DE102018120763A1

DE102018120763A1 - Method for producing at least one slot in a flat workpiece by means of a laser beam

Info

Publication number: DE102018120763A1
Application number: DE102018120763.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schadeberg; Marcus Marré; Walter Lutze
Original assignee: Jenoptik Automatisierungstechnik GmbH
Current assignee: Jenoptik Automatisierungstechnik GmbH
Priority date: 2018-08-24
Filing date: 2018-08-24
Publication date: 2020-02-27

Abstract

Das Verfahren betrifft die Herstellung wenigstens eines Schlitzes (2) in ein flächenhaftes Werkstück mit einer Rückseite und einer Vorderseite, der durch eine Aneinanderreihung von Perforationslöchern (1) entlang einer Abtastlinie (3) gebildet wird.In einem ersten Verfahrensschritt wird auf die Rückseite gerichtet ein Laserstrahl einmalig oder wiederholt entlang der Abtastlinie (3) geführt und dann ortsabhängig sensorgesteuert abgeschalten, wenn sich in einem der sich ausbildenden Perforationslöcher (1) eine verbleibende Restwand (4) mit einer bestimmten Restwandstärke oder einer Mikroöffnung eingestellt hat.In einem zweiten Verfahrensschritt wird der Laserstrahl erneut einmalig oder wiederholt entlang der Abtastlinie (3) geführt, wobei in die Perforationslöcher (1) jeweils eine vorgegebene gleiche oder unterschiedliche Strahlungsenergie eingetragen wird, wodurch die Restwände (4) jeweils definiert abgetragen werden und Lochkanten in der Vorderseite entstehen, die den wenigstens einen Schlitz (2) bilden, der über seine Schlitzlänge (I) auf der Vorderseite des Werkstückes eine definierte konstante oder eine definierte, sich ändernde, sichtbare Schlitzbreite (b) aufweist.The method relates to the production of at least one slot (2) in a planar workpiece with a rear side and a front side, which is formed by a series of perforation holes (1) along a scanning line (3) The laser beam is guided once or repeatedly along the scanning line (3) and then switched off in a sensor-controlled manner depending on the location if a remaining residual wall (4) with a certain residual wall thickness or a micro-opening has set in one of the perforation holes (1) that forms The laser beam is guided once or repeatedly along the scanning line (3), with a predetermined identical or different radiation energy being entered into the perforation holes (1), whereby the remaining walls (4) are removed in a defined manner and perforated edges are created in the front, which do not match at least form a slot (2) which has a defined constant or a defined, changing, visible slot width (b) over its slot length (I) on the front of the workpiece.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontrollierten Einbringen von qualitativ hochwertigen Schlitzen in ein flächenhaftes Werkstück. Ein flächenhaftes Werkstück, das ein- oder mehrschichtig sein kann, weist in zwei Dimensionen eine größere Ausdehnung auf, in der Regel um Größenordnungen größer, als es in der dritten Dimension eine Dicke aufweist. Diese Dicke kann über die Ausdehnung in den anderen zwei Dimensionen unterschiedlich sein.The invention relates to a method for the controlled introduction of high-quality slots into a flat workpiece. A planar workpiece, which can be single or multi-layered, has a larger dimension in two dimensions, usually orders of magnitude larger than it has a thickness in the third dimension. This thickness can be different over the extent in the other two dimensions.

Ein hochwertiger Schlitz ist im Sinne dieser Beschreibung ein Schlitz, der über seine Schlitzlänge an jedem Ort auf einer Vorderseite des Werkstückes eine vorgegebene Breite aufweist. Der Schlitz kann über seine Länge eine gleiche oder eine sich z.B. periodisch ändernde Breite und damit einen sich über die Länge ändernden Querschnitt aufweisen.For the purposes of this description, a high-quality slot is a slot that has a predetermined width over its slot length at any location on a front side of the workpiece. The slot can be the same over its length or a e.g. periodically changing width and thus have a changing cross-section over the length.

Flächenhafte Werkstücke mit qualitativ hochwertigen Dekoroberflächen (Vorderseite) weisen in der Regel, einschichtig ausgeführt, selbst eine entsprechende Außenoberfläche auf oder enthalten, mehrschichtig ausgeführt, ein die Vorderseite bildendes hochwertiges Dekormaterial z.B. aus Gewebe, Leder oder Kunststoff.Planar workpieces with high-quality decorative surfaces (front) usually have a single-layer design, or even have a corresponding outer surface or contain, multi-layer design, a high-quality decorative material forming the front, e.g. made of fabric, leather or plastic.

Für bestimmte Anwendungen ist es gewünscht, in ein solches Werkstück Schlitze einzubringen, die auf der Vorderseite über ihre Länge eine sichtbare, konstante oder eine sich z.B. periodisch verändernde Breite aufweisen. Die Schlitze können als Zierelemente und/oder als Funktionselemente z.B. für Ventilationszwecke, als Dehnungszone oder als Sollbruchstelle dienen.For certain applications, it is desirable to make slots in such a workpiece which are visible, constant or which e.g. periodically changing width. The slots can be used as decorative elements and / or as functional elements e.g. serve for ventilation purposes, as an expansion zone or as a predetermined breaking point.

Als Zierelemente sollen die Schlitze optisch ansprechend aussehen und z.B. saubere Schlitzkanten aufweisen. Mehrere entlang einer Abtastlinie gebildete Schlitze oder auch zueinander parallel verlaufende oder ein Muster bildende Schlitze sollten bevorzugt untereinander gleich aussehen.As decorative elements, the slots should look visually appealing and e.g. have clean slit edges. A plurality of slits formed along a scanning line or slits running parallel to one another or forming a pattern should preferably look the same as one another.

Für Schlitze, die als Funktionselemente dienen, ist es wichtig, dass deren Funktionsfähigkeit durch die Prüfung des vollständig ausgebildeten Schlitzes mit der beabsichtigen Schlitzbreite in der Vorderansicht bestätigt und dokumentiert wird.For slots that serve as functional elements, it is important that their functionality is confirmed and documented by checking the fully formed slot with the intended slot width in the front view.

Ein flächenhaftes Werkstück nicht vollständig durchdringende (es verbleibt entlang des Schlitzes eine Restwand, möglicherweise mit einzelnen nicht miteinander verbundenen Mikroperforationsöffnungen in der Restwand) oder vollständig durchdringende Schlitze (die Restwand ist wenigstens teilweise eine schlitzförmige Öffnung bildend abgetragen) lassen sich grundsätzlich durch sich überlappende Perforationslöcher bilden.A planar workpiece that does not completely penetrate (a residual wall remains along the slot, possibly with individual microperforation openings in the residual wall that are not connected to one another) or completely penetrating slots (the remaining wall is at least partially removed to form a slot-shaped opening) can be formed in principle by overlapping perforation holes ,

Zur Herstellung von Perforationslöchern, insbesondere zur Verwendung als Sollbruchstellen, haben Laserwerkzeuge eine große Verbreitung gefunden. So lassen sich insbesondere mittels gepulster oder geschalteter, kontinuierlicher Laserstrahlung in Werkstücke sensorgesteuert bis auf eine verbleibende Restwand geringer Restwandstärke durchdringende Perforationslöcher herstellen, die entlang einer Abtastlinie überlappend angeordnet Schlitze bilden, ohne dass die Perforationslöcher bzw. die sich ergebenden Schlitze von der Vorderseite des Bauteils bzw. des Dekormaterials her wahrnehmbar sind (die Vorderseite nicht durchdringende Schlitze). Durch die Sensorsteuerung können Dickenschwankungen des Werkstückes oder Materialinhomogenitäten entlang der Abtastlinie kompensiert werden. Die Perforationslöcher können eines nach dem anderen durch ein einmaliges Abfahren oder quasi zeitgleich durch ein mehrfaches Abscannen der Abtastlinie über die Schlitzlänge mittels Laserstrahlung erzeugt werden. Es können auch mehrere Schlitzlängen, mehrere Schlitze erzeugend, einfach abgefahren oder mehrfach gescannt werden.Laser tools have found widespread use in the production of perforation holes, in particular for use as predetermined breaking points. For example, using pulsed or switched, continuous laser radiation in workpieces, sensor-controlled perforations can be made in workpieces except for a remaining residual wall of low residual wall thickness, which form overlapping slots along a scanning line without the perforation holes or the resulting slots from the front of the component or . of the decorative material are noticeable (slots that do not penetrate the front). The sensor control can compensate for variations in workpiece thickness or material inhomogeneities along the scanning line. The perforation holes can be created one after the other by a single movement or, at the same time, by scanning the scanning line several times over the slot length by means of laser radiation. Multiple slot lengths, generating multiple slots, can simply be traversed or scanned multiple times.

Nachfolgend werden einige aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zum Perforieren von Bauteilen bis auf eine verbleibende Restwand mit geringer Restwandstärke oder eine Mikroöffnung in der Restwand aufgezeigt.Some methods known from the prior art for perforating components apart from a remaining residual wall with a small residual wall thickness or a micro-opening in the residual wall are shown below.

Bei einer in der Offenlegungsschrift WO 99/01317 A1 beschriebenen Abdeckung für einen Airbag werden eine Vielzahl nebeneinander angeordneter Perforationslöcher mittels eines gepulsten Lasers eingebracht. Dazu ist der Laser mittels einer Bearbeitungsoptik auf die Rückseite eines Dekormaterials gerichtet. Die Perforationslöcher werden jeweils nacheinander durch eine Folge von Einzelpulsen hergestellt. Ein Perforationsloch ist fertiggestellt, wenn eine bestimmte Anzahl von Einzelpulsen appliziert wurde oder wenn Laserstrahlung beginnt auf der Vorderseite durch das Dekormaterial zu transmitieren. Bei einem für die Laserstrahlung nicht transparenten Dekormaterial wird die Laserstrahlung dann durch einen seitens der Vorderseite angeordneten Sensor detektiert, wenn eine mit einem unbewaffneten Auge nicht wahrnehmbare Mikroöffnung im Mikrometerbereich erzeugt wurde. Die einzelnen Perforationslöcher weisen feste Abstände zueinander auf, wobei kleinere Abstände zu einer teilweisen Überlappung der Einzellöcher führen, sodass ein Schlitz mit Restwandstärke entsteht und bei größeren Abständen Stege zwischen den einzelnen Perforationslöchern verbleiben.At one in the published application WO 99/01317 A1 described cover for an airbag, a plurality of perforation holes arranged side by side are introduced by means of a pulsed laser. For this purpose, the laser is aimed at the back of a decorative material by means of processing optics. The perforation holes are made one after the other by a sequence of individual pulses. A perforation hole is completed when a certain number of individual pulses have been applied or when laser radiation begins to transmit through the decorative material on the front. In the case of a decorative material which is not transparent to the laser radiation, the laser radiation is then detected by a sensor arranged on the side of the front when a micro aperture in the micrometer range which is not perceptible to an unarmed eye has been created. The individual perforation holes have fixed distances from one another, with smaller distances leading to a partial overlap of the individual holes, so that a slot with residual wall thickness is created and, at larger distances, webs remain between the individual perforation holes.

Ein in der Patentschrift EP 1 118 421 B1 offenbartes Verfahren beschreibt die Herstellung einer Perforation mittels gepulster oder kontinuierlicher Laserstrahlung. Der Laserstrahl wird mittels einer Bearbeitungsoptik auf die Rückseite eines Werkstücks gerichtet. Gegenüber der Vorderseite des Werkstücks befindet sich ein Sensor im Strahlengang des Lasers, das heißt auf der optischen Achse der Bearbeitungsoptik. Während einer Relativbewegung zwischen Werkstück und Bearbeitungsoptik entlang einer zu erzeugenden Sollbruchlinie gibt der Laser eine begrenzte Folge von sich am Werkstück teilweise überlagernden Einzelpulsen oder eine kontinuierliche Laserstrahlung von begrenzter Dauer ab. Dabei wird im Werkstück ein Schlitz mit einer kontinuierlich abnehmenden Restwandstärke geschaffen. Die Laserstrahlung wird unterbrochen, sobald mit dem Sensor auf der Vorderseite ein Durchbruch der Laserstrahlung detektiert wird.One in the patent EP 1 118 421 B1 disclosed method describes the production of a perforation by means of pulsed or continuous laser radiation. The laser beam is applied to the back of a workpiece using processing optics directed. A sensor is located opposite the front of the workpiece in the beam path of the laser, i.e. on the optical axis of the processing optics. During a relative movement between the workpiece and the processing optics along a predetermined breaking line to be generated, the laser emits a limited sequence of individual pulses partially superimposed on the workpiece or a continuous laser radiation of limited duration. A slot with a continuously decreasing remaining wall thickness is created in the workpiece. The laser radiation is interrupted as soon as a breakthrough of the laser radiation is detected with the sensor on the front.

In der Patentschrift DE 10 2013 104 138 B3 ist ein Verfahren zum Einbringen einer Sollbruchlinie in ein Bezugsmaterial mit durch verbleibende Stege getrennten Schlitzen beschrieben. Dazu wird auf der Rückseite des Bezugsmaterials, bis zum Erreichen einer gewünschten Restwandstärke in den Schlitzen, ein gepulster Laserstrahl wiederholt entlang der gewünschten Sollbruchlinie geführt. Dem Laser auf der Vorderseite des Bezugsmaterials gegenüberliegend ist ein hochauflösender Sensor angeordnet, der den Laser ortsabhängig unterbrechen kann, sobald im Verlauf der Schlitze eine gewünschte Restwandstärke erreicht ist und ein minimaler Strahldurchtritt festgestellt wird.In the patent DE 10 2013 104 138 B3 describes a method for introducing a predetermined breaking line into a reference material with slots separated by remaining webs. For this purpose, a pulsed laser beam is repeatedly guided along the desired breaking line on the back of the reference material until a desired residual wall thickness in the slots is reached. A high-resolution sensor is arranged opposite the laser on the front of the reference material, which can interrupt the laser as a function of location as soon as a desired residual wall thickness has been reached in the course of the slots and a minimal beam passage is determined.

Den zuvor aufgeführten drei Verfahren ist gemeinsam, dass der Materialabtrag entlang der gewünschten Sollbruchlinie beim Erreichen einer definierten Restwandstärke einer Restwand bzw. bei der Entstehung einer Mikroöffnung in der Restwand unterbrochen wird, sodass die Perforationslöcher bzw. ein durch diese gebildeter Schlitz die Vorderseite des Werkstücks nicht durchdringen und nicht wahrnehmbar sind. Dafür werden hochempfindliche Sensoren benötigt, die in der Lage sind, eine nur geringe durch die Restwand bzw., im Falle eines für die Laserstrahlung nicht transparenten Materials, durch eine sehr kleine, mit dem Auge nicht wahrnehmbare Mikroöffnung in der Restwand transmittierende Strahlungsenergie zu detektieren. So hergestellte Perforationslöcher und daraus gebildete Schlitze, auch wenn in einer verbleibenden Restwand ein Mikroperforationsloch entstanden ist, werden im Sinne dieser Beschreibung als Perforationslöcher bzw. Schlitze mit einer verbleibenden Restwand verstanden. Der Materialabtrag bis auf die Restwandstärke erfolgt sensorgesteuert, indem ein in Strahlungsrichtung angeordneter Sensor eine Strahlungsenergie detektiert, die einen vorgegebenen Schwellwert innerhalb des Empfindlichkeitsbereiches des Sensors überschreitet. Ob eine hierfür geeignete Vorrichtung einen oder mehrere Sensoren aufweist, hängt davon ab, ob das Dekormaterial oder der Laserstrahl die erforderliche Relativbewegung ausübt, um die Perforationslöcher nebeneinander zu erzeugen.The three methods listed above have in common that the material removal along the desired breaking line is interrupted when a defined residual wall thickness of a residual wall is reached or when a micro-opening is created in the residual wall, so that the perforation holes or a slot formed by them do not interrupt the front of the workpiece penetrate and are imperceptible. This requires highly sensitive sensors that are able to detect only a small amount of radiation energy that is transmitted through the residual wall or, in the case of a material that is not transparent to the laser radiation, through a very small micro-opening in the residual wall that is not perceptible to the eye. Perforation holes produced in this way and slits formed therefrom, even if a microperforation hole has arisen in a remaining residual wall, are understood in the sense of this description as perforation holes or slits with a remaining residual wall. The material removal down to the remaining wall thickness is sensor-controlled, in that a sensor arranged in the radiation direction detects radiation energy that exceeds a predetermined threshold value within the sensitivity range of the sensor. Whether a device suitable for this has one or more sensors depends on whether the decorative material or the laser beam exerts the required relative movement in order to produce the perforation holes next to one another.

Mit einer hierfür geeigneten Vorrichtung, mit wenigstens einem derartig hochempfindlichen Sensor, können das Material vollständig durchdringende und mit dem unbewaffneten Auge sichtbare Perforationslöcher oder Schlitze nicht sensorgesteuert hergestellt werden. Wird in ein Perforationsloch mit einer Restwand minimaler Restwandstärke, mit oder ohne Mikroöffnung, weitere Strahlungsenergie eingetragen, erfolgt der Abtrag der Restwand von der Mitte des Perforationsloches beginnend zu seinem Rand hin, womit der Perforationslochdurchmesser an der Vorderseite größer wird und der durch das Perforationsloch hindurchtretende Strahlungseinteil der Strahlungsenergie sprungartig ansteigt. Die hochempfindlichen Sensoren würden bereits vollständig in die Sättigung laufen, bevor ein gewünschter Perforationslochdurchmesser bzw. eine gewünschte Schlitzbreite in der Vorderseite erreicht wurde. Dadurch ist weder ein sensorgesteuertes Abschalten des Lasers möglich, noch kann sensorüberwacht die vollständige Durchdringung geprüft werden.With a device suitable for this, with at least one such highly sensitive sensor, the perforations or slots which penetrate completely and are visible to the unarmed eye cannot be produced in a sensor-controlled manner. If further radiation energy is introduced into a perforation hole with a residual wall of minimal residual wall thickness, with or without a micro-opening, the residual wall is removed from the center of the perforation hole, starting at its edge, which increases the perforation hole diameter at the front and the radiation part passing through the perforation hole the radiant energy increases suddenly. The highly sensitive sensors would run completely into saturation before a desired perforation hole diameter or a desired slot width was reached in the front. As a result, sensor-controlled switching off of the laser is not possible, and sensor penetration cannot be checked for complete penetration.

Durch eine Absenkung der Sensorempfindlichkeit kann einem Erreichen der Sättigung entgegengewirkt werden, sodass zumindest ein Materialabtrag bis zu einem gewünschten Perforationslochdurchmesser bzw. einer gewünschten Schlitzbreite in der Vorderseite sensorgesteuert werden könnte. Versuche haben aber gezeigt, dass aufgrund von zu kleinen Abständen zwischen den den Schlitz bildenden Perforationslöchern und der gesenkten Sensorempfindlichkeit keine ausreichend differenzierte Abschaltung des Lasers möglich ist. Sind die Abstände der Perforationslöcher zu gering oder kommt es zu deren teilweiser Überlappung kann der Sensor nicht mehr unterscheiden, ob die empfangene Laserenergie vom aktuell hergestellten oder vom zuvor angefertigten Perforationsloch stammt. Ein kontrolliertes Abschalten des Lasers oder ein sichererer Nachweis der vollständigen Durchdringung des Materials ist so nicht möglich. Die so hergestellten Schlitze weisen eine nicht reproduzierbare unregelmäßige Breite und unsaubere Ränder auf.A lowering of the sensor sensitivity can counteract reaching saturation, so that at least one material removal up to a desired perforation hole diameter or a desired slot width in the front could be controlled by sensors. However, tests have shown that, due to the too small distances between the perforation holes forming the slot and the reduced sensor sensitivity, it is not possible to switch off the laser in a sufficiently differentiated manner. If the spacing of the perforation holes is too small or there is partial overlap, the sensor can no longer distinguish whether the received laser energy comes from the perforation hole that is currently being produced or from the perforation hole that was previously made. A controlled switch-off of the laser or a more reliable proof of the complete penetration of the material is not possible. The slits produced in this way have a non-reproducible irregular width and unclean edges.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu finden, um in flächenhafte Werkstücke mittels Laserstrahlung Schlitze einzubringen, die über ihre Schlitzlänge auf der Vorderseite des Werkstückes eine definierte konstante oder sich definiert ändernde Schlitzbreite aufweisen.The object of the invention is to find a method for introducing slots into planar workpieces by means of laser radiation which have a defined constant or changing slot width over their slot length on the front of the workpiece.

Die Aufgabe wird für ein Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Schlitzes in ein flächenhaftes Werkstück mit einer Rückseite und einer Vorderseite, der durch eine Aneinanderreihung sich überlappender Perforationslöcher entlang einer Abtastlinie gebildet wird, bei dem in einem ersten Verfahrensschritt auf die Rückseite gerichtet ein Laserstrahl einmalig oder wiederholt entlang der Abtastlinie geführt wird, wobei der Laserstrahl in die sich ausbildenden Perforationslöcher jeweils sensorgesteuert eine Strahlungsenergie einträgt, bis eine sich ausbildende, an die Vorderseite angrenzende Restwand des jeweiligen Perforationsloches nur noch eine bestimmte Restwandstärke oder eine Mikroöffnung aufweist, wobei zur Sensorsteuerung jeweils ein durch die Restwand oder die Mikroöffnung transmittierender Strahlungsanteil der Strahlungsenergie detektiert wird, dadurch gelöst, dass der Laserstrahl in einem zweiten Verfahrensschritt erneut einmalig oder wiederholt entlang der Abtastlinie geführt wird, wobei in die Perforationslöcher jeweils eine vorgegebene Strahlungsenergie eingetragen wird, wodurch die Restwände definiert abgetragen werden und Lochkanten entstehen, die einen der Schlitze umschließen, der auf der Vorderseite des Werkstückes über seine Schlitzlänge eine definierte konstante oder eine definierte, sich über die Perforationslöcher ändernde, sichtbare Schlitzbreite aufweist.The object is achieved for a method for producing at least one slot in a planar workpiece with a rear side and a front side, which is formed by a series of overlapping perforation holes along a scanning line, in which, in a first method step, a laser beam is directed once or repeatedly at the rear side is guided along the scan line, the laser beam being in the Perforation holes forming each sensor-controlled enters a radiation energy until a residual wall of the respective perforation hole that forms and adjoins the front side only has a certain residual wall thickness or a micro-opening, whereby for sensor control a radiation portion of the radiation energy transmitted through the remaining wall or the micro-opening is detected, thereby solved that the laser beam is again guided once or repeatedly along the scanning line in a second process step, with a predetermined radiation energy being entered into the perforation holes, whereby the remaining walls are removed in a defined manner and perforated edges are formed which enclose one of the slots on the front of the workpiece has a defined constant or a defined visible slot width that changes via the perforation holes over its slot length.

Vorzugsweise werden mehrere Schlitze entlang der Abtastlinie erst mit dem ersten Verfahrensschritt und anschließend mit dem zweiten Verfahrensschritt hergestellt.A plurality of slots along the scanning line are preferably first produced with the first method step and then with the second method step.

Es ist von Vorteil, wenn der Laserstrahl ein gepulster Laserstrahl ist und über die Vorgabe der Anzahl der Laserpulse pro Perforationsloch während des zweiten Verfahrensschrittes die einzutragende Strahlungsenergie vorgeben wird.It is advantageous if the laser beam is a pulsed laser beam and the radiation energy to be entered is specified via the specification of the number of laser pulses per perforation hole during the second method step.

Vorteilhaft wird während des zweiten Verfahrensschrittes die Entstehung des wenigstens einen Schlitzes sensorüberwacht, indem pro Perforationsloch ein Anteil der eingetragenen Strahlungsenergie detektiert wird.The formation of the at least one slit is advantageously monitored during the second method step by detecting a portion of the radiation energy input per perforation hole.

Bevorzugt wurde der detektierte Anteil der in eines der Perforationslöcher während des zweiten Verfahrensschrittes eingetragenen Strahlungsenergie zuvor an der sich an der Vorderseite ausbildenden Lochkante des Perforationsloches gestreut.The detected portion of the radiation energy entered into one of the perforation holes during the second method step was preferably previously scattered on the perforated edge of the perforation hole that formed on the front side.

Es ist ferner von Vorteil, wenn der jeweils pro Perforationsloch detektierte Anteil der eingetragenen Strahlungsenergie oder ein hieraus gewonnenes Messsignal dem jeweiligen Perforationsloch zugeordnet abgespeichert oder zugeordnet protokolliert wird.It is also advantageous if the portion of the radiation energy registered per perforation hole, or a measurement signal obtained therefrom, is stored in association with the respective perforation hole or is logged and assigned.

Vorzugsweise wird pro Perforationsloch der während des ersten Verfahrensschrittes detektierte Strahlungsanteil und der während des zweiten Verfahrensschrittes detektierte Anteil der Strahlungsenergie durch denselben Sensor detektiert, indem der Sensor auf der Vorderseite während des ersten Verfahrensschrittes in einer Strahlungsrichtung des Laserstrahls und während des zweiten Verfahrensschrittes zu der Strahlungsrichtung des Laserstrahls versetzt angeordnet wird.For each perforation hole, the radiation component detected during the first method step and the component of the radiation energy detected during the second method step are preferably detected by the same sensor, in that the sensor on the front during the first method step in a radiation direction of the laser beam and during the second method step to the radiation direction of the Laser beam is arranged offset.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert werden. Hierzu zeigt:

1 ein Beispiel für einen entstehenden Schlitz, gebildet aus fünf entlang einer Abtastlinie sich überlappenden Perforationslöchern.

The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment with the aid of a drawing. This shows:

1 an example of an emerging slot formed from five perforation holes overlapping along a scan line.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden ein oder auch mehrere Schlitze 2, die jeweils durch eine Aneinanderreihung von sich überlappenden Perforationslöchern 1 entlang einer Abtastlinie 3 gebildet werden, in ein flächenhaftes Werkstück mit einer Rückseite und einer Vorderseite eingebracht.With the method according to the invention, one or more slots are created 2 , each by a series of overlapping perforation holes 1 along a scan line 3 are formed, introduced into a flat workpiece with a back and a front.

Dazu wird in einem ersten Verfahrensschritt ein Laserstrahl einmalig oder wiederholt entlang der Abtastlinie 3 geführt, wobei der Laserstrahl in die sich dabei ausbildenden Perforationslöcher 1 jeweils sensorgesteuert in Summe eine Strahlungsenergie einträgt, bis eine sich ausbildende, an die Vorderseite angrenzende Restwand 4 des jeweiligen Perforationsloches 1 nur noch eine bestimmte Restwandstärke oder eine Mikroöffnung aufweist. Zur Sensorsteuerung des Laserstrahls wird, wie aus dem Stand der Technik bekannt, ein jeweils durch die Restwand 4 oder die Mikroöffnung transmittierender Strahlungsanteil der Strahlungsenergie detektiert.For this purpose, a laser beam is scanned once or repeatedly along the scanning line in a first method step 3 guided, the laser beam in the perforation holes thereby formed 1 each sensor-controlled enters a total of radiant energy until a residual wall is formed which adjoins the front 4 of the respective perforation hole 1 only has a certain residual wall thickness or a micro opening. For sensor control of the laser beam, as is known from the prior art, one through the remaining wall 4 or the radiation portion transmitting the micro aperture of the radiation energy is detected.

In einem zweiten Verfahrensschritt, der sich an den ersten Verfahrensschritt anschließt, wird der Laserstrahl erneut entlang der Abtastlinie 3 geführt. Es ist erfindungswesentlich, dass hierbei in die Perforationslöcher 1 jeweils eine vorgegebene Strahlungsenergie eingetragen wird, wodurch die Restwände 4 abgetragen werden und Lochkanten entstehen, die gemeinsam einen der Schlitze 2 umschließen, der in der Vorderseite des Werkstückes eine Öffnung bildet und über seine Schlitzlänge I eine definierte konstante oder eine definierte, sich über die Perforationslöcher 1 ändernde, sichtbare Schlitzbreite b aufweist.In a second method step, which follows the first method step, the laser beam is again along the scanning line 3 guided. It is essential to the invention that here in the perforation holes 1 a given radiation energy is entered, whereby the remaining walls 4 are removed and perforated edges arise, which together form one of the slots 2 enclose, which forms an opening in the front of the workpiece and over its slot length I a defined constant or a defined, over the perforation holes 1 changing, visible slot width b having.

In 1 ist ein Beispiel für einen entstehenden Schlitz 2, gebildet aus fünf entlang einer Abtastlinie 3 sich überlappenden Perforationslöchern 1 (durch Strichlinien dargestellt), stark vergrößert gezeigt. In dem zweiten Verfahrensschritt wurde in die äußeren Perforationslöcher 1 und das mittlere Perforationsloch 1 mehr Strahlungsenergie eingetragen als in die anderen zwei Perforationslöcher 1, sodass von der Restwand 4 der beiden anderen Perforationslöcher 1, jeweils beginnend von der Mitte, nur ein kleinerer Anteil abgetragen wurde.In 1 is an example of an emerging slot 2 , made up of five along a scan line 3 overlapping perforation holes 1 (shown by broken lines), shown greatly enlarged. In the second step, the outer perforation holes were made 1 and the middle perforation hole 1 more radiant energy entered than in the other two perforation holes 1 so that from the remaining wall 4 of the other two perforation holes 1 , each starting from the middle, only a smaller portion was removed.

Der Materialabtrag, der mit der Entstehung der Perforationslöcher 1 einhergeht, erfolgt im ersten Verfahrensschritt solange, bis die jeweils in den Perforationslöchern 1 verbleibenden Restwände 4 eine gleiche, bevorzugt geringe Restwandstärke aufweisen. Dieser Materialabtrag erfolgt, aufgrund von Schwankungen von Verfahrensparametern und lokalen Materialeigenschaften oder auch einer sich ändernden Dicke des Materials entlang der Abtastlinie 3, wie aus dem Stand der Technik bekannt, sensorgesteuert. Die Steuerung des Laserstrahls besteht darin, dass der Laserstrahl ortsabhängig dann abgeschalten wird, wenn das an dem betreffenden Ort sich ausbildende Perforationsloch 1 nur noch durch eine Restwand 4 mit einer bestimmten, nur sehr geringen Restwandstärke von der Vorderseite getrennt ist. Die bestimmte Restwandstärke kann auch dann erst vorliegen, wenn sie bereits eine durchgehende Mikroöffnung in der Mitte aufweist, die mit einem unbewaffneten Auge meist nicht sichtbar ist. Die Restwandstärke ist dann mittig bereits gleich Null. Bei konstanten Sollwerten für die Verfahrensparameter, wie Pulsamplitude, Pulslänge, Pulsfrequenz und Vorschubgeschwindigkeit, mit der der Laserstrahl über die Rückseite geführt wird, kommt es aufgrund der großen Toleranzen, selbst wenn das Material des flächenhaften Werkstückes homogen ist und eine konstante Dicke entlang der Abtastlinie 3 aufweist, dazu, dass bei einem gepulsten Laser pro Laserpuls der Materialabtrag unterschiedlich tief erfolgt, wodurch eine gleiche Restwandstärke für Restwände 4 der einzelnen Perforationslöcher 1 nur mit dem Eintrag unterschiedlich hoher Strahlungsenergie, z.B. bei einem gepulsten Laser mit einer unterschiedlichen Anzahl von Laserpulsen, erreichbar ist. Das wird, wie aus dem Stand der Technik bekannt, erreicht, indem ein gegebenenfalls durch die Restwand 4 transmittierender Strahlungsanteil von einem der Laserpulse des gepulsten Laserstrahls detektiert wird und der Laserstrahl abgeschalten bzw. nicht weiter in ein Perforationsloch 1 eingetragen wird, wenn der detektierte Strahlungsanteil einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Bei relativer Bewegung des Laserstrahls entlang der Abtastlinie 3 werden hierzu ein oder mehrere Sensoren verwendet, die auf der Vorderseite entlang der Abtastlinie 3 angeordnet sind. Die Sensoren sind gegebenenfalls unmittelbar nebeneinander oder mit solchen Abständen zueinander angeordnet, dass sichergestellt ist, dass jeder durch eines der Perforationslöcher 1 transmittierende Strahlungsanteil von einem der Laserpulse auf die Sensorfläche wenigstens eines der Sensoren auftrifft und detektiert wird.The removal of material associated with the formation of the perforation holes 1 goes hand in hand in the first step of the process until it is in the perforation holes 1 remaining walls 4 have the same, preferably low residual wall thickness. This material removal takes place due to fluctuations in process parameters and local material properties or a changing thickness of the material along the scan line 3 , as is known from the prior art, sensor-controlled. The control of the laser beam consists in the fact that the laser beam is switched off depending on the location when the perforation hole that forms at the relevant location 1 only through a remaining wall 4 is separated from the front with a certain, very small remaining wall thickness. The determined remaining wall thickness can only be present if it already has a continuous micro-opening in the middle, which is usually not visible to an unarmed eye. The remaining wall thickness is then zero in the middle. With constant setpoints for the process parameters, such as pulse amplitude, pulse length, pulse frequency and feed rate with which the laser beam is guided over the back, there are large tolerances, even if the material of the flat workpiece is homogeneous and has a constant thickness along the scanning line 3 has, that in the case of a pulsed laser, the material removal takes place at different depths per laser pulse, as a result of which the same residual wall thickness for residual walls 4 of the individual perforation holes 1 can only be achieved with the input of differently high radiation energy, for example in the case of a pulsed laser with a different number of laser pulses. As is known from the prior art, this is achieved by, if appropriate, through the remaining wall 4 Transmitting radiation component is detected by one of the laser pulses of the pulsed laser beam and the laser beam is switched off or no further into a perforation hole 1 is entered when the detected radiation component exceeds a predetermined threshold value. With relative movement of the laser beam along the scan line 3 one or more sensors are used for this purpose, which are located on the front side along the scanning line 3 are arranged. The sensors are optionally arranged directly next to one another or at such a distance from one another that it is ensured that each passes through one of the perforation holes 1 Transmitting radiation component from one of the laser pulses hits the sensor surface of at least one of the sensors and is detected.

Anstelle des Laserstrahls kann auch das Werkstück relativ zu diesem in Richtung der Abtastlinien 3 bewegt werden. Ein einzelner Sensor wird dann stationär fest zum Laserstrahl angeordnet.Instead of the laser beam, the workpiece can also be relative to it in the direction of the scanning lines 3 be moved. A single sensor is then fixed to the laser beam.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Überlegung zugrunde, dass mit der Herstellung von Perforationslöchern 1 gleicher Restwandstärke zumindest die Dickenschwankungen des Werkstückes entlang der Abtastlinie 3 kompensiert sind. Sonstige mögliche Schwankungen von Verfahrensparametern oder Materialinhomogenitäten in den verbleibenden Restwänden 4 kommen während des zweiten Verfahrensschrittes kaum noch zu wahrnehmbaren Abtragsunterschieden, da der Materialabtrag nur noch sehr gering ist. Damit bedarf es für den gezielten Abtrag keiner sensorgesteuerten lokalen Abschaltung beim Abtrag der Restwand 4 und damit Durchbruch der Perforationslöcher 1 bzw. bei Erreichen eines bestimmten Lochdurchmessers der Perforationslöcher 1 in der Vorderseite des Werkstückes.The method according to the invention is based on the consideration that with the production of perforation holes 1 same residual wall thickness at least the thickness fluctuations of the workpiece along the scan line 3 are compensated. Other possible fluctuations in process parameters or material inhomogeneities in the remaining remaining walls 4 there are hardly any noticeable removal differences during the second process step, since the material removal is only very small. This means that there is no need for sensor-controlled local shutdown when removing the remaining wall for the targeted removal 4 and thus breakthrough of the perforation holes 1 or when the perforation holes reach a certain hole diameter 1 in the front of the workpiece.

Zum Abtrag der Restwände 4 wird der Laserstrahl in dem zweiten Verfahrensschritt einmalig oder wiederholt entlang der Abtastlinie 3 geführt, nachdem die Restwände 4 aller Perforationslöcher 1 die gleiche vorgegebene Restwandstärke aufweisen, wobei in die Perforationslöcher 1 bei Verwendung eines gepulsten Lasers jeweils gezielt eine gleiche oder eine unterschiedliche Anzahl von Laserpulsen eingetragen wird. Bei ansonsten konstanten Verfahrensparametern während des zweiten Verfahrensschrittes kann vorteilhaft über die Auswahl der Anzahl der Laserpulse während des zweiten Verfahrensschrittes die sichtbare Schlitzbreite b beeinflusst werden.To remove the remaining walls 4 the laser beam is repeated once or repeatedly along the scan line in the second method step 3 led after the remaining walls 4 of all perforation holes 1 have the same predetermined residual wall thickness, with the perforation holes 1 when using a pulsed laser, the same or a different number of laser pulses is entered in a targeted manner. In the case of otherwise constant process parameters during the second process step, the visible slot width can advantageously be selected by selecting the number of laser pulses during the second process step b to be influenced.

Insbesondere, wenn die Schlitze 2 als Funktionselemente dienen, ist es von Vorteil, wenn während des zweiten Verfahrensschrittes das Entstehen der sichtbaren Schlitzbreite b sensorüberwacht wird, indem pro Perforationsloch 1 ein Strahlungsanteil der eingetragenen Strahlungsenergie detektiert wird. Um hierfür die gleichen, hoch empfindlichen Sensoren verwenden zu können wie beim ersten Verfahrensschritt, werden die Sensoren so zur Strahlungsrichtung des Laserstrahls angeordnet, dass dieser nicht direkt auf die Sensoren auftrifft, sondern nur Anteile von an einer sich an der Vorderseite ausbildenden Lochkante des jeweiligen Perforationsloches 1 gestreuter Strahlungsenergie detektiert werden. Die hieraus gewonnenen Messsignale werden dem jeweiligen Perforationsloch zugeordnet abgespeichert oder zugeordnet protokolliert. Daraus kann für jedes Werkstück, in das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Schlitze 2 eingebracht wurden, ein Qualitätspass erstellt werden.Especially when the slots 2 serve as functional elements, it is advantageous if the formation of the visible slot width occurs during the second method step b is monitored by per perforation hole 1 a radiation component of the registered radiation energy is detected. In order to be able to use the same, highly sensitive sensors for this as in the first process step, the sensors are arranged in relation to the radiation direction of the laser beam in such a way that it does not strike the sensors directly, but only parts of a perforated edge of the respective perforation hole that forms on the front 1 scattered radiation energy can be detected. The measurement signals obtained from this are stored or assigned and assigned to the respective perforation hole. From this can be made for each workpiece, in the slots with the inventive method 2 a quality passport will be created.

Praktisch sind für den ersten Verfahrensschritt die Sensoren in Strahlungsrichtung des Laserstahls senkrecht unterhalb der Abtastlinie 3 angeordnet und während des zweiten Verfahrensschrittes entlang einer hierzu versetzten Linie angeordnet, sodass kein direkt durch die Perforationslöcher 1 hindurchtretender Strahlungsanteil von Laserpulsen auf die Sensoren treffen kann, sondern nur ein gestreuter Anteil.Practical for the first process step are the sensors in the radiation direction of the laser steel perpendicularly below the scanning line 3 arranged and arranged during the second method step along a line offset to this, so that no directly through the perforation holes 1 Radiation portion of laser pulses passing through can hit the sensors, but only a scattered portion.

Sowohl die Steuerung der Laserstrahlung während des ersten Verfahrensschrittes als auch die Kontrolle des entstandenen Schlitzes 2 während des zweiten Verfahrensschrittes können so mit gleichen hochempfindlichen Sensoren und einer daraus gebildeten gleichen Sensoranordnung erfolgen.Both the control of the laser radiation during the first process step and the control of the slit formed 2 during the second step of the method, the same highly sensitive sensors and the same sensor arrangement formed therefrom can be used.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Perforationslochperforation
22: Schlitzslot
33: Abtastliniescan
44: Restwand residual wall
bb: Schlitzbreiteslot width
ll: Schlitzlängeslot length

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

WO 99/01317 A1 [0010]
EP 1118421 B1 [0011]
DE 102013104138 B3 [0012]

Claims

Method for producing at least one slot (2) in a planar workpiece with a rear side and a front side, which is formed by a series of overlapping perforation holes (1) along a scanning line (3), in which in a first method step directed towards the rear side The laser beam is guided once or repeatedly along the scanning line (3), the laser beam entering radiation energy into the perforation holes (1) that are formed in each case in a sensor-controlled manner until a residual wall (4) of the respective perforation hole (1) that forms and adjoins the front side only still has a certain residual wall thickness or a micro-aperture, wherein for sensor control in each case a radiation portion of the radiation energy transmitted through the residual wall (4) or the micro-aperture is detected, characterized in that the laser beam is once again or repeatedly removed in a second method step g of the scanning line (3) is guided, in each case a predetermined radiation energy is entered into the perforation holes (1), whereby the remaining walls (4) are removed in a defined manner and hole edges are formed which enclose one of the slots (2) on the front of the Workpiece over its slot length (I) has a defined constant or a defined, visible slot width (b) changing via the perforation holes (1).

Procedure according to Claim 1 , characterized in that several slots (2) along the scanning line (3) are first produced with the first method step and then with the second method step.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the laser beam is a pulsed laser beam and the radiation energy to be entered is specified via the specification of the number of laser pulses per perforation hole (1) during the second method step.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the formation of the at least one slot (2) is monitored by sensors during the second method step by detecting a portion of the radiation energy input per perforation hole (1).

Procedure according to Claim 4 , characterized in that the detected portion of the radiation energy entered into one of the perforation holes (1) during the second method step was previously scattered on the perforated edge of the perforation hole (1) which forms on the front side.

Procedure according to Claim 4 or 5 , characterized in that the portion of the radiation energy registered per perforation hole (1), or a measurement signal obtained therefrom, is stored or assigned to the respective perforation hole (1) and is recorded or logged.

Procedure according to Claim 5 , characterized in that for each perforation hole (1) the radiation component detected during the first method step and the component of the radiation energy detected during the second method step is detected by the same sensor, in that the sensor on the front during the first method step in a radiation direction of the laser beam and during of the second method step is arranged offset to the radiation direction of the laser beam.