DE19945022A1 - Laserbearbeitungssystem und Laserbearbeitungsverfahren für insbesondere Airbagvorrichtungsteile sowie Airbagvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Laserbearbeitungssystem, bei dem gemäß einem Aspekt Einrichtungen zum Erfassen der Restmaterialstärke von der Bearbeitungsseite her und/oder Einrichtungen zum zumindest im wesentlichen vollständigen flächigen Auflegen von folien- oder filmartigen Werkstücken und/oder sich temporär mit einem Werkstück mitbewegende Einrichtungen zur Laserstrahlabgabe und/oder -leitung vorgesehen sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Laserbearbeitungsverfahren, bei dem gemäß einem Aspekt die Restmaterialstärke von der Bearbeitungsseite her bestimmt wird und/oder folien- oder filmartige Werkstücke zumindest im wesentlichen vollflächig abgestützt werden und/oder Einrichtungen zur Laserstrahlabgabe und/oder -leitung temporär mit einem Werkstück mitbewegt werden. Gemäß einem weiteren Aspekt bei der Erfindung wird ein Laserbearbeitungssystem geschaffen, bei dem Einrichtungen vorgesehen sind, um unterschäumtes Lagenmaterial so einzuklemmen, daß während einer Laserbearbeitung elastische und/oder Schaumschichten weitgehend zusammendrückbar sind. Bei einem entsprechenden erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsverfahren wird unterschäumtes Lagenmaterial so eingeklemmt, daß während einer Laserbearbeitung elastische und/oder Schaumschichten weitgehend zusammengedrückt werden.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß einem Aspekt u. a. eine Neuent­ wicklung eines Laserbearbeitungssystems, und insbesondere ei­ ner Laserschwächungsanlage, nach dem Anspruch 1 sowie ein Laserbearbeitungsverfahren, wie insbesondere ein Laserschwä­ chungsverfahren, nach dem Anspruch 2.

Um Gegenstände gezielt mit Schwachstellen zu versehen, wird gemäß einer bekannten Technik das Material an den entsprechen­ den Stellen mit einem Laserstrahl bearbeitet und dadurch ge­ schwächt. Dabei ist es wichtig, die Materialstärke ständig zu kontrollieren, damit eine vorgesehene Schwächung einerseits zuverlässig erreicht und andererseits verläßlich nicht über­ schritten wird. Dies ist insbesondere wichtig, wenn die so be­ arbeiteten Gegenstände Teile von Sicherheitseinrichtungen, wie z. B. Airbagvorrichtungen, sind, bei denen es auf eine genau definierte Funktion ankommt, wie beispielsweise das Aufreißen eines Armaturenbrettbezuges, durch den im Rahmen einer längs definierten Schwachstellen im Material erzeugbaren Öffnung ein Airbag nach seiner Auslösung austreten und aufgeblasen werden kann.

Bei der herkömmlichen aus der Praxis bekannten Technik erfolgt die entsprechende Bearbeitung, indem die Resttransparenz des Materials an der geschwächten Stelle festgestellt wird. Hier­ für eingesetzte Sensoren messen also auf der Seite des Materi­ als, die dem Laserstrahl abgewandt ist.

Weiterhin wird bei herkömmlichen Verfahren, wie sie aus der Praxis bekannt sind, der zu bearbeitende Gegenstand, wie z. B. insbesondere eine Folie oder ein Film, relativ zu einem fest­ stehenden Bearbeitungslaserstrahlenweg bewegt, damit die zu schwächende Kontur mittels des Bearbeitungslaserstrahls als Linie auf dem Gegenstand abgebildet wird. Der Laserstrahl und damit dessen Auftreffpunkt verändern ihre Lage im Raum somit nicht, was auch wegen des Erfordernisses der Aufrechterhaltung der Ausrichtung des Auftreffpunktes des Laserstrahls auf dem zu bearbeitenden Gegenstand relativ zum Sensor sichergestellt sein muß. Andernfalls wäre eine Synchronisation der Bewegungen des Laserstrahls und des Sensors erforderlich, damit zumindest grundsätzlich die Messung der Resttransmission des bearbeite­ ten Materials an der Bearbeitungsstelle sichergestellt ist.

Bei dieser Art der Führung der Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Laserstrahl und der Messung der Reststrans­ parenz muß das Werkstück während der gesamten Bearbeitung von der Oberseite her für den Laserstrahl und von der Unterseite her für den Sensor frei zugänglich sein. Dies bedeutet, daß das Werkstück nur an seinem Umfang abgestützt werden kann. Als Folge davon ergibt sich jedoch wegen und während der Bewe­ gungsführung des Werkstückes, was, wie bereits weiter oben an­ gegeben wurde, zur Abbildung der in gewünschter Weise geschwächten Kontur auf dem Werkstück mittels des im Raum feststehenden Laserstrahlweges erforderlich ist, daß das Werk­ stück schwingt oder vibriert. Dadurch wiederum ist aber die Einhaltung des Bearbeitungspunktes selbst auf dem Werkstück und auch die genaue Messung der Resttransparenz nur am beab­ sichtigten Bearbeitungspunkt selbst nicht mehr sichergestellt. Die damit verbundenen verschiedenen Effekte führen dazu, daß die Schwächung des Materials nicht konstant im gewünschten Ausmaß sichergestellt ist. Es kann nämlich dazu kommen, daß auf Grund der Schwingung des zu bearbeitenden Materials ein bereits ausreichend geschwächter Punkt nochmals dem Laser­ strahl ausgesetzt wird und dadurch zuviel geschwächt wird.

Die bisherigen Systeme haben somit das Problem, daß der Sensor u. a. durch das Schwingen des bearbeiteten Materials Lichtemis­ sionen von vorhergehenden Löchern empfängt, was einen die De­ tektion des Sensors auswertenden exemplarisch verwendeten PC dazu veranlaßt, den Laserstrahl zur Bearbeitung eines gegen­ wärtigen Punktes oder Lochs abzuschalten. Da das Loch aber tatsächlich noch nicht zu Ende gefertigt ist, entsteht so ein Steg, der z. B. zu einem fehlerhaften Aufreißen beim Airbag­ schuß, oder anders ausgedrückt bei der Auslösung und/oder beim Aufblasen des Airbags führt.

Dadurch, daß die Werkstücke nur am Rand gehalten werden können ergibt sich noch der weitere Nachteil, daß die Werkstücke bzw. Teile davon nicht einwandfrei konstant in einer Ebene liegen. Dies hat zur Folge, daß der Laserstrahl positionsabhängig auf dem Werkstück unter verschiedenen Winkeln auf letzteres auf­ trifft, so daß keine saubere Lochkontur erreicht werden kann.

Weiterhin ist es schwierig, eine ausreichende Bearbeitungszeit an jedem Punkt, an dem die Materialstärke geschwächt werden soll, sicherzustellen. Dadurch, daß der gesamte Gegenstand be­ wegt wird, um die zu schwächende Linienkontur zu erzeugen, steht nicht an jedem Bearbeitungspunkt zwangsweise die erfor­ derliche Bearbeitungszeit zur Verfügung. Bei den üblicherweise verwendeten gepulsten Lasern kommt es dann dazu, daß die damit erzeugten Löcher noch nicht die erforderliche Tiefe haben, wenn sich das Werkstück bereits weiterbewegt.

Die Erfindung hat gemäß einem Aspekt zum Ziel, Ausgestaltungen des Systems sowie des Verfahrens zu schaffen, um diese Nach­ teile zu eliminieren.

Vorzugsweise Ausgestaltungen der Erfindung zur Erreichung die­ ses Ziels sind durch die Ansprüche und deren Kombinationen an­ gegeben. Weitere vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Unterlagen.

Erfindungsgemäß ist demnach vorgesehen, daß der Laserstrahl durch Bewegung des Lasers oder von optischen Einrichtungen re­ lativ zum Werkstück bewegt wird. Dies ermöglicht es in vor­ teilhafter Weise sicher, saubere Konturen, eventuell gewünsch­ te Hinterscheidungen, ausreichende Bearbeitungstiefen oder Schwächungen sowie auch bei einzelnen zu bearbeitenden Werk­ stücken einen kontinuierlichen Fertigungsprozeß durchzuführen. Es ist dabei ausreichend, wenn die Werkstücke eine lineare Be­ wegung durchführen, um an der Laserbearbeitungsstation vorbei­ geführt zu werden, wobei letztere oder Teile davon die Werk­ stücke über einen Teil deren Weges begleiten können, um eine ausreichend lange Bearbeitungszeit zur Verfügung zu haben. Die erforderliche Bearbeitungszeit kann durch die Erfindung opti­ mal für jede Bearbeitungsstelle eingehalten werden. Es ist möglich, jeden gewünschten Auftreffwinkel des Laserstrahls re­ lativ zum Werkstück einzustellen.

Alternativ oder zusätzlich kann die Messung der Materialdicke an einer Bearbeitungsstelle von der Bearbeitungsseite her er­ folgen. Dies hat den Vorteil, daß die hier insbesondere vorge­ sehenen Werkstücke in Form von Folien oder Filmen flächig auf­ gelegt werden können, so daß sie weder Durchhängen noch Schwingen. Weiterhin kann ein separat zu montierender und aus­ zurichtender Sensor entfallen, wie er beim Stand der Technik vorgesehen ist.

Bevorzugt werden die vorstehend angegebenen Ausgestaltungen der Erfindung dadurch weitergebildet, daß ein Portalaufbau ge­ wählt wird, der den Laser oder die dessen Strahl auf das und dem Werkstück lenkenden optischen Bauteile, wie Spiegel und Linsen sowie ggf. weitere Stelleinrichtungen für letztere trägt. Ein solcher Portalaufbau kann sich beispielsweise nur einfach konstant mit einem Werkstück mitbewegen, bis letzteres fertig bearbeitet wurde. Er kann sich aber auch während der Laserbearbeitung relativ zu einem Werkstück bewegen, um damit zum Abfahren der zu schwächenden Konturlinie beizutragen. Ist ein Werkstück fertig bearbeitet, kann ein solcher Portalaufbau zurück und dem folgenden Werkstück entgegengefahren werden, um dort erneut die Bearbeitung aufzunehmen. Es ist auch möglich, mehrere Portalaufbauten als aufeinanderfolgende Laserbearbei­ tungsstationen nacheinander im Materialtransportweg vorzusehen und sich z. B. ergänzend zu koppeln, um einen kontinuierlichen und schnellen Produktionsfluß zu gewährleisten. An einem Por­ talaufbau können auch mehrere Lasereinrichtungen gleichzeitig zum Einsatz kommen. Schließlich ist ein portalartiger Aufbau auch nur eine besonders bevorzugte, nicht aber die einzige Realisierungsmöglichkeit.

Nachfolgend wird die Erfindung auch unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels eines La­ serbearbeitungssystems nach der Erfindung zeigt,

Fig. 2 eine weitere Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels eines Laserbearbeitungssystems nach der Erfindung zeigt,

Fig. 3a bis 3e Funktionsprinzipien eines Laserbearbeitungssy­ stems nach der Erfindung verdeutlichen,

Fig. 4 eine Gegenüberstellung eines bekannten Laserbearbei­ tungssystems mit einem Ausführungsbeispiel eines Laserbearbei­ tungssystems nach der Erfindung schematisch darstellt, sowie

Fig. 5 bis 7 Ausführungsbeispiele von Airbagklappen.

Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren und Abbildungen der Zeichnungen bezeichnen gleiche oder ähnliche oder gleich oder ähnlich wirkende Komponenten.

Um eine saubere Lochkontur zu erhalten, kann bei der erfin­ dungsgemäße Vorrichtung bzw. dem entsprechenden Verfahren ein Scannerspiegel eingesetzt werden, der z. B. über einen Steuer- PC angesteuert werden kann. Die Funktion des Scannerspiegels kann beispielsweise darin bestehen, den Laserstrahl länger in das gleiche Loch zu leiten, wie sich aus dem Diagramm der Fig. 1 ergibt.

In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Laserearbei­ tungssystems gemäß der Erfindung schematisch gezeigt. Ein La­ serstrahl B von einem Laser L trifft auf einen Scannerspiegel S, von dem er auf ein Werkstück W abgelenkt wird, um darin ein Loch H zu brennen. Der Scannerspiegel S ist dazu um eine Achse A gemäß einem Doppelpfeil D drehbar. Wird das Werkstück W im Verlauf der Zeit, (siehe Achse "Zeit") längs eines Vorschubwe­ ges (siehe Achse "Weg") weiterbewegt, so kann der Laserstrahl B nachgesteuert werden, um das Loch H auf das Loch H' und wei­ ter um das Loch H' auf das Loch H" aufzuweiten und/oder zu vertiefen. Dabei können auch geplante Hinterschneidungen er­ zeugt werden, bei denen das Loch auf der Oberseite des Werk­ stückes W geringere Ausmaße hat als in seinem Inneren und da­ mit weniger sichtbar ist.

Die Messung der Lochtiefe erfolgt bevorzugt mit einem Sensor, der parallel zum Laserstrahl die Lichtemission des stark auf­ geheizten Materials im Bearbeitungsspot mißt. Ein solcher Sen­ sor arbeitet vorzugsweise nach dem Doppelspaltmeßprinzip. Grundsätzlich können hier Standardprodukte verwendet werden, die als Baugruppe in das System eingebaut werden können.

Ein Unterschied zwischen Vorrichtungen und Verfahren gemäß ei­ ner Ausführung der vorliegenden Erfindung und herkömmlichen Systemen besteht dabei darin, daß der Sensor auf der gleichen Seite mißt, auf der sich auch der Laser befindet, oder anders ausgedrückt, auf der der Laserstrahl auf das Material auf­ trifft. Das bedeutet, daß man nicht auf eine Resttransparenz des Materials angewiesen ist und so in vorteilhafter Weise ferner die zu bearbeitenden Materialien freier gewählt werden können. Bisher konnten nur Materialien verwendet werden, bei denen mit dem gegenüberliegenden Sensor noch eine ausreichend starke Lichtintensität auf der der Bearbeitungsseite abgewand­ ten Werkstückseite erfaßt werden konnte, damit der Sensor rea­ gieren konnte.

Eine Vorrichtung zum Herstellen von Schwachstellen kann z. B. auf einem CO₂-Standardlaser basieren, der gemäß einer weiteren alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung im Rahmen der Er­ findung mit einer Portalanlage und einem Sensor aufgebaut ist, der insbesondere nach dem Doppelspalt-Meßprinzip arbeitet, wie in der schematischen Darstellung der Fig. 2 gezeigt ist. Eine Bewegungsachse wird beispielsweise in das Werkstück gelegt, das mittels geeigneter Einrichtungen auf dem Portal befestigt wird. Die anderen Bewegungsachsen können über ein bewegliches Spiegelsystem, das in zwei Achsen und in der Wölbung oder Drehstellung beweglich ist, oder über ein an dem Portalarm be­ findliches Rohrsystem, das den Laser über Spiegel umleitet, realisiert werden.

Der Laser L und Antriebseinrichtungen A sind an ein Steuerein­ richtungen, wie z. B. einen Steuer-PC angeschlossen, der deren Betrieb steuert. Die Antriebseinrichtungen A sind ausgelegt, den Scannerspiegel S um die Achse A zu drehen, längs der Achse X parallel zum Werkstück W zu verfahren und beispielsweise senkrecht zur Achse X längs der Achse Y zu bewegen, wobei die durch die Achsen X und Y aufgespannte Ebene parallel zu der Ebene liegt, in der das Werkstück W bewegt wird.

Durch den Einsatz eines Portals, wie im bei einer bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, werden die beim Stand der Technik bekannten Schwingungen, die durch den Handlingsroboter bei bewegten Werkstücken erzeugt wurden, we­ sentlich reduziert und die Fehlinformationen durch den Sensor beseitigt.

Es ist ferner gemäß weiteren optionale Ausgestaltungen der Er­ findung ebenso möglich, über eine entsprechende Steuerung, die z. B. ein PC übernehmen kann, den Laserstrahl so auf die Ober­ fläche zu leiten, daß Hinterschneidungen möglich werden. So kann beispielsweise eine Airbagöffnungskontur in einem Armatu­ renbrettbezug über ein entsprechend geschriebenes Programm an verschiedenen Stellen unter unterschiedlichen Winkeln "gela­ sert" werden, d. h. mittels des Strahls des verwendeten Lasers nachgefahren und dadurch geschwächt werden. Damit wird dann erreicht, daß für die Airbagöffnung die Öffnungskräfte und die Druckaufnahme von außen eingestellt werden können.

Bei einer weiteren vorteilhaften und daher bevorzugten Ausge­ staltung der Erfindung können alle relevanten Parameter wäh­ rend der Bearbeitung von einem Rechner erfaßt und in Form ei­ nes Barcodes ausgedruckt werden. Die Daten können gemäß einer Weiterbildung des vorstehend angegebenen Ausführungsbeispiels der Erfindung parallel auf Band oder CD-ROM abgespeichert wer­ den, um eine spätere Verfolgung im Falle einer Fehlfunktion zu ermöglichen.

Je nach Materialart und -dicke kann im Rahmen der Erfindung die Laserleistung entsprechend den Erfordernissen stärker oder schwächer gesteuert werden.

Für die Realisierung der Erfindung in Form der Anordnung eines Sensors auf der Strahleinfallsseite des zu bearbeitenden Mate­ rials wird nachfolgend lediglich beispielhaft ein Laserbear­ beitungskopf mit integriertem Tiefensensor näher beschrieben, wie er z. B. als LCTec-Sensor CVC 1 von der LCTec Laser- und Computertechnik GmbH in 87459 Pfronten, Deutschland, für An­ wendungsmöglichkeiten in der Lasermaterialbearbeitung ange­ boten wird.

Ein solcher Sensor gestattet eine präzise Messung des Abstands zwischen einem Bearbeitungskopf, in dem er vorzugsweise inte­ griert ist, und einer Werkstückoberfläche. Dabei kann der Sen­ sor zur Online-Messung und Regelung des Tiefenabtrags verwendet werden, wodurch eine Qualitätssicherung während der Laserbearbeitung sowie eine Prozeßdiagnose durch Überwachung des Leuchtflecks in Position und Helligkeit ermöglicht wird.

Insbesondere ist der Fokussierkopf für den Laserstrahl auch der Sensorkopf.

Der Tiefensensor CVC 1 kann beispielsweise in deiner 5-Achsen- Lasermaschine integriert sein, wie sie durch die Firma LCTec Laser- und Computertechnik GmbH als patentiert angegeben ist.

Lediglich als Beispiel werden einige Eigenschaften und techni­ sche Daten des Tiefensensors CVC 1 angegeben.

So verwendet der Sensor als Meßinformation die Prozeßemission und benötigt daher keinen Meßlaser. Die Gesamtanordnung mit dem Sensor CVC 1 enthält eine integrierte Fokussiereinheit (Parabolspiegel) mit einer Brennweite von 150 mm sowie eine Bearbeitungsdüse zur Laserbearbeitung mit einer Düsenöffnung von 3 mm. Der Meßbereich des Sensors beträgt 12 mm. Die Auflö­ sung des Sensors beträgt 1 mm. Die Genauigkeit des Sensors be­ trägt 10 mm. Die Meßzykluszeit des Sensors beträgt 1 ms. Der Meßspotdurchmesser des Sensors entspricht der Bearbeitungs­ spotgröße. Es gibt für den Sensor keine Störeinflüsse durch Fremdlicht. Meßwerte können über eine serielle Schnittstelle (oder analog) ausgegeben werden. Es wird eine Abdeckung eines großen Helligkeitsbereichs durch Programmierung bzw. automati­ sche Regelung der Belichtungszeit erreicht.

Die Funktion beim Doppelspalt-Meßprinzip ist folgendermaßen:
Das Meßverfahren des Sensors CVC 1 basiert auf dem sogenann­ ten Doppelspalt-Meßprinzip. Als Strahlungsquelle für die Mes­ sung dient die Lichtemission des stark aufgeheizten Materials im Bearbeitungsspot des Laserstrahls. Da die meisten Punktsen­ soren sehr empfindlich auf eine Änderung des Intensitätspro­ fils reagieren und der Sensor auch frei von Abschattungen sein müßte, wurde ein formunabhängiges koaxiales System - der Doppelspaltsensor - realisiert. Um die Meßgenauigkeit zu erhö­ hen, ist dieser Sensor im Bearbeitungskopf integriert. Gemes­ sen wird parallel zum Bearbeitungslaserstrahl, durch die Bearbeitungsdüse hindurch (schematischer Aufbau des Strahlen­ gangs siehe Fig. 3: Aufbau des Bearbeitungskopfes mit inte­ griertem Sensor sowie Blockschaltbild Sensor und Regler).

Es wird eine hohe Systemintegration dadurch erreicht, daß

• - die Sensorplatine und der Tiefenregler auf einem VME-Bus-Sy­ stem basieren,
• - der Tiefenregler mittels Tastpulsgenerator direkt den Gene­ rator des Lasers ansteuert,
• - die Abmessungen: 1 × h × t = 190 mm × 175 mm × 130 mm (mit Düse 220 mm) sind, und
• - die Ausgabe des Tiefenmeßwertes oder der Emission als Ana­ logsignal von 0-10 V reicht.

Vom Hersteller des Sensors CVC 1 werden folgende Optionen an­ geboten:
Der Fokussierspiegel kann für Bearbeitungen mit hohen Laser­ leistungen kühlbar sein. Die Messung der Emissionsamplitude kann am Bearbeitungsspot (Temperaturmessung) erfolgen. Es kann eine Messung der Lageverschiebung des Spots zur Vorschubrich­ tung durchgeführt werden. Die Laserleistung kann anhand der Emission im Bearbeitungsspot geregelt werden. HF-Amplitude bzw. Tastverhältnis können über ein externes Analogsignal (0-10 V) geregelt werden, das z. B. der Bahngeschwindigkeit entspricht, während Tastverhältnis bzw. HF-Amplitude nach den Tiefenmeßwerten geregelt werden können. Es kann ein Signal zum gesteuerten An-/Abschalten des Lasers bereitgestellt werden.

Die Erfindung in ihren einzelnen und kombinierten Ausführungen als Neuentwicklung einer Laserschwächungsanlage wird nachfol­ gend mit einem bekannten System verglichen, das von der Firma Jenoptik angeboten wird.

Hinsichtlich der Geschwindigkeit erreicht das bekannte System 15 mm/s, wohingegen mit der vorliegenden Erfindung z. B. 70 mm/s ermöglicht werden können.

Das Meßverfahren der Jenoptik-Anlage ist wegen der benötigten Resttransparenz des Materials auf TPO-Folie begrenzt. Mit den Systemen und Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich das Meß­ verfahren auf alle gängigen Werkstoffe anwenden, da das Meß­ verfahren parallel und Online zum Laserstrahl arbeitet.

Bei der Handhabung der I-Tafel besteht beim Stand der Technik eine Schwingungsproblematik durch den Einsatz eines Roboters, der prinzipiell ungeeignet ist, eine Online-Bahn abzufahren, da jeweils nur Anfangs- und Endpunkte definiert sind. Erfin­ dungsgemäß kann jedoch ein Portal eingesetzt werden. Dadurch ist es möglich, beispielsweise nur eine Bewegungsrichtung in das Werkzeug zu verlagern. Die restlichen Achsen können über eine Laserstrahlablenkung und eine Laserbewegung realisiert werden. Ein solches System ist schneller und präziser und hat weniger beschleunigte Masse. Die d'Alembert'schen Trägheits­ kräfte sind reduziert.

Das bekannte System ermöglicht nur eine sehr mangelhafte Doku­ mentation, da vermeintliche Löcher, infolge einer Schwingungs­ überlagerung nicht oder nicht richtig eingebracht oder gefer­ tigt werden, aber auswertungsseitig als "In Ordnung" erfaßt werden. Die Erfindung ermöglicht dagegen, daß alle Online-Pa­ rameter während der Bearbeitung festgehalten werden, dadurch und ferner ist eine konkrete Zuordnung von Gut-Teil-Kriterien zu Laserparametern möglich.

Je nach Lochabstand entsteht bei der bisherigen Technologie eine eventuell unerwünschte Durchmesservergrößerung und -ver­ zerrung in Bewegungsrichtung, da die Bauteilbewegung und die Zeit zur Erzeugung eines Loches nicht übereinstimmt. Die Er­ findung ermöglicht dagegen eine hervorragende Lochausbildung. Durch den Einsatz eines Scanners kann eine unerwünschte Durch­ messervergrößerung in der Bewegungsrichtung nahezu ausge­ schlossen werden. Dies geschieht durch die längere Verweildauer des Laserstrahls an jedem Loch, während die Anla­ ge schon weiter fährt.

Die Kosten für Anlagen nach der Erfindung sind trotz der mit letzterer erzielbaren Vorteile nicht höher als die Kosten für bisherige Anlagen. Die Preise für Versuchsteile hingegen lie­ gen durch den Einsatz der Erfindung bei weniger als einem sechstel derer bei Verwendung bekannter Anlagen.

Es folgt noch eine kurze Beschreibung einer Ausführung des er­ findungsgemäßen Meßverfahrens.

Das Meßverfahren basiert auf dem sogenannten Doppelspalt-Meß­ prinzip. Als Strahlungsquelle für die Messung dient die Licht­ emission des stark aufgeheizten Materials im Bearbeitungsspot. Gemessen wird parallel zum Bearbeitungsstrahl, durch die Bear­ beitungsdüse hindurch.

Aus den vorstehenden Darstellungen und der Zeichnung sind ei­ nerseits Grundprinzipien der Erfindung und andererseits ver­ schiedene konkrete Ausgestaltungen der Erfindung für einen Fachmann erkennbar und verständlich, auch wenn entsprechende konkrete Angaben und Erläuterungen im einzelnen nicht in den vorliegenden Unterlagen enthalten sind. Die Erfindung ist ins­ besondere nacht darauf beschränkt, was zur Darstellung konkre­ ter Ausführungsmöglichkeiten angegeben ist, sondern umfaßt auch alle Modifikationen, Substitutionen und Variationen, die ein Fachmann aus den gesamten vorliegenden Unterlagen zu er­ kennen vermag.

Grundsätzlich können im Rahmen der Erfindung verschiedene Mög­ lichkeiten vorgesehen werden, um den Laserstrahl auf gewünsch­ te Punkte auf dem Werkstück zu richten und zu lenken. So kann beispielsweise der Laser selbst während einer Bearbeitung in einer Richtung relativ zum Werkstück verfahrbar sein, während optische Strahlumlenkeinrichtungen sowohl mit dem Laser zusam­ men und insbesondere synchronisiert in dessen Richtungen, als auch vorzugsweise in einer Richtung senkrecht oder unter einem anderen Winkel dazu alleine verstellbar sein können. Zusätz­ lich oder alternativ kann auch ein Verschwenken von den Laser­ strahl vom Laser auf das Werkstück lenkenden Strahlumlenkeinrichtungen um verschiedene Achsen vorgesehen sein, um entweder grundsätzlich die gewünschte Bearbeitungsli­ nienkontur oder gezielt Hinterschneidungen durch schräge Auf­ treffwinkel des Laserstrahls zu erzeugen. Insbesondere lassen sich grundsätzlich alle Bewegungsarten beim Laser, bei opti­ schen Strahlumlenkeinrichtungen und auch beim Werkstück reali­ sieren und kombinieren. In vorteilhafter Weise können erforderliche Bewegungen jedoch bei möglichst leichten und kleinen Bauteilen realisiert werden, was nicht nur den Herste­ lungsaufwand des Systems verringert, sondern auch den Betrieb vereinfacht und beschleunigt. Lediglich beispielhaft sind in den einzelnen Abbildungen der Fig. 3 einige Realisierungsmög­ lichkeiten schematisch dargestellt.

In der Abbildung a) der Fig. 3 ist unter aa) gezeigt, daß der Laser L und der Spiegel S gemeinsam längs der Bewegungsrich­ tung X des Werkstückes W, aber unabhängig von der Bewegung des letzteren, und senkrecht dazu in einer zur Werkstückbewegung parallelen Ebene entsprechend der Richtung Y verfahren werden. Der Spiegel S kann ferner um die Achse A gedreht werden. Unter ab) ist eine Variante gezeigt, bei der eine Bewegung des La­ sers L an diejenige des Werkstückes W in der X-Richtung gekop­ pelt ist (strichpunktiert eingezeichnete Kopplung), und zwar temporär so lange, wie ein bestimmtes Werkstück W von dem La­ ser L bearbeitet wird. Der Spiegel S kann in der Bewegungs­ richtung X von Werkstück und Spiegel unabhängig von diesen beiden bewegt werden. Eine Bewegung von Laser L und Spiegel S senkrecht zur Bewegungsrichtung des Werkstückes W in der Y- Richtung in einer zur Werkstückbearbeitung parallelen Ebene ist ebenfalls vorgesehen (punktiert eingezeichnete Kopplung), wie auch die Drehbarkeit des Spiegels S um eine Achse A.

Bei der in der Abbildung b) der Fig. 3 gezeigten Variante ist der Spiegel S parallel über dem Werkstück W in X- und Y-Rich­ tung verfahrbar und um die Achse A schwenkbar. Der Laser L ist stationär, kann jedoch in der X-Y-Ebene verschwenkt werden, um den Laserstrahl B zum Spiegel S zu lenken.

Die Variante gemäß der Abbildung c) der Fig. 3 enthält eine Drehbarkeit des Spiegels S sowie unabhängige Bewegungsmöglich­ keiten des Spiegels S und des Lasers L in der Y-Richtung. Statt der Verschiebbarkeit des Lasers L in der Y-Richtung kann entsprechend der Abbildung d) der Fig. 3 auch eine entspre­ chende Drehbarkeit des Lasers L vorgesehen sein, damit sein Laserstrahl B zuverlässig und geplant auf den Spiegel S an je­ dem Ort trifft, an den der Spiegel S bewegt wird. In der Ab­ bildung e) der Fig. 3 ist schließlich noch eine Variante gezeigt, bei der der Laser L temporär relativ zum Werkstück W fest steht und der Spiegel S in der X-Richtung verfahrbar so­ wie um eine Y- und eine Z-Achse drehbar ist.

Jegliches der lediglich beispielsweise in den Abbildungen der Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiele kann eingesetzt werden, um den Laserstrahl B über eine gewünschte Zeit hinweg unter einem gewünschten Auftreffwinkel auf das Werkstück W zu lenken. Kombinationen der gezeigten Ausführungen und weitere Variationen sind möglich.

Damit sind ferner grundsätzlich jegliche Arten von Antrieben, wie z. B. Linearantriebe, Schwenkantriebe etc. kombinierbar, um den Laser und/oder optische Bauteile zur Strahl- und/oder Strahlwegbeeinflussung zu verstellen, so daß es möglich ist, jeden Punkt des Werkstückes unter jedem gewünschten Winkel zu bearbeiten. Dadurch, daß auch die Strahlgeometrie über ent­ sprechende Bauteile ggf. variabel beeinflußt werden kann, kann insbesondere im Zusammenhang mit einer gesteuerten Laserlei­ stung auch die Bearbeitungspunktgröße an jedem Bearbeitungs­ punkt eingestellt werden.

Im Rahmen der Erfindung kann somit eine stabile Führung, Bewe­ gung und Halterung der Werkstücke und/oder eine einfache, ge­ naue und schnelle Steuerung des Bearbeitungslaserstrahls insbesondere auch zur genauen Sicherstellung einer geforderten oder gewünschten Bearbeitungstiefe oder Schwächung des Werk­ stückmaterials realisiert werden.

Weiterhin befaßt sich die Erfindung mit einem System und Ver­ fahren, um exakte Schwächungen in Materialien, wie insbesonde­ re Folien und Filmen sicherzustellen. Wenn beispielsweise Armaturenbezüge von der Rückseite her, die mit einem polstern­ den Schaummaterial versehen ist, geschwächt werden soll, be­ steht das Problem, daß das Schaummaterial während der Bearbeitung der Rückseite der darunter liegenden späteren Au­ ßenfolie in einem zu weiten Bereich verbrannt wird oder schmilzt oder verdampft oder allgemein entfernt wird. Dies führt beim Einsatz des Armaturenbrettbezuges zu einem soge­ nannten Einfallen der Schwächungslinie oder -kontur.

Die Erfindung schafft gemäß einem weiteren Aspekt hierfür Ab­ hilfe, indem das Schaummaterial an der Bearbeitungsstelle zu­ sammengedrückt wird. Dadurch wird während der Laserbearbeitung nur ein definierter Kanal in das Schaummaterial eingebracht, während die Rückseite der Außenfolie bearbeitet und geschwächt wird.

Nachfolgend wird dieser Erfindungsaspekt anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels eines Verfahrens zur Verhinderung von Einfall­ stellen bei Schaumfolien oder kaschierten Oberflächen, welche durch Laser perforiert oder geschwächt werden näher erläutert.

Bei der bisherigen Verfahrensweise wird, wie in der linken Hälfte von Fig. 4 schematisch dargestellt ist, der Schaum 2 großräumig verbrannt und damit geschädigt. Dies führt auf der Sichtseite eines Bauteils zu einer deutlichen, nicht gewünsch­ ten und unkontrollierbaren Einfallstelle.

Die Erfindung hingegen verhindert im Rahmen des vorliegenden Aspektes, wie auf der rechten Seite der Fig. 4 schematisch dargestellt ist, diesen ungewünschten, nicht kontrollierbaren Nebeneffekt. Verhindert wird das Einfallen und damit die Stö­ rung der Oberfläche, indem das Werkstück, bestehend aus den Schichten 1 bis 3, während des Bearbeitungsvorganges in Form einer Laserschwächung zwischen einem Konturstempel 4 und Nie­ derhaltern 5 und 6 positioniert wird. Der Konturstempel 4 drückt die Schaumfolie, d. h. die Schichten 2 und 3, derart ge­ gen den Grundträger oder die Grundschicht 1 des Schichtmaterials, daß der Schaum der Schicht 2 auf nahezu 0 mm Restdicke reduziert und/oder zur Seite, d. h. weg vom Laserbe­ reich, bewegt wird. Die notwendige Unterstützung des Grundkörpers in Form der Schicht 1 zur Aufnahme der durch den Konturstempel 4 verursachten Kraft, wird durch die Konturge­ genhalter oder Niederhalter 5 und 6 gegeben.

OS bezeichnet in den beiden Teilabbildungen die Ober- oder Sichtseite des Werkstückes.

Das Prinzip dieses Aspektes der vorliegenden Erfindung besteht demnach vorrichtungs- und verfahrensmäßig darin, daß das im Werkstück enthaltene Schaummaterial während der Laserbearbei­ tung zur Schwächung der Außenschicht von deren Rückseite her, an der das Schaummaterial mit der Außenschicht zusammenkommt, zusammengedrückt wird, so daß der Bearbeitungslaserstrahl nur einen definierten Bereich des Schaummaterials entfernen kann. Entsprechende Grundsätze sind in den Ansprüchen 3 und 4 ange­ geben.

Weiterhin befaßt sich die Erfindung gemäß einem anderen Aspekt mit der Nutzung einer Armaturentafel sowie deren Bezug für ei­ ne Sicherheitserhöhung bei der Auslösung eines Airbags. Dabei handelt es sich um eine Airbag-Deckelöffnung insbesondere für die Beifahrerseite.

Bei den derzeit in Serie befindlichen Airbags und insbesonde­ re Beifahrer-Airbags, gleich ob sichtbar oder unsichtbar, ist nach einem erfolgten Auslösen des Airbags die für den Austritt des Luftsacks notwendige Öffnung im Armaturengrundkörper nicht mehr geschlossen und somit bei einem sekundären Aufprall der Insassen eine zusätzliche Gefahrenquelle mit erheblichem Ver­ letzungspotential für die Insassen.

Der vorliegend behandelte Aspekt der Erfindung nach Fig. 5 be­ steht darin, daß der Deckel, unabhängig davon, ob es ich dabei um ein sichtbares Element oder ein im Grundkörper integriertes Element handelt, nach der Auslösefunktion des Luftsackes wie­ der selbständig, d. h. automatisch, wieder seine ursprüngliche Position zum vollständigen oder zumindest teilweisen Ver­ schließen der Austrittsöffnung des Airbags einnimmt, d. h. die entstandene Öffnung für einen noch möglichen Kopfaufschlag des Insassen bei einem weiteren Stoß auf das Unfallfahrzeug ab­ deckt. Dies geschieht, indem die Klappe 10, die in der Fig. 5 als für einen Insassen nicht sichtbar dargestellt ist, mit ei­ nem Scharnier 20, das beispielsweise aus elastischem Kunst­ stoff gefertigt und welches eventuell mit einem Textil- oder Kunststoffgewebe versehen ist, z. B. entweder verschweißt, ver­ nietet oder verklebt oder anderweitig fest damit verbunden wird. Das Scharnier 20 ist in gleicher Art vorzugsweise auch mit einem Schußkanal 30 und/oder mit dem Grundkörper 40 des Armaturenbrettes verbunden.

Die Klappe 10 sowie das Scharnier 20 bewegen sich nach dem Auslösen des Airbags (nicht gezeigt) beispielsweise eines Air­ bagmoduls M um den Drehpunkt beim Bezugszeichen 50 in Richtung auf die Frontscheibe F eines derart ausgerüsteten Fahrzeuges hin (Pfeil K). Das Scharnier 20 wird beispielsweise aufgrund des eingesetzten Materials diese Bewegung am Anfang des Öff­ nungsvorganges ohne große Gegenkräfte mit ausführen. Nach Ent­ faltung des Luftsackes hat der Winkel α sich von seiner ursprünglichen Ausgangsgröße von etwa 90° bei dem in der Fig. 5 gezeigten Beispiel auf ca. 180° geöffnet. Dies hat wegen der Material- und/oder Formeigenschaften des Scharniers 20 zur Folge, daß das Scharnier 20 in seine ursprüngliche Ausgangspo­ sition zurückfedert und somit die Klappe 10, die fest mit dem Scharnier 20 verbunden ist, in eine zumindest teilweise ge­ schlossene, auf dem Schußkanal 30 aufliegende und somit schüt­ zende Lage zurückführt. D. h., daß die während des Öffnungsvorganges des Airbags im Grundkörper 40 entstehende Öffnung nach Wegfall der Schutzfunktion des Luftsackes wieder vollständig oder zumindest im wesentlichen geschlossen ist.

Es kommt im Rahmen des vorliegenden Erfindungsaspektes ledig­ lich darauf an, daß ein geeigneter Rückstellmechanismus für die Klappe oder den Deckel vorgesehen ist, d. h., daß die Bewe­ gungsenergie des Deckels beim Aufstoßen durch den Aufblasvor­ gang des Airbags gespeichert und nach dem Zusammenfallen des Airbags zur Schließbewegung des Deckels genutzt wird. Dies kann durch reine formgebende Maßnahmen oder durch geeignete Materialien oder eine Kombination davon erreicht werden. In diesem Zusammenhang kann auch einfach von Federeinrichtungen gesprochen werden, die auch inhärent in einem der beteiligten Teile, wie Grundkörper, Schußkanal und/oder Deckel enthalten sein können.

Eine Weiterbildung dieses Aspektes der Erfindung ist in der Fig. 6 gezeigt. Der Unterschied dieser Ausführung von der, die in der Fig. 5 gezeigt ist, besteht im wesentlichen in dem Fe­ derblech 60, welches beispielsweise als durchgehende, also über die Gesamtbreite der Klappe 10 verlaufende oder aber aus mehreren Einzelelementen bestehende Einrichtung vorgesehen sein kann. Die Befestigung des Federbleches 60 erfolgt z. B. durch Nieten, Schweißen oder Kleben am Scharnier 20 oder am Deckel 10 (z. B. Position 10') sowie an dem Schußkanal 30 und/oder an dem Grundkörper 40. Das Federblech 60 kann entwe­ der als Unterstützung des Kunststoffscharniers 20 genutzt wer­ den oder es ersetzt das Kunststoffscharnier völlig oder ist direkt an der Innenseite der Klappe 10 (siehe beispielsweise Position 10') sowie am Schußkanal 30 befestigt. Die Funktion entspricht der nach Fig. 5.

Eine andere Alternative für den gegenwärtig behandelten Aspekt der Erfindung ist in der Fig. 7 dargestellt. Die Klappe 10 so­ wie das Scharnier 20 sind mit einem Textil- oder Kunstoffgewe­ be 40', das Bestandteil des Scharniers 20 ist, an dem Punkt 70 fest und am Punkt 80 insofern variabel verbunden, als das Tex­ til- oder Kunststoffgewebeband 40' dort aus dem Deckelmaterial herausziehbar sein kann. Das Textil- oder Kunststoffgewebeband oder -material 40' stellt somit die Energieaufnahmeeinrichtun­ gen dar, die die Bewegungsenergie beim Aufstoßen des Deckels 10 aufnehmen und dann mittels dieser Energie, die im Bandmate­ rial und/oder in der Bandbefestigung gespeichert worden sein kann, nach dem Zusammenfallendes Airbags (nicht gezeigt des Airbagmoduls M den Deckel 10 wieder in seine Schließstellung zu ziehen.

Beispielsweise kann das Textil- oder Kunststoffgewebe 40' wäh­ rend des Öffnungsvorganges eine vorübergehende Dehnung erfah­ ren, welche das Öffnen der Klappe 10 ermöglicht. Nach Entfal­ tung des Luftsacks und der nunmehr geringeren Krafteinwirkung des Luftsacks auf die Klappe 10 wird das Textil- oder Kunst­ stoffgewebe 40' seine ursprüngliche Länge zwischen den Punkten 70 und 80 wieder einnehmen wollen und somit die Klappe 10 in ihre Ausgangsposition zurückführen, wodurch die Airbag-Auslaß­ öffnung verschlossen wird und der Insassenschutz bei einem Se­ kundäraufprall wieder gewährleistet ist.

Die Ausgestaltung der Fig. 7 sieht als weitere Option vor, daß die Klappe 10 nochmals mittels einer zusätzlichen Schwächung 60' in der Klappe 10 letztere in Klappenteile 10a und 10b un­ terteilt, welche durch den Zug des Textil- oder Kunststoffge­ webes 40' während des Öffnungsvorganges zusammenfaltet werden. dies trägt zusätzlich dazu bei, daß ein eventueller Kontakt des hochklappenden Deckels 10 mit der Frontscheibe F und damit deren Beschädigung vermieden wird, welche für die Insassen ein erhöhtes Verletzungspotential darstellen könnte. Die Klappe 10 selbst wird wieder in die ursprüngliche oder Ausgangsposition durch das Textil- und/oder Kunststoffgewebe 40' zurückgeführt.

Diese Aspekte sind in den Ansprüchen 5 und 6 wiedergegeben.

Die einzelnen Aspekte der vorliegenden Erfindung können sowohl jeweils einzeln, als auch in ihrer Kombination umgesetzt wer­ den, wobei jedoch jeder Aspekt sowie deren einzelne Ausführun­ gen für sich separat schutzfähig und schutzwürdig sind. Neben den in den vorliegenden Unterlagen enthaltenen allgemeinen und konkreten Angaben zur Realisierung einzelner oder mehrerer Aspekte der Erfindung gehören zum Offenbarungsgehalt dieser Unterlagen auch alle Variationen, Modifikationen und Substitu­ tionen, die der Fachmann ohne weiteres aus den Unterlagen selbst und/oder unter Hinzuziehung seines Fachwissens erkennen kann.

Claims (6)

1. Laserbearbeitungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Erfassen der Restmaterialstärke von der Bearbeitungsseite her und/oder Einrichtungen zum zumindest im wesentlichen vollständigen flächigen Auflegen von folien- oder filmartigen Werkstücken und/oder sich temporär mit einem Werkstück mitbewegende Einrichtungen zur Laser­ strahlabgabe und/oder -leitung vorgesehen sind.

2. Laserbearbeitungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Restmaterialstärke von der Bearbeitungsseite her bestimmt wird und/oder folien- oder filmartige Werkstücke zumindest im wesentlichen vollflächig abgestützt werden und/oder Einrichtungen zur Laserstrahlabgabe und/oder -leitung temporär mit einem Werkstück mitbewegt werden.

3. Laserbearbeitungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um unterschäumtes Lagenmate­ rial so einzuklemmen, daß während einer Laserbearbeitung elastische und/oder Schaumschichten weitgehend zusammen­ drückbar sind.

4. Laserbearbeitungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß unterschäumtes Lagenmaterial so eingeklemmt wird, daß während einer Laserbearbeitung elastische und/oder Schaum­ schichten weitgehend zusammengedrückt werden.

5. Airbagvorrichtung mit einem Airbag und einer Klappe zum Verschließen einer Airbagaustrittsöffnung vor der Auslösung des Airbags, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Speichern der Bewegungsenergie beim Aufstoßen der Klappe vorgesehen und dazu ausgelegt sind, die Klappe nach dem Zusammenfallen des Airbags zumindest im wesentlichen wieder in ihre Schließposition in oder über der Airbagaustrittsöffnung zurückzuführen.

6. Verfahren zum Betätigen eines Airbags, wobei der Airbag durch eine Airbagaustrittsöffnung hindurch aufgeblasen wird, wobei er eine die Airbagaustrittsöffnung verschlie­ ßende Klappe aufstößt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsenergie beim Aufstoßen der Klappe gespeichert und nach dem Zusammenfallen des Airbags in der Weise wieder abgegeben wird, daß die Klappe zumindest im wesentlichen wieder in ihre Schließposition in oder über der Airbagaustrittsöffnung zurückgeführt wird.