DE102020202722A1

DE102020202722A1 - Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks und Bearbeitungssystem

Info

Publication number: DE102020202722A1
Application number: DE102020202722.6A
Authority: DE
Inventors: Malte Kumkar; Mostafa Biglari
Original assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Current assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date: 2020-03-03
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2021-09-09
Also published as: WO2021175726A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten wenigstens eines Werkstücks (10), insbesondere aus Chromstahl und/oder Siliziumstahl, mit den Schrittena) Abtragen von Material von wenigstens einer Werkstückoberfläche (12) mittels, vorzugsweise gepulster, elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung und/oder Magnetronstrahlung,b) Analysieren der Zusammensetzung des abgetragenen Materials während des Abtragevorgangs,c) Beeinflussen des Abtragevorgangs in Abhängigkeit von einem Analyseergebnis. Die Erfindung betrifft ferner ein Bearbeitungssystem (20) für ein, vorzugsweise bandförmiges, Werkstück (10), insbesondere aus Chromstahl und/oder Siliziumstahl, aufweisend eine Bearbeitungseinreichtung (22) zum Abtragen von Material von einer Werkstückoberfläche (12) des Werkstücks (10) mittels, vorzugsweise gepulster, elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung und/oder Magnetronstrahlung, eine Analyseeinrichtung (24) zum Analysieren der Zusammensetzung des abgetragenen Materials, und eine Steuereinrichtung (26) zum Beeinflussen wenigstens eines Parameters der Bearbeitungseinrichtung (22) in Abhängigkeit von einem von der Analyseinrichtung erhaltenen Analyseergebnis.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten wenigstens eines Werkstücks, wobei Material von wenigstens einer Werkstückoberfläche mittels elektromagnetischer Strahlung abgetragen wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Bearbeitungssystem für ein Werkstück aufweisend eine Bearbeitungseinrichtung zum Abtragen von Material von einer Werkstückoberfläche des Werkstücks mittels elektromagnetischer Strahlung.
Solche Verfahren und Bearbeitungssysteme sind aus dem Stand der Technik an und für sich bekannt.
Aus EP 1 558 779 B1 ist ein Verfahren zum Entzundern und/oder Reinigen eines Metallstrangs bekannt, bei dem der Metallstrang in einer Förderrichtung durch eine Vorrichtung geführt wird, in der er einer Plasmaentzunderung und/oder einer Plasmareinigung unterzogen wird. Nach der Plasmaentzunderung bzw. Plasmareinigung kann eine Prüfung der Oberfläche des Metallstrangs durchgeführt werden. In Abhängigkeit von dem Ergebnis der Prüfung der Oberfläche kann eine Fördergeschwindigkeit des Metallstrangs angepasst werden.
Entsprechende Verfahren und Vorrichtungen, bei denen zur Bearbeitung der Oberfläche Laserstrahlung eingesetzt wird, sind ebenfalls grundsätzlich bekannt.
Bei der Herstellung von Edelstahlbändern bildet sich typischerweise unter einer oberflächlichen Oxidschicht eine Zone von Material, in der die lokale Legierungszusammensetzung nicht der gewünschten Legierungszusammensetzung des Materials entspricht. So kann sich bei chromhaltigen Stählen beispielsweise eine Chromverarmungszone mit reduziertem Chromgehalt bilden, welche anfällig für Korrosion ist.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen erlauben es, die oberflächliche Oxidschicht zu entfernen. Durch optische Überwachung der Oberfläche kann jedoch nicht festgestellt werden, ob auch eine Zone mit veränderter Legierungszusammensetzung abgetragen wurde oder nicht.
Aufgabe der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Steuerbarkeit des Abtragevorgangs von Material von einer Werkstückoberfläche zu verbessern.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein Bearbeitungssystem mit den in Anspruch 16 angegebenen Merkmalen. Die jeweiligen Unteransprüche geben vorteilhafte Varianten bzw. Ausführungsformen an
Erfindungsgemäßes Bearbeitungsverfahren
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Bearbeiten wenigstens eines Werkstücks vorgesehen. Das Werkstück ist typischerweise bandförmig; insbesondere kann das Werkstück ein Endlosband sein. Eine Länge des Werkstücks kann wenigstens zwanzigmal so groß sein wie eine Breite des Werkstücks. Die Breite kann wenigstens zehnmal so groß sein wie eine Dicke des Werkstücks. Das Werkstück kann insbesondere aus Chromstahl und/oder Siliziumstahl bestehen. Unter Chromstahl wird Stahl mit Chrom als Legierungselement verstanden. Der Massenanteil von Chrom beträgt bevorzugt wenigstens 10 %, besonders bevorzugt wenigstens 12 %. Unter Siliziumstahl wird Stahl mit Silizium als Legierungselement mit einem Massengehalt von wenigstens 0,4 % verstanden. Der Massenanteil von Silizium beträgt bevorzugt wenigstens 1 %, besonders bevorzugt wenigstens 2 %. Das Werkstück kann aus einem Chrom-Silizium-Stahl mit entsprechenden Chrom- und Silizium-Anteilen bestehen. Bei diesen Materialien besteht ein besonderer Bedarf zur präzisen Steuerung eines oberflächlichen Abtragevorgangs während der Stahlherstellung, beispielsweise in einer Walzstraße.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte

a) Abtragen von Material von wenigstens einer Werkstückoberfläche mittels, vorzugsweise gepulster, elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung und/oder Magnetronstrahlung,
b) Analysieren der Zusammensetzung des abgetragenen Materials während des Abtragevorgangs,
c) Beeinflussen des Abtragevorgangs in Abhängigkeit von einem Analyseergebnis.

Das Abtragen in Schritt a) kann in einem oder mehreren Durchläufen erfolgen. Die Verwendung gepulster elektromagnetischer Strahlung erlaubt ein besonders effektives Abtragen. Gepulste Strahlung kann kurzzeitig größere Leistungen in das Werkstück einbringen als eine kontinuierliche Strahlung.
Das Abtragen kann vorteilhafterweise mittels Laserablation erfolgen. Insbesondere bietet sich ultrakurz gepulste Laserstrahlung auf Grund der zu erzielenden hohen räumlich-zeitlichen Gradienten unter weitgehend zu vernachlässigender Wärmediffusion im Verlaufe des Pulses an. So kann beispielsweise eine Oxidschicht durch einen weitgehend thermomechanisch induzierten Prozess abgetragen werden, bei dem die einer sehr schnellen Erwärmung des Materials folgende Ausdehnung zu einem Ablösen der Oxidschicht in ihrer Grenzfläche führt. Dies ermöglicht ein Absprengen einer dickeren Oxidschicht mit einem einzelnen Puls. Ultrakurz gepulste Laserstrahlung erlaubt weiterhin einen Abtrag mit gegenüber längeren Pulsen reduziertem Wärmeeinfluss. Insbesondere kann das Entstehen einer störenden Schmelzschicht vermieden werden.
Magnetronstrahlung kann an der Werkstückoberfläche ein Plasma erzeugen, sodass Material gleichzeitig schonend und wirksam abgetragen wird. Das abzutragende bzw. abgetragene Material kann insbesondere Material einer Oxidschicht und/oder aus einer Chromverarmungszone des Werkstücks sein. Die Oxidschicht kann eine Zunderschicht sein.
Erfindungsgemäß wird in Schritt b) die Zusammensetzung des abgetragenen Materials während des Abtragevorgangs analysiert. Bei einem Werkstück dessen Materialzusammensetzung sich von der (ursprünglichen) Werkstückoberfläche aus in Tiefenrichtung ändert, kann damit die Zusammensetzung zu dem jeweiligen Zeitpunkt des Abtragevorgangs festgestellt werden. Insbesondere bei den oben genannten Materialien bildet sich während der Herstellung im Stahlwerk eine oberflächliche Oxidschicht bzw. Zunderschicht. Bei Chromstählen schließt sich unter der Zunftsschicht oft eine Chromverarmungszone mit einem reduzierten Anteil an Chrom an. Bei Siliziumsstählen haftet eine Zunderschicht oft stark und kann mit konventionellen Methoden, zum Beispiel mittels Wasserstrahlen, nur schwer zuverlässig entfernt werden. Wie dick die jeweiligen Schichten sind ist vorab typischerweise nicht genau bekannt. Durch die erfindungsgemäße Analyse des abgetragenen Materials kann festgestellt werden, welche Art von Material gerade abgetragen wird. Dies ermöglicht es, den Abtragevorgang für ein gewünschtes Bearbeitungsergebnis anzupassen.
Hierzu ist erfindungsgemäß weiter vorgesehen, dass der Abtragevorgang in Schritt c) in Abhängigkeit von einem Analyseergebnis beeinflusst wird. Das Beeinflussen kann durch Verändern wenigstens eines Parameters des aktuellen Abtragevorgangs oder eines nachfolgenden Durchlaufs des Abtragevorgangs erfolgen. Ein anzupassender Parameter kann die Bearbeitungsdauer eines Oberflächenbereichs sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein anzupassender Parameter eine Leistung der zum Abtragen eingesetzten elektromagnetischen Strahlung sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise mit einem unten beschriebenen, erfindungsgemäßen Bearbeitungssystem durchgeführt. Dort beschriebene Merkmale können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich vorgesehen sein.
Das Analysieren kann mittels Spektroskopie, vorzugsweise Infrarot-Spektroskopie und/oder Plasmaspektroskopie, erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Analyse mittels Laser-Ultraschall-Analyse, Röntgen-Diffraktion, magnetischer Messungen, Röntgenfluoreszenzanalyse und/oder Bildanalyse erfolgen. Die Plasmaspektroskopie erfolgt typischerweise als laserinduzierte Plasmaspektroskopie. Diese Analysemethoden eignen sich besonders für den Einsatz bei der Stahlherstellung.
Bei einer vorteilhaften Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass beim Analysieren ein Verhältnis mehrerer Bestandteile des abgetragenen Materials bestimmt wird, vorzugsweise das Verhältnis von Eisen, Nickel und Chrom zueinander. Dadurch kann auf einfache Weise festgestellt werden, ob der Abtragevorgang bereits das Grundmaterial mit einem vorbekannten Verhältnis der Bestandteile erreicht hat, oder ob noch Material mit einem anderen Verhältnis der Bestandteile abgetragen wird, beispielsweise Material aus einer Chromverarmungszone oder einer Oxidschicht. Das Verhältnis kann ein Massenverhältnis oder ein Stoffmengenverhältnis (molares Verhältnis) sein.
Eine besonders vorteilhafte Verfahrensvariante ist dadurch gekennzeichnet, dass Material von der Werkstückoberfläche abgetragen wird, bis das Analyseergebnis einem Sollwert entspricht. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass alles Material, das nicht die gewünschte Zusammensetzung aufweist, vollständig abgetragen wird. Der Sollwert kann ein Verhältnis mehrerer Bestandteile des abgetragenen Materials spezifizieren. Vorzugsweise wird Material abgetragen, bis eine Zusammensetzung des abgetragenen Materials, zumindest im Hinblick auf einige Bestandteile, einer (gewünschten) Legierungszusammensetzung des Werkstücks entspricht. Wenn das Analyseergebnis dem Sollwert entspricht, wird der Abtragevorgang für den entsprechenden Oberflächenbereich typischerweise beendet. Es kann jedoch vorgesehen sein, dass das Abtragen nach Erreichen des (ersten) Sollwerts fortgesetzt wird, bis das Analyseergebnis einem zweiten Sollwert entspricht. Nach Erreichen des ersten Sollwerts kann ein zweiter Parametersatz zum Abtragen angewandt werden. Entsprechend kann nach Erreichen des zweiten Sollwerts ein dritter Parametersatz zum Abtragen angewandt werden und so fort.
Insbesondere können unterschiedliche Parametersätze für die Oxid- bzw. Zunderentfernung und den Abtrag von Verarmungsschichten vordefiniert sein. Ggf. wird beispielsweise der erste Parametersatz so oft eingesetzt und angepasst, bis die Oxidschicht tatsächlich entfernt ist. Besonders vorteilhaft ist ein erster Parametersatz, der weitgehend selektiv auf die Oxidschicht (Zunder) wirkt. Zunächst kann somit die Oxidschicht hinreichend entfernt werden, bevor mit einem Abtrag einer Verarmungsschicht und oder einer Texturierung gestartet wird. Für den Oxidabtrag kann eine Pulsdauer 1 ps oder größer sein, wobei es sich vorteilhaft um eine Einzelpulsanwendung, mit geringem oder ohne Überlapp der von aufeinanderfolgenden Pulsen bearbeiteten Oberflächenbereiche des Werkstücks (Abtragszonen), handelt.
Danach kann auf einen zweiten Parametersatz zum Abtragen der Verarmungsschicht und/oder zur Texturierung umgeschaltet werden. Eine Pulsdauer kann hierbei 1 ps oder weniger betragen. Zudem wäre ggf. ein größerer Überlapp der von den Pulsen erfassten Oberflächenbereiche vorteilhaft. Dieser zweite Parametersatz wird dann ggf. mehrfach genutzt und angepasst, bis das gewünschte Ergebnis erzielt wurde. Zu ändernde Parameter der Parametersätze können z.B. Pulsdauer, Repetitionsfrequenz, Wellenlänge und/oder Spotgröße sein.
Es versteht sich, dass das Verfahren nicht auf zwei Parametersätze eingeschränkt ist, sondern ergänzt werden kann, indem beispielsweise die Verarmungsschicht in Verfahrensschritten Schrubben und Schlichten abgetragen wird. Da die Werkstückeigenschaften typischerweise nicht auf der gesamten Oberfläche identisch sind, sondern ortsabhängig sein können, bietet es sich auch an, die Parameter in Verbindung mit der Relativbewegung von Strahl und Werkstück ortssaufgelöst anzupassen.
Es kann vorgesehen sein, dass im Schritt b) zusätzlich eine optische Eigenschaft der Werkstückoberfläche analysiert wird. Das Ergebnis der optischen Analyse kann bei der Beeinflussung des Abtragevorgangs in Schritt c) berücksichtigt werden. Insbesondere kann im Bereich eines Oberflächenfehlers mehr Material von der Werkstückoberfläche abgetragen werden, vorzugsweise bis der Oberflächenfehler beseitigt ist. Die optische Eigenschaft kann durch eine Bildaufnahme und Bildauswertung bestimmt werden.
Im Schritt b) kann zusätzlich eine Abtragtiefe bestimmt werden. Dies ermöglicht eine ergänzende Kontrolle des Abtragevorgangs im Speziellen und des Bearbeitungsverfahrens im Allgemeinen. Die Abtragtiefe kann insbesondere auch zum Vergleich mit einer vorab bestimmten Dicke einer Oxidschicht herangezogen werden. Umgekehrt kann aus der Abtragtiefe auf die Dicke einer Oxidschicht geschlossen werden, wenn diese Dicke vorab nicht bekannt war und auf andere Weise, beispielsweise wie zuvor beschrieben, eingerichtet ist, dass die Oxidschicht vollständig abgetragen wird.
Vorzugsweise wird wenigstens ein Parameter des laufenden Abtragevorgangs in Abhängigkeit von dem Analyseergebnis verändert. Hierdurch kann eine automatische Anpassung des Abtragevorgangs an das jeweilige Werkstück erfolgen, beispielsweise wenn Werkstücke mit unterschiedlichen Legierungszusammensetzungen bearbeitet werden. Ebenso kann eine automatische Anpassung an unterschiedliche Zusammensetzungen und/oder Dicken einer Oxidschicht und/oder Chromverarmungszone erfolgen.
Es kann vorgesehen sein, dass in wenigstens einem Durchlauf Material entlang einer Längsrichtung des Werkstücks kontinuierlich abgetragen wird. Es wird mit anderen Worten entlang der Längsrichtung durchgängig Material von der Werkstückoberfläche abgetragen. Das Abtragen von Material von aneinander angrenzenden Oberflächenbereichen kann ohne zeitliche Unterbrechungen oder mit zeitlichen Unterbrechungen erfolgen. Das Abtragen kann in quer zur Längsrichtung verlaufenden Streifen erfolgen. Das Werkstück ist dabei vorzugsweise bandförmig und wird entlang der Längsrichtung bewegt. Somit wird eine kontinuierliche Bearbeitung der Oberfläche beispielsweise eines Stahlbandes während dessen Herstellung ermöglicht.
Einer übermäßigen thermischen Akkumulation kann entgegengewirkt werden, indem ein räumliches Überlappen der von aufeinanderfolgenden Pulsen erfassten Oberflächenbereiche reduziert oder vermieden wird.
Andererseits steigt für ablative Prozesse die pro Überfahrt erzielbare Abtragtiefe mit zunehmendem Überlapp. Ferner lassen sich störende Einflüsse durch Inhomogenitäten in der Intensitätsverteilung auf dem Werkstück durch einen größeren Überlapp reduzieren. Es kann daher vorgesehen sein, dass während des Durchlaufs jeweils mit mehreren Pulsen Material von demselben Oberflächenbereich der Werkstückoberfläche abgetragen wird. Es können insbesondere Laserpulse zum Abtragen eingesetzt werden. Gerade in Überlappbereichen sollte jedoch die Repetitionsfrequenz zur Vermeidung schädlicher thermischer Akkumulation begrenzt werden. Zudem profitieren thermomechanische Abtragevorgänge von einer gesteigerten pro Puls bestrahlten Fläche bei reduzierten Überlapp. Insgesamt können deshalb größere Strahlabmessungen auf der Werkstückoberfläche bei eingeschränkter Pulswiederholrate vorteilhaft sein. Eine Pulswiederholrate kann höchstens 60 kHz, bevorzugt höchstens 50 kHz, besonders bevorzugt höchstens 40 kHz, betragen. Bei derart begrenzten Pulswiederholraten kann eine übermäßige thermische Akkumulation im Werkstück vermieden werden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass nach einem ersten Durchlauf eine Eigenschaft der Werkstückoberfläche bestimmt wird und dass ein zweiter Durchlauf erfolgt, bei welchem wenigstens ein Parameter des Abtragevorgangs in Abhängigkeit von der nach dem ersten Durchlauf ermittelten Ausprägung der Eigenschaft gewählt wird. Das Verfahren kann dadurch besonders flexibel und präzise gesteuert werden. Zudem kann bei einem Abtragen in mehreren Durchläufen eine (thermische) Belastung des Werkstücks verringert werden.
Eine bevorzugte Verfahrensvariante ist dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung des Abtragevorgangs eine Eigenschaft der Werkstückoberfläche, vorzugsweise ein Zustand und/oder eine Dicke einer Oxidschicht und/oder einer Chromverarmungszone, bestimmt wird, und dass wenigstens ein Parameter des Abtragevorgangs in Abhängigkeit von der ermittelten Ausprägung der Eigenschaft gewählt wird. Dies ermöglicht es, den Abtragevorgang bereits mit auf das jeweils zu bearbeitende Werkstück angepassten Parameter zu beginnen.
Bei einer vorteilhaften Verfahrensvariante und ist vorgesehen, dass bei dem Abtragevorgang eine Texturierung der Werkstückoberfläche erzeugt wird. Eine Pulsdauer von zum Abtragen eingesetzter Laserstrahlung kann hierbei höchstens 1 ps, insbesondere höchstens 0,7 ps, betragen. Um eine Texturierung zu erzeugen, kann eine Fluenz der Laserstrahlung wenigstens 0,05 J/cm², bevorzugt wenigstens 0,1 J/cm², besonders bevorzugt wenigstens 0,2 J/cm², und/oder höchstens 4,0 J/cm², bevorzugt höchstens 3,0 J/cm², besonders bevorzugt höchstens 2,0 J/cm², betragen.
Bei einer alternativen, jedoch gleichwohl vorteilhaften, Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass bei dem Abtragevorgang eine untexturierte Werkstückoberfläche erzeugt wird. Hierzu kann eine Pulsdauer von zum Abtragen eingesetzter Laserstrahlung wenigstens 1 ps, insbesondere wenigstens 1,3 ps, betragen. Um eine untexturierte Werkstückoberfläche zu erzeugen, kann eine Fluenz der Laserstrahlung höchstens 0,05 J/cm², bevorzugt höchstens 0,01 J/cm², betragen.
Vorteilhafterweise wird gleichzeitig Material von zwei, vorzugsweise gegenüberliegenden, Werkstückoberflächen desselben Werkstücks abgetragen. Die Bearbeitung des Werkstücks kann dadurch beschleunigt werden. Für das Abtragen von Material von der zweiten Werkstückoberfläche können dieselben Parameter wie für das Abtragen von Material von der ersten Werkstückoberfläche eingesetzt werden. Die Analyse der Zusammensetzung des abgetragenen Materials kann sich dann auf die erste Werkstückoberfläche beschränken. Vorzugsweise wird jedoch die Zusammensetzung des von den beiden Werkstückoberflächen abgetragenen Materials unabhängig voneinander analysiert und es werden die Abtragevorgänge an den beiden Werkstückoberflächen unabhängig voneinander in Abhängigkeit von den jeweiligen Analyseergebnissen beeinflusst. Hierzu können die oben beschriebenen Verfahrensvarianten eingesetzt werden. Auf diese Weise können die Abtragevorgänge an beiden Werkstückoberflächen (unabhängig voneinander) optimal gesteuert werden.
Es kann vorgesehen sein, dass in einem Schritt a') Material von einer Werkstückoberfläche eines weiteren Werkstücks abgetragen wird, wobei wenigstens ein Parameter des weiteren Abtragevorgangs anhand des Analyseergebnisses aus Schritt b) gewählt wird. Der Schritt a') wird im Anschluss an die Schritte a) bis c) durchgeführt. Die Bearbeitung des weiteren Werkstücks kann bei dieser Verfahrensvariante direkt mit günstigen Parametern beginnen. Hierdurch können bei der Bearbeitung des ersten Werkstücks gewonnene Erkenntnisse bei der Bearbeitung des weiteren (gleichartigen) Werkstücks nutzbar gemacht werden.
Erfindungsgemäßes Bearbeitungssystem
In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch ein Bearbeitungssystem für ein, vorzugsweise bandförmiges, Werkstück. Das Werkstück kann insbesondere aus Chromstahl und/oder Siliziumstahl bestehen. Das Bearbeitungssystem ist vorzugsweise zur Durchführung eines oben beschrieben, erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens eingerichtet.
Das Bearbeitungssystem weist eine Bearbeitungseinrichtung zum Abtragen von Material von einer Werkstückoberfläche des Werkstücks mittels, vorzugsweise gepulster, elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung und/oder Magnetronstrahlung, auf. Eine solche Bearbeitungseinrichtung ermöglicht das effiziente Abtragen von Material von großflächigen Bereichen der Werkstückoberfläche, insbesondere der gesamten Werkstückoberfläche. Die Bearbeitungseinrichtung kann eine Laserbearbeitungseinrichtung sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Bearbeitungseinrichtung ein Magnetron aufweisen.
Erfindungsgemäß weist das Bearbeitungssystem eine Analyseeinrichtung zum Analysieren der Zusammensetzung des abgetragenen Materials und eine Steuereinrichtung zum Beeinflussen wenigstens eines Parameters der Bearbeitungseinrichtung in Abhängigkeit von einem von der Analyseinrichtung erhaltenen Analyseergebnis auf. Das Bearbeitungssystem ist somit in der Lage, den Abtragevorgang in der oben beschriebenen Weise vorteilhaft zu gestalten. Insbesondere ist das Bearbeitungssystem vorteilhafterweise dazu eingerichtet, Parameter des laufenden Abtragevorgangs in Abhängigkeit von dem Analyseergebnis anzupassen.
Die Analyseeinrichtung kann ferner zum Analysieren einer optischen Eigenschaft der Werkstückoberfläche ausgebildet sein. Die Analyseeinrichtung kann hierzu eine Bildaufnahmeeinheit und eine Bildauswerteeinheit aufweisen. Dies ermöglicht eine weiter optimierte Beeinflussung des Abtragevorgangs.
Das Bearbeitungssystem kann weiterhin eine Abstützeinrichtung zum Abstützen des Werkstücks unterhalb einer Bearbeitungszone der Bearbeitungseinrichtung aufweisen. Dadurch können Vibrationen des Werkstücks, welche den Abtragevorgang negativ beeinflussen könnten, im Bereich der Bearbeitungszone vermieden oder zumindest verringert werden. Dies ist besonders bei dünnen, bandförmigen Werkstücken nützlich.
Das Bearbeitungssystem kann eine weitere Bearbeitungseinrichtung zum Abtragen von Material von einer weiteren Werkstückoberfläche des Werkstücks aufweisen. Dies ermöglicht die effiziente, insbesondere zeitgleiche, Bearbeitung der beiden Werkstückoberflächen.
Vorzugsweise weist das Bearbeitungssystem eine weitere Analyseeinrichtung zum Analysieren der Zusammensetzung des von der weiteren Werkstückoberfläche abgetragenen Materials auf. Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, wenigstens einen Parameter der weiteren Bearbeitungseinrichtung in Abhängigkeit von einem von der weiteren Analyseeinrichtung erhaltenen weiteren Analyseergebnis zu beeinflussen. Die Bearbeitung der weiteren Werkstückoberfläche kann dadurch besonders präzise gesteuert werden.
Die weitere Analyseeinrichtung kann ferner zum Analysieren einer optischen Eigenschaft der weiteren Werkstückoberfläche ausgebildet sein. Die weitere Analyseeinrichtung kann hierzu eine weitere Bildaufnahmeeinheit und eine weitere Bildauswerteeinheit aufweisen. Dies ermöglicht eine weiter optimierte Beeinflussung des Abtragevorgangs an der weiteren Werkstückoberfläche.
Wenn keine weitere Analyseeinrichtung vorgesehen ist, kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, wenigstens einen Parameter der weiteren Bearbeitungseinrichtung in Abhängigkeit des von der Analyseeinrichtung für die (erste) Werkstückoberfläche erhaltenen Analyseergebnisses zu beeinflussen. Insbesondere können für das Abtragen an beiden Werkstückoberflächen dieselben Parameter angewandt werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Erfindungsgemäß können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen, zweckmäßigen 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.
Figurenliste
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bearbeitungssystems mit einer Bearbeitungseinrichtung zum Abtragen von Material von einer Werkstückoberfläche eines Werkstücks, einer Analyseeinrichtung zum Analysieren des abgetragenen Materials und einer Steuereinrichtung zum Beeinflussen der Bearbeitungseinrichtung, in einer schematischen Seitenansicht;
2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bearbeitungssystems mit zwei Bearbeitungseinrichtung zum Abtragen von Material von gegenüberliegenden Werkstückoberflächen eines Werkstücks, zwei Analyseeinrichtungen zum Analysieren des jeweils abgetragenen Materials und einer Steuereinrichtung zum Beeinflussen der beiden Bearbeitungseinrichtungen, in einer schematischen Seitenansicht;
3 ein schematisches Ablaufdiagramm einer ersten Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bearbeiten eines Werkstücks, wobei in mehreren Durchläufen Material von einer Werkstückoberfläche des Werkstücks abgetragen wird.;
4a ein Werkstück vor der Bearbeitung mit dem Verfahren gemäß 3, in einer schematischen Seitenansicht;
4b das Werkstück von 4a während eines ersten Durchlaufs des Abtragevorgangs, in einer schematischen Seitenansicht;
4c das Werkstück von 4a während eines zweiten Durchlaufs des Abtragevorgangs, in einer schematischen Seitenansicht;
4d das Werkstück von 4a während eines dritten Durchlaufs des Abtragevorgangs, in einer schematischen Seitenansicht;
5 ein schematisches Ablaufdiagramm einer zweiten Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bearbeiten eines Werkstücks, wobei Parameter einer Material abtragenden Bearbeitungseinrichtung während eines laufenden Abtragevorgangs in Abhängigkeit von einem Ergebnis einer Analyse des abgetragenen Materials verändert werden;
6 ein Werkstück während der Bearbeitung mit dem Verfahren gemäß 5, in einer schematischen Seitenansicht.

1 zeigt ein Bearbeitungssystem 20. Das Bearbeitungssystem 20 dient zum Bearbeiten eines Werkstücks 10. Das Werkstück 10 kann aus Stahl, insbesondere Edelstahl mit Chrom und/oder Silizium als Legierungselementen, bestehen. Das Werkstück 10 kann bandförmig ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann das Werkstück 10 ein Stahlband sein.
Das Bearbeitungssystem 20 weist eine Bearbeitungseinrichtung 22 auf. Die Bearbeitungseinrichtung 22 dient dazu, Material von einer Werkstückoberfläche 12 des Werkstücks 10 abzutragen. Um das Material von der Werkstückoberfläche 12 abzutragen, sendet die Bearbeitungseinrichtung 22 elektromagnetische Strahlung aus, vorzugsweise in Form von Strahlungspulsen. Während der Bearbeitung des Werkstücks 10, d. h. während des Abtragens von Material von der Werkstückoberfläche 12 wird das Werkstück in Längsrichtung 38 an der Bearbeitungseinrichtung 22 vorbeigeführt.
Die Bearbeitungseinrichtung 22 kann eine Laserbearbeitungseinrichtung sein. Das Abtragen des Materials von der Werkstückoberfläche 12 kann durch Laserablation erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Bearbeitungsverrichtung 22 ein Magnetron aufweisen. Das Magnetron sendet elektromagnetische Strahlung aus, welche an der Werkstückoberfläche 12 ein Plasma erzeugen kann. Das Plasma bewirkt ein Abtragen von Material von der Werkstückoberfläche 12.
Das Bearbeitungssystem 20 weist ferner eine Analyseeinrichtung 24 auf. Die Analyseeinrichtung 24 dient dazu, die Zusammensetzung des von der Werkstückoberfläche 12 mittels der Bearbeitungseinrichtung 22 abgetragenen Materials zu analysieren. Die Analyseeinrichtung 24 kann hierzu ein Spektrometer, insbesondere ein Infrarot-Spektrometer oder ein Plasma-Spektrometer, aufweisen. Die Analyseeinrichtung 24 kann ferner ein Bildaufnahme-Modul, typischerweise mit einer Kamera, zur Bestimmung optischer Eigenschaften der Werkstückoberfläche 12 aufweisen.
Insbesondere wenn das Abtragen von Material von der Werkstückoberfläche 12 durch ein von der Bearbeitungseinrichtung 22 unterhaltenes Plasma erfolgt, können die Bearbeitungseinrichtung 22 und die Analyseeinrichtung 24 in einer Vakuumkammer (nicht näher dargestellt) angeordnet sein. Die Vakuumkammer kann dichtend an der Werkstückoberfläche 12 anliegen.
Das Bearbeitungssystem 20 weist weiterhin eine Steuereinrichtung 26 auf. Die Steuereinrichtung 26 dient dazu, mindestens einen Parameter der Bearbeitungseinrichtung 22 in Abhängigkeit von einem Analyseergebnis der Analyseeinrichtung 24 zu beeinflussen. Das von der Analyseeinrichtung 24 ermittelte Analyseergebnis enthält Informationen zur Zusammensetzung des von der Werkstückoberfläche 12 abgetragenen Materials. Zusätzlich kann das Analyseergebnis Informationen zur Beschaffenheit der Werkstückoberfläche 12, beispielsweise zu optischen Eigenschaften der Werkstückoberfläche 12, enthalten.
Das Bearbeitungssystem 20 kann eine Abstützeinrichtung 28 aufweisen. Die Abstützeinrichtung 28 dient dazu, das Werkstück 10 im Bereich einer Bearbeitungszone 30, in der durch die Bearbeitungseinrichtung 22 Material von der Werkstückoberfläche 12 abgetragen wird, abzustützen. Die Abstützeinrichtung 28 kann das Werkstück 10 insbesondere unterhalb der Bearbeitungszone 30 abstützen. Mittels der Abstützeinrichtung 28 kann die Lage des Werkstücks 10 definiert eingerichtet werden, was die Durchführung des Abtragevorgangs vereinfacht bzw. einen qualitativ höherwertigen Materiallabtrag ermöglicht, beispielsweise im Hinblick auf eine Qualität der nach dem Abtragen erhaltenen Werkstückoberfläche. Die Abstützeinrichtung 28 kann eine oder mehrere Stützrollen aufweisen.
Um bei einem mehrstufigen Abtragevorgang einen kontinuierlichen Vorschub eines bandförmigen Werkstücks 10 zu ermöglichen, kann vorgesehen sein:

- dass Parameter der Bearbeitungseinrichtung 22 im laufenden Prozess angepasst werden, ggf. wobei verbleibende Inhomogenitäten räumlich oder zeitlich nachfolgend korrigiert werden;
- dass mehrere Bearbeitungseinrichtungen in Vorschubrichtung hintereinander vorgesehen sind (nicht dargestellt) und optional zur Korrektur genutzt werden;
- dass bei der Bearbeitungseinrichtung 22 mehrere räumlich separierte Bereiche auf der Werkstückoberfläche 12 optional adressiert werden können, wobei ggf. eine Analyse des abgetragenen Materials zwischengeschaltet ist, und zwar insbesondere wobei die separierten Bereiche in Vorschubrichtung (Längsrichtung 38) des Werkstücks 10 hintereinander oder in Scanvorschubrichtung (quer zur Längsrichtung 38) hintereinander angeordnet sind;
- dass die vorgenannten Ansätze kombiniert werden.

2 zeigt ein weiteres Bearbeitungssystem 20. Das Bearbeitungssystem 20 von 2 weist eine Bearbeitungseinrichtung 22, eine Analyseeinrichtung 24 und eine Steuereinrichtung 26 auf. Insofern wird auf die obige Beschreibung verwiesen.
Zusätzlich weist das Bearbeitungssystem 20 von 2 eine weitere Bearbeitungseinrichtung 32 und eine weitere Analyseeinrichtung 36 auf. Die weitere Bearbeitungseinrichtung 32 dient zum Abtragen von Material von einer weiteren Werkstückoberfläche 34. Die Werkstückoberflächen 12 und 34 können einander gegenüber liegen. Die weitere Analyseeinrichtung 36 dient dazu, die Zusammensetzung des von der weiteren Werkstückoberfläche 34 mittels der weiteren Bearbeitungseinrichtung 32 abgetragenen Materials zu analysieren. Die weitere Bearbeitungseinrichtung 32 und die weitere Analyseeinrichtung 36 können wie die (erste) Bearbeitungseinrichtung 22 und die (erste) Analyseeinrichtung 24 ausgebildet sein.
Ein von der weiteren Analyseeinrichtung 36 ermitteltes Analyseergebnis enthält Informationen zur Zusammensetzung des von der weiteren Werkstückoberfläche 34 abgetragenen Materials. Zusätzlich kann das Analyseergebnis Informationen zur Beschaffenheit der Werkstückoberfläche 34, beispielsweise zu optischen Eigenschaften der Werkstückoberfläche 34, enthalten. Das Analyseergebnis der weiteren Analyseeinrichtung 36 wird an die Steuereinrichtung 26 übermittelt. Die Steuereinrichtung 26 ist dazu eingerichtet, mindestens einen Parameter der weiteren Bearbeitungseinrichtung 32 in Abhängigkeit von einem Analyseergebnis der weiteren Analyseeinrichtung 36 zu beeinflussen. Es versteht sich, dass für die weitere Bearbeitungseinrichtung 22 und die weitere Analyseeinrichtung 36 auch eine weitere Steuereinrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen sein kann.
Weiterhin sei angemerkt, dass die Steuereinrichtung 26 und ggf. eine weitere Steuereinrichtung der Bearbeitungssysteme 20 von 1 oder 2 nicht (wie schematisch dargestellt) von der Analyseeinrichtung 24 bzw. 36 und der Bearbeitungseinrichtung 22 bzw. 32 baulich getrennt sein müssen, sondern auch in die Analyseeinrichtung 22, 36 und/oder die Bearbeitungseinrichtung 22, 32 integriert sein können, beispielsweise durch eine entsprechende Programmierung.
Auch bei dem Bearbeitungssystem 20 von 2 kann eine Abstützeinrichtung vorgesehen sein (nicht näher dargestellt, vergleiche Bezugszeichen 28 in 1). Ggf. können die Bearbeitungszonen 30 der beiden Bearbeitungseinrichtungen 22 und 32 hierfür gegeneinander versetzt angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können beidseitig Spannrollen vorgesehen sein, um die Ebenheit des Werkstücks 10 zu erzielen.
3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bearbeitung eines Werkstücks. Das Verfahren kann mit dem Bearbeitungssystem 20 von 1 oder 2 durchgeführt werden. In den 4a , 4b, 4c und 4d ist das Werkstück 10 in verschiedenen Stadien der Bearbeitung gemäß dem Bearbeitungsverfahren von 3 dargestellt.
4a zeigt das Werkstück 10 in seinem ursprünglichen Zustand vor der Bearbeitung. Das Werkstück 10 besteht hier beispielhaft aus Chromstahl und weist an einer Werkstückoberfläche 12 zuoberst eine Oxidschicht 14, nämlich eine Zunderschicht, und darunter eine Chromverarmungszone 16 auf. Im Bereich der Chromverarmungszone 16 ist der Chromgehalt gegenüber einer gewünschten Legierungszusammensetzung reduziert. Unterhalb der Chromverarmungszone 16 entspricht eine Zusammensetzung des Materials des Werkstücks 10 der gewünschten Legierungszusammensetzung.
In einem ersten Schritt 102 kann eine Eigenschaft der Werkstückoberfläche 12 bestimmt werden. Die Eigenschaft kann beispielsweise eine Dicke der Oxidschicht 14 und/oder ein optisches Merkmal, etwa das Reflexionsverhalten, sein.
Die Ausprägung der ermittelten Eigenschaft wird herangezogen, und um in einem Schritt 104 Parameter für einen Abtragevorgang (Schritt 106) festzulegen. Der Abtragevorgang kann grundsätzlich wie oben beschrieben vorgenommen werden.
Bei der in den 3 und 4a bis 4d dargestellten Verfahrensvariante erfolgt das Abtragen von Material von der Werkstückoberfläche 12 in mehreren Durchläufen 100. Dies bedeutet, dass ein jeder Oberflächenbereich der Werkstückoberfläche 12 mehrfach an der Bearbeitungseinrichtung 22 (und gegebenenfalls ein jeder Oberflächenbereich einer weiteren Werkstückoberfläche 34 an einer weiteren Bearbeitungseinrichtung 32) vorbeigeführt wird, wobei kontinuierlich von der Werkstückoberfläche 12 Material abgetragen wird. Unter einem kontinuierlichen Materialabtrag wird insbesondere verstanden, dass bei keinem der Durchläufe ein Oberflächenbereich der Werkstückoberfläche nicht materialabtragend bearbeitet wird (ggf. mit Ausnahme eines Anfangs- und/oder Endbereichs eines bandförmigen Werkstücks 10).
4b zeigt das Werkstück 10 während der ersten Durchführung des Abtragevorgangs in einem ersten Schritt 106. Bei dem ersten Durchlauf wird ein Teil der Oxidschicht 14 von der Werkstückoberfläche 12 abgetragen. Das von der Werkstückoberfläche 12 abgetragene Material wird in einem Schritt 108 analysiert. Ein Analyseergebnis kann dazu herangezogen werden, bereits während des ersten Durchlaufs des Abtragevorgangs Parameter für den laufenden Abtragevorgang (Schritt 106) durch eine weitere Durchführung von Schritt 104 zu beeinflussen, vergleiche strichpunktierte Linie in 3. Bei der Analyse des abgetragenen Materials in Schritt 108 kann ein Verhältnis mehrerer Bestandteile des abgetragenen Materials bestimmt werden, beispielsweise das Verhältnis von Eisen, Nickel und Chrom zueinander.
Nach dem Abtragen von Material von der Werkstückoberfläche 12 in dem ersten Durchlauf des Abtragevorgangs kann eine Eigenschaft der (nach dem Abtragen erhaltenen) Werkstückoberfläche 12 bestimmt werden (erneute Durchführung von Schritt 102), beispielsweise durch Bildauswertung.
Vor dem erneuten Abtragen (Schritt 106) von Material von der Werkstückoberfläche 12 in einem zweiten Durchlauf werden bei einer erneuten Durchführung von Schritt 104 Parameter für diesen weiteren Abtragevorgang festgelegt. Dabei kann die in dem weiteren Schritt 102 bestimmte Eigenschaft der Werkstückoberfläche 12 herangezogen werden. Jedenfalls wird zur Bestimmung der Parameter für den weiteren Abtragevorgang das Ergebnis der Analyse (Schritt 108) des in dem ersten Durchlauf abgetragenen Materials verwendet (vergleiche gestrichelte Linie in 3). Wenn beispielsweise festgestellt wurde, dass in dem ersten Durchlauf die Oxidschicht 14 noch nicht vollständig abgetragen wurde, kann eine Leistung der zum Abtragen eingesetzten elektromagnetischen Strahlung für den zweiten Durchlauf erhöht werden und/oder es kann eine Bearbeitungsdauer für einen jeden Oberflächenbereich der Werkstückoberfläche 12 verlängert werden.
4c zeigt das Werkstück 10 während der Durchführung des Abtragevorgangs in dem Schritt 106 des zweiten Durchlaufs. Bei dem zweiten Abtragen von Material von der Werkstückoberfläche 12 wird hier beispielhaft die Oxidschicht 14 vollständig entfernt. Ferner kann ein Teil der Chromverarmungszone 16 entfernt werden.
Die Analyse des abgetragenen Materials kann wie im ersten Durchlauf erfolgen. Es kann hier beispielhaft festgestellt werden, dass der Anteil von Chrom im abgetragenen Material noch nicht einem für das Werkstück 10 vorgegebenen Sollwert entspricht. Das Ergebnis der Analyse aus Schritt 108 des zweiten Durchlaufs und gegebenenfalls eine Eigenschaft der der durch das erneute Abtragen erhaltenen Werkstückoberfläche 12 (bestimmt durch einen erneuten Schritt 102) werden herangezogen, um für einen dritten Durchlauf Parameter des Abtragevorgangs festzulegen (Schritt 104).
4d zeigt das Werkstück 10 während der Durchführung des Abtragevorgangs in dem Schritt 106 des dritten Durchlaufs. Bei dem Abtragen im dritten Durchlauf wird die Chromverarmungszone 16 vollständig entfernt. Daneben kann ein oberflächlicher Teil des Materials, dessen Zusammensetzung der gewünschten Legierungszusammensetzung des Werkstücks entspricht abgetragen werden. Dies wird anhand der Analyse (Schritt 108) des abgetragenen Materials erkannt. Das Bearbeitungsverfahren wird daher nach dem dritten Durchlauf beendet.
5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer zweiten Variante eines Verfahrens zum Bearbeiten eines Werkstücks. Das Verfahren kann mit dem Bearbeitungssystem 20 von 1 oder 2 durchgeführt werden. In 6 ist das Werkstück 10 während der Durchführung des Verfahrens gemäß 5 dargestellt. Bei dieser Verfahrensvariante erfolgt das Abtragen von Material von einer Werkstückoberfläche 12 in einem einzigen Durchlauf. Auch das Werkstück 10 von 6 besteht beispielhaft aus Chromstahl und weist an der Werkstückoberfläche 12 zuoberst eine Oxidschicht 14, nämlich eine Zunderschicht, und darunter eine Chromverarmungszone 16 auf. Im Bereich der Chromverarmungszone 16 ist der Chromgehalt gegenüber einer gewünschten Legierungszusammensetzung reduziert. Unterhalb der Chromverarmungszone 16 entspricht eine Zusammensetzung des Materials des Werkstücks 10 der gewünschten Legierungszusammensetzung.
Bei der Verfahrensvariante von 5 werden für das Abtragen (Schritt 106) von Material von der Werkstückoberfläche 12 zunächst vordefinierte Parameter angewandt. Mit diesen Parametern für die Bearbeitungsvorrichtung 22 wird Material in einem ersten Abtragebereich 40 abgetragen. Das in dem ersten Abtragebereich 40 abgetragene Material wird in einem Schritt 108 analysiert. Zusätzlich kann in einem Schritt 110 eine Abtragetiefe 18 gemessen werden.
Im dargestellten Beispiel möge die Analyse des abgetragenen Materials und gegebenenfalls die Messung der Abtragetiefe 18 ergeben, dass mit den vorgegebenen Parametern nur Material der Oxidschicht 14 abgetragen wird. Es wird daher in einem Schritt 104 der Abtragevorgang beeinflusst, indem Parameter der Bearbeitungseinrichtung 22 geändert werden. Es kann beispielsweise eine Pulsenergie der zum Abtragen eingesetzten elektromagnetischen Strahlung erhöht werden.
Mit den derart angepassten Parametern wird Material in einem zweiten Abtragebereich 42 von der Werkstückoberfläche 12 abgetragen. Auch dieses abgetragene Material wird analysiert (Schritt 108). Ergänzend kann die Abtragetiefe 18 gemessen werden (Schritt 110). Das Analyseergebnis und gegebenenfalls die Messung der Abtragetiefe 18 mögen nun ergeben, dass der Abtragevorgang die Oxidschicht 14 vollständig entfernt, dass jedoch die Chromverarmungszone 16 nur unvollständig abgetragen wird. Es wird daher erneut der Abtragevorgang beeinflusst (Schritt 104), indem Parameter der Bearbeitungseinrichtung 22 geändert werden. Es kann beispielsweise vorgesehen werden, dass eine größere Anzahl von Pulsen der elektromagnetischen Strahlung auf denselben Oberflächenbereich der Werkstückoberfläche 12 gerichtet wird.
Hierzu kann eine Pulswiederholrate erhöht werden, beispielsweise von 30 kHz auf 35 kHz, während eine Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks 10 konstant bleibt.
Mit den derart angepassten Parametern wird Material in einem dritten Abtragebereich 44 von der Werkstückoberfläche 12 abgetragen. Auch dieses abgetragene Material wird analysiert (Schritt 108). Ergänzend kann die Abtragetiefe 18 gemessen werden (Schritt 110). Das Analyseergebnis und gegebenenfalls die Messung der Abtragetiefe 18 mögen nun ergeben, dass auch die Chromverarmungszone 16 vollständig entfernt wird. Dies kann daran erkannt werden, dass eine Zusammensetzung des abgetragenen Materials, beispielsweise im Hinblick auf das Verhältnis einiger Legierungselemente zueinander einem Sollwert für die Legierung, aus welcher das Werkstück 10 besteht, entspricht. Der Abtragevorgang wird daher mit den nun vorliegenden Parametern für den Rest des Werkstücks 10 fortgesetzt.
Die für das Abtragen am Werkstück 10 zuletzt angewandten Parameter können in einem Schritt 112 auch für das Abtragen von Material von einer Werkstückoberfläche eines weiteren Werkstücks (nicht dargestellt) angewandt werden. Wenn die Werkstückoberfläche des weiteren Werkstücks eine hinreichend ähnliche Beschaffenheit aufweist wie die Werkstückoberfläche 12 des Werkstücks 10, werden mit diesem Parametern von Beginn an die Oxidschicht 14 und die Chromverarmungszone 16 vollständig abgetragen. Dies kann durch eine Analyse (Schritt 108) des von dem weiteren Werkstück abgetragenen Materials und gegebenenfalls eine Messung der Abtragetiefe 18 (Schritt 110) überprüft werden. Falls erforderlich, können die Parameter des Abtragevorgangs in einem weiteren Schritt 104 geeignet beeinflusst werden. Beispielsweise könnte die Vorschubgeschwindigkeit des weiteren Werkstücks erhöht werden, wenn sich ergibt, dass die Abtragetiefe 18 am weiteren Werkstück übermäßig groß ist.
Bezugszeichenliste

10: Werkstück
12: Werkstückoberfläche
14: Oxidschicht
16: Chromverarmungszone
18: Abtragetiefe
20: Bearbeitungssystem
22: Bearbeitungseinrichtung
24: Analyseeinrichtung
26: Steuereinrichtung
28: Abstützeinrichtung
30: Bearbeitungszone
32: weitere Bearbeitungseinrichtung
34: weitere Werkstückoberfläche
36: weitere Analyseeinrichtung
38: Längsrichtung
40, 42, 44: Abtragebereiche
100: Durchlauf
102: Bestimmen einer Eigenschaft der Werkstückoberfläche 12
104: Beeinflussen des Abtragevorgangs
106: Abtragen von Material von der Werkstückoberfläche 12
108: Analysieren des abgetragenen Materials
110: Messen der Abtragetiefe
112: Abtragen von Material von einem weiteren Werkstück

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1558779 B1 [0003]

Claims

Verfahren zum Bearbeiten wenigstens eines Werkstücks (10), insbesondere aus Chromstahl und/oder Siliziumstahl, mit den Schritten a) Abtragen (106) von Material von wenigstens einer Werkstückoberfläche (12) mittels, vorzugsweise gepulster, elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung und/oder Magnetronstrahlung, b) Analysieren (108) der Zusammensetzung des abgetragenen Materials während des Abtragevorgangs, c) Beeinflussen (104) des Abtragevorgangs in Abhängigkeit von einem Analyseergebnis.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysieren mittels Spektroskopie, vorzugsweise Infrarot-Spektroskopie und/oder Plasmaspektroskopie, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Analysieren ein Verhältnis mehrerer Bestandteile des abgetragenen Materials bestimmt wird, vorzugsweise das Verhältnis von Eisen, Nickel und Chrom zueinander.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Material von der Werkstückoberfläche (12) abgetragen wird, bis das Analyseergebnis einem Sollwert entspricht, vorzugsweise bis eine Zusammensetzung des abgetragenen Materials einer Legierungszusammensetzung des Werkstücks (10) entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) zusätzlich eine optische Eigenschaft der Werkstückoberfläche (12) analysiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) zusätzlich eine Abtragtiefe (18) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Parameter des laufenden Abtragevorgangs in Abhängigkeit von dem Analyseergebnis verändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Durchlauf Material entlang einer Längsrichtung (38) des Werkstücks (10) kontinuierlich abgetragen wird, vorzugsweise wobei das Werkstück (10) bandförmig ist und entlang der Längsrichtung bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass während des Durchlaufs jeweils mit mehreren Pulsen Material von demselben Oberflächenbereich der Werkstückoberfläche (12) abgetragen wird, insbesondere wobei eine Pulswiederholrate höchstens 60 kHz, bevorzugt höchstens 50 kHz, besonders bevorzugt höchstens 40 kHz, beträgt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem ersten Durchlauf eine Eigenschaft der Werkstückoberfläche (12) bestimmt wird und dass ein zweiter Durchlauf erfolgt, bei welchem wenigstens ein Parameter des Abtragevorgangs in Abhängigkeit von der nach dem ersten Durchlauf ermittelten Ausprägung der Eigenschaft gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung des Abtragevorgangs eine Eigenschaft der Werkstückoberfläche (12), vorzugsweise ein Zustand und/oder eine Dicke einer Oxidschicht und/oder einer Chromverarmungszone, bestimmt wird, und dass wenigstens ein Parameter des Abtragevorgangs in Abhängigkeit von der ermittelten Ausprägung der Eigenschaft gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Abtragevorgang eine Texturierung der Werkstückoberfläche (12) erzeugt wird, vorzugsweise wobei eine Pulsdauer von zum Abtragen eingesetzter Laserstrahlung höchstens 1 ps beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Abtragevorgang eine untexturierte Werkstückoberfläche (12) erzeugt wird, vorzugsweise wobei eine Pulsdauer von zum Abtragen eingesetzter Laserstrahlung wenigstens 1 ps beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig Material von zwei, vorzugsweise gegenüberliegenden, Werkstückoberflächen (12, 34) desselben Werkstücks (10) abgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schritt a') Material von einer Werkstückoberfläche eines weiteren Werkstücks abgetragen wird, wobei wenigstens ein Parameter des weiteren Abtragevorgangs anhand des Analyseergebnisses aus Schritt b) gewählt wird.
Bearbeitungssystem (20) für ein, vorzugsweise bandförmiges, Werkstück (10), insbesondere aus Chromstahl und/oder Siliziumstahl, aufweisend - eine Bearbeitungseinrichtung (22) zum Abtragen von Material von einer Werkstückoberfläche (12) des Werkstücks (10) mittels, vorzugsweise gepulster, elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung und/oder Magnetronstrahlung, - eine Analyseeinrichtung (24) zum Analysieren der Zusammensetzung des abgetragenen Materials, - eine Steuereinrichtung (26) zum Beeinflussen wenigstens eines Parameters der Bearbeitungseinrichtung (22) in Abhängigkeit von einem von der Analyseinrichtung erhaltenen Analyseergebnis.
Bearbeitungssystem (20) nach Anspruch 16, weiterhin aufweisend eine Abstützeinrichtung (28) zum Abstützen des Werkstücks (10) unterhalb einer Bearbeitungszone (30) der Bearbeitungseinrichtung (22).
Bearbeitungssystem (20) nach Anspruch 16 oder 17, weiterhin aufweisend eine weitere Bearbeitungseinrichtung (32) zum Abtragen von Material von einer weiteren Werkstückoberfläche (34) des Werkstücks (10) und vorzugsweise eine weitere Analyseeinrichtung (36) zum Analysieren der Zusammensetzung des von der weiteren Werkstückoberfläche (34) abgetragenen Materials.