DE102021125781A1

DE102021125781A1 - Laser cutting process and laser cutting machine

Info

Publication number: DE102021125781A1
Application number: DE102021125781.6A
Authority: DE
Inventors: Florian Raichle; Christian Keller
Original assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Current assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Priority date: 2021-10-05
Filing date: 2021-10-05
Publication date: 2023-04-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Laserschneidverfahren, eine Laserschneidmaschine und ein Computerprogrammprodukt. Eine Aufgabe der Erfindung ist, ein verbessertes Laserschneidverfahren und eine verbesserte Laserschneidmaschine bereitzustellen. Erfindungsgemäss vorgesehen ist ein Laserschneidverfahren mit den Verfahrensschritten: Schneiden eines Werkstücks mit einem Laserstrahl mit hoher Leistung entlang einer Schneidlinie, Feststellen eines Fehlschnitts oder korrekten Schnitts des Werkstücks, Scannen der Schneidlinie am Werkstück mit einem Laserstrahl mit geringer Leistung, Auswerten der Scandaten und Feststellen der Position des festgestellten Fehlschnitts in einer Steuerungseinrichtung und Schneiden des Werkstücks mit dem Laserstrahl mit hoher Leistung an der festgestellten Position.The invention relates to a laser cutting method, a laser cutting machine and a computer program product. An object of the invention is to provide an improved laser cutting method and an improved laser cutting machine. According to the invention, a laser cutting method is provided with the following method steps: cutting a workpiece with a high-power laser beam along a cutting line, determining whether the workpiece has been cut incorrectly or correctly, scanning the cutting line on the workpiece with a low-power laser beam, evaluating the scan data and determining the position of the determined wrong cut in a control device and cutting the workpiece with the laser beam with high power at the determined position.

Description

Die Erfindung betrifft ein Laserschneidverfahren, eine Laserschneidmaschine und ein Computerprogrammprodukt nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a laser cutting method, a laser cutting machine and a computer program product according to the preamble of the independent claims.

Das technische Gebiet von industriellem Schneiden verschiedener Werkstoffe mittels Laserstrahlung gewinnt zunehmend an Bedeutung. Beim Schneiden von Werkstücken aus verschiedenen Werkstoffen wird Laserstrahlung von einer Laserschneidmaschine mit hoher Leistung, meist im Bereich von mehreren Kilowatt, verwendet. Teile von Werkstücken werden abgetrennt, hier als Abfallteile bezeichnet, und fallen gewöhnlich unterhalb der Laserschneidmaschine hinab in Auffangbehältnisse. In Ausnahmefällen kann es vorkommen, dass ein Werkstück nicht vollständig durchschnitten ist und das zu trennende Teil am Werkstück verbleibt. Ein nicht vollständiger Schnitt durch das Werkstück, welcher zu keiner Trennung des Werkstücks entlang der Schneidlinie oder Schneidspalt führt, wird als Fehlschnitt bezeichnet. Gewöhnlich wird ein Fehlschnitt vom Maschinenbediener in einem weiteren Verfahrensschritt festgestellt und das fehlerhafte Werkstück wird der Laserschneidmaschine zum erneuten Schneiden zugeführt. Eine weitere Möglichkeit ist aus der Druckschrift DE 102010039525 A1 bekannt, bei der das Werkstück im Bereich eines Durchbruchs mit einem Abstandssensor überfahren wird, wobei geprüft wird, ob ein vollständiger Durchbruch oder trennender Schnitt vorliegt. Anschliessend wird das Werkstück der Laserschneidmaschine zum erneuten Schneiden zugeführt. In ähnlicher Weise beschreibt die Druckschrift DE 102011004117 A1 ein Verfahren und eine Laserbearbeitungsmaschine zum Trennen eines Werkstücks, bei dem ein vollständiges Trennen festgestellt wird mittels Einstrahlen eines gepulsten Laserstrahls an das Werkstück.The technical field of industrial cutting of various materials using laser radiation is becoming increasingly important. When cutting workpieces from different materials, laser radiation from a laser cutting machine with high power, usually in the range of several kilowatts, is used. Parts of workpieces are separated, referred to herein as scrap parts, and usually fall down into catch bins underneath the laser cutting machine. In exceptional cases it can happen that a workpiece is not completely cut through and the part to be separated remains on the workpiece. An incomplete cut through the workpiece, which does not result in a separation of the workpiece along the cutting line or cutting gap, is referred to as a miscut. Usually, a wrong cut is detected by the machine operator in a further process step and the defective workpiece is fed to the laser cutting machine for cutting again. Another possibility is from the publication DE 102010039525 A1 known, in which the workpiece is passed over in the area of a breakthrough with a distance sensor, with it being checked whether a complete breakthrough or separating cut is present. The workpiece is then fed to the laser cutting machine for cutting again. In a similar way, the publication DE 102011004117 A1 describes a method and a laser processing machine for cutting a workpiece, in which complete cutting is determined by irradiating a pulsed laser beam onto the workpiece.

Eine Aufgabe der Erfindung ist, ein verbessertes Laserschneidverfahren und eine verbesserte Laserschneidmaschine bereitzustellen.An object of the invention is to provide an improved laser cutting method and an improved laser cutting machine.

Zu diesem Zweck ist ein Laserschneidverfahren vorgesehen mit den folgenden Verfahrensschritten

- Schneiden eines Werkstücks mit einem Laserstrahl mit hoher Leistung entlang einer Schneidlinie;
- Feststellen eines Fehlschnitts oder korrekten Schnitts des Werkstücks;
- Scannen der Schneidlinie am Werkstück mit einem Laserstrahl mit geringer Leistung;
- Auswerten der Scandaten und Feststellen der Position des festgestellten Fehlschnitts in einer Steuerungseinrichtung; und

For this purpose, a laser cutting method is provided with the following method steps

- cutting a workpiece with a high-power laser beam along a cutting line;
- Detection of a wrong cut or correct cut of the workpiece;
- Scanning the cutting line on the workpiece with a low-power laser beam;
- Evaluation of the scan data and determination of the position of the determined miscut in a control device; and

Schneiden des Werkstücks mit dem Laserstrahl mit hoher Leistung an der festgestellten Position.Cutting the workpiece with the high-power laser beam at the determined position.

Weiterhin ist zu diesem Zweck vorgesehen eine Laserschneidmaschine zum Schneiden eines Werkstücks entlang einer Schneidlinie mit wenigstens einer Laserquelle zum Erzeugen eines Laserstrahls mit hoher Leistung und wenigstens einem Detektor zum Feststellen eines korrekten Schnitts oder eines Fehlschnitts am Werkstück, wobei die Laserquelle dazu ausgebildet ist, bei Feststellen eines Fehlschnitts durch den Detektor mit einem Laserstrahl mit niedriger Leistung die Schneidlinie zu scannen, die Position des Fehlschnitts festzustellen und das Werkstück an der festgestellten Position mit einem Laserstrahl mit hoher Leistung zu schneiden.For this purpose, a laser cutting machine is also provided for cutting a workpiece along a cutting line, with at least one laser source for generating a high-power laser beam and at least one detector for determining a correct cut or an incorrect cut on the workpiece, the laser source being designed to do so when it is detected a miscut by the detector to scan the cutting line with a low-power laser beam, detect the position of the miscut, and cut the workpiece at the detected position with a high-power laser beam.

Ferner ist ein Computerprogrammprodukt in einer Steuerungseinrichtung zum Ausführen des Verfahrens bereitgestellt.Furthermore, a computer program product is provided in a control device for executing the method.

In der Entwicklung und in der Praxis wurde festgestellt, dass ein erneutes vollständiges Schneiden des Werkstücks zu gewissen Qualitätsmängeln an den Schnittkanten führen kann, die bei hohen Qualitätsanforderungen unakzeptabel sein können. Das Schneiden des Werkstücks ausschliesslich an Positionen des Fehlschnitts, bei welchem das Werkstück nicht vollständig durchtrennt ist oder kein Durchbruch erzielt ist, führt hingegen zu einem wesentlich besseren Schneidergebnis, insbesondere bei den Schnittkanten.In development and in practice, it has been found that completely cutting the workpiece again can lead to certain quality defects on the cut edges, which can be unacceptable when high quality requirements are met. On the other hand, cutting the workpiece exclusively at positions of the incorrect cut, in which the workpiece is not completely severed or no breakthrough is achieved, leads to a significantly better cutting result, especially at the cut edges.

Beispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.Examples of the invention are described in the dependent claims.

Bei einem Beispiel der Erfindung wird der korrekte Schnitt oder der Fehlschnitt mittels eines Laserstrahls von niedriger Leistung und einem zugeordneten Detektor zum Erfassen von detektierter Strahlung festgestellt. Mit diesen Mitteln kann schnell und verhältnismässig einfach festgestellt werden, ob ein korrekter Schnitt oder ein Fehlschnitt vorliegt.In one example of the invention, the correct cut or the miscut is determined by means of a low power laser beam and an associated detector for detecting detected radiation. With these means, it can be determined quickly and relatively easily whether a correct cut or an incorrect cut is present.

Bei einem weiteren Beispiel wird die Leistung des Laserstrahls durch die Steuerungseinrichtung zwischen der hohen Leistung zum Schneiden des Werkstücks und der niedrigen Leistung zum Scannen der Schneidlinie am Werkstück umgeschaltet. Die Schneidlinie kann eine beliebige geometrische Form annehmen, etwa eine Bogenform oder eine rechteckige Form. Hierbei wird eine kompakte Bauform der Laserschneidmaschine gewährleistet und eine weitere Lasereinrichtung für das Scannen eingespart.In another example, the power of the laser beam is switched by the controller between high power for cutting the workpiece and low power for scanning the cutting line on the workpiece. The cutting line can have any geometric shape, such as an arc shape or a rectangular shape. Here, a compact design of the laser cutting machine is ensured and another laser device for scanning is saved.

Bei einem weiteren Beispiel ist der Detektor als Photodiode ausgeführt. Hiermit wird der Detektor in kostengünstiger Weise bereitgestellt. Alternativ kann der Detektor als Kamera ausgebildet sein.In another example, the detector is implemented as a photodiode. This will activate the detector provided in a cost-effective manner. Alternatively, the detector can be designed as a camera.

Bei einem weiteren Beispiel wird vom Detektor Prozesslicht und/oder Wärmestrahlung detektiert, welche bei der Wechselwirkung zwischen dem Laserstrahl von niedriger Leistung und dem Werkstück entstehen. Alternativ kann der Detektor reflektierte Strahlung des Laserstrahls von niedriger Leistung detektieren.In a further example, the detector detects process light and/or thermal radiation which arises from the interaction between the low-power laser beam and the workpiece. Alternatively, the detector may detect low power reflected radiation of the laser beam.

Bei einem Beispiel besteht der Laserstrahl mit niedriger Leistung aus wenigstens einem gepulsten Laserstrahl. Auf diese Weise wird schnell und zuverlässig ermittelt, ob ein korrekter Schnitt oder ein Fehlschnitt vorliegt.In one example, the low power laser beam consists of at least one pulsed laser beam. In this way, it is determined quickly and reliably whether a correct cut or an incorrect cut is present.

Nachfolgend sind Beispiele der Erfindung anhand der Figuren in Einzelheiten beschrieben.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Laserschneidmaschine zum trennenden Bearbeiten eines plattenförmigen Werkstücks mit einer Laserquelle mit Laserstrahl sowie eine Steuerungseinrichtung,
2 zeigt einen beispielhaften Signalverlauf eines in der Steuerungseinrichtung ausgewerteten Signals des Laserstrahls zum Scannen des Werkstücks mit einem Fehlschnittsignal;
3 zeigt einen weiteren beispielhaften Signalverlauf eines in der Steuerungseinrichtung ausgewerteten Signals des Laserstrahls zum Scannen des Werkstücks mit einem Fehlschnittsignal ähnlich zu 2 bei einem anderen Werkstück.

Examples of the invention are described in detail below with reference to the figures.

1 shows a schematic representation of a laser cutting machine for cutting a plate-shaped workpiece with a laser source with a laser beam and a control device,
2 shows an exemplary signal profile of a laser beam signal evaluated in the control device for scanning the workpiece with a miscut signal;
3 shows a further exemplary signal profile of a laser beam signal evaluated in the control device for scanning the workpiece with a miscut signal similar to FIG 2 with another workpiece.

1 zeigt einen beispielhaften, vereinfachten und schematischen Aufbau einer Laserschneidmaschine 1 zum trennenden Bearbeiten eines plattenförmigen Werkstücks 2, etwa ein rechteckiges Blech. Die Laserschneidmaschine 1 weist eine Laserquelle 3 auf, die einen Schneidstrahl in Form eines Laserstrahls 16 erzeugt, mit einer eingezeichneten Laserstrahlachse 17. Der Schneidstrahl ist hierbei als Laserstrahl 16 mit hoher Leistung bezeichnet. Die hohe Leistung liegt gewöhnlich im Bereich von mehreren Kilowatt. Der Laserstrahl 16 mit hoher Leistung oder Schneidstrahl wird über eine Auskoppeloptik 5 aus der Laserquelle 3 über ein Laserlichtkabel 34, ein Filter 30, ein optisches Element 12 und einen Umlenkspiegel 9 einem Laser-Bearbeitungskopf 33 zugeführt. Der von dem Laser-Bearbeitungskopf 33 auf eine Oberseite des Werkstücks 2 ausgerichtete Laserstrahl 16 wird mit Hilfe einer Fokussiereinrichtung 4, die im gezeigten Beispiel in Form einer Fokussierlinse ausgebildet ist, auf eine Bearbeitungsstelle an dem Werkstück 2 geführt. Der in 1 gezeigte Aufbau ist rein beispielhaft und kann in einer Vielzahl von Varianten ausgeführt werden. Wie ersichtlich in 1 erzeugt der Laserstrahl 16 mit hoher Leistung, welcher durch eine Schneidgas-Düse 6 dem Werkstück 2 zugeführt wird, eine gerade Schneidlinie 14 am Werkstück 2. Als Beispiele der Komponenten besteht die Fokussierlinse aus Zinkselenid, der Laserstrahl 16 ist ein CO₂-Laserstrahl, welcher von der Laserquelle 3 erzeugt wird, die eine CO₂-Laserquelle ist. Eine weitere Ausführung ist ein Festkörperlaser mit entsprechender Laserquelle 3. Der Laser-Bearbeitungskopf 33 umfasst einen Spiegel 7, die Fokussiereinrichtung 4 und die Schneidgas-Düse 6. Im vorliegenden Beispiel ist der Spiegel 7 teildurchlässig ausgebildet und transmittiert den einfallenden Laserstrahl 16. 1 shows an exemplary, simplified and schematic structure of a laser cutting machine 1 for the separating processing of a plate-shaped workpiece 2, such as a rectangular sheet metal. The laser cutting machine 1 has a laser source 3, which generates a cutting beam in the form of a laser beam 16, with a laser beam axis 17 drawn in. The cutting beam is referred to here as a laser beam 16 with high power. The high power is usually in the range of several kilowatts. The high-power laser beam 16 or cutting beam is fed to a laser processing head 33 via a decoupling optics 5 from the laser source 3 via a laser light cable 34 , a filter 30 , an optical element 12 and a deflection mirror 9 . The laser beam 16 aligned by the laser processing head 33 onto an upper side of the workpiece 2 is guided onto a processing point on the workpiece 2 with the aid of a focusing device 4, which is in the form of a focusing lens in the example shown. the inside 1 The structure shown is purely an example and can be implemented in a large number of variants. As can be seen in 1 For example, the high-power laser beam 16 supplied to the workpiece 2 through a cutting gas nozzle 6 produces a straight cutting line 14 on the workpiece 2. As examples of the components, the focusing lens is made of zinc selenide, the laser beam 16 is a CO ₂ laser beam, which is generated by the laser source 3, which is a CO ₂ laser source. Another embodiment is a solid-state laser with a corresponding laser source 3. The laser processing head 33 comprises a mirror 7, the focusing device 4 and the cutting gas nozzle 6. In the present example, the mirror 7 is designed to be partially transparent and transmits the incident laser beam 16.

Eine Steuerungseinrichtung 15 steht mit dem Laserquelle 3 sowie mit weiteren Komponenten der Lasermaschine 1, insbesondere dem Laser-Bearbeitungskopf 33, in signaltechnischer Verbindung, um diese anzusteuern und Daten zu empfangen. Die Steuerungseinrichtung 15 umfasst geeignete Prozessoren und Software zum Steuern der Laserquelle 3 und den Laser-Bearbeitungskopf 33 sowie zum Auswerten von Signalen von einem Detektor 11.A control device 15 has a signal connection with the laser source 3 and with other components of the laser machine 1, in particular the laser processing head 33, in order to control them and receive data. The control device 15 includes suitable processors and software for controlling the laser source 3 and the laser processing head 33 and for evaluating signals from a detector 11.

In einem Verfahrensschritt erzeugt die Laserquelle 3 den Laserstrahl 16 mit hoher Leistung im Bereich von mehreren Kilowatt, welcher über das Laserlichtkabel 34 dem Laser-Bearbeitungskopf 33 zugeführt wird. Der Laser-Bearbeitungskopf 33 ist entweder stationär oder beweglich ausgeführt. Der Laserstrahl 16 tritt aus dem Laser-Bearbeitungskopf 33 aus und schneidet das Werkstück 2 nahe beim Laser-Bearbeitungskopf 33. Gewöhnlich wird das Werkstück 2 unter dem Laser-Bearbeitungskopf 33 transportiert. Der Laserstrahl 16 schneidet das Werkstück 2, wobei ein Teil des Werkstücks 2 von diesem abfällt, das Abfallteil. In diesem Fall liegt ein korrekter Schnitt oder Gutschnitt vor. Das Abfallteil wird gewöhnlich einem Behälter zugeführt.In one method step, the laser source 3 generates the laser beam 16 with high power in the range of several kilowatts, which is fed to the laser processing head 33 via the laser light cable 34 . The laser processing head 33 is either stationary or movable. The laser beam 16 emerges from the laser processing head 33 and cuts the workpiece 2 near the laser processing head 33. Usually, the workpiece 2 is transported under the laser processing head 33. FIG. The laser beam 16 cuts the workpiece 2 with a part of the workpiece 2 falling off therefrom, the waste part. In this case, there is a correct cut or good cut. The waste part is usually fed to a container.

Nach dem Beenden des Schneidens des Werkstücks 2 wie beschrieben, schaltet die Steuerungseinrichtung 15 die Laserquelle 3 in einen Betriebszustand, in welchem die Laserquelle 3 einen Laserstrahl 16 von niedriger Leistung oder niedriger mittlerer Leistung erzeugt, einen Scanstrahl. Dieser Laserstrahl 16 von niedriger Leistung kann gepulst ausgebildet sein. Alternativ wird der Laserstrahl 16 von niedriger Leistung als zeitlich konstante Welle, auch continuous wave, ausgebildet. Die Steuerungseinrichtung 15 sendet dann ein Signal an die Laserquelle 3, welches die Laserquelle 3 von der hohen Leistung im Bereich von mehreren Kilowatt zu einer niedrigen Leistung oder niedriger mittlerer Leistung im Bereich von einigen Watt bis einigen hundert Watt einstellt. Mit anderen Worten wird die Laserquelle 3 derart eingestellt, dass die Laserschneidmaschine 1 vom Vorgang des Schneidens zum Vorgang des Scannens wechselt. Der Laserstrahl 16 von niedriger Leistung gelangt auf derselben Strecke zum Werkstück 2 wie der Laserstrahl 16 von hoher Leistung und scannt oder überstreicht die vorher vom Schneidstrahl erzeugte Schneidlinie 14 an Positionen, die bereits vom Laserstrahl 16 mit hoher Leistung bearbeitet sind. Der Laserstrahl 16 von niedriger Leistung scannt entlang der Schneidlinie 14 oder Schneidspalt am Werkstück 2, gesteuert von der Steuerungseinrichtung 15. In der Steuerungseinrichtung 15 ist zu diesem Zweck ein Scanmuster gespeichert, welches die Auslenkung des Laserstrahls 16 von niedriger Leistung bestimmt. Das Scanmuster entspricht dem Schneidmuster, welches die Auslenkung des Schneidstrahls oder Laserstrahls 16 mit hoher Leistung bestimmt. Beim Auftreffen des Scanstrahls an das Werkstück 2 im Bereich der Schneidlinie 14 entsteht Prozesslicht und Wärmestrahlung als Wechselwirkung zwischen dem Laserstrahl 16 von niedriger Leistung und dem Werkstück 2. Zudem wird der Scanstrahl von der Oberfläche des Werkstücks 2 reflektiert. Prozesslicht, Wärmestrahlung und der reflektierte Scanstrahl können unabhängig voneinander detektiert werden. Im Beispiel nach 1 durchläuft das Prozesslicht oder die Prozessstrahlung vom Werkstück 2 ausgehend die umgekehrte Strecke zur Laserquelle 3. Das Prozesslicht ist in 1 als detektierte Strahlung 13 eingezeichnet. Demnach durchläuft das Prozesslicht den Laser-Bearbeitungskopf 33 mit dem Spiegel 7, welcher aus dieser Richtung teildurchlässig für die Wellenlängen des Prozesslichts ist, passiert den Umlenkspiegel 9, das optische Element 12, den Filter 30 und das Laserlichtkabel 34. Der Spiegel 7 kann alternativ auch an einer anderen Position entlang des Strahlenwegs der Laserstrahlung 16 angeordnet sein. Der Filter 30 filtert unerwünschte Strahlungsanteile oder Wellenlängenanteile aus dem Prozesslicht. Bei einer alternativen Ausführung wird der Laserstrahl 16 ohne Umlenkungen zum Werkstück 2 geleitet, es entfallen der Spiegel 7, der Umlenkspiegel 9 und der Filter 30. Das Prozesslicht erreicht den Detektor 11, welcher in oder bei der Laserquelle 3 angeordnet ist, und wird vom Detektor 11 erfasst. Der Detektor 11 umfasst eine Photodiode, welche für die Wellenlängen des Prozesslichts ausgebildet ist. Die vom Detektor 11 erfassten Daten, als Scandaten bezeichnet, werden in der Steuerungseinrichtung 15 ausgewertet. Alternativ kann die Photodiode ausgebildet sein zum Erfassen des vom Werkstück 2 reflektierten Laserstrahls 16 von niedriger Leistung. Der reflektierte Laserstrahl 16 gelangt bei dieser Alternative ähnlich wie das Prozesslicht zum Detektor 11. Zum Erfassen des Prozesslichts kann alternativ der Detektor 11 als Kamera ausgebildet sein. Bei einer weiteren Alternative ist der Detektor 11 dazu ausgebildet, Wärmestrahlung zu erfassen. Der Detektor 11 ist zu diesem Zweck beispielsweise als Wärmebildkamera ausgeführt.After completing the cutting of the workpiece 2 as described, the controller 15 switches the laser source 3 to an operating state in which the laser source 3 generates a laser beam 16 of low power or low average power, a scanning beam. This low-power laser beam 16 may be pulsed. Alternatively, the low-power laser beam 16 is formed as a time-constant wave, also known as a continuous wave. The control device 15 then sends a signal to the laser source 3, which adjusts the laser source 3 from the high power in the range of several kilowatts to a low power or low average power in the range of a few watts to a few hundred watts. In other words, the laser source 3 is adjusted in such a way that the laser cutting machine 1 changes from the cutting process to the scanning process. The Low power laser beam 16 travels the same path to workpiece 2 as high power laser beam 16 and scans or sweeps across cutting line 14 previously created by the cutting beam at positions already machined by high power laser beam 16 . The low-power laser beam 16 scans along the cutting line 14 or cutting gap on the workpiece 2, controlled by the control device 15. For this purpose, a scan pattern is stored in the control device 15, which determines the deflection of the low-power laser beam 16. The scanning pattern corresponds to the cutting pattern, which determines the deflection of the cutting beam or laser beam 16 with high power. When the scanning beam strikes the workpiece 2 in the area of the cutting line 14, process light and thermal radiation are produced as interaction between the low-power laser beam 16 and the workpiece 2. The scanning beam is also reflected by the surface of the workpiece 2. Process light, thermal radiation and the reflected scanning beam can be detected independently of one another. In the example after 1 the process light or the process radiation, starting from the workpiece 2, passes through the reverse path to the laser source 3. The process light is in 1 drawn in as detected radiation 13 . Accordingly, the process light passes through the laser processing head 33 with the mirror 7, which is partially transparent to the wavelengths of the process light from this direction, passes the deflection mirror 9, the optical element 12, the filter 30 and the laser light cable 34. The mirror 7 can alternatively also be arranged at a different position along the beam path of the laser radiation 16 . The filter 30 filters undesired radiation components or wavelength components from the process light. In an alternative embodiment, the laser beam 16 is guided to the workpiece 2 without deflections, the mirror 7, the deflection mirror 9 and the filter 30 are omitted. The process light reaches the detector 11, which is arranged in or near the laser source 3, and is 11 recorded. The detector 11 includes a photodiode, which is designed for the wavelengths of the process light. The data recorded by the detector 11, referred to as scan data, are evaluated in the control device 15. Alternatively, the photodiode can be designed to detect the low-power laser beam 16 reflected by the workpiece 2 . In this alternative, the reflected laser beam 16 reaches the detector 11 in a manner similar to the process light. Alternatively, the detector 11 can be embodied as a camera for detecting the process light. In a further alternative, the detector 11 is designed to detect thermal radiation. For this purpose, the detector 11 is designed, for example, as a thermal imaging camera.

Die verbundene Steuerungseinrichtung 15 erkennt den Zustand eines Gutschnitts. In diesem Fall wird ein nächster Schneidvorgang entsprechend der Prozesssoftware in der Steuerungseinrichtung 15 gestartet, entweder am vorliegenden Werkstück 2 oder an einem nächsten Werkstück 2.The connected control device 15 recognizes the status of a good cut. In this case, a next cutting process is started according to the process software in the control device 15, either on the present workpiece 2 or on a next workpiece 2.

In dem Fall, dass ein Werkstück 2 nicht vollständig durchschnitten wird, wobei an einer oder mehreren Positionen am Werkstück 2 kein Durchbruch des Materials erfolgt, wird entsprechend viel Prozesslicht vom Detektor 11 erfasst. Ein Durchbruch ist definiert als vollständiges Durchschneiden des Werkstücks 2 von der Oberseite zu einer Unterseite des Werkstücks 2. Der Detektor 11 sendet Signale an die Steuerungseinrichtung 15, welche in diesem Fall einen nicht erwünschten Fehlschnitt erkennt.In the event that a workpiece 2 is not completely cut through, with no breakthrough of the material occurring at one or more positions on the workpiece 2 , a corresponding amount of process light is detected by the detector 11 . A breakthrough is defined as a complete cutting through of the workpiece 2 from the top to an underside of the workpiece 2. The detector 11 sends signals to the control device 15, which in this case detects an undesired incorrect cut.

Der Detektor 11 überträgt Signale 21 an die Steuerungseinrichtung 15 bezüglich der gescannten Schneidlinie 14, welche unterschiedliche Intensitäten abhängig von der Oberfläche der Schneidlinie 14 aufweisen. An Positionen der Schneidlinie 14, an denen ein Fehlschnitt vorliegt, steigt die Intensität im vom Detektor 11 übertragenen Signal 21 an. Auf diese Weise wird eine oder mehrere Positionen am Werkstück 2 festgestellt oder bestimmt, an denen der Durchbruch am Werkstück 2 nicht erfolgt ist und an denen ein Fehlschnitt vorliegt.The detector 11 transmits signals 21 to the control device 15 regarding the scanned cutting line 14, which have different intensities depending on the surface of the cutting line 14. At positions of the cutting line 14 where there is a miscut, the intensity in the signal 21 transmitted by the detector 11 increases. In this way, one or more positions on the workpiece 2 are ascertained or determined at which the breakthrough on the workpiece 2 has not taken place and at which there is a faulty cut.

Nachdem der Scanstrahl die Schneidlinie 14 vollständig oder teilweise derart gescannt oder überstrichen hat und die Position oder die Positionen festgestellt sind, steuert die Steuerungseinrichtung 15 die Laserquelle 3 an, welche daraufhin einen Laserstrahl 16 mit hoher Leistung erzeugt, welcher zum Schneiden des Werkstücks 2 geeignet ist. Die Steuerungseinrichtung 15 steuert den Laser-Bearbeitungskopf 33 derart an, dass der Laser-Bearbeitungskopf 33 zu der Position des Fehlschnitts gerichtet ist. Wenn der Laser-Bearbeitungskopf 33 zu der Position ausgerichtet ist, wird der Laserstrahl 16 mit hoher Leistung gezündet und trifft an der betreffenden Position am Werkstück 2 auf. Hierbei wird das Werkstück 2 gezielt an der Position geschnitten, an welcher nach dem vorstehend beschriebenen ersten Schneidvorgang der Fehlschnitt auftritt. Der Begriff Position umfasst in diesem Dokument einen beliebigen Bereich an der Schneidlinie 14, beispielsweise einen kurzen Abschnitt einer Ausdehnung in der Grössenordnung von Millimetern. Nach dem Schneiden an der Position wird der Laserstrahl 16 von hoher Leistung abgeschaltet. Wenn der Fehlschnitt an einer Position auftritt und bestimmt ist, wird durch den Schneidvorgang ein Abfallteil erzeugt, welches einem Abfallbehälter zugeführt wird. Wenn dagegen weitere Fehlschnitte an anderen Positionen festgestellt sind, wird der Laser-Bearbeitungskopf 33 entsprechend auf diese Positionen ausgerichtet und der Laserstrahl 16 von hoher Leistung wird erneut gestartet oder gezündet, um das Werkstück 2 auch an den anderen Positionen freizuschneiden. Das Ergebnis ist ein an der Schneidlinie 14 oder an den Schneidlinien 14 vollständig freigeschnittenes Werkstück 2, welches wenigstens ein Abfallteil vom Werkstück 2 aufweist, wobei aus dem ursprünglichen einen Werkstück 2 entsprechend wenigstens zwei Teile erzeugt sind. Das Ergebnis, welches das Laserschneidverfahren und die Laserschneidmaschine 1 liefern, ist im Gegensatz zu einem erneuten vollständigen Schneiden erheblich verbessert. Die Schneidkanten, die Werkstückbereiche, an welchen der Laserstrahl 16 mit hoher Energie in das Werkstück 2 einschneidet, weisen wesentlich ebenere Oberflächen auf sowie keine erkennbaren Verfärbungen. Beeinträchtigungen des Schneidergebnisses treten allenfalls an den festgestellten Positionen am Werkstück 2, an welchen erneut geschnitten wird, auf, jedoch weniger an den übrigen Positionen.After the scanning beam has completely or partially scanned or swept the cutting line 14 and the position or positions have been determined, the control device 15 controls the laser source 3, which then generates a high-power laser beam 16, which is suitable for cutting the workpiece 2 . The control device 15 controls the laser processing head 33 in such a way that the laser processing head 33 is directed to the position of the incorrect cut. When the laser processing head 33 is aligned to the position, the laser beam 16 is ignited with high power and impinges on the workpiece 2 at the relevant position. In this case, the workpiece 2 is cut specifically at the position at which the incorrect cut occurs after the first cutting process described above. The term position in this document includes any area on the cutting line 14, for example a short section of an extent in the order of millimeters. After cutting in place, the high power laser beam 16 is turned off. When the miscut occurs at a position and is determined, a waste part is produced by the cutting process and is fed to a waste container. If, on the other hand, further incorrect cuts are found at other positions, the laser processing head 33 is aligned with these positions accordingly and the high-power laser beam 16 is restarted or ignited again to cut the workpiece 2 free at the other positions as well. The result is a workpiece 2 completely cut free at the cutting line 14 or at the cutting lines 14, which has at least one waste part from the workpiece 2, at least two parts being produced from the original one workpiece 2 accordingly. The result, which the laser cutting method and the laser cutting machine 1 deliver, is significantly improved in contrast to complete cutting again. The cutting edges, the workpiece areas where the laser beam 16 cuts into the workpiece 2 with high energy, have significantly smoother surfaces and no discernible discoloration. Impairments of the cutting result occur at most at the determined positions on the workpiece 2 at which cutting is performed again, but less so at the other positions.

Zu erwähnen ist, dass für das vorstehend beschriebene Laserschneidverfahren und die Laserschneidmaschine 1 alternativ auch ein Scannen der Schneidlinie 14 während des Schneidvorgangs vorgesehen sein kann. Hierzu ist eine weitere Laserquelle bereitgestellt, welche den Scanstrahl unabhängig von der beschriebenen Laserquelle 3 erzeugt. Diese alternative Lösung eines in-process Scans der Schneidlinie 14 ist schneller, allerdings weniger kompakt in der Bauform.It should be mentioned that for the laser cutting method and the laser cutting machine 1 described above, scanning of the cutting line 14 during the cutting process can also be provided as an alternative. A further laser source is provided for this purpose, which generates the scanning beam independently of the laser source 3 described. This alternative solution of an in-process scan of the cutting line 14 is faster, but less compact in design.

2 zeigt einen beispielhaften Signalverlauf eines Signals 21, welches von der Steuerungseinrichtung 15 empfangen und ausgewertet wird. Das Signal 21 wird wie vorstehend beschrieben vom Laserstrahl 16 mit niedriger Leistung erzeugt, welcher die Schneidlinie 14 oder Schneidspalt am Werkstück 2 scannt. Der von der Schneidlinie 14 reflektierte Laserstrahl 16 von niedriger Leistung oder Scanstrahl wird vom Detektor 11 empfangen und das entsprechende Signal 21 wird an die Steuerungseinrichtung 15 übertragen. Der dreidimensional dargestellte Signalverlauf des Signals 21 ist in der Grundebene in Richtung der x-Achse und der y-Achse in mm eingezeichnet entsprechend der vom Scanstrahl überstrichenen Längen am Werkstück 2 und in Richtung der z-Achse ist die Intensität des Signals 21 eingezeichnet. Das Signal 21 in 2 ist entlang einer quadratischen Schneidlinie 14 entlang des Werkstücks 2 aufgezeichnet. Deutlich erkennbar im vorderen Bereich der x-Achse zwischen etwa 1090mm und 1095mm ist eine starke Erhöhung der Intensität des Signals 21, während die Intensität des Signals 21 in den übrigen Bereichen nahe bei Null liegt. Im stark erhöhten Bereich wird ein Schwellenwert einer Intensität überschritten, wobei die Steuerungseinrichtung 15 erkennt, dass ein Fehlschnittsignal 19 und folglich ein Fehlschnitt an dieser Position vorliegt. An der Position des Fehlschnitts hat das Prozesslicht aus der Wechselwirkung zwischen dem Laserstrahl 16 von niedriger Leistung und dem Werkstück 2 an der Schneidlinie 14 eine höhere Intensität. Das Fehlschnittsignal 19 ist Teil des Signals 21, welches einen festgelegten Schwellenwert überschreitet. Nach dem Erkennen oder Feststellen der Position des festgestellten Fehlschnitts mittels des Fehlschnittsignals 19 wird die Laserschneidmaschine 1 wie vorstehend beschrieben betrieben. 2 shows an exemplary signal curve of a signal 21, which is received and evaluated by the control device 15. The signal 21 is generated by the low power laser beam 16 scanning the cutting line 14 or kerf on the workpiece 2 as described above. The low power laser beam 16 or scanning beam reflected from the cutting line 14 is received by the detector 11 and the corresponding signal 21 is transmitted to the control device 15 . The three-dimensional signal curve of the signal 21 is shown in the basic plane in the direction of the x-axis and the y-axis in mm according to the lengths swept by the scanning beam on the workpiece 2 and in the direction of the z-axis the intensity of the signal 21 is shown. The signal 21 in 2 is drawn along the workpiece 2 along a square cutting line 14 . A strong increase in the intensity of the signal 21 can be clearly seen in the front area of the x-axis between approximately 1090 mm and 1095 mm, while the intensity of the signal 21 is close to zero in the other areas. A threshold value of an intensity is exceeded in the greatly increased area, with the control device 15 recognizing that there is a miscut signal 19 and consequently a miscut at this position. At the position of the miscut, the process light from the interaction between the low-power laser beam 16 and the workpiece 2 at the cutting line 14 has a higher intensity. The miscut signal 19 is part of the signal 21 which exceeds a specified threshold value. After the detection or determination of the position of the detected miscut by means of the miscut signal 19, the laser cutting machine 1 is operated as described above.

3 zeigt einen weiteren beispielhaften Signalverlauf eines in der Steuerungseinrichtung 15 ausgewerteten Signals 21 des Laserstrahls 16 von niedriger Leistung zum Scannen des Werkstücks 2 ähnlich zu 2. Hierbei ist der Schneidvorgang bei einem anderen Werkstück 2 eines anderen Materials angewendet. Das Signal 21 folgt in der Grundebene einem quadratischen Verlauf des Laserstrahls 16 von niedriger Leistung oder Scanstrahl. Das Signal 21 verläuft in 3 in den meisten Bereichen nahe bei einer Nulllinie der Intensität des Signals 21. In einem Bereich des Signalverlaufs bei der rechten Seite von 3 steigt die Intensität des Signals 21 stark an, wobei ein Schwellenwert überschritten wird. In diesem Fall liegt ein Fehlschnittsignal 19 vor. Die Position des Fehlschnittsignals 19 bezeichnet die Position des Fehlschnitts am Werkstück 2, welche wie vorstehend beschrieben angesteuert und von der Laserschneidmaschine 1 erneut geschnitten wird. 3 FIG. 1 shows a further exemplary signal profile of a signal 21 of the low-power laser beam 16 evaluated in the control device 15 for scanning the workpiece 2, similar to FIG 2 . Here, the cutting process is applied to a different workpiece 2 of a different material. The signal 21 follows a quadratic path of the low power laser beam 16 or scanning beam in the ground plane. The signal 21 runs in 3 in most areas near a baseline of the intensity of the signal 21. In an area of the waveform at the right side of 3 the intensity of the signal 21 rises sharply, exceeding a threshold value. In this case, a miscut signal 19 is present. The position of the incorrect cut signal 19 designates the position of the incorrect cut on the workpiece 2, which is controlled as described above and cut again by the laser cutting machine 1.

BezugszeichenlisteReference List

11: Laserschneidmaschinelaser cutting machine
22: Werkstückworkpiece
33: Laserquellelaser source
44: Fokussiereinrichtungfocusing device
55: Auskoppeloptikdecoupling optics
66: Schneidgas-Düsecutting gas nozzle
77: SpiegelMirror
99: Umlenkspiegeldeflection mirror
1111: Detektordetector
1212: optisches Elementoptical element
1313: detektierte Strahlungdetected radiation
1414: Schneidliniecutting line
1515: Steuerungseinrichtungcontrol device
1616: Laserstrahllaser beam
1717: Laserstrahlachselaser beam axis
1919: Fehlschnittsignalmiscut signal
2121: Signalsignal
3030: Filterfilter
3333: Laser-BearbeitungskopfLaser processing head
3434: Laserlichtkabellaser light cable

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102010039525 A1 [0002]

Claims

Laser cutting process with the following process steps - Cutting a workpiece (2) with a laser beam (16) with high power along a cutting line (14); - Detecting a wrong cut or correct cut of the workpiece (2); - Scanning the cutting line (14) on the workpiece (2) with a laser beam (16) with low power; - Evaluation of the scan data and determination of the position of the determined miscut in a control device (15); and - Cutting the workpiece (2) with the laser beam (16) with high power at the determined position.

laser cutting process claim 1 , characterized by the method step - determining the correct cut or the wrong cut by means of a laser beam (16) of low power and an associated detector (11) for detecting detected radiation (8).

laser cutting process claim 1 or 2 , characterized by the method step - switching the power of the laser beam (16) by the control device (15) between the high power for cutting the workpiece (2) and the low power for scanning the cutting line (14) on the workpiece (2).

laser cutting process claim 2 or 3 , characterized by the method step - running the detector (11) as a photodiode in the detector (11).

laser cutting process claim 2 or 3 , characterized by the method step - running the detector (11) as a camera.

Laser cutting method according to one of the preceding claims, characterized by the method step - capturing the detected radiation (8) as process light and/or heat radiation, which arise during the interaction between the low-power laser beam (16) and the workpiece (2).

Laser cutting method according to one of the preceding claims, characterized by the method step - recording the detected radiation (8) as reflected radiation of the laser beam (16) of low power.

Laser cutting machine (1) for cutting a workpiece (2) along a cutting line (14) with at least one laser source (3) for generating a laser beam (16) with high power and at least one detector (11) for determining a correct cut or a wrong cut Workpiece (2), characterized in that the laser source (3) is designed to scan the cutting line (14) with a low-power laser beam (16) when a faulty cut is detected by the detector (11) in order to determine the position of the faulty cut and cutting the workpiece (2) at the detected position with the high-power laser beam (16).

Laser cutting machine (1) according to claim 8 , characterized in that the detector (11) comprises a photodiode.

Laser cutting machine (1) according to claim 8 , characterized in that the detector (11) is designed as a camera.

Laser cutting machine (1) according to one of Claims 8 - 10 , characterized by a control device (15) for evaluating signals from the detector (11) and for adjusting the power of the laser source (3) to a high power for cutting and a low power for scanning.

Laser cutting machine (1) according to one of Claims 8 - 11 , characterized in that the low power laser beam (16) consists of at least one pulsed laser beam (16).

Computer program product in a control device (15) for executing the method according to one of Claims 1 - 7 .