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Die Erfindung betrifft die Festlegung einer Bewegungsbahn, entlang derer ein Werkzeug relativ gegenüber einem Werkstück zum Zwecke der additiven oder subtraktiven Bearbeitung verfahren wird, sowie ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels Lasers unter Nutzung einer festgelegten Bewegungsbahn. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Anlage zur Durchführung dieser Verfahren.
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Die Erfindung ist im Bereich der Werkstückbearbeitung und des Werkstückaufbaus angesiedelt, wobei ein Schwerpunkt insbesondere auf dem Bereich der abtragenden Laserbearbeitung liegt.
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Bei subtraktiven Bearbeitungsverfahren wird Material von einem Werkstück abgetragen, insbesondere durch thermische Einwirkung mit dem genannten Laser oder auch durch spanende Bearbeitungsverfahren, beispielsweise mittels eines rotierenden Fräskopfes. Bei additiven Verfahren wird flüssiges oder pulverförmiges Ausgangsmaterial zielgenau ausgetragen und verfestigt sich beim Auskühlen. Dies ist insbesondere von 3D-Druckern bekannt, die Kunststoff oder andere Materialien erhitzen und bei gleichzeitiger Bewegung gegenüber einem Druckbett austragen, so dass entsprechend der Bearbeitungsbahn Strukturen aus ausgekühltem und verfestigtem Material entstehen. Auch beim 3D-Druck sind Verfahren unter Nutzung eines Laserstrahls bekannt, so das selektive Lasersintern (SLS).
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Die Bearbeitungszeit hängt bei solchen auf Relativverlagerung zwischen Werkzeug und Werkstück beruhenden Verfahren maßgeblich mit dem Pfad zusammen, entlang dessen das Werkzeug oder der Laserstrahl zum Zwecke der Aufbringung von Material oder zum Zwecke der Abtragung von Material bewegt wird, wobei eine solche Bewegung auch durch eine Bewegung des Werkstücks gegenüber dem Werkzeug realisiert sein kann.
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Um Flächen, die eine vollständige Bearbeitung verlangen, mit dem Werkzeug oder dem als Werkzeug dienenden Laserstrahls vollständig zu überstreichen, ist die den Pfad definierende Bewegungsbahn üblicherweise in Art einer Schraffur definiert, besteht also aus einer Vielzahl zueinander paralleler und geradliniger Bahnabschnitte. Da insbesondere das Wenden, also die Richtungsumkehr von 180°, die Bearbeitungszeit erhöht, ist es dabei naheliegend und bekannt (ALEXANDROV, Vassil N. ; DONGARRA, Jack J. ; JULIANO, Benjoe A. ; RENNER, Rene S. ; TAN, C. J. Kenneth ; HON, Man Chung ; JANARDAN, Ravi ; SCHWERDT, Jörg; SMID, Michiel: Computing Optimal Hatching Directions in Layered Manufacturing. In: Computational Science - ICCS 2001, S. 683-692 ; XIONG, Yi ; VAN CAMPEN, Anke ; VAN VLIERBERGHE, Anje ; KEMPEN, Karolien ; KRUTH, Jean-Pierre: Time-optimal scan path planning based on analysis of sliced geometry. In: Proceedings of the 28th Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium 2017, 858-869), den Schraffurwinkel der Schraffur derart zu wählen, dass die jeweiligen Bahnabschnitte besonders lang werden und somit wenige Schraffurlinien benötigt werden. Welcher konkrete Schraffurwinkel hierfür zu wählen ist, hängt in hohem Maße von der Formgebung der zu überstreichenden Fläche ab. Grundsätzlich ist der beste Schraffurwinkel jener, der der Haupterstreckungsrichtung der Fläche entspricht.
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In vielen Anwendungsfällen sind die vollständig zu überstreichenden Flächen von komplexer Form, so dass Teilbereiche sich stark in der jeweils idealen Ausrichtung der Schraffur unterscheiden. Die Wahl eines für die Form einheitlichen Schraffurwinkels führt hier nicht zu befriedigenden Ergebnissen. Auch sind in vielen Anwendungsfällen mehrere voneinander getrennte Flächen zu überstreichen. In einem solchen Falle kann für jede dieser Flächen der beste Schraffurwinkel ermittelt werden. Handelt es sich jedoch um viele solche Flächen, so führen bereits die Umlenkungen in der Bewegungsbahn aufgrund der Wechsel zwischen den unterschiedlichen Schraffurwinkeln der Einzelflächen zu einer signifikanten Verlängerung der Bearbeitungszeit.
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Dieses Problem tritt insbesondere im Kontext der Laserbearbeitung zum Zwecke des Materialabtrags auf. Wenn mit einem Laser ein inhomogenes Material bearbeitet wird, so ist der Bearbeitungserfolg nicht eindeutig vorhersehbar. Die Inhomogenität des Materials bewirkt, dass die gleiche Energiezufuhr über den Laserstrahl an unterschiedlichen Stellen der Oberfläche des Werkstücks einen unterschiedlichen Materialabtrag bewirkt. Soll ein einheitlicher Materialabtrag erzielt werden, beispielsweise da eine Vertiefung einheitlicher Tiefe in die Oberfläche eingebracht werden soll, so muss somit an manchen Stellen der Werkstückoberfläche nochmals Energie zugeführt werden, während andere Stellen bereits die Solltiefe erreicht haben. Es ergeben sich dabei aufgrund der Inhomogenität komplexe Bearbeitungsbereiche, die aus einer Vielzahl kleiner Flächen zusammengesetzt sind. Die oben beschriebene Vorgehensweise, einen jeweils besten Schraffurwinkel für jede dieser kleinen Flächen zu definieren, würde zu einer sehr hohen Bearbeitungszeit führen.
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Im Bereich der additiven Herstellungsverfahren beschreibt die
US 2018/0143147 A1 ein Verfahren zum selektiven Lasersintern (SLS) und die Verwendung von optischer Kohärenztomographie zur Erfassung von Fehlern bei der Erzeugung von Werkstücken mittels SLS.
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Im Dokument
WO 2018/234331 A1 in ein Verfahren zur Analyse von ebenfalls insbesondere per additiven Herstellungsverfahren hergestellten Werkstücken beschrieben, wobei das Verfahren dem Zweck dient, fehlerhafte Stellen an Werkstücken zu erkennen. Die hierbei gewonnenen Erkenntnissen können zur Verbesserung des Herstellungsprozesses genutzt werden bzw. eine Entscheidung gestatten, ob das Werkstück verworfen wird.
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AUFGABE UND LÖSUNG
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Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren zur Bahnplanung und Verfahren zur Laserbearbeitung mittels Bahnplanung sowie eine hierfür geeignete Bearbeitungsanlage zur Verfügung zu stellen, die eine verkürzte Bearbeitungszeit eines Werkstücks gestatten.
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Gemäß der Erfindung wird hierzu ein Verfahren zur Festlegung einer Bewegungsbahn eines additiv oder subtraktiv wirkenden Werkzeugs oder eines als Werkzeug verwendeten Laserstrahls vorgeschlagen. Die durch dieses Verfahren festzulegende Bewegungsbahn beschreibt den Pfad, entlang dessen das Werkzeug oder der Laserstrahl in einer Bearbeitungsebene zum Zwecke der Aufbringung von Material auf einer Werkstückoberfläche oder zum Zwecke der Abtragung von Material von einer Werkstückoberfläche bewegt wird.
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Die durch das Verfahren erzeugt Bewegungsbahn bildet in mindestens einem Teilbereich auf der Bearbeitungsebene eine Schraffur aus zueinander parallelen und geradlinigen Bahnabschnitten, die um einen Schraffurwinkel gegenüber einer Referenzrichtung geneigt sind. Das Verfahren dient der Ermittlung mindesten eines hierfür zu verwendenden Schraffurwinkels. Insbesondere bevorzugt ist das Verfahren dafür ausgebildet, eine Bewegungsbahn zu erzeugen, die in mehreren unterschiedlichen, aber zusammenhängenden Teilbereichen Schraffuren mit unterschiedlichen Schraffurwinkeln aufweist, wie im Weiteren noch erläutert wird.
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Das Verfahren geht von einem XY-Raum in der Bearbeitungsebene aus, wobei der XY-Raum einen Bearbeitungsbereich kennzeichnet, in dem Aufbringung bzw. Abtragung erfolgen soll, so dass diese im XY-Raum gegenüber einem Nichtbearbeitungsbereich unterscheidbar ist, in dem keine Bearbeitung erfolgen soll. Bei dem XY-Raum handelt es sich vorzugsweise um eine zweidimensionale Pixelmatrix, insbesondere jedoch nicht zwingend mit einer Pixeltiefe von 1 Bit, entsprechend also einem Schwarzweiß-Bild, in der beispielsweise weiße Pixel Bearbeitungsbereiche und schwarze Pixel Nichtbearbeitungsbereiche repräsentieren. Statt einer Pixelmatrix kann der XY-Raum jedoch auch Informationen zu Bearbeitungsbereichen und Nichtbearbeitungsbereichen in vektorieller Form aufweisen.
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Ausgehend von diesem XY-Raum erfolgt eine Radon-Transformation in einen Radon-Raum, in dem für jeden Winkel in der Bearbeitungsebene in einem Winkelbereich von -90° bis +90° gegenüber einer Referenzrichtung sowie für jeden Abstand zu einem Referenzpunkt ein Wert ermittelt wird, der unter Berücksichtigung der Lage des Bearbeitungsbereichs im XY-Raum den Bearbeitungsbedarf in Hinblick auf den jeweiligen Winkel und den jeweiligen Abstand repräsentiert.
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Die Referenzrichtung und der Referenzpunkt sind dabei frei wählbar. Dementsprechend ist die Angabe des Winkelbereichs von -90° bis +90° auch dahingehend zu verstehen, dass es lediglich auf das Abdecken eines Winkelbereichs von 180° ankommt, ohne dass dessen Anfang und Ende eine Rolle spielt.
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Durch die Radon-Transformation wird für eine jede der gedachten Geraden, die den Referenzpunkt kreuzen und beispielsweise in Schrittweiten von 1° die genannten 180° überspannen, ermittelt, welcher Bearbeitungsbedarf sich auf dieser Linie sowie auf hierzu parallelen Geraden verschiedener Abstände ergeben. Der über die gedachten Geraden aufsummierte Bearbeitungsbedarf bildet den jeweiligen Radon-Wert.
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Eine übliche Visualisierung des Radon-Raums stellt diesen als zweidimensionales Diagramm dar, in dem auf einer Achse der jeweilige Winkel und auf deren anderer Achse der Abstand der entsprechenden Geraden dieses Winkels gegenüber der Referenzrichtung und dieses Abstandes gegenüber dem Referenzpunkt vermerkt wird. Der genannte aufsummierte Bearbeitungsbedarf kann dann beispielsweise die Helligkeit des von einem gegebenen Winkel und einem gegebenen Abstand definierten Punktes bilden. Der entsprechende Summenwert wird im Weiteren auch Radon-Wert genannt.
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Ein heller Bereich in dieser Visualisierung heißt, dass in dem Winkelfeld und in dem Abstandsfeld des Radon-Raums, in dem dieser helle Bereich zu finden ist, ein hoher Bearbeitungsbedarf besteht, so dass die Bearbeitung mit Bahnabschnitten, die in diesem Winkelfeld ausgerichtet sind, grundsätzlich im betreffenden Abstandsfeld zweckmäßig erscheint.
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Ausgehend vom derart erzeugten Radon-Raum wird ein modifizierter Radon-Raum berechnet, in dem hohe Werte des Radon-Raums weiter erhöht und/oder geringe Werte des Radon-Raums verringert werden. Bezogen auf die beschriebene visualisierte Form des Radon-Raums handelt es sich um eine Kontrasterhöhung, durch die geringe Werte im Radon-Raum relativ an Bedeutung verlieren und hohe Werte relativ an Bedeutung gewinnen. Eine besonders bevorzugte Methode ist die Potenzierung des Radon-Wertes, insbesondere mit einem Exponenten zwischen 1,5 und 2,5 und insbesondere mit dem Exponenten 2 (Quadrierung).
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Dieser modifizierte Radon-Raum wird nun zur Erzeugung eines Summenwertes für jeden Winkel herangezogen, beispielsweise in 1°-Schritten. Hierzu wird ausgehend vom genannten modifizierten Radon-Raum für jeden Winkel ein Summenwert der diesem Winkel zugeordneten Werte ermittelt. Dieser Summenwert setzt sich zusammen aus dem im jeweiligen Winkel ungeachtet des Abstandes aus dem modifizierten Radon-Raum entnehmbaren Bearbeitungsbedarfs.
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Der sich ergebende Graph weist üblicherweise mindestens ein Maximum auf. Im Falle komplexer Körper weist er typischerweise mehrere Maxima auf. Dies ist dahingehend interpretierbar, dass Teilbereiche des Bearbeitungsbereichs idealerweise mit unterschiedlichen Schraffuren überstrichen werden sollten.
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Der Winkel, bei dem eines der Maxima oder das gegebenenfalls einzige Maximum liegt, bildet den gesuchten Schraffurwinkel oder im Falle von Teilbereichen mit mehreren Schraffurwinkeln den ersten dieser Schraffurwinkel.
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Im Falle von mehreren Schraffurwinkeln, die sich aus mehreren Maxima in dem genannten Graph ergeben, wird anschließend zunächst ermittelt, welcher Teilbereich des gesamten Bearbeitungsbereich mit Bahnabschnitten entsprechend diesem Schraffurwinkel zu überstreichen ist. Hierfür wird im Radon-Raum mindestens ein Abstandsbereich definiert, der angibt, in Bereich welchen Abstandes von einer im Schraffurwinkel ausgerichteten und den Referenzpunkt schneidenden Linie, Bereiche für die Bearbeitung mit dem betreffenden Schraffurwinkel vorhanden sind. Wie dieser mindestens eine Abstandsbereich festgelegt werden kann, wird im Weiteren noch näher erläutert.
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Weiterhin wird auf Basis eines zweiten Maximums im genannten Graph ein zweiter Schraffurwinkel für die Ausrichtung der Schraffur in einem zweiten Teilbereich der Werkstückoberfläche festgelegt.
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Um auch für diesen zweiten Schraffurwinkel jenen vom ersten Teilbereich abweichenden Teilbereich des Bearbeitungsbereichs zu identifizieren, der mit Bahnabschnitten entsprechend diesem zweiten Schraffurwinkel zu überstreichen ist, wird zunächst ein zweiter XY-Raum erzeugt, in dem der Bearbeitungsbereich um den ersten Teilbereich reduziert ist. Bezogen auf die oben genannte Pixelmatrix bedeutet dies, dass der zweite XY-Raum auf Basis des ersten XY-Raums erzeugt wird, wobei demgegenüber die Pixel des ersten Teilbereichs invertiert werden.
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Wenn nur zwei Maxima vorliegen und/oder nur zwei Teilbereiche unterschieden werden sollen, bildet der verbleibende Bearbeitungsbereich als Ganzes den zweiten Teilbereich.
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Im Falle von mehr als zwei Teilbereichen wird stattdessen für den nach Abzug des ersten Teilbereichs verbleibenden Bearbeitungsbereich unter Verwendung des entsprechend dem zweiten Maximum festgelegten zweiten Schraffurwinkels, die Verteilung des verbleibenden Teils des Bearbeitungsbereichs in Abhängigkeit des Abstandes ermittelt. Dies kann so verstanden werden, dass statt der Erzeugung eines geänderten Radon-Raums auf Basis des zweiten XY-Raums nur für einen Winkel, den des zweiten Maximums, eine einzelne Radon-Zeile ermittelt wird, aus der sich ergibt, in welchem Abstand vom Referenzpunkt welcher aufsummierte Bearbeitungsbedarf verbleibt.
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Auf Basis der durch die Werte dieser Radon-Zeile widergespiegelten Verteilung wird erneut mindestens ein Abstandsbereich festgelegt, der angibt, welcher Teil des verbleibenden Bearbeitungsbereichs den zweiten Teilbereich bildet, der mit einer Schraffur entsprechend dem zweiten Schraffurwinkel zu überstreichen ist.
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Bei mehr als zwei Maxima kann der Vorgang auch häufiger wiederholt werden, wobei in jedem Durchgang für einen weiteren Winkel, der insbesondere vorzugsweise als Maximum aus dem genannten Graph ermittelt wurde, der jeweilige Teilbereich ermittelt wird, der mit einer Schraffur dieses Schraffurwinkels zu überstreichen ist. Erst beim letzten Schraffurwinkel und dem letzten Teilbereich ist derartiges nicht erforderlich, da sich hier der Teilbereich aus dem ursprünglichen Bearbeitungsbereich abzüglich der zuvor ermittelten Teilbereiche ergibt.
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Wie bereits oben genannt, erfolgt bei Untergliederung des Bearbeitungsbereichs in mindestens zwei Teilbereiche zur Ermittlung aller Teilbereiche bis auf den letzten Teilbereich eine Ermittlung der dem jeweiligen Teilbereich zugeordneten Fläche des Bearbeitungsbereichs durch Festlegung mindestens eines Abstandsbereichs.
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Dies kann insbesondere wie folgt geschehen: Zunächst wird für den jeweiligen Schraffurwinkel ermittelt, bei welchem Abstand vom Referenzpunkt der Wert des Radon-Raums bzw. der Radon-Linie maximal ist. Anschließend wird ein gegenüber dem Wert dieses Maximums um einen vorgegeben Wert oder einen prozentualen Anteil gesenkter Schwellwert festgelegt wird, beispielsweise bei 70% des Maximalwertes. Dem mindestens einen Abstandsbereich sind dann jene Flächen zugeordnet, in denen der für den betreffenden Abstand summierte Bearbeitungsbedarf oberhalb dieses Schwellwertes liegt.
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Außerhalb dieses mindestens einen Abstandsbereichs liegende Teile des Bearbeitungsbereichs werden nicht dem betreffenden Schraffurwinkel zugeordnet und stellen somit den verbleibenden Bearbeitungsbereich dar, der ganz oder teilweise mittels der zweiten oder nächsten Schraffur mit anderem Schraffurwinkel zu überstreichen ist.
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Es ist bevorzugt, dass nach Ermittlung dieses Abstandsbereichs dieser noch etwas aufgeweitet wird. Wenn also beispielsweise ein Abstandbereich von -10 mm bis 25 mm ermittelt wird, in dem der Bearbeitungsbedarf oberhalb des Schwellwertes liegt, wird der Abstandsbereich für die folgenden Schritte demgegenüber etwas aufgeweitet, so dass der Abstandsbereich sich dann beispielsweise von -13 mm bis 28 mm erstreckt.
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Das beschriebene Verfahren weist zwei Parameter auf, deren jeweils vorteilhafteste Festlegung vorzugsweise dadurch dynamisch festgelegt wird, dass im Rahmen des Verfahrens die obigen Schritte mehrfach für die gleiche vollständige Bearbeitungsfläche durchgeführt werden, so dass sich in Abhängigkeit der Wahl der betreffenden Parameter unterschiedliche Bewegungsbahnen ergeben, die dann im Rahmen eines Vergleichs bewertet werden, um die beste Bewegungsbahn auszuwählen.
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Der erste dieser Parameter betrifft die Reihenfolge, in der den Maxima des oben beschriebenen Graphen und den sich daraus ergebenden Schraffurwinkeln jeweils Teilbereiche der Bearbeitungsfläche zugordnet werden. Im Falle von drei Maxima ergeben sich beispielsweise insgesamt sechs Möglichkeiten der Reihenfolge der Abarbeitung zum Zwecke der Zuordnung von Teilbereichen.
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Der zweite dieser Parameter betrifft die beschriebene Art der Ermittlung des Abstandsbereichs. Wie oben vorgeschlagen worden, kann dieser dadurch definiert werden, dass ein Schwellwert des Bearbeitungsbedarfs gesetzt wird, beispielsweise prozentual abgesenkt gegenüber dem Bearbeitungsbedarfsmaximums. Die Zuordnung der Bearbeitungsfläche zu den Teilbereichen wird in erheblichem Maße dadurch beeinflusst, ob dieser beispielsweise bei 20% oder bei 80% des Bearbeitungsbedarfsmaximums liegt.
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Wenn beispielsweise drei Maxima im Graph vorliegen, so dass sechs Reihenfolgen der Bearbeitung denkbar sind und wenn der Schwellwert in 10%-Schritten zwischen 10% und 90% des Bearbeitungsbedarfsmaximums permutiert wird, ergeben sich insgesamt 54 Bewegungsbahnmöglichkeiten.
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Diese 54 Bewegungsbahnen können alle ermittelt und miteinander verglichen werden, um die den Anforderungen am besten entsprechende aus diesen 54 auszuwählen. Insbesondere vorzugsweise erfolgt dies, indem den Bewegungsbahnen ein Qualitätswert zugeordnet wird, welcher insbesondere die damit einhergehende Bearbeitungszeit wiederspiegeln kann. Der entsprechende Algorithmus sollte dabei nicht nur die Bahnlänge berücksichtigen, sondern auch den besonderen Zeitaufwand beim nichtbearbeitenden Verfahren des Werkzeugs und insbesondere den mit Richtungswechseln einhergehenden Zeitbedarf.
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Von den genannten 54 Bewegungsbahnen wird auf Basis dessen jene gewählt, die die kürzeste Bearbeitungszeit gestattet. Die anderen Bewegungsbahnen werden anschließend verworfen und spielen keine Rolle mehr.
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Das beschriebene Verfahren zur Ermittlung der Bewegungsbahn wird bei einem Bearbeitungsverfahren mit adaptiver Bahnplanung, die im Weiteren noch erläutert wird, durch das Steuersystem der entsprechenden Bearbeitungsanlage ausgeführt, welches den initialen XY-Raum entweder von einem externen System übertragen bekommt oder mittels eines Erfassungssystems der Bearbeitungsanlage erfasst. Dieses Steuersystem oder ein hiermit verbundenes zweites System steuert auf Basis der Bewegungsbahn den Laserstrahl und eine Steuereinrichtung zur Ausrichtung des Laserstrahls.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur abtragenden Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls, bei dem die oben beschriebene Bahnplanung Verwendung findet.
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Bei der abtragenden Bearbeitung mittels eines Laserstrahls wird dieser über eine Oberfläche geführt, wo er das Material lokal erhitzt und dadurch verdampft. Eine solche Bearbeitung wird insbesondere auch bei Verbundwerkstoffen, insbesondere bei Faserverbundwerkstoffen wie kohlefaserverstärktem Kunststoff verwendet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet insbesondere bei solchen inhomogenen Materialien eine kurze Bearbeitungszeit.
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Hierzu wird zunächst der Bearbeitungsbedarf initial ermittelt. Dieser kann sich beispielsweise aus vektoriellen oder Pixelmatrix-Bilddaten ergeben, die einer CAD-Software entstammen. Auf Basis dieses initialen Bearbeitungsbedarfs wird eine erste Bewegungsbahn festgelegt und anschließend wird die Bearbeitung der Werkstückoberfläche durch Führung des Laserstrahls entlang der ersten Bewegungsbahn begonnen. Der Laserstrahl erhitzt die Oberfläche des Werkstücks und verdampft das dortige Material.
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Während oder nach Abschluss dieser Bearbeitung auf Basis des Bearbeitungsergebnisses der ersten Bewegungsbahn erfolgt erfindungsgemäß ein erneutes Erfassen der Werkstückoberfläche zur Ermittlung des verbleibenden Bearbeitungsbedarfs. Es wird bei dieser Erfassung also geprüft, wie sich die Bearbeitung ausgewirkt hat und welche Menge des abzutragenden Materials bereits abgetragen wurde. Hieraus ergibt sich, dass bei einem anschließenden Bearbeitungsschritt nicht mehr alle Teilbereiche des ursprünglichen Bearbeitungsbereichs gleichermaßen zu bearbeiten sind.
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Auf Basis dieses nur noch in Teilen des Bearbeitungsbereichs erforderlichen Bearbeitungsbedarfs wird nun wiederum eine Bewegungsbahn festgelegt, also eine zweite oder nächste Bewegungsbahn auf Basis des ermittelten verbleibenden Bearbeitungsbedarfs. Anschließend erfolgt die fortgesetzte Bearbeitung unter Nutzung dieser neuen Bewegungsbahn.
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Dieser Vorgang wird vorzugweise vielfach durchgeführt, wobei jeweils nach Bearbeitung wiederum eine Erfassung der Werkstückoberfläche und des bisherigen Bearbeitungserfolges stattfindet und auf Basis dessen erneut eine Bewegungsbahn ermittelt wird. Abgeschlossen ist die Bearbeitung erst dann, wenn die Laserstrahlbewegung entlang der zuletzt ermittelten Bewegungsbahn das gesamte verbliebene Material verdampft, so dass die Solltiefe überall erreicht ist.
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Für die Erfassung der Werkstückoberfläche sind verschiedene Verfahren denkbar. Im einfachsten Falle findet eine digitale Kamera mit einem CMOS- oder CCD-Sensor Verwendung, der mittels einer geeigneten Optik die Werkstückoberfläche im Bereich der Bearbeitung untersucht. Um eine vorteilhafte Genauigkeit zu erzielen, wird es allerdings bevorzugt, wenn ein genaueres Verfahren Verwendung findet. Hierbei kann insbesondere die Erfassung der Werkstückoberfläche mittels Laser-Interferometrie erfolgen, insbesondere mittels optischer Kohärenztomografie, oder auch mittels Lasertriangulation.
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Bei der Verwendung von Laser-Interferometrie ist es vorgesehen, dass ein hierfür vorgesehener Prüf-Laserstrahl, der mit dem Laserstrahl zur Oberflächenbearbeitung identisch sein kann, durch die Oberfläche des Werkstücks reflektiert wird und mit dem ursprünglichen Laserstrahl überlagert wird, um aus der sich ergebenden Interferenz auf die Lage der Reflexionsebene und somit auf die Tiefe der bisherigen Bearbeitung zu schließen.
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Das eingangs genannte Verfahren der Bahnberechnung kann in sehr unterschiedlichen Herstellungsverfahren Anwendung finden, wie in der subtraktiven Fräsbearbeitung oder der additiven Fertigung durch geschmolzenen Kunststoff (3D-Druck). In solchen Fällen, in denen die adaptive Bahnberechnung während der Bearbeitung üblicherweise nicht erforderlich ist, findet die erfindungsgemäße Bahnberechnung vorzugsweise in einem vor der eigentlichen Bearbeitung stattfindenden Schritt statt. Im Falle des 3D-Drucks wird dieser Schritt der vorgelagerten Bahnberechnung üblicherweise „Slicing“ genannt.
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Insbesondere zur Verwendung bei adaptiver Bahnberechnung, also einer Bahnberechnung, die zumindest teilweise nach Beginn der Bearbeitung und unter Berücksichtigung des bisherigen Bearbeitungserfolges stattfindet, wird gemäß der Erfindung weiterhin eine Anlage zur Bearbeitung von Werkstücken mittels eines Laserstrahls vorgeschlagen.
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Diese Anlage weist zum einen ein Lasergerät zur Abgabe eines Laserstrahls auf und verfügt zur Erzeugung der Relativbewegung zum Werkstück über eine Laser-Steuereinrichtung, mittels derer der Laserstrahl auf eine Werkstückoberfläche gerichtet und dort zweidimensional beweglich ist. Die Beweglichkeit wird vorzugsweise mittels eines oder mehrerer kippfähiger Spiegel erzeugt, die den Laserstrahl reflektieren und damit die Bearbeitungsposition zweidimensional steuern können. Es ist aber auch möglich, dass das Lasergerät oder das Werkstück als Ganzes verlagert wird, um die gewünschte Relativverlagerung zu erzielen.
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Weiterhin weist die Anlage vorzugsweise eine Erfassungseinrichtung auf, die auf das Werkstück gerichtet ist und dafür ausgebildet, zu erfassen, wieviel Material vom Werkstück bereits abgetragen wurde. Diese Erfassung kann während oder nach der Bearbeitung erfolgen. Diese Erfassungseinrichtung kann in der oben beschriebenen Art insbesondere als Kamera oder als Einrichtung zu Ermittlung der Oberfläche mittels Laser-Interferometrie oder Laser-Triangulation ausgebildet sein.
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Mit diesen Komponenten ist die Anlage dafür ausgebildet, das Verfahren zur Festlegung einer Bewegungsbahn und/oder das Verfahren zur Werkstückbearbeitung, wie jeweils oben beschrieben, durchzuführen.
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Die Anlage weist ein elektronisches Steuersystem auf, auf dem das Verfahren zur Festlegung der Bewegungsbahn abläuft und das mit einem Steuercomputer zur Steuerung der Laser-Steuereinrichtung vorzugsweise identisch ist.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.
- 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anlage.
- 2A bis 2G verdeutlichen an einem sehr einfachen Beispiel das Verfahren zur Festlegung der Bewegungsbahn.
- 3A bis 3U verdeutlichen an einem komplexeren Beispiel das Verfahren zur Festlegung der Bewegungsbahn, wobei diese Bewegungsbahn nacheinander schrittweise für Teilbereiche des Bearbeitungsbereichs festgelegt wird.
- 4A bis 4E verdeutlichen eine Variante des Verfahrens zur Festlegung der Bewegungsbahn, bei dem unterschiedliche Bewegungsbahnmöglichkeiten erstellt werden, um anschließend die Bewegungsbahn nach Vergleich der Bewegungsbahnmöglichkeiten aus diesen auszuwählen.
- 5 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anlage.
- 6A bis 6H zeigen einen Bearbeitungsvorgang auf der Anlage gemäß 5, bei der adaptiv der vorherige Bearbeitungsstand zur Festlegung der Bewegungsbahn herangezogen wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt in schematischer Darstellung eine Anlage 1 zur Bearbeitung von Werkstücken 20 mittels eines Laserstrahls 12.
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Die Anlage dient dem Zweck, das Werkstück 10 mittels des von einem Lasergerät 11 erzeugten Laserstrahls 12 zu bearbeiten, wobei diese Bearbeitung in einem lokalen Erhitzen zum Zwecke des Verdampfens von Material besteht. Der Laserstrahl 12 ist über zwei kippbewegliche Spiegel 13, 14 zweidimensional beweglich, so dass das Steuern des Laserstrahls 12 in einer Bearbeitungsebene 22, in der sich die Werkstückoberfläche 20 erstreckt, möglich ist. Die Bereiche 30A und 30B in 1 kennzeichnen einen Bearbeitungsbereich 30A, in dem Material abgetragen werden soll, sowie einen Nichtbearbeitungsbereich 30B, in dem kein Abtrag stattfinden soll.
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Um im Bearbeitungsbereich 30A Material zu entfernen, muss der Laserstrahl 12 mittels der Spiegel 13, 14 entlang einer Bewegungsbahn 90 bewegt werden.
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Anhand der 2A bis 2G wird nachfolgend dargelegt, wie diese Bewegungsbahn 90 festgelegt wird.
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2A zeigt nochmals den Bearbeitungsbereich 30A und den Nichtbearbeitungsbereich 30B, die in einem XY-Raum verzeichnet sind. Diese Information, wo die Bearbeitung stattfinden soll, wird üblicherweise von einer Software bereitgestellt. Ausgehend vom XY-Raum 30 ist zu ermitteln, wie die Bewegungsbahn 90 zu gestalten ist, um möglichst optimal und insbesondere zeitsparend den Laserstrahl 12 über den gesamten Bearbeitungsbereich 30A führen zu können.
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Diese Ermittlung erfolgt derart, dass zunächst ausgehend vom XY-Raum 30 der 2A eine Radon-Transformation in einen Radon-Raum 40 erfolgt, wobei dieser Radon-Raum 40 in 2D dargestellt ist. Diese Radon-Transformation erfolgt derart, dass relativ zu einem frei definierbaren Referenzpunkt 32 und einer frei definierbaren Referenzrichtung 33 den Referenzpunkt 32 schneidende Geraden 34, 35, 36 gleichsam auf den XY-Raum 30 aufgelegt werden, wobei die verschiedenen Geraden 34, 35, 36 jeweils unterschiedlich gegenüber der Referenzrichtung 33 geneigt sind und stellvertretend für eine Evaluierungswinkel stehen. Die 2B zeigt die drei Geraden 34, 35, 36 nur exemplarisch. Tatsächlich überspannen die Geraden einen Winkelbereich von 180°, beispielsweise mit einer Schrittweite von 1°, so dass sich insgesamt 180 dieser Geraden identifizieren lassen. Jeder dieser Geraden und damit jedem Evaluierungswinkel ist eine Spalte im Radon-Raum 40 der 2D zugeordnet. Der Helligkeitswert innerhalb dieser Spalte ergibt sich durch den jeweiligen Bearbeitungsbedarf auf der ihr zugeordneten Geraden und hierzu parallelen Geraden. Dessen Ermittlung wird anhand der 2C verdeutlicht. Zu der den Referenzpunkt 32 schneidenden Geraden 36G, die gegenüber der Referenzrichtung 33 um 30° gekippt ist, sind eine Vielzahl weiterer Geraden 36A bis 36M eingezeichnet. Die Länge des jeweiligen Abschnitts dieser Geraden, der den Bearbeitungsbereich 30A schneidet, führt zu einem Helligkeitswert im Radon-Raum 40. In 2D sind mit den Kreisen 46A bis 46M die jeweiligen Radon-Werte gekennzeichnet. Exemplarisch ist erkennbar, dass die den Referenzpunkt 32 schneidende Gerade 36G ebenso wie die beiden benachbarten Geraden 36F und 36H einen Streckenabschnitt maximaler Länge im Bearbeitungsbereich 30A aufweisen. Korrespondierend hierzu sind auch die im Radon-Raum 40 hier dargestellten Helligkeitswerte identisch zueinander. Die weiter vom Referenzpunkt 32 entfernten Geraden 36A bis 36E und 361 bis 36M führen entsprechend der Darstellung der 2D zu niedrigeren Radon-Werten, da sie den Bearbeitungsbereich 34A nur über einen kürzeren Abschnitt schneiden. Somit ergibt sich bezogen auf die beschriebene Art der Visualisierung hier eine geringere Helligkeit.
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Ausgehend von dem so erzeugten Radon-Raum 40 der 2D wird ein modifizierter Radon-Raum 45 erzeugt, der in 2E dargestellt ist. Die entsprechende Transformation könnte bezogen auf die Visualisierung des Radon-Raums als Kontrasterhöhung bezeichnet werden. Sie dient dem Zweck, vergleichsweise geringe Radon-Werte zu reduzieren und hohe Radon-Werte weiter zu erhöhen. Eine besonders bevorzugte und sehr einfache Möglichkeit hierfür ist die Quadrierung der Radon-Werte.
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Ausgehend von dem modifizierten Radon-Raum 45 der 2E wird anschließend für jeden Winkel unter Berücksichtigung der bereits erwähnten Schrittweite ein Aufsummieren der Radon-Werte vorgenommen, was bezogen auf 2E bedeutet, dass entlang vertikaler Linien die Radon-Werte aufsummiert werden.
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Werden die sich hierbei ergebenden Summen über dem Winkel aufgetragen, so ergibt sich der Graph 51 in dem in 2F dargestellten Diagramm 50. Wie unmittelbar zu ersehen ist, hat dieser Graph ein einziges Maximum, welches exakt bei 0° liegt. Dieses Maximum wird als Schraffurwinkel A interpretiert. Die Erstellung dieses Graphs 51 mit mindestens einem Maximum ist nur aufgrund der vorherigen Kontrasterhöhung möglich. Wäre der genannte vorherige Schritt nicht erfolgt, so wäre der Graph eine horizontale Gerade, die keine Erkennung eines Maximums gestatten würde.
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Auf Basis dessen kann dann die Bewegungsbahn 90 festgelegt werden, wie es aus 2G ersichtlich ist. In 2G sind die einzelnen Bahnabschnitte als separate Pfeile dargestellt. Dies dient nur der Vereinfachung. In der Praxis ist es von Vorteil, wenn die Bewegungsbahn eine soweit möglich ununterbrochene und insbesondere serpentinenförmige Bewegungsbahn 90 ist.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der 2A bis 2G liegt die optimale Ausrichtung der Schraffur aufgrund der sehr einfachen Geometrie des Bearbeitungsbereichs 30A auch ohne das beschriebene Verfahren auf der Hand. Das Beispiel dient daher zunächst nur der Verdeutlichung der wesentlichen Schritte.
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Anhand der 3A bis 3U wird das Verfahren anhand einer komplexeren Geometrie verdeutlicht.
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3A zeigt wiederum einen XY-Raum, in dem helle Pixel einen Bearbeitungsbereich 30A bilden und dunkle Pixel einen Nichtbearbeitungsbereich 30B bilden.
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Um hierfür die ideale Bewegungsbahn bzw. die idealen Bewegungsbahnen zu ermitteln, werden zunächst die gleichen Verfahrensschritte wie beim vorangegangenen Ausführungsbeispiel durchgeführt. Es werden also wiederum in der in 3B skizzierten Weise Geraden 34, 35, 36 über den XY-Raum 30 gelegt, so dass sie den Referenzpunkt 32 schneiden und in unterschiedlichem Maß gegenüber einer Referenzrichtung 33 geneigt sind, vorliegend dargestellt um 0°, 15° und 30°. Diese Geraden 34, 35 und 36 sind wiederum nur exemplarisch zu verstehen und repräsentieren unterschiedliche Evaluierungswinkel. In der Praxis können beispielsweise wieder 180 Geraden bzw. Evaluierungswinkel verwendet werden, die jeweils um 1° voneinander beabstandet sind. Wie auch zuvor anhand der 2C beschrieben, werden wiederum zur Erzeugung des Radon-Raums zu den bereits genannten Geraden 34, 35, 36 jeweils parallele Geraden 36A bis 36M über den XY-Raum 30 gelegt. Der in 3D dargestellte Radon-Raum ergibt sich dann wieder durch die jeweiligen Teilabschnitte der Geraden 36A bis 36M, die den Bearbeitungsbereich 30A schneiden.
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Der sich ergebende Radon-Raum 40 der 3D zeigt, dass nun nicht mehr ein helles Zentrum entsprechend der 2D entsteht, sondern drei Zentren.
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In der bereits im Zusammenhang mit 2E beschriebenen Art und Weise wird ausgehend vom Radon-Raum 40 ein modifizierter Radon-Raum 45 erzeugt, der bezogen auf die Art der Visualisierung wieder als kontrasterhöhter Radon-Raum verstanden werden kann.
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Entsprechend dem Vorgehen, welches im Hinblick auf 2F bereits beschrieben wurde, wird anschließend ermittelt, bei welchen Winkeln die zu diesem Winkel abstandsunabhängig aufsummierten Radon-Werte Maxima bilden. 3F zeigt dies in einem entsprechenden Diagramm 50, in welchem der Graph 51 insgesamt drei Maxima 52A, 52B, 52C zeigt. Diese drei Maxima sind bei drei unterschiedlichen Winkeln zu finden, nämlich vorliegend bei -27°, bei 9° sowie bei 37°. Diese drei Winkel bilden die Schraffurwinkel A, B, C für unterschiedliche Teilbereiche des Bearbeitungsbereichs 30A.
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Die ab hier folgenden Schritte dienen dem Zweck, zu identifizieren, welche Teile des Bearbeitungsbereichs 30A den jeweiligen Teilbereichen zuzuordnen sind, in denen die drei unterschiedlichen Schraffurrichtungen A, B, C Verwendung finden.
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Hierfür wird zunächst mit einem ersten Maximum begonnen, vorliegend dem Maximum 52C. Aus dem zuvor erzeugten Radon-Raum 40 wird eine Radon-Zeile 41 herangezogen, wobei eine solche Radon-Zeile für einen gegebenen Winkel, vorliegend den Schraffurwinkel A bis 37°, abstandsbezogen dem Bearbeitungsbedarf wiederspiegelt.
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Auf Basis dieser Radon-Zeile wird die abstandsabhängige Helligkeit in einem Diagramm 60 verzeichnet, wobei bei der computergestützten Abarbeitung des Verfahrens selbstverständlich eine Visualisierung nicht erforderlich ist. Die hier zum besseren Verständnis eingefügte Visualisierung der 3H zeigt, dass beim bestimmten Abstand die größte Helligkeit im Radon-Raum zu finden ist, was bedeutet, dass insbesondere bei diesem Abstand die Bearbeitung mit dem Schraffurwinkel A zweckmäßig ist. Dieser Maximalwert wird genutzt, um festzulegen, welcher Teilbereich 80 des Bearbeitungsbereichs der Schraffurrichtung A zuzuordnen ist. Dies geschieht vorliegend, indem ein Schwellwert 46 definiert wird, der vorliegend exemplarisch auf 60 % des Maximalwerts 47 gelegt wird. Anschließend wird der Abstandsbereich 62 ermittelt, in dem der Radon-Wert oberhalb dieses Schwellwerts 46 liegt.
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Auf Basis des nun bekannten Schraffurwinkels A und des Abstandsbereichs 62 ergibt sich ein Teilbereich 80, der sinnvollerweise mit dem Schraffurwinkel A zu überstreichen ist. Dieser ist der 3l zu entnehmen.
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Es wird nun ein neuer XY-Raum 130 erzeugt, der in 3l angedeutet ist, wobei in diesem neuen XY-Raum der Bearbeitungsbereich 30A um den Teilbereich 80 reduziert ist.
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Eine vollständige Radon-Transformation dieses neuen XY-Raums 130 ist nicht erforderlich. Stattdessen bedarf es nun nur Geraden des zweiten Schraffurwinkels B von -27°. Die in 3J eingezeichnete Gerade 37, die den Referenzpunkt 32 schneidet, verdeutlicht dies. Nur bezüglich des Schraffurwinkels B werden nun die in 3K verdeutlichten Geraden 37A bis 37M im Hinblick darauf analysiert, wie groß ihr jeweiliger Abschnitt ist, der den verbleibenden Bearbeitungsbereich 30A schneidet. Wenngleich in 3L zur Verdeutlichung nochmals ein vollständiger Radon-Raum 140 auf Basis des reduzierten Bearbeitungsbereichs 30A dargestellt ist, wird also nur die Radon-Linie 47 der 3L ermittelt. Aus dieser ergibt sich wieder in der durch 3N verdeutlichten Weise ein Diagramm 160 mit den darin aufgetragenen modifzierten oder nicht modifizierten Radon-Werten. Wie zuvor bereits zu 3H beschrieben, wird nun wiederum ausgehend von einem Maximum 47 ein Schwellwert 46 gesetzt, auf Basis dessen ein Abstandsbereich 162 ermittelt wird, innerhalb dessen die Radon-Werte oberhalb des Schwellwerts 46 liegen. Mittels des zweiten Schraffurwinkels B und des Abstandsbereichs 162 ergibt sich somit ein zweiter Teilbereich 180, der in 30 dargestellt ist. Wie bereits zuvor reduziert dieser zweite Teilbereich 180 den Bearbeitungsbereich 30A, so dass nur der in 3P dargestellte Bearbeitungsbereich 30A verbleibt, zu dem mit dem Schraffurwinkel C auch schon der passende Schraffurwinkel bekannt ist. Parallel zu der den Referenzpunkt 32 schneidenden Geraden 38, die um den Schraffurwinkel C geneigt ist, werden nunmehr wiederum Geraden 38A bis 38M auf diesen dritten XY-Raum 230 gelegt, um in der durch 3T verdeutlichten Art und Weise ermitteln zu können, in welchem Abstandsbereich mit dem Schraffurwinkel C der Bearbeitungsbereich zu überstreichen ist. Anders als bei den vorhergehenden Schritten bedarf es jedoch hier keines Schwellwerts. Der letzte Teilbereich umfasst alle Abstände zum Referenzpunkt 32, in denen die Radon-Linie 48 des Radon-Raums 3R größer null ist.
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Aus dem hierdurch ermittelten Abstandsbereich 262 ergibt sich ein dritter Teilbereich 280, in dem die Schraffurrichtung C bei der Festlegung der Bewegungsbahn zu verwenden ist.
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Die gesamte Bewegungsbahn, die somit im Rahmen dieses Verfahren ermittelt wurde, ist anhand der 3U ersichtlich. Es ist zu erkennen, dass die Teilbereiche 80, 180, 280 gemeinsam den gesamten ursprünglichen Bearbeitungsbereich 30A abdecken. Es ist ebenfalls zu erkennen, dass durch die Ausrichtung der Abschnitte der Bewegungsbahn eine vergleichsweise geringe Zahl von geradlinigen Abschnitten erforderlich ist. Eine vergleichsweise schnelle Bearbeitung ist die Folge.
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Anhand der 3U ist auch recht gut ersichtlich, dass der Zuschnitt der hier gewählten Teilbereiche 80, 180, 280 nicht alternativlos ist. Er ergibt sich daraus, dass dieser in der beschriebenen Reihenfolge definiert wurden, also die drei Maxima gemäß 3F in der Reihenfolge 52C, 52A, 52B abgearbeitet wurden. Eine zweite Festlegung, die nicht alternativlos ist und Einfluss auf die Teilbereiche 80, 180, 280 nimmt, liegt darin, dass die Schwellwerte 46, die in den 3H und 3N dargestellt sind, auf 60 % des Maximalwerts 47 gesetzt worden sind. Würden hier andere Werte, beispielsweise 50 %, verwendet, so ergäbe sich im Detail ebenfalls ein etwas anderer Zuschnitt der Teilbereiche 80,180, 280.
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Es ist daher von Vorteil, wenn die Gesamtheit der zuvor beschriebenen Schritte ausgehend von der Erzeugung des Graphen 51 gemäß 3F mehrfach erfolgt, um mehrere Bewegungsbahnmöglichkeiten zu erzeugen, von denen anschließend eine ausgewählt wird.
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Die 4A bis 4E verdeutlichen dies. 4A entspricht dabei der genannten 3F mit den drei Maxima 52A, 52B, 52C.
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Die 4B und 4C zeigen, wie sich der erste Teilbereich 80 ergibt, wenn nicht mit dem Maximum 52C und dem dortigen Winkel 37° begonnen wird, sondern stattdessen mit dem Maximum 52B und dem dortigen Winkel 9°. Die Intensitätsverteilung ergibt sich dann abweichend von der Darstellung der 3H in der durch die 4B oder 4C dargestellten Weise. Untereinander unterscheiden sich diese beiden 4B und 4C darin, welcher Schwellwert gewählt wird. In der 4B liegt der Schwellwert 46 bei 70 % des Maximums 47, während er in 4C bei 30 % des Maximums 47 liegt. Es ist ersichtlich, dass dies zu deutlich abweichenden Abstandsbereichen führt, so dass ein deutlich größerer Anteil des Bearbeitungsbereichs 30A mit dem Schraffurwinkel B überstrichen wird als es bei 70 % entsprechend der 4B der Fall ist. Auch die Zahl der sich ergebenden Teilbereiche kann hierdurch beeinflusst werden.
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Die 4D und 4E beziehen sich auf ein alternatives Vorgehen, bei dem übereinstimmend mit dem Beispiel der 3A bis 3U mit dem Maximum 52C und dem Schraffurwinkel A von 37° begonnen wird, wobei auch hier dargestellt ist, wie sich bei einem anderen Schwellwert von 30 % in 4E ein deutlich größerer Abstandsbereich als bei einem Schwellwert von 70% des Maximalwerts entsprechend der 4D ergibt.
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Wenn die drei Maxima in beliebiger Reihenfolge zur Definition von Teilbereichen genutzt werden sollen, so führt dies zu insgesamt sechs Möglichkeiten der Reihenfolge. Wenn weiterhin bei jeder Reihenfolge Schwellwerte im 10 %-Abstand zwischen 10 % und 90 % in Erwägung gezogen werden, gibt es je Reihenfolge neun unterschiedliche Zuschnitte der Teilbereiche 80, 180, 280. Insgesamt ergeben sich somit 54 potenzielle Konfigurationen für die Teilbereiche 80, 180, 280 und die entsprechenden Bewegungsbahnen. Dies gestattet es, nach Berechnung der 54 Möglichkeiten jene auszuwählen, die die kürzeste Bearbeitungszeit verspricht. Die Berechnung der Bearbeitungszeit auf Basis der jeweiligen Bewegungsbahnen erfolgt in Kenntnis der Bearbeitungsanlage und der auf dieser erzielbaren Bahngeschwindigkeit und des erforderlichen Zeitbedarfs für eine Richtungsänderung.
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Das beschriebene Verfahren zur Festlegung der Bewegungsbahn ist insbesondere zweckmäßig, wenn es im Rahmen eines Laser-Bearbeitungsverfahrens Verwendung findet, welches mit adaptiver Bahnberechnung arbeitet. Hierunter ist zu verstehen, dass die Bahnberechnung nicht vor Beginn der Bearbeitung abgeschlossen ist, sondern in Reaktion auf die Bearbeitung und den sich einstellenden Bearbeitungserfolg neu berechnet wird.
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Dies wird anhand der 5 und 6 verdeutlicht.
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5 zeigt eine Bearbeitungsanlage 1 ähnlich jener der 1. Abweichend von dieser Bearbeitungsanlage 1 sind jedoch zwei Erfassungseinrichtungen 15, 18 vorgesehen, die die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks 20 während der Bearbeitung analysieren. Zum einen verfügt die Anlage über eine Digitalkamera 15, die auf den Bearbeitungsbereich gerichtet ist. Zum anderen ist ein Laserinterferometer 18 vorgesehen, welches einen Messlaserstrahl erzeugt, der durch den halbdurchlässigen Spiegel 17 umgelenkt wird und sich dann in gleicher Erstreckungsrichtung wie der Bearbeitungslaserstrahl 12 ausbreitet. Dieser Messlaserstrahl wird vom Werkstück reflektiert und gelangt zurück zum Laserinterferometer 18, wo er mit dem Ausgangsstrahl überlagert wird, um die Vertiefung in der Werkstückoberfläche hierdurch zu ermitteln. Die beiden Erfassungsgeräte 15, 18 sind hier nur zur Verdeutlichung beide dargestellt. In der Praxis reicht es, wenn eine entsprechende Anlage 1 mit einem dieser Erfassungsgeräte oder einem anderen gleichwertigen Erfassungsgerät ausgerüstet ist.
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Die 6A bis 6H verdeutlichen das Bearbeitungsverfahren mit adaptiver Festlegung der Bearbeitungsbahn.
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6A zeigt wiederum den XY-Raum, in welchem die hellen Flächen den Bearbeitungsbereich 30A darstellen und die dunklen Flächen den Nichtbearbeitungsbereich 30B darstellen. Hieraus ergibt sich entsprechend dem Vorgehen, welches eingangs beschrieben wurde und zum Radon-Raum 40 der 3D führte, der Radon-Raum 40 der 6B mit den zwei Bearbeitungsbedarfsmaxima bei etwa 0° und etwa 70°. Diese wiederum führen zu zwei Teilbereichen, die in 6D dargestellt sind und in denen jeweils mit unterschiedlichen Schraffurwinkeln die Bewegungsbahnen 90, 190 zum Überstreichen der gesamten Bearbeitungsfläche 30A genutzt werden.
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Nachdem diese Bearbeitung durchgeführt wurde, ergibt sich ermittelt durch eine der Erfassungseinrichtungen 15, 18 das Bild der 6E als XY-Raum. Es ist zu ersehen, dass nunmehr der Bearbeitungsbereich 30A verkleinert und deutlich fragmentiert ist. Grund hierfür ist, dass der Materialabtrag über den Laserstrahl 12 nicht zu einem einheitlichen Verdampfen von Material führt, insbesondere nicht bei einem Verbundwerkstoff wie kohlefaserverstärktem Kunststoff. Auf Basis des XY-Raums 30 der 6E wird mit den gleichen Schritten der Erzeugung des Radon-Raums 40 gemäß 6F, der Ermittlung der Schraffurwinkel gemäß 6G und der anschließenden Festlegung von Teilbereichen mit jeweils unterschiedlichem Schraffurwinkel entsprechend der 6H die weitere Bearbeitung geplant und durchgeführt. Hierbei ist zu erkennen, dass ungeachtet der starken Fragmentierung des XY-Raums der 6E verglichen mit dem XY-Raum der 6A ein aussagekräftiges Diagramm 50 gemäß 6G entsteht, dessen Graph 51 wiederum die sehr charakteristischen Maxima 52A, 52B zeigt. Das beschriebene Verfahren zur Festlegung der Bewegungsbahn wird also durch starke Fragmentierung des XY-Raums nicht beeinträchtigt.
