten, und die Laserabgabe wird auf den Wert null eingestellt.
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Der Bereich ZD, in dem die Geschwindigkeit der Bearbeitungsdüse 20 und die Laserabgabe den Wert null haben, ist eine Abkühlperiode. Durch das Bereitstellen einer derartigen Abkühlperiode wird die vom Laser abgegebene Wärme nicht übermäßig groß, und geschmolzenes Material (Krätze) oder Selbstentzündungen treten nicht auf. Da die Bearbeitungsdüse 20 während der Abkühlperiode angehalten wird, kann man verhindern, dass die Wärme des Lasers auf einen anderen Teil des Werkstücks W übertragen wird. Da die Laserabgabe in der Abkühlperiode ZD stillgelegt ist, kann man verhindern, dass die Wärme des Lasers auf dem Werkstück W konzentriert wird. Dadurch kann der Kreisbogenweg bc, der später beschrieben wird (bzw. der gerade Weg bc) sehr sauber geschnitten werden.
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Wahlweise, siehe 4B, das eine der 4A ähnliche Skizze zeigt, kann eine Teillastperiode bereitgestellt werden, in der nur die Bearbeitungsdüse 20 im Bereich ZD des Bereichs ZB angehalten ist, und die Laserabgabe auf einem Wert gehalten wird, der geringer ist als die Laserabgabe im Bereich ZA bzw. die Laserabgabe beim Schneiden des Kreisbogenwegs bc (oder des geradlinigen Wegs bc). Wird der Laseroszillator 22 vollständig stillgelegt, so wird die Leistung unzureichend, und die spätere Abgabe kann instabil werden. Daher bevorzugt man, die Teillastperiode bereitzustellen, in der ein Laserabgabestrahl mit geringer Abgabe in einem Zustand ausgesendet wird, im dem die Bearbeitungsdüse 20 angehalten ist.
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Ist der Bereich ZD beendet, so werden die Geschwindigkeit der Bearbeitungsdüse 20 und die Laserabgabe erhöht, und zwar auf Werte, die kleiner sind als in dem Bereich ZA. Durch diesen Vorgang wird das Werkstück W entlang des Kreisbogenwegs bc (oder des geradlinigen Wegs bc) sehr gut geschnitten.
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Erreicht die Bearbeitungsdüse 20 das Ende ”c”, so läuft die Zeit in den Bereich ZC, in dem das Werkstück W auf dem anderen geradlinigen Hauptbearbeitungsweg cd geschnitten wird. Wie man 4A entnehmen kann, bevorzugt man, die Geschwindigkeit der Bearbeitungsdüse 20 und die Laserabgabe auf Werte einzustellen, die geringer sind als in dem Bereich ZA, und zwar in dem Teil ce, der sich vom Ende ”c” auf dem geradlinigen Hauptbearbeitungsweg cd erstreckt.
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Dies hat seinen Grund darin, dass man durch das Einstellen der Geschwindigkeit der Bearbeitungsdüse 20 und der Laserabgabe auf einen geringeren Wert unmittelbar nach der Änderung der Bewegungsrichtung das Schneiden des Werkstücks W sehr sauber vornehmen kann, da sich die Bewegungsrichtung der Bearbeitungsdüse 20 am Ende ”c” ändert. Der Bereich ce ist bevorzugt kleiner oder gleich dem Durchmesser D des Kreisbogenwegs (oder der Entfernung D des geraden Wegs bc).
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Auch in einem vorbestimmten Bereich (obwohl dies nicht dargestellt ist) bevor die Bearbeitungsdüse 20 das Ende ”b” auf dem einen geradlinigen Hauptbearbeitungsweg ab erreicht, bevorzugt man aus den gleichen Gründen, die Geschwindigkeit der Bearbeitungsdüse 20 und die Laserabgabe unter die Werte im Bereich ZA zu senken.
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Nachdem die Bearbeitungsdüse 20 den Abschnitt ce im anderen geradlinigen Hauptbearbeitungsweg cd im Bereich ZC durchlaufen hat, werden die Bewegungsgeschwindigkeit der Bearbeitungsdüse 20 und die Laserabgabe auf die Werte im Bereich ZA zurückgesetzt. Danach wird der verbleibende Teil des anderen geradlinigen Hauptbearbeitungswegs cd geschnitten.
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Der Analysator 12 der Steuervorrichtung 10 untersucht wie beschrieben in der Hauptausführungsform der Erfindung die beiden geradlinigen Hauptbearbeitungswege ab und cd und einen oder mehrere Kreisbogenwege bc (oder den geradlinigen Weg bc), die sich an die beiden Wege anschließen, anhand des Bearbeitungsprogramms 11, und er erfasst die Entfernung D. Sind die Entfernung D und der virtuelle Winkel kleiner als vorbestimmte Werte für die Entfernung und den Winkel, so geht die Veränderungseinheit 15 vom normalen Schneidvorgangsbefehl auf den Eckenbearbeitungsbefehl über.
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Sind die Entfernung D und der virtuelle Winkel kleiner als ihre vorbestimmten Werte, so kann man feststellen, dass der Winkel zwischen den zwei Hauptbearbeitungswegen ziemlich klein ist. In der Erfindung wird in diesem Fall die Laserbearbeitungsbedingung auf eine Laserbearbeitungsbedingung für den Kreisbogen-Bearbeitungsweg oder den geraden Bearbeitungsweg eingestellt. Folglich kann in der Erfindung auch dann, wenn ein kleiner Kreisbogenweg oder kurzer gerader Weg zwischen die beiden Hauptbearbeitungswege eingefügt ist, der Eckenabschnitt korrekt bearbeitet werden, wobei unterbunden wird, dass die vom Laser abgegebene Wärmemenge zu groß ausfällt. Damit kann eine fehlerhafte Bearbeitung durch das Auftreten von geschmolzenem Material (Krätze) oder Selbstentzündung vermieden werden.
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In der Erfindung ist es zur Zeit der Erstellung des in die Steuervorrichtung 10 eingegebenen Bearbeitungsprogramms 11 nicht erforderlich, den Bearbeitungsweg zu untersuchen. Damit lässt sich das Bearbeitungsprogramm 11 rasch erstellen.
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Im Weiteren werden mit Hilfe von 5A bis 11 Eckenabschnitte beschrieben, auf die die Steuervorrichtung der Erfindung angewendet wird. 5A und 5B zeigen Skizzen eines ersten und eines zweiten Beispiels des Eckbereichs. 5A unterscheidet sich kaum von 3A. Ein Kreisbogenweg bc ist zwischen die geradlinigen Hauptbearbeitungswege ab und cd eingefügt. Der Kreisbogenweg bc geht glatt in die beiden Hauptbearbeitungswege ab und cd über.
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Der Winkel θ des virtuellen Eckbereichs in 5A ist relativ groß. Daher wird die Eckenbearbeitungsprozedur nicht befohlen. In 5B ist dagegen der Radius des eingefügten Kreisbogenwegs bc klein. Der Winkel θ des virtuellen Eckbereichs ist ebenfalls klein. Für den Bearbeitungsweg in 5B wird folglich festgestellt, dass ein Eckenbearbeitungsvorgang erforderlich ist.
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6A und 6B zeigen Skizzen eines dritten und vierten Beispiels für den Eckbereich. Auch in diesen Zeichnungen ist der Kreisbogenweg bc zwischen die zwei geradlinigen Hauptbearbeitungswege ab und cd eingefügt. In 6A stehen die beiden geradlinigen Hauptbearbeitungswege ab und cd senkrecht aufeinander. In 6B ist der Winkel, den die beiden geradlinigen Hauptbearbeitungswege ab und cd bilden, ein stumpfer Winkel.
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In einem solchen Fall ist der Winkel θ des virtuellen Eckbereichs auch dann groß, wenn der Radius des Kreisbogenwegs bc gering ist. Folglich treten auf dem Kreisbogenweg bc keine thermischen Einwirkungen auf, und es ist kein Eckenbearbeitungsvorgang erforderlich. Ist anders formuliert die Entfernung D des Kreisbogenwegs bc in den in 6A und 6B dargestellten Fällen gering, so wird bei einer Entscheidung anhand der Entfernung D und des Winkels θ festgestellt, dass eine Eckenbearbeitungsprozedur erforderlich ist.
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7A und 7B zeigen Skizzen eines fünften und sechsten Beispiels für den Eckbereich. In den Zeichnungen ist der Kreisbogenweg bc zwischen den gebogenen Hauptbearbeitungsweg ab und den geradlinigen Hauptbearbeitungsweg cd eingefügt. Der Kreisbogenweg bc geht wie in den Skizzen dargestellt glatt in den gebogenen Hauptbearbeitungsweg ab über. Von einem Schnittpunkt ”p” einer Fortsetzungslinie des gebogenen Hauptbearbeitungswegs ab und einer Fortsetzungslinie des geraden Hauptbearbeitungswegs cd geht eine gerade Linie pq aus, die den gebogenen Hauptbearbeitungsweg ab berührt. Der zwischen der geraden Linie pq und der Fortsetzungslinie des geradlinigen Hauptbearbeitungswegs cd gebildete Winkel wird als Winkel θ eines virtuellen Eckenabschnitts festgelegt.
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Da in 7A der Winkel θ relativ klein ist, wird wie beschrieben ein Eckenbearbeitungsvorgang gefordert. Da im Gegensatz dazu der Winkel θ in 7B relativ groß ist, wird festgestellt, dass ein Eckenbearbeitungsvorgang nicht nötig ist.
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8A zeigt eine Skizze eines siebten Beispiels eines Eckbereichs. In 8A ist der Kreisbogenweg bc zwischen die zwei geradlinigen Hauptbearbeitungswege ab und cd eingefügt. Der in 8A dargestellte Kreisbogenweg bc schließt jedoch nicht glatt an jeden der beiden geradlinigen Hauptbearbeitungswege ab und cd an. In 8A wird der zwischen einer Tangente an die Fortsetzungslinie des Kreisbogenwegs bc im Punkt ”b” und dem geradlinigen Hauptbearbeitungsweg ab auftretende Winkel als Winkel θ1 festgelegt. Der zwischen einer Tangente an die Fortsetzungslinie des Kreisbogenwegs bc im Punkt ”c” und dem geradlinigen Hauptbearbeitungsweg cd auftretende Winkel wird als Winkel θ2 festgelegt.
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In 8A sind die geradlinigen Hauptbearbeitungswege ab und cd und der Kreisbogenweg bc nicht glatt verbunden. Folglich sind die Winkel θ1 und θ2 kleiner als für den Fall, dass die Hauptbearbeitungswege ab und cd und der Kreisbogenweg bc glatt verbunden sind. Damit sind für den in 8A dargestellten Fall die Winkel θ1 und θ2 relativ klein. Daher wird festgestellt, dass ein Eckenbearbeitungsvorgang erforderlich ist.
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8B zeigt eine Skizze eines achten Beispiels eines Eckbereichs. In 8B ist der gerade Weg bc zwischen die zwei geradlinigen Hauptbearbeitungswege ab und cd eingefügt. Wie die Zeichnung zeigt, bilden der Hauptbearbeitungsweg ab und der gerade Weg bc den Winkel θ1, und der gerade Weg bc und der Hauptbearbeitungsweg cd bilden den Winkel θ2.
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Für den Fall in 8B bevorzugt man jedoch, jeden der beiden Hauptbearbeitungswege ab und cd fortzusetzen und den Winkel θ des virtuellen Eckbereichs festzulegen. Folglich kann man mit einem ähnlichen Verfahren wie oben feststellen, ob ein Eckenbearbeitungsvorgang nötig ist.
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9 zeigt eine Skizze eines neunten Beispiels eines Eckbereichs. In 9 ist der Kreisbogenweg bc zwischen die zwei geradlinigen Hauptbearbeitungswege ab und cd eingefügt. In 9 ist zu sehen, dass der Kreisbogenweg bc nicht glatt an die beiden geradlinigen Hauptbearbeitungswege ab und cd anschließt. Der Radius des Kreisbogenwegs bc ist viel größer als im Fall eines glatten Anschlusses des Kreisbogenwegs bc an die geradlinigen Hauptbearbeitungswege ab und cd. Folglich kann man in diesem Fall anhand des Radius oder der Entfernung D des Kreisbogenwegs bc nicht feststellen, ob ein Eckenbearbeitungsvorgang nötig ist.
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Daher ist zu bevorzugen, dass man jeden der beiden geradlinigen Hauptbearbeitungswege ab und cd wie in der Zeichnung dargestellt verlängert, den Winkel θ des virtuellen Eckenabschnitts wie beschrieben festlegt und die Notwendigkeit des Eckenbearbeitungsvorgangs anhand des Winkels θ feststellt.
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10A und 10B zeigen eine Skizze eines zehnten bzw. elften Beispiels eines Eckbereichs. In 10A ist der Kreisbogenweg bc zwischen die zwei geradlinigen Hauptbearbeitungswege ab und cd eingefügt. In 10B ist der gerade Weg bc zwischen die zwei geradlinigen Hauptbearbeitungswege ab und cd eingefügt.
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Der Kreisbogenweg bc in 10A besteht aus zwei Kreisbogenwegen bb' und b'c. In ähnlicher Weise besteht der gerade Weg bc in 10B aus zwei geraden Wegen bb' und b'c.
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In einem derartigen Fall ist zu bevorzugen, dass man die Anzahl zusammengesetzter Wege bb und b'c als einen einzigen Weg bc auffasst und nicht jeden Weg bb' und b'c für sich betrachtet. Jeder der beiden geradlinigen Hauptbearbeitungswege ab und cd wird wie beschrieben verlängert, der Winkel θ des virtuellen Eckenabschnitts wird wie beschrieben festgelegt, und die Notwendigkeit des Eckenbearbeitungsvorgangs wird anhand des Winkels θ feststellt.
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In 10A und 10B wird die Länge des Wegs bb' benachbart zu dem einen geradlinigen Hauptbearbeitungsweg ab mit einem vorbestimmten Wert verglichen. Ist der Weg bb' kleiner als der vorbestimmte Wert, so wird der Weg bc, der das folgende Wegstück b'c enthält, mit dem vorbestimmten Wert verglichen. Ist der Weg bc größer oder gleich dem vorbestimmten Wert, so bevorzugt man, die in 2 dargestellte Verarbeitung vorzunehmen. Anders gesagt liegt die beschriebene Entfernung D bevorzugt innerhalb eines gewissen Bereichs. Natürlich kann man eine ähnliche Verarbeitung auch dann vornehmen, wenn der Weg bc aus drei oder mehr Kreisbogenwegen oder geraden Wegen zusammengesetzt ist.
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11 zeigt eine Skizze, die 4A gleicht und die Zusammenhänge zwischen Zeit, Bearbeitungsdüsen-Vorschubgeschwindigkeit und Laserabgabe in einer zusätzlichen Ausführungsform darstellt. In 11 stellt die durchgezogene Linie die Vorschubgeschwindigkeit der Bearbeitungsdüse dar, und die gestrichelte Linie zeigt die Laserabgabe. Die Zeichen in 11 haben die folgenden Bedeutungen.
- Fa:
- Vorschubgeschwindigkeit im Bereich ZA,
- Sa:
- Laserabgabe-Spitzenwert im Bereich ZA,
- Pa:
- Laser-Impulsfrequenz im Bereich ZA,
- Qa:
- Laser-Impulsverhältnis im Bereich ZA,
- Fb:
- Vorschubgeschwindigkeit im Bereich ZB,
- Sb:
- Laserabgabe-Spitzenwert im Bereich ZB,
- Pb:
- Laser-Impulsfrequenz im Bereich ZB,
- Qb:
- Laser-Impulsverhältnis im Bereich ZB,
- Lr:
- Bedingung Rücksetzentfernung (Bereich ZD),
- Fr:
- Bedingung Rücksetzgeschwindigkeit,
- Pr:
- Bedingung Rücksetz-Laser-Impulsfrequenz,
- Qr:
- Bedingung Rücksetz-Laser-Impulsverhältnis,
- Fc:
- Vorschubgeschwindigkeit im Bereich ZC,
- Sc:
- Laserabgabe-Spitzenwert im Bereich ZC,
- Pc:
- Laser-Impulsfrequenz im Bereich ZC,
- Qc:
- Laser-Impulsverhältnis im Bereich ZC.
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Die Einheiten der obigen Größen sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1
| Größe | Einheit |
| Feststellwinkel des Eckenabschnitts | Grad |
| ZB | Radius (Kreisbogen-Interpolation), Blocklänge (lineare Interpolation) | mm |
| Geschwindigkeit | mm/min |
| Frequenz | Hz |
| Verhältnis | % |
| ZC | Bedingung Rücksetzentfernung | mm |
| Bedingung Rücksetzgeschwindigkeit | mm/min |
| Bedingung Rücksetzfrequenz | Hz |
| Bedingung Rücksetzverhältnis | |
| Referenz-Versatzgröße, Spaltgröße | mm |
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Da sich die Einzelheiten in 11 kaum von 4A und 4B unterscheiden, werden sie nicht beschrieben. In 11 sind keine Abkühlperiode und keine Teillastperiode ZD vorhanden. In der Bedingung Rücksetzentfernung Lr, siehe 11, ist ein Laserzustand eingestellt, der sich vom Zustand im Bereich ZB, im Bereich ZA und vom Zustand am Ende des Bereichs ZC unterscheidet. In 11 ist die Bedingung Rücksetzentfernung Lr anders als in 4A und 4B nur im Bereich ZC vorhanden. Dort ist die Bedingung Rücksetzentfernung in den Bereichen ZB und ZC vorhanden. Die in 11 gezeigte Bedingung ist ebenfalls im Bereich der Erfindung enthalten.
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Auswirkungen der Erfindung
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In der ersten und achten Ausführungsform kann man für den Fall, dass die geradlinige Entfernung zwischen den zwei Hauptbearbeitungswegen oder die Entfernung entlang des Kreisbogenwegs oder des geraden Verarbeitungswegs bzw. mehrerer Wege kleiner oder gleich einem ersten vorbestimmten Wert ist und der virtuelle Winkel kleiner oder gleich einem zweiten vorbestimmten Wert ist, feststellen, dass der Winkel zwischen den beiden Hauptbearbeitungswegen ziemlich klein ist. In diesem Fall wird zu einer Laserbearbeitungsbedingung für einen oder mehrere Kreisbogenwege oder für gerade Bearbeitungswege übergegangen. Folglich kann der Eckbereich korrekt bearbeitet werden, wenn ein kurzer Kreisbogenweg oder ein kurzer gerader Weg zwischen die beiden Hauptbearbeitungswege eingefügt ist.
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In der zweiten und neunten Ausführungsform kann eine korrekte Bearbeitung auch in einem Teil des Hauptbearbeitungswegs benachbart zum Kreisbogenweg oder zum geraden Bearbeitungsweg bzw. den Wegen vorgenommen werden.
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In der vierten und elften Ausführungsform werden die Geschwindigkeit der Bearbeitungsdüse und/oder der Abgabe des Laseroszillators verringert, und man kann verhindern, dass die Wärme in dem bearbeiteten Teil überhand nimmt und die Bearbeitung fehlschlägt, weil geschmolzenes Material (Krätze) oder eine Selbstentzündung auftreten.
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In der fünften und zwölften Ausführungsform wird der Betrieb der Bearbeitungsdüse zeitweilig angehalten, damit verhindert wird, dass die Wärme des Lasers auf andere Bereiche des Werkstücks übergreift.
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In der sechsten und dreizehnten Ausführungsform wird die Abgabe des Laseroszillators zeitweilig unterbrochen, damit verhindert wird, dass sich die Wärme des Lasers auf dem Werkstück konzentriert.
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In der siebten und vierzehnten Ausführungsform wird die Leistung unzureichend, und die folgende Abgabe kann instabil werden, falls der Laseroszillator komplett angehalten wird. Daher bevorzugt man, eine Teillastperiode vorzusehen, in der ein Laserstrahl mit geringer Leistung ausgesendet wird, wenn die Bearbeitungsdüse angehalten wird.
