DE102021005298A1

DE102021005298A1 - Process for laser processing of a workpiece with constant energy per unit area of the laser beam

Info

Publication number: DE102021005298A1
Application number: DE102021005298.6A
Authority: DE
Inventors: Patrick Mach; Florian Sepp; Christoph Weiss
Original assignee: Wsoptics Tech GmbH; Wsoptics Technologies GmbH; Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Current assignee: Wsoptics Tech GmbH; Wsoptics Technologies GmbH; Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Priority date: 2021-10-25
Filing date: 2021-10-25
Publication date: 2023-04-27
Also published as: WO2023072567A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines zumindest abschnittsweise planen Werkstücks (9) mittels eines gemeinsam aus einer Düse (13) eines Laserbearbeitungskopfs (2) austretenden Laserstrahls (16) und Arbeitsgasstrahles (15) zum Austrieb von geschmolzenem Werkstückmaterial, bei welchem der Laserstrahl (14) durch Ändern seiner Streckenenergie auf dem Werkstück (9) in einem das Werkstück (9) trennenden Modus zum Erzeugen eines Schnittspalts oder nicht-trennenden Modus zum Erzeugen einer Modifikation des Werkstücks eingesetzt werden kann, wobei eine Modifikation des Werkstücks (9), gewählt aus einer Fase (21), einer Verrundung und einer Mulde, an einer Werkstückoberseite entlang einer Modifikationslinie (22) mit dem Laserstrahl (16) im nicht-schneidenden Modus erzeugt wird, wobei der Laserstrahl (16) an einem Startpunkt (28) der Modifikationslinie (22) angeschaltet und an einem Endpunkt (29) der Modifikationslinie (22) abgeschaltet wird, wobei die Modifikation des Werkstücks vom Start- bis zum Endpunkt mit einer konstanten Streckenenergie des Laserstrahls (16) auf dem Werkstück (9) erzeugt wird.The invention relates to a method for laser beam machining of a workpiece (9) that is planar at least in sections by means of a laser beam (16) and a working gas jet (15) emerging jointly from a nozzle (13) of a laser machining head (2) to expel melted workpiece material, in which the laser beam ( 14) by changing its energy per unit area on the workpiece (9) can be used in a workpiece (9) severing mode to create a kerf or non-severing mode to create a modification of the workpiece, wherein a modification of the workpiece (9) is chosen of a chamfer (21), a fillet and a trough, is generated on a workpiece top side along a modification line (22) with the laser beam (16) in non-cutting mode, the laser beam (16) being at a starting point (28) of the modification line (22) is switched on and switched off at an end point (29) of the modification line (22), the modification of the workpiece being produced from the start to the end point with a constant energy per unit area of the laser beam (16) on the workpiece (9).

Description

Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Fertigung metallischer Werkstückteile durch Einsatz eines Laserstrahls und betrifft ein Verfahren, bei dem eine Modifikation des Werkstücks mit einem Laserstrahl im nicht-trennenden Modus mit konstanter Streckenenergie auf dem Werkstück erfolgt.The invention is in the technical field of manufacturing metal workpiece parts using a laser beam and relates to a method in which the workpiece is modified with a laser beam in non-cutting mode with constant energy per unit area on the workpiece.

Im Handel verfügbare Laserschneidvorrichtungen mit einem verfahrbaren Laserbearbeitungskopf zur Führung eines Laserstrahls ermöglichen eine automatisierte Fertigung von Werkstückteilen in großer Stückzahl und mit hoher Präzision. Hierbei werden Werkstückteile mit einem Laserstrahl aus einem metallischen Werkstück entlang jeweiliger Schnittlinien ausgeschnitten. Zusätzlich können durch Bewegen des Laserstrahls entlang kreisförmiger Schnittlinien Löcher, d.h. Ausschnitte mit kleinem Durchmesser, mit hoher Geschwindigkeit in die auszuschneidenden Werkstückteile eingebracht werden.Commercially available laser cutting devices with a movable laser processing head for guiding a laser beam enable automated production of workpiece parts in large numbers and with high precision. In this case, workpiece parts are cut out of a metallic workpiece with a laser beam along respective cutting lines. In addition, by moving the laser beam along circular cutting lines, holes, i.e. cutouts with a small diameter, can be made in the workpiece parts to be cut out at high speed.

Abhängig von der Art des eingesetzten Laserschneidprozesses und der Verwendung der ausgeschnittenen Werkstückteile können die Schnittkanten eine aufwändige mechanische Nachbearbeitung benötigen. So kann es insbesondere gewünscht sein, eine Schnittkante mit einer Fase zu versehen, beispielsweise zur Schweiß- oder Lackiervorbereitung, oder um bestimmte geometrische Anforderungen an Werkstückteile zu erfüllen. Löcher, in denen bei der späteren Verwendung eines Werkstückteils Senkkopfschrauben angeordnet werden sollen, werden üblicherweise spanend mit einer Bohrmaschine nachbearbeitet, um die Senkungen zur Aufnahme der Köpfe der Senkkopfschrauben zu formen.Depending on the type of laser cutting process used and the use of the cut workpiece parts, the cut edges may require complex mechanical post-processing. In particular, it may be desirable to provide a cut edge with a chamfer, for example for welding or painting preparation, or to meet specific geometric requirements for workpiece parts. Holes in which countersunk screws are to be placed during later use of a workpiece part are usually finished by machining with a drill to form the countersinks to receive the heads of the countersunk screws.

Grundsätzlich ist eine dem Ausschneiden eines Werkstückteils nachgelagerte mechanische Bearbeitung zeitlich und meist auch personell sehr aufwändig, zumal sie oft manuell erfolgt. Zudem ist eine solche Nachbearbeitung kostenintensiv, so dass sich die Herstellung von Werkstückteilen in unerwünschter Weise verlängert und verteuert.In principle, mechanical processing following the cutting out of a workpiece part is very time-consuming and usually also very labor-intensive, especially since it is often carried out manually. In addition, such post-processing is cost-intensive, so that the production of workpiece parts is undesirably lengthened and more expensive.

Durch Ändern der Streckenenergie des Laserstrahls auf dem Werkstück kann der Laserstrahl wahlweise in einem das Werkstück trennenden Modus oder in einem das Werkstück nicht-trennenden und zugleich nicht-fügenden Modus eingesetzt werden. In der Patentliteratur ist das Modifizieren von Werkstücken durch einen Laserstrahl im nicht-trennenden Modus bekannt. So beschreibt die internationale Patentanmeldung WO 2020/173970 A1 ein Verfahren, bei dem Schnittkanten noch nicht freigeschnittener Werkstückteile durch einen Laserstrahl modifiziert, insbesondere mit einer Fase verwenden werden. In der internationalen Patentanmeldung WO 2020225448 A1 ist die Erzeugung von angesenkten Löchern mittels Laserstrahl gezeigt.By changing the path energy of the laser beam on the workpiece, the laser beam can be used either in a mode that separates the workpiece or in a mode that does not separate the workpiece and at the same time does not join it. It is known in the patent literature to modify workpieces with a laser beam in non-splitting mode. So describes the international patent application WO 2020/173970 A1 a process in which the cut edges of workpiece parts that have not yet been cut free are modified by a laser beam, in particular using a bevel. In the international patent application WO 2020225448 A1 the production of countersunk holes using a laser beam is shown.

Nun hat sich in der Praxis gezeigt, dass beim Erzeugen einer Modifikation des Werkstücks im nicht-trennenden Modus die Modifikation eine Inhomogenität aufweisen kann, da das Anfahren und Abbremsen des Laserbearbeitungskopfs stets mit einer gewissen Latenzzeit einher geht, durch welche die Streckenenergie des Laserstrahls auf dem Werkstück beeinträchtigt wird. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass eine Fase am Beginn und am Ende eine größere Tiefe aufweist, was nachteilig für die spätere Verwendung der Fase sein kann.In practice, it has now been shown that when a modification of the workpiece is created in non-cutting mode, the modification can exhibit inhomogeneity, since the starting and stopping of the laser processing head is always accompanied by a certain latency period, through which the path energy of the laser beam on the Workpiece is affected. This can lead, for example, to a chamfer having a greater depth at the beginning and at the end, which can be disadvantageous for the subsequent use of the chamfer.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, herkömmliche Verfahren, bei denen ein Werkstück mit einem Laserstrahl im nicht-trennenden Modus zur Erzeugung einer Modifikation bearbeitet wird, so weiterzubilden, dass die Modifikation möglichst homogen ist.In contrast, the object of the present invention is to further develop conventional methods in which a workpiece is processed with a laser beam in the non-separating mode to produce a modification, such that the modification is as homogeneous as possible.

Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch ein Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines zumindest abschnittsweise planen Werkstücks mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.According to the proposal of the invention, these and other objects are achieved by a method for laser beam machining of a workpiece that is planar at least in sections, with the features of the independent patent claim. Advantageous configurations of the invention are specified by the features of the dependent claims.

Im Sinne vorliegender Erfindung bezeichnet der Begriff „Werkstück“ ein platten- oder rohrförmiges, typischerweise metallisches Bauteil, aus dem mindestens ein Werkstückteil (Gutteil) herzustellen ist. Das plattenförmige Werkstück ist typischer Weise eben bzw. flach.For the purposes of the present invention, the term “workpiece” designates a plate-shaped or tubular, typically metallic component from which at least one workpiece part (good part) is to be produced. The panel-shaped workpiece is typically flat.

Der Laserstrahl wird von einem Laserbearbeitungskopf geführt und tritt an einer endständigen Düse aus. Der Laserstrahl ist wie üblich in Form eines fokussierten, rotationssymmetrischen Strahlkegels mit einer zentrischen Strahlachse (Symmetrieachse) ausgebildet. Der Strahldurchmesser kennzeichnet die Querausdehnung des Strahls oder die physische Größe des Strahls senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Beim Fokussieren wird der Laserstrahl durch eine Fokussierlinse oder einen Fokussierspiegel gebündelt. Der Fokus des Laserstrahls ist durch jene Stelle definiert, an der der Laserstrahl seinen geringsten Querschnitt bzw. den geringsten Strahldurchmesser hat. Die Brennweite gibt die Entfernung der Linsenhauptebene (oder Spiegelhauptebene) zum Brennpunkt eines idealen, fokussierten Parallelstrahls an. Je kleiner die Brennweite, desto stärker wird der Laserstrahl fokussiert und desto kleiner ist der Fokusdurchmesser, und umgekehrt.The laser beam is guided by a laser processing head and emerges from a nozzle at the end. As usual, the laser beam is designed in the form of a focused, rotationally symmetrical beam cone with a central beam axis (axis of symmetry). Beam diameter characterizes the transverse extent of the beam, or the physical size of the beam perpendicular to the direction of propagation. When focusing, the laser beam is bundled by a focusing lens or a focusing mirror. The focus of the laser beam is defined by that point at which the laser beam has its smallest cross-section or the smallest beam diameter. The focal length indicates the distance from the main plane of the lens (or main plane of the mirror) to the focal point of an ideal, focused parallel beam. The smaller the focal length, the more the laser beam is focused and the smaller the focus diameter, and vice versa.

Der Laserbearbeitungskopf dient auch zum Führen eines Arbeitsgasstrahls, der typischerweise, jedoch nicht zwingend, aus derselben Düse wie der Laserstrahl abgegeben wird und vorzugsweise koaxial zum Laserstrahl geführt ist. Der aus der Düse austretende Arbeitsgasstrahl ist typischerweise, jedoch nicht zwingend, in Form eines auf das Werkstück treffenden Gaskegels ausgebildet.The laser processing head is also used to guide a working gas jet, which is typically but not necessarily, is emitted from the same nozzle as the laser beam and is preferably guided coaxially to the laser beam. The working gas jet emerging from the nozzle is typically, but not necessarily, designed in the form of a gas cone impinging on the workpiece.

Das Werkstück, insbesondere ein plattenförmiges Werkstück, liegt mit einer Werkstückunterseite einer Werkstückauflage auf. An der Werkstückoberseite weist das Werkstück eine (oberseitige) Werkstückoberfläche auf. Bei einem plattenförmigen Werkstück ist die Werkstückoberfläche plan. Wenn nicht anders verwendet, wird hier und im Weiteren als „Werkstückoberfläche“ die oberseitige Werkstückoberfläche verstanden, welche der Düse gegenüberliegt bzw. zugewandt ist. Die gegenüberliegende Werkstückoberfläche, an der das Werkstück üblicherweise einer Unterlage aufliegt, ist die Werkstückunterseite.The workpiece, in particular a plate-shaped workpiece, rests with a workpiece underside on a workpiece support. On the upper side of the workpiece, the workpiece has a (top) workpiece surface. In the case of a plate-shaped workpiece, the workpiece surface is flat. Unless otherwise used, the upper-side workpiece surface that is opposite or facing the nozzle is understood here and below as “workpiece surface”. The opposite workpiece surface, on which the workpiece usually rests on a base, is the workpiece underside.

Der Laserbearbeitungskopf zur Führung des Laser- und Arbeitsgasstrahls kann relativ zum Werkstück in einer typischerweise horizontalen Ebene parallel zur Ebene der Werkstückoberfläche, sowie in einer hierzu senkrechten, typischerweise vertikalen Richtung bewegt werden.The laser processing head for guiding the laser and working gas beam can be moved relative to the workpiece in a typically horizontal plane parallel to the plane of the workpiece surface and in a typically vertical direction perpendicular thereto.

In der vorliegenden Erfindungsbeschreibung ist das Bezugssystem immer stationär zum Werkstück, so dass der Laserbearbeitungskopf als bewegt und das Werkstück als stationär angesehen werden. Lokal betrachtet ist es jedoch unerheblich, ob der Laserbearbeitungskopf oder das Werkstück oder beide bewegt werden. Insofern wäre es gleichermaßen möglich, dass alternativ zum bewegten Laserbearbeitungskopf auch das Werkstück bewegt wird oder sowohl der Laserbearbeitungskopf als auch das Werkstück bewegt werdenIn the present description of the invention, the reference system is always stationary with respect to the workpiece, so that the laser processing head is considered to be moving and the workpiece is considered to be stationary. Viewed locally, however, it is irrelevant whether the laser processing head or the workpiece or both are moved. In this respect, it would be equally possible for the workpiece to be moved as an alternative to the moving laser processing head, or for both the laser processing head and the workpiece to be moved

Die Energie des Laserstrahls hängt von der konkreten Auslegung einer Laserquelle ab und wird typischerweise in Joule (J) angegeben. Die Leistung des Laserstrahls (d.h. Energie pro Zeit), typischerweise in Joule pro Sekunde (J/s) bzw. in Watt (W) gemessen, beschreibt die optische Ausgangsleistung eines Dauerstrichlasers (CW) bzw. die mittlere Leistung eines Pulslasers. Pulslaser werden auch über ihre Pulsenergie charakterisiert, die direkt proportional zur mittleren Leistung und umgekehrt proportional zur Wiederholungsrate des Lasers ist. Als „Energiedichte“ wird die auf die bestrahlte Fläche des Werkstücks bezogene Energie des Laserstrahls bezeichnet. Die Energiedichte bemisst sich beispielsweise in J/mm².The energy of the laser beam depends on the specific design of a laser source and is typically specified in joules (J). The power of the laser beam (ie energy per time), typically measured in joules per second (J/s) or in watts (W), describes the optical output power of a continuous wave laser (CW) or the average power of a pulsed laser. Pulsed lasers are also characterized by their pulse energy, which is directly proportional to the average power and inversely proportional to the laser's repetition rate. "Energy density" refers to the energy of the laser beam related to the irradiated area of the workpiece. The energy density is measured in J/mm ² , for example.

Wichtig für die Laserbearbeitung des Werkstücks ist, neben der Energiedichte, die Verfahrgeschwindigkeit des Laserbearbeitungskopfs bzw. Laserstrahls, d.h. die Zeit, wie lange eine bestimmte Fläche des Werkstücks durch den Laserstrahl bestrahlt wird. Üblich ist es, hierfür den Begriff „Streckenenergie“ zu verwenden. Dies ist die vom Werkstück absorbierte Leistung des Laserstrahls pro Geschwindigkeit des Laserbearbeitungskopfs bzw. Laserstrahls, z.B. bemessen in Watt/(mm/s). Wird die Leistung des Laserstrahls Watt (W) als Joule pro Sekunde (J/s) angegeben, so bemisst sich die Streckenenergie demzufolge in J/mm.In addition to the energy density, the traversing speed of the laser processing head or laser beam is important for the laser processing of the workpiece, i.e. the time for how long a certain area of the workpiece is irradiated by the laser beam. It is customary to use the term “line energy” for this. This is the power of the laser beam absorbed by the workpiece per speed of the laser processing head or laser beam, e.g. measured in watts/(mm/s). If the power of the laser beam is given in watts (W) as joules per second (J/s), the energy per unit area is measured in J/mm.

Bei der Laserbearbeitung kommt es also wesentlich auf die Streckenenergie des Laserstrahls an, wobei die vom Werkstück absorbierte Energie von der Energiedichte abhängt. Die vom Werkstück absorbierte Energie hängt bei einer bestimmten Leistung des Laserstrahls, von der Größe des Strahlflecks auf dem Werkstück ab, entsprechend dem Strahldurchmesser an der Stelle, an der der Laserstrahl auf das Werkstück trifft. Der Strahldurchmesser des Laserstrahls auf dem Werkstück ergibt sich durch die Fokuslage, d.h. die Position des Fokus des Laserstrahls relativ zum Werkstück (senkrechter kürzester Abstand), insbesondere relativ zur Werkstückoberfläche, auf welche der Laserstrahl gerichtet ist, oder auch relativ zur Werkstückauflage. Wenn sich das Werkstück im divergenten Bereich des Strahlkegels befindet (Fokus oberhalb der Werkstückoberfläche, auf welche der Bearbeitungsstrahl trifft), kann durch eine Vergrößerung des Abstands zwischen Fokus und Werkstück der Strahldurchmesser auf dem Werkstück vergrößert werden, und umgekehrt. Somit kann durch eine Änderung des Strahldurchmessers auf dem Werkstück durch Ändern der Fokuslage die Energiedichte des Laserstrahls und somit die vom Werkstück absorbierte Energie, welche in die Streckenenergie eingeht, gezielt verändert werden. Je größer der Strahldurchmesser, desto kleiner ist die vom Werkstück absorbierte Energie, und umgekehrt. Bei einem Laser ist die Stahlintensität außerhalb des Fokus, bezogen auf den Querschnitt, nicht konstant. Idealerweise ist die Leistungsintensität ein Gauß-Profil. Auf jeden Fall ist die Energiedichte zum Rand hin relativ gering, insbesondere außerhalb des Fokus.In laser processing, the distance energy of the laser beam is essential, with the energy absorbed by the workpiece depending on the energy density. The energy absorbed by the workpiece at a given power of the laser beam depends on the size of the beam spot on the workpiece, corresponding to the beam diameter at the point where the laser beam hits the workpiece. The beam diameter of the laser beam on the workpiece results from the focus position, i.e. the position of the focus of the laser beam relative to the workpiece (vertical shortest distance), in particular relative to the workpiece surface on which the laser beam is directed, or also relative to the workpiece support. If the workpiece is in the divergent area of the beam cone (focus above the workpiece surface where the processing beam hits), increasing the distance between the focus and the workpiece can increase the beam diameter on the workpiece, and vice versa. Thus, by changing the beam diameter on the workpiece by changing the focus position, the energy density of the laser beam and thus the energy absorbed by the workpiece, which is included in the path energy, can be changed in a targeted manner. The larger the beam diameter, the smaller the energy absorbed by the workpiece, and vice versa. With a laser, the beam intensity is not constant outside the focus, based on the cross-section. Ideally, the power intensity is a Gaussian profile. In any case, the energy density is relatively low towards the edge, especially out of focus.

Die Streckenenergie hängt auch von der Geschwindigkeit des Laserstrahls, d.h. der Verfahrgeschwindigkeit des Laserbearbeitungskopfs, auch als „Vorschubgeschwindigkeit“ bezeichnet, ab. Je größer die Vorschubgeschwindigkeit, desto kürzer wird eine bestimmte Fläche des Werkstücks bestrahlt, und umgekehrt. Somit wird mit einer Vergrößerung der Vorschubgeschwindigkeit die Streckenenergie des Laserstrahls verringert, und umgekehrt.The distance energy also depends on the speed of the laser beam, i.e. the traversing speed of the laser processing head, also known as "feed speed". The greater the feed rate, the shorter a given area of the workpiece is irradiated, and vice versa. Thus, as the feed rate increases, the line energy of the laser beam decreases, and vice versa.

Es versteht sich, dass die Energiedichte und die damit auch die Streckenenergie durch eine Änderung der Leistung des Laserstrahls selbst verändert werden kann.It goes without saying that the energy density and thus also the distance energy can be changed by changing the power of the laser beam itself.

Dem Fachmann sind weitere Möglichkeiten bekannt, die in das Werkstück eingebrachte Energie zu ändern, insbesondere durch eine Änderung von Art und/oder Zusammensetzung des bei der Laserbearbeitung eingesetzten Prozessgases.The person skilled in the art is aware of further options for changing the energy introduced into the workpiece, in particular by changing the type and/or composition of the process gas used during laser processing.

Der Laserstrahl kann durch Einstellen der Streckenenergie am Werkstück wahlweise zur trennenden Bearbeitung oder zur nicht-trennenden und zugleich nicht-fügenden Bearbeitung des Werkstücks eingesetzt werden, mithin in einem trennenden (schneidenden) Modus oder nicht-trennenden Modus eingesetzt werden. Im trennenden Modus ist die Streckenenergie des Laserstrahls am Werkstück so groß, dass der Laserstrahl das Werkstück schneidend (trennend) bearbeitet, so dass das Werkstück penetriert wird, z.B. um einen Schnittspalt zu erzeugen. Im nicht-trennenden Modus ist die Streckenenergie des Laserstrahls am Werkstück so gering, dass der Laserstrahl das Werkstück nicht-trennend und zugleich nicht-fügend bearbeitet, so dass das Werkstück nicht penetriert wird, wodurch eine Modifikation des Werkstücks erzeugt werden kann.By adjusting the distance energy on the workpiece, the laser beam can be used either for separating processing or for non-separating and at the same time non-joining processing of the workpiece, i.e. in a separating (cutting) mode or non-separating mode. In cutting mode, the distance energy of the laser beam on the workpiece is so great that the laser beam cuts (cuts) the workpiece so that the workpiece is penetrated, e.g. to create a kerf. In the non-cutting mode, the path energy of the laser beam on the workpiece is so low that the laser beam processes the workpiece in a non-cutting and non-joining manner at the same time, so that the workpiece is not penetrated, which means that a modification of the workpiece can be produced.

Die Streckenenergie bzw. Streckenenergie des Laserstrahls am Werkstück kann insbesondere durch eine Änderung der Leistung des Laserstrahls, eine Änderung der Vorschubgeschwindigkeit des Laserbearbeitungskopfs, ein Fokussieren/Defokussieren des Laserstrahls durch Ändern der Fokuslage relativ zum Werkstück bzw. Ändern des Strahldurchmessers an der Werkstückoberfläche erreicht werden kann. Um die in das Werkstück eingebrachte Energie zu ändern, können ergänzend die Art und/oder Zusammensetzung des bei Laserbearbeitung eingesetzten Prozessgases verändert werden. The distance energy or distance energy of the laser beam on the workpiece can be achieved in particular by changing the power of the laser beam, changing the feed speed of the laser processing head, focusing/defocusing the laser beam by changing the focus position relative to the workpiece or changing the beam diameter on the workpiece surface . In order to change the energy introduced into the workpiece, the type and/or composition of the process gas used in laser processing can also be changed.

Vorzugsweise erfolgt eine Änderung der Streckenenergie des Laserstrahls am Werkstück durch Ändern der Fokuslage relativ zum Werkstück, was bevorzugt durch Ändern der Höhe des Laserbearbeitungskopfs über dem Werkstück bzw. der dem Laserbearbeitungskopf zugewandten Werkstückoberfläche bewirkt wird, d.h. der Laserbearbeitungskopf wird mit einer zur Werkstückoberfläche senkrechten Bewegungskomponente typischer Weise in vertikaler Richtung verfahren.Preferably, the path energy of the laser beam on the workpiece is changed by changing the focus position relative to the workpiece, which is preferably effected by changing the height of the laser processing head above the workpiece or the workpiece surface facing the laser processing head, i.e. the laser processing head becomes more typical with a movement component perpendicular to the workpiece surface way in vertical direction.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines zumindest abschnittsweise planen Werkstücks mittels eines gemeinsam aus einer Düse eines Laserbearbeitungskopfs austretenden Laserstrahls und Arbeitsgasstrahles zum Austrieb von geschmolzenem Werkstückmaterial, kann bzw. wird der Laserstrahl durch Ändern seiner Streckenenergie auf dem Werkstück in einem das Werkstück schneidenden Modus zum Erzeugen eines Schnittspalts oder nicht-schneidenden Modus zum Erzeugen einer Modifikation des Werkstücks eingesetzt.In the method according to the invention for laser beam processing of an at least partially planar workpiece by means of a laser beam and working gas jet emerging together from a nozzle of a laser processing head for expulsion of melted workpiece material, the laser beam can or will be produced by changing its energy per unit area on the workpiece in a mode that cuts the workpiece a kerf or non-cutting mode is used to create a modification of the workpiece.

Mit dem Laserstrahl im nicht-schneidenden Modus wird eine Modifikation des Werkstücks, gewählt aus einer Fase, einer Verrundung und einer Mulde an einer Werkstückoberseite entlang einer Modifikationslinie erzeugt. Die Modifikation des Werkstücks wird, ausgehend von einem Startpunkt der Modifikationslinie, bei dem der Laserstrahl eingeschaltet wird, bis zu einem Endpunkt der Modifikationslinie, bei dem der Laserstrahl abgeschaltet wird, erzeugt. Wesentlich hierbei ist, dass die Modifikation des Werkstücks vom Start- bis zum Endpunkt mit einer konstanten Streckenenergie des Laserstrahls auf dem Werkstück erzeugt wird. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass eine homogene Modifikation mit einer verbesserten Qualität erzeugt wird.With the laser beam in the non-cutting mode, a modification of the workpiece selected from a chamfer, a fillet, and a trough is generated on a workpiece top surface along a modification line. The modification of the workpiece is generated from a starting point of the modification line at which the laser beam is turned on to an end point of the modification line at which the laser beam is turned off. It is essential here that the modification of the workpiece is generated from the start to the end point with a constant energy per unit area of the laser beam on the workpiece. In this way, it can be achieved in an advantageous manner that a homogeneous modification with an improved quality is produced.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorschubgeschwindigkeit des Laserbearbeitungskopfs vom Start- bis zum Endpunkt zum Erzeugen der Modifikation konstant gehalten. Vorteilhaft wird die Vorschubgeschwindigkeit des Laserbearbeitungskopfs zu diesem Zweck bis zum Erreichen des Startpunkts auf einen vorgebbaren bzw. vorgegebenen (wählbaren) Sollwert erhöht, zwischen Start- und Endpunkt gehalten, und erst nach Erreichen des Endpunkts wieder vermindert. Der Laserstrahl wird also erst dann über den Startpunkt geführt, wenn der Laserbearbeitungskopf die Sollgeschwindigkeit aufweist und erst nach Erreichen des Endpunkts wieder vermindert. Das Anfahren und Abbremsen des Laserbearbeitungskopfs findet somit nicht zwischen Start- und Endpunkt statt. Vielmehr wird der Laserbearbeitungskopf bereits vor dem Startpunkt angefahren und auf Sollgeschwindigkeit gebracht und erst dann, wenn der Laserstrahl über den Endpunkt geführt wurde, wieder abgebremst. Durch diese Maßnahme kann in einfacher und zuverlässiger Weise eine konstante Streckenenergie des Laserstrahls auf dem Werkstück zwischen Start- und Endpunkt erzielt werden. Es treten keine Latenzzeiten zum Anfahren und Abbremsen des Laserbearbeitungskopfs zwischen Start- und Endpunkt zum Erzeugen der Modifikation auf.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, a feed rate of the laser processing head is kept constant from the starting point to the end point for generating the modification. For this purpose, the feed rate of the laser processing head is advantageously increased to a predeterminable or specified (selectable) target value until the starting point is reached, maintained between the starting point and end point, and reduced again only after the end point has been reached. The laser beam is therefore only guided over the starting point when the laser processing head has the desired speed and is only reduced again after the end point has been reached. The start and stop of the laser processing head therefore does not take place between the start and end point. Rather, the laser processing head is approached before the starting point and brought to the target speed and only then braked again when the laser beam has passed the end point. This measure makes it possible to achieve a constant energy per unit area of the laser beam on the workpiece between the starting point and the end point in a simple and reliable manner. There are no latency times for starting and stopping the laser processing head between the start and end point to create the modification.

Bei einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Vorschubgeschwindigkeit des Laserbearbeitungskopfs zwischen Start- und Endpunkt nicht konstant, wobei die Vorschubgeschwindigkeit vom Startpunkt an erhöht und vor dem Endpunkt vermindert wird. Hierbei wird eine Energie bzw. Leistung des Laserstrahls in Entsprechung zum Anstieg der Vorschubgeschwindigkeit so erhöht und in Entsprechung zum Abfall der Vorschubgeschwindigkeit so vermindert, dass die Streckenenergie des Laserstrahls auf dem Werkstück zwischen Start- und Endpunkt konstant gehalten wird.In an alternative embodiment of the method according to the invention, a feed rate of the laser processing head is not constant between the starting point and the end point, the feed rate being increased from the starting point and reduced before the end point. The energy or power of the laser beam is increased in accordance with the increase in the feed rate and reduced in accordance with the drop in the feed rate in such a way that the energy per unit area of the laser beam on the workpiece between the start and end points is kept constant.

Bei einer weiteren alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Vorschubgeschwindigkeit des Laserbearbeitungskopfs zwischen Start- und Endpunkt nicht konstant, wobei die Vorschubgeschwindigkeit vom Startpunkt an erhöht und vor dem Endpunkt vermindert wird. Hierbei wird ein Strahldurchmesser des Laserstrahls auf dem Werkstück in Entsprechung zum Anstieg der Vorschubgeschwindigkeit so vermindert und in Entsprechung zum Abfall der Vorschubgeschwindigkeit so erhöht wird, dass die Streckenenergie des Laserstrahls auf dem Werkstück zwischen Start- und Endpunkt konstant gehalten wird. Vorteilhaft erfolgt eine Änderung des Strahldurchmessers des Laserstrahls auf dem Werkstück durch eine Änderung eines Arbeitsabstands zwischen Düse und Werkstück.In a further alternative embodiment of the method according to the invention, a feed rate of the laser processing head is not constant between the starting and end points, the feed rate being increased from the starting point and reduced before the end point. Here, a beam diameter of the laser beam on the workpiece is reduced in accordance with the increase in the feed speed and increased in accordance with the decrease in the feed speed so that the energy per unit area of the laser beam on the workpiece between the start point and end point is kept constant. The beam diameter of the laser beam on the workpiece is advantageously changed by changing the working distance between the nozzle and the workpiece.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Arbeitsgasstrahl zeitlich erst nach dem Führen des Laserstrahls über den Endpunkt abgeschaltet. Hierdurch kann erreicht werden, dass beim Erzeugen der Modifikation etwaig entstehende Schmelze mittels des Arbeitsgasstrahls zuverlässig durch einen Schnittspalt ausgetrieben wird.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the working gas jet is only switched off after the laser beam has passed the end point. In this way it can be achieved that when the modification is produced, any melt produced is reliably expelled through a cutting gap by means of the working gas jet.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Laserstrahl zum Erzeugen einer Modifikation im nicht-trennenden Modus entlang der Modifikationslinie geführt. In entsprechender Weise wird der Laserbearbeitungskopf entlang der Modifikationslinie verfahren. Das Führen des Laserstrahls entlang der Modifikationslinie muss nicht zwingend so erfolgen, dass die Bahn des Laserstrahls identisch zur Modifikationslinie ist. Vielmehr kann sich die (Gesamt-)Bewegung des Laserstrahls bzw. des Laserbearbeitungskopfs aus einer Primärbewegung und einer der Primärbewegung überlagerten Sekundärbewegung ergeben. Bei der (stets vorhandenen) Primärbewegung ist die Bahn des Laserstrahls identisch zur Modifikationslinie, so dass der Laserstrahl stets auf die Modifikationslinie gerichtet ist. Eine Sekundärbewegung umfasst auch Bewegungskomponenten quer (d.h. senkrecht) zur Modifikationslinie, so dass ein größerer Bereich des Werkstücks vom Laserstrahl überstrichen wird.In the method according to the invention, the laser beam is guided along the modification line in order to produce a modification in the non-separating mode. The laser processing head is moved along the modification line in a corresponding manner. The laser beam does not necessarily have to be guided along the modification line in such a way that the path of the laser beam is identical to the modification line. Rather, the (overall) movement of the laser beam or of the laser processing head can result from a primary movement and a secondary movement superimposed on the primary movement. In the case of the (always present) primary movement, the path of the laser beam is identical to the modification line, so that the laser beam is always aimed at the modification line. Secondary motion also includes motion components transverse (i.e., perpendicular) to the modification line, so that a larger area of the workpiece is swept by the laser beam.

Falls keine Sekundärbewegung vorhanden ist, ist die Bahn des Laserstrahls entlang der Modifikationslinie identisch zur Modifikationslinie. Eine Modifikation des Werkstücks wird somit durch Führen des Laserstrahls auf der Modifikationslinie erzeugt, was eine besonders schnelle Modifikation des Werkstücks ermöglicht. Die (Gesamt-)Bewegung des Laserstrahls ist dann identisch zur Primärbewegung.If there is no secondary motion, the trajectory of the laser beam along the modification line is identical to the modification line. A modification of the workpiece is thus produced by guiding the laser beam along the modification line, which enables the workpiece to be modified particularly quickly. The (overall) movement of the laser beam is then identical to the primary movement.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es aber auch von Vorteil sein, den Laserstrahl zur Erzeugung der Modifikation auch quer zur Modifikationslinie zu bewegen. In diesem Fall ist der Primärbewegung des Laserstrahls eine Sekundärbewegung überlagert, wobei der Laserstrahl gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens hierbei eine mäanderförmige Hin- und Her-Bewegung entlang der Modifikationslinie vollführt. Der Laserstrahl wird dabei bei seiner Bewegung entlang der Modifikationslinie mehrfach von der Modifikationslinie weggeführt und jeweils wieder hingeführt. Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung wird der Laserstrahl hierbei entlang jeweils geschlossener Bahnabschnitte geführt, die entlang der Modifikationslinie vorzugsweise reihenförmig angeordnet sind. Jeder geschlossener Bahnabschnitt ist durch ein Kreuzen der vorher durchlaufenen Bahn des Laserstrahls definiert. Beispielsweise sind die geschlossenen Bahnabschnitte kreisförmig geschlossene Bahnabschnitte (d.h. Kreise) oder Ellipsen, die entlang der Modifikationslinie vorzugsweise reihenförmig angeordnet sind. So können insbesondere Fasen mit größeren Tiefen und/oder Breiten entlang der Modifikationslinie erzeugt werden. Vorteilhaft weist eine Bewegungskomponente des Laserstrahls quer zur Modifikationslinie eine Ausdehnung von mindestens 0,5 mm und höchstens 5 mm auf. Vorzugsweise weist der Laserstrahl beim Verfahren entlang geschlossener Bahnabschnitte, insbesondere entlang von Kreisen oder Ellipsen, einen Überlapp entlang der Modifikationslinie im Bereich von 0,5 mm bis 1 mm auf. Vorteilhaft beträgt ein Überlapp der geschlossener Bahnabschnitte (z.B. Kreise) entlang der Modifikationslinie 0,5 mm bis 1 mm.In the method according to the invention, however, it can also be advantageous to also move the laser beam transversely to the modification line in order to produce the modification. In this case, a secondary movement is superimposed on the primary movement of the laser beam, with the laser beam performing a meandering back and forth movement along the modification line according to a preferred embodiment of the method according to the invention. During its movement along the modification line, the laser beam is repeatedly guided away from the modification line and guided back towards it in each case. According to an alternative preferred embodiment, the laser beam is guided along respective closed path sections, which are preferably arranged in rows along the modification line. Each closed path section is defined by crossing the previously traversed path of the laser beam. For example, the closed path sections are circular closed path sections (i.e. circles) or ellipses, which are preferably arranged in a row along the modification line. In particular, chamfers with greater depths and/or widths can be produced along the modification line. Advantageously, a movement component of the laser beam transverse to the modification line has an extent of at least 0.5 mm and at most 5 mm. When moving along closed path sections, in particular along circles or ellipses, the laser beam preferably has an overlap along the modification line in the range from 0.5 mm to 1 mm. An overlap of the closed path sections (e.g. circles) along the modification line is advantageously 0.5 mm to 1 mm.

Für das erfindungsgemäße Verfahren gibt es zahlreiche Anwendungsfälle, die im Weiteren beispielhaft beschrieben werden.There are numerous applications for the method according to the invention, which are described below by way of example.

Bei einem möglichen Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Verfahrens werden angesenkte Löcher im Werkstück erzeugt. Hierbei wird der Laserstrahl im nicht-schneidenden Modus ein- oder mehrmalig entlang mindestens einer geschlossenen Modifikationslinie geführt, wobei als Modifikation des Werkstücks eine Senkung erzeugt wird. Anschließend wird der Laserstrahl im schneidenden Modus entlang einer geschlossenen Schnittlinie zur Erzeugung eines Lochs im Werkstück geführt, wobei sich das Loch in senkrechter Sicht durch das Werkstück innerhalb der Senkung befindet.In one possible application of the method according to the invention, countersunk holes are produced in the workpiece. In this case, the laser beam is guided once or several times in the non-cutting mode along at least one closed modification line, with a depression being produced as a modification of the workpiece. Then, in cutting mode, the laser beam is guided along a closed cutting line to create a hole in the workpiece, the hole being within the countersink when viewed perpendicularly through the workpiece.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung dieses Verfahrens werden angesenkte Löcher in zwei Stufen erzeugt, wobei zunächst ein Vorloch erzeugt wird, das anschließend zu einem Endloch verbreitert wird. Hierbei wird der Laserstrahl im schneidenden Modus entlang einer geschlossenen Vorloch-Schnittlinie geführt, wodurch ein Vorloch im Werkstück erzeugt wird. Anschließend wird der Laserstrahl im nicht-schneidenden Modus ein- oder mehrmalig entlang mindestens einer geschlossenen Senkungserzeugungslinie geführt, wobei die Senkungserzeugungslinie so zur Vorloch-Schnittlinie angeordnet ist, dass als Modifikation des Werkstücks eine das Vorloch umgebende Senkung erzeugt wird, die in das Vorloch mündet. Anschließend wird der Laserstrahl im schneidenden Modus entlang einer geschlossenen Endloch-Schnittlinie geführt, wobei die Endloch-Schnittlinie so zur Vorloch-Schnittlinie angeordnet ist, dass das Vorloch zur Erzeugung eines Endlochs verbreitert wird, wobei sich das Endloch in senkrechter Sicht durch das Werkstück innerhalb der Senkung befindet.In an advantageous embodiment of this method, countersunk holes are produced in two stages, with a preliminary hole being produced first, which is then widened to form a final hole. Here, the laser beam is guided in the cutting mode along a closed pre-hole cutting line, which creates a pre-hole in the workpiece. Then the laser beam is vented once or several times in non-cutting mode along at least one closed countersink generation line, wherein the countersink generation line is arranged in relation to the pre-hole intersection line such that a countersink surrounding the pre-hole is generated as a modification of the workpiece, which empties into the pre-hole. The laser beam is then guided in the cutting mode along a closed end-hole cutting line, with the end-hole cutting line being arranged in relation to the pre-hole cutting line in such a way that the pre-hole is widened to produce an end hole, with the end hole extending perpendicularly through the workpiece within the lowering is located.

Bei einem weiteren Anwendungsfall werden mindestens ein Werkstückteil und ein Restwerkstück aus dem Werkstück hergestellt, wobei eine Modifikation des Werkstücks mit dem Laserstrahl im nicht-trennenden Modus erfolgt. Dieser Anwendungsfall ist in der nicht-veröffentlichten internationalen Patentanmeldung PCT/EP2020/073578 beschrieben, auf deren Offenbarung in vollem Umfang Bezug genommen wird.In a further application, at least one workpiece part and a residual workpiece are produced from the workpiece, the workpiece being modified with the laser beam in non-cutting mode. This application is described in the unpublished international patent application PCT/EP2020/073578, the disclosure of which is incorporated herein by reference.

Hierbei werden die folgenden Schritte durchgeführt:

Schritt a): Schneiden eines Abschnitts eines das Werkstück durchtrennenden Schnittspalts entlang einer Schnittlinie oder alternativ Schneiden eines geschlossenen Schnittspalts entlang der Schnittlinie, wobei Schnittkanten am Werkstückteil und Restwerkstück gebildet werden.
Schritt b): Erzeugen einer Modifikation des Werkstücks, gewählt aus einer Fase, einer Verrundung und einer Mulde, an der Werkstückoberseite entlang einer Modifikationslinie, während das Werkstückteil mit dem Restwerkstück verbunden ist.

The following steps are carried out here:

Step a): Cutting a section of a kerf severing the workpiece along a cutting line or alternatively cutting a closed kerf along the cutting line, with cutting edges being formed on the workpiece part and the rest of the workpiece.
Step b): Creating a modification of the workpiece selected from a chamfer, a fillet and a trough on the workpiece top along a modification line while the workpiece part is connected to the rest of the workpiece.

In dem Verfahren können Schritt a) und Schritt b) grundsätzlich in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden. So kann gemäß einer ersten Verfahrensvariante Schritt a) vor Schritt b) ausgeführt werden und gemäß einer zweiten Verfahrensvariante kann Schritt b) vor Schritt a) ausgeführt werden. Gemäß der ersten Verfahrensvariante wird kein geschlossener Schnittspalt erzeugt. Vielmehr bleibt das Werkstückteil weiterhin mit dem Restwerkstück verbunden. Anschließend wird in Schritt b) mindestens ein Teil mindestens einer der Schnittkanten am Werkstückteil oder am Restwerkstück mit einer Fase oder einer Verrundung versehen. Gemäß der zweiten Verfahrensvariante wird zunächst in Schritt b) als Modifikation des Werkstücks eine Mulde an der Werkstückoberseite erzeugt. Anschließend erfolgt in Schritt a) ein Durchtrennen des Werkstücks durch Erzeugen eines geschlossenen Schnittspalts entlang der Schnittlinie oder alternativ durch Erzeugen eines Abschnitts des Schnittspalts entlang der Schnittlinie. Wesentlich hierbei ist, dass die Schnittlinie innerhalb der Mulde angeordnet ist, d.h. der geschlossene Schnittspalt bzw. der Abschnitt des Schnittspalts wird innerhalb der Mulde erzeugt.In principle, step a) and step b) can be carried out in any order in the method. Thus, according to a first variant of the method, step a) can be carried out before step b) and according to a second variant of the method, step b) can be carried out before step a). According to the first variant of the method, no closed cutting gap is produced. Rather, the workpiece part remains connected to the rest of the workpiece. Subsequently, in step b), at least one part of at least one of the cutting edges on the workpiece part or on the remaining workpiece is provided with a chamfer or a rounding. According to the second variant of the method, a trough is first produced in step b) as a modification of the workpiece on the upper side of the workpiece. Then, in step a), the workpiece is severed by creating a closed kerf along the cutting line or alternatively by creating a section of the kerf along the cutting line. It is essential here that the cutting line is arranged within the trough, i.e. the closed kerf or the section of the kerf is generated within the trough.

Typischer Weise ist in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Strahlachse des Laserstrahls stets senkrecht zur ebenen Werkstückauflage bzw. senkrecht zur Ebene der bestrahlten oberen Werkstückoberfläche gerichtet, d.h. der Winkel zwischen Strahlachse und Werkstückauflage beträgt 90°. Dies bringt steuerungstechnische Vorteile mit sich. Zudem können Kosten für die technische Umsetzung einer entsprechenden Verschwenkbarkeit des Laserstrahls relativ zur Ebene der Werkstückauflage eingespart werden. Denkbar ist jedoch auch, dass die Strahlachse beim Bestrahlen des Werkstücks verändert wird, wobei die Strahlachse zumindest zeitweilig einen von 90° verschiedenen Winkel zur Werkstückauflage bzw. zur Ebene der bestrahlten oberen Werkstückoberfläche einnimmt. Die Ausrichtung des Laserstrahls kann durch eine Verschwenkbarkeit des Laserbearbeitungskopfs (mechanisch) und/oder eine Verschwenkbarkeit des Laserstrahls (optisch) erreicht werden. Beispielsweise kann durch ein Verschwenken des Laserstrahls während der Erzeugung einer Modifikation ein größerer Bereich des Werkstücks überstrichen werden, was vorteilhaft sein kann.Typically, in the method according to the invention, the beam axis of the laser beam is always directed perpendicular to the flat workpiece support or perpendicular to the plane of the irradiated upper workpiece surface, i.e. the angle between the beam axis and the workpiece support is 90°. This entails technical control advantages. In addition, costs for the technical implementation of a corresponding pivotability of the laser beam relative to the plane of the workpiece support can be saved. However, it is also conceivable for the beam axis to be changed when the workpiece is irradiated, with the beam axis at least temporarily assuming an angle other than 90° to the workpiece support or to the plane of the irradiated upper workpiece surface. The laser beam can be aligned by pivoting the laser processing head (mechanically) and/or by pivoting the laser beam (optically). For example, by pivoting the laser beam while generating a modification, a larger area of the workpiece can be covered, which can be advantageous.

Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem von einem Laserbearbeitungskopf geführten Laserstrahl zur Laserbearbeitung eines platten- oder rohrförmigen Werkstücks, welche eine elektronische Steuereinrichtung zur Steuerung/Regelung der Laserbearbeitung des Werkstücks aufweist, welche zur Durchführung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrenes (programmtechnisch) eingerichtet ist.The invention also extends to a laser processing device with a laser beam guided by a laser processing head for laser processing a plate-shaped or tubular workpiece, which has an electronic control device for controlling/regulating the laser processing of the workpiece, which is set up (in terms of programming) to carry out the method according to the invention described above is.

Ferner erstreckt sich die Erfindung auf einen Programmcode für eine zur Datenverarbeitung geeignete elektronische Steuereinrichtung für eine solche Laserbearbeitungsvorrichtung, welcher Steuerbefehle enthält, die die Steuereinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens veranlassen.Furthermore, the invention extends to a program code for an electronic control device suitable for data processing for such a laser processing device, which contains control commands that cause the control device to carry out the method according to the invention.

Des Weiteren erstreckt sich die Erfindung auf ein Computerprogrammprodukt (Speichermedium) mit einem gespeicherten Programmcode für eine zur Datenverarbeitung geeignete elektronische Steuereinrichtung für eine solche Laserbearbeitungsvorrichtung, welcher Steuerbefehle enthält, die die Steuereinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens veranlassen.The invention also extends to a computer program product (storage medium) with a stored program code for an electronic control device suitable for data processing for such a laser machining device, which contains control commands that cause the control device to carry out the method according to the invention.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Ausgestaltungen der Erfindung in Alleinstellung oder in beliebiger Kombination einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the above-mentioned embodiments of the invention alone position or can be used in any combination without departing from the scope of the present invention.

Figurenlistecharacter list

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Laserstrahlbearbeitung eines platten- oder rohrförmigen Werkstücks;
2A-2C eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks, bei dem abgesenkte Löcher erzeugt werden;
3 ein Werkstück mit angesenktem Loch in einer Schnittansicht;
4 eine aufgerollte Schnittansicht des Werkstücks mit angesenktem Loch von 3 im Bereich des angefasten Lochs, das in herkömmlicher Weise hergestellt wurde;
5 eine aufgerollte Schnittansicht des Werkstücks mit angesenktem Loch von 3 im Bereich des angefasten Lochs, das erfindungsgemäß hergestellt wurde;
6 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Streckenenergie P(s) des Laserstrahls auf dem Werkstück und der Verfahrgeschwindigkeit v(s) des Laserbearbeitungskopfs, sowie der abgewickelten Senkung in einer Schnittansicht, hergestellt gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung;
7 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Streckenenergie P(s) des Laserstrahls auf dem Werkstück und der Verfahrgeschwindigkeit v(s) des Laserbearbeitungskopfs, sowie der abgewickelten Senkung, hergestellt gemäß einem herkömmlichen Verfahren.

The invention will now be explained in more detail using exemplary embodiments, reference being made to the accompanying figures. Show it:

1 a schematic representation of an exemplary laser beam processing device for carrying out the method according to the invention for laser beam processing of a plate-shaped or tubular workpiece;
2A-2C an embodiment of the method according to the invention for laser beam machining of a workpiece in which countersunk holes are produced;
3 a workpiece with a countersunk hole in a sectional view;
4 FIG. 12 is a rolled-up sectional view of the workpiece with a countersunk hole in FIG 3 in the area of the chamfered hole made in a conventional manner;
5 FIG. 12 is a rolled-up sectional view of the workpiece with a countersunk hole in FIG 3 in the region of the chamfered hole made according to the invention;
6 a schematic representation to illustrate the distance energy P(s) of the laser beam on the workpiece and the traversing speed v(s) of the laser processing head, as well as the developed countersink in a sectional view, produced according to an exemplary embodiment of the method of the invention;
7 FIG. 12 is a schematic diagram showing the energy per unit area P(s) of the laser beam on the workpiece and the traversing speed v(s) of the laser processing head, as well as the developed countersink, produced according to a conventional method.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Sei zunächst 1 betrachtet, worin eine an sich bekannte Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung zum Laserstrahlschneiden von plattenartigen Werkstücken veranschaulicht ist. Die insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichnete Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung umfasst eine Strahlschneideinrichtung 2 mit einem Laserbearbeitungskopf 3, sowie einen Arbeitstisch 4 mit einer ebenen Werkstückauflage 5 für ein Werkstück 9 (nicht gezeigt in 1, siehe 2A-2C), beispielsweise eine ebene Blechtafel. Die Werkstückauflage 5 wird von einem Querträger 6 überspannt, der entlang einer ersten Achsrichtung (x-Richtung) verfahrbar geführt ist.be first 1 considered, wherein a laser beam processing device known per se for laser beam cutting of plate-like workpieces is illustrated. The laser beam processing device, designated overall by the reference number 1, comprises a beam cutting device 2 with a laser processing head 3, and a work table 4 with a flat workpiece support 5 for a workpiece 9 (not shown in Fig 1 , please refer 2A-2C ), for example a flat metal sheet. The workpiece support 5 is spanned by a crossbeam 6, which is guided to be movable along a first axial direction (x-direction).

Am Querträger 6 ist ein Führungsschlitten 7 für den Strahlkopf 3 montiert, der am Querträger 6 entlang einer zur ersten Achsrichtung senkrechten zweiten Achsrichtung (y-Richtung) verfahrbar geführt ist. Der Laserbearbeitungskopf 3 kann somit in einer durch die beiden Achsrichtungen aufgespannten Ebene parallel und relativ zur beispielsweise horizontalen Werkstückauflage 5 verfahren werden. Der Laserbearbeitungskopf 3 ist weiterhin in einer zu dieser Ebene senkrechten dritten Achsrichtung (z-Richtung) in seiner Höhe verfahrbar ausgebildet, wodurch der Abstand senkrecht zur Werkstückauflage 5 bzw. Werkstück 9 verändert werden kann. Bei einer horizontalen Werkstückauflage 5 entspricht die z-Richtung der Schwerkraftrichtung. Der Laserbearbeitungskopf 3 weist auf seiner der Werkstückauflage 5 zugewandten Seite eine sich zur Werkstückauflage 5 hin kegelförmig verjüngende (Strahl-)Düse 13 auf. Der Laserbearbeitungskopf 3 dient zum Führen eines Laserstrahls 14, sowie eines Prozess- bzw. Arbeitsgasstrahls 15, welche aus einer endständigen Düsenspitze 19 austreten (siehe z.B. 2A). Der Laserstrahl 14 wird von einer Laserstrahlquelle 8 erzeugt und beispielsweise durch ein Strahlführungsrohr und mehrere Umlenkspiegel oder ein Lichtleitkabel zum Laserbearbeitungskopf 3 geführt. Über eine Fokussierlinse oder adaptive Optik kann der Laserstrahl in gebündelter Form (d.h. fokussiert) auf das Werkstück 9 gerichtet werden. Aufgrund der Verfahrbarkeit des Laserbearbeitungskopfs 3 entlang der ersten Achsrichtung (x-Richtung) und zweiten Achsrichtung (y-Richtung) kann mit dem Laserstrahl 14 jeder beliebige Punkt am Werkstück 9 angefahren werden.A guide carriage 7 for the blasting head 3 is mounted on the crossbeam 6 and is movably guided on the crossbeam 6 along a second axis direction (y-direction) perpendicular to the first axis direction. The laser processing head 3 can thus be moved in a plane spanned by the two axial directions parallel and relative to the workpiece support 5, which is horizontal for example. The height of the laser processing head 3 is also designed to be movable in a third axis direction (z-direction) perpendicular to this plane, as a result of which the distance perpendicular to the workpiece support 5 or workpiece 9 can be changed. With a horizontal workpiece support 5, the z-direction corresponds to the direction of gravity. On its side facing the workpiece support 5 , the laser processing head 3 has a (jet) nozzle 13 that tapers conically towards the workpiece support 5 . The laser processing head 3 is used to guide a laser beam 14 and a process or working gas jet 15, which emerge from a terminal nozzle tip 19 (see, e.g 2A) . The laser beam 14 is generated by a laser beam source 8 and guided to the laser processing head 3, for example, through a beam guiding tube and several deflection mirrors or an optical fiber cable. The laser beam can be directed onto the workpiece 9 in a bundled form (ie focused) via a focusing lens or adaptive optics. Due to the movability of the laser processing head 3 along the first axial direction (x-direction) and second axial direction (y-direction), any desired point on the workpiece 9 can be approached with the laser beam 14 .

Das Werkstück 9 weist zwei einander gegenüberliegende Werkstückoberflächen 10, 11 auf (siehe z.B. 2A), wobei eine erste bzw. obere Werkstückoberfläche 10 der Düse 13 zugewandt und eine zweite bzw. untere Werkstückoberfläche 11 von der Düse 13 abgewandt ist. Durch die Höhenverfahrbarkeit des Laserbearbeitungskopfs 3 in z-Richtung kann über eine Änderung des Abstands zur oberen Werkstückoberfläche 10 der Arbeitsabstand der Düse 13 zum Werkstück 9 eingestellt werden. Der Abstand des Laserbearbeitungskopf 3 von der oberen Werkstückoberfläche 10 kann vor, während und nach der Laserstrahlbearbeitung eingestellt werden. Die Fokuslage des Laserstrahls 14 kann durch eine Änderung des Abstands der Düse 13 von der ersten Werkstückoberfläche 10 sowie über optische Elemente im Strahlkopf 3, beispielsweise eine adaptive Optik, eingestellt werden.The workpiece 9 has two opposite workpiece surfaces 10, 11 (see e.g 2A) , wherein a first or upper workpiece surface 10 faces the nozzle 13 and a second or lower workpiece surface 11 faces away from the nozzle 13 . Due to the height movability of the laser processing head 3 in the z-direction, the working distance of the nozzle 13 to the workpiece 9 can be adjusted by changing the distance to the upper workpiece surface 10 . The distance of the laser processing head 3 from the upper workpiece surface 10 can be adjusted before, during and after the laser beam processing. The focal position of the laser beam 14 can be adjusted by changing the distance between the nozzle 13 and the first workpiece surface 10 and by means of optical elements in the beam head 3, for example adaptive optics.

Der Arbeitsgasstrahl 15 wird von einer nicht dargestellten Gasstrahlerzeugungseinrichtung erzeugt. Als inertes Prozess- bzw. Arbeitsgas wird beispielsweise Helium (He), Argon (Ar) oder Stickstoff (N₂) eingesetzt. Als reaktives Arbeitsgas wird üblicherweise Sauerstoff (O₂) verwendet. Bekannt ist auch die Verwendung von Gasgemischen. Der Arbeitsgasstrahl 15 tritt aus der Düsenspitze 19 der Düse 13 aus und wird koaxial zum Laserstrahl 14 an die Bearbeitungsstelle geführt und trifft dort mit einem von der Gasstrahlerzeugungseinrichtung vorgegebenen (initialen) Gasdruck, welcher typischerweise im Bereich von 2 bis 20 bar liegt, auf dem Werkstück 9 auf. Der Arbeitsgasstrahl 15 dient dazu, mittels Gasdruck die bei der Laserbearbeitung erzeugte Schmelze durch eine durch den Laserstrahl 14 erzeugte Durchbrechung (Loch 16, siehe z.B. 2A) im Werkstück 9 zu treiben.The working gas jet 15 is generated by a gas jet generating device, not shown. As an inert process or working gas for example helium (He), argon (Ar) or nitrogen (N ₂ ) are used. Oxygen (O ₂ ) is usually used as the reactive working gas. The use of gas mixtures is also known. The working gas jet 15 emerges from the nozzle tip 19 of the nozzle 13 and is guided coaxially to the laser beam 14 to the processing point, where it hits the workpiece with an (initial) gas pressure specified by the gas jet generating device, which is typically in the range of 2 to 20 bar 9 on. The working gas jet 15 serves to use gas pressure to push the melt produced during laser processing through an opening (hole 16) produced by the laser beam 14 (see e.g 2A) to drive in the workpiece 9.

Wie in 1 gezeigt, besteht die ebene Werkstückauflage 5 beispielsweise aus einer Vielzahl von Auflageelementen mit beispielsweise dreieckig ausgebildeten Tragpunktspitzen, welche gemeinsam eine Auflageebene für das zu bearbeitende Werkstück 9 definieren. Die Auflageelemente sind hier beispielsweise als längliche Auflagestege ausgeführt, die sich jeweils entlang der y-Richtung erstrecken und mit einem beispielsweise konstanten Zwischenabstand in paralleler Anordnung entlang der x-Richtung nebeneinander liegend angeordnet sind. Nicht dargestellt ist eine Absaugeinrichtung, durch welche während des Strahlschneidens entstehender Schneidrauch, Schlackepartikel und kleine Abfallteile abgesaugt werden können.As in 1 shown, the flat workpiece support 5 consists, for example, of a large number of support elements with, for example, triangular support point tips, which together define a support plane for the workpiece 9 to be machined. The support elements are designed here, for example, as elongate support webs, each of which extends along the y-direction and are arranged next to one another in a parallel arrangement along the x-direction, for example with a constant spacing between them. Not shown is a suction device, through which cutting smoke, slag particles and small pieces of waste produced during jet cutting can be sucked off.

Eine programmgesteuerte Steuereinrichtung 12 dient zur Steuerung/Regelung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Laserstrahlbearbeitung des Werkstücks 9 in der Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung 1.A program-controlled control device 12 is used to control/regulate the method according to the invention for laser beam machining of the workpiece 9 in the laser beam machining device 1.

Es wird nun Bezug auf die 2A bis 2C genommen, worin eine beispielhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks 9 durch die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 von 1 veranschaulicht sind. Zum Zwecke einer vereinfachten Darstellung und da zum Verständnis der Erfindung ausreichend, sind jeweils nur die Düse 13 sowie der Laserstrahl 14 und Arbeitsgasstrahl 15 in Kombination mit dem Werkstück 9 dargestellt. Das Werkstück 9 befindet sich, wie üblich, in einer horizontalen Lage auf der Werkstückauflage 5. Die rechten Abbildungen der 2A und 2B veranschaulichen die Verfahrensschritte in schematischer Weise anhand jeweiliger Aufsichten.It will now refer to the 2A until 2C taken, wherein an exemplary embodiment of the method according to the invention for laser beam machining of a workpiece 9 by the laser machining device 1 of 1 are illustrated. For the purpose of a simplified illustration and because it is sufficient for understanding the invention, only the nozzle 13 and the laser beam 14 and working gas jet 15 are shown in combination with the workpiece 9. The workpiece 9 is, as usual, in a horizontal position on the workpiece support 5. The right-hand images of the 2A and 2 B illustrate the process steps in a schematic way based on respective views.

Hierbei erfolgt eine Modifikation des Werkstücks 9, wobei eine Senkung 17 bzw. Fase um ein Loch 16 erzeugt wird. Die obere Werkstückoberfläche 10 ist der Düse 13 zugewandt, die untere Werkstückoberfläche 11 von der Düse 13 abgewandt. Der aus der Düsenspitze 19 der Düse 13 austretende Laserstrahl 14 und der Arbeitsgasstrahl 15 treffen auf das Werkstück 9. Der Laserstrahl 14 hat die Form eines fokussierten Strahlkegels mit einer zentrischen Strahlachse 18. Die zentrische Strahlachse 18 und somit der Laserstrahl 14 sind senkrecht zur oberen Werkstückoberfläche 10 bzw. zur Ebene des plattenförmigen Werkstücks 9 gerichtet.In this case, the workpiece 9 is modified, with a countersink 17 or chamfer being produced around a hole 16 . The upper workpiece surface 10 faces the nozzle 13 and the lower workpiece surface 11 faces away from the nozzle 13 . The laser beam 14 emerging from the nozzle tip 19 of the nozzle 13 and the working gas jet 15 strike the workpiece 9. The laser beam 14 has the shape of a focused beam cone with a central beam axis 18. The central beam axis 18 and thus the laser beam 14 are perpendicular to the upper workpiece surface 10 or directed to the plate-shaped workpiece 9 level.

In 2A ist eine Verfahrenssituation gezeigt, bei welcher ein Loch 16 im Werkstück 9 durch den Laserstrahl 14 ausgeschnitten wurde. Zu diesem Zweck wurde die Düse 13 von einer Ausgangsposition zumindest mit einer vertikalen Bewegungskomponente zum Werkstück 9 hin verfahren, so dass die Düse 13 einen relativ kleinen Arbeitsabstand vom Werkstück 9 hatte. Vorzugsweise beträgt der Arbeitsabstand der Düse 13 von der oberen Werkstückoberfläche weniger als 2 mm. Die Fokuslage des Laserstrahls 14 resultiert in einem engen Strahlfleck mit einem kleinen Strahldurchmesser auf dem Werkstück 9. Die Fokuslage und damit der Strahldurchmesser waren so gewählt, dass die Streckenenergie des Laserstrahls 14 auf dem Werkstück 9 so groß war, dass der Laserstrahl 14 zur schneidenden bzw. trennenden Bearbeitung des Werkstücks 9 geeignet war. Mithin war der Laserstrahl 14 in einem schneidenden Modus. Um das Loch 16 auszuschneiden, wurde der Laserstrahl 14 entlang einer kreisförmigen Schnittlinie (21) geführt, wodurch ein kreisförmig-geschlossener Schnittspalt erzeugt wurde. Hierdurch wurde ein im Querschnitt rundes bzw. scheibenförmiges Werkstückteil (Butzen) aus dem Werkstück 9 vollständig ausgeschnitten. Der ausgeschnittene Butzen fiel durch sein Eigengewicht nach unten weg. Durch Entfernen des Butzens vom Werkstück 9 wurde das im Querschnitt runde Loch 16 mit einem wählbaren Durchmesser im Werkstück 9 erzeugt, wie es in 2A gezeigt ist. Das Loch 16 ist entsprechend seiner Herstellungsweise ein Durchgangsloch und durchbricht das Werkstück 9. Das runde Loch 16 ist in Bezug auf seine Mittenachse 20 radialsymmetrisch ausgebildet. In der Ebene des Werkstücks 9 ist in Bezug auf das Loch 16 und dessen Mittenachse 20 eine radiale Richtung definiert.In 2A a process situation is shown in which a hole 16 in the workpiece 9 was cut out by the laser beam 14 . For this purpose, the nozzle 13 was moved from a starting position towards the workpiece 9 with at least one vertical movement component, so that the nozzle 13 had a relatively small working distance from the workpiece 9 . The working distance of the nozzle 13 from the upper workpiece surface is preferably less than 2 mm. The focal position of the laser beam 14 results in a narrow beam spot with a small beam diameter on the workpiece 9. The focal position and thus the beam diameter were selected in such a way that the energy per unit length of the laser beam 14 on the workpiece 9 was so great that the laser beam 14 could be used for cutting or separating machining of the workpiece 9 was suitable. Thus, the laser beam 14 was in a cutting mode. To cut the hole 16, the laser beam 14 was guided along a circular cutting line (21), creating a circular-closed kerf. As a result, a workpiece part (slug) with a round or disc-shaped cross section was completely cut out of the workpiece 9 . The cut slug fell away under its own weight. By removing the slug from the workpiece 9, the hole 16 with a round cross section and a selectable diameter was produced in the workpiece 9, as shown in 2A is shown. The hole 16 is a through hole according to the way it is produced and breaks through the workpiece 9. The round hole 16 is radially symmetrical in relation to its central axis 20. FIG. A radial direction is defined in the plane of the workpiece 9 with respect to the hole 16 and its central axis 20 .

Optional kann das Verfahren um einen Schritt ergänzt werden, der vor dem Schneiden des Lochs 16 durchgeführt wird. Dieser Schritt wird vorzugsweise dann eingesetzt, wenn Löcher 16 mit einem Durchmesser von mindestens 7 mm herzustellen sind und/oder eine Dicke des Werkstücks 9 von mindestens 4 mm vorliegt. Hierbei wird der später an seiner Kontur auszuschneidende Butzen durch ein oder mehrere Schnittspalte in kleinere Teile zerschnitten, wodurch stets erreicht werden kann, dass der Butzen zuverlässig und sicher nach unten aus dem Werkstück 9 fällt und das ausgeschnittene Loch 16 immer frei ist. Beispielsweise werden im Bereich des auszuschneidenden Butzens sich kreuzende Schnittspalte, gegebenenfalls überlagert durch einen Schnittspalt in Spiralform, eingebracht. Ein mögliches Verfahren zum Zerteilen des Butzens ist beispielsweise in US 8716625 B2 beschrieben.Optionally, the method can be supplemented with a step that is carried out before the hole 16 is cut. This step is preferably used when holes 16 with a diameter of at least 7 mm are to be produced and/or the workpiece 9 is at least 4 mm thick. Here, the slug to be cut later on its contour is cut into smaller parts by one or more cutting gaps, which can always ensure that the slug falls reliably and safely down out of the workpiece 9 and the cut-out hole 16 is always free. For example, in the area of the slug to be cut out intersecting kerfs, optionally superimposed by a kerf in spiral form, introduced. A possible method for splitting up the slug is, for example, in US8716625B2 described.

Nach Erzeugen des Lochs 16 wird eine zum Loch 16 konzentrische runde Senkung 17 erzeugt. Für die Erzeugung der Senkung 17 hat die Düse 13 einen relativ großen Arbeitsabstand von der ersten Werkstückoberfläche 10 bzw. vom Werkstück 9, wobei sich das Werkstück 9 im divergenten Bereich des Laserstrahls 14 befindet, was zu einem breiten Strahlfleck mit einem großen Strahldurchmesser auf dem Werkstück 9 führt. Der Laserbearbeitungskopf 3 bzw. die Düse 13 wurden zu diesem Zweck zumindest mit einer vertikalen Bewegungskomponente vom Werkstück 9 weg verfahren, so dass im Vergleich zur Erzeugung des Lochs 16 ein größerer Arbeitsabstand zwischen der Düse 13 und der ersten Werkstückoberfläche 10 vorliegt. Diese Verfahrenssituation ist in 2A gezeigt.After the hole 16 has been produced, a round depression 17 concentric with the hole 16 is produced. To create the countersink 17, the nozzle 13 has a relatively large working distance from the first workpiece surface 10 or from the workpiece 9, with the workpiece 9 being in the divergent area of the laser beam 14, resulting in a wide beam spot with a large beam diameter on the workpiece 9 leads. For this purpose, the laser processing head 3 or the nozzle 13 was moved away from the workpiece 9 with at least one vertical movement component, so that there is a larger working distance between the nozzle 13 and the first workpiece surface 10 compared to the production of the hole 16 . This procedural situation is in 2A shown.

Der Arbeitsabstand zur Herstellung der Senkung 17 ist beispielsweise mindestens 6-fach größer, insbesondere mindestens 10-fach größer, als der Arbeitsabstand zur Erzeugung des Lochs 16 und beträgt vorzugsweise mindestens 30 mm, besonders bevorzugt mindestens 40 mm und insbesondere ca. 50 mm, wobei ein Bereich von 30 mm bis 50 mm bevorzugt ist. In entsprechender Weise sind der Strahlfleck und der Strahldurchmesser auf dem Werkstück 9 wesentlich größer. Beispielsweise ist die Querschnittfläche des Strahlflecks auf dem Werkstück 9 mindestens 6-fach größer, insbesondere mindestens 10-fach größer. Der Fokus des Laserstrahls 14 befindet sich weit oberhalb des Werkstücks 9. Die Fokuslage und der Strahldurchmesser des Laserstrahls 14 sind so gewählt, dass die Streckenenergie auf dem Werkstück 9 des Laserstrahls 14 relativ gering ist und der Laserstrahl 14 die Senkung 17 erzeugt, wobei das Werkstück 9 hierbei nicht penetriert wird (nicht-trennende Bearbeitung). Der Laserstrahl 14 ist in einem nicht-trennenden Modus.The working distance for producing countersink 17 is, for example, at least 6 times larger, in particular at least 10 times larger, than the working distance for producing hole 16 and is preferably at least 30 mm, particularly preferably at least 40 mm and in particular approx. 50 mm, with a range of 30 mm to 50 mm is preferred. Correspondingly, the beam spot and the beam diameter on the workpiece 9 are significantly larger. For example, the cross-sectional area of the beam spot on the workpiece 9 is at least 6 times larger, in particular at least 10 times larger. The focus of the laser beam 14 is far above the workpiece 9. The focus position and the beam diameter of the laser beam 14 are selected in such a way that the energy per unit area on the workpiece 9 of the laser beam 14 is relatively low and the laser beam 14 produces the countersink 17, with the workpiece 9 is not penetrated here (non-separating processing). The laser beam 14 is in a non-splitting mode.

Bei der Erzeugung der Senkung 17 hat der Laserbearbeitungskopf 3 bzw. die Düse 13 eine konstante Vorschubgeschwindigkeit, die einem vorgegebenen (wählbaren) Sollwert für die Vorschubgeschwindigkeit entspricht. Um zu gewährleisten, dass der Laserbearbeitungskopf 3 bzw. die Düse 13 beim Beginn der Erzeugung der Senkung 17 bereits den Sollwert aufweist, wird der Laserbearbeitungskopf 3 bzw. die Düse 13 bei eingeschaltetem Arbeitsgasstrahl 15, aber ausgeschaltetem Laserstrahl 14, kreisförmig um die Mittenachse 20 verfahren, bis der Laserbearbeitungskopf 3 bzw. die Düse 13 den Sollwert aufweist. Der Laserbearbeitungskopf 3 bzw. die Düse 13 wird hierbei bereits direkt über der Modifikationslinie 22 zum Erzeugen der Modifikation (Senkung 17) verfahren. Dies ist in 2A anhand des Pfeiles um die Mittenachse 20 veranschaulicht.When producing the countersinking 17, the laser processing head 3 or the nozzle 13 has a constant feed rate, which corresponds to a predetermined (selectable) target value for the feed rate. In order to ensure that the laser processing head 3 or the nozzle 13 already has the desired value when the countersink 17 begins to be produced, the laser processing head 3 or the nozzle 13 is moved in a circular motion around the central axis 20 with the working gas jet 15 switched on but the laser beam 14 switched off , until the laser processing head 3 or the nozzle 13 has the desired value. The laser processing head 3 or the nozzle 13 is in this case already moved directly over the modification line 22 to produce the modification (depression 17). this is in 2A illustrated by the arrow around the central axis 20.

Sobald der Laserbearbeitungskopf 3 bzw. die Düse 13 die Sollgeschwindigkeit erreicht hat, wird der Laserstrahl 14 gezündet und die Senkung 17 erzeugt. Aufgrund der verminderten Streckenenergie des Laserstrahls 14 auf dem Werkstück 9 befindet sich der Laserstrahl nicht nicht-trennenden Modus und das Werkstück 9 wird bei der Erzeugung der Senkung 17 nicht penetriert. Beim Erzeugen der Senkung 17 wird der nicht-schneidende Laserstrahl 14 in einer zur Ebene der Werkstückauflage 5 parallelen (horizontalen) Ebene bewegt, wobei der Laserstrahl 14 entlang der Modifikationslinie 22 bewegt wird. Die Modifikationslinie 22 ist konzentrisch zur Schnittlinie 21 des Lochs 16, jedoch hierzu radial weiter nach außen versetzt. Dies bedeutet, dass die Modifikationslinie 22 einen Durchmesser hat, der größer ist als der Durchmesser des Lochs 16.As soon as the laser processing head 3 or the nozzle 13 has reached the target speed, the laser beam 14 is ignited and the depression 17 is produced. Due to the reduced path energy of the laser beam 14 on the workpiece 9, the laser beam is not in the non-separating mode and the workpiece 9 is not penetrated when the depression 17 is produced. When producing the depression 17 , the non-cutting laser beam 14 is moved in a (horizontal) plane parallel to the plane of the workpiece support 5 , the laser beam 14 being moved along the modification line 22 . The modification line 22 is concentric with the line of intersection 21 of the hole 16, but offset further radially outwards. This means that the modification line 22 has a diameter that is larger than the diameter of the hole 16.

Für die Erzeugung der Senkung 17 kann eine einzige Modifikationslinie 22 vorgesehen sein, wobei der Laserstrahl 14 zur Erzeugung der Senkung 17 ein- oder mehrmals entlang der Modifikationslinie 22 verfahren wird. Vorzugsweise wird der Laserstrahl 14 zur Erzeugung der Senkung 17 mehrmals entlang der Modifikationslinie 22 verfahren (typischerweise 2 bis 20 Überfahrten der Düse 13). Die Modifikationslinie 22 ist so angeordnet, dass die erzeugte Senkung 17 unmittelbar an das Loch 16 angrenzt, d.h. in das Loch 16 mündet. Für die Erzeugung der Senkung 17 können auch mehrere Modifikationslinien 22 vorgesehen sein, wobei der Laserstrahl 14 zur Erzeugung der Senkung 17 ein- oder mehrmals entlang einer jeden Modifikationslinie 22 verfahren wird. Die mehreren Modifikationslinien 22 sind vorzugsweise zueinander konzentrisch angeordnet.A single modification line 22 can be provided for producing the countersink 17 , the laser beam 14 being moved along the modification line 22 one or more times to produce the countersink 17 . The laser beam 14 is preferably moved several times along the modification line 22 to produce the countersinking 17 (typically 2 to 20 passes over the nozzle 13). The modification line 22 is arranged in such a way that the countersink 17 produced is directly adjacent to the hole 16, i.e. opens into the hole 16. A plurality of modification lines 22 can also be provided for producing the countersink 17 , with the laser beam 14 being moved one or more times along each modification line 22 to produce the countersink 17 . The plurality of modification lines 22 are preferably arranged concentrically with one another.

Die Senkung 17 ist eine Vertiefung des Werkstücks 9 an der ersten Werkstückoberfläche 10 und umgibt das Loch 16 konzentrisch, wobei sich die Senkung 17, ausgehend von einem (radial-)äußeren Senkungsrand 23, von der oberen Werkstückoberfläche 10 aus in das Werkstück 9 hinein bis zu einem (radial-)inneren Senkungsrand 24 erstreckt, jedoch nicht bis zur unteren Werkstückoberfläche 11, d.h. die Senkung 17 erstreckt sich nicht über die komplette Dicke des Werkstückteils. Der innere Senkungsrand 24 befindet sich somit zwischen der oberen Werkstückoberfläche 10 und der unteren Werkstückoberfläche 11. Der äußere Senkungsrand 23 ist als jener Bereich des Werkstücks 9 definiert, an dem sich die Senkung 17 zum Innern des Werkstücks 9 hin beginnt zu vertiefen. Der innere Senkungsrand 24 ist als jener Bereich des Werkstücks 9 definiert, an dem die Senkung 17 in den verbleibenden Teil des Lochs 16 übergeht. Eine Flanke 25 der Senkung 17 erstreckt vom äußeren Senkungsrand 23 bis zum inneren Senkungsrand 24.The countersink 17 is a depression in the workpiece 9 on the first workpiece surface 10 and concentrically surrounds the hole 16, with the countersink 17 starting from a (radial) outer countersink edge 23, extending from the upper workpiece surface 10 into the workpiece 9 up to to a (radially) inner countersink edge 24, but not to the lower workpiece surface 11, i.e. the countersink 17 does not extend over the entire thickness of the workpiece part. The inner countersink edge 24 is thus located between the upper workpiece surface 10 and the lower workpiece surface 11. The outer countersink edge 23 is defined as that area of the workpiece 9 where the countersink 17 begins to deepen towards the interior of the workpiece 9. The inner countersink edge 24 is defined as that area of the workpiece 9 where the countersink 17 merges into the remaining part of the hole 16 . A flank 25 of the countersink 17 extends from the outer countersink edge 23 to the inner countersink edge 24.

In radialer Richtung kann die Senkung 17 wahlfrei mit einer definierten Querschnittform versehen werden. In 2B ist beispielhaft eine Senkung 18 mit einer schrägen Flanke 25 mit einer Neigung von ca. 45° dargestellt, wobei auch größere oder kleinere Flankenneigungen möglich sind.In the radial direction, the depression 17 can optionally be provided with a defined cross-sectional shape. In 2 B a countersink 18 with a sloping flank 25 with an inclination of approx. 45° is shown as an example, with larger or smaller flank inclinations also being possible.

In 2B ist die kreisende Bewegung des Laserbearbeitungskopfs 3 bzw. Laserstrahls 14 entlang der Modifikationslinie 22 um die Mittenachse 20 des Lochs 16 zur Erzeugung der Senkung 17 in schematischer Weise durch einen Pfeil veranschaulicht. Die Verfahrgeschwindigkeit des Laserbearbeitungskopfs 3 ist während der Erzeugung der Senkung 17 konstant auf dem Sollwert. Dies gilt auch dann noch, wenn die Erzeugung der Senkung 17 beendet wird, d.h. der Laserstrahl 14 abgestellt wird.In 2 B the circular movement of the laser processing head 3 or laser beam 14 along the modification line 22 around the center axis 20 of the hole 16 for producing the countersink 17 is illustrated schematically by an arrow. The traversing speed of the laser processing head 3 is constant at the desired value while the depression 17 is being produced. This also applies when the production of the depression 17 is terminated, ie the laser beam 14 is turned off.

Dies ist in 2C veranschaulicht, worin eine Verfahrenssituation gezeigt ist, bei der die Senkung 17 bereits vollständig erzeugt wurde. Der Laserbearbeitungskopf 3 bzw. die Düse 13 wird bis zum Abschalten des Laserstrahls 14 mit der Sollgeschwindigkeit um die Mittenachse 20 verfahren, und erst nach Abschalten des Laserstrahl 14 gebremst. Hierdurch kann die Senkung 17 mit einer einheitlichen Tiefe und Neigung der Flanke 25 hergestellt werden.this is in 2C illustrated, in which a process situation is shown in which the countersink 17 has already been completely created. The laser processing head 3 or the nozzle 13 is moved at the setpoint speed about the central axis 20 until the laser beam 14 is switched off, and is braked only after the laser beam 14 has been switched off. In this way, the countersink 17 can be produced with a uniform depth and slope of the flank 25 .

Der Arbeitsgasstrahl 15 ist hierbei weiterhin angeschaltet. Durch das Loch 16 kann die beim Erzeugen der Senkung 17 entstehende Schmelze (Schlacke) mittels des Arbeitsgasstrahls 15 gut nach unten abgeführt werden und es kann verhindert werden, dass die Schmelze an die obere Werkstückoberfläche 10 des Werkstücks 9 gelangt und sich dort verfestigt und einen Grat bildet.The working gas jet 15 is still switched on. Through the hole 16, the melt (slag) produced when the depression 17 is created can be easily discharged downwards by means of the working gas jet 15 and the melt can be prevented from reaching the upper workpiece surface 10 of the workpiece 9 and solidifying there and forming a burr forms.

Die Senkung 17 kann grundsätzlich in beliebiger Weise Anwendung finden, wobei sie in diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise dazu vorgesehen ist, den Kopf einer Senkkopfschraube aufzunehmen. Als Prozess- bzw. Arbeitsgas wird bei der Erzeugung der Senkung 17 beispielsweise Sauerstoff (O₂) eingesetzt, mit einem Gasdruck von beispielsweise weniger als 5 bar, der insbesondere von 2 bis 3,5 bar beträgt. Die konstante Vorschubgeschwindigkeit der Düse 13 beim Erzeugen der Senkung 17 beträgt vorzugsweise mindestens 4 m/min und die Laserleistung des Laserstrahls 14 beträgt vorzugsweise mindestens 1500 W.In principle, the countersink 17 can be used in any desired manner, and in this exemplary embodiment it is preferably intended to accommodate the head of a countersunk screw. Oxygen (O ₂ ), for example, is used as the process or working gas in the production of the depression 17, with a gas pressure of, for example, less than 5 bar, which is in particular from 2 to 3.5 bar. The constant feed speed of the nozzle 13 when creating the depression 17 is preferably at least 4 m/min and the laser power of the laser beam 14 is preferably at least 1500 W.

In 3 ist ein Schnitt durch das Werkstück 9 (senkrecht zur Ebene des Werkstücks 9) gezeigt. Gut erkennbar ist das abgesenkte Loch 16. Das Loch 16 wird durch die Lochwandung 26 umgrenzt. Die Senkung 17 wird durch die Senkungswandung 27 umgrenzt.In 3 a section through the workpiece 9 (perpendicular to the plane of the workpiece 9) is shown. The sunken hole 16 is clearly visible. The hole 16 is delimited by the hole wall 26 . The depression 17 is bounded by the wall 27 of the depression.

In 4 ist das abgerollte abgesenkte Loch 16 im Schnitt entsprechend 3 gezeigt. Der Blick des Betrachters ist auf die Lochwandung 26 und die Senkungswandung 27 gerichtet. In 4 ist ein in herkömmlicher Weise erzeugtes angefastes Loch 16 veranschaulicht. Aufgrund der Trägheit des Laserbearbeitungskopfs 3 beim Anfahren ist typischerweise beim Beginn des Erzeugens der Senkung 17 am Startpunkt 28 der Modifikationslinie die Streckenenergie des Laserstrahls 16 auf dem Werkstück 9 erhöht, so dass die Senkung 17 eine größere Tiefe T aufweist, als später, wenn der Laserbearbeitungskopf 3 bereits die Sollgeschwindigkeit erreicht hat. Entsprechend wird der Laserbearbeitungskopf 3 typischerweise bereits vor Erreichen des Endpunkts 29 der Modifikationslinie abgebremst, so dass sich die Streckenenergie des Laserstrahls 16 auf dem Werkstück 9 wiederum erhöht und die Fase vertieft wird. Aufgrund der runden Senkung 17 fallen Startpunkt 28 und Endpunkt 29 zusammen.In 4 the unrolled countersunk hole 16 is corresponding in section 3 shown. The viewer's gaze is directed to the hole wall 26 and the countersink wall 27 . In 4 A chamfered hole 16 produced in a conventional manner is illustrated. Due to the inertia of the laser processing head 3 when starting up, the energy per line of the laser beam 16 on the workpiece 9 is typically increased at the start of creating the countersink 17 at the starting point 28 of the modification line, so that the countersink 17 has a greater depth T than later when the laser processing head 3 has already reached the target speed. Accordingly, the laser processing head 3 is typically decelerated before reaching the end point 29 of the modification line, so that the energy per unit length of the laser beam 16 on the workpiece 9 increases again and the bevel is deepened. Due to the round reduction 17 start point 28 and end point 29 coincide.

In 5 ist ein - wie in den 2A bis 2C erläutert - in erfindungsgemäßer Weise erzeugtes angefastes Loch 16 gezeigt. Der Laserbearbeitungskopf 3 wies beim Beginn des Erzeugens der Senkung 17, d.h am Startpunkt 28 der Modifikationslinie, bereits seine Sollgeschwindigkeit zur Erzeugung der Senkung 17 auf und behielt diese bis zum Erreichen des Endpunkts 29 bei. Hierdurch konnte eine Senkung 17 mit homogener Tiefe T hergestellt werden.In 5 is a - as in the 2A until 2C illustrated - chamfered hole 16 made in accordance with the invention shown. At the beginning of the creation of the countersink 17 , ie at the starting point 28 of the modification line, the laser processing head 3 already had its target speed for creating the countersink 17 and maintained this speed until the end point 29 was reached. In this way, a countersink 17 with a homogeneous depth T could be produced.

In den 6 und 7 ist dies nochmals anschaulich dargestellt. Gezeigt ist jeweils ein Diagramm, in dem beispielhaft die Streckenenergie P(s) des Laserstrahls 16 auf dem Werkstück 9 (gestrichelte Linie) sowie die Vorschubgeschwindigkeit v(s) des Laserbearbeitungskopfs 3 bzw. Düse 13 gegen den zurückgelegten Weg (s) beim Erzeugen der Senkung 17 dargestellt. 6 betrifft das erfindungsgemäße Verfahren, 7 das herkömmliche Verfahren.In the 6 and 7 this is clearly shown again. A diagram is shown in each case, in which, by way of example, the path energy P(s) of the laser beam 16 on the workpiece 9 (dashed line) and the feed speed v(s) of the laser processing head 3 or nozzle 13 are plotted against the path (s) covered when generating the Countersink 17 shown. 6 relates to the method according to the invention, 7 the conventional procedure.

Wie in 6 gezeigt, erfolgt das Anfahren des Laserbearbeitungskopfs 3 bzw. Düse 13 vor Erreichen des Startpunkts 28 zum Erzeugen der Senkung 17, wobei die Vorschubgeschwindigkeit v(s) des Laserbearbeitungskopfs 3 bis zum gewünschten Sollwert beispielsweise linear erhöht wird. Am Startpunkt 28 ist der Sollwert erreicht. Zwischen Startpunkt 28 und Endpunkt 29 wird die Vorschubgeschwindigkeit v(s) des Laserbearbeitungskopfs 3 konstant gehalten. Nach Erreichen des Endpunkts 29 wird die Vorschubgeschwindigkeit v(s) des Laserbearbeitungskopfs 3 vermindert, beispielsweise linear. Dies resultiert in einer konstanten Streckenenergie P(s) des Laserstrahls 16 auf dem Werkstück 9 und die Senkung 17 wird mit einer homogenen Tiefe erzeugt.As in 6 shown, the approach of the laser processing head 3 or nozzle 13 takes place before the starting point 28 is reached to produce the countersink 17, the feed rate v(s) of the laser processing head 3 being increased linearly, for example, up to the desired target value. At the starting point 28 the setpoint is reached. The feed rate v(s) of the laser processing head 3 is kept constant between the starting point 28 and the end point 29 . After reaching the end point 29, the feed speed v(s) of the laser processing head 3 is reduced, for example linearly. This results in a constant line energy P(s) of the laser beam 16 on the workpiece 9 and the depression 17 is produced with a homogeneous depth.

In 7 ist der herkömmliche Fall gezeigt, bei dem der Laserbearbeitungskopf 3 am Startpunkt 28 erst angefahren wird, erkennbar an einem Anstieg der Vorschubgeschwindigkeit v(s) nach dem Startpunkt 28 und bereits vor Erreichen des Endpunkts 29 wieder vermindert wird, erkennbar am Abfall der Vorschubgeschwindigkeit v(s) des Laserbearbeitungskopfs 3 vor dem Endpunkt 29. Dies resultiert in einer nicht-konstanten Streckenenergie P(s) des Laserstrahls 16 auf dem Werkstück 9 und die Senkung 17 wird mit einer inhomogenen Tiefe erzeugt, wobei die Tiefe am Startpunkt 28 und Endpunkt 29 größer ist aufgrund der höheren Streckenenergie P(s) des Laserstrahls 16 auf dem Werkstück 9.In 7 the conventional case is shown in which the laser processing head 3 is first approached at the starting point 28, recognizable by an increase in the feed rate v(s) after the starting point 28 and is reduced again before the end point 29 is reached, recognizable by the drop in the feed rate v( s) of the laser processing head 3 in front of the end point 29. This results in a non-constant path energy P(s) of the laser beam 16 on the workpiece 9 and the countersink 17 is produced with an inhomogeneous depth, the depth at the starting point 28 and end point 29 being greater is due to the higher path energy P(s) of the laser beam 16 on the workpiece 9.

Obgleich dies in den Figuren nicht gezeigt ist, wäre gleichermaßen möglich, dass die Vorschubgeschwindigkeit des Laserbearbeitungskopfs zwischen Start- und Endpunkt nicht konstant ist, wobei die Vorschubgeschwindigkeit vom Startpunkt an erhöht und vor dem Endpunkt vermindert wird, wobei eine Leistung des Laserstrahls in Entsprechung zum Anstieg der Vorschubgeschwindigkeit so erhöht und in Entsprechung zum Abfall der Vorschubgeschwindigkeit so vermindert wird, dass die Streckenenergie des Laserstrahls auf dem Werkstück zwischen Start- und Endpunkt konstant gehalten wird. Gleichermaßen wäre möglich, dass eine Vorschubgeschwindigkeit des Laserbearbeitungskopfs zwischen Start- und Endpunkt nicht konstant ist, wobei die Vorschubgeschwindigkeit vom Startpunkt an erhöht und vor dem Endpunkt vermindert wird, wobei ein Strahldurchmesser des Laserstrahls auf dem Werkstück in Entsprechung zum Anstieg der Vorschubgeschwindigkeit so vermindert und in Entsprechung zum Abfall der Vorschubgeschwindigkeit so erhöht wird, dass die Streckenenergie des Laserstrahls auf dem Werkstück zwischen Start- und Endpunkt konstant gehalten wird.Although not shown in the figures, it would be equally possible that the feed rate of the laser processing head is not constant between the start and end points, with the feed rate increasing from the starting point and decreasing before the end point, with a power of the laser beam corresponding to the increase of the feed rate is increased and corresponding to the drop in the feed rate reduced in such a way that the distance energy of the laser beam on the workpiece between the start and end point is kept constant. Likewise, it would be possible that a feed rate of the laser processing head is not constant between the start point and the end point, the feed rate being increased from the start point and decreased before the end point, a beam diameter of the laser beam on the workpiece being reduced in accordance with the increase in the feed speed and thus in Correspondence to the drop in feed rate is increased so that the distance energy of the laser beam on the workpiece between the start and end point is kept constant.

BeispielExample

Herstellung einer Senkung für eine Senkkopfschraube mit metrischer Gewindegröße M5 in 5 mm Baustahl mittels Laserstrahl.Production of a countersink for a countersunk screw with a metric thread size M5 in 5 mm mild steel using a laser beam.

Nach dem Schneiden des Lochs wird die Fase/Senkung erzeugt. Eine optimale Vorschubgeschwindigkeit zur Erzeugung der Senkung liegt bei 6 m/min. Der Durchmesser der Modifikationslinie zum Erzeugen der Senkung beträgt 7,9 mm. Damit der Laserbearbeitungskopf die Vorschubgeschwindigkeit von 6 m/min erreicht, wird ein Umlauf mit Durchmesser 7,9 mm ohne eingeschalteten Laserstrahl gefahren. Nach Erreichen der Vorschubgeschwindigkeit von 6 m/min wird der Laserstrahl „fliegend“ zugeschaltet und dann die Senkung/ Fase erzeugt. Am Ende der Erzeugung der Senkung/ Fase wird der Laserstrahl „fliegend“ abgeschaltet und der Laserbearbeitungskopf legt nochmals eine Umdrehung mit abgeschaltetem Laserstrahl zurück, bis die Achsen der Maschine eine Vorschubgeschwindigkeit von 0 m/min erreicht haben.After cutting the hole, the chamfer/countersink is created. An optimum feed rate for creating the countersink is 6 m/min. The diameter of the modification line to create the countersink is 7.9 mm. In order for the laser processing head to reach the feed rate of 6 m/min, a circuit with a diameter of 7.9 mm is run without the laser beam switched on. After the feed rate of 6 m/min is reached, the laser beam is switched on "on the fly" and the countersink/chamfer is then created. At the end of the creation of the countersink/chamfer, the laser beam is switched off "on the fly" and the laser processing head completes another revolution with the laser beam switched off until the machine axes have reached a feed speed of 0 m/min.

Wie sich aus vorstehender Beschreibung ergibt, stellt die Erfindung ein neuartiges Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks zur Verfügung, bei dem eine Modifikation des Werkstücks, insbesondere eine Fase oder Senkung, in homogener Weise hergestellt werden kann. Erhöhte Streckenenergien des Laserstrahls auf dem Werkstück am Start- und Endpunkt aufgrund der Latenzzeit beim Anfahren und Abbremsen des Laserbearbeitungskopfs werden in vorteilhafter Weise vermieden. Die Modifikationen des Werkstücks sind in einfacher und kostengünstiger Weise mit hoher Präzision und Qualität effizient herstellbar. Eine Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in bereits bestehende Laserstrahlbearbeitungsvorrichtungen ist in einfacher Weise möglich, ohne hierfür aufwändige technische Maßnahmen vorsehen zu müssen. Vielmehr kann durch bloßen Eingriff in die Maschinensteuerung eine gewünschte Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks durch das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden.As can be seen from the above description, the invention provides a novel method for laser beam machining of a workpiece, in which a modification of the workpiece, in particular a chamfer or countersink, can be produced in a homogeneous manner. Increased path energies of the laser beam on the workpiece at the start and end point due to the latency when starting and braking the laser processing head are avoided in an advantageous manner. The modifications of the workpiece can be efficiently produced in a simple and cost-effective manner with high precision and quality. An implementation of the method according to the invention in already existing laser beam processing devices is possible in a simple manner without having to provide complex technical measures for this purpose. Rather, a desired laser beam processing of a workpiece can be realized by the method according to the invention simply by intervening in the machine control.

BezugszeichenlisteReference List

11: LaserstrahlbearbeitungsvorrichtungLaser beam processing device
22: Strahlschneideinrichtungjet cutting device
33: Laserbearbeitungskopflaser processing head
44: Arbeitstischwork table
55: Werkstückauflageworkpiece support
66: Querträgercross member
77: Führungsschlittenguide carriage
88th: Laserstrahlquellelaser beam source
99: Werkstückworkpiece
1010: obere Werkstückoberflächeupper workpiece surface
1111: untere Werkstückoberflächelower workpiece surface
1212: Steuereinrichtungcontrol device
1313: Düsejet
1414: Laserstrahllaser beam
1515: Arbeitsgasstrahlworking gas jet
1616: LochHole
1717: Senkunglowering
1818: Strahlachsebeam axis
1919: Düsenspitzenozzle tip
2020: Mittenachsecenter axis
2121: Schnittliniecutting line
2222: Modifikationsliniemodification line
2323: äußerer Senkungsrandouter countersink
2424: innerer Senkungsrandinner countersink edge
2525: Flankeflank
2626: Lochwandunghole wall
2727: Senkungswandungcountersink wall
2828: Startpunktstarting point
2929: Endpunktendpoint

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

WO 2020/173970 A1 [0005]
WO 2020225448 A1 [0005]
US 8716625 B2 [0054]

Claims

Method for laser beam machining of a workpiece (9) that is planar at least in sections by means of a laser beam (16) and a working gas jet (15) emerging jointly from a nozzle (13) of a laser machining head (2) for expelling molten workpiece material, in which the laser beam (14) is its energy per unit area on the workpiece (9) can be used in a workpiece (9) separating mode for creating a kerf or non-separating mode for creating a modification of the workpiece, wherein a modification of the workpiece (9) selected from a bevel ( 21), a fillet and a trough, is generated on a workpiece top side along a modification line (22) with the laser beam (16) in non-cutting mode, the laser beam (16) being switched on at a starting point (28) of the modification line (22). and is switched off at an end point (29) of the modification line (22), the modification of the workpiece being produced from the start point to the end point with a constant line energy of the laser beam (16) on the workpiece (9).

procedure after claim 1 , at which a feed rate of the laser processing head (3) is kept constant from the start to the end point.

procedure after claim 2 , in which the feed rate of the laser processing head (3) is increased to a desired value until the starting point (28) is reached and is reduced after the end point (29) has been reached.

procedure after claim 1 , in which a feed rate of the laser processing head (3) is not constant between the starting point and the end point, the feed rate increasing from the starting point (28) and decreasing before the end point (29), with a power of the laser beam (16) corresponding to the Increase in the feed rate is increased and reduced in accordance with the drop in the feed rate so that the distance energy of the laser beam (16) on the workpiece (9) is kept constant between the start and end point.

procedure after claim 1 , in which a feed speed of the laser processing head (3) is not constant between the start and end points, the feed speed being increased from the start point and decreased before the end point, a beam diameter of the laser beam (16) on the workpiece (9) corresponding to the Increase in the feed rate is reduced and increased in accordance with the drop in the feed rate so that the distance energy of the laser beam (16) on the workpiece (9) is kept constant between the start and end point.

procedure after claim 5 , in which the beam diameter of the laser beam (16) on the workpiece is changed by changing a working distance between the nozzle (13) and the workpiece (9).

Procedure according to one of Claims 1 until 6 , in which the working gas jet (15) is switched off after the laser beam (16) has passed the end point (29).

Procedure according to one of Claims 1 until 7 , in which, in order to produce the modification of the workpiece (9), the laser beam (16) is guided along a path identical to the modification line (22).

Procedure according to one of Claims 1 until 7 , in which, to produce the modification of the workpiece (9), the laser beam (16) is moved with a primary movement on which a secondary movement is superimposed, the primary movement extending only along the modification line (22) and the secondary movement also movement components transverse to the modification line (22), the laser beam (16) in particular performing a meandering back and forth movement and/or being moved along closed path sections, in particular closed circles (24) or ellipses, which are arranged along the modification line (22).

Laser processing device (1) with a laser beam (14) guided by a beam head (3), which has an electronic control device (12) for controlling the laser processing of a workpiece (9), which is used to carry out the method according to one of Claims 1 until 9 is set up programmatically.

Program code for an electronic control device suitable for data processing for a laser processing device (1) according to claim 10 , Which contains control commands that the control device (12) for carrying out the method according to one of Claims 1 until 9 cause.

Computer program product with a stored program code for an electronic control device suitable for data processing for a laser processing device (1) according to claim 10 , Which contains control commands that the control device (12) for carrying out the Procedure according to one of Claims 1 until 9 cause.