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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen von mindestens einem Technologieparameter einer Laserbearbeitung, insbesondere eines Laserschweiß-Prozesses. Ferner betrifft die Erfindung eine Werkzeugmaschine zur Laserbearbeitung mit verschiedenen Technologien, insbesondere Laserschweiß-Prozessen.
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Bei der Laser-basierten Materialbearbeitung stehen einem Anwender eine Vielzahl von Verfahren zur Materialbearbeitung für spezifisch durchzuführende Bearbeitungsprozesse zur Auswahl, wobei jedes der Verfahren bei bestimmten Rahmenbedingungen seine Vorteile einbringen kann. Nachfolgend wird zwischen den (Bearbeitungs-) „Verfahren“, welche allgemein die verschiedenen einsetzbaren Technologien umfassen, und einem spezifischen (Bearbeitungs-) „Prozess“, welcher ein speziell ausgewähltes Verfahren im Rahmen einer speziellen Materialbearbeitungssituation einsetzt, differenziert.
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Beispielhafte Verfahren bei der Technologie des Laserschweißens (LSW) umfassen u.a. das „reine“ LSW, das LSW mit Draht, das LSW mit Draht und Ringfokus, etc. Jedes dieser Verfahren stellt für bestimmte zu schweißende Bearbeitungssituationen, die z. B. durch die Stoß-Situation, das Material, die zur Verfügung stehende Laserstrahlung und den vorliegenden zu überbrückenden Spalt näher bestimmt werden, einen bevorzugten LSW-Prozess dar. Für eine spezifische Bearbeitung wird ein LSW-Prozess durch spezifische Technologieparameter definiert. Die Auswahl des zu nutzenden Verfahrens der LSW-Technologie und insbesondere der zugehörigen Technologieparameter erfolgt üblicherweise anhand von Erfahrungswerten und aus rudimentären Tabellenwerken. Letztere umfassen beispielhafte Füge-Geometrien, Blechstärken und Bearbeitungsmaterialien. Unterschiedliche Füge-Geometrien, insbesondere Stoßarten, sind beispielsweise in der DIN EN ISO 17659 beschrieben.
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Für den Bediener wird es aufgrund der Vielfalt von möglichen (z. B. Laserschweiß-) Verfahren zunehmend schwieriger, bzw. es erfordert sehr viel Erfahrung und Know-How, den jeweils optimalen (Laserschweiß-) Prozess festzulegen.
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Allgemein ist es bekannt, sensorbasierte Überwachungssysteme für eine Korrektur beispielsweise der Schweißposition einzusetzen.
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Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bestimmung eines Bearbeitungsprozesses für eine spezifische Bearbeitungssituation aus der Gruppe von möglichen Bearbeitungsverfahren zu unterstützen, beispielsweise insbesondere ein bestmöglich geeignetes LSW-Verfahren für einen durchzuführenden LSW-Prozess auszuwählen.
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Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch ein Verfahren zum Einstellen mindestens eines Technologieparameters einer Laserbearbeitung nach Anspruch 1 und durch eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 8. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einem Aspekt weist ein Verfahren zum Einstellen mindestens eines Technologieparameters einer Laserbearbeitung, wobei die Laserbearbeitung in Abhängigkeit einer von einer Bildgebungssensorik erfassten Bildinformation eingestellt wird, die folgenden Schritte auf: Ein Bereitstellen von mindestens einer Eingangsgröße der Laserbearbeitung, ein optisches Erfassen von Bildinformation einer Bearbeitungssituation einer Laserbearbeitung mit der Bildgebungssensorik, und ein Bereitstellen einer bildbasierten Unterstützungsfunktion, die zur Erzeugung eines markierungserweiterten Bilddatensatzes der Bearbeitungssituation basierend auf der Bildinformation und in Abhängigkeit der mindestens einen Eingangsgröße der Laserbearbeitung ausgebildet ist.
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Nach den hierin offenbarten Konzepten wird einem Bediener eine bildbasierte Unterstützungsfunktion bereitgestellt, mittels derer er das entsprechende Bearbeitungsverfahren für den spezifischen Bearbeitungsprozess auswählt. Die bildbasierte Unterstützungsfunktion erlaubt z. B. eine vorselektierte und optimierte Auswahl von einem oder mehreren LSW-Verfahren für einen LSW-Prozess. Dabei kann beispielsweise eine Sensorik, wie sie z. B. in Prozessfestlegungsroutinen wie der Routine „TeachLine“ der Anmelderin umgesetzt ist, verwendet werden, um einen zu schweißenden Spalt zu vermessen und basierend auf dem Ergebnis ein korrektes, d. h. der Bearbeitungssituation im Sinne des Bedieners am besten entsprechendes, LSW-Verfahren für den LSW-Prozess mit den entsprechenden Technologieparametern bereitzustellen.
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In einigen Ausführungsformen umfasst der Schritt des Bereitstellens der bildbasierten Unterstützungsfunktion ein Überlagern der erfassten Bildinformation der Bearbeitungssituation mit unterstützender visueller Information. Alternativ oder ergänzend kann ein Überlagern der Bearbeitungssituation mit unterstützender visueller Information am Werkstück vorgenommen werden. Beispielsweise kann eine Software-Überlagerung von koaxialen Kreisen auf einem Kamerabild erfolgen, ggf. ergänzt mit einer seitlichen Projektion einer Laserlinie auf das Werkstück.
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Die visuelle Information umfasst beispielsweise Abstandsmarkierungen, wie ein oder mehrere Abstandskreise und/oder ein Zielkreuz. Diese können mittels Datenverarbeitung den Bilddaten hinzugefügt werden. Alternativ oder ergänzend können Markierungen, insbesondere Abstandsmarkierungen mittels Licht auf die Bearbeitungssituation projiziert werden, so dass die erfasste Bildinformation der Bearbeitungssituation die visuelle Information mitumfasst und direkt eine Erzeugung des markierungserweiterten Bilddatensatzes erfolgt.
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In einigen Weiterbildungen können die Abstandsmarkierungen in Abhängigkeit von Eingangsgrößen der Laserbearbeitung, insbesondere der Strahlquelle und/oder der maximal zur Verfügung stehenden Laserleistung, und/oder des Werkstücks, insbesondere der Materialart und/oder der Materialstärke, und/oder der Fügegeometrie, wie Stumpfstoß, T-Stoß oder Eckstoß, ausgewählt und insbesondere in ihrer Darstellung angepasst, beispielweise skaliert, dargestellt werden.
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In einigen Ausführungsformen umfasst der Schritt des Bereitstellens der bildbasierten Unterstützungsfunktion ein Erkennen von Füge-Geometrieparametern, wie Spaltbreite, Materialstufenhöhe und/oder Stoßwinkel, durch Bildverarbeitung des markierungserweiterten Bilddatensatzes und/oder ein Bereitstellen einer Eingabeschnittstelle für einen Benutzer zum Eingeben von Füge-Geometrieparametern, wie Spaltbreite, Materialstufe und/oder Stoßwinkel, basierend auf einer Darstellung des markierungserweiterten Bilddatensatzes.
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Ferner kann das Verfahren ein Ausgeben des markierungserweiterten Bilddatensatzes auf einer Anzeigevorrichtung als Hilfsanzeige umfassen.
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Des Weiteren kann das Verfahren in einigen Ausführungsformen einen oder mehrere der folgenden Schritte aufweisen:
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Ein Bereitstellen einer Technologiedatenbank mit Technologieparametern zur Laserbearbeitung mittels Laserschweißprozessen, umfassend, für eine Mehrzahl von Laserbearbeitungstechnologien, Laserbearbeitungsparameter, wie Laserleistung, Fokuslage, Fokusform (z. B. Punkt- oder Ringfokus) und/oder Fokusdurchmesser, Füge-Geometrieparameter, wie Stoßart und/oder Spaltmaß, Werkstückparameter, wie Materialart und/oder Materialstärke, und/oder unterstützende Parameter, wie Schutzgaseinsatz, Schutzgastyp, Schweißdrahteinsatz, Schweißdrahtvorschub und/oder Schweißdrahttyp.
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Ein Selektieren mindestens eines Technologieparameters mithilfe des markierungserweiterten Bilddatensatzes.
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Ein Auslesen von mindestens einer Laserbearbeitungstechnologie aus der Technologiedatenbank in Abhängigkeit des mindestens einen selektierten Technologieparameters.
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Ein Ausgeben der ausgelesenen mindestens einen Laserbearbeitungstechnologie auf einer Anzeigevorrichtung und/oder Übergabe der ausgelesenen mindestens einen Laserbearbeitungstechnologie an eine Maschinensteuerung.
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In einem weiteren Aspekt umfasst eine Werkzeugmaschine eine Laserbearbeitungsanlage mit einer Laserstrahlquelle und einem Laserbearbeitungskopf, wobei der Laserbearbeitungskopf mit der Laserstrahlquelle optisch verbunden ist, und eine Werkstückhalterung, wobei eine Relativbewegung zwischen dem Laserbearbeitungskopf und der Werkstückhalterung zur Durchführung einer Laserbearbeitung bewirkbar ist. Ferner umfasst die Werkzeugmaschine eine Bildgebungssensorik zum optischen Erfassen von Bildinformation einer Bearbeitungssituation der durchzuführenden Laserbearbeitung, wobei die Bildgebungssensorik insbesondere am oder im Laserbearbeitungskopf angeordnet ist, und eine Steuerungseinheit zur Durchführung der hierin offenbarten Verfahren zum Einstellen von mindestens einem Technologieparameter einer Laserbearbeitung.
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In einigen Ausführungsformen ist die Steuerungseinheit zur Erzeugung eines markierungserweiterten Bilddatensatzes der Bearbeitungssituation basierend auf der Bildinformation, und optional zur Bildverarbeitung des markierungserweiterten Bilddatensatzes zur Gewinnung von Technologie-relevanten Parametern, ausgebildet.
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Dazu kann die Steuerungseinheit eine Speichereinheit zum Bereitstellen einer Technologiedatenbank mit Technologieparametern zur Laserbearbeitung mittels z. B. Laserschweißprozessen aufweisen. Die Technologiedatenbank kann, für eine Mehrzahl von Laserbearbeitungstechnologien, umfassen: Laserbearbeitungsparameter, wie Laserleistung, Fokuslage, Fokusform (z. B. Punkt- oder Ringfokus) und/oder Fokusdurchmesser, Füge-Geometrieparameter, wie Stoßart und/oder Spaltmaß, Werkstückparameter, wie Materialart und/oder Materialstärke, Bearbeitungsmaterial, und unterstützende Parameter, wie Schweißdrahteinsatz, Schweißdrahtvorschub und/oder Schweißdrahttyp, Schutzgaseinsatz und/oder Schutzgastyp.
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Ferner kann die Steuerungseinheit dazu ausgebildet sein, basierend auf erfassten Technologie-relevanten Parametern einen Vorschlag für eine oder mehrere Laserbearbeitungstechnologien aus der Technologiedatenbank auszulesen und bereitzustellen. So kann die Werkzeugmaschine eine Eingabevorrichtung zur Eingabe von Markierungsparametern und/oder eine Anzeigevorrichtung zur Darstellung von Bilddatensätzen, insbesondere des markierungserweiterten Bilddatensatzes, aufweisen.
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Die hierin offenbarten Konzepte können insbesondere den Vorteil haben, dass separate und z. B. handgeführte Messgeräte (wie z. B. Schieblehre, Messuhr) nicht im Laserwechselwirkungsbereich zum Erfassen von Daten wie den Füge-Stoß benötigt werden.
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Hierin werden allgemein Konzepte offenbart, die es erlauben, zumindest teilweise Aspekte aus dem Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere ergeben sich weitere Merkmale und deren Zweckmäßigkeiten aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
- 1 eine schematische räumliche Darstellung einer Werkzeugmaschine zum Roboter-geführten Schweißen,
- 2 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung des Erfassens von Bildinformation einer Bearbeitungssituation,
- 3 eine schematische Darstellung eines Werkstücks, auf das eine Abstandsmarkierung projiziert wurde,
- 4 eine schematische Verdeutlichung einer weiteren Bearbeitungssituation,
- 5A-5C schematische Darstellungen zur Verdeutlichung der Erfassung von Stoß-Konfigurationen mit einem Linienstrahl und
- 6 ein beispielhaftes Flussdiagramm zur Verdeutlichung eines Verfahrens zum Einstellen mindestens eines Technologieparameters einer Laserbearbeitung.
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Hierin beschriebene Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass Sensorsysteme zur manuellen, teil-automatisierten oder voll-automatisierten Auswahl von Technologieparametern, insbesondere von Schweißparametern und spezifischen LSW-Verfahren, eingesetzt werden können. Dabei besteht oft die Möglichkeit, bereits vorhandene Hardware wie Beobachtungsoptiken, Markierungslaser etc. für die Unterstützung der Technologieauswahl einzusetzen. Insbesondere wurde erkannt, dass eine bildbasierte Unterstützungsfunktion einen markierungserweiterten Bilddatensatz in Abhängigkeit von mindestens einer bereitgestellten Eingangsgrößen zur Unterstützung der Auswahl der Technologieparameter erzeugen kann. Die mindestens eine bereitgestellte Eingangsgröße kann eine Eingangsgröße der Anlage, wie Strahlquelle und/oder maximale Leistung, und/oder eine Eingangsgröße des Werkstücks, wie z.B. Material, Blechstärke und/oder Fügegeometrie (Stumpfstoß, T-Stoß, Eckstoß) umfassen. Es wurde ferner erkannt, dass beispielsweise eine einem markierungserweiterten Bilddatensatz zugrundeliegende Markierung in Abhängigkeit von der Eingangsgröße aus einer Gruppe von möglichen Markierungen ausgewählt und insbesondere in ihrer Darstellung angepasst, beispielweise skaliert, werden kann.
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Im Folgenden wird in Verbindung mit 1 eine beispielhafte Werkzeugmaschine für die Laserbearbeitung beschrieben, bei der die hierin offenbarten Konzepte zum Unterstützen der Einstellung von Technologieparametern der Laserbearbeitung eingesetzt werden können. Anschließend werden unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen der 2 bis 5C sowie auf das Flussdiagramm der 6 mögliche Umsetzungen der Konzepte beim Einstellen von Technologieparameter einer Laserbearbeitung verdeutlicht.
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In 1 ist eine Werkzeugmaschine 1 mit einer Laserbearbeitungsanlage 3 für die Bearbeitung eines Werkstücks 5 dargestellt. Die Bedienung der Werkzeugmaschine 1 erfolgt über ein Bedienpult (nicht explizit dargestellt) eines Steuerungssystems 7. Beispielsweise können über die Erstellung und die Einstellung von NC-Programmen am Bedienpult spezifische, auf Werkstücke und deren Bearbeitung abgestimmte, Arbeitsabläufe (Bearbeitungsprozesse) vorgenommen werden. Beispielsweise weist die Werkzeugmaschine 1 einen Schaltschrank mit dem Steuerungssystem 7 auf, in dem eine zugehörige CNC-Steuerung, eine elektrische Versorgung von Antrieben sowie allgemein Logik- und Leistungsteile vorgesehen sind.
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Die Laserbearbeitungsanlage 3 stellt Laserstrahlung mit üblicherweise teilweise einstellbaren und teilweise fest vorgegebenen Laserstrahlparametern für einen ausgewählten Bearbeitungsprozess bereit. Sie kann beispielsweise auf einem Festkörperlaser, wie ein Scheibenlaser oder Faserlaser, oder einem Gaslaser, wie ein CO2-Laser, als Laserstrahlquelle 3A basieren. Über Laserlichtkabel 3B und/oder Spiegel kann eine Strahlführung von der Laserstrahlquelle 3A zu einem einen Bearbeitungskopf 3C (beispielsweise einem Schweißkopf) erfolgen. Der Bearbeitungskopf 3C fokussiert das Laserlicht auf das Werkstück 5. Die Laserbearbeitungsanlage 3 stellt eine Arbeitszone bereit, in der z. B. ein Schweißprozess durchgeführt werden kann.
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Die Laserbearbeitungsanlage 3 kann in verschiedenen Laserbearbeitungsparametern, wie Laserleistung, Fokuslage, Fokusform (z. B. Punkt- oder Ringfokus) und/oder Fokusdurchmesser, für einen Bearbeitungsprozess eingestellt werden.
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Die Laserbearbeitungsanlage 3 kann ferner z. B. eine Schweißdrahtvorrichtung mit u. a. einem Schweißdrahtvorrat 3D und einer Schweißdrahtdüse 3E und/oder eine Schutzgasvorrichtung mit u. a. einem Schutzgasvorrat 3F und einer Schutzgasdüse 3G aufweisen.
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Entsprechend kann die Laserbearbeitungsanlage 3 in verschiedenen unterstützenden Parametern, wie Schutzgaseinsatz, Schutzgastyp, Schweißdrahteinsatz, Schweißdrahtvorschub und/oder Schweißdrahttyp, eingestellt werden.
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Hinsichtlich des Werkstücks 5 kann die Laserbearbeitungsanlage 3 ferner in verschiedenen Werkstückparametern, wie Materialart und/oder Materialstärke, sowie z. B. bei Schweißvorgängen in verschiedenen Füge-Geometrieparametern, wie Stoßart und/oder Spaltmaß, eingestellt werden.
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Bezüglich der nachfolgend erläuterten Werkstückhalterung und der Relativbewegung von Bearbeitungskopf 3C und Werkstück 5 kann die Laserbearbeitungsanlage 3 ferner in verschiedenen Bewegungsparametern, wie Position und (Verfahr- oder Relativ-) Geschwindigkeit des Werkstücks 5 und/oder des Bearbeitungskopfes 3C, eingestellt werden.
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Diese verschiedenen Technologieparameter und Bewegungsparameter können in einer Speichereinheit des Steuerungssystem 7 z. B. als Technologiedatenbank mit Technologieparametern zur Laserbearbeitung mittels Laserschweißprozessen für eine Mehrzahl von Laserbearbeitungstechnologien abgelegt werden.
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Ein durch die CNC-Steuerung kontrollierter Arbeitsablauf erlaubt die Bearbeitung des Werkstücks 5 auf eine vorbestimmte Art und Weise unter Zusammenwirken der verschiedenen Komponenten der Laserbearbeitungsanlage 3. Der Arbeitsablauf kann eine Mehrzahl von unterschiedlichen, sich abwechselnden Bearbeitungsprozessen umfassen. Diese werden üblicherweise innerhalb eines Teach-In-Vorgangs zur Definition einer durchzuführenden Laserbearbeitung festgelegt. Ein Arbeitsablauf kann nacheinander wiederholt durchgeführt werden und so eine große Anzahl von Werkstücken effizient und im Wesentlichen gleich - trotz eventueller Variation in den Maßen aufgrund von Toleranzbereichen - bearbeiten.
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Beispielsweise erstellt im Teach-In-Vorgang ein Programmierer das NC-Programm zum jeweiligen Fertigungsauftrag innerhalb eines Programmiersystems am Computer, d. h. beispielsweise am Bedienpult des Steuerungssystems 7. Während des Teach-in-Vorgangs werden beispielsweise Wegpunkte für den vom Bearbeitungskopf 3C zurückgelegten Weg in der Arbeitszone festgelegt. Den Weg des Laserfokus kann das Steuerungssystem 7 automatisch oder unter Einflussnahme des Bedieners berechnen. Das Steuerungssystem 7 kann die Bearbeitungsfolge festlegen, z. B. Anfangs- und Endpunkte an die richtigen Stellen setzen. Dabei kann das Steuerungssystem 7 die Strategien und Technologien umsetzen, die ein Bediener werkstückspezifisch, d. h. für eine Bearbeitungssituation, auswählt. In einer vorbereitenden Simulation kann der Bediener sehen, wie das NC-Programm abgearbeitet wird.
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Damit die Umsetzung der ausgewählten Bearbeitungstechnologie stimmt, liefert das NC-Programm die passenden Werte für die zuvor erwähnten Technologieparameter, wie Verfahrgeschwindigkeit, Laserleistung, Fokusgröße und Abstand. Diese Werte werden aus der Technologietabelle, auf die die Steuerung zugreifen kann, ausgelesen. Ferner umfassen die Technologieparameter werkstückspezifische Parameter wie Toleranzgrenzen von (z. B. Blech-) Kanten und maximal mögliche Bewegungsgeschwindigkeiten des Bearbeitungskopfes 3C relativ zum Werkstück 5.
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1 zeigt ferner schematisch einen bespielhaften Roboter-basierten Aufbau der Laserbearbeitungsanlage 3, bei der der Bearbeitungskopf 3C an einem Roboterarm 9A eines Roboters 9 befestigt ist. Der Roboter 9 kann eine Bewegungseinheit mit funktionsrelevanten Bauteilen, wie Schlitten, Teleskoparme, und Rotationsgelenke, zur Bewegung des Bearbeitungskopfes 3C relativ zum Werkstück 5 aufweisen. In alternativen Aufbauten kann die Laserbearbeitungsanlage auf einer X-Y-Z-kartesischen Maschine vorgesehen sein und/oder das Werkstück mit einem Roboter positioniert werden.
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Die Ausrichtung des Bearbeitungskopfes 3C zum Werkstück 5 erfolgt durch die Dreh- und Schwenkachsen, die den spezifischen Arbeitsraum definieren, der alle Punkte umfasst, die durch den entsprechend fokussiert austretenden Laserstrahl bearbeitbar sind.
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Das Werkstück 5 kann mit einer Spanntechnik ortsfest auf einer Werkstücklagerungsvorrichtung gelagert sein (in 1 ist schematisch eine Werkstückauflage 11 angedeutet). In alternativen Ausführungsformen ist auch das Werkstück/die Werkstücklagerungsvorrichtung oder nur das Werkstück /die Werkstücklagerungsvorrichtung im Raum bewegbar, beispielsweise mittels eines weiteren Roboterarms. Die hierin offenbarten Konzepte sind entsprechend angepasst auch in derartigen Konfigurationen einsetzbar.
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Der Laserstrahl tritt über eine Düse beispielsweise zusammen mit einem Schutzgas aus dem Bearbeitungskopf 3C aus.
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Ferner ist im Bearbeitungskopf 3C ein Optiksystem 13 (nicht im Detail gezeigt) vorgesehen. Der Bearbeitungskopf 3C kann, beispielsweise durch Dreh- und Schwenkachsen des Roboterarms 9A, im Wesentlichen frei im Raum positioniert und ausgerichtet werden und so den austretenden Laserstrahl gezielt über das Werkstück 5 führen, wobei das Optiksystem 13 eine Abbildung des Fokusbereichs ermöglicht.
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Das Optiksystem 13 umfasst hierzu unter anderem ein Kamerasystem, das zum optischen Erfassen von Bildinformation einer Bearbeitungssituation einer Laserbearbeitung ausgebildet ist. Die Bildinformation kann z. B. koaxial zum (Bearbeitungs-) Laserstrahl oder seitlich beispielsweise unter einem einstellbaren Winkel gewonnen werden.
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Optional kann das Optiksystem 13 ferner ein Markierungssystem zum Überlagern einer optischen Markierung auf den von der Kamera abgebildeten Fokusbereich des Werkstücks 5 aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann eine Markierung des von dem Kamerasystem abgebildeten Bereichs des Werkstücks 5 in einer nachfolgenden Bildverarbeitung erfolgen.
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Wie in 2 vereinfacht gezeigt wird, kann bei den hierin offenbarten Konzepten zur Bildbasierten Technologieauswahl für LSW-Prozesse allgemein eine Laserschweißoptik eingesetzt werden, die - wie zuvor erläutert - mit Hilfe eines Roboters oder einer kartesischen Positioniermaschine auf eine zu schweißende Stelle positioniert werden kann. Die Laserschweißoptik zur Führung des Laserstrahls kann mittels einer angeschlossenen Kamera 13A des Optiksystems 13 beispielsweise koaxial zum (Bearbeitungs-) Laserstrahl oder seitlich in Richtung auf einen Fügestoß gerichtet Bildinformation über die dem Schweißvorgang zugrundeliegenden Rahmenbedingungen der Bearbeitungssituation gewinnen. Derartige Bearbeitungssituationen umfassen beispielsweise einen Stumpfstoß (2), einen Überlappstoß (4) oder andere Stoßkonfigurationen wie einen 90°-Eckstoß (5C), einen T-Stoß etc.
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Wie hierin erläutert kann das Optiksystem 13 Informationen zur automatischen oder manuellen Auswertung der Bearbeitungssituationen liefern. Eine automatische Auswertung basiert z. B. auf Bildverarbeitung der zugrundeliegenden Bilddatensätze.
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Zur Unterstützung der manuellen Auswertung wird der Bildinformation ein Muster (oder mehrere Muster) z. B. in Form von koaxialen Kreisen (beispielsweise ähnlich einer Zielscheibe) überlagert, die dann auf einem Bildschirm einer Anzeigevorrichtung 15 zur LSW-Betreuung dargestellt wird. Alternativ oder ergänzend zum Überlagern von Markierungen/Mustern auf dem Bildschirm kann eine Projektion von Mustern z. B. mit Hilfe von sichtbaren Laserlinien direkt auf das Werkstück erfolgen.
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So zeigt 2 beispielhaft eine Bearbeitungssituation 21 eines Stumpfstoßes zweier Werkstückplatten 5A, 5B, die vor der Bearbeitung durch einen Spalt 23 getrennt werden und entlang des Spaltes 23 zusammengeschweißt werden sollen.
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Auf dem Bildschirm der Anzeigevorrichtung 15 erkennt man ein vergrößertes Bild der Bearbeitungssituation 21 mit den Werkstückplatten 5A, 5B und dem Spalt 23. Ferner erkennt man ein überlagertes Muster, das als Abstandsmarkierung 25, insbesondere mit Abstandskreisen 25A und einem Zielkreuz 25B, auf dem Bildschirm dargestellt wird. Die Abstandsmarkierungen 25 wurden vom Steuerungssystem 7 z. B. für eine erfasste Bildinformation der Bearbeitungssituation 21 berechnet (und/oder angepasst) und sind Teil eines markierungserweiterten Bilddatensatzes 27, dass neben der ursprünglich erfassten Bildinformation die Markierung umfasst. Eine weitere Bildverarbeitung des markierungserweiterten Bilddatensatzes 27 kann beispielsweise den Technologieparameter Spaltbreite d berechnen oder ein Bediener bestimmt eine Spaltbreite d (in x-Richtung) anhand der Darstellung des markierungserweiterten Bilddatensatzes 27. Ergänzend zu den Mustern kann auch eine Messfunktion, wie sie z. B. aus CAD-Systemen bekannt ist, eingesetzt werden.
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Die Position von Fügestoß-charakterisierenden Merkmalen, wie der Spaltbreite d, relativ zu diesen Mustern, stellt ein Auswahlkriterium für eine passend einzusetzende LSW-Technologie und die dazu gehörigen Technologiedaten (Prozess- und/oder Steuerdaten) dar. Beispielsweise kann die Spaltbreite d zwischen zwei charakterisierenden Punkten durch manuelles oder automatisches Markieren des auf dem Bildschirm dargestellten markierungserweiterten Bilddatensatzes 27 ermittelt werden und direkt in die Auswahl von Technologie (LSW-Verfahren) inklusive Technologieparametern einfließen.
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Überdies kann beispielsweise der Durchmesser der angezeigten oder überlagerten koaxialen Kreise davon abhängig gemacht werden, welche Eingangsgröße(n) der LSW-Anlage (Strahlquelle, max. Leistung, etc.) und des Werkstücks, wie z. B. Material, Blechstärke und Fügegeometrie (Stumpfstoß, T-Stoß, Eckstoß, etc.), bereitgestellt wurde(n). Für unterschiedliche Eingangsgrößen können unterschiedliche Grenzen zwischen den optimalen Parametersätzen von verschiedenen Laserbearbeitungstechnologien vorgesehen werden, und je nach Eingangsgröße(n) kann die Hilfsanzeige der Markierung(en) entsprechend angepasst werden. Die Parameter der Parametersätze für eine Laserbearbeitungstechnologie können z. B. umfassen: Laserleistung, Vorschubgeschwindigkeit, Fokuslage, Fokusform (z.B. Punkt- oder Ringfokus), Fokusdurchmesser, Schweißdrahteinsatz und Schweißdrahtvorschub.
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Allgemein bezieht sich eine Eingangsgröße auf die für die Laserbearbeitung bereitgestellte Werkzeugmaschine und/oder das Werkstück. Hinsichtlich einer auf die Werkzeugmaschine gerichtete Eingangsgröße ist diese üblicherweise auch ein Parameter aus den Parametersätzen der möglichen Laserbearbeitungstechnologien.
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Die koaxialen Kreise zeigen beispielsweise die Grenzen zwischen den Parametersätzen z. B. in Abhängigkeit der Spaltbreite d. Beispielsweise kann der Parametersatz des innersten Kreises einen Punktfokus und keinen Schweißdrahteinsatz enthalten, der Parametersatz des darum gelegenen Kreises beispielsweise einen Ringfokus und einen Schweißdrahteinsatz mit einem geringen Schweißdrahtvorschub, und der Parametersatz des um die beiden inneren Kreise gelegenen Kreises beispielsweise den Einsatz eines Ringfokus und einen Schweißdrahteinsatz mit höherem Schweißdrahtvorschub enthalten. Die Parametersätze können auch weitere der oben genannten Parameter enthalten. Aufgrund der Anzeige des markierungserweiterten Bilddatensatzes ist es einfach für den Bediener ersichtlich, welcher Parametersatz für eine gewisse Spaltbreite d zu wählen ist. Der Bediener wählt z. B. stets den Parametersatz, der zu dem kleinsten, den Spalt 23 vollständig überdeckenden Kreis gehört. Die Durchmesser der koaxialen Kreise können beispielsweise abhängig sein von der Stoßart, wenn z.B. an einem T-Stoß der Parametersatz des innersten Kreises einen größeren Spalt erlaubt als an einem Eckstoß.
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3 zeigt eine Aufsicht auf die Bearbeitungssituation 21 der 2, wobei unterstützende visuelle Information auf die Werkstückplatten 5A, 5B projiziert wird. Man erkennt eine Abstandsmarkierung 25' aus mehreren Abstandskreisen 25A' und einem Zielkreuz 25B'. Die Abstandsmarkierung 25' wird mittels Licht auf die Bearbeitungssituation projiziert, so dass die erfasste Bildinformation der Bearbeitungssituation 21 die visuelle Information, hier die Abstandsmarkierung 25', miterfasst. Das Festlegen bestimmter Parameter kann z. B. analog zum in Zusammenhang mit 2 beschriebenen Vorgehen erfolgen.
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4 zeigt eine Aufsicht auf eine weitere Bearbeitungssituation 21', bei der zwei Werkstückplatten 33A, 33B entlang eines Parallelstoßes zu verschweißen sind. Eine Markierungsquelle 35 erzeugt beispielsweise einen Linienstrahl 37, der sich über die ausbildende Stufe mit Höhenunterschied Δz ausbreitet. Aufgrund unterschiedlicher Weglängen z1, z2 bis auf die jeweiligen Oberflächen der Werkstückplatten 33A, 33B kann der Höhenunterschied Δz beispielsweise durch einen Versatz bei Einstrahlung des Linienstrahls unter einem Winkel bzgl. der Oberflächen bestimmt werden.
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Die 5A-5C verdeutlichen an weiteren Beispielen, wie anhand von Markierungen (hier beispielhaft mit einem Linienstrahl) Stoß-Konfigurationen erfasst werden können. 5A zeigt allgemein in einer Schnittansicht die Beleuchtung eines Werkstücks 5 mit einem Linienstrahl 41 (Ansicht in Richtung der Linie), wobei der Linienstrahl 41 unter einem Winkel kleiner 90° bzgl. der Oberfläche des Werkstücks 5 eingestrahlt wird.
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Im Fall eines Stumpfstoßes umfasst das Werkstück 5, wie in 5B gezeigt, zwei sich in einer Ebene erstreckende Werkstückplatten 45A und 45B. Erstrecken sich diese, insbesondere ihre Oberflächen, in einer Ebene, werden zwei Teil-Laserlinien 45A', 45B' auf den Platten 45A und 45B detektierbar, die in 5B als gestrichelte Laserlinien zur Verdeutlichung versetzt angedeutet sind. Aufgrund der Erstreckung der Werkstückplatten 45A und 45B in einer Ebene gehen die im markierungserweiterten Bilddatensatz enthaltenen detektierten Teil-Laserlinien 45A', 45B' auf den dargestellten Platten 45A und 45B linear ineinander über.
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Im Unterschied dazu ist in 5C als Bearbeitungssituation 21" ein Eckstoß gezeigt, bei dem die zwei Werkstückplatten 45A, 53B unter einem Winkel zueinander zu verschweißen sind. Wird wiederum der Linienstrahl 41 auf die Konfiguration projiziert, ergeben sich nun zwei Teil-Laserlinien 45A", 45B" auf den Platten 45A und 45B, die in 5C wieder zur Verdeutlichung versetzt als gestrichelte Linien angedeutet sind. Aufgrund der Erstreckung der Werkstückplatten 45A und 45B unter einem Winkel verlaufen die Teil-Laserlinien 45A", 45B" im entsprechend erfassten markierungserweiterten Bilddatensatz unter einem Winkel zueinander. Dieser Winkel erlaubt es, den Winkel zwischen den Werkstückplatten 45A, 45B als Technologieparameter zu bestimmen, mithilfe dessen dann ein geeigneter Laserbearbeitungsprozess festgelegt werden kann.
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In Zusammenhang mit dem in 6 gezeigten beispielhaften Flussdiagramm werden die verschiedenen Schritte eines Verfahrens zum Einstellen mindestens eines Technologieparameters einer Laserbearbeitung erläutert.
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Wie bereits angesprochen wird in einigen Ausführungsformen die Bearbeitungsoptik während eines Teach-In-Vorgangs entlang der zu schweißenden Naht geführt. Bei einer Teach-In-Programmierung benutzt der Bediener eine Robotersteuerung um die zu programmierende Bewegungsfolge festzulegen. Dazu wird an einer Reihe von Zwischenstellungen, auch als Umschalt- oder Umlenkpunkten bezeichnet, z. B. die Position der Bearbeitungsoptik in der Steuerung abgespeichert. D. h., es wird zu jeder Zwischenstellung vermerkt, mit welchen Bewegungsparametern dieser Punkt später angefahren werden soll. Es wird also für jeden Zwischenpunkt ein Datensatz hinterlegt, der u. a. alle Gelenkkoordinaten oder Position und Orientierung des Laserbearbeitungskopfs, ein Anhalten oder Überschleifen, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung umfassen kann. Während des Bearbeitungsprozesses fährt der Roboter der Reihe nach alle eingespeicherten Zwischenstellungen ab und arbeitet so die beabsichtigte Bewegungsfolge ab. Die Bearbeitung erfolgt dabei mit einem jeweils anzuwendenden Parametersatz der Laserbearbeitung.
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Insbesondere an den Umschalt- oder Umlenkpunkten kann mithilfe der hierin offenbarten Unterstützungsfunktion die nachfolgend durchzuführende Laserbearbeitung festgelegt werden. So wird, beispielsweise im Rahmen des Teach-In-Vorgangs, zunächst mindestens eine Eingangsgröße der Laserbearbeitung bereitgestellt (Schritt 51), z. B. von einem das Teach-in durchführenden Maschinenbediener manuell eingegeben. Die mindestens eine Eingangsgröße ist beispielsweise eine Eingangsgröße einer für die Laserbearbeitung bereitgestellten Werkzeugmaschine und/oder eine Eingangsgröße des Werkstücks.
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Die Werkzeugmaschine kann ein optisches Sensorsystem zur Lageerkennung der Werkstücke und Schweißnähte aufweisen, das z. B. auch für die Teach-In-Programmierung verwendet werden kann. Das Sensorsystem kann ferner während des Bearbeitungsprozesses die Position des Werkstücks bzw. der Fügestelle messen und die Position des Roboters an die Lage des Werkstücks anpassen. Das optische Sensorsystem umfasst z. B. eine meist hochauflösende CCD-Kamera, die Bilder insbesondere an den Zwischenstellungen aufnehmen kann.
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Im Rahmen des Verfahrens zum Einstellen mindestens eines Technologieparameters kann das optische Sensorsystem auch für ein Erfassen von Bildinformation der Bearbeitungssituation einer Laserbearbeitung verwendet werden (Schritt 53). Basierend auf der erfassten Bildinformation und in Abhängigkeit der mindestens einen Eingangsgröße der Laserbearbeitung wird ein markierungserweiterter Bilddatensatz erzeugt (Schritt 55). Der erzeugte markierungserweiterte Bilddatensatz kann in einem weiteren vom Maschinenbediener visuell ausgewertet werden. Alternativ oder ergänzend kann eine automatisierte Auswertung im Rahmen eines Bildverarbeitungssystems erfolgen.
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Die hierin offenbarte Unterstützungsfunktionen und insbesondere markierungserweiterte Bilddatensatz können es erlauben, z. B. Position und Lage des Werkstücks und der Fügestelle an einer Zwischenstellung zu vermessen, wie z. B. das Vorliegen einer Kehlnaht, Bördelnaht, I-Naht, Überlappnaht oder Ecknaht zu bestimmen. Sie erlauben so z. B. ferner das Prüfen des vorliegenden Spaltmaßes und des Spaltverlaufs. Dies bedingt beispielsweise eine entsprechende Verwendung und eine spezifische Ansteuerung von Zusatzmaterial (z. B. Schweißdraht), die Teil der zu bestimmenden Laserbearbeitung sein sollen.
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Die Erzeugung des markierungserweiterten Bilddatensatzes 27 kann insbesondere umfassen, dass unterstützende visuelle Information, insbesondere Markierungen (z. B. ein oder mehrere Abstandskreise, ein Zielkreuz, etc.), als zusätzliche Bildinformation in die in Schritt 53 erfasste Bildinformation aufgenommen wird (Schritt 55A in 6) und somit mit der bildbasierten Unterstützungsfunktion bereitgestellt wird.
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Ergänzend oder alternativ zu Schritt 55A kann die Erzeugung des markierungserweiterten Bilddatensatzes 27 ferner umfassen, dass der Bearbeitungssituation unterstützende visuelle Information direkt optisch überlagert wird (Schritt 55B in 6) und somit in der erfassten Bildinformation aus Schritt 53 bereits miterfasst ist. Beispielsweise werden Markierungen (z. B. Abstandsmarkierungen analog zu oben) oder spezielle Lichtmuster auf die Bearbeitungssituation aufgestrahlt (beispielsweise wird eine Laserlinie auf das zu schweißende Werkstück projiziert). Hierzu kann ein Beleuchtungssystem im optischen Sensorsystem integriert sein, das die Beleuchtung der Messoberfläche mit der Markierung, wie Abstandsmarkierungen, z. B. ein oder mehrere Abstandskreise und/oder ein Zielkreuz, oder einem speziellen Lichtmuster, wie eine Laserlinie, ermöglicht.
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Allgemein wird in den Schritten 55A und 55B die visuelle Zusatzinformation aus einer Gruppe von Typen von Zusatzinformation, z. B. Typen von Abstandsmarkierungen, ausgewählt und in ihrer Darstellung abhängig von der bereitgestellten Eingangsgröße angepasst (Schritt 57A).
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Allgemein wird im Rahmen des Verfahrens zum Einstellen mindestens eines Technologieparameters in Schritt 53 Bildinformation einer Bearbeitungssituation mithilfe eines optischen Sensorsystems erfasst. Dabei wird im Fall, dass visuelle Zusatzinformation auf die Bearbeitungssituation gemäß Schritt 55B überlagert wird, diese Zusatzinformation direkt mit den Bilddaten als markierungserweiterter Bilddatensatz 27 erfasst.
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Anschließend wird der markierungserweiterte Bilddatensatz 27, in dem die erfasste Bildinformation der Bearbeitungssituation und die Hilfsinformation überlagert sind, auf einer Anzeige ausgegeben (Schritt 59).
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Im Rahmen des Bereitstellens der bildbasierten Unterstützungsfunktion kann weiter (teil-)automatisiert in die bildbasierte Unterstützungsfunktion eingegriffen werden und beispielsweise eine Anpassung des Typs von Zusatzinformation und der Darstellung von Zusatzinformation erfolgen (Schritt 57B). Beispielsweise kann durch Bildverarbeitung der Bildinformation der Bearbeitungssituation 21 und/oder des markierungserweiterten Bilddatensatzes 27, beispielsweise durch die Auswertung einer projizierten Laserlinie, eine Anpassung der Durchmesser von Kreisen eines Kreismusters vorgenommen werden.
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Ferner kann ein Maschinenbediener den dargestellten markierungserweiterten Bilddatensatz nutzen und über eine bereitgestellte Eingabeschnittstelle einen visuell erkannten Füge-Geometrieparameter, wie Spaltbreite, Materialstufe und/oder Stoßwinkel eingeben. Dadurch kann wieder die Markierung und damit der markierungserweiterte Bilddatensatz erneuert werden.
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Der markierungserweiterte Bilddatensatz 27 kann allgemein zur Erkennung von Technologieparametern einer Laserbearbeitung, wie z. B. der Stoßart und/oder dem Stoßwinkel, genutzt werden. So kann mit dem markierungserweiterten Bilddatensatz ein Festlegen des Bearbeitungsprozesses erfolgen (Schritt 61). Beispielsweise wird eine Technologiedatenbank bereitgestellt (Schritt 61A) und unter Verwendung des markierungserweiterten Bilddatensatzes 27 ein Technologieparameter aus der Datenbank selektiert (Schritt 61B). Überdies können dem Maschinenbediener in Abhängigkeit des selektierten Technologieparameters ein oder mehrere geeignete Laserbearbeitungsverfahren angegeben (Schritt 61C) werden.
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Basierend auf dem/den so vorgeschlagenen Laserbearbeitungsverfahren kann der Maschinenbediener die Laserbearbeitung mit den entsprechend gewählten Bearbeitungsprozessen festlegen (Schritt 63). Zusammen mit dem Teach-in ergibt sich somit eine umfassende Planung der Ansteuerung der Werkzeugmaschine für die Durchführung einer Laserbearbeitung, die insbesondere mit der hierin offenbarten Ausführungsformen der bildbasierten Unterstützungsfunktion effizient erfolgen kann.
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Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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