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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung wenigstens eines Freischnittpunkts eines von einem Einstechpunkt entlang eines Schneidpfads hin zum Freischnittpunkt geführten Schneidstrahls, insbesondere eines Laserstrahls, zum Trennen eines Werkstückteils von einem Restteil. Der Schneidstrahl wird dabei am Anfang des Schneidpfads entlang einer Anfahrbahn, im Anschluss an die Anfahrbahn entlang einer Schneidbahn und am Ende des Schneidpfads entlang einer Endbahn verfahren. Dabei wird ferner die Anfahrbahn derart gewählt, dass sie außerhalb des Werkstückteils verläuft, wobei der Schneidstrahl in der Anfahrbahn eine der Sollschnittkante zugewandte, sich der Sollschnittkante nähernde Anfahrschnittkante erzeugt und in der Endbahn eine das Werkstückteil begrenzende Schnittkante sowie eine vordere Schnittflanke erzeugt. Die das Werkstückteil begrenzende Schnittkante liegt dabei idealerweise auf der Sollschnittkante.
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Aus der
DE 10 2015 211 403 A1 ist ein Verfahren zum Ausschneiden eines Werkstückteil aus einem Werkstück mittels eines Laserstrahls bekannt. Vor dem Ausschneiden des Werkstückteils wird dort der Laserstrahl mit einem Fokusdurchmesser, welcher kleiner als der zum Ausschneiden des Werkstückteils verwendete Fokusdurchmesser ist, entlang mindestens einer der beiden Schnittkanten zur Erzeugung eines Hilfsspalts verfahren.
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Aus der
EP 0 646 434 A1 ist bekannt, den Schnitt kurz vor Ende der Kontur zu beenden, wobei vor Erreichen des Freischnittpunkts die Bearbeitungsbedingungen geändert werden.
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Beim Ausschneiden von Werkstückteilen aus Werkstücken hat es sich gezeigt, dass es insbesondere zum verklemmfreien Ausschleusen der Werkstückteile wünschenswert ist, den Freischnittpunkt möglichst genau zu bestimmen. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, den Freischnittpunkt anhand des Strahlmittelpunkts des Schneidstrahls zu bestimmen, beziehungsweise diesen Strahlmittelpunkt einer Berechnung des Schneidpfads und des Einstechpunkts und des Freischnittpunkts zu Grunde zu legen. In der Praxis hat sich gezeigt, dass dies nicht immer zu befriedigenden Ergebnissen führt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Bestimmung wenigstens eines Freischnittpunkts vorzuschlagen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht dabei vor, dass der Freischnittpunkt als der Berührpunkt PB1 der vorderen Schnittflanke gewählt wird, der beim Schließen des Schnittspalts, also bei der Vollendung der Kontur des Werkstückteils, die Anfahrschnittkante in einen Berührpunkt PB2 berührt. Als Freischnittpunkt wird folglich nicht der Strahlmittelpunkt des Schneidstrahls gewählt, sondern der Berührpunkt, in dem beim Schließen des Schnittspalts die vordere Schnittflanke die Anfahrschnittkante berührt. Durch ein derartiges Bestimmen des Freischnittpunkts kann rückgeschlossen werden, wie letztlich sich das freigeschnittene Werkstückteil aus dem Restteil löst. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn es der Schwerkraft folgend nach unten ausgeschleust oder durch ein Prozessgas ausgetrieben wird. Aus dem tatsächlichen Freischnittpunkt, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt wird, kann darauf rückgeschlossen werden, ob es zu einem Verkippen des Werkstückteils und infolgedessen zu einem Verklemmen des Werkstückteils im Restteil kommen kann.
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Gemäß der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass der Schnittspalt vom Schneidstrahl zur Bildung wenigstens eines Verbindungssteges, der auch als Microjoint bezeichnet wird, nicht geschlossen wird. Gerade bei größeren Werkstückteilen ist es vorteilhaft derartige Verbindungsstege vorzusehen, um ein ungewolltes frühzeitiges Herauslösen des Werkstückteils aus dem Restteil zu verhindern. Im Fall des Vorsehens derartiger Verbindungsstege wird der Freischnittpunkt als Berührpunkt PB1 der vorderen Schnittflanke gewählt, der beim Schließen des Schnittspalts die Anfahrschnittkante in einem Berührpunkt PB2 berühren würde, in dem Fall, dass der Schnittspalt, insbesondere auf direktem Weg zur Anfahrbahn hin geschlossen werden würde. Für den Verbindungssteg wird dann ein Stegmaß mit dem Abstand zwischen den Berührpunkten PB1 und PB2 gewählt. Das Stegmaß ist für die Stabilität des Verbindungsstegs und für ein späteres Herauslösen des Werkstückteils entscheidend. Insofern ist es von Bedeutung, das Stegmaß korrekt zu bestimmen. Gemäß dem beschriebenen Verfahren kann ein Stegmaß bestimmt werden, das den tatsächlichen Verhältnissen entspricht beziehungsweise diesen sehr nahe kommt.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorteilhaft, wenn der Berührpunkt PB1 der vorderen Schnittflanke in dem der Schnittkante abgewandten Bereich der vorderen Schnittflanke des Schneidstrahls liegt. Hieraus ergeben sich günstige Verhältnisse. Ferner kann der Freischnittpunkt auf günstige Art und Weise vergleichsweise einfach gewählt werden.
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In einer Variante des Verfahrens verläuft die Anfahrbahn entlang eines Anfahrradius, so dass die Anfahrschnittkante entlang eines Kreisabschnitts verläuft, wobei der Berührpunkt PB2 der Anfahrschnittkante im Kreisabschnitt liegt.
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Ferner ist denkbar, dass die Anfahrbahn entlang einer Anfahrgeraden verläuft, so dass die Anfahrschnittkante entlang eines Geradenabschnitts verläuft, wobei der Berührpunkt PB2 der Anfahrschnittkante im Geradenabschnitt liegt. Je nach Winkel des Geradenabschnitts und der Endbahn liegt dann der Freischnittpunkt an unterschiedlichen Stellen. Ist der Winkel zwischen dem Geradenabschnitt und der Endbahn vergleichsweise klein, so erfolgt ein Freischneiden vergleichsweise früh, wodurch sich eine andere Position des Freischnittpunkts ergibt, als wenn der Winkel vergleichsweise groß ist.
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Ferner ist es möglich, dass die Anfahrbahn zunächst entlang einer Anfahrgeraden verläuft und dann in einen Anfahrradius übergeht, so dass die Anfahrschnittkante entlang eines geraden Abschnitts und eines sich daran anschließenden Kreisabschnitts verläuft, wobei der Berührpunkt PB2 der Anfahrschnittkante dann zwischen dem geraden Abschnitt und dem Kreisabschnitt liegen kann.
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Ferner ist vorteilhaft, wenn der Freischnittpunkt und/oder der Einstechpunkt derart gewählt werden, dass ein verklemmfreies Ausschleusen des Werkstückteils oder des Restteils ermöglicht wird. In Abhängigkeit des Freischnittpunkts kann bestimmt werden, ob es zu einem Verkippen des Werkstückteils gegenüber dem Restteil kommt. Ferner kann bestimmt werden, ob es auf Grund des Verkippens zu einem Verklemmen des Werkstückteils im Restteil kommt. Ein Verkippen des Werkstückteils hängt letztlich insbesondere von der Wahl des Freischnittpunkts, der Werkstückteilgeometrie und dessen Rotationsträgheitsmoments ab. Ferner kann der Schneidgasdruck eines im Schneidprozess eingesetzten Schneidgases das Verkippen beeinflussen. Letztlich wird der Freischnittpunkt so gewählt, dass es zu keinem störenden Kippen kommt und dass das Werkstückteil - bzw. das Restteil, je nach Anordnung - sicher vom Restteil bzw. dem Werkstückteil ausgeschleust werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer Programmiereinrichtung für eine Laserschneidmaschine Anwendung finden, in dem ein Steuerungsprogramm für eine Regel- und Steuereinrichtung zum Regeln und Steuern des Schneidstrahls zum Erzeugen des Schneidpfads, der einen Einstechpunkt und einen Freischnittpunkt umfasst, erzeugt wird. In einer derartigen Programmiereinrichtung, die üblicherweise auf einem Industrie-PC implementiert ist, kann folglich insbesondere der Freischnittpunkt so bestimmt werden, dass es zu einem günstigen Ausschleusen des jeweiligen Werkstückteils kommt und dieser Freischnittpunkt kann für die Regel- und Steuereinrichtung der Maschine, beispielsweise als Parameter in einem Steuerungsprogramm, ausgegeben bzw. an die Regel- und Steuereinrichtung übergeben werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, das Codemittel aufweist, die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens angepasst sind, wenn das Programm als Teil eines auf einem Industrie-PC implementierten Programmiersystems läuft.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben und erläutert sind. Es zeigen:
- 1 einen Ausschnitt einer Draufsicht auf ein Restteil mit einem Schneidpfad, der einen Einstechpunkt und einen Freischnittpunkt aufweist;
- 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1;
- 3 und 4 zwei weitere Ausschnitte von Draufsicht auf Werkstücke;
- 5 einen Ausschnitt auf eine Draufsicht auf ein Werkstück, bei dem ein Verbindungssteg zwischen dem Freischnittpunkt und der Anfahrbahn verbleibt.
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In der 1 ist ein Restteil 10 gezeigt, das von einem Werkstückteil 12 getrennt, d.h. mittels eines Laserstrahls 14 freigeschnitten wird. In der in 1 gezeigten Draufsicht weist der Laserstrahl 14 einen Durchmesser d sowie einen Strahlmittelpunkt 16 auf. Der Laserstrahl 14 erzeugt dabei einen Schnittspalt 17, mit der Breite des Durchmessers d des Laserstrahls 14.
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Der Laserstrahl 14, beziehungsweise dessen Strahlmittelpunkt 16 wird zum Ausschneiden des Werkstückteils 12 entlang eines Schneidpfads 18 geführt. Dazu sticht der Laserstrahl 14 zunächst mit dessen Strahlmittelpunkt 16 in einen Einstechpunkt 20. Der Laserstrahl 14 wird dann am Anfang des Schneidpfads 18 entlang einer Anfahrbahn 22 geführt. Im Anschluss an die Anfahrbahn 22 wird der Laserstrahl 18 entlang einer Schneidbahn 24 geführt. Die Anfahrbahn 22 ist dabei so gewählt, dass sie innerhalb des Restteils 10 verläuft und dass der Schneidstrahl in der Anfahrbahn 22 eine Anfahrschnittkante 26 erzeugt, die sich einer Sollschnittkante 28 nähert, welche letztlich das Werkstückteil 12 begrenzt. In der 1 geht die Anfahrschnittkante 26 in die Sollschnittkante 28 im Übergangspunkt 30 über.
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In der 1 ist die Endbahn 32 des Schneidpfads 24 gezeigt. Der Schneidpfad wandert folglich in der 1 rechts aus dem Bild, bis er letztlich links im Bild wieder erscheint. Der Schneidstrahl 14 erzeugt in der Endbahn 32 eine das Werkstückteil 12 begrenzende Schnittkante 34 sowie eine vordere, im Wesentlichen halbkreisförmige Schnittflanke 36.
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Als Freischnittpunkt PF wird nun der Berührpunkt PB1 der vorderen Schnittflanke 36 gewählt, der beim Schließen des Schnittspalts, wie es in 1 gezeigt ist, die Anfahrschnittkante 26 in einen Berührpunkt PB2 berührt.
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2 zeigt einen Ausschnitt aus 1, und zwar zeitlich kurz vor Erreichen des Freischnittpunkts PF . Deutlich zu erkennen ist der Berührpunkt PB1 der vorderen Schnittflanke 36, der auf den Berührpunkt PB2 der Anfahrschnittkante 26 zusteuert. Wie aus 1 und 2 deutlich wird, liegt der Berührpunkt PB1 der vorderen Schnittflanke 36 in dem der Schnittkante 34 abgewandten Bereich der vorderen Schnittflanke 36 des Schneidstrahls 14.
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Wird folglich der in 1 gezeigte Freischnittpunkt PF erreicht, also dann, wenn die vordere Schnittflanke 36 die Anfahrschnittkante 26 berührt, , löst sich das Werkstückteil 12 aus dem Restteil 10. Zum Ausschleusen des Werkstückteils 12 wird dieses regelmäßig der Schwerkraft folgend nach unten abgeführt. Bei einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform ist denkbar, dass das Restteil 10 aus dem Werkstückteil 12 gelöst wird.
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Im bekannten Stand der Technik werden die tatsächlichen Konturen, also weder die Anfahrschnittkante 26 noch die Schnittflanke 36 zur Berechnung des Freischnittpunkts berücksichtigt. Vielmehr wird dort lediglich jeweils der Strahlmittelpunkt 16 herangezogen. Bei der Ausführungsform gemäß 1 bedeutet dies, dass gemäß dem Stand der Technik der Strahlmittelpunkt P1 im Übergang von der Anfahrbahn 22 zur Schneidbahn 24 berücksichtigt wird und berechnet wird, wann der Strahlmittelpunkt 16 des Schneidstrahls 14 in der Endbahn 32 diesen Punkt P1 erreicht. Wie aus 1 deutlich wird, findet allerdings ein Freischneiden, und damit Herausfallen des Werkstückteils 12 bereits dann statt, wenn der Strahlmittelpunkt 16 in der Endbahn 32 noch einen Abstand X1 zum Punkt P1 aufweist. Eine derartige, aus dem Stand der Technik bekannte Berechnung führt folglich zu einem verfälschten Ergebnis. Ein Rückschließen auf ein Kippverhalten des Werkstückteils ausgehend von dem derart bestimmten Freischnittpunkt ist nicht sicher möglich.
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In der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform verläuft die Anfahrbahn 22 entlang eines Anfahrradius r. Die Anfahrschnittkante 26 verläuft dann entlang eines Kreisabschnitts.
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In der 3 sind ähnliche Verhältnisse aufgezeigt, wobei entsprechende Bauteile mit entsprechenden Bezugszeichen versehen sind. Im Unterschied zur 1 verläuft die Anfahrbahn 22 in 3 entlang einer Anfahrgeraden, wobei die Anfahrschnittkante 26 entlang eines Geradenabschnitts verläuft. Der Berührpunkt PB2 der Anfahrschnittkante 26, beziehungsweise der Freischnittpunkt PF , liegt hierbei im Geradenabschnitt der Anfahrschnittkante 26. Je nach Winkel α zwischen der Anfahrbahn 22 und der Endbahn 32 liegt der Freischnittpunkt PF zeitlich früher (weiter links in 3) oder später (weiter rechts in 3). Bei sehr flachem Winkel α wandert der Freischnittpunkt PF in 3 nach links. Bei vergleichsweise großem Winkel α wandert der Freischnittpunkt PF weiter nach rechts.
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Im Unterschied zur 3 verläuft in 4 die Anfahrbahn 22 zunächst entlang einer Anfahrgeraden und geht dann in einen Anfahrradius R über. Der Freischnittpunkt PF beziehungsweise der Berührpunkt PB2 der Anfahrschnittkante 26 ist dabei so gewählt, dass er im Kreisabschnitt der Anfahrschnittkante 26 liegt.
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In der 5 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der der Schnittspalt 17 zur Bildung eines Verbindungssteges 40 nicht geschlossen wird. Entsprechende Bauteile sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.
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In der 5 ist der Einstechpunkt 20 gezeigt, von dem aus entlang der Anfahrbahn 22 der Laserstrahl 14 hin zur Schneidbahn 24 geführt wird. Ferner ist die Endbahn 32 gezeigt. Die Endbahn 32 endet in einem Endschnittpunkt 42, an welchem der Laserstrahl ausgeschalten wird. Der Verbindungssteg 40 liegt zwischen der vorderen Schnittflanke 36 des Endschnittpunkts 42 und der Anfahrschnittkante 26 der Anfahrbahn 22.
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Zur Bestimmung der Länge des Verbindungsstegs 40 wird das Stegmaß X2 heranzogen, welches sich aus dem Abstand des Berührpunkt PB1 der vorderen Schnittflanke 36 zu dem Berührpunkt PB2 in der Anfahrschnittkante 26 ergeben würde, wenn der Schnittspalt entlang der Endbahn 32 geschlossen worden wäre. Wird dieses Stegmaß X2 herangezogen, so ergibt sich ein Maß, das der Realität entspricht beziehungsweise dieser sehr nahe kommt.
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Wird gemäß dem Stand der Technik das Stegmaß berechnet, so wird hier zum einen der Strahlmittelpunkt P1 im Übergang von der Anfahrbahn 22 hin zur Schneidbahn 24 herangezogen und zum anderen der Strahlmittelpunkt im Endschnittpunkt 42. Daraus ergibt sich ein Maß X3 , das nicht den tatsächlichen Verhältnissen entspricht.
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Gemäß der Erfindung kann folglich ein Freischnittpunkt PF auf vergleichsweise einfache Art und Weise vergleichsweise genau bestimmt werden. Entsprechend kann ein Stegmaß eines Verbindungsstegs entsprechend genau bestimmt werden. Durch Wählen eines geeigneten Freischnittpunkts beziehungsweise eines geeigneten Stegmaßes lässt sich letztlich ein optimales Ausschleusen des Werkstückteils 12 aus dem Restteil 10 erreichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015211403 A1 [0002]
- EP 0646434 A1 [0003]
