EP3948456A1 - Verfahren zur versatzmasskompensation - Google Patents

Verfahren zur versatzmasskompensation

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EP3948456A1
EP3948456A1 EP20717548.0A EP20717548A EP3948456A1 EP 3948456 A1 EP3948456 A1 EP 3948456A1 EP 20717548 A EP20717548 A EP 20717548A EP 3948456 A1 EP3948456 A1 EP 3948456A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
laser
workpiece
offset
coordinates
punching
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20717548.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Simon OCKENFUSS
Harald MATHIAS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Original Assignee
Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=70289731&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP3948456(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG filed Critical Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Publication of EP3948456A1 publication Critical patent/EP3948456A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/182—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by the machine tool function, e.g. thread cutting, cam making, tool direction control
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21D28/02—Punching blanks or articles with or without obtaining scrap; Notching
    • B21D28/04—Centering the work; Positioning the tools
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21D28/24—Perforating, i.e. punching holes
    • B21D28/26—Perforating, i.e. punching holes in sheets or flat parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/30—Nc systems
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49235—Control depth as function of grey level of scanned object, map of thickness
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50057—Compensation error by probing test, machined piece, post or pre process

Definitions

  • the invention relates to a method for detection and
  • the invention also relates to an associated one
  • the invention also relates to a
  • Processing machine for processing a workpiece, a Associated control device and an associated processing machine.
  • high-quality outer contours and / or filigree inner contours can be cut with the laser beam of the laser device.
  • the punch-laser offset of a punch-laser machine can be different depending on the machine and can change for different reasons over the period of use. This is due to manufacturing tolerances of the machine elements, thermal expansion of the mechanics, collisions,
  • the invention is therefore based on the object of enabling a simple and reliable way of determining and compensating for an offset in a processing machine.
  • the invention is based on the object of ensuring a simpler and more reliable way of determining the punch-laser offset dimension and its compensation in a punch-laser machine.
  • This task is first carried out by a method with the
  • Laser device in a combined punch-laser machine for processing a plate-shaped workpiece, in particular a sheet metal comprising the following steps: a. Introducing a structure into the plate-shaped workpiece by means of the punching device or by means of the
  • the combined punch laser machine consequently has a
  • a structure is introduced into the workpiece either by means of the punching device or by means of the laser device.
  • the structure is consequently either punched or lasered.
  • a measured variable is then determined with the respective other device, that is to say either with the laser device or by means of the punching device. This measured variable is then compared with an expected variable. If the actually measured variable, i.e. the measured variable, deviates from the expected variable, the deviation corresponds to an offset between the laser coordinates in the laser coordinate system and the
  • Offset measure are designated and around this error can then the coordinates of the laser device in Laser coordinate system or, alternatively, the coordinates of the punching device are compensated in the punching coordinate system.
  • a determined offset represents a deviation by which the known and set offset between the laser and punching coordinates deviates from the actual offset between the laser and punching coordinates.
  • the punching coordinates in the punching coordinate system are programmed positions (X and Y position in
  • the laser coordinates are accordingly programmed positions (X and Y positions in the coordinate system) on the workpiece, at which a structure is to be lasered, in particular cut, into the workpiece by means of the laser device.
  • the punching coordinate system and the laser coordinate system either have the same origin or, in particular, the origins are displaced by a known and correct offset relative to one another to the correct extent.
  • This offset can be different depending on the machine and in particular over the Change usage period. This can, for example, be due to manufacturing tolerances of the machine elements, to a
  • the offset can now be determined automatically according to the invention and corrected (after).
  • the originally programmed position in the laser coordinates, at which a structure is to be introduced into the workpiece by means of the laser, is corrected by the offset.
  • the originally programmed position could also be in the
  • the punching device is to be introduced into the workpiece in order to correct the offset. Overall, compared to a manual determination and correction of the offset dimension, a significantly faster, simpler and less
  • Offset dimension can be carried out comparatively often without affecting the efficiency of the machining of the punch laser machine in a relevant manner.
  • An advantageous development of the invention provides that in step a. with the punching device or the
  • Breakthrough is determined by means of the laser device or by means of the punching device, wherein in step c. it is determined whether the position of the determined center point with the expected position of the center coincides, and wherein a deviation of the determined position from the expected position corresponds to an offset, and wherein in step d.
  • compensation of the offset dimension is carried out by calculating the offset dimension with the coordinates of the laser device in the laser coordinate system or with the coordinates of the punching device in the punching coordinate system in order to obtain the offset between the
  • the structure is consequently designed as a breakthrough.
  • the measured variable is accordingly the center of the breakthrough. It is particularly conceivable that the opening is punched by means of the punching device and then the actual center point of the opening is determined by means of the laser device. However, the reverse is also conceivable.
  • a deviation corresponds to an offset and the coordinates of the laser device in the laser coordinate system can then be compensated for by this offset.
  • Detection light beam and based thereon detection of emitted or reflected light is determined.
  • the center point is accordingly determined using an optical measuring method.
  • the detection light beam can in particular be a
  • reflected laser radiation can be determined. As long as the detection light beam is on the workpiece itself
  • Breakthrough can be determined particularly easily. If the center point is determined by means of the laser device, the laser beam, which is otherwise used for processing the workpiece, can in this case be a corresponding one
  • Detection device is previously known, for example, from DE 10 2010 028 179 A1, the disclosure content of which is fully incorporated into the present application.
  • a detection beam is emitted from a reflector below the workpiece is reflected. As soon as the workpiece interrupts this beam, the workpiece edge is reached.
  • the laser light is consequently reflected back in the break-through area via the reflector as long as the beam is not
  • the transmitted laser light with the help of a photodiode underneath the workpiece.
  • the photodiode below the workpiece measures the laser radiation. If the laser beam is interrupted when the edge of the workpiece is touched, the signal measured by the photodiode underneath the sheet will also collapse.
  • one provided on the punching head can be used for this purpose
  • Reflection light barrier or a punch breakage control sensor on the punching head can be used.
  • Reflection light barrier or by means of the
  • the punch breakage control sensor can determine whether a punched-out structure has actually been removed from the workpiece.
  • Stamp breakage control sensors can in particular also generate a laser beam, with reflected or emitted
  • Detection light radiation can be detected for center point determination.
  • a device is previously known, for example, from EP 2 878 393 A1, the disclosure content of which is also included in this application.
  • the process light of the workpiece can either be from a Reflector below the workpiece for reflected light or a signal from a photodiode below the workpiece
  • the opening is circular.
  • Detection light beam are emitted by means of the laser device or by means of the punching device. In this way, the
  • both the workpiece and the laser device or the punching device are moved, for example along two axes offset by 90 °, in order to provide the relative displacement.
  • Some punch laser machines have redundant axes with which the
  • Laser head can be displaced in a small area (highly dynamic), so that it is also conceivable that the laser device can be displaced crosswise relative to the workpiece.
  • the method is carried out as follows: First, an opening is punched in the workpiece. The workpiece is then displaced relative to the laser device in such a way that the detection laser beam passes through the
  • the detection laser beam is then displaced relative to the workpiece along a first straight line until the edge of the opening is achieved.
  • the laser beam can then be shifted again along this first straight line in the opposite direction until the opposite edge is reached.
  • the laser beam can then be shifted by 90 ° along a second straight line until an edge is reached again and then finally in the opposite direction
  • steps a. to d. be performed in multiple workpiece sections of the workpiece, with the offset amount for each
  • Workpiece section is determined, and the offset with the coordinates of the laser device in
  • Laser coordinate system in each workpiece section is calculated to the offset between the punching coordinates and the laser coordinates in the respective workpiece section
  • the workpiece can consequently be divided into at least two, but in particular a multiplicity of workpiece sections.
  • the workpiece sections can in particular be arranged regularly and have the same size. It is conceivable that the punch / laser offset dimension varies over the entire workpiece.
  • the workpiece can be machined even more precisely by adding a corresponding local offset dimension in the corresponding Workpiece section is saved, stored and corrected in the workpiece section when it is processed accordingly.
  • Laser device in a combined punch-laser machine for processing a plate-shaped workpiece, in particular a sheet metal comprising the following steps: a. Introducing one structure at a time into the
  • Compensate punching coordinates and the laser coordinates are consequently introduced into the plate-shaped workpiece by means of the punching device as well as by means of the laser device.
  • the measured variables of the introduced structures can then either by means of the punching device or, in particular, by means of the
  • Laser device are determined. Based on this, the actual measured variables can be compared with expected measured variables, with a deviation corresponding to an offset measure, and the offset measure with the coordinates im
  • Laser coordinate system can be offset to a
  • step a an opening is made in the workpiece with the punching device and with the laser device, wherein in step b. in each case a point clearly describing the openings, in particular the respective center point of the respective
  • Breakthrough is determined by means of the laser device or by means of the punching device, wherein in step c. it is determined whether the position of the determined center points to one another coincides with the expected position of the center points to one another, wherein a deviation of the determined position of the center points to one another corresponds to an offset, and in step d. in the event of a determined deviation in the actual location of the determined center points to each other from the expected position of the center points to each other a compensation of the offset dimension is carried out in that the offset dimension is offset against the coordinates of the laser device in the laser coordinate system in order to compensate for the offset dimension between the punching coordinates and the laser coordinates. Accordingly, two openings can first be made in the workpiece.
  • the center points can then be determined and the actual position of the center points in relation to one another can be compared with the expected position of the center points in relation to one another.
  • a deviation corresponds to an offset by which the coordinates in the laser coordinate system or in the punching coordinate system can finally be corrected.
  • the detection light beam can in particular be a laser light beam which is radiated onto the workpiece. Based on this, either process light emitted by the workpiece can then be detected, that is, the glowing of the hot workpiece due to the incident laser radiation. In addition or as an alternative, reflected laser radiation can also be determined. As long as the detection light beam is on the workpiece itself
  • the center point is determined by means of the laser device, the
  • Laser beam which is otherwise used to machine the workpiece, in this case a corresponding one
  • Detection device is previously known, for example, from DE 10 2010 028 179 A1, the disclosure content of which is fully incorporated into the present application.
  • the laser light is consequently reflected back in the break-through area via the reflector as long as the beam is not
  • the transmitted laser light with the help of a photodiode below of the workpiece.
  • the photodiode below the workpiece measures the laser radiation. If the laser beam is interrupted when the edge of the workpiece is touched, the signal measured by the photodiode underneath the sheet will also collapse.
  • one provided on the punching head can be used for this purpose
  • Reflection light barrier or a punch breakage control sensor on the punching head can be used.
  • Reflection light barrier or by means of the
  • the punch breakage control sensor can determine whether a punched-out structure has actually been removed from the workpiece.
  • Stamp breakage control sensors can in particular also generate a laser beam, with reflected or emitted
  • Detection light radiation can be detected for center point determination.
  • a device is previously known, for example, from EP 2 878 393 A1, the disclosure content of which is also included in this application.
  • the process light of the workpiece can either be from a
  • Edge detection can be used.
  • the openings are preferably circular.
  • the determination of the respective center point can be made by moving the workpiece crosswise relative to the
  • the detection light beam can be emitted by means of the laser device or by means of the punching device.
  • the respective center point can be determined in a particularly simple manner.
  • either only the workpiece or the laser device or the punching device can be moved.
  • both the workpiece and the laser device or the punching device are moved, for example along two axes offset by 90 °, in order to provide the relative displacement.
  • Some punch laser machines have redundant axes with which the
  • Laser head can be displaced in a small area (highly dynamic), so that it is also conceivable that the laser device can be displaced crosswise relative to the workpiece.
  • steps a. to d. be carried out in a plurality of workpiece sections of the workpiece, wherein the offset is determined for each workpiece section, and wherein the offset with the coordinates of the laser device in the laser coordinate system in each
  • Workpiece section is offset in order to compensate for the offset between the punching coordinates and the laser coordinates in the respective workpiece section.
  • the workpiece can consequently in at least two, but in particular a plurality of
  • Workpiece sections can in particular be arranged regularly and have the same size. It is conceivable that the punch laser offset dimension over the entire workpiece varies. By determining the offset in each workpiece section, the workpiece can be machined even more precisely by storing and storing a corresponding local offset in the corresponding workpiece section and, in the case of a corresponding machining, in the
  • a method for recognizing and compensating for an offset of a coordinate system of a processing machine for machining a plate-shaped workpiece, in particular a sheet metal, the method comprising the following steps: a. Introducing a structure into the workpiece by means of the processing machine and determining a position of the
  • Processing machine by means of the processing machine; b. Processing the workpiece by means of the processing machine and, after a processing progress, again determining a position of the introduced structure in the coordinate system of the processing machine by means of the processing machine; c. Comparing the determined position with an expected position, a deviation of the determined position from the expected position corresponding to an offset; and d. Calculating the offset with the coordinates in
  • the offset corresponds to a change in position of the
  • the change in position can in particular the thermal expansion during the
  • the structure can in particular be designed as an opening. Furthermore, the actual position of the center point of the opening with the expected position of the center point of the
  • Breakthrough can be compared.
  • the center point can again be determined in a manner similar to that described above for the other proposals: Accordingly, the center point can through
  • based detection of emitted or reflected light of the workpiece can be determined.
  • the center point is therefore determined using an optical measuring method.
  • Detection light beam can in particular be a
  • Laser light beam emitted by the processing machine, which is radiated onto the workpiece. On the basis of this, either the emitted can be detected
  • Process light of the workpiece that means the glowing of the hot workpiece due to the incident laser radiation. Additionally or alternatively, it can also be reflected
  • Laser radiation can be determined. As long as the
  • Breakthrough can be determined particularly easily. If the center point is determined by means of the laser device, the laser beam, which is otherwise used for processing the workpiece, can in this case be a corresponding one
  • Detection device is previously known, for example, from DE 10 2010 028 179 A1, the disclosure content of which is fully incorporated into the present application.
  • the laser light is consequently reflected back in the break-through area via the reflector as long as the beam does not strike any workpiece material.
  • the beam is interrupted and the edge is recognized.
  • the photodiode below the workpiece measures the laser radiation. If the laser beam is interrupted when the edge of the workpiece is touched, the signal measured by the photodiode underneath the sheet will also collapse. In this context, it is particularly advantageous if the opening is circular.
  • both the workpiece and the processing machine are moved, for example along two axes offset by 90 °, in order to provide the relative displacement.
  • the method is carried out as follows: After a machining progress, the workpiece can be relocated relative to the machine tool that the
  • Detection laser beam shines through an introduced breakthrough.
  • the detection laser beam is then displaced relative to the workpiece along a first straight line until the edge of the opening is reached.
  • the laser beam can be shifted offset by 90 ° along a second straight line until an edge is reached again and then finally in the opposite direction along the second straight line until the opposite edge is reached.
  • the processing machine is designed as a punching or laser processing machine.
  • mechanical deformation in particular can occur over the processing time of a workpiece, which leads to an offset which is corrected according to the invention.
  • thermal expansion can occur over the processing time of a workpiece due to the heat introduced, which leads to an offset which is corrected according to the invention.
  • Parts comprising individual punching processes are cut out one after the other by means of the laser. Because of the
  • steps a. to d. be carried out in a plurality of workpiece sections of the workpiece, wherein the offset is determined for each workpiece section, and the offset with the coordinates of the processing machine in each workpiece section
  • Compensate workpiece section The workpiece can consequently in at least two, but in particular a plurality of
  • Workpiece sections can in particular be arranged regularly and have the same size. It is conceivable that the offset varies over the entire workpiece. By determining the offset in each workpiece section, the workpiece can be machined even more precisely
  • a method is also proposed for recognizing and compensating for an offset dimension of a coordinate system of a processing machine for machining a, in particular plate-shaped, workpiece, in particular a sheet metal, the method comprising the following steps: a. Measuring the length and / or width of the workpiece, b. Processing of the workpiece by means of the processing machine and, after a processing progress, renewed determination of the length and / or width of the workpiece by means of the
  • Laser device c. Determining a deviation of the determined length and / or width from the expected length and / or width, a deviation of the determined length and / or width from the expected length and / or width corresponding to an offset dimension, and d. Calculating the offset with the coordinates in
  • the length (X-axis) and / or the width (Y-axis) of the workpiece can first be measured.
  • the length and / or width can then be measured again.
  • the first measurement can take place before the start of the
  • Workpiece machining can be carried out. After the initial Machining of the workpiece can be started. After a certain processing progress, the length and / or width of the workpiece can then be measured again, in particular by measuring the recess, with a
  • expected length corresponds to an offset dimension that is specified in the coordinates in the machining machine coordinate system
  • a deviation in the length in the X direction corresponds to an offset in the X direction
  • a deviation in the width in the Y direction corresponds to an offset in the Y direction
  • the further processing of the workpiece can consequently be carried out with a corrected offset dimension, so that despite an occurrence
  • the determination of the length or width can in particular again be carried out by means of an optical method.
  • the length or width is therefore determined using an optical measuring method.
  • the detection light beam can in particular be a laser light beam which is radiated onto the workpiece. Based on this, either process light emitted by the workpiece can then be detected, that is, the glowing of the hot workpiece due to the incident laser radiation. In addition or as an alternative, reflected laser radiation can also be determined. As long as the detection light beam is on the workpiece itself
  • the detection light beam then no longer shines on the workpiece.
  • the center point, the length or the width can be determined particularly easily.
  • a corresponding detection light beam can be generated by means of the laser beam, which is otherwise used for machining the workpiece.
  • Detection device is previously known, for example, from DE 10 2010 028 179 A1, the disclosure content of which is fully incorporated into the present application.
  • the signal is immediately stronger so that reaching the workpiece edge and thus the length or width of the workpiece can be detected.
  • step b only a partial length I 2 and / or partial width is determined, and that in step c.
  • Section is determined from the expected part length I 2 * and / or section. It is conceivable that future machining operations still have to be carried out in the area of these partial lengths or partial widths. By determining and compensating for the offset in these areas, particularly precise further processing can consequently be carried out.
  • thermal expansion in particular can occur over the processing time of a workpiece, which leads to an offset that is according to the invention
  • the length (in the X-axis direction) and / or the width (in the Y-axis direction) of the workpiece can consequently first be measured.
  • the length and / or width can then be measured again.
  • the first measurement can in particular before or after
  • the workpiece can then be laser processed. After a certain processing progress, the length and / or width can then be measured again, with one
  • the deviation in the actually measured length and / or width from the expected length and / or width corresponds to an offset that can be compensated for in the coordinates in the laser coordinate system.
  • a deviation in the length in the X direction corresponds to an offset in the X direction
  • a deviation in the width in the Y direction corresponds to an offset in the Y direction.
  • the further laser processing of the workpiece can consequently be carried out with a corrected offset dimension, so that despite any
  • the laser processing can, for example, initially in the X direction in a first part of the workpiece respectively. After a certain processing progress, for example when 2/3 of the processing has been carried out in the X direction, the length of the recess in the last third of the workpiece can be measured. If there is a difference to the original length of the last third of the recess, this corresponds to a
  • Machining of the last third of the workpiece can be corrected.
  • a punching machine comprising an aforementioned control device according to the invention.
  • FIG. 1 perspective view of a combined
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a method for recognizing and compensating for a punch laser offset dimension according to a first embodiment
  • Figure 1 is schematically an embodiment of a
  • Workpiece 14 for example in the form of a sheet metal, can be punched both by means of punching processing and also processed by means of laser processing, in particular cut.
  • a component of the processing machine 1 is a C-frame 2.
  • the C-frame 2 consists of a torsionally rigid welded construction made of steel.
  • the C-frame 2 can, however, also have a different shape.
  • a control device 3 for controlling the functions of the processing machine 1 is provided at the rear end of the C-frame 2.
  • the processing machine 1 has a punching device 17 with an upper tool holder 4 and a lower one
  • An upper tool part of a punching tool 7 can be received in the upper tool holder 4 and a lower tool part of the punching tool 7 can be accommodated in the lower tool holder 5.
  • the upper tool holder 4 can be moved in an axial direction (Z-direction) by means of a plunger (not shown) and is controlled with the aid of the control device 3 so that it can both perform a complete stroke and stop in any position within its axial stroke . Furthermore, the upper tool holder 4, controlled by the control device 3, can optionally be rotated about an axial axis of rotation 6.
  • the lower tool holder 5 can optionally also be rotated about its axis of rotation 6. Furthermore is the lower one
  • Tool holder 5 immovable in its axial direction (Z direction), but can optionally also be designed as a so-called active die. Then it can also be moved in its axial direction as well as through the
  • Control device 3 controlled, in any
  • the processing machine 1 also has a laser processing device 8 with a laser processing head 16 with which, for example, the workpiece 14 can be processed, in particular cut.
  • a workpiece table 9 on the inner side of the lower leg of the C-frame 2 a circular opening 10 is provided.
  • Laser processing head 16 can be moved by means of a movement unit (not shown) in an X direction and in a Y direction and, in order to set a suitable focus position, in the Z direction.
  • the circular opening 10 sets in Essentially a processing area 11 of the
  • Laser processing head 16 fixed.
  • the workpiece table 9 has a cross rail 12 with a
  • Clamping claws 13 can be in suitable places on the
  • Cross rail 12 are attached, and can be moved so that the sheet metal plate 14 is securely held, but the sheet metal plate 14 is not on a surface to be processed
  • tool magazine there are several, here three, tool holders 15 for several, here two,
  • the workpiece table 9 can be punched in a Y direction together with the cross rail 12 on which the
  • Clamping claws 13 are attached, with which the workpiece 14 is held, can be moved into a programmed position.
  • the cross rail 12 can be moved in the X direction into the programmed position
  • the workpiece 14 can be moved to a programmed position in order to carry out laser processing by means of the laser processing machine 8.
  • the procedure is as follows: First, at programmed positions on the workpiece 14 by means of the punching device 17 punching operations introduced. The positions for the punching operations are in one place as coordinates
  • the resulting punch-laser offset can be saved as an offset, with the coordinates in
  • the laser coordinate system can be offset against the offset so that the laser processing actually takes place on the
  • Laser device 8 outlined:
  • Figure 2 shows a first embodiment of the method. If it has been decided that the offset should be determined or whether an offset that has already been stored is still correct, a circular opening 19, that is, a hole, is punched at a defined point on the workpiece 14. Alternatively, such a hole could be used which is already present in the workpiece 14 as a punching process.
  • the laser processing head 16 is then moved over the hole 19 produced in the workpiece 14.
  • a laser beam 18 is then generated with the laser device 8. If the laser beam 18 is used to direct laser radiation onto the workpiece 14, this is the case
  • Laser processing device 8 with a detection device for determining the intensity of the process light 24 is already known from DE 10 2010 028 179 A1
  • the laser processing device 8 accordingly has such an evaluation device.
  • the laser beam 18 is then first moved in an X direction 35, specifically until the signal intensity 37 of the detected process light rises and a defined one Exceeds threshold.
  • Coordinates of the edges 20, 21, 22, 23 of the center m of the hole 19 can be determined.
  • FIG. 3 shows a second embodiment for determining the punch laser offset.
  • a hole 25 is punched in the workpiece 14 by means of the punching device 17.
  • a hole is made with the laser processing device 8 26 cut.
  • the amount of offset between the two holes can then be determined by means of a detection device (not shown) arranged on the punching device 17.
  • a detection device is previously known from EP 2 878 393 A1, for example
  • the detection device in the punching device 17 has means for directing a laser beam onto the workpiece 14, as well as means for detecting the process light emitted by the workpiece or reflected laser light.
  • the actual position of the respective center point is determined, as explained above for FIG. 2, by moving the laser beam crosswise and determining the signal intensity.
  • the detected radiation intensity collapses when the laser beam is in the area of hole 25 or hole 26. Overall, a deviation of the position of the actual center points from the expected position of the center points in
  • FIG. 4a shows a workpiece 14 which is arranged on clamping claws 13, as described above. Along the length 27 of the workpiece 14 in the X direction, the
  • Laser radiation 18 of the laser processing device 8 determines the length li of the workpiece 14 in the X direction by again analyzing when the intensity of the reflected
  • punching operations in the form of holes 28, 29 lying next to one another, which are repeatedly made in the workpiece 14, are introduced into the workpiece 14.
  • the workpiece 14 is laser machined, with a laser cut 30 around a pair of the holes 28,
  • the last section of the workpiece 14 has not yet been processed by means of laser processing.
  • the last part of the workpiece 14 is traversed from the starting point 32 until the edge 33 is reached at which the detected light signal
  • Coordinates are carried out in the laser coordinate system, which are (post-) corrected by the offset DC, so that a sufficient manufacturing accuracy of the workpiece parts 31 is also given towards the end of the cutting process.
  • Processing machines can over the processing time of a workpiece due to thermal expansion, especially in the case of laser machines, and / or mechanical deformation,
  • a (not yet corrected) offset may occur which can be detected and compensated for using the procedure shown in FIG.
  • a detection device can be provided to determine the offset, which a
  • Processing in other processing machines such as pure punching machines or laser machines, can be compensated.

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Abstract

Verfahren zur Erkennung und Kompensation eines Versatzmaßes zwischen den Stanzkoordinaten einer Stanzvorrichtung und den Laserkoordinaten einer Laservorrichtung bei einer kombinierten Stanz-Laser-Maschine zur Bearbeitung eines plattenförmigen Werkstücks, insbesondere eines Blechs, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte: a. Einbringen einer Struktur in das plattenförmige Werkstück mittels der Stanzvorrichtung bzw. mittels der Laservorrichtung; b. Ermitteln einer Messgröße der eingebrachten Struktur mittels der Laservorrichtung bzw. mittels der Stanzvorrichtung; c. Vergleichen der Messgröße mit einer erwarteten Größe, wobei eine Abweichung der Messgröße von der erwarteten Größe einem Versatzmaß entspricht; und d. Verrechnen des Versatzmaßes mit den Koordinaten der Laservorrichtung im Laserkoordinatensystem oder mit den Koordinaten der Stanzvorrichtung im Stanzkoordinatensystem, um das Versatzmaß zwischen den Stanzkoordinaten und den Laserkoordinaten auszugleichen.

Description

Titel: Verfahren zur Versatzmasskompensation
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung und
Kompensation eines Versatzmaßes zwischen den Stanzkoordinaten einer Stanzvorrichtung und den Laserkoordinaten einer
Laservorrichtung bei einer kombinierten Stanz-Laser-Maschine . Die Erfindung betrifft auch eine dazugehörige
Steuerungsvorrichtung und eine dazugehörige kombinierte Stanz- Laser-Maschine. Die Erfindung betrifft weiterhin ein
dazugehöriges Verfahren zur Erkennung und Kompensation eines Versatzmaßes eines Koordinatensystems einer
Bearbeitungsmaschine zur Bearbeitung eines Werkstücks, eine dazugehörige Steuerungsvorrichtung, sowie eine dazugehörige Bearbeitungsmaschine .
Kombinierte Stanz-Laser-Maschinen haben sich insbesondere zur effizienten Bearbeitung von plattenförmigen Werkstücken, insbesondere von Blechen, in den letzten Jahren bewährt.
Stanz-Laser-Maschinen können dabei Vorteile der
Stanzbearbeitung mit Vorteilen der Laserbearbeitung
kombinieren. So können beispielsweise Standard-Konturen und/oder -Umformungen, wie beispielsweise Laschen oder
Gewinde, mittels eines Stanzkopfs der Stanzvorrichtung
bearbeitet werden. Andererseits können beispielsweise
hochwertige Außenkonturen und/oder filigrane Innenkonturen mit dem Laserstrahl der Laservorrichtung geschnitten werden.
Stanz-Laser-Maschinen werden insbesondere für die
Blechbearbeitung eingesetzt. Um dabei eine exakte Zuordnung der Laser- zur Stanzbearbeitung zu gewährleisten, wird bei kombinierten Stanz-Laser-Maschinen der Stanz-Laser-Versatz manuell von einem Maschinenbediener ermittelt und sodann vom Maschinenbediener durch manuelle Einstellung kompensiert. Dies ist vergleichsweise aufwändig und fehleranfällig.
Der Stanz-Laser-Versatz einer Stanz-Laser-Maschine kann dabei je nach Maschine unterschiedlich sein und kann sich aus unterschiedlichen Gründen über die Verwendungszeit verändern. Dies auf Grund von Fertigungstoleranzen der Maschinenelemente, Wärmeausdehnungen der Mechanik, Kollisionen,
Fertigungstoleranzen bei unterschiedlichen Schneidköpfen, Alterungen, sowie eine etwaige Wärmeausdehnung der
bearbeiteten Werkstücke über die Bearbeitungsdauer,
insbesondere aufgrund eines Wärmeeintrags der Laserstrahlung. Auch bei anderen Bearbeitungsmaschinen zur Bearbeitung eines, insbesondere plattenförmigen, Werkstücks kann sich
beispielsweise auf Grund einer Wärmeausdehnung der
bearbeiteten Werkstücke über die Bearbeitungsdauer,
insbesondere aufgrund eines Wärmeeintrags während der
Bearbeitung, oder auf Grund einer mechanischen Verformung während der Bearbeitung ein Versatz im Koordinatensystem der Bearbeitungsmaschine ergeben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfache und zuverlässige Möglichkeit der Ermittlung und Kompensation eines Versatzes in einer Bearbeitungsmaschine zu ermöglichen. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfachere und zuverlässigere Möglichkeit der Ermittlung des Stanz-Laser-Versatzmaßes und dessen Kompensationen in einer Stanz-Laser-Maschine zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird zunächst durch ein Verfahren mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorgeschlagen wird demnach ein Verfahren zur Erkennung und Kompensation eines Versatzmaßes zwischen den Stanzkoordinaten einer Stanzvorrichtung und den Laserkoordinaten einer
Laservorrichtung bei einer kombinierten Stanz-Laser-Maschine zur Bearbeitung eines plattenförmigen Werkstücks, insbesondere eines Blechs, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte: a. Einbringen einer Struktur in das plattenförmige Werkstück mittels der Stanzvorrichtung bzw. mittels der
Laservorrichtung;
b. Ermitteln einer Messgröße der eingebrachten Struktur mittels der Laservorrichtung bzw. mittels der
StanzVorrichtung; c. Vergleichen der Messgröße mit einer erwarteten Größe, wobei eine Abweichung der Messgröße von der erwarteten Größe einem Versatzmaß entspricht; und
d. Verrechnen des Versatzmaßes mit den Koordinaten der
Laservorrichtung im Laserkoordinatensystem oder mit den
Koordinaten der Stanzvorrichtung im Stanzkoordinatensystem, um das Versatzmaß zwischen den Stanzkoordinaten und den
Laserkoordinaten auszugleichen.
Die kombinierte Stanz-Laser-Maschine weist folglich eine
Stanzvorrichtung und eine Laservorrichtung auf.
Erfindungsgemäß wird in das Werkstück eine Struktur entweder mittels der Stanzvorrichtung oder mittels der Laservorrichtung eingebracht. Die Struktur wird folglich entweder eingestanzt oder eingelasert.
Sodann wird mit der jeweils anderen Vorrichtung, also entweder mit der Laservorrichtung oder mittels der Stanzvorrichtung, eine Messgröße ermittelt. Diese Messgröße wird daraufhin mit einer erwarteten Größe verglichen. Weicht die tatsächlich gemessene Größe, also die Messgröße, von der erwarteten Größe ab, so entspricht die Abweichung einem Versatzmaß zwischen den Laserkoordinaten im Laserkoordinatensystem und den
Stanzkoordinaten im Stanzkoordinatensystem.
Die Koordinaten im Laserkoordinatensystem und im
Stanzkoordinatensystem können dabei zueinander bereits um ein bis dato vorbekanntes Versatzmaß kompensiert sein. Ein
verfahrensgemäß ermitteltes Versatzmaß
könnte demnach auch als Fehler im aktuell eingestellten
Versatzmaß bezeichnet werden und um diesen Fehler können sodann die Koordinaten der Laservorrichtung im Laserkoordinatensystem oder alternativ die Koordinaten der Stanzvorrichtung im Stanzkoordinatensystem kompensiert werden. In anderen Worten: Ein ermitteltes Versatzmaß stellt eine Abweichung dar, um das der bekannte und eingestellte Versatz zwischen den Laser- und Stanzkoordinaten von dem tatsächlichen Versatz zwischen den Laser- und Stanzkoordinaten abweicht.
Die Stanzkoordinaten im Stanzkoordinatensystem sind dabei programmierte Positionen (X- und Y-Position im
Koordinatensystem) auf dem Werkstück, an denen eine Struktur mittels der Stanzvorrichtung in das Werkstück gestanzt werden soll. Die Laserkoordinaten sind dementsprechend programmierte Positionen (X- und Y-Position im Koordinatensystem) auf dem Werkstück, an denen mittels der Laservorrichtung eine Struktur in das Werkstück gelasert, insbesondere geschnitten, werden soll .
Liegt kein Versatzmaß zwischen Stanzvorrichtung und
Laservorrichtung bzw. dementsprechend zwischen
Stanzbearbeitungen auf dem Werkstück und Laserbearbeitungen auf dem Werkstück vor, so weisen das Stanzkoordinatensystem und das Laserkoordinatensystem entweder denselben Ursprung auf oder insbesondere sind die Ursprünge um ein bekanntes und richtiges Versatzmaß relativ zueinander im richtigen Maß verlagert .
Wie bereits ausgeführt, liegt zwischen der Stanzvorrichtung und der Laservorrichtung einer Stanz-Laser-Maschine regelmäßig ein Versatzmaß vor. Dementsprechend liegt zwischen
Stanzbearbeitungen und Laserbearbeitungen regelmäßig ein
Versatzmaß vor. Dieses Versatzmaß kann dabei je nach Maschine unterschiedlich sein und sich insbesondere über den Nutzungszeitraum ändern. Dies kann beispielsweise an Fertigungstoleranzen der Maschinenelemente, an einer
Wärmeausdehnung der Mechanik, an Kollisionen, an
Fertigungstoleranzen bei unterschiedlichen Schneidköpfen, an Alterungen sowie auch an einer Wärmeausdehnung eines
Werkstücks während seiner Bearbeitung liegen. Dieses
Versatzmaß kann nunmehr erfindungsgemäß automatisch ermittelt und (nach) korrigiert werden. Die ursprünglich programmierte Position in den Laserkoordinaten, an denen eine Struktur mittels des Lasers in das Werkstück eingebracht werden soll, wird dabei um das Versatzmaß korrigiert. Alternativ könnte auch die ursprünglich programmierte Position in den
Stanzkoordinaten, an denen eine Struktur mittels der
Stanzvorrichtung in das Werkstück eingebracht werden soll, um das Versatzmaß korrigiert werden. Insgesamt kann gegenüber einer manuellen Ermittlung und Korrektur des Versatzmaßes eine deutlich schnellere und einfachere sowie weniger
fehleranfällige Ermittlung und Korrektur des Versatzmaßes stattfinden. Weiterhin kann aufgrund des schnelleren
Ermittelns eine Ermittlung und etwaige Korrektur des
Versatzmaßes vergleichsweise häufig durchgeführt werden, ohne dabei die Effizienz der Bearbeitungen der Stanz-Laser-Maschine in relevanter Weise zu beeinträchtigen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in Schritt a. mit der Stanzvorrichtung bzw. der
Laservorrichtung ein Durchbruch in das Werkstück eingebracht wird, wobei in Schritt b. ein den Durchbruch eindeutig
beschreibender Punkt, insbesondere der Mittelpunkt des
Durchbruchs, mittels der Laservorrichtung bzw. mittels der Stanzvorrichtung ermittelt wird, wobei in Schritt c. ermittelt wird, ob die Lage des ermittelten Mittelpunkts mit der erwarteten Lage des Mittelpunkts übereinstimmt, und wobei eine Abweichung der ermittelten Lage von der erwarteten Lage einem Versatzmaß entspricht, und wobei in Schritt d. bei einer ermittelten Abweichung des tatsächlichen Mittelpunkts vom erwarteten Mittelpunkt eine Kompensation des Versatzmaßes durchgeführt wird, indem das Versatzmaß mit den Koordinaten der Laservorrichtung im Laserkoordinatensystem oder mit den Koordinaten der Stanzvorrichtung im Stanzkoordinatensystem verrechnet wird, um das Versatzmaß zwischen den
Stanzkoordinaten und den Laserkoordinaten auszugleichen.
Die Struktur ist in diesem Fall folglich als Durchbruch ausgebildet. Die Messgröße ist dementsprechend der Mittelpunkt des Durchbruchs. Dabei ist insbesondere denkbar, dass der Durchbruch mittels der Stanzvorrichtung gestanzt wird und sodann der tatsächliche Mittelpunkt des Durchbruchs mittels der Laservorrichtung ermittelt wird. Denkbar wäre allerdings auch der umgekehrte Fall.
Sodann kann ermittelt werden, ob die tatsächliche Lage des Mittelpunkts der erwarteten, einprogrammierten Lage
entspricht. Eine Abweichung entspricht dabei einem Versatzmaß und um dieses Versatzmaß können sodann die Koordinaten der Laservorrichtung im Laserkoordinatensystem kompensiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Mittelpunkt durch Ausstrahlung eines
Detektionslichtstrahls und darauf basierender Erfassung von emittiertem bzw. reflektiertem Licht ermittelt wird.
Dies stellt eine besonders einfache Art und Weise der
Versatzmaßermittlung und -korrektur dar. Der Mittelpunkt wird demnach über eine optische Messmethode ermittelt. Der Detektionslichtstrahl kann dabei insbesondere ein
Laserlichtstrahl sein, der auf das Werkstück eingestrahlt wird. Detektiert werden kann darauf basierend sodann entweder emittiertes Prozesslicht des Werkstücks, das bedeutet das Leuchten des heißen Werkstücks aufgrund der eingestrahlten Laserstrahlung. Zusätzlich oder alternativ kann auch
reflektierte Laserstrahlung ermittelt werden. Solange der Detektionslichtstrahl dabei auf das Werkstück selbst
einstrahlt, kann ein vergleichsweise starkes
Detektionslichtsignal aufgrund des emittierten bzw.
reflektierten Lichts des Werkstücks erfasst werden. Sobald demgegenüber der Durchbruch erreicht ist, bricht die Stärke des erfassten Signals zusammen, da der Detektionslichtstrahl sodann durch den Durchbruch hindurchstrahlt. In umgekehrter Verfahrrichtung, also beginnend im Durchbruch mit
Bewegungsrichtung auf das Werkstück zu, verhält es sich dementsprechend umgekehrt. Zunächst wird kein oder ein sehr geringes Signal detektiert. Sobald das Werkstück jedoch vom Detektionslichtstrahl erreicht wird, wird ein markantes Signal detektiert. Auf diese Weise kann der Mittelpunkt des
Durchbruchs besonders einfach ermittelt werden. Wird dabei der Mittelpunkt mittels der Laservorrichtung ermittelt, so kann der Laserstrahl, der ansonsten zur Bearbeitung des Werkstücks eingesetzt wird, in diesem Fall einen entsprechenden
Detektionslichtstrahl erzeugen. Eine solche
Detektionsvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2010 028 179 Al vorbekannt, deren Offenbarungsgehalt vollständig in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.
Alternativ ist denkbar, dass ein Detektionsstrahl ausgestrahlt wird, der von einem Reflektor unterhalb des Werkstücks reflektiert wird. Sobald das Werkstück diesen Strahl unterbricht, ist die Werkstückkante erreicht.
Bei einer derartigen Reflexionslichtschranken-Konfiguration wird das Laserlicht folglich über den Reflektor so lange im Durchbruchbereich zurückreflektiert, wie der Strahl kein
Werkstückmaterial trifft. Sobald der Strahl demgegenüber das Werkstück erreicht, wird der Strahl unterbrochen und die
Werkstückkante wurde erkannt.
Denkbar wäre schließlich auch die Detektion von
transmittiertem Laserlicht mit Hilfe einer Fotodiode unterhalb des Werkstücks. Solange der Laserstrahl durch den Durchbruch im Werkstück hindurchleuchtet, misst die Fotodiode unterhalb des Werkstücks die Laserstrahlung. Wird der Laserstrahl beim Berühren einer Werkstückkante unterbrochen, bricht auch das von der Fotodiode unterhalb des Blechs gemessene Signal ein.
Wird mittels der Stanzvorrichtung der Mittelpunkt ermittelt, so kann hierfür eine am Stanzkopf vorgesehene
Reflexionslichtschranke bzw. ein Stempelbruchkontrollsensor am Stanzkopf verwendet werden. Mittels der
Reflexionslichtschranke bzw. mittels des
Stempelbruchkontrollsensors kann ansonsten ermittelt werden, ob eine ausgestanzte Struktur tatsächlich aus dem Werkstück entfernt ist. Die Reflexionslichtschranke bzw. der
Stempelbruchkontrollsensor können insbesondere auch einen Laserstrahl erzeugen, wobei reflektierte bzw. emittierte
Detektionslichtstrahlung zur Mittelpunktermittlung erfasst werden kann. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 2 878 393 Al vorbekannt, deren Offenbarungsgehalt ebenfalls mit in diese Anmeldung einbezogen wird. Auch hierbei kann entweder das Prozesslicht des Werkstücks, von einem Reflektor unterhalb des Werkstücks reflektiertes Licht oder ein Signal einer Fotodiode unterhalb des Werkstücks zur
Mittelpunktsermittlung verwendet werden.
Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang insbesondere, wenn der Durchbruch kreisförmig ausgebildet ist. Dabei kann die
Ermittlung des Mittelpunkts durch kreuzweises Verlagern des Werkstücks relativ zur Laservorrichtung oder zur
Stanzvorrichtung erfolgen. Ferner kann der
Detektionslichtstrahl mittels der Laservorrichtung oder mittels der Stanzvorrichtung ausgestrahlt werden. Auf diese Weise kann auf besonders einfache Art und Weise der
Mittelpunkt ermittelt werden. Um dabei das Werkstück relativ zur Laservorrichtung oder zur Stanzvorrichtung zu verlagern, kann entweder lediglich das Werkstück oder die
Laservorrichtung bzw. die Stanzvorrichtung bewegt werden.
Denkbar wäre allerdings auch, dass sowohl das Werkstück als auch die Laservorrichtung bzw. die Stanzvorrichtung bewegt werden, beispielweise entlang zweier um 90° versetzter Achsen, um so die Relativverlagerung bereitzustellen. Einige Stanz- Laser-Maschinen haben redundante Achsen, mit denen der
Laserkopf in einem kleinen Bereich (hochdynamisch) verlagerbar ist, so dass auch denkbar ist, dass die Laservorrichtung kreuzweise relativ zum Werkstück verlagert werden kann.
Denkbar wäre, dass das Verfahren folgendermaßen durchgeführt wird: Zunächst wird ein Durchbruch in das Werkstück gestanzt. Sodann wird das Werkstück so relativ zur Laservorrichtung verlagert, dass der Detektionslaserstrahl durch den
eingebrachten Durchbruch hindurchstrahlt. Sodann wird der Detektionslaserstrahl relativ zum Werkstück entlang einer ersten Geraden verlagert bis die Kante des Durchbruchs erreicht wird. Daraufhin kann der Laserstrahl wiederum entlang dieser ersten Geraden in entgegengesetzter Richtung verlagert werden, bis die gegenüberliegende Kante erreicht ist.
Daraufhin kann der Laserstrahl um 90° versetzt entlang einer zweiten Gerade verlagert werden bis wiederum eine Kante erreicht ist und sodann schließlich in entgegengesetzter
Richtung entlang der zweiten Geraden bis die dazu
gegenüberliegende Kante erreicht ist. Dadurch findet insgesamt eine kreuzweise Verlagerung statt und es kann so der
Mittelpunkt des Durchbruchs ermittelt werden.
Alternativ könnte lediglich einmal diagonal zu den Hauptachsen der Stanz-Laser-Maschine verlagert werden, um so den
tatsächlichen Mittelpunkt zu bestimmen.
Besonders bevorzugt ist, wenn die erfindungsgemäßen Schritte a. bis d. in mehreren Werkstückabschnitten des Werkstücks durchgeführt werden, wobei das Versatzmaß für jeden
Werkstückabschnitt ermittelt wird, und wobei das Versatzmaß mit den Koordinaten der Laservorrichtung im
Laserkoordinatensystem in jedem Werkstückabschnitt verrechnet wird, um das Versatzmaß zwischen den Stanzkoordinaten und den Laserkoordinaten im jeweiligen Werkstückabschnitt
auszugleichen. Das Werkstück kann folglich in wenigstens zwei, insbesondere aber eine Vielzahl von Werkstückabschnitten unterteilt werden. Die Werkstückabschnitte können dabei insbesondere regelmäßig angeordnet sein und dieselbe Größe aufweisen. Denkbar ist, dass das Stanz-Laser-Versatzmaß über das komplette Werkstück variiert. Durch Ermittlung des
Versatzmaßes in jedem Werkstückabschnitt kann eine noch genauere Bearbeitung des Werkstücks stattfinden, indem ein entsprechendes lokales Versatzmaß im entsprechenden Werkstückabschnitt gespeichert, hinterlegt und bei einer entsprechenden Bearbeitung im Werkstückabschnitt korrigiert wird .
Weiter wäre es möglich, in Bereichen zwischen den
Werkstückabschnitten, für die das Versatzmaß ermittelt wurde, zwischen den jeweils ermittelten Versatzmaßen zu
interpolieren, um so insbesondere in jedem zu bearbeitenden Bereich eine besonderes genaue Versatzkompensation zu erzielen und dennoch eine vergleichsweise hohe Verfahrensökonomie zu erreichen .
Vorgeschlagen wird zudem ein Verfahren zur Erkennung und
Kompensation eines Versatzmaßes zwischen den Stanzkoordinaten einer Stanzvorrichtung und den Laserkoordinaten einer
Laservorrichtung bei einer kombinierten Stanz-Laser-Maschine zur Bearbeitung eines plattenförmigen Werkstücks, insbesondere eines Blechs, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte: a. Einbringen von jeweils einer Struktur in das
plattenförmige Werkstück mittels der Stanzvorrichtung und mittels der Laservorrichtung;
b. Ermitteln von Messgrößen der eingebrachten Strukturen mittels der Stanzvorrichtung oder mittels der
Laservorrichtung;
c. Vergleichen der Messgrößen mit erwarteten Größen, wobei eine Abweichung der Messgrößen von den erwarteten Messgrößen einem Versatzmaß entspricht; und
d. Verrechnen des Versatzmaßes mit den Koordinaten im
Laserkoordinatensystem, um das Versatzmaß zwischen den
Stanzkoordinaten und den Laserkoordinaten auszugleichen. Gemäß dieses Vorschlags wird folglich sowohl eine Struktur in das plattenförmige Werkstück mittels der Stanzvorrichtung als auch mittels der Laservorrichtung eingebracht. Sodann können die Messgrößen der eingebrachten Strukturen entweder mittels der Stanzvorrichtung oder aber insbesondere mittels der
Laservorrichtung ermittelt werden. Darauf basierend können die tatsächlichen Messgrößen mit erwarteten Messgrößen verglichen werden, wobei eine Abweichung einem Versatzmaß entspricht, und wobei das Versatzmaß mit den Koordinaten im
Laserkoordinatensystem verrechnet werden kann, um ein
Versatzmaß auszugleichen. Auch hierdurch kann vergleichsweise rasch und einfach eine Ermittlung des Versatzmaßes
durchgeführt werden. Dies erfolgt in diesem Fall durch
Einbringung von jeweils einer Struktur mittels der
Stanzvorrichtung und der Laservorrichtung, sodass die so eingebrachte Stanzbearbeitung mit der Laserbearbeitung
verglichen werden kann. Dabei kann die Ermittlung des
Versatzmaßes in diesem Fall insbesondere mittels der
Stanzvorrichtung durchgeführt werden.
Besonders bevorzugt ist weiter, wenn in Schritt a. mit der Stanzvorrichtung und mit der Laservorrichtung jeweils ein Durchbruch in das Werkstück eingebracht wird, wobei in Schritt b. jeweils ein die Durchbrüche eindeutig beschreibender Punkt, insbesondere der jeweilige Mittelpunkt des jeweiligen
Durchbruchs, mittels der Laservorrichtung oder mittels der Stanzvorrichtung ermittelt wird, wobei in Schritt c. ermittelt wird, ob die Lage der ermittelten Mittelpunkte zueinander mit der erwarteten Lage der Mittelpunkte zueinander übereinstimmt, wobei eine Abweichung der ermittelten Lage der Mittelpunkte zueinander einem Versatzmaß entspricht, und wobei in Schritt d. bei einer ermittelten Abweichung der tatsächlichen Lage der ermittelten Mittelpunkte zueinander von der erwarteten Lage der Mittelpunkte zueinander eine Kompensation des Versatzmaßes durchgeführt wird, indem das Versatzmaß mit den Koordinaten der Laservorrichtung im Laserkoordinatensystem verrechnet wird, um das Versatzmaß zwischen den Stanzkoordinaten und den Laserkoordinaten auszugleichen. Demnach können zunächst zwei Durchbrüche in das Werkstück eingebracht werden. Sodann können die Mittelpunkte ermittelt werden und die tatsächliche Lage der Mittelpunkte zueinander kann mit der erwarteten Lage der Mittelpunkte zueinander verglichen werden. Eine Abweichung entspricht dabei einem Versatzmaß, um welches die Koordinaten im Laserkoordinatensystem oder im Stanzkoordinatensystem schließlich korrigiert werden können.
Vorteilhafterweise wird der jeweilige Mittelpunkt durch
Ausstrahlung eines Detektionslichtstrahls und darauf
basierender Erfassung von emittiertem bzw. reflektiertem Licht des Werkstücks ermittelt. Dies stellt eine besonders einfache Art und Weise der Versatzmaßermittlung und -korrektur dar. Der jeweilige Mittelpunkt wird demnach über eine optische
Messmethode ermittelt. Der Detektionslichtstrahl kann dabei insbesondere ein Laserlichtstrahl sein, der auf das Werkstück eingestrahlt wird. Detektiert werden kann darauf basierend sodann entweder emittiertes Prozesslicht des Werkstücks, das bedeutet das Leuchten des heißen Werkstücks aufgrund der eingestrahlten Laserstrahlung. Zusätzlich oder alternativ kann auch reflektierte Laserstrahlung ermittelt werden. Solange der Detektionslichtstrahl dabei auf das Werkstück selbst
einstrahlt, kann ein vergleichsweise starkes
Detektionslichtsignal aufgrund des emittierten bzw.
reflektierten Lichts des Werkstücks erfasst werden. Sobald demgegenüber der Durchbruch erreicht ist, bricht die Stärke des erfassten Signals zusammen, da der Detektionslichtstrahl sodann durch den Durchbruch hindurchstrahlt. In umgekehrter Verfahrrichtung, also beginnend im Durchbruch mit
Bewegungsrichtung auf das Werkstück zu, verhält es sich dementsprechend umgekehrt. Zunächst wird kein oder ein sehr geringes Signal detektiert. Sobald das Werkstück jedoch vom Detektionslichtstrahl erreicht wird, wird ein markantes Signal detektiert .
Auf diese Weise kann der Mittelpunkt des Durchbruchs
besonders einfach ermittelt werden. Wird dabei der Mittelpunkt mittels der Laservorrichtung ermittelt, so kann der
Laserstrahl, der ansonsten zur Bearbeitung des Werkstücks eingesetzt wird, in diesem Fall einen entsprechenden
Detektionslichtstrahl erzeugen. Eine solche
Detektionsvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2010 028 179 Al vorbekannt, deren Offenbarungsgehalt vollständig in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.
Alternativ ist denkbar, dass ein Detektionsstrahl ausgestrahlt wird, der von einem Reflektor unterhalb des Werkstücks
reflektiert wird. Sobald das Werkstück diesen Strahl
unterbricht, ist die Werkstückkante erreicht.
Bei eine derartigen Reflexionslichtschranken-Konfiguration wird das Laserlicht folglich über den Reflektor so lange im Durchbruchbereich zurückreflektiert, wie der Strahl kein
Werkstückmaterial trifft. Sobald der Strahl demgegenüber das Werkstück erreicht, wird der Strahl unterbrochen und die
Werkstückkante wurde erkannt.
Denkbar wäre schließlich auch die Detektion von
transmittiertem Laserlicht mit Hilfe einer Fotodiode unterhalb des Werkstücks. So lange der Laserstrahl durch den Durchbruch im Werkstück hindurchleuchtet, misst die Fotodiode unterhalb des Werkstücks die Laserstrahlung. Wird der Laserstrahl beim Berühren einer Werkstückkante unterbrochen, bricht auch das von der Fotodiode unterhalb des Blechs gemessene Signal ein.
Wird mittels der Stanzvorrichtung der Mittelpunkt ermittelt, so kann hierfür eine am Stanzkopf vorgesehene
Reflexionslichtschranke bzw. ein Stempelbruchkontrollsensor am Stanzkopf verwendet werden. Mittels der
Reflexionslichtschranke bzw. mittels des
Stempelbruchkontrollsensors kann ansonsten ermittelt werden, ob eine ausgestanzte Struktur tatsächlich aus dem Werkstück entfernt ist. Die Reflexionslichtschranke bzw. der
Stempelbruchkontrollsensor können insbesondere auch einen Laserstrahl erzeugen, wobei reflektierte bzw. emittierte
Detektionslichtstrahlung zur Mittelpunktermittlung erfasst werden kann. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 2 878 393 Al vorbekannt, deren Offenbarungsgehalt ebenfalls mit in diese Anmeldung einbezogen wird. Auch hierbei kann entweder das Prozesslicht des Werkstücks, von einem
Reflektor unterhalb des Werkstücks reflektiertes Licht oder ein Signal einer Fotodiode unterhalb des Werkstücks zur
Kantenermittlung verwendet werden.
Vorzugsweise sind die Durchbrüche kreisförmig ausgebildet. Dabei kann die Ermittlung des jeweiligen Mittelpunkts durch kreuzweises Verlagern des Werkstücks relativ zur
Laservorrichtung oder zur Stanzvorrichtung erfolgen. Ferner kann der Detektionslichtstrahl mittels der Laservorrichtung oder mittels der Stanzvorrichtung ausgestrahlt werden. Auf diese Weise kann auf besonders einfache Art und Weise der jeweilige Mittelpunkt ermittelt werden. Um dabei das Werkstück relativ zur Laservorrichtung oder zur Stanzvorrichtung zu verlagern, kann entweder lediglich das Werkstück oder die Laservorrichtung bzw. die Stanzvorrichtung bewegt werden.
Denkbar wäre allerdings auch, dass sowohl das Werkstück als auch die Laservorrichtung bzw. die Stanzvorrichtung bewegt werden, beispielweise entlang zweier um 90° versetzter Achsen, um so die Relativverlagerung bereitzustellen. Einige Stanz- Laser-Maschinen haben redundante Achsen, mit denen der
Laserkopf in einem kleinen Bereich (hochdynamisch) verlagerbar ist, so dass auch denkbar ist, dass die Laservorrichtung kreuzweise relativ zum Werkstück verlagert werden kann.
Alternativ könnte lediglich einmal diagonal zu den Hauptachsen der Stanz-Laser-Maschine verlagert werden, um so den
tatsächlichen Mittelpunkt zu bestimmen.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich daraus, dass die erfindungsgemäßen Schritte a. bis d. in mehreren Werkstückabschnitten des Werkstücks durchgeführt werden, wobei das Versatzmaß für jeden Werkstückabschnitt ermittelt wird, und wobei das Versatzmaß mit den Koordinaten der Laservorrichtung im Laserkoordinatensystem in jedem
Werkstückabschnitt verrechnet wird, um das Versatzmaß zwischen den Stanzkoordinaten und den Laserkoordinaten im jeweiligen Werkstückabschnitt auszugleichen. Das Werkstück kann folglich in wenigstens zwei, insbesondere aber eine Vielzahl von
Werkstückabschnitten unterteilt werden. Die
Werkstückabschnitte können dabei insbesondere regelmäßig angeordnet sein und dieselbe Größe aufweisen. Denkbar ist, dass das Stanz-Laser-Versatzmaß über das komplette Werkstück variiert. Durch Ermittlung des Versatzmaßes in jedem Werkstückabschnitt kann eine noch genauere Bearbeitung des Werkstücks stattfinden, indem ein entsprechendes lokales Versatzmaß im entsprechenden Werkstückabschnitt gespeichert, hinterlegt und bei einer entsprechenden Bearbeitung im
Werkstückabschnitt korrigiert wird.
Weiter wäre es möglich, in Bereichen zwischen den
Werkstückabschnitten, für die das Versatzmaß ermittelt wurde, zwischen den jeweils ermittelten Versatzmaßen zu
interpolieren, um so insbesondere in jedem zu bearbeitenden Bereich eine besonderes genaue Versatzkompensation zu erzielen und dennoch eine vergleichsweise hohe Verfahrensökonomie zu erreichen .
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch gelöst durch eine Steuerungsvorrichtung, ausgebildet und eingerichtet zur Durchführung eines oben genannten erfindungsgemäßen
Verfahrens .
Schließlich wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch gelöst durch eine kombinierte Stanz-Laser-Maschine, umfassend eine erfindungsgemäße vorgenannte
Steuerungsvorrichtung .
Vorgeschlagen wird weiterhin ein Verfahren zur Erkennung und Kompensation eines Versatzmaßes eines Koordinatensystems einer Bearbeitungsmaschine zur Bearbeitung eines plattenförmigen Werkstücks, insbesondere eines Blechs, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte: a. Einbringen einer Struktur in das Werkstück mittels der Bearbeitungsmaschine und Ermitteln einer Lage der
eingebrachten Struktur im Koordinatensystem der
Bearbeitungsmaschine mittels der Bearbeitungsmaschine; b. Bearbeiten des Werkstücks mittels der Bearbeitungsmaschine und nach einem Bearbeitungsfortschritt erneutes Ermitteln einer Lage der eingebrachten Struktur im Koordinatensystem der Bearbeitungsmaschine mittels der Bearbeitungsmaschine; c. Vergleichen der ermittelten Lage mit einer erwarteten Lage, wobei eine Abweichung der ermittelten Lage von der erwarteten Lage einem Versatzmaß entspricht; und d. Verrechnen des Versatzmaßes mit den Koordinaten im
Koordinatensystem der Bearbeitungsmaschine, um das Versatzmaß auszugleichen .
Das Versatzmaß entspricht dabei einer Lageänderung der
eingebrachten Struktur im Koordinatensystem der
Bearbeitungsmaschine während des Bearbeitungsprozesses des Werkstücks mittels der Bearbeitungsmaschine. Die Lageänderung kann dabei insbesondere der Wärmeausdehnung während des
Bearbeitungsvorgangs oder einer mechanischen Verformung während des Bearbeitungsprozesses geschuldet sein.
Bei der Lageänderungskompensation geht es folglich darum, eine Konstitutionsänderung des Werkstückes samt bereits
eingebrachter Bearbeitungen, beispielsweise durch eingebrachte Wärme und/oder mechanische Verformung, bei den nachfolgenden Bearbeitungen des Werkstücks zu berücksichtigen. Die
Koordinaten der auf eine verfahrensgemäße Versatzmessung und - kompensation folgenden Bearbeitungen werden folglich um das Versatzmaß korrigiert. Insgesamt kann ein Versatzmaß zwischen den bereits eingebrachten Bearbeitungen und den weiteren einzubringenden Bearbeitungen ausgeglichen werden.
Die Struktur kann insbesondere als Durchbruch ausgebildet sein. Ferner kann die tatsächliche Lage des Mittelpunkts des Durchbruchs mit der erwarteten Lage des Mittelpunkts des
Durchbruchs verglichen werden. Die Ermittlung des Mittelpunkts kann wiederum ähnlich wie oben zu den anderen Vorschlägen beschrieben erfolgen: Demnach kann der Mittelpunkt durch
Ausstrahlung eines Detektionslichtstrahls und darauf
basierender Erfassung von emittiertem bzw. reflektiertem Licht des Werkstücks ermittelt werden.
Dies stellt eine besonders einfache Art und Weise der
Versatzmaßermittlung und -korrektur dar. Der Mittelpunkt wird demnach über eine optische Messmethode ermittelt. Der
Detektionslichtstrahl kann dabei insbesondere ein
Laserlichtstrahl, ausgesandt von der Bearbeitungsmaschine, sein, der auf das Werkstück eingestrahlt wird. Detektiert werden kann darauf basierend sodann entweder emittiertes
Prozesslicht des Werkstücks, das bedeutet das Leuchten des heißen Werkstücks aufgrund der eingestrahlten Laserstrahlung. Zusätzlich oder alternativ kann auch reflektierte
Laserstrahlung ermittelt werden. Solange der
Detektionslichtstrahl dabei auf das Werkstück selbst
einstrahlt, kann ein vergleichsweise starkes
Detektionslichtsignal aufgrund des emittierten bzw.
reflektierten Lichts des Werkstücks erfasst werden. Sobald demgegenüber der Durchbruch erreicht ist, bricht die Stärke des erfassten Signals zusammen, da der Detektionslichtstrahl sodann durch den Durchbruch hindurchstrahlt. In umgekehrter Verfahrrichtung, also beginnend im Durchbruch mit Bewegungsrichtung auf das Werkstück zu, verhält es sich dementsprechend umgekehrt. Zunächst wird kein oder ein sehr geringes Signal detektiert. Sobald das Werkstück jedoch vom Detektionslichtstrahl erreicht wird, wird ein markantes Signal detektiert. Auf diese Weise kann der Mittelpunkt des
Durchbruchs besonders einfach ermittelt werden. Wird dabei der Mittelpunkt mittels der Laservorrichtung ermittelt, so kann der Laserstrahl, der ansonsten zur Bearbeitung des Werkstücks eingesetzt wird, in diesem Fall einen entsprechenden
Detektionslichtstrahl erzeugen. Eine solche
Detektionsvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2010 028 179 Al vorbekannt, deren Offenbarungsgehalt vollständig in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.
Alternativ ist denkbar, dass ein Detektionsstrahl ausgestrahlt wird, der von einem Reflektor unterhalb des Werkstücks
reflektiert wird. Sobald das Werkstück diesen Strahl
unterbricht, ist die Werkstückkante erreicht.
Bei einer derartigen Reflexionslichtschranken-Konfiguration wird das Laserlicht folglich über den Reflektor so lange im Durchbruchbereich zurückreflektiert, solange der Strahl kein Werkstückmaterial trifft. Sobald der Strahl demgegenüber das Werkstück erreicht, wird der Strahl unterbrochen und die Kante wurde erkannt.
Denkbar wäre schließlich auch die Detektion von
transmittiertem Laserlicht mit Hilfe einer Fotodiode unterhalb des Werkstücks. So lange der Laserstrahl durch den Durchbruch im Werkstück hindurchleuchtet, misst die Fotodiode unterhalb des Werkstücks die Laserstrahlung. Wird der Laserstrahl beim Berühren einer Werkstückkante unterbrochen, bricht auch das von der Fotodiode unterhalb des Blechs gemessene Signal ein. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang insbesondere, wenn der Durchbruch kreisförmig ausgebildet ist. Dabei kann die
Ermittlung des Mittelpunkts durch kreuzweises Verlagern des Werkstücks relativ zur Bearbeitungsmaschine erfolgen. Ferner kann der Detektionslichtstrahl mittels der
Bearbeitungsmaschine ausgestrahlt werden. Auf diese Weise kann auf besonders einfache Art und Weise der Mittelpunkt ermittelt werden. Um dabei das Werkstück relativ zur
Bearbeitungsmaschine zu verlagern, kann entweder lediglich das Werkstück oder die Bearbeitungsmaschine bewegt werden. Denkbar wäre allerdings auch, dass sowohl das Werkstück als auch die Bearbeitungsmaschine bewegt werden, beispielweise entlang zweier um 90° versetzter Achsen, um so die Relativverlagerung bereitzustellen.
Denkbar wäre, dass das Verfahren folgendermaßen durchgeführt wird: Nach einem Bearbeitungsfortschritt kann das Werkstück so relativ zur Bearbeitungsmaschine verlagert, dass der
Detektionslaserstrahl durch einen eingebrachten Durchbruch hindurchstrahlt. Sodann wird der Detektionslaserstrahl relativ zum Werkstück entlang einer ersten Geraden verlagert bis die Kante des Durchbruchs erreicht wird. Daraufhin kann der
Laserstrahl wiederum entlang dieser ersten Geraden in
entgegengesetzter Richtung verlagert werden, bis die
gegenüberliegende Kante erreicht ist. Daraufhin kann der
Laserstrahl um 90° versetzt entlang einer zweiten Gerade verlagert werden bis wiederum eine Kante erreicht ist und sodann schließlich in entgegengesetzter Richtung entlang der zweiten Geraden bis die dazu gegenüberliegende Kante erreicht ist. Dadurch findet insgesamt eine kreuzweise Verlagerung statt und es kann so der Mittelpunkt des Durchbruchs ermittelt werden .
Alternativ könnte lediglich einmal diagonal zu den Hauptachsen der Bearbeitungsmaschine verlagert werden, um so den
tatsächlichen Mittelpunkt zu bestimmen.
Denkbar ist, dass die Bearbeitungsmaschine als Stanz- oder Laserbearbeitungsmaschine ausgebildet ist. Im Falle einer Stanzmaschine kann über die Bearbeitungsdauer eines Werkstücks insbesondere eine mechanische Verformung eintreten, die zu einem Versatzmaß führt, welches erfindungsgemäß korrigiert wird .
Im Falle einer Lasermaschine kann über die Bearbeitungsdauer eines Werkstücks insbesondere eine Wärmeausdehnung auf Grund der eingebrachten Wärme eintreten, die zu einem Versatzmaß führt, welches erfindungsgemäß korrigiert wird.
Vorteilhafterweise ist die Bearbeitungsmaschine als
kombinierte Stanz-Laser-Maschine ausgebildet, wobei die
Koordinaten der Laservorrichtung im Laserkoordinatensystem und/oder die Koordinaten der Stanzvorrichtung im
Stanzkoordinatensystem mit dem ermittelten Versatzmaß
verrechnet werden, um das Versatzmaß auszugleichen. Demnach kann insbesondere ein Versatzmaß auf Grund von
Konstitutionsänderungen des Werkstücks, beispielsweise auf Grund von Wärmeausdehnung oder mechanischer Verformung, ausgeglichen werden.
Dies hat folgenden Hintergrund: Regelmäßig werden bei einem Werkstück, beispielsweise einem Blech, zunächst die Stanzbearbeitungen durchgeführt. Sodann werden regelmäßig die Laserbearbeitungen durchgeführt. Beispielsweise werden
einzelne Stanzbearbeitungen umfassende Teile nacheinander mittels des Lasers ausgeschnitten. Aufgrund der bei der
Laserbearbeitung in das Werkstück eingebrachten Wärme, kann eine Wärmeausdehnung des Werkstücks auftreten. Hierdurch ergibt sich über die Bearbeitungsdauer eine Wärmeausdehnung des Werkstücks und damit ein Versatzmaß, um das die
tatsächliche Lage der eingebrachten Struktur im Werkstück von der erwarteten Lage abweicht. Um dieses Versatzmaß können die Laserkoordinaten im Laserkoordinatensystem für die
nachfolgenden Laserbearbeitungen korrigiert werden. Denkbar wäre auch, insbesondere falls noch weitere Stanzbearbeitungen in das Werkstück eingebracht werden, auch die Stanzkoordinaten im Stanzkoordinatensystem um das Versatzmaß zu kompensieren.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich daraus, dass die erfindungsgemäßen Schritte a. bis d. in mehreren Werkstückabschnitten des Werkstücks durchgeführt werden, wobei das Versatzmaß für jeden Werkstückabschnitt ermittelt wird, und wobei das Versatzmaß mit den Koordinaten der Bearbeitungsmaschine in jedem Werkstückabschnitt
verrechnet wird, um das Versatzmaß im jeweiligen
Werkstückabschnitt auszugleichen. Das Werkstück kann folglich in wenigstens zwei, insbesondere aber eine Vielzahl von
Werkstückabschnitten unterteilt werden. Die
Werkstückabschnitte können dabei insbesondere regelmäßig angeordnet sein und dieselbe Größe aufweisen. Denkbar ist, dass das Versatzmaß über das komplette Werkstück variiert. Durch Ermittlung des Versatzmaßes in jedem Werkstückabschnitt kann eine noch genauere Bearbeitung des Werkstücks
stattfinden, indem ein entsprechendes lokales Versatzmaß im entsprechenden Werkstückabschnitt gespeichert, hinterlegt und bei einer entsprechenden Bearbeitung im Werkstückabschnitt korrigiert wird. Vorgeschlagen wird weiterhin ein Verfahren zur Erkennung und Kompensation eines Versatzmaßes eines Koordinatensystems einer Bearbeitungsmaschine zur Bearbeitung eines, insbesondere plattenförmigen, Werkstücks, insbesondere eines Blechs, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte: a. Vermessen der Länge und/oder Breite des Werkstücks, b. Bearbeiten des Werkstücks mittels der Bearbeitungsmaschine und nach einem Bearbeitungsfortschritt erneutes Ermitteln der Länge und/oder Breite des Werkstücks mittels der
Laservorrichtung; c. Ermitteln einer Abweichung der ermittelten Länge und/oder Breite von der erwarteten Länge und/oder Breite, wobei eine Abweichung der ermittelten Länge und/oder Breite von der erwarteten Länge und/oder Breite einem Versatzmaß entspricht, und d. Verrechnen des Versatzmaßes mit den Koordinaten im
Koordinatensystem der Bearbeitungsmaschine, um das Versatzmaß auszugleichen .
Es kann folglich zunächst die Länge (X-Achse) und/oder die Breite (Y-Achse) des Werkstücks vermessen werden.
Nach einem Bearbeitungsfortschritt kann sodann eine erneute Messung der Länge und/oder Breite durchgeführt werden. Dabei kann die erste Messung insbesondere vor dem Beginn der
Werkstückbearbeitung durchgeführt werden. Nach der initialen Messung kann die Bearbeitung des Werkstücks begonnen werden. Nach einem bestimmten Bearbeitungsfortschritt kann sodann die Länge und/oder Breite des Werkstücks erneut gemessen werden, insbesondere durch Messen der Aussparung, wobei eine
Abweichung in der tatsächlich gemessenen Länge von der
erwartenden Länge einem Versatzmaß entspricht, das in den Koordinaten im Bearbeitungsmaschinenkoordinatensystem
entsprechend kompensiert werden kann. Eine Abweichung in der Länge in X-Richtung entspricht dabei einem Versatzmaß in X- Richtung, während eine Abweichung der Breite in Y-Richtung einem Versatzmaß in Y-Richtung entspricht.
Nach der Korrektur des Versatzmaßes kann folglich die weitere Bearbeitung des Werkstücks unter korrigiertem Versatzmaß durchgeführt werden, sodass trotz einer auftretenden
Ausdehnung des Werkstücks eine hinreichend hohe Genauigkeit der Bearbeitung über die Bearbeitungsdauer erzielt werden kann .
Die Ermittlung der Länge bzw. Breite kann dabei insbesondere wiederum mittels eines optischen Verfahrens durchgeführt werden. Die Länge bzw. Breite wird demnach über eine optische Messmethode ermittelt. Der Detektionslichtstrahl kann dabei insbesondere ein Laserlichtstrahl sein, der auf das Werkstück eingestrahlt wird. Detektiert werden kann darauf basierend sodann entweder emittiertes Prozesslicht des Werkstücks, das bedeutet das Leuchten des heißen Werkstücks aufgrund der eingestrahlten Laserstrahlung. Zusätzlich oder alternativ kann auch reflektierte Laserstrahlung ermittelt werden. Solange der Detektionslichtstrahl dabei auf das Werkstück selbst
einstrahlt, kann ein vergleichsweise starkes
Detektionslichtsignal aufgrund des emittierten bzw. reflektierten Lichts des Werkstücks erfasst werden. Sobald demgegenüber das Ende des Werkstücks erreicht ist, bricht die Stärke des erfassten Signals zusammen, da der
Detektionslichtstrahl sodann nicht mehr auf das Werkstück einstrahlt. Auf diese Weise kann der Mittelpunkt die Länge bzw. Breite besonders einfach ermittelt werden. Dabei kann mittels des Laserstrahls, der ansonsten zur Bearbeitung des Werkstücks eingesetzt wird, in diesem Fall ein entsprechender Detektionslichtstrahl erzeugt werden. Eine solche
Detektionsvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2010 028 179 Al vorbekannt, deren Offenbarungsgehalt vollständig in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.
Alternativ ist denkbar, dass ein Detektionsstrahl ausgestrahlt wird, der von einem Reflektor unterhalb des Werkstücks
reflektiert wird. Solange der Strahl auf das Werkstück trifft, wird kein oder lediglich ein schwaches Signal detektiert.
Bei eine derartigen Reflexionslichtschranken-Konfiguration wird das Laserlicht allerdings über den Reflektor dann
zurückreflektiert, wenn der Strahl nicht mehr auf ein
Werkstückmaterial auftrifft. Sobald der Strahl also die
Werkstückkante erreicht hat und auf den Reflektor auftrifft, wird das Signal unmittelbar stärker, sodass das Erreichen der Werkstückkante und damit die Länge bzw. Breite des Werkstücks detektierbar ist.
Denkbar wäre schließlich auch die Detektion von
transmittiertem Laserlicht mit Hilfe einer Fotodiode unterhalb des Werkstücks. Solange der Laserstrahl auf das Werkstück auftritt, wird von der Fotodiode kein Signal gemessen. Sobald der Laserstrahl beim die Werkstückkante passiert, trifft der Strahl auf die Fotodiode und es wird ein Signal detektiert. Denkbar ist, dass in Schritt b. lediglich eine Teillänge I2 und/oder Teilbreite ermittelt wird, und dass in Schritt c.
eine Abweichung der ermittelten Teillänge I2 und/oder
Teilbreite von der erwarteten Teillänge I2 * und/oder Teilbreite ermittelt wird. Denkbar ist, dass im Bereich dieser Teillängen bzw. Teilbreiten noch künftige Bearbeitungen durchzuführen sind. Durch Ermittlungen und Kompensation des Versatzmaßes in diesen Bereichen kann folglich eine besonders genaue weitere Bearbeitung durchgeführt werden.
Denkbar ist weiterhin, dass die Bearbeitungsmaschine als
Stanz- oder Laserbearbeitungsmaschine ausgebildet ist.
Im Falle einer Stanzmaschine kann über die Bearbeitungsdauer eines Werkstücks insbesondere eine mechanische Verformung eintreten, die zu einem Versatzmaß führt, welches
erfindungsgemäß korrigiert wird.
Im Falle einer Lasermaschine kann über die Bearbeitungsdauer eines Werkstücks insbesondere eine Wärmeausdehnung eintreten, die zu einem Versatzmaß führt, welches erfindungsgemäß
korrigiert wird.
Denkbar ist ferner, dass die Bearbeitungsmaschine als
kombinierte Stanz-Laser-Maschine ausgebildet ist, wobei die Koordinaten der Laservorrichtung im Laserkoordinatensystem und/oder die Koordinaten der Stanzvorrichtung im
Stanzkoordinatensystem mit dem ermittelten Versatzmaß
verrechnet werden, um das Versatzmaß auszugleichen. Es kann folglich zunächst die Länge (in X-Achsenrichtung) und/oder die Breite (in Y-Achsenrichtung) des Werkstücks vermessen werden.
Nach einem Bearbeitungsfortschritt kann sodann eine erneute Messung der Länge und/oder Breite durchgeführt werden. Dabei kann die erste Messung insbesondere vor oder nach der
Stanzbearbeitung, allerdings jedenfalls vor der
Laserbearbeitung des Werkstücks, durchgeführt werden. Danach kann die Laserbearbeitung des Werkstücks durchgeführt werden. Nach einem bestimmten Bearbeitungsfortschritt kann sodann die Länge und/oder Breite erneut gemessen werden, wobei eine
Abweichung in der tatsächlich gemessenen Länge und/oder Breite von der erwartenden Länge und/oder Breite einem Versatzmaß entspricht, das in den Koordinaten im Laserkoordinatensystem entsprechend kompensiert werden kann. Eine Abweichung in der Länge in X-Richtung entspricht dabei einem Versatzmaß in X- Richtung, während eine Abweichung der Breite in Y-Richtung einem Versatzmaß in Y-Richtung entspricht.
Nach der Korrektur des Versatzmaßes kann folglich die weitere Laserbearbeitung des Werkstücks unter korrigiertem Versatzmaß durchgeführt werden, sodass trotz einer auftretenden
Wärmeausdehnung des Werkstücks aufgrund der Laserbearbeitung eine hinreichend hohe Genauigkeit der Bearbeitung über die Bearbeitungsdauer erzielt werden kann.
Denkbar ist, dass in das Werkstück nach der initialen Messung der Länge zunächst sämtliche Stanzbearbeitungen eingebracht werden. Daraufhin können die Laserbearbeitungen durchgeführt werden. Die Laserbearbeitungen können beispielsweise in X- Richtung zunächst in einem ersten Teil des Werkstücks erfolgen. Nach einem gewissen Bearbeitungsfortschritt, beispielsweise wenn 2/3 der Bearbeitungen in X-Richtung durchgeführt worden sind, kann eine Messung der Länge der Aussparung im letzten Drittel des Werkstücks erfolgen. Wenn dabei eine Differenz zur ursprünglichen Länge des letzten Drittels der Aussparung auftritt, entspricht dies einem
Versatzmaß in X-Richtung, welches für die restliche
Bearbeitung des letzten Drittels des Werkstücks korrigiert werden kann.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird auch gelöst durch eine Steuerungsvorrichtung, ausgebildet und eingerichtet zur Durchführung eines der vorgenannten Verfahren.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird schließlich auch gelöst durch eine Bearbeitungsmaschine, insbesondere kombinierte Stanz-Laser-Maschine, Lasermaschine oder
Stanzmaschine, umfassend eine vorgenannte erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung .
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben und erläutert sind.
Es zeigen:
Figur 1 perspektivische Darstellung einer kombinierten
Stanz-Laser-Maschine ; Figur 2 schematische Darstellung eines Verfahrens zur Erkennung und Kompensation eines Stanz-Laser- Versatzmaßes gemäß einer ersten Ausführungsform;
Figur 3 schematische Darstellung eines Verfahrens zur
Erkennung und Kompensation eines Stanz-Laser- Versatzmaßes gemäß einer zweiten
Ausführungsform; und
Figur 4 a) bis e) schematische Darstellung eines
Verfahrens zur Erkennung und Kompensation eines Stanz-Laser-Versatzmaßes gemäß einer dritten Ausführungsform.
In Figur 1 ist schematisch eine Ausführungsform einer
kombinierten Stanz-Laser-Maschine 1 gezeigt, mit der ein
Werkstück 14, beispielsweise in Form eines Bleches, sowohl mittels einer Stanzbearbeitung gestanzt als auch mittels einer Laserbearbeitung bearbeitet, insbesondere geschnitten, werden kann. Ein Bestandteil der Bearbeitungsmaschine 1 ist ein C- Rahmen 2. Der C-Rahmen 2 besteht aus einer torsionssteifen Schweißkonstruktion aus Stahl. Der C-Rahmen 2 kann aber auch in einer anderen Form ausgeführt sein. Am hinteren Ende des C- Rahmen 2 ist eine Steuerungsvorrichtung 3 zum Steuern der Funktionen der Bearbeitungsmaschine 1 vorgesehen.
Die Bearbeitungsmaschine 1 weist am vorderen inneren Ende des oberen Schenkels des C-Rahmens 2 eine Stanzvorrichtung 17 mit einer oberen Werkzeugaufnahme 4 und mit einer unteren
Werkzeugaufnahme 5 am vorderen inneren Ende des unteren
Schenkels des C-Rahmens 2 auf. In die obere Werkzeugaufnahme 4 kann ein Werkzeugoberteil eines Stanzwerkzeugs 7 aufgenommen werden und in die untere Werkzeugaufnahme 5 kann ein Werkzeugunterteil des Stanzwerkzeugs 7 aufgenommen werden.
Die obere Werkzeugaufnahme 4 ist mittels eines nicht gezeigten Stößels in einer axialen Richtung (Z-Richtung) bewegbar und wird mit Hilfe der Steuerungsvorrichtung 3 so angesteuert, dass sie sowohl einen vollständigen Hub ausführen kann als auch in jeder beliebigen Position innerhalb ihres axialen Hubwegs anhalten kann. Ferner ist die obere Werkzeugaufnahme 4, durch die Steuerungsvorrichtung 3 angesteuert, optional um eine axiale Drehachse 6 verdrehbar.
Die untere Werkzeugaufnahme 5 ist optional ebenfalls um ihre Drehachse 6 verdrehbar. Weiterhin ist die untere
Werkzeugaufnahme 5 in ihrer axialen Richtung (Z-Richtung) unbeweglich, kann optional aber auch als eine sogenannte aktive Matrize ausgeführt sein. Dann lässt sie sich ebenfalls in ihrer axialen Richtung bewegen sowie, durch die
Steuerungsvorrichtung 3 angesteuert, in jeder beliebigen
Position ihres axialen Hubwegs anhalten.
Neben der oberen Werkzeugaufnahme 4 und der unteren
Werkzeugaufnahme 5 weist die Bearbeitungsmaschine 1 auch eine Laserbearbeitungsvorrichtung 8 mit einem Laserbearbeitungskopf 16 auf, mit dem beispielsweise das Werkstück 14 bearbeitet, insbesondere geschnitten, werden kann. In einem Werkstücktisch 9 auf der inneren Seite des unteren Schenkels des C-Rahmens 2 ist eine kreisförmige Öffnung 10 vorgesehen. Der
Laserbearbeitungskopf 16 ist mittels einer nicht gezeigten Bewegungseinheit in einer X-Richtung und in einer Y-Richtung sowie, um eine geeignete Fokuslage einzustellen, in der Z- Richtung bewegbar. Die kreisförmige Öffnung 10 legt im Wesentlichen einen Bearbeitungsbereich 11 des
Laserbearbeitungskopfs 16 fest.
Der Werkstücktisch 9 weist eine Querschiene 12 mit einem
Werkzeugmagazin auf. An der Querschiene 12 sind Spannpratzen 13 zum Festhalten des Werkstücks 14, welches insbesondere in Form einer Blechplatte vorliegen kann, angeordnet. Die
Spannpratzen 13 können an geeigneten Stellen auf der
Querschiene 12 befestigt werden, und können so versetzt werden, dass die Blechplatte 14 sicher gehalten wird, aber die Blechplatte 14 nicht an einer zu bearbeitenden Fläche
gegriffen wird. In dem Werkzeugmagazin sind mehrere, hier drei, Werkzeugaufnahmen 15 für mehrere, hier zwei,
Stanzwerkzeuge 7 gezeigt.
Im Betrieb kann der Werkstücktisch 9 zum Stanzen in einer Y- Richtung gemeinsam mit der Querschiene 12, an der die
Spannpratzen 13 befestigt sind, mit denen das Werkstück 14 gehalten wird, in eine programmierte Position verfahren werden. Gleichermaßen kann die Querschiene 12 in X-Richtung in die programmierte Position verfahren werden, wobei das
Werkstück 14 über den Werkstücktisch 9 gleitet. Sodann kann von der oberen Werkzeugaufnahme 4 ein Stanzhub durchgeführt werden. Im Anschluss daran kann nach demselben Prinzip die nächste Stanzposition angefahren werden. Nach demselben
Prinzip kann das Werkstück 14 an eine programmierte Position verfahren werden, um mittels der Laserbearbeitungsmaschine 8 eine Laserbearbeitung durchzuführen.
Um nunmehr ein Werkstück zu bearbeiten wird regelmäßig
folgendermaßen vorgegangen: Zunächst werden an programmierten Positionen auf dem Werkstück 14 mittels der Stanzvorrichtung 17 Stanzbearbeitungen eingebracht. Die Positionen für die Stanzbearbeitungen sind dabei als Koordinaten in einem
Stanzkoordinatensystem hinterlegt. Daraufhin können mittels der Laserbearbeitungsvorrichtung 8 Laserbearbeitungen
durchgeführt werden. Regelmäßig werden dabei einzelne Teile, welche eine Stanzbearbeitung aufweisen, mit Laserschnitten aus dem Werkstück 14 herausgeschnitten. Die Laserbearbeitungen werden dabei ebenfalls an programmierten Positionen des
Werkstücks, welche in einem Laserkoordinatensystem hinterlegt sind, durchgeführt.
Liegt kein Versatzmaß zwischen dem Stanzkoordinatensystem und dem Laserkoordinatensystem vor, so weist ein Punkt auf dem Werkstück 14 in beiden Koordinatensystemen dieselben
Koordinaten auf. Allerdings tritt regelmäßig ein Versatzmaß zwischen den beiden Koordinatensystemen auf. Dieses Versatzmaß kann dabei je nach Maschine unterschiedlich sein und kann sich insbesondere über die Nutzungsdauer der kombinierten Stanz- Laser-Maschine 1 verändern. Dies beispielsweise aufgrund von Fertigungstoleranzen der Maschinenelemente, Wärmeausdehnung der Mechanik, Kollisionen, Fertigungstoleranzen bei
unterschiedlichen Schneidköpfen, Alterung sowie einer
wärmebedingten Ausdehnung des Werkstücks 14 während der
Bearbeitung, insbesondere während der Laserbearbeitungen. Das so auftretende Stanz-Laser-Versatzmaß kann als Versatzmaß gespeichert werden, wobei die Koordinaten im
Laserkoordinatensystem mit dem Versatzmaß verrechnet werden, sodass die Laserbearbeitungen auch tatsächlich an der
gewünschten Stelle im Werkstück 14 durchgeführt werden.
Im Folgenden werden drei Ausführungsformen eines Verfahrens zur automatischen Erkennung und Kompensation eines Versatzmaßes zwischen den Stanzkoordinaten der
Stanzvorrichtung 17 und den Laserkoordinaten der
Laservorrichtung 8 dargelegt:
Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform des Verfahrens. Wenn entschieden wurde, dass das Versatzmaß ermittelt werden soll bzw. ob ein bereits hinterlegtes Versatzmaß noch richtig ist, so wird an einer definierten Stelle auf dem Werkstück 14 ein kreisrunder Durchbruch 19, also ein Loch, gestanzt. Alternativ dazu könnte ein derartiges Loch verwendet werden, welches als Stanzbearbeitung bereits im Werkstück 14 vorhanden ist. Sodann wird der Laserbearbeitungskopf 16 über das erzeugte Loch 19 im Werkstück 14 gefahren. Daraufhin wird mit der Laservorrichtung 8 ein Laserstrahl 18 erzeugt. Wird mit dem Laserstrahl 18 auf das Werkstück 14 Laserstrahlung gerichtet, so wird das
Werkstück 14 heiß, so dass dieses Prozesslicht 24 aussendet. Dieses Prozesslicht 24 kann erfasst werden. Somit kann
ermittelt werden, ob die Laserstrahlung 18 auf das Werkstück 14 einstrahlt. Wenn nämlich der Laserstrahl 18 auf das Loch 19 strahlt, so entsteht zumindest nahezu kein Prozesslicht 24 und das Signal des Prozesslichts 24 bricht zusammen. Eine
Laserbearbeitungsvorrichtung 8 mit einer Detektionseinrichtung zur Ermittlung der Intensität des Prozesslichts 24 ist aus der DE 10 2010 028 179 Al vorbekannt, deren diesbezüglicher
Offenbarungsgehalt mit in den Offenbarungsgehalt der
vorliegenden Anmeldung einbezogen wird. Die
Laserbearbeitungsvorrichtung 8 weist dementsprechend eine derartige Auswerteeinrichtung auf.
Dann wird der Laserstrahl 18 zunächst in eine X-Richtung 35 verfahren und zwar so lange, bis die Signalintensität 37 des erfassten Prozesslichts ansteigt und einen definierten Schwellwert überschreitet. Daraufhin wird in die
entgegengesetzte Richtung verfahren, wiederum bis die
Lichtintensität ansteigt. Ein Ansteigen der Lichtintensität gibt dabei an, dass die Kante 20, 21 des Lochs 19 erreicht ist. Sodann wird der Laserstrahl 18 in Y-Richtung 39 bewegt, bis die Kante 22 des Lochs 19 erreicht ist und abschließend in entgegengesetzte Richtung wiederum bis die Kante 23 des Lochs 19 erreicht ist. Insgesamt kann aus den so ermittelten
Koordinaten der Kanten 20, 21, 22, 23 der Mittelpunkt m des Lochs 19 ermittelt werden.
Der so ermittelte Mittelpunkt m weist im
Laserkoordinatensystem die tatsächlichen Koordinaten des Mittelpunkts m auf dem Werkstück 14 auf. Dieser Mittelpunkt m wird sodann mit den erwarteten Koordinaten des erwarteten Mittelpunkts m* verglichen. Dieser erwartete Mittelpunkt m* weist Koordinaten im Laserkoordinatensystem auf, die die erwartete Lage des Mittelpunkts ohne (richtige)
Versatzmaßkompensation repräsentieren. Im in der Figur 2 gezeigten Fall liegt ein noch nicht korrigiertes Versatzmaß zwischen den Stanzkoordinaten und den Laserkoordinaten in X- Richtung um einen Versatzmaß DC und in Y-Richtung um ein
Versatzmaß DU vor. Um dieses Versatzmaß werden die
programmierten Koordinaten im Laserkoordinatensystem nun in X- und Y-Richtung (nach- ) korrigiert, so dass die Laserbearbeitung mittels des Laserstrahls 18 genau an der tatsächlich
gewünschten Stelle auf dem Werkstück 14 durchgeführt wird.
Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform zur Ermittlung des Stanz-Laser-Versatzmaßes . Dabei wird zunächst ein Loch 25 in das Werkstück 14 mittels der Stanzvorrichtung 17 gestanzt. Daneben wird mit der Laserbearbeitungsvorrichtung 8 ein Loch 26 geschnitten. Sodann kann mittels einer nicht gezeigten, an der Stanzvorrichtung 17 angeordneten Detektionseinrichtung das Versatzmaß zwischen den beiden Löchern ermittelt werden. Eine derartige Detektionseinrichtung ist beispielsweise aus der EP 2 878 393 Al vorbekannt, deren diesbezüglicher
Offenbarungsgehalt vollständig in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung miteinbezogen wird.
Das Verfahren läuft sodann wie folgt ab: Die
Detektionseinrichtung in der Stanzvorrichtung 17 weist Mittel auf, um einen Laserstrahl auf das Werkstück 14 zu richten, sowie Mittel, um das emittierte Prozesslicht des Werkstücks oder reflektiertes Laserlicht zu erfassen. Die Ermittlung der tatsächlichen Lage des jeweiligen Mittelpunkts erfolgt, wie oben zu Figur 2 ausgeführt, durch kreuzweises Verlagern des Laserstrahls und Ermittlung der Signalintensität. Dabei bricht die erfasste Strahlungsintensität dann zusammen, wenn der Laserstrahl im Bereich des Lochs 25 bzw. des Lochs 26 ist. Insgesamt wird eine Abweichung der Lage der tatsächlichen Mittelpunkte von der erwarteten Lage der Mittelpunkte im
Stanzkoordinatensystem ermittelt. Bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform wird die Ermittlung dabei mittels der
Detektionseinrichtung der Stanzvorrichtung 17 durchgeführt. Folglich liegt der Mittelpunkt ml des Lochs 25 auch dort, wo er erwartet wird. Allerdings liegt der Mittelpunkt m2 des Lochs 26 auf anderen Koordinaten als erwartet. Erwartet worden wäre der Mittelpunkt an den Koordinaten der Position m* . Somit liegt ein noch nicht korrigiertes Versatzmaß DC in X-Richtung bzw. DU in Y-Richtung vor. Um dieses Versatzmaß können die Koordinaten im Laserkoordinatensystem (nach- ) korrigiert werden, um den Versatzmaß zu kompensieren. Figur 4a zeigt ein Werkstück 14, das an Spannpratzen 13, wie oben beschrieben, angeordnet ist. Entlang der Länge 27 des Werkstücks 14 in X-Richtung wird sodann mittels der
Laserstrahlung 18 der Laserbearbeitungsvorrichtung 8 die Länge li des Werkstücks 14 in X-Richtung ermittelt, indem wiederum analysiert wird, wann die Intensität der reflektierten
Strahlung bzw. des erfassten Prozesslichts zusammenbricht.
In einem nächsten Schritt werden, wie in Figur 4b angedeutet, Stanzbearbeitungen in Form von nebeneinander liegenden Löchern 28, 29, die wiederholt in das Werkstück 14 eingebracht werden, in das Werkstück 14 eingebracht. Sodann findet, wie in Figur 4c gezeigt ist, eine Laserbearbeitung des Werkstücks 14 statt, wobei ein Laserschnitt 30 um jeweils ein Paar der Löcher 28,
29 durchgeführt wird, sodass ein Werkstückteil 31 aus dem Werkstück 14 herausgelöst wird. Im Zuge dieser Bearbeitung findet ein Wärmeeintrag in das Werkstück 14, welches
insbesondere als Blech ausgebildet sein kann, statt. Dadurch dehnt sich das Werkstücks 14 aus. Daraus folgt wiederum ein noch nicht korrigiertes Versatzmaß zwischen den
Stanzkoordinaten und den Laserkoordinaten, das mittels des folgenden Verfahrens ermittelt und korrigiert wird:
Wie in Figur 4b gezeigt ist, ist der letzte Abschnitt des Werkstücks 14 noch nicht mittels Laserbearbeitung bearbeitet. Mittels der Laserschneidmaschine 8 wird der letzte Teil des Werkstücks 14 ab dem Startpunkt 32 abgefahren, bis die Kante 33 erreicht ist, an der das detektierte Lichtsignal
zusammenbricht, wobei ein Laserstrahl auf das Werkstück 14 gerichtet wird. Aufgrund der vorangegangenen Messung wurde hierfür eine Länge I2* zwischen dem Startpunkt 32 und dem erwarteten Endpunkt 33* des Werkstücks 14 erwartet. Aufgrund der Wärmeausdehnung liegt der tatsächliche Endpunkt allerdings bei der Position 33, sodass eine tatsächliche Länge I2 gemessen wird. Insofern liegt eine Differenz zwischen der Position 33 und der Position 33* in X-Richtung vor. Diese Differenz repräsentiert ein noch nicht korrigiertes Versatzmaß DC . Um dieses Versatzmaß DC können nunmehr die Koordinaten im
Laserkoordinatensystem (nach- ) korrigiert werden. Dadurch kann, wie in Figur 4e gezeigt ist, der Laserschnitt 30 an
Koordinaten im Laserkoordinatensystem durchgeführt werden, die um das Versatzmaß DC (nach- ) korrigiert sind, so dass eine hinreichende Herstellungsgenauigkeit der Werkstückteile 31 auch zum Ende des Schneidprozesses hin gegeben ist.
Die Ausführungsform gemäß Figur 4 kann auch bei anderen
Bearbeitungsmaschinen eingesetzt werden. Denkbar wäre
beispielsweise eine Versatzkompensation in reinen
Stanzmaschinen oder Lasermaschinen. Bei derartigen
Bearbeitungsmaschinen kann über die Bearbeitungsdauer eines Werkstücks auf Grund von Wärmedehnung, insbesondere im Fall von Lasermaschinen, und/oder mechanischer Verformung,
insbesondere im Fall von Stanzmaschinen, ein (noch nicht korrigiertes) Versatzmaß auftreten, das über das in Figur 4 gezeigte Vorgehen detektierbar und kompensierbar ist. Im Fall von Stanzmaschinen kann zur Ermittlung des Versatzes eine Detektionseinrichtung vorgesehen werden, welche eine
Laserstrahlquelle umfasst.
Insgesamt kann erfindungsgemäß eine automatische Erkennung und Kompensation des Stanz-Laser-Versatzmaßes in einer
kombinierten Stanz-Laser-Maschine 1 durchgeführt werden. Dabei entfällt das fehleranfällige und aufwändige manuelle Ermitteln und Kompensieren des Versatzmaßes. Selbstverständlich könnte allerdings eine manuelle Messung und Korrektur in Redundanz zur erfindungsgemäßen automatischen Messung und Korrektur durchgeführt werden. Gemäß der Ausführungsform nach Figur 4 kann eine,
beispielsweise wärme- oder verformungsbedingte,
Konstitutionsänderung eines Werkstücks während dessen
Bearbeitung auch in anderen Bearbeitungsmaschinen, wie beispielsweise reinen Stanzmaschinen oder Lasermaschinen, kompensiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erkennung und Kompensation eines
Versatzmaßes zwischen den Stanzkoordinaten einer
Stanzvorrichtung (17) und den Laserkoordinaten einer Laservorrichtung (8) bei einer kombinierten Stanz-Laser- Maschine (1) zur Bearbeitung eines plattenförmigen
Werkstücks (14), insbesondere eines Blechs, das
Verfahren umfassend die folgenden Schritte: a. Einbringen einer Struktur (19) in das plattenförmige Werkstück (14) mittels der Stanzvorrichtung (17) bzw. mittels der Laservorrichtung (8); b. Ermitteln einer Messgröße der eingebrachten Struktur (19, 25, 26) mittels der Laservorrichtung (8) bzw. mittels der Stanzvorrichtung (17); c. Vergleichen der Messgröße mit einer erwarteten Größe, wobei eine Abweichung der Messgröße von der erwarteten Größe einem Versatzmaß entspricht; und d. Verrechnen des Versatzmaßes mit den Koordinaten der Laservorrichtung (8) im Laserkoordinatensystem oder mit den Koordinaten der Stanzvorrichtung (17) im
Stanzkoordinatensystem, um das Versatzmaß zwischen den Stanzkoordinaten und den Laserkoordinaten
auszugleichen .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt a. mit der Stanzvorrichtung (17) bzw. der Laservorrichtung (8) ein Durchbruch (19) in das Werkstück (14) eingebracht wird, wobei in Schritt b. ein den Durchbruch eindeutig beschreibender Punkt, insbesondere der Mittelpunkt (m) des Durchbruchs, mittels der Laservorrichtung (8) bzw. mittels der Stanzvorrichtung (17) ermittelt wird, wobei in Schritt c. ermittelt wird, ob die Lage des
ermittelten Mittelpunkts (m) mit der erwarteten Lage des Mittelpunkts (m*) übereinstimmt, und wobei eine
Abweichung der ermittelten Lage von der erwarteten Lage einem Versatzmaß entspricht, und wobei in Schritt d. bei einer ermittelten Abweichung des tatsächlichen
Mittelpunkts (m) vom erwarteten Mittelpunkt (m*) eine Kompensation des Versatzmaßes durchgeführt wird, indem das Versatzmaß mit den Koordinaten der Laservorrichtung (8) im Laserkoordinatensystem oder mit den Koordinaten der Stanzvorrichtung (17) im Stanzkoordinatensystem verrechnet wird, um das Versatzmaß zwischen den
Stanzkoordinaten und den Laserkoordinaten auszugleichen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Mittelpunkt (m)
durch Ausstrahlung eines Detektionslichtstrahls und darauf basierender Erfassung von transmittiertem, emittiertem bzw. reflektiertem Licht ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Durchbruch (19)
kreisförmig ausgebildet ist, wobei die Ermittlung des Mittelpunkts durch kreuzweises Verlagern des Werkstücks
(14) relativ zur Laservorrichtung (8) oder zur
Stanzvorrichtung (17) erfolgt, wobei der
Detektionslichtstrahl mittels der Laservorrichtung (8) oder mittels der Stanzvorrichtung (17) ausgestrahlt wird .
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schritte a. bis d. gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in mehreren Werkstückabschnitten des Werkstücks (14) durchgeführt werden, wobei das
Versatzmaß für jeden Werkstückabschnitt ermittelt wird, und wobei das Versatzmaß mit den Koordinaten der
Laservorrichtung (8) im Laserkoordinatensystem oder mit den Koordinaten der Stanzvorrichtung (17) im
Stanzkoordinatensystem in jedem Werkstückabschnitt verrechnet wird, um das Versatzmaß zwischen den
Stanzkoordinaten und den Laserkoordinaten im jeweiligen Werkstückabschnitt auszugleichen .
6. Verfahren zur Erkennung und Kompensation eines
Versatzmaßes zwischen den Stanzkoordinaten einer
Stanzvorrichtung (17) und den Laserkoordinaten einer Laservorrichtung (8) bei einer kombinierten Stanz-Laser- Maschine (1) zur Bearbeitung eines plattenförmigen
Werkstücks (14), insbesondere eines Blechs, das
Verfahren umfassend die folgenden Schritte: a. Einbringen von jeweils einer Struktur (25, 26) in das plattenförmige Werkstück (14) mittels der
Stanzvorrichtung (17) und mittels der Laservorrichtung (8) ; b. Ermitteln von Messgrößen der eingebrachten Strukturen (25, 26) mittels der Stanzvorrichtung (17) oder mittels der Laservorrichtung (8); c. Vergleichen der Messgrößen mit einer erwarteten Größe, wobei eine Abweichung der Messgrößen von den
erwarteten Messgrößen einem Versatzmaß entspricht; und d. Verrechnen des Versatzmaßes mit den Koordinaten der Laservorrichtung (8) im Laserkoordinatensystem oder mit den Koordinaten der Stanzvorrichtung (17) im
Stanzkoordinatensystem, um das Versatzmaß zwischen den Stanzkoordinaten und den Laserkoordinaten
auszugleichen .
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei in Schritt a. mit der Stanzvorrichtung (17) und mit der Laservorrichtung (8) jeweils ein Durchbruch (25, 26) in das Werkstück (14) eingebracht wird, wobei in Schritt b. jeweils ein die Durchbrüche eindeutig beschreibender Punkt, insbesondere der jeweilige Mittelpunkt (ml, m2 ) des jeweiligen
Durchbruchs (25, 26), mittels der Laservorrichtung (8) oder mittels der Stanzvorrichtung (17) ermittelt wird, wobei in Schritt c. ermittelt wird, ob die Lage der ermittelten Mittelpunkte (ml, m2 ) zueinander mit der erwarteten Lage der Mittelpunkte (ml, m2 ) zueinander übereinstimmt, wobei eine Abweichung der ermittelten Lage der Mittelpunkte (ml, m2 ) zueinander einem
Versatzmaß entspricht, und wobei in Schritt d. bei einer ermittelten Abweichung der tatsächlichen Lage der ermittelten Mittelpunkte (ml, m2 ) zueinander von der erwarteten Lage der Mittelpunkte (ml, m2 ) zueinander eine Kompensation des Versatzmaßes durchgeführt wird, indem das Versatzmaß mit den Koordinaten der
Laservorrichtung (8) im Laserkoordinatensystem oder mit den Koordinaten der Stanzvorrichtung (17) im
Stanzkoordinatensystem verrechnet wird, um das
Versatzmaß zwischen den Stanzkoordinaten und den
Laserkoordinaten auszugleichen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der jeweilige
Mittelpunkt (ml, m2 ) durch Ausstrahlung eines
Detektionslichtstrahls und darauf basierender Erfassung von transmittiertem, emittiertem bzw. reflektiertem Licht ermittelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Durchbrüche (25,
26) kreisförmig ausgebildet sind, und wobei die
Ermittlung des jeweiligen Mittelpunkts (ml, m2 ) durch kreuzweises Verlagern des Werkstücks (14) relativ zur Laservorrichtung (8) oder zur Stanzvorrichtung (17) erfolgt, wobei der Detektionslichtstrahl mittels der Laservorrichtung (8) oder mittels der Stanzvorrichtung (17) ausgestrahlt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Schritte a. bis d. gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche 6 bis 9 in mehreren Werkstückabschnitten des Werkstücks (14) durchgeführt werden, wobei das
Versatzmaß für jeden Werkstückabschnitt ermittelt wird, und wobei das Versatzmaß mit den Koordinaten der
Laservorrichtung (8) im Laserkoordinatensystem oder mit den Koordinaten der Stanzvorrichtung (17) im
Stanzkoordinatensystem in jedem Werkstückabschnitt verrechnet wird, um das Versatzmaß zwischen den
Stanzkoordinaten und den Laserkoordinaten im jeweiligen Werkstückabschnitt auszugleichen .
11. Verfahren zur Erkennung und Kompensation eines
Versatzmaßes eines Koordinatensystems einer
Bearbeitungsmaschine zur Bearbeitung eines, insbesondere plattenförmigen, Werkstücks (14), insbesondere eines Blechs, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte: a. Einbringen einer Struktur in das Werkstück (14)
mittels der Bearbeitungsmaschine; b. Bearbeiten des Werkstücks (14) mittels der
Bearbeitungsmaschine und nach einem
Bearbeitungsfortschritt Ermitteln einer Lage der eingebrachten Struktur im Koordinatensystem der Bearbeitungsmaschine mittels der Bearbeitungsmaschine; c. Vergleichen der ermittelten Lage mit einer erwarteten Lage, wobei eine Abweichung der ermittelten Lage von der erwarteten Lage einem Versatzmaß entspricht; und d. Verrechnen des Versatzmaßes mit den Koordinaten im
Koordinatensystem der Bearbeitungsmaschine, um das Versatzmaß auszugleichen.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die
Bearbeitungsmaschine als Stanz- oder
Laserbearbeitungsmaschine ausgebildet ist.
13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die
Bearbeitungsmaschine als kombinierte Stanz-Laser- Maschine ausgebildet ist, wobei die Koordinaten der Laservorrichtung (8) im Laserkoordinatensystem und/oder die Koordinaten der Stanzvorrichtung (17) im
Stanzkoordinatensystem mit dem ermittelten Versatzmaß verrechnet werden, um das Versatzmaß auszugleichen.
14. Verfahren zur Erkennung und Kompensation eines
Versatzmaßes eines Koordinatensystems einer
Bearbeitungsmaschine zur Bearbeitung eines, insbesondere plattenförmigen, Werkstücks (14), insbesondere eines Blechs, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte: a. Vermessen der Länge und/oder Breite des Werkstücks (14), b. Bearbeiten des Werkstücks (14) mittels der
Bearbeitungsmaschine und nach einem
Bearbeitungsfortschritt erneutes Ermitteln der Länge und/oder Breite des Werkstücks (14) mittels der
Bearbeitungsmaschine ; c. Ermitteln einer Abweichung der ermittelten Länge und/oder Breite von der erwarteten Länge und/oder Breite, wobei eine Abweichung der ermittelten Länge und/oder Breite von der erwarteten Länge und/oder Breite einem Versatzmaß entspricht; und d. Verrechnen des Versatzmaßes mit den Koordinaten im
Koordinatensystem der Bearbeitungsmaschine, um das
Versatzmaß auszugleichen.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei in Schritt b.
lediglich eine Teillänge (I2) und/oder Teilbreite ermittelt wird, und wobei in Schritt c. eine Abweichung der ermittelten Teillänge (I2) und/oder Teilbreite von der erwarteten Teillänge (I2*) und/oder Teilbreite ermittelt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei die
Bearbeitungsmaschine als Stanz- oder
Laserbearbeitungsmaschine ausgebildet ist.
17. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei die
Bearbeitungsmaschine als kombinierte Stanz-Laser- Maschine ausgebildet ist, wobei die Koordinaten der Laservorrichtung (8) im Laserkoordinatensystem und/oder die Koordinaten der Stanzvorrichtung (17) im
Stanzkoordinatensystem mit dem ermittelten Versatzmaß verrechnet werden, um das Versatzmaß auszugleichen.
18. Steuerungsvorrichtung (3), ausgebildet und eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 10.
19. Kombinierte Stanz-Laser-Maschine (1), umfassend eine Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 18.
20. Steuerungsvorrichtung (3), ausgebildet und eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der
Ansprüche 11 bis 17.
21. Bearbeitungsmaschine, insbesondere kombinierte Stanz- Laser-Maschine (1), Lasermaschine oder Stanzmaschine, umfassend eine Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 20
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