DE102018216873A1

DE102018216873A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102018216873A1
Application number: DE102018216873.3A
Authority: DE
Inventors: Uwe Mienhardt; Jens Ottnad; Manuel Kiefer; Korbinian Weiß; Christoph Blömker; Leonie Felica Tatzel
Original assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Current assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Priority date: 2018-10-01
Filing date: 2018-10-01
Publication date: 2020-04-02
Also published as: CN112867580A; EP3860799A1; CN112867580B; JP2022508535A; JP7402242B2; WO2020069889A1; US20210245298A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (10) zur Bearbeitung eines Werkstücks (12) durch eine Laserschneidmaschine (14). Über eine Eingabeeinheit (16) werden der Steuerung (32) Materialparameter (18) und Maschinenparameter (20) sowie insbesondere eine gewünschte Schnittkanten-Qualität vorgegeben. Die Recheneinheit (22) ermittelt durch einen Verfahrensparameter-Algorithmus (24) mittels einer Daten-Aggregations-Routine (27) auf Grundlage der vorgegebenen Informationen verbesserte, vorzugsweise optimale, Verfahrensparameter für die Bearbeitung des Werkstücks (12). Der Verfahrensparameter-Algorithmus (24) gibt die verbesserten, vorzugsweise optimalen Verfahrensparameter als Empfehlung über eine Anzeige (30) und/oder zur unmittelbaren Steuerung der Laserschneidmaschine (14) an die Steuerung (32) aus.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einer Laserschneidmaschine.
Laserschneidverfahren werden bevorzugt für die schnelle Herstellung und Bearbeitung von präzisen Werkstücken eingesetzt. Das Werkstück wird dabei im herkömmlichen Fall mit einem Laser aus einer Platte, insbesondere in Form eines Blechs, geschnitten. Die durch den Laser eingebrachte Energie führt je nach Verfahren zum Schmelzen, zum Verbrennen oder zum Sublimieren des Werkstückmaterials in der Schnittfuge. Insbesondere unter Zuhilfenahme eines Prozessgases, wird das abgetragene Material aus der Schnittfuge abgeführt.
Die so entstandene Schnittkante weist eine Oberfläche mit charakteristischen Merkmalen auf, die Rückschlüsse auf den Verfahrensablauf bzw. die Verfahrensparameter, wie beispielsweise Schneidgeschwindigkeit oder Abstand Düse zu Blech, zulässt. Je nach Prozess und Anwendungsbereich der hergestellten Werkstücke wird eine bestimmte Oberflächenbeschaffenheit der Schnittkante angestrebt. Im herkömmlichen Verfahren bedarf es eines Fachmanns, um die charakteristischen Merkmale zu deuten und entsprechende Verfahrensparametereinstellungen vorzunehmen, die zu einer Verbesserung der Schnittkanten-Qualität führen. Der Fachmann nimmt dabei auf Grund von subjektiven Betrachtungen der Schnittkante auf Erfahrung basierende Änderungen an den Verfahrensparametern vor.
Um Verfahrens- und Qualitätsschwankungen durch Entscheidungen auf Grundlage subjektiver Betrachtungen zu reduzieren, werden zunehmend objektive Messmethoden zur Unterstützung des Fachmanns eingesetzt, die jedoch noch zu keinen Verbesserungen im Prozessablauf führen konnten.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung bereit zu stellen, das/die eine verbesserte Qualität der resultierenden Schnittkante ermöglicht und dabei die einfache Anwendung auch durch einen fachfremden Nutzer zulässt.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 9. Die Unteransprüche stellen bevorzugte Weiterbildungen dar.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einer Laserschneidmaschine, mit den Verfahrensschritten:

A) Auslesen eines Maschinenparameters, eines Materialparameters und insbesondere zumindest eines gewünschten Verfahrensparameters und/oder zumindest eines gewünschten Schnittkanten-Qualitätsmerkmals;

B) Ausgabe einer Verfahrensparameter-Empfehlung zur Erzielung der Schnittkanten-Qualitätsmerkmale, wobei die Verfahrensparameter-Empfehlung von einem Verfahrensparameter-Algorithmus mit einer Daten-Aggregations-Routine erstellt wurde, die auf mehreren Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen, insbesondere mehreren Arten von Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen, basiert;
C) Erzeugen einer Schnittkante durch Laserbearbeiten des Werkstücks.

Das Verfahren beinhaltet somit gemäß Verfahrensschritt A) das Auslesen zumindest eines Maschinenparameters, zumindest eines Materialparameters und insbesondere zumindest eines gewünschten Schnittkanten-Qualitätsmerkmals und/oder gewünschter Verfahrensparameter. Dadurch werden die Rahmenbedingungen für die Berechnung der veränderten, insbesondere verbesserten, vorzugsweise optimalen, Verfahrensparameter durch den Verfahrensparameter-Algorithmus festgelegt. Der Verfahrensparameter-Algorithmus ermittelt die veränderten, insbesondere verbesserten, vorzugsweise optimalen Verfahrensparameter für die festgelegten Randbedingungen und gibt eine Verfahrensparameter-Empfehlung aus. Dabei kann ein wesentlicher Unterschied zwischen dem/den gewünschten Schnittkanten-Qualitätsmerkmaljen und dem/den tatsächlich erreichbaren Schnittkanten-Qualitätsmerkmal/en bestehen. So kann beispielsweise ein gewünschtes Schnittkanten-Qualitätsmerkmal außerhalb der erzielbaren Qualität liegen. Der Verfahrensparameter-Algorithmus gibt dann für diesen Fall die veränderten, insbesondere verbesserten, vorzugsweise optimalen, Verfahrensparameter aus, um möglichst nahe an das zu erreichende Schnittkanten-Qualitätsmerkmal zu gelangen. Zudem wird vorzugsweise ein Hinweis darauf gegeben, dass sich die gewünschte Schnittkanten-Qualität außerhalb des erreichbaren Qualitätsbereichs befindet. Liegt das gewünschte Schnittkanten-Qualitätsmerkmal unterhalb der erreichbaren Qualität, kann der Verfahrensparameter-Algorithmus die zum Erreichen des Qualitätswunsches erforderlichen Verfahrensparameter in Form einer Verfahrensparameter-Empfehlung sowie den Hinweis auf die maximal mögliche Schnittkanten-Qualität ausgeben. Es kann dabei zwischen der gewünschten und der tatsächlichen/umgesetzten Schnittkanten-Qualität unterschieden werden.
Der Verfahrensparameter-Algorithmus weist zumindest einen, insbesondere mehrere, Daten-Aggregations-Routine(n), auf. Eine Daten-Aggregations-Routine kann ausgelegt sein, mehrere ,ermittelte Daten‘ zu einem neuen Datenpaket zu aggregieren. Das neue Datenpaket kann eine oder mehrere Zahlen oder Vektoren aufweisen. Das neue Datenpaket kann vollständig oder teilweise weiteren Daten-Aggregations-Routinen als „ermittelte Daten“ zur Verfügung gestellt werden. ,Ermittelte Daten‘ können z.B. Maschinendaten, Materialdaten, Verfahrensdaten und/oder von einer der Daten-Aggregations-Routine(n) zur Verfügung gestellte Datenpakete sein. Besonders bevorzugt ist der Verfahrensparameter-Algorithmus in Form eines Algorithmus mit mehreren verbundenen Daten-Aggregations-Routinen ausgebildet. Insbesondere können mehrere hundert, vorzugsweise mehrere tausend solcher Daten-Aggregations-Routinen miteinander verbunden werden. Die Qualität und Geschwindigkeit des Verfahrensparameter-Algorithmus wird hierdurch deutlich verbessert. Der Verfahrensparameter-Algorithmus kann besonders bevorzugt eine Funktion mit gewichteten Variablen aufweisen. Eine, insbesondere mehrere, besonders bevorzugt alle, Daten-Aggregations-Routinen können ausgelegt sein, mehrere ,ermittelte Daten‘ jeweils mit einer gewichteten Variablen zu kombinieren, insbesondere zu multiplizieren, und so die ,ermittelten Daten‘ zu kombinierten Daten‘ umzuwandeln und dann die ,kombinierten Daten‘ zu einem neuen Datenpaket zu aggregieren, insbesondere zu addieren. Der Verfahrensparameter-Algorithmus kann ausgelegt sein, seine Verfahrensparameter-Empfehlung zu verbessern, durch Rückmeldung zu überprüfen und weiter zu verbessern. Dies kann beispielsweise durch eine Rückmeldung in Form von Dateneingabe erfolgen. Die Dateneingabe kann durch eine von einem Bediener zu bedienende Dateneingabe-Vorrichtung, wie etwa einer Tatstatur oder eines Touchpads erfolgen oder durch Eingabe eines Datensatzes. Zur Verbesserung seiner Verfahrensparameter-Empfehlung kann der Verfahrensparameter-Algorithmus ausgelegt sein, die gewichteten Variablen zu verändern. Zur Verbesserung seiner Verfahrensparameter-Empfehlung kann der Verfahrensparameter-Algorithmus alternativ oder zusätzlich ausgelegt sein, die Daten-Aggregations-Routinen zu verändern. Zur Verbesserung seiner Verfahrensparameter-Empfehlung kann der Verfahrensparameter-Algorithmus alternativ oder zusätzlich ausgelegt sein, die Verknüpfungen der Daten-Aggregations-Routinen zu verändern.
Der Verfahrensparameter-Algorithmus und/oder ein weiterer neben- oder übergeordneter Algorithmus kann/können ausgebildet sein, zu überwachen und zu erkennen, wann einer oder alle der Algorithmen mit einer vorgegebenen Häufung Zuordnungsinformationen ausgibt/ausgeben, die vom Nutzer als „falsch“ bewertet werden, und daraufhin eine Negativmeldung ausgeben oder in einen Negativ-Speicher ablegen. Die Ausgabe kann visuell, z.B. auf einem Bildschirm, oder in anderer geeigneter Form, z.B. als Datenausgabe, erfolgen. Der überwachende Algorithmus kann ferner ausgebildet sein, auf die Ausgabe einer solchen Negativmeldung mit einer Verbesserungsroutine zu reagieren, die weitere Eigenschaften oder das Zusammenspiel einer oder mehrerer der genannten Algorithmen verändert.
Die Merkmale der Material-, Maschinen- und/oder Verfahrensparameter sowie der Schnittkanten-Qualitätsmerkmale können hierbei selbst Datenpakete, insbesondere mehrere strukturierte Daten, insbesondere Datenvektoren oder Daten-Arrays, sein, die selbst wieder ,ermittelte Daten‘ z.B. für den Verfahrensparameter-Algorithmus, insbesondere für die Daten-Aggregations-Routine(n) des Verfahrensparameter-Algorithmus, darstellen können.
Die Daten-Aggregations-Routine(n) basiert/basieren auf mehreren Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen. Die Daten-Aggregations-Routine(n), insbesondere Gewichtungen der Daten-Aggregations-Routine(n), wurde(n) somit von der/den Daten-Aggregations-Routine(n) selbst anhand mehrerer ermittelter Schnittkanten-Qualitätsmerkmale eingestellt, insbesondere verbessert, vorzugsweise optimiert. Die mehreren Schnittkanten-Qualitätsmerkmale wurden dabei zuvor subjektiv und/oder objektiv aus Schnittkanten von Werkstücken bestimmt, die mittels der Daten-Aggregations-Routine(n) bearbeitet wurden. Die Daten-Aggregations-Routine(n) ist/sind somit dazu ausgebildet, sich selbst anhand von zumindest zwei verschiedenen Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen, die auf Grundlage der Daten-Aggregations-Routine(n) hergestellt wurden, zu verändern, insbesondere zu verbessern, vorzugsweise zu optimieren.
Vorzugsweise weist das Verfahren eine Möglichkeit der Kennzeichnung des Werkstücks, bevorzugt durch Anbringen eines Codes am Werkstück, besonders bevorzugt durch Anbringen einer Lasergravur eines QR-Codes auf das Werkstück, während der Laserbearbeitung, auf, um eine eindeutige Zuordnung der Schnittkante zu den grundlegenden Verfahrensbedingungen, insbesondere den Verfahrensparametern, zu ermöglichen. Auf diese Art und Weise kann eine Analyse des Verfahrens, eine Veränderung, insbesondere Verbesserung, vorzugsweise Optimierung, des Verfahrensparameter-Algorithmus sowie eine spätere Bewertung durch einen Fachmann besonders einfach durchgeführt werden.
Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die verschiedenen Arten von Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen eine und/oder mehrere der folgenden Schnittkanten-Qualitätsmerkmale beinhalten:

• Rauheitsstärke
• Rauheitsform
• Grathöhe
• Gratform
• Schnittkantenschräge
• Verfärbung
• Angeschnittene Schnittoberkante
• Kolkung, Einzelkolkung, Kolkungs-Anhäufung, Self-Burning
• Hohles Schnittflächenprofil
• Kantenanschmelzung an der Schnittoberkante / -unterkante
• Kantenhohlschnitt oberhalb der Schnittunterkante / -unterkante
• Örtliche Rillenabweichung
• Risse in der Schnittfläche
• Schmelzperlenkette an der Schnittoberkante
• Schnittflächenende nicht durchgeschnitten
• Schnittwinkelabweichung an beiden Schnittflächen
• Schnittwinkelabweichung an einer Schnittfläche
• Ungleichmäßige Rillentiefe
• Welliges Schnittflächenprofil
• Übermäßiger Rillennachlauf
• Schnittfugenerweiterung an der Werkstückoberseite / Oberkante, Werkstückunterseite / Unterkante
• Übermäßige Rillentiefe, starke Aufrauhung
• In Schneidrichtung wellige Schnittfläche
• Welliger Schnittanfang
• Schlacke-Anhaftung an Unterseite
• Schlackenkruste, Verschweißung der Schnittkante, Wulst, umklappende Schmelze
• Bartbildung/ Gratbildung, Perlgrat, Feinnadeliger Grat, spürbarer Grat, Langer + abbrechbarer Grat, Kurzer + nicht abbrechbarer Grat, sehr starker Grat
• Unterbrochener Schnitt in Längsrichtung, Strahlabriss
• Spritzer auf Materialoberfläche, Fädchenbildung
• Verfärbung der Schnittfläche, Schnittende-Verfärbung, Schnittflächen-Verfärbung, Ecken-Verfärbung, Schmauch

Das Verfahren kann weiter bevorzugt folgende Verfahrensschritte aufweisen:

D) Bestimmen mehrerer Arten von Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen des bearbeiteten Werkstücks;
E) Auslesen dieser Schnittkanten-Qualitätsmerkmale zur Veränderung, insbesondere Verbesserung, vorzugsweise Optimierung, des Verfahrensparameter-Algorithmus.

Besonders bevorzugt erfolgt dabei eine Veränderung der Gewichtung der Daten-Aggregations-Routine(n), insbesondere die Veränderung der gewichteten Variablen, anhand der verschiedenen Arten von Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen. Die genaue Struktur dieser Merkmale kann sich durch die maschinelle Auswertung der Schnittkanten-Qualitätsmerkmale verändern, insbesondere verbessern, vorzugsweise optimieren. Mit anderen Worten wird hierdurch der Verfahrensparameter-Algorithmus mit der/den auf Grundlage verschiedener Schnittkanten-Qualitätsmerkmale überprüften und/oder verbesserten, insbesondere stetig weiter verbesserten, Daten-Aggregations-Routine(n) nicht nur genutzt, sondern das Verfahren sieht vor, die Daten-Aggregations-Routine(n) durch die neu erzielten und ausgelesenen Schnittkanten-Qualitätsmerkmale weiter zu überprüfen und/oder verändern, insbesondere zu verbessern, vorzugsweise zu optimieren.
Eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass zumindest ein Schnittkanten-Qualitätsmerkmal objektiv durch eine Messvorrichtung bestimmt wird. Die Messvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, Messungen automatisiert durchzuführen und die Ergebnisse automatisiert, insbesondere an den Verfahrensparameter-Algorithmus und/oder eine Datenbank, weiterzuleiten.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird das zumindest eine objektiv bestimmte Schnittkanten-Qualitätsmerkmal durch eine Bildaufnahmevorrichtung, insbesondere in Form einer Kamera, bestimmt. Die Bildaufnahmevorrichtung kann dabei Bilder anhand von Strahlung im nichtsichtbaren, vorzugsweise jedoch im sichtbaren, Wellenlängenbereich erstellen. Durch den Einsatz einer Bildaufnahmevorrichtung, insbesondere in Form einer Kamera, können charakteristische Merkmale der Schnittkanten-Oberfläche, insbesondere durch automatisierte Bilderfassung und Bildanalyse, ermittelt werden. Bilderfassung und Bildanalyse sind dabei als zwei voneinander losgelöste Prozesse zu verstehen und können sowohl zeitlich als auch örtlich voneinander getrennt ablaufen. Dies ermöglicht sowohl die lokale als auch örtlich beabstandete Analyse von Schnittkanten-Bildern. Um eine besonders einfache Art und Weise der Bilderfassung und anschließenden Bildanalyse zu ermöglichen, wird zu diesem Zweck vorzugsweise Mustererkennungssoftware eingesetzt.
Bevorzugt ist weiter ein Verfahren, bei dem im Verfahrensschritt A) priorisierte Schnittkanten-Qualitätsmerkmale ausgelesen werden. Eine Priorisierung der Schnittkanten-Qualitätsmerkmale ermöglicht dem Nutzer eine besonders individuelle Anpassung der Schnittkanten-Qualität an dessen Vorstellungen und das weitere Bearbeitungsverfahren. Durch Festlegung von Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen, auf welche übergeordneter Wert gelegt wird und Schnittkanten-Qualitätsmerkmale, auf die untergeordneter Wert gelegt wird, kann der Verfahrensparameter-Algorithmus eine deutlich verbesserte Empfehlung der Verfahrensparameter ausgegeben.
Weiter bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem der Verfahrensparameter-Algorithmus und/oder eine Datenbank Cloud-basierend hinterlegt sind, wobei die Maschinenparameter, die Materialparameter, die Schnittkanten-Qualitätsmerkmale, die Verfahrensparameter und/oder die gewünschten Schnittkanten-Qualitätsmerkmale in der Datenbank hinterlegt sind. Mit Cloud-basierend ist hier eine, insbesondere örtlich entfernte, vorzugsweise anonymisierte, Speichervorrichtung gemeint, in der Maschinenparameter, Materialparameter, Verfahrensparameter, Schnittkanten-Qualitätsmerkmale und/oder gewünschte Schnittkanten-Qualitätsmerkmale von mehr als einer, vorteilhafterweise von mehreren hundert oder mehreren tausend unterschiedlichen Nutzern gespeichert werden. Hierdurch können verschiedene Nutzer unabhängig vom Fertigungsstandort zur Veränderung, insbesondere Verbesserung, vorzugsweise zur Optimierung des Verfahrensparameter-Algorithmus, der die Verfahrensparameter zur Durchführung des Verfahrens bereitstellt, beitragen. Es wurde erkannt, dass die beschriebenen Verfahren durchschlagende Erfolge erst erzielen, wenn mehrere zehntausend, insbesondere mehrere hunderttausend erzielte Schnittkanten-Qualitätsmerkmale ausgelesen wurden. Eine solche Datenmenge ist für eine einzelne Fertigungsstätte oftmals in einem Jahr nicht erreichbar.
Bevorzugt ist weiter ein Verfahren, bei dem die Ausgabe der Verfahrensparameter-Empfehlung im Verfahrensschritt B) auf einer Anzeige erfolgt und/oder die Ausgabe der Verfahrensparameter-Empfehlung im Verfahrensschritt B) unmittelbar zur Laserbearbeitung des Werkstücks im Verfahrensschritt C) eingesetzt wird. Dies verleiht dem Nutzer die Kontrolle über den Verfahrensprozess, da die Verfahrensparameter-Empfehlung manuell übernommen, insbesondere nach Bestätigung automatisiert übernommen, besonders bevorzugt ohne Bestätigung automatisiert übernommen oder verworfen werden kann. Beim Verwerfen der Verfahrensparameter-Empfehlung kann das Verfahren vorsehen, eine Begründung des Nutzers zu erfassen, die zur weiteren Veränderung, insbesondere Verbesserung, vorzugsweise zur Optimierung, des Verfahrensparameter-Algorithmus verwendet werden kann.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist:

a) Eine Eingabeeinheit zur Eingabe eines Maschinenparameters, eines Materialparameters und insbesondere eines gewünschten Verfahrensparameters und/oder eines gewünschten Schnittkantenqualitätsmerkmals;

b) Eine Recheneinheit mit einem Verfahrensparameter-Algorithmus zur Ausgabe einer Verfahrensparameter-Empfehlung, wobei der Verfahrensparameter-Algorithmus zumindest eine Daten-Aggregations-Routine aufweist, die auf mehreren Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen insbesondere mehreren verschiedenen Arten von Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen basiert;
c) Eine Laserschneidmaschine zum Laserbearbeiten des Werkstücks insbesondere zur Erstellung der Schnittkante.

Vorzugsweise ist die Vorrichtung als Einheit ausgeführt, um eine besonders einfache Handhabung und einen reibungslosen Ablauf zwischen den Vorrichtungskomponenten zu gewährleisten. Weiterhin kann die Vorrichtung aus teilweise oder vollständig vernetzten Teilkomponenten bestehen und sowohl lokal, insbesondere im Verlauf einer Fertigungsstraße, als auch örtlich weit voneinander beabstandet, insbesondere über mehrere Produktionsstandorte verteilt, angeordnet sein.
Besonders bevorzugt ist eine Vorrichtung, die weiterhin Folgendes aufweist:

d) Eine Messvorrichtung, um zumindest ein erzieltes Schnittkanten-Qualitätsmerkmal objektiv zu bestimmen.

Die Messvorrichtung kann in Form einer Bildaufnahmevorrichtung, insbesondere in Form einer Kamera, ausgebildet sein. Die Kamera kann sowohl in vorrichtungsgebundener, insbesondere als Bestandteil einer Messstrecke innerhalb der Vorrichtung, als auch in vorrichtungsungebundener Art, insbesondere als Kamera eines Rechners, besonders bevorzugt als Kamera eines Mobiltelefons, ausgebildet sein. Durch Ausbildung in vorrichtungsungebundener Art, insbesondere als Kamera eines Rechners, besonders bevorzugt als Kamera eines Mobiltelefons, kann der Nutzer besonders einfach und kostengünstig eine Merkmalserfassung, insbesondere von Riefenbildung und Verfärbungen, an der Schnittkanten-Oberfläche durchführen und der Vorrichtung charakteristische Schnittkanten-Bilder zur Verfügung stellen. Eine Bildaufnahmevorrichtung kann Bilddaten im für den Menschen sichtbaren Lichtbereich, aber auch in anderen Bereichen, z.B. Infrarot, UV, Röntgenstrahlung aufnehmen. Eine Bildaufnahmevorrichtung kann Bilddaten auch durch andere Wellenausbreitung, z.B. Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen aufnehmen.
Die Eingabeeinheit kann zur Eingabe zumindest eines priorisierten Schnittkanten-Qualitätsmerkmals ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Eingabeeinheit zur Eingabe zumindest eines wenig priorisierten Schnittkanten-Qualitätsmerkmals ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Eingabeeinheit zur Eingabe einer Priorisierungsreihenfolge von Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen ausgebildet sein. Durch Angabe zumindest eines priorisierten und/oder weniger priorisierten Schnittkanten-Qualitätsmerkmals kann der Verfahrensparameter-Algorithmus besonders zielgerichtete Verfahrensparameter-Empfehlungen ausgeben. Der Verfahrensparameter-Algorithmus ist generell dazu ausgebildet, die bestmögliche Schnittkanten-Qualität zu ermitteln, verfahrensabhängig kann jedoch die besondere Herausstellung eines Schnittkanten-Qualitätsmerkmals zu Ungunsten anderer Schnittkanten-Qualitätsmerkmale zu Vorteilen im weiteren Bearbeitungsprozess eines Werkstücks führen. Die Vorrichtung bietet somit größtmögliche Flexibilität bei der Verwendung. Dabei kann die Eingabeeinheit auch ausgebildet sein, um das geschnittene Werkstück zu bewerten, insbesondere das erzielte Laserschnittkantenergebnis nach einzelnen Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen zu bewerten oder Wünsche zur Veränderung, insbesondere Verbesserung, der Qualität einzelner Schnittkanten-Qualitätsmerkmale einzugeben.
Die Recheneinheit kann mit dem Verfahrensparameter-Algorithmus und/oder einer Datenbank zur Hinterlegung der Maschinenparameter, der Materialparameter, der Schnittkanten-Qualitätsmerkmale, der Verfahrensparameter und/oder der gewünschten Schnittkanten-Qualitätsmerkmale Cloud-basiert ausgebildet sein.
Die Vorrichtung kann eine Anzeige zur Ausgabe der Verfahrensparameter-Empfehlung aufweisen und/oder die Laserschneidmaschine kann unmittelbar von der Recheneinheit steuerbar sein.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Bearbeitung eines Werkstücks 12 mit einer Laserschneidmaschine 14.
Über eine Eingabeeinheit 16 wird zumindest ein Materialparameter 18, der insbesondere kennzeichnend für den verwendeten Werkstückwerkstoff und/oder dessen Dicke steht, zumindest ein Maschinenparameter 20, der insbesondere kennzeichnend für die verwendete Laserschneidmaschine 14 sowie vorzugsweise zumindest ein gewünschtes Schnittkanten-Qualitätsmerkmal eingegeben. Weiterhin kann über die Eingabeeinheit 16 zumindest ein gewünschter Verfahrensparameter, insbesondere Laserleistung, Fokustiefe, Vorschubgeschwindigkeit und/oder Gasfluss, eingegeben werden.
Die Vorrichtung 10 kann dazu ausgebildet sein, den verwendeten Materialparameter 18 durch messtechnische Erfassung, insbesondere durch Gewichtsmessung und Vergleich mit hinterlegten Werkstoffkenndaten, sowie die Werkstückabmaße des Werkstücks 12, insbesondere durch Vermessung des Werkstücks 12, selbständig zu bestimmen. Weiterhin kann die Vorrichtung 10 dazu ausgebildet sein, die verwendete Laserschneidmaschine 14 selbständig zu bestimmen. Durch solche Ausbildungen reduziert sich der Eingabeaufwand im Vorfeld einer Werkstückbearbeitung durch die Laserschneidmaschine 14.
Eine Recheneinheit 22 mit einem Verfahrensparameter-Algorithmus 24 liest gemäß einem Verfahrensschritt A) die eingegebenen Materialparameter 18 und Maschinenparameter 20 sowie insbesondere das gewünschte Schnittkanten-Qualitätsmerkmal und/oder die gewünschten Verfahrensparameter ein und hinterlegt die Informationen in einem Datensatz 26 in einer Datenbank 28. Auf Grundlage der eingegebenen Informationen ermittelt der Verfahrensparameter-Algorithmus 24 gemäß einem Verfahrensschritt B) die verbesserten, vorzugsweise optimalen, und/oder die zur Erreichung des gewünschten Schnittkanten-Qualitätsmerkmals erforderlichen Verfahrensparameter.
Der Verfahrensparameter-Algorithmus weist hierzu eine Daten-Aggregations-Routine 27 auf. Vorzugsweise ist der Verfahrensparameter-Algorithmus in Form der Daten-Aggregation-Routine 27 ausgebildet.
Die so ermittelten Verfahrensparameter werden über die Anzeige 30 ausgegebenen und/oder an eine Steuerung 32 zur Steuerung der Laserschneidmaschine 14 weitergeleitet. Nach Bekanntgabe der verbesserten, vorzugsweise optimalen, Verfahrensparameter kann der Nutzer entweder die Verfahrensparameter-Empfehlung zur Anwendung freigeben oder eine anderweitige Einstellung der Verfahrensparameter durchführen und den Verfahrensprozess starten. Im Anschluss wird das Werkstück 12 gemäß einem Verfahrensschritt C) durch die Laserschneidmaschine 14 und anhand der vorgegebenen Verfahrensparameter bearbeitet. Die für die Bearbeitung des Werkstücks 12 durch die Laserschneidmaschine 14 maßgeblichen Verfahrensparameter sowie die von dem Verfahrensparameter-Algorithmus 24 vorgeschlagenen Verfahrensparameter werden dem Datensatz 26 dieser Werkstückbearbeitung hinzugefügt.
Um eine eindeutige Zuordnung des Werkstücks 12 zum Datensatz 26 zu ermöglichen, kann eine Kennzeichnung des Werkstücks 12 innerhalb des Prozesses manuell oder automatisiert, insbesondere durch Lasergravur eines QR-Codes während des Laserschneidvorgangs, durchgeführt werden. Eine derartige Kennzeichnung hat zudem den Vorteil einer automatisierten Zuordnung des Werkstücks durch einfaches Scannen des Werkstücks 12 im weiteren Prozessverlauf. Wird eine entsprechende Kennzeichnung des Werkstücks 12 durchgeführt, wird dem Datensatz 26 dieser Werkstückbearbeitung eine entsprechende Information hinzugefügt.
Im Anschluss an die Bearbeitung des Werkstücks 12 wird die Qualität der entstandenen Schnittkante, insbesondere die unterschiedlichen Schnittkanten-Qualitätsmerkmale, gemäß einem Verfahrensschritt D) ermittelt. Dies kann mittels subjektiver Begutachtung durch einen Fachmann erfolgen, welcher eine entsprechende Bewertung vornimmt und dem Datensatz 26 dieser Werkstückbearbeitung hinzufügt. Vorzugsweise wird im Anschluss an die Bearbeitung des Werkstücks 12 durch die Laserschneidmaschine 14 eine objektive Bestimmung der Schnittkanten-Qualitätsmerkmale in einer Messvorrichtung 34 durchgeführt. Vorzugsweise ist die Messvorrichtung 34 dazu ausgebildet, Messungen automatisiert durchzuführen und Messergebnisse automatisiert in einem Verfahrensschritt E) dem entsprechenden Datensatz 26 der Werkstückbearbeitung hinzuzufügen.
Die Datenbank 28 ist dazu ausgebildet, alle Datensätze 26 von Werkstückbearbeitungen zu speichern. Die Datenbank 28 bildet somit die Grundlage für die Veränderung, insbesondere Verbesserung, vorzugsweise Optimierung, des Verfahrensparameter-Algorithmus 24.
Vorzugsweise werden bereits bearbeitete Werkstücke 12 hinsichtlich ihrer Schnittkanten-Qualitätsmerkmale bewertet und zur Verfahrensverbesserung hinsichtlich der Bearbeitung nachfolgender Werkstücke 12 verwendet.
Beim Laserschneiden, beispielsweise durch Sensoren, gemessene instationäre Verfahrensparameter 36 können ebenfalls in der Datenbank 28 hinterlegt werden und können den Datensatz 26 der aktuellen Werkstückbearbeitung ergänzen. Dies bietet insbesondere den Vorteil, Schwankungen in den Verfahrensparametern während des Laserschneidens zu bestimmen und in eine Bewertung der Schnittkanten-Qualität miteinzubeziehen. Dadurch kann eine besonders hohe Vorhersagefähigkeit in Bezug auf die Schnittkanten-Qualität und den Maschinenzustand erreicht werden.
Auf Basis gespeicherter Datensätze 26 in der Datenbank 28 kann eine Veränderung, insbesondere Verbesserung, vorzugsweise Optimierung, der zumindest einen, insbesondere aller, Daten-Aggregations-Routine(n) 27 des Verfahrensparameter-Algorithmus 24 erfolgen. Hierbei können auch Datensätze 26 unterschiedlicher Nutzer von Verfahren und Vorrichtungen 10 zusammen genutzt werden, um einen verbesserten, insbesondere optimalen, Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsparametern der zumindest einen Daten-Aggregations-Routine 27 zu bestimmen.
Die Erfindung betrifft mit anderen Worten ein Verfahren und eine Vorrichtung 10 zur Bearbeitung eines Werkstücks 12 durch eine Laserschneidmaschine 14. Über eine Eingabeeinheit 16 werden der Steuerung 32 Materialparameter 18, Maschinenparameter 20 sowie insbesondere Verfahrensparameter und/oder eine gewünschte Schnittkanten-Qualität vorgegeben. Eine Recheneinheit 22 ermittelt durch einen Verfahrensparameter-Algorithmus 24 mittels zumindest einer Daten-Aggregations-Routine 27 auf Grundlage der vorgegebenen Informationen verbesserte, vorzugsweise optimale Verfahrensparameter für die Bearbeitung des Werkstücks 12. Der Verfahrensparameter-Algorithmus 24 gibt die verbesserten, vorzugsweise optimalen Verfahrensparameter als Empfehlung über eine Anzeige 30 und/oder zur unmittelbaren Steuerung der Laserschneidmaschine 14 an die Steuerung 32 aus. Die zumindest eine Daten-Aggregations-Routine 27 wird vorzugsweise durch die Rückmeldung von mehreren verschiedenen Arten von Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen überprüft und/oder verbessert, insbesondere stetig weiter verbessert, wobei diese Schnittkanten-Qualitätsmerkmale subjektiv und/oder objektiv aus mit dem Verfahren bzw. der Vorrichtung produzierten Schnittkanten ermittelt werden.
Die beschriebenen Verfahren und Vorrichtungsaspekte können insbesondere zum Schneiden von harten Werkstücken 12, wie z.B. Glas oder Metall, insbesondere Blech, genutzt werden. Beim Schneiden von solchen Werkstücken stellt die Ausgabe einer Verfahrensparameter-Empfehlung eine besondere Herausforderung dar, weil die vielen Verfahrensparameter sich gegenseitig beeinflussen, und die kausalen Zusammenhänge zur Erzielung einer gewünschten Schnittkantenqualität nicht bekannt sind und nur sehr aufwändig zu ermitteln sind. Das Blech kann flach oder geformt ausgestaltet sein und die Laserschneidmaschine 14 kann demzufolge eine Flachbettmaschine oder 3D-Laserschneidmaschine sein.
Die beschriebenen Verfahren und Vorrichtungsaspekte können insbesondere zu einer Generierung eines virtuellen Modells für die Laserschneidbearbeitung genutzt werden. Mit einem solchen Modell können Verfahrensparameter-Empfehlungen noch schneller und besser ausgegeben werden.
Die beschriebenen Verfahren und Vorrichtungsaspekte können in besonders vorteilhafter Weise in ein Fertigungssteuerungssystem (MES) zur industriellen Fertigung von Werkstücken integriert werden. In einem FertigungssteuerungsSystem können mehrere Bearbeitungspläne abgelegt sein. In den Bearbeitungsplänen können jeweils Auftragsinformationen zur industriellen Bearbeitung von Werkstücken und/oder Werkstückverbunden hinterlegt sein. Die Bearbeitungspläne können neben dem Laserschneiden weitere Bearbeitungs-Schritte oder Prozesse, wie z.B. Formen, Biegen, Stanzen, Erhitzen, Schweißen, Verbinden, Oberflächenbearbeitung etc. enthalten, die das Werkstück parallel oder sequentiell durchlaufen kann. So können die Werkstücke mehrere Bearbeitungsschritte koordiniert durchlaufen und die Schnittkantenqualität schon in der gesamten Fertigungssteuerung eingestellt und verbessert werden. Das MES kann dazu ausgelegt sein, dass Bearbeitungspläne der zu produzierenden Werkstücke in ihm angelegt und mit ihm abgearbeitet werden können. Dabei kann das MES ferner dazu ausgelegt sein, den Status der Werkstücke darzustellen. Das bedeutet, dass das MES dazu ausgelegt sein kann, sowohl die Reihenfolge der Bearbeitungsschritte als auch die bereits durchgeführten Bearbeitungsschritte auszugeben. Vorteilhafterweise kann das MES zusätzlich dazu ausgelegt sein, einzelne Bearbeitungspläne den Werkzeugmaschinen zuzuordnen. Vorteilhafterweise kann das MES ferner dazu ausgelegt sein, dass jederzeit manuell oder automatisiert in die Bearbeitungsschritte eines Bearbeitungsplans eingegriffen werden kann. Das hat den Vorteil, dass während des Fertigungsablaufs von mehreren unterschiedlichen Bearbeitungsplänen sehr flexibel auf unterschiedliche, insbesondere unerwartet auftretende Ereignisse reagiert werden kann. Diese Ereignisse können z. B. sein: Veränderung der Priorität von Bearbeitungsplänen oder Produktionsaufträgen, ein neuer hoch priorisierter Produktionsauftrag, Stornierung eines Produktionsauftrags, fehlendes Material, z. B. bei Falsch-Lieferung, Ausfall einer Maschine, fehlendes Fachpersonal, Unfälle, Feststellen von fehlerhafter Qualität eines Fertigungsschritts etc.. Das MES kann lokal in der Fertigungsstätte und/oder zumindest teilweise Cloud-basiert örtlich entfernt installiert sein.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
12: Werkstück
14: Laserschneidmaschine
16: Eingabeeinheit
18: Materialparameter
20: Maschinenparameter
22: Recheneinheit
24: Verfahrensparameter-Algorithmus
26: Datensatz
27: Daten-Aggregations-Routine
28: Datenbank
30: Anzeige
32: Steuerung
34: Messvorrichtung
36: instationäre Verfahrensparameter

Claims

Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks (12) mit einer Laserschneidmaschine (14), mit den Verfahrensschritten: A) Auslesen eines Maschinenparameters (20) und eines Materialparameters (18); wobei das Verfahren weiterhin folgende Verfahrensschritte aufweist: B) Ausgabe einer Verfahrensparameter-Empfehlung, wobei die Verfahrensparameter-Empfehlung von einem Verfahrensparameter-Algorithmus (24) mit zumindest einer Daten-Aggregations-Routine (27) erstellt wurde, die auf mehreren Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen basiert; C) Erzeugen einer Schnittkante durch Laserbearbeiten des Werkstücks (12).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schnittkanten-Qualitätsmerkmale Rauheitsstärke, Rauheitsform, Grathöhe, Gratform, Schnittkantenschräge und/oder Verfärbung beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, mit dem Verfahrensschritt: D) Bestimmen mehrerer Schnittkanten-Qualitätsmerkmale des bearbeiteten Werkstücks (12); E) Auslesen dieser Schnittkanten-Qualitätsmerkmale zur Veränderung, insbesondere Verbesserung, vorzugsweise Optimierung, des Verfahrensparameter-Algorithmus (24).
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem zumindest ein Schnittkanten-Qualitätsmerkmal objektiv durch eine Messvorrichtung (34) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das zumindest eine Schnittkanten-Qualitätsmerkmal durch eine Bildaufnahmevorrichtung, insbesondere Kamera, bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Verfahrensschritt A) priorisierte Schnittkanten-Qualitätsmerkmale ausgelesen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Verfahrensparameter-Algorithmus (24) und/oder eine Datenbank (28) Cloud-basierend hinterlegt sind, wobei die Maschinenparameter (20), die Materialparameter (18), die Schnittkanten-Qualitätsmerkmale und/oder die gewünschten Schnittkanten-Qualitätsmerkmale in der Datenbank (28) hinterlegt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ausgabe der Verfahrensparameter-Empfehlung im Verfahrensschritt B) auf einer Anzeige (30) erfolgt und/oder die Ausgabe der Verfahrensparameter-Empfehlung im Verfahrensschritt B) unmittelbar zur Laserbearbeitung des Werkstücks (12) im Verfahrensschritt C) eingesetzt wird.
Vorrichtung (10) zur Bearbeitung eines Werkstücks (12), wobei die Vorrichtung (10) Folgendes aufweist: a) Eine Eingabeeinheit (16) zur Eingabe zumindest eines Maschinenparameters (20) und zumindest eines Materialparameters (18); wobei die Vorrichtung (10) weiterhin Folgendes aufweist: b) Eine Recheneinheit (22) mit einem Verfahrensparameter-Algorithmus (24) zur Ausgabe einer Verfahrensparameter-Empfehlung, wobei der Verfahrensparameter-Algorithmus (24) zumindest eine Daten-Aggregations-Routine (27) aufweist, die auf mehreren Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen basiert; c) Eine Laserschneidmaschine (14) zum Laserbearbeiten des Werkstücks (12).
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Vorrichtung (10) Folgendes aufweist: d) Eine Messvorrichtung (34), um zumindest ein Schnittkanten-Qualitätsmerkmal objektiv zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Messvorrichtung (34) in Form einer Bildaufnahmevorrichtung, insbesondere Kamera, ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei der die Eingabeeinheit (16) zur Eingabe zumindest eines priorisierten Schnittkanten-Qualitätsmerkmals ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei der die Recheneinheit (22) mit dem Verfahrensparameter-Algorithmus (24) und/oder einer Datenbank (28) zur Hinterlegung der Maschinenparameter (20), der Materialparameter (18), der Schnittkanten-Qualitätsmerkmale, der Verfahrensparameter und/oder der gewünschten Schnittkanten-Qualitätsmerkmale Cloud-basiert ausgebildet ist/sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei der die Vorrichtung (10) eine Anzeige (30) aufweist, auf der die Ausgabe der Verfahrensparameter-Empfehlung erfolgen kann und/oder die Laserschneidmaschine (16) unmittelbar von der Recheneinheit (22) steuerbar ist.