DE19750156A1

DE19750156A1 - Numerical control of a machine tool with variable radiation power

Info

Publication number: DE19750156A1
Application number: DE19750156A
Authority: DE
Inventors: Arne Quitzow
Original assignee: K H ARNOLD MASCHINENFABRIK GMB
Current assignee: K H ARNOLD MASCHINENFABRIK GMB
Priority date: 1997-11-12
Filing date: 1997-11-12
Publication date: 1999-05-20

Abstract

The radiation power is controlled as an fictitious interpolation axis dependent on the position of the beam on a predetermined path. The machine tool is provided with a radiation source of variable power and a numerical control system capable of controlling the radiation power of this source dependent on the position of the beam on a predetermined path.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur numerischen Steuerung einer mit variabler Strahlleistung arbeitenden Werkzeugmaschine zur Strahlbearbeitung, insbesondere zum Laserstrahlschweißen, von Werkstücken, und betrifft weiterhin eine entsprechende numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine.The invention relates to a method for numerical Control of a variable beam power Machine tool for beam processing, in particular for Laser beam welding, of workpieces, and continues to affect a corresponding numerically controlled machine tool.

Bei derartigen Verfahren bzw. Werkzeugmaschinen gibt es bislang beim Laserstrahlschweißen im wesentlichen zwei Vorgehensweisen, nämlich Laserstrahlschweißen mit konstanter Laserleistung (Laserausgangsleistung) und variabler Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine, oder aber mit variabler Laserstrahlleistung und variabler Vorschubgeschwindigkeit, wobei im letztgenannten Fall die Laserstrahlleistung zeitabhängig gesteuert wird, durch ein von einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) ausgegebenes Signal.With such methods or machine tools there are so far essentially two in laser beam welding Procedures, namely laser beam welding with constant Laser power (laser output power) and more variable Feed speed of the machine tool, or with variable laser beam power and variable Feed rate, in the latter case the Laser beam power is controlled by a time-dependent from a programmable logic controller (PLC) output signal.

Bei derartigen Vorgehensweisen ist eine Schweißnaht hoher Güte nur mit sehr hohem Optimierungsaufwand erzielbar, da die Laserstrahlleistung zeitabhängig gesteuert wird, der Vorschub des Laserstrahls als Werkzeug jedoch bahnabhängig.With such procedures, a weld seam is higher Quality can only be achieved with a great deal of optimization, since the Laser beam power is controlled time-dependent, the feed of the laser beam as a tool depends on the path.

Wenn ein Werkstück mit an sich konstanter Laserleistung geschweißt wird, so ist es bereits bekannt, mit einem verringerten Wert der Laserleistung zu beginnen, und dann die Laserleistung auf einen bestimmten Maximalwert zu steigern, um den eigentlichen Schweißvorgang durch zuführen, wobei gegen Ende des Schweißvorgangs, also wenn das Ende der herzustellenden Schweißnaht erreicht wird, die Laserleistung wieder reduziert wird. Die Reduzierung der Laserleistung kann in Form einer Rampe erfolgen, und dient da zu, am Ende der Schweißnaht einen sogenannten Endkrater zu vermeiden, der bei einer abrupten (von 100 auf 0%) Absenkung der Laserleistung auftreten kann. Eine andere Vorgehensweise zur Vermeidung eines Endkraters besteht darin, gegen Ende des Schweißvorgangs die Vorschubgeschwindigkeit zu erhöhen.If a workpiece with a constant laser power is welded, it is already known, with a reduced value of laser power to begin with, and then the Increase laser power to a certain maximum value, to carry out the actual welding process, whereby against End of the welding process, i.e. when the end of the weld seam to be produced, the laser power is reduced again. The reduction in laser power can in the form of a ramp, and serves there, at the end of the Weld to avoid a so-called end crater, which at an abrupt (from 100 to 0%) reduction in laser power can occur. Another way to avoid of an end crater is towards the end of the Welding process to increase the feed rate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung für numerisch gesteuerte Strahlbearbeitung, z. B. Laserstrahlbearbeitung, zur Verfügung zu stellen, bei welchen eine bessere Abstimmung der Laserleistung und der Bahn erzielt wird.The invention has for its object a method and a corresponding device for numerically controlled Beam processing, e.g. B. laser beam processing available to ask, in which a better coordination of the Laser power and the web is achieved.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bislang aufgrund der mit unterschiedlichen Zeitverzögerungen erfolgenden Verarbeitung von Signalen aus einem NC-Programm und entsprechender zeitabhängigen Steuerung der Strahlleistung und der positions- oder bahnabhängigen Steuerung des Werkzeugmaschinenvorschubs keine zufriedenstellende Synchronisation zwischen der Strahlleistung und dem Werkzeugmaschinenvorschub vorhanden war. The invention is based on the finding that so far due to having different time delays processing of signals from an NC program and corresponding time-dependent control of the Beam power and the position or path dependent Control of the machine tool feed none satisfactory synchronization between the Beam power and the machine tool feed available was.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. eine Werkzeugmaschine gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object is achieved by a method according to claim 1 or a machine tool according to claim 11 solved. Advantageous embodiments of the invention are in the dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur numerischen Steuerung einer mit variabler Strahlleistung arbeitenden Werkzeugmaschine zur Strahlbearbeitung, insbesondere zum Laserstrahlschweißen, von Werkstücken wird die Strahlleistung in Abhängigkeit von der Position auf einer vorgegebenen Bahn des Strahls gesteuert.In the inventive method for numerical control one working with variable beam power Machine tool for beam processing, in particular for Laser beam welding, of workpieces is the beam power depending on the position on a given path controlled by the beam.

Entsprechend wird bei der erfindungsgemäßen, numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine zur Strahlbearbeitung von Werkstücken, welche eine numerische Steuerung und eine Strahlquelle mit variabler Leistung aufweist, eine derart ausgebildete numerische Steuerung eingesetzt, welche die Leistung des Strahls in Abhängigkeit von der Position des Strahls auf einer vorgegebenen Bahn steuert.Correspondingly, in the case of the invention, it becomes numerical Controlled machine tool for blasting machining Workpieces that have a numerical control and a Has variable power beam source, such trained numerical control, which the Power of the beam depending on the position of the Beams controls on a predetermined path.

Gemäß der Erfindung wird daher von der bislang eingesetzten, von sich ändernden Zeiten abhängigen Steuerung der Strahlleistung abgewichen und die Strahlleistung ortsabhängig, mit anderen Worten positions- oder bahnabhängig gesteuert. Hierdurch läßt sich eine erheblich bessere Synchronisation mit dem ohnehin ortsabhängig arbeitenden Vorschub der Werkzeugmaschine erreichen und daher eine erheblich bessere Qualität der Strahlbearbeitung.According to the invention, the previously used, control of the. dependent on changing times Beam power deviated and the beam power location-dependent, in other words position-dependent or rail-dependent controlled. This allows a much better one Synchronization with the location-dependent one Achieve feed of the machine tool and therefore a considerably better quality of beam processing.

Die vorliegende Erfindung ist bei einer Vielzahl verschiedener Laserstrahlbearbeitungen einsetzbar, insbesondere beim Laserstrahlschweißen, aber auch beim Härten, Umschmelzen, Legieren von Werkstücken mittels Laserstrahlung.The present invention is in a variety different laser beam processing can be used, especially with laser beam welding, but also with Hardening, remelting, alloying of workpieces by means of Laser radiation.

Darüber hinaus läßt sich die Erfindung ebenso gut einsetzen, wenn statt einer Bearbeitung mit einem Laserstrahl eine Bearbeitung mit einem Elektronenstrahl vorgenommen wird.In addition, the invention can be used just as well, if instead of processing with a laser beam Processing is carried out with an electron beam.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus denen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigtThe invention is illustrated below with reference to drawings illustrated embodiments explained, from which further advantages and features emerge. It shows

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer CNC-Werkzeugmaschine mit Laserstrahlquelle gemäß der vorliegenden Erfindung; Figure 1 is a schematic block diagram of a CNC machine tool with a laser beam source according to the present invention.

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild einer CNC-Werkzeugmaschine mit Laserstrahlquelle nach dem Stand der Technik; und Figure 2 is a schematic block diagram of a CNC machine tool with a laser beam source according to the prior art. and

Fig. 3 eine Gegenüberstellung eines Geschwindigkeits/Zeitdiagramms zur Vorschubsteuerung einer Werkzeugmaschine und eines Leistungs/Zeitdiagramms zur Leistungssteuerung eines Laserstrahls gemäß der Erfindung. Fig. 3 is a comparison of a speed / time diagram for the feed control of a machine tool and a power / time chart for power control of a laser beam according to the invention.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung aufgrund des Laserstrahlschweißens von Werkstücken erläutert, worauf die Erfindung - wie voranstehend bereits ausgeführt - allerdings nicht beschränkt ist, sondern insbesondere auch statt eines Laserstrahls ein Elektronenstrahl zur Bearbeitung von Werkstücken eingesetzt werden kann, und sowohl mit Laserstrahl als auch mit Elektronenstrahl nicht nur geschweißt werden kann, sondern beispielsweise Werkstücke gehärtet, umgeschmolzen, legiert, usw. werden können.The present invention is hereinafter based on the Laser beam welding of workpieces explains what the Invention - as already stated above - however is not limited, but in particular instead of one Laser beam is an electron beam for machining Workpieces can be used, and both with Laser beam as well as with electron beam not only can be welded, but for example workpieces can be hardened, remelted, alloyed, etc.

Allgemein wird bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, die heutzutage häufig eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS; im englischsprachigen Sprachraum einen PLC (Programmable Logic Controller)) aufweisen, üblicherweise aus Steuerdaten bei der numerischen Steuerung eine Verarbeitung zu Lagesollwerten für die einzelnen Achsen durchgeführt; diese Umwandlung der Steuerdaten in Lagesollwerte wird üblicherweise als Interpolation bezeichnet, bei welcher die Lagesollwerte in Form einer fein abgestuften Weg-Zeit-Funktion erzeugt werden.In general, with numerically controlled machine tools, which is nowadays a programmable logic controller (PLC; a PLC in the English-speaking world (Programmable Logic Controller)), usually from Control data in numerical control processing carried out for position setpoints for the individual axes; this conversion of the tax data into position setpoints commonly referred to as interpolation, in which the Position setpoints in the form of a finely graduated travel-time function be generated.

Die Lagesollwerte jeder Achse werden mit dem jeweiligen Lageistwert verglichen, woraus sich gegebenenfalls eine Lageregelabweichung ergibt, aus welcher durch Multiplikation mit einem Faktor (der sogenannten Geschwindigkeitsverstärkung) eine Sollgeschwindigkeit gebildet wird.The position setpoints of each axis are compared with the respective Actual position value compared, which may result in a Position control deviation results from which by multiplication with a factor (the so-called Speed gain) a target speed is formed.

Unterschiedliche Lagesollwerte der einzelnen Achsen führen zu Lageregelabweichungen, auch als Schleppabstand bezeichnet, und damit zu unterschiedlichen Geschwindigkeiten, die zum Fahren verschiedener Kurswinkel erforderlich sind.Different position setpoints of the individual axes lead to Position control deviations, also known as the following error, and thus at different speeds, which for Driving different course angles are required.

Hierbei entsteht eine Bahn durch Überlagerung einzelner Achsen.Here, a web is created by overlaying individual ones Axes.

Die voranstehenden Ausführungen betreffen die normale Lageeinstellung der Achsen einer konventionellen Werkzeugmaschine, wobei üblicherweise zumindest eine X-, Y-, und Z-Achse (kartesisches Koordinatensystem) und häufig eine C-Achse (Drehachse) vorgesehen sind und weitere, etwa weitere Drehachsen vorgesehen sein können. Wie eingangs erwähnt wurde bisher bei einer Werkzeugmaschine eine Steuerung der Achsen für den Vorschub der Werkzeugmaschine vorgenommen (für die Werkzeug- oder Werkstückbewegung), und erfolgte getrennt eine von verschiedenen Zeiten abhängige, zeitliche Steuerung der Leistung einer zur Bearbeitung eines Werkzeugs eingesetzten Strahlquelle, beispielsweise eines Laserstrahls oder eines Elektronenstrahls.The foregoing concerns normal Position adjustment of the axes of a conventional one Machine tool, usually at least one X, Y, and Z axis (Cartesian coordinate system) and often one C axis (axis of rotation) are provided and others, such as others Axes of rotation can be provided. As mentioned at the beginning previously a control of the axes in a machine tool made for the feed of the machine tool (for the Tool or workpiece movement), and was carried out separately time control of the time dependent on different times Performance of one used to machine a tool Beam source, for example a laser beam or one Electron beam.

Dieser Stand der Technik ist schematisch als Blockschaltbild in Fig. 2 dargestellt. Eine numerische Steuerung (CNC oder NC) gibt (für eine Achse; zur Vereinfachung ist in Fig. 2 nur eine von grundsätzlich mehreren Achsen dargestellt) einen Weg-Sollwert an einen Verstärker aus, dessen Ausgangssignal auf den Antrieb, beispielsweise einen Schrittmotor, der Werkzeugmaschine für eine Achse gegeben wird, und mit einem Meßsystem wird die Bewegung in der entsprechenden Achse verfolgt und ein entsprechender Weg-Istwert zur CNC zurückgekoppelt. Zur Betätigung eines Lasers gibt die CNC eine entsprechende Information (sogenannte M-Funktion; Maschinenfunktion) an eine speicherprogrammierbare Steuerung SPS aus, und diese einen entsprechenden Befehl (Information) an die Steuerung eines Lasers.This prior art is shown schematically as a block diagram in FIG. 2. A numerical control (CNC or NC) outputs (for one axis; for simplification only one of several axes in principle is shown in FIG. 2) a setpoint value to an amplifier, whose output signal to the drive, for example a stepper motor, of the machine tool is given for an axis, and the movement in the corresponding axis is tracked with a measuring system and a corresponding actual path value is fed back to the CNC. To actuate a laser, the CNC outputs corresponding information (so-called M function; machine function) to a programmable logic controller PLC, and this sends a corresponding command (information) to the control of a laser.

Es wird daher beispielsweise ein Startsignal für den Laser in dem in der CNC ablaufenden NC-Programm gesetzt, und dieses Startsignal wird an die SPS weitergeleitet, und von dort zur Lasersteuerung. Die Verarbeitung in der SPS erfolgt mit Mikroprozessoren, oder auch mit Relais, etwa wenn Sicherheitssignale geschaltet werden. Bei Mikroprozessoren und Relais treten Schaltzeiten auf, die beispielsweise 10 bis 100 ms betragen können. Die Mikroprozessoren haben Zykluszeiten, die ebenfalls zu einer Zeitverzögerung führen, und unterschiedliche, von der CNC vorgegebene Befehle können zur Verarbeitung in der SPS eine unterschiedliche Anzahl an Zyklen erfordern. Dadurch wird die Synchronisation des Lasers als Werkzeug mit der durch Überlagerung von Achsenbewegungen erzeugten Bahn der Werkzeugmaschine gestört. Nimmt man etwa eine Bearbeitungsgeschwindigkeit einer Werkzeugmaschine von 30 m pro Minute an, so entspricht dies 0,5 mm pro Millisekunde; dieses Beispiel verdeutlicht, welche hohe Genauigkeit für die Laserbearbeitung wünschenswert wäre. Wie voranstehend ausgeführt ist wegen der zeitversetzten Steuerung der Laserleitung bei dem in Fig. 2 dargestellten Stand der Technik eine derartige Genauigkeit nicht erzielbar.For example, a start signal for the laser is therefore set in the NC program running in the CNC, and this start signal is forwarded to the PLC and from there to the laser control. Processing in the PLC is carried out with microprocessors or with relays, for example when safety signals are switched. Switching times occur in microprocessors and relays, which can be, for example, 10 to 100 ms. The microprocessors have cycle times, which also lead to a time delay, and different commands specified by the CNC can require a different number of cycles for processing in the PLC. As a result, the synchronization of the laser as a tool with the path of the machine tool generated by superimposing axis movements is disturbed. Assuming a machining speed of a machine tool of 30 m per minute, this corresponds to 0.5 mm per millisecond; this example illustrates the high accuracy that would be desirable for laser processing. As explained above, because of the time-shifted control of the laser line in the prior art shown in FIG. 2, such an accuracy cannot be achieved.

Die vorliegende Erfindung beruht nun darauf, daß die Leistung des Strahls (Laserstrahl oder Elektronenstrahl) nicht mehr zeitabhängig, sondern in Abhängigkeit von der Position auf einer vorgegebenen Bahn gesteuert wird.The present invention is now based on the performance of the beam (laser beam or electron beam) no longer time-dependent, but depending on the position a predetermined path is controlled.

Damit wird eine synchron zur Bahn, also zum Vorschub der Werkzeugmaschine erfolgende Interpolation der Strahlleistung ermöglicht, wodurch erreicht werden kann, daß ein definierter Strahlleistungsverlauf während der verschiedenen Phasen des Bearbeitungsvorgangs des Werkstücks erzielt wird.This makes one synchronous to the path, i.e. to the feed of Machine tool interpolation of the beam power enables what can be achieved that a defined Beam power curve during the different phases of the Machining process of the workpiece is achieved.

Ebenso lassen sich weitere Funktionen durch Einführung zusätzlicher Achsen und positionsabhängige Steuerung der jeweiligen Funktion bereitstellen, etwa ein synchronisierter Drahtvorschub eines Zusatzdrahts beim Schweißen mit Zusatzdraht in Abhängigkeit von der Position auf der vorgegebenen Bahn des Strahls, oder die synchronisierte Zufuhr von Schweißpulver in entsprechender Art und Weise. Likewise, additional functions can be introduced additional axes and position-dependent control of the provide each function, such as a synchronized one Wire feed of an additional wire when welding with Additional wire depending on the position on the given path of the beam, or the synchronized Supply of welding powder in an appropriate manner.

Wird mit einem Laserstrahl gearbeitet, so kann die Ausgangsleistung des Lasers, also die Ausgangsleistung des Laserstrahls, entweder dadurch gesteuert werden, daß die Eingangsleistung des Lasers gesteuert wird, oder aber die Ausgangsleistung des Lasers, wobei die effektiv auf das Werkstück einwirkende Laserausgangsleistung und/oder die Bearbeitungsfläche durch Steuern der Drehzahl eines Drehspiegels, der zwischen Laser und Werkstück angeordnet ist, oder durch Steuern der Frequenz oder Amplitude eines zwischen Laser und Werkstück angeordneten Schwingspiegels gesteuert wird.If you work with a laser beam, the Output power of the laser, i.e. the output power of the Laser beam, either controlled by the Input power of the laser is controlled, or else Output power of the laser, which is effective on the Workpiece laser output power and / or the Machining area by controlling the speed of one Rotating mirror arranged between the laser and the workpiece or by controlling the frequency or amplitude of a oscillating mirror arranged between laser and workpiece is controlled.

Das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung ist in dem schematisch vereinfachten Blockschaltbild der Fig. 1 dargestellt.The basic principle of the present invention is shown in the schematically simplified block diagram of FIG. 1.

Wie bei dem in Fig. 2 dargestellten Stand der Technik erzeugt eine CNC für eine Achse einen Weg-Sollwert, der über einen Verstärker auf einen Antrieb der Werkzeugmaschine gegeben wird, und ein Meßsystem für den Weg erzeugt einen entsprechenden Weg-Istwert, der wieder auf die CNC rückgekoppelt wird.As in the state of the art shown in FIG. 2, a CNC generates a setpoint value for an axis, which is given via an amplifier to a drive of the machine tool, and a measuring system for the path generates a corresponding actual value which is set again the CNC is fed back.

Anders als beim Stand der Technik gemäß Fig. 2 wird bei der in Fig. 1 dargestellten, erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine aus einem Weg-Sollwert (für eine Achse) oder aus mehreren Weg-Sollwerten (für mehrere Achsen) ein Bahn-Sollwert berechnet und einer schematisch durch "Laserleistung" bezeichneten Einheit zugeführt, welche eine fiktive Interpolationsachse für die Leistung, nämlich die Laserleistung darstellt. In contrast to the state of the art according to FIG. 2, in the machine tool according to the invention shown in FIG. 1, a path setpoint is calculated from one setpoint value (for one axis) or from a plurality of setpoint values (for several axes) and one is schematically unit referred to as "laser power", which represents a fictitious interpolation axis for the power, namely the laser power.

Während daher die CNC für jede der Achsen Weg-Sollwerte jeweils als Weg-Zeit-Funktion durch einen Interpolator erzeugt, werden gemäß der vorliegenden Erfindung Leistungs-Soll werte für den Laser als Leistungs-Bahnsollwert-Funktion durch einen entsprechenden Interpolator erzeugt. Die Interpolationsachse wird deswegen als fiktive Interpolationsachse bezeichnet, da der CNC nicht ein Leistungs-Istwert zugeführt wird, sondern wie in Fig. 1 angegeben der Leistungs-Sollwert. Anderenfalls würde nämlich die CNC, wenn die Leistungsregelung nicht nachkommt, dies durch Regelung der Bahn-Sollwerte zu kompensieren versuchen, was natürlich nicht erwünscht ist.Therefore, while the CNC generates path setpoints for each of the axes as a path-time function by an interpolator, according to the present invention, power setpoints for the laser are generated as a power-path setpoint function by a corresponding interpolator. The interpolation axis is therefore referred to as a fictitious interpolation axis since the CNC is not supplied with an actual power value, but rather, as indicated in FIG. 1, the desired power value. Otherwise the CNC would try to compensate for this by regulating the path setpoints if the power control does not comply, which is of course not desirable.

Wie in Fig. 1 gezeigt wird von der Laserleistungssteuerung ein Leistungs-Sollwert an den Laser abgegeben, der daher bahnabhängig in seiner Leistung gesteuert wird. Die Überwachung des Lasers erfolgt dadurch, daß die Laserleistung gemessen wird,- und ein entsprechender Leistungs-Istwert der SPS zugeführt wird, die ebenfalls die Leistungs-Sollwerte von der Laserleistungssteuerung erhält und vergleicht, ob Soll- und Istwert genügend gut übereinstimmen, und im Fehlerfall gegebenenfalls ein entsprechendes Abschaltsignal für den Laser an die CNC schickt.As shown in FIG. 1, the laser power controller outputs a power setpoint to the laser, which is therefore controlled in its power depending on the path. The laser is monitored by measuring the laser power - and supplying a corresponding actual power value to the PLC, which also receives the power setpoints from the laser power control and compares whether the setpoint and actual values match sufficiently well, and in the event of an error if necessary, sends a corresponding shutdown signal for the laser to the CNC.

Ein typischer Bearbeitungsvorgang, nämlich Laserstrahlschweißen unter optimierten Bedingungen, ist in Fig. 3 dargestellt.A typical machining process, namely laser beam welding under optimized conditions, is shown in FIG. 3.

In der oberen Hälfte der Fig. 3 ist schematisch der Werkzeugmaschinenvorschub dargestellt, dagegen in der unteren Hälfte der Figur die Ausgangsleistung eines Lasers. The machine tool feed is shown schematically in the upper half of FIG. 3, whereas the output power of a laser is shown in the lower half of the figure.

Hierbei ist die Geschwindigkeit v in Prozent eines willkürlichen Nominalwertes von 100% angegeben, und entsprechend die Laserausgangsleistung P in Prozent eines willkürlichen Nominalwertes von 100%. Weiterhin ist in der Figur der zeitliche Ablauf anhand einer Achse verdeutlicht, auf welcher die Zeit t aufgetragen ist; dies dient jedoch nur zur Erleichterung der Beschreibung, da wie voranstehend ausgeführt und in den Patentansprüchen angegeben der Vorschub der Werkzeugmaschine ohnehin positionsabhängig erfolgt, und gemäß der vorliegenden Erfindung die Ausgangsleistung des Lasers ebenfalls abhängig von der vom Laserstrahl abgefahrenen Bahn, also positionsabhängig erfolgt, und zwar in Echtzeit mit der Bahn synchronisiert, d. h. ohne Zeitverzögerung.The speed v is a percentage of one arbitrary nominal value of 100%, and correspondingly the laser output power P as a percentage arbitrary nominal value of 100%. Furthermore, in the Figure illustrates the chronological sequence using an axis, on which the time t is plotted; however, this only serves for ease of description since as above executed and specified in the claims the feed the machine tool is position-dependent anyway, and according to the present invention, the output power of the Lasers also depend on that of the laser beam traveled path, that is, depending on the position, namely synchronized with the train in real time, d. H. without Time Delay.

Weiterhin sind in der Figur verschiedene Phasen (1) bis (7) des Bearbeitungsvorgangs angegeben, wobei senkrechte gepunktete Linien verdeutlichen, wie die Vorschubsteuerung oben in der Figur mit der unten in der Figur dargestellten Laserleistungssteuerung zusammenhängt und mit dieser synchronisiert ist.Furthermore, various phases ( 1 ) to ( 7 ) of the machining process are indicated in the figure, vertical dotted lines illustrating how the feed control at the top of the figure is related to and synchronized with the laser power control shown at the bottom of the figure.

In einer ersten Phase (1) wird ein Verschluß des Lasers geöffnet, der dazu dient, im Stillstand der Werkzeugmaschine zu verhindern, daß der Laser einen Strahl aus sendet und etwa das Bedienungspersonal gefährdet, wenn beispielsweise gerade ein Werkstück eingespannt wird. Der Laser ist nunmehr bereit, einen Laserstrahl auszusenden. In der Phase (1) ist jedoch die Laserleistung noch auf dem Wert 0% (keine Strahlabgabe des Lasers), und die Vorschubgeschwindigkeit wird im Zeitraum vom Zeitpunkt t=10 (willkürliche Zeiteinheiten) bis zum Zeitpunkt t=15 von 0 auf den Maximalwert 100% gefahren. Zum Zeitpunkt t=15 hat die Vorschubgeschwindigkeit den Nominalwert 100% erreicht, und wird durch lineare Interpolation die Laserleistung rampenförmig auf einen ersten Wert gefahren (etwa 37% in der Figur), der zum Zeitpunkt t=20 erreicht ist. Damit ist die Phase (2) beendet und beginnt die Phase (3), in welcher die Vorschubgeschwindigkeit konstant bleibt, und die Laserleistung auf dem Wert von etwa 37% konstant bleibt. Hierbei erfolgt ein Zusammenheften der beiden zu verschweißenden Werkstücke.In a first phase ( 1 ), a shutter of the laser is opened, which serves to prevent the laser from emitting a beam when the machine tool is at a standstill and, for example, endangers the operating personnel if, for example, a workpiece is being clamped. The laser is now ready to emit a laser beam. In phase ( 1 ), however, the laser power is still at the value 0% (no laser beam emission), and the feed rate is from 0 to the maximum value 100 in the period from the time t = 10 (arbitrary time units) to the time t = 15 % hazards. At time t = 15, the feed rate has reached the nominal value 100%, and the laser power is ramped to a first value (about 37% in the figure) by linear interpolation, which is reached at time t = 20. This concludes phase ( 2 ) and begins phase ( 3 ), in which the feed rate remains constant and the laser power remains constant at around 37%. The two workpieces to be welded are stitched together.

Zum Zeitpunkt t=45 ist die Phase (3) abgeschlossen, und beginnt die Phase (4), die bis zum Zeitpunkt t=50 andauert. In der Phase (4) wird die Vorschubgeschwindigkeit rampenförmig von 100% auf ca. 60% heruntergefahren, und gleichzeitig die Laserausgangsleistung von den bisherigen ca. 37% auf ca. 70% erhöht. Dies stellt eine Übergangsphase beim Übergang vom Heften zur Erzeugung der eigentlichen Schweißnaht dar.At time t = 45, phase ( 3 ) is complete and phase ( 4 ) begins, which continues until time t = 50. In phase ( 4 ) the feed rate is ramped down from 100% to approx. 60%, and at the same time the laser output power is increased from the previous approx. 37% to approx. 70%. This represents a transition phase in the transition from tacking to creating the actual weld.

In der darauffolgenden Phase (5), die von dem Zeitpunkt t=50 bis zum Zeitpunkt t=70 dauert, bleibt die Vorschubgeschwindigkeit konstant auf dem Wert von 60%, jedoch wird die Laserausgangsleistung linear von ca. 70% auf ca. 63% abgesenkt, was ebenfalls über die Bahninterpolation erfolgt und dazu dient, eine Schweißnaht konstanter Güte und Schweißtiefe unter Berücksichtigung der durch das Laserschweißen auftretenden Erwärmung der beiden zu verschweißenden Werkstücke zu erzielen, z. B. bei Rundnähten an Rotationswerkstücken.In the subsequent phase ( 5 ), which lasts from the time t = 50 to the time t = 70, the feed rate remains constant at the value of 60%, but the laser output power is reduced linearly from approx. 70% to approx. 63% , which also takes place via the path interpolation and is used to achieve a weld seam of constant quality and depth, taking into account the heating of the two workpieces to be welded, which occurs due to laser welding, e.g. B. with circular seams on rotary workpieces.

Daran schließt sich, beginnend zum Zeitpunkt t=70 und endend bei t=80, eine Phase (6) an, in welcher die Vorschubgeschwindigkeit auf dem bisherigen, konstanten Wert gehalten wird, jedoch die Laserausgangsleistung P rampenförmig von dem Endwert von ca. 63% der Phase (5) auf 0% abgesenkt wird, die zum Zeitpunkt t=80 erreicht werden. Hiermit wird das Auftreten eines sogenannten Endkraters am Ende der Schweißnaht vermieden.This is followed by a phase ( 6 ), starting at time t = 70 and ending at t = 80, in which the feed rate is kept at the previous constant value, but the laser output power P ramps from the final value of approx. 63% phase ( 5 ) is reduced to 0%, which is reached at time t = 80. This prevents the occurrence of a so-called end crater at the end of the weld.

In der letzten Phase (7), die von t=80 bis t=85 reicht, bleibt die Laserausgangsleistung auf dem Wert von 0%, wogegen die Geschwindigkeit v rampenförmig von dem Wert von 60% der vorangehenden Phasen (5) und (6) linear auf 0% abgesenkt wird. Damit ist der Schweißvorgang beendet, der Verschluß wird geschlossen.In the last phase ( 7 ), which ranges from t = 80 to t = 85, the laser output remains at the value of 0%, whereas the speed v ramps from the value of 60% of the preceding phases ( 5 ) and ( 6 ) is linearly reduced to 0%. This concludes the welding process and closes the shutter.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise, bei welcher eine hervorragende Synchronisation zwischen Vorschub und Laserleistung erzielt wird, ist besonders vorteilhaft bei stückweise erfolgenden Bearbeitungsvorgängen, beispielsweise bei Steppnähten oder unterbrochenen Nahtschweißungen (die beispielsweise Öltaschen enthalten sollen), da hier nach dem Stand der Technik bei jedem Teilstück Fehler auftreten könnten, nämlich jeweils am Anfang und Ende eines Bearbeitungsstückes.The procedure according to the invention, in which a excellent synchronization between feed and Laser power is particularly beneficial at piecewise machining operations, for example in the case of quilting seams or interrupted seam welding (the should contain oil pockets, for example), since here after the State of the art errors occur in each section could, namely at the beginning and end of a Machining piece.

Claims

1. A method for the numerical control of a machine tool working with variable beam power for beam processing, in particular for laser beam welding of workpieces, characterized in that the beam power (P) is controlled as a fictitious interpolation axis depending on the position on a predetermined path of the beam.

2. The method according to claim 1, characterized in that a path axis is specified as the interpolation axis and on this a linear interpolation takes place at which from control data for the beam power setpoints calculated for the beam power along the path axis become.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the beam power under during a welding process Taking into account the heating of the workpiece when Beam welding is lowered.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the beam power at the start of a welding process is ramped up.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the beam power towards the end of a welding process is ramped down.

6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that at the beginning of a welding process the beam power of a starting value ≦ 1 is increased up to one Maximum value at the beginning of the path of acceleration is adjusted.

7. The method according to claim 3, characterized in that the beam power steadily in the course of processing is reduced to a defined welding depth maintain.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that another fictitious interpolation axis is specified through which the wire feed of an additional wire when welding with additional wire depending on the Position on the given path of the beam controlled becomes.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that another fictitious interpolation axis is specified through which the supply of welding powder in Dependence on the position on the given path of the beam is controlled.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that another fictitious interpolation axis is specified by which the speed of a rotating mirror or the frequency or amplitude of an oscillating mirror in Dependence on the position on the given path of the beam is controlled.

11. Numerically controlled machine tool for blasting workpieces, which comprises:

a) numerical control; and
b) a variable power beam source;
c) wherein the numerical control controls the power of the beam source depending on the position of the beam on a given path.

12. Machine tool according to claim 11, characterized in that a setpoint for the numerical control Beam power is supplied.

13. Machine tool according to claim 11 or 12, characterized in that the numerical control is a programmable logic controller Control has which setpoint and actual value the Compares beam power.

14. Machine tool according to one of claims 11 to 13, characterized in that a rotating or oscillating mirror optic is provided, their speed or vibration amplitude or frequency in Depends on the position of the beam on the predetermined path is controlled.

15. Machine tool according to one of claims 11 to 14, characterized in that a facility for dynamic, rail-dependent Adaptation of the optical image of the beam to that Workpiece, for example the focal spot or Focus point is provided.

16. Machine tool according to one of claims 11 to 15, characterized in that the beam source is a laser or a Is electron beam source.