DE4401698C2 - Verfahren zum Randschichthärten von Langgut mit Hochenergiestrahlung - Google Patents

Description

Verfahren zum Randschichthärten von Langgut mit Hoch­ energiestrahlung, insbesondere Laserstrahlung, bei dem die Langgutoberfläche mit nacheinander erzeugten Bearbeitungsspu­ ren der Strahlung gehärtet wird, bei dem ein während des Här­ tens auftretender Verzug des Langguts gemessen wird, und bei dem die folgende Bearbeitungsspur entsprechend dem Meßergeb­ nis mit einem Rechner automatisch nach Vorgabe einer Bearbei­ tungsstrategie im Sinne einer Verzugsminimierung angelegt wird.

Bei der Auswahl eines Werkstoffs für ein Bauteil ist es technisch und wirtschaftlich nicht immer möglich, das gesamte Bauteil aus einem solchen Werkstoff zu fertigen, der den Ver­ schleißanforderungen ohne Nachbearbeitung gerecht wird. In diesen Fällen ist es sinnvoll, Verschleißstellen zu härten, um eine verschleißbeständige Oberfläche zu schaffen. Bei­ spielsweise werden Rechteckrohre mit gehärteten Kantenberei­ chen versehen, damit sie im Anlagenbau als Querarme, Stand­ säulen, Schienen und Führungselemente eingesetzt werden kön­ nen, die im Kantenbereich besonders verschleißfest sein müs­ sen. Die bei den Rohren vorzunehmende Härtung ist häufig eine Randschichthärtung, die in Bezug auf die Breite des Werk­ stücks und auf dessen Dicke eng begrenzte Härtezonen hat. Für derartige Randschichthärtungen von Rohren werden Induktions­ anlagen eingesetzt und es ist auch bekannt, das Randschicht­ härten mit Laserstrahlung durchzuführen. Bei den bekannten Verfahren wird die Härtestrategie in der Regel dem Maschinen­ bediener überlassen, der sich an Erfahrungswerte hält, die entsprechend der Geometrie des Werkstücks, dessen Werkstoff und der Behandlungsvorgeschichte ausgewählt werden. Es kommt daher verhältnismäßig häufig vor, daß eine falsche Härtestra­ tegie ausgewählt wird, so daß große Verzüge auftreten. Diese können sich aus Biegungen in zwei Ebenen, aus Torsionen und aus Querschnittswölbungen zusammensetzen. Durch den beim Här­ ten entstehenden Verzug kann die Form des Bauteils so verän­ dert werden, daß die vorgegebenen Abmessungstoleranzen über­ schritten werden. In solchen Fällen müßten Nachbearbeitungen durch kostenintensives Richten oder durch anschließende spa­ nende Nachbearbeitung erfolgen. Letzteres ändert jedoch die Wandstärke und damit die Belastbarkeit des Bauteils über des­ sen Länge.

Ein Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen ist aus der DE 39 08 562 A1 bekannt. Als Maß für den Bauteilver­ zug wird die Mittendurchbiegung des Bauteils erfaßt. Eine Be­ arbeitungsspur, die einen Verzug minimieren soll, wird auf derjenigen Seite des Werkstücks durchgeführt, die einer vor­ ausgegangenen Bearbeitungsspur gegenüberliegt. Mit den be­ kannten Maßnahmen zur Kompensation von Biegeverzug läßt sich das Problem des Torsionsverzugs nicht zufriedenstellend be­ herrschen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Veb­ fahren mit den eingangs genannten Verfahrensschritten so zu verbessern, daß der Verzug des Bauteils nach dem Härten mini­ mal ist, insbesondere der Torsionsverzug.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mindestens einer der über das Langgut verteilten Ist-Werte des Torsionsverzugs ermittelt wird, daß das Vorzeichen dieses Torsionswerts dem Rechner zur Verfügung gestellt wird, und daß die folgende Be­ arbeitungsspur gemäß der Bearbeitungsstrategie im Sinne eines Torsionsverzugs entgegengesetzten Vorzeichens selbsttätig ausgewählt wird.

Mit dem vorgenannten Verfahren kann ein systematischer Zusammenhang des infolge einer Bearbeitungsspur auftretenden Verzugs und der Auswahl der nachfolgenden Bearbeitungsspur hergestellt werden, indem nämlich die Richtung des Torsions­ verzugs benutzt wird, um die nachfolgende Bearbeitungsspur so anzuordnen, daß der infolgedessen auftretende Torsionsverzug entgegen­ gesetzten Vorzeichens ist. Die beiden Verzüge kompensieren sich zum Teil. Der resultierende Endverzug kann stets kleiner gehal­ ten werden, als das Maximum des Verzugs aus allen Einzelbear­ beitungsspuren. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen zudem, daß die aus den Einzelbearbeitungsspuren resultierenden Verzüge mit zunehmender Spuranzahl geringer werden, da sich die Stei­ figkeit der Bauteile und damit die Widerstandsmomente durch die höhere Versetzungsdichte der bereits plastifizierten Bereiche der Härtezonen erhöht. Das begünstigt eine selbstregulierende Bearbeitungsstrategie, bei der mit den letzten Bearbeitungsspu­ ren eine fein abgestufte Annäherung an den Verzugsendwert Null möglich ist. Die Auswertung des Torsionsverzugs bzw. die Aus­ wertung des Vorzeichens des Torsionsverzugs erweist sich damit als einfacher Verfahrensschritt, um mit einer Einzelspurhärtung zu einer Minimierung des Gesamtverzugs des Bauteils zu gelan­ gen. Es können enge Toleranzen des Bauteils eingehalten werden, die beispielsweise 0,2° pro Meter Rohrlänge für Meßmaschinen und Lineartische nicht überschreiten. Damit kann zur Senkung der Ausschußrate der industriellen Produktion ein wertvoller Beitrag geliefert werden.

Das vorbeschriebene Verfahren zum Randschicht- bzw. zum Festphasenhärten mit Hochenergiestrahlung ist für die unter­ schiedlichsten lokalen Oberflächenbehandlungen geeignet, vor­ nehmlich jedoch zur Behandlung von Langgut gedacht, also für Rohre und Vollmaterialien unterschiedlichster Abmessungen. Sol­ che werden im gesamten Anlagenbau als Querarme, Standsäulen, Schienen und Führungselemente eingesetzt, bei denen Abrollvor­ gänge zu Pittingbildungen und Reibverschleiß im Bereich der Rollfläche führen können, wie bei 3-D-Koordinatenmeßmaschinen und Lineartischen. Als Hochenergiestrahlung kommt vornehmlich die Laserstrahlung in Frage, aber auch Elektronenstrahlung, Strahlung von Hochenergielampen und Hochleistungsdioden können eingesetzt werden, ebenso wie Induktoren, die in der Lage sind, Bearbeitungsspuren auf dem Langgut zu erzielen, die also schma­ ler sind, als das Werkstück breit ist. Der Laserstrahl kann mittels geeigneter Bearbeitungsoptiken an die gegebenen Geome­ trien des Langguts angepaßt werden, wie auch an die Geometrien der zu härtenden Bereiche. Ein Werkzeugwechsel, wie bei der In­ duktionshärtung, ist nicht erforderlich. Das Härten mit dem La­ serstrahl kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn die zu härtenden Bauteile häufig wechseln, wie es in Lohnhärtereien der Fall ist. Die selbsttätige Auswahl der folgenden Bearbei­ tungsspur im Sinne eines Torsionsverzugs kann bezüglich aller einflußreichen Parameter erfolgen. In eine solche Auswahl gehen auch Parameter ein, wie der querschnittsmäßige Aufbau des zu härtenden Bauteils und dessen Oberflächenbeschaffenheit, die für das Absorptionsvermögen der Hochenergiestrahlung von Bedeu­ tung sein können.

Von besonderer Bedeutung ist es jedoch, wenn das Verfahren so durchgeführt wird, daß die folgende Bearbeitungsspur hin­ sichtlich ihrer Lage und/oder hinsichtlich ihrer Vorschubrich­ tung selbsttätig ausgewählt wird. Die Lage der folgenden Bear­ beitungsspur ist deswegen von Bedeutung, weil sich das Langgut in Abhängigkeit von der Richtung der Hochenergiestrahlung ver­ formt, unter der sie auf das Werkstück auftrifft. Durch das Härten wird die Randschicht des Werkstücks plastifiziert, wo­ durch es zu einer in der Richtung der Strahlung gesehen konka­ ven Verformung des Langguts kommt. Um diesen Verzug zu kompen­ sieren, kann die folgende Bearbeitungsspur so gelegt werden, daß der bei dem nachfolgenden Härtungsprozeß auftretende Verzug dem Verzug der vorhergehenden Härtung entgegenwirkt und damit der Gesamtverzug verringert wird.

Ein weiterer Umstand, der das Härtungsergebnis negativ be­ einflussen kann, ist die Änderung der Relativlage einer Bear­ beitungsspur in Bezug auf die Geometrie des zu härtenden Werk­ stücks im Verlauf einer spurweisen Bearbeitung infolge des an­ wachsenden Verzugs. Des weiteren kann sich der im Verlauf einer Bearbeitung auf einer Bearbeitungsspur anwachsende Verzug da­ hingehend auswirken, daß der Arbeitsfleck der Strahlung falsch liegt, nämlich nicht im Bereich der zu härtenden Randschicht, sondern darüber oder zu tief innerhalb des Werkstücks. Dann kann das gewünschte Härtungsergebnis nicht erreicht werden. Das Verfahren kann daher dadurch weitergebildet werden, daß während der Bearbeitung auf dem Langgut auftretende Fokuslageänderungen on-line ermittelt und ausgeregelt werden. Dadurch wird er­ reicht, daß die Bearbeitungsspur stets diejenige Lage auf dem Langgut hat, die sie haben soll, um den vorbestimmten Flächen­ bereich des Werkstücks zu härten.

Um die Fokuslage der Hochenergiestrahlung bzw. etwaige Än­ derungen der Fokuslage erfassen zu können, wird das Verfahren so durchgeführt, daß der Abstand des die Hochenergiestrahlung aussendenden Bearbeitungskopfs von der Bearbeitungsspur on-line gemessen wird, und daß der Abstand des Bearbeitungskopfs von der Oberfläche des Langguts dem Meßergebnis entsprechend fort­ während vergrößert oder verkleinert wird. Infolge dieses Ver­ fahrens ist die Abstandsmessung ein probates Mittel, um Här­ tungsfehler zu vermeiden.

Um Lageänderungen der Bearbeitungsspur auf dem Langgut zu ermitteln, wird das Verfahren so durchgeführt, daß der Kanten­ abstand der Bearbeitungsspur on-line gemessen wird, und daß die Stellung des Bearbeitungskopfs hinsichtlich der Bezugskante dem Meßergebnis entsprechend fortwährend im Sinne eines vorgegebe­ nen Kantenabstands nachgeregelt wird. Die Bearbeitungsspur kann also optimal auf dem Werkstück positioniert werden, indem ihr Kantenabstand für die Messung und damit für die Regelung heran­ gezogen wird. Das ist ein meßtechnisch einfaches und zuverläs­ siges Verfahren. Dementsprechend vorteilhaft ist seine Anwen­ dung beim automatisierten Randschichthärten.

Um den Kantenabstand der Bearbeitungsspur in einfacher Weise zu ermitteln, wird das Verfahren so durchgeführt, daß die Messung des Kantenabstands der Bearbeitungsspur durch eine Ab­ standsmessung erfolgt, die parallel zur Hauptebene der Bearbei­ tungsspur durchgeführt wird. Die Abstandsmessung an sich ist ein bewährtes Mittel hinreichender Präzision und gemeinsam mit den bei Hochenergiestrahlung angewendeten Apparaten zuverlässig einzusetzen, insbesondere wenn die Fokuslage ebenfalls durch Abstandsmessung überwacht wird, so daß insgesamt für die on­ line-Regelung lediglich zwei Abstandsmessungen on-line durchge­ führt werden müssen.

Bei dünnwandigem Langgut, insbesondere bei Rohren kann es zu unerwünschten Härtungsergebnissen kommen, weil die von der Hochenergiestrahlung beaufschlagte Wechselwirkungszone in Bezug auf die Wanddicke des Langguts zu groß ist. Die kritische Ab­ kühlrate zur martensitischen Umwandlung kann unterschritten werden und es bilden sich unerwünschte Zwischenstufengefüge. Diese Gefahr ist insbesondere bei dünnwandigen Rohren mit einer Wandstärke von < 10 mm gegeben, wenn die Spurbreite größer als die Wandstärke ist und wenn das Verhältnis von Wandstärke zu Einhärttiefe < 10 ist.

Um weiterhin Anlaßeffekte im Bereich der ersten Bearbei­ tungsspur zu vermeiden, bzw. eine deutliche Verbesserung der Härteverteilung über die Spurbreite zu erreichen, wird das Ver­ fahren so durchgeführt, daß beim Randschichthärten von Rohren eine Kühlung der der Bearbeitungsspur nächstliegenden Rohrin­ nenwand eingesetzt wird. Bei diesem Verfahren werden die Tempe­ raturfelder im Bearbeitungsquerschnitt im Sinne steiler Tempe­ raturgradienten ausgebildet. Die Wechselwirkungszone des Werk­ stücks mit dem wärmeenergiezuführenden Hochenergiestrahl wird infolge der Kühlung kleiner. Infolgedessen wird auch der Rand­ schichtbereich verkleinert, in dem plastisches Fließen ein­ tritt. Da die Größe plastifizierter Bereiche für die Größe des Verzugs maßgeblich ist, kann ein infolge der Kühlung kleinge­ haltener plastifizierter Bereich dazu beitragen, daß der Verzug verringert wird.

Wenn das Langgut in einer Weise gehärtet werden soll, bei der eine symmetrische Anordnung mehrerer Bearbeitungsspuren nicht gegeben ist, z. B. weil eine Härtung nur auf einer Fläche eines Rechteckrohres durchgeführt werden soll, kann eine Ver­ ringerung des Verzugs des Langguts dennoch dadurch erreicht werden, daß das Verfahren so durchgeführt wird, daß zusätzlich zu Bearbeitungsspuren Richtspuren selbsttätig ausgewählt wer­ den, bei denen die Temperatur der bestrahlten Randschicht un­ terhalb der Austenitisierungstemperatur bleibt. Die auf den Richtspuren erzeugte Beeinflussung der Struktur des Langguts wirkt dessen Verzug im Bereich der Bearbeitungsspuren entgegen, so daß der Gesamtverzug minimiert bzw. einem Verzugsendwert null angenähert werden kann. Bei diesem Verfahren mit Richtspu­ ren ist die auf diesen Richtspuren eingebrachte Energie gerin­ ger, als in den Bearbeitungsspuren, so daß entsprechend schnel­ ler verfahren werden kann.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläu­ tert. Es zeigt:

Fig. 1 bis 4 bei Langgut mögliche unterschiedliche Ver­ zugsformen anhand einer schematischen Darstellung von Teilen mit im wesentlichen rechteckigem Quer­ schnitt, wobei die Fig. 1, 2 Stand der Technik darstellen,

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur näheren Erläute­ rung des Torsionsverzugs,

Fig. 6, 7 schematische Darstellungen als Aufsicht und Sei­ tenansicht zur Erläuterung von Lageänderungen der Bearbeitungsspur und Fokuslageänderungen auf dem Langgut, und

Fig. 8 ein Blockdiagramm zur Erläuterung von in Verbin­ dung mit der Erfindung durchgeführten Verfahren.

Die Fig. 1, 2 dienen zur Erläuterung von Biegeverzug. Das im Bereich der Fig. 1, 2 angegebene Koordinatendreibein kenn­ zeichnet die x-, y- und z-Richtung. Die in beiden Figuren dar­ gestellten Werkstücke sind Langgut 10 quadratischen Quer­ schnitts, also zylindrische Teile, wie Rohre oder Stangen. Auf der Langgutoberfläche 11 ist eine Bearbeitungsspur 12 dargestellt, die längs einer Kante 17 verläuft. Sie grenzt direkt an diese Kante 17 an. Fig. 1 zeigt, daß sich infolge der Härtung ein Biegeverzug B_z ergeben hat, wie sich aus der Darstellung des Langguts 10 mit ausgezogenen Strichen in Ver­ gleich zu seiner ursprünglichen Stellung vor dem Bearbeiten ableiten läßt, die mit gestrichelten Strichen angedeutet ist. In ähnlicher Weise zeigt Fig. 2 den Biegeverzug B_y, der sich infolge einer Härtung mit der Bearbeitungsspur 12 ergeben hat, wobei also das Langgut 10 von seiner in gestrichelten Strichen dargestellten Ausgangsstellung einen erheblichem Verzug gemäß der Darstellung mit ausgezogenen Strichen erlit­ ten hat. Bezüglich der Darstellung in Fig. 1, 2 versteht sich, daß das Langgut querschnittsmäßig so ausgebildet sein muß, daß die dargestellten reinen Biegeverzüge auftreten können. Das dargestellte Langgut 10 läßt also keinen zwingenden Schluß darauf zu, daß die dargestellte Geometrie des Langguts für den dargestellten Verzug ursächlich ist. Grundsätzlich gilt bezüglich des Biegeverzugs lediglich, daß sich ein Rechteckrohr nach einer Laserstrahlhärtung vom Laserstrahl wegbiegt, so daß es gemäß Fig. 1 eine in Laserstrahlrichtung gesehen mehr oder weniger konkave Ausbildung annimmt. Dieser Mechanismus kann an­ lagentechnisch genutzt werden, indem eindeutige Biegeverzugs­ richtungen definiert werden, die in Absolutkoordinaten darge­ stellt werden können. Der Biegeverzug B_z in Fig. 1 ist bei­ spielsweise positiv, während der Biegeverzug B_y in Fig. 2 nega­ tiv ist.

Fig. 3 zeigt einen Torsionsverzug, bei dem angenommen wird, daß das Langgut 10 an einem Ende 10′ keinen Verzug aufweist, so daß bezüglich dieser Stellung am anderen Ende 10′′ des Langguts 10 ein Torsionswert T festgestellt werden kann. Auch bezüglich des Torsionsverzugs gibt es einen eindeutigen Richtungszusam­ menhang. Fig. 5 zeigt ein Vektordreibein, bestehend aus dem Ge­ schwindigkeitsvektor (v) der bewegten Strahlquelle, dem norma­ len Vektor (n_v), der z. B. mit einer Bearbeitungsspur 12 zu be­ arbeitenden Fläche und dem Normalenvektor (n_F) der an die Bear­ beitungsspur 12 angrenzenden Fläche 11′. Wird die der Vor­ schubrichtung entgegengesetzte Stirnseite des Langguts 10 als Einspannung bzw. Bezugsfläche betrachtet, so ergibt sich der Torsionsvektor durch Drehung von (n_v) in (n_F). Bei der in Fig. 5 gewählten Lage und Vorschubrichtung der Bearbeitungsspur 12 er­ gibt sich ein negativer Torsionsverzug.

Mit diesen Zusammenhängen ist es unter Berücksichtigung der Vorzeichen der Torsions- bzw. Biegewerte möglich, die Ände­ rungen von Biegung und Torsion qualitativ zu erfassen. Das ist möglich, wenn die Verzugsrichtungen in Absolutkoordinaten dar­ gestellt werden. Bei mehreren Spurlagen lassen sich gleiche Spurlagen jeweils durch gleiche Vorzeichenkombinationen identi­ fizieren. Unter Berücksichtigung dieser Gesetzmäßigkeiten ist es möglich, einer ungünstigen Verzugsentwicklung durch einen geeigneten Programmablauf entgegenzuwirken. Inhomogenitäten im Werkstoff des Langguts, schwankende Wandstärken bei gewalzten Rohren, Änderungen und Schwankungen des Absorptionsgrades der Hochenergiestrahlung sowie Eigenspannungen im Langgut führen zwar zu unterschiedlichen absoluten Biege- und Torsionswerten, jedoch können die Vorzeichen der Änderungen zuverlässig erfaßt werden, um dementsprechend eine selbstregulierende Bearbei­ tungsstrategie durchzuführen.

Fig. 8 läßt im oberen Bereich erkennen, daß nach dem Start des Bearbeitungsprozesses unterschiedliche Verzüge Störgrößen bilden können, nämlich zum einen Biegungen in z-, y-Richtungen und zum anderen Torsionen. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist nun in erster Linie von Bedeutung, daß der Verzug der Tor­ sion in geeigneter Weise erfaßt wird, beispielsweise durch einen Winkelencoder, der die Torsion mißt und das Vorzeichen dieses Torsionswerts T im Rechner zur Verfügung stellt. Dieser Rechner ist in Fig. 8 schematisch mit 20 bezeichnet, der das Meßergebnis der Torsion zu gegebener Zeit innerhalb des Pro­ grammablaufs einer CNC abfragt, nämlich beispielsweise nachdem eine Bearbeitungsspur 12 vollständig oder teilweise angelegt wurde. Je nach dem Vorzeichen + oder - entscheidet der Rechner 20 die Durchführung einer Bearbeitungsstrategie a oder einer anderen Bearbeitungsstrategie b um zu erreichen, daß die fol­ gende bzw. nächste Bearbeitungsspur im Sinne eines Torsionsver­ zugs entgegengesetzten Vorzeichens erfolgt. Die selbsttätige Auswahl der nächsten Bearbeitungsspur ist von Bearbeitungsstra­ tegien abhängig, die unter Berücksichtigung der Geometrie des Langguts 10 und der auf dessen Oberflächen benötigten zu härtenden Flächenbereichen erfolgt. Im Fall der Fig. 1 kann die folgende Bearbeitungsspur auf der der Oberfläche 11 gegenüber­ liegenden Fläche 11′′ angebracht werden, so daß der Biegeverzug B_z um einen Anteil -B_z verringert wird, um den dann gegebenen Endverzug zu minimieren. Eine derartige Minimierung eines Tor­ sionsverzugs kann erreicht werden, indem unter Berücksichtigung des z. B. aus dem Querschnitt zu erwartenden Torsionsverhaltens des Langguts 10 eine entsprechende Anordnung der folgenden Bearbeitungsspur selbsttätig ausgewählt wird, wobei es sich versteht, daß der Rechner 20 für die betreffende Härtungs­ aufgabe zuvor eine entsprechende Bearbeitungsstrategie gespei­ chert haben muß.

Der Begriff der folgenden Bearbeitungsspur soll auch um­ fassen, daß die Bearbeitungsspur hinsichtlich ihrer Lage und/oder hinsichtlich ihrer Vorschubrichtung während eines Vor­ schubvorgangs geändert wird, wenn dies aufgrund der Gestaltung des Langguts erforderlich ist. Es ist beispielsweise denkbar, die Bearbeitungsspur zu verbreitern, oder sie in Bezug auf ihre Anfangslage quer zu versetzen, wobei ihre Parallelität zur Längsachse des Langguts beibehalten oder anforderungsgemäß ge­ ändert werden kann.

In Fig. 8 ist dargestellt, daß das Verfahren zum Rand­ schichthärten mit Erfassung des Vorzeichens der Torsion dahin­ gehend abgeändert werden kann, daß ein Wegregelkreis eingefügt wird. Dieser kompensiert die während des Anlegens einer Bear­ beitungsspur 12 in z, y-Richtung auftretende Biegung.

Fig. 7 zeigt das Langgut 10 mit einem Biegeverzug, wobei davon ausgegangen wird, daß die Hochenergiestrahlung 14 mit ei­ nem Bearbeitungskopf 15 vertikal auf das Langgut 10 einstrahlt. Wenn der Bearbeitungskopf 15 während seines Vorschubs in Rich­ tung vf stets denselben Abstand 13 von der Ausgangshöhenlage des Langguts 10 beibehält, d. h. entlang der Referenzgeraden 22 verfährt, sieht man, daß die durch die Hochenergiestrahlung 14 erzeugte Härtspur ihre vorbestimmten Abmessungen nur innerhalb des Langguts 10 haben kann, nicht aber auf dessen Oberfläche 23, wie gewünscht. Das Langgut 10 verzieht sich jedoch, so daß die auf der Oberfläche 23 des Langguts 10 gebildete Härtespur infolge geringerer Energiedichte nicht die gewünschte Härtung in der bestrahlten Randschicht des verzogenen Langguts 10 haben kann. Der in Fig. 8 dargestellte Wegregelkreis weist daher einen Abstandssensor 24 auf, der den Abstand des Bearbeitungskopfs 15 von der Oberfläche 23 des Langguts 10 fortlaufend als Ist-Größe erfaßt und mit einer Sollgröße vergleicht, die dem Abstand 13 der Fig. 7 entspricht. Dem Vergleichsergebnis entsprechend wird über ein Regelglied 25 und einen Motorservo 26 erreicht, daß der Bearbeitungskopf 15 in einer der Richtungen des Pfeils 27 verstellt wird, so daß die Bearbeitungsspur wie vorbestimmt auf der Oberfläche 23 des Langguts 10 angeordnet ist, weil der Be­ arbeitungskopf 15 wie mit ausgezogenem Strich dargestellt mit gleichbleibend geregeltem Abstand 13 zur Oberfläche 23 verfah­ ren wird.

Vorstehend wurde der Wegregelkreis beschrieben, um eine Biegung in y-Richtung auszuregeln. Der Wegregelkreis kann je­ doch auch eingesetzt werden, um eine Biegung in z-Richtung aus­ zuregeln, indem der Abstandssensor 24 gemäß Fig. 6 um 90° zur Hochenergiestrahlung 14 versetzt mißt, also in der Hauptebene der Bearbeitungsspur 12 oder parallel dazu. Die Hauptebene der Bearbeitungsspur 12 ist in Fig. 6 die Darstellungsebene. Es wird bei einem in y-Richtung verzogenen Langgut 10 dargestellt, daß die ungeregelte Bearbeitungsspur 12 infolge des Verzugs in y-Richtung einen darstellungsgemäß unterschiedlich verlaufenden Kantenabstand K hat, was dazu führt, daß die Bearbeitungsspur 12 zumindest zum Teil Oberflächenbereiche des Langguts 10 här­ tet, die nicht gehärtet werden sollen bzw. zu härtende Oberflä­ chenabschnitte ungehärtet läßt. Infolge der Messung des Ab­ standssensors 24 kann der Bearbeitungskopf 15 nun so geführt werden, daß die erwünschte geregelte Bearbeitungsspur 12 einen Kantenabstand null von der Bezugskante 17 hat. Infolgedessen ist eine verzugsbedingte Lageänderung der Bearbeitungsspur 12 vermieden.

Die Regelung der Lage der Bearbeitungsspur 12 hinsichtlich der Bezugskante 17 und hinsichtlich des Abstands 13 des Bear­ beitungskopfs vermeidet auch, daß sich durch die Falschlage der Bearbeitungsspur bedingte Torsionsverzüge einstellen bzw. ande­ re Verzüge.

In Fig. 4 ist ein Wölbungsverzug W dargestellt, der es ebenfalls erforderlich macht, den Abstand 13 des Bearbeitungs­ kopfs 15 zu verändern, wenn ein unerwünschtes Härtungsergebnis vermieden werden soll.

Darüber hinaus ist in Fig. 4 dargestellt, daß ein Rechteck­ rohr 18 durch Bespülung der Rohrinnenwand 19 gekühlt werden kann, um so zu erreichen, daß der plastifizierte Randschichtbe­ reich in gewünschtem Umfang kleingehalten werden kann.

Claims (8)

1. Verfahren zum Randschichthärten von Langgut (10) mit Hoch­ energiestrahlung (14), insbesondere Laserstrahlung, bei dem die Langgutoberfläche (11) mit nacheinander erzeugten Bearbeitungsspuren (12) der Strahlung gehärtet wird, bei dem ein während des Härtens auftretender Verzug des Lang­ guts (10) gemessen wird, und bei dem die folgende Bearbei­ tungsspur (12) entsprechend dem Meßergebnis mit einem Rechner (20) automatisch nach Vorgabe einer Bearbeitungs­ strategie im Sinne einer Verzugsminimierung angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der über das Langgut (10) verteilten Ist-Werte (T) des Torsionsverzugs ermittelt wird, daß das Vorzeichen (+ oder -) dieses Tor­ sionswerts (T) dem Rechner (20) zur Verfügung gestellt wird, und daß die folgende Bearbeitungsspur gemäß der Be­ arbeitungsstrategie im Sinne eines Torsionsverzugs entge­ gengesetzten Vorzeichens selbsttätig ausgewählt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Bearbeitungsspur hinsichtlich ihrer Lage und/oder hinsichtlich ihrer Vorschubrichtung selbsttätig ausgewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Bearbeitung auf dem Langgut (10) auftre­ tende Arbeitsflecklageänderungen on-line ermittelt und ausgeregelt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (13) des die Hochenergiestrahlung (14) aussenden­ den Bearbeitungskopfs (15) von der Bearbeitungsspur (12) on-line gemessen wird, und daß der Abstand (13) des Bear­ beitungskopfs (15) von der Oberfläche (16) des Langguts (10) dem Meßergebnis entsprechend fortwährend vergrößert oder verkleinert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kantenabstand (K) der Bearbeitungsspur (12) on-line gemes­ sen wird, und daß die Stellung des Bearbeitungskopfs (15) hinsichtlich der Bezugskante (17) dem Meßergebnis entspre­ chend fortwährend im Sinne eines vorgegebenen Kantenab­ stands nachgeregelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung des Kantenabstands (K) der Bearbeitungsspur (12) durch eine Abstandsmessung erfolgt, die parallel zur Hauptebene der Bearbeitungsspur (12) durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Randschichthärten von Rohren (18) eine Kühlung der der Bearbeitungsspur (12) nächstliegenden Rohrinnenwand (19) eingesetzt wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu Bearbeitungsspu­ ren (12) Richtspuren selbsttätig ausgewählt werden, bei denen die Temperatur der bestrahlten Randschicht unterhalb der Austenitisierungstemperatur bleibt.