EP4587214A1 - Verfahren und laserschneidmaschine zum laserschneiden von werkstückteilen aus einem werkstück - Google Patents

Verfahren und laserschneidmaschine zum laserschneiden von werkstückteilen aus einem werkstück

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EP4587214A1
EP4587214A1 EP23768186.1A EP23768186A EP4587214A1 EP 4587214 A1 EP4587214 A1 EP 4587214A1 EP 23768186 A EP23768186 A EP 23768186A EP 4587214 A1 EP4587214 A1 EP 4587214A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
laser cutting
workpiece
parameter
machine
quality
Prior art date
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Pending
Application number
EP23768186.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Mock
Antoine BASTIEN
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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
Application filed by Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG filed Critical Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Publication of EP4587214A1 publication Critical patent/EP4587214A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
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    • B23K31/125—Weld quality monitoring

Definitions

  • the quality of a laser-cut workpiece part depends significantly on the quality of the raw material used and on the cross-sectional image produced in the laser cutting process.
  • This cross-sectional view depends on the quality of the material, in particular on the choice of material and the condition of the workpiece used. This condition can also change due to the type and duration of storage of the workpieces, for example due to corrosion. It has been found that as a result of these quality fluctuations in the workpieces used, a cut image typically results, which in turn can have certain quality deficiencies, in particular with regard to the burr length, the roughness of the surface, the color of the cut (tarnishing) or uncontrolled burnout ( during flame cutting).
  • At least one laser cutting parameter for the laser cutting of the workpiece parts, wherein the at least one laser cutting parameter is determined as a function of the determined at least one material quality parameter
  • a material quality of the workpiece or workpieces that are intended for laser processing is first determined, in this case one or more
  • a database can be used for determining the at least one laser cutting parameter, in which optimal laser cutting parameters are specified as a function of material quality parameters (and possibly the other dependencies mentioned later herein for determining the laser cutting parameters).
  • a database can, for example, be based on empirical values and/or experiments. But it can also be based on a simulation.
  • a simulation of different laser cutting parameters can also be carried out for certain material quality parameters, in particular combinations of material quality parameters, and depending on from a simulation result regarding. the quality of the cut workpiece parts, one or more laser cutting parameters, in particular a set of laser cutting parameters, are determined.
  • artificial intelligence in particular machine learning, can be used to determine the at least one laser cutting parameter.
  • the predetermined breaking point ensures, on the one hand, that the workpiece with all workpiece parts can be safely removed from the laser cutting machine and, on the other hand, that the workpiece parts can be easily detached from the workpiece and thus the workpiece parts can be removed from the laser cutting machine.
  • Flatbed machine tool can be specified, separated from the rest of the workpiece by means of laser cutting.
  • the workpiece parts are therefore cut out of the workpiece in particular using a laser beam.
  • the predetermined breaking point can remain, which in each case connects a part of the workpiece with the rest of the workpiece, which is also referred to herein as the skeleton and, if necessary. represents reusable scrap.
  • Several predetermined breaking points can also remain between a workpiece part and the workpiece.
  • the workpiece processed in this way can now be subjected to the so-called Sorting in or on the laser cutting machine, since the workpiece parts are still attached to the residual grid of the workpiece by means of the predetermined breaking point.
  • the method further has the step of specifying a target workpiece part quality, with the determination of the at least one laser cutting parameter taking place in such a way that the specified target Workpiece part quality is achieved in the laser cutting process.
  • the laser cutting parameters can be determined increasingly depending on the material quality parameter(s), because a negative influence of the machine condition can be largely excluded. The same applies to the operating status.
  • Different modules or units of the laser cutting machine can be used to determine the machine condition parameters.
  • a maintenance documentation module, a control unit, a sensor and/or a camera can be used to determine the maintenance status and/or the operating status determine .
  • a possible example of a sensor is a scattered light sensor, which can detect a thermal shift in the laser beam due to, for example, contamination of the protective glass through scattered light analysis. Based on a degree of contamination determined on the basis of the scattered light analysis, a machine condition parameter can be determined in this regard and used to determine the at least one laser cutting parameter. Focus position control, which depends on laser power and beam on time, can also be used to calculate the thermal shift. For example, a low laser cutting speed can then be selected as the laser cutting parameter in order to compensate for the contamination in relation to the workpiece part quality produced until it is eliminated.
  • the at least one material quality parameter indicates at least one of a material composition, a grain size of the material, a surface quality and/or a material condition. It has been shown that the above-mentioned material quality parameters have a high significance for the later workpiece part quality depending on the specific laser cutting parameters.
  • the at least one laser cutting parameter indicates at least one of a laser cutting power, a laser cutting feed, a focus position, a focus diameter, a nozzle position and/or a laser cutting gas pressure. It has been shown that the above laser cutting parameters are particularly suitable adjusting screws in the laser cutting process to achieve, on the one hand, the required target workpiece part quality and, on the other hand, to avoid disadvantages in the laser cutting process.
  • the method also has the following further steps:
  • a check of the workpiece part quality achieved during or between the laser cutting process is provided, with countermeasures also being taken during the laser cutting process by adjusting the laser cutting parameter(s), in particular if the The workpiece part quality determined by analyzing the measurement data is below a specified target workpiece part quality. For example, to generate the measurement data, a light section to measure the burr height and/or a reflected light image of the cut edge to determine the groove pattern and the tarnish colors can be recorded.
  • the analysis of the measurement data to determine the actual workpiece quality can also be supported by artificial intelligence, in particular machine learning.
  • the steps of generating, in particular measuring and/or monitoring, analyzing and adapting are repeated, in particular until the actual workpiece part quality at least corresponds to the predetermined workpiece part quality.
  • This allows the laser cutting parameters to be adjusted step by step and continuously until the required target workpiece quality is achieved.
  • measurement data can also be generated by measuring and/or monitoring and the measurement data can be analyzed to determine the actual workpiece part quality in order to ensure that the actual workpiece part quality achieved can be maintained in the further laser cutting process.
  • the at least one sensor and/or the at least one camera is used for at least one of a slag expulsion unit for detecting a spray jet during laser cutting, a radio detection unit Detection of a spark size and/or spark brightness
  • Laser cutting a line spectroscopy sensor for detecting spectral lines during laser cutting and a hyperspectral camera for detecting a temperature profile during laser cutting.
  • the aforementioned detectors have proven to be particularly advantageous because they allow the actual workpiece quality to be precisely determined. They can also advantageously monitor the laser cutting process. For example, an evaluation of the sparks when cutting/piercing the workpiece can be carried out, which allows the number and size of the sparks to be determined. A determination of the viscosity of the melt or what the spray jet looks like can also be used to analyze the melt expulsion and thus the actual workpiece quality.
  • a hyperspectral camera which offers the possibility of measuring in a larger wavelength range, e.g. B. a heat impression, the slag expulsion can be detected and the cutting quality and the workpiece part quality.
  • the at least one sensor and/or the at least one camera are a multi-detection system with at least two of a sensor and/or a camera.
  • a multi-detection system can improve the measurement data situation by increasing the amount of data available. Monitoring is also more reliable in the event that a detection unit fails or does not provide usable measurement data. The increased amount of measurement data allows for a more reliable and precise measurement Analysis of the measurement data to determine the actual workpiece quality.
  • the task mentioned at the beginning is further solved by a laser cutting machine according to claim 12.
  • the laser cutting machine is set up for laser cutting workpiece parts from at least one workpiece using a laser beam from a laser cutting head of the laser cutting machine, the laser cutting machine having:
  • a determination module for determining at least one laser cutting parameter for the laser cutting of the workpiece parts, wherein the at least one laser cutting parameter is determined as a function of the at least one determined material quality parameter
  • control module for controlling the laser cutting of the workpiece parts from the at least one workpiece by means of the laser beam from the laser cutting head using the at least one specific laser cutting parameter.
  • a laser cutting machine according to the invention therefore brings with it the same advantages as have been explained in detail with reference to the method according to the invention.
  • the laser cutting machine can be set up or used to carry out the method according to the invention. be trained.
  • the modules of the laser cutting machine can, for example, each be implemented by a separate computer program code or by a common computer program code, by separate or common functional units of a computer and/or control units and/or other units.
  • the determination module can be designed as a reading unit, such as a reading program code, a memory of a computer and/or a sensor and/or a camera of the laser cutting machine. It is also possible for individual modules to be partially or completely implemented in a common module, for example the determination module and the determination module.
  • the modules of the laser cutting machine can be implemented, for example, in a control device of the laser cutting machine.
  • the laser cutting machine further has a further determination module for determining a machine state parameter of a machine state of the laser cutting machine and the determination module is set up to determine the at least one laser cutting parameter also as a function of the at least one determined machine state parameter. It can be provided that the further determination module is or has a machine documentation module through which the machine status parameters are documented.
  • the laser cutting machine also has:
  • At least one sensor and/or at least one camera for generating measurement data relating to the workpiece parts, the at least one workpiece and/or the laser cutting process
  • an adaptation module for adapting the at least one laser cutting parameter based on the determined actual workpiece part quality, in particular in comparison to a predetermined target workpiece part quality.
  • the laser cutting machine can of course have other modules and components. So e.g. B. the aforementioned database, the artificial intelligence and/or a simulation module for determining the laser cutting parameter(s) and a specification module for specifying the workpiece part quality, etc.
  • Figure 1 is a perspective view of one
  • Laser cutting device as part of the laser cutting machine of FIG. 1 ;
  • Figure 5 is a schematic view of one
  • Figure 6 is a schematic view of one
  • Figure 1 shows a laser cutting machine 10 in the form of a laser cutting flatbed machine tool with a Laser cutting device 20 in which a laser cutting process is carried out with a laser beam 1 (see FIG. 2).
  • a focus of the laser beam 1 is guided by a control device 50 (see FIG. 2) of the laser cutting machine 10 along predetermined cutting contours 42 arranged in a cutting area over a plate-shaped workpiece 40, in particular a substantially two-dimensionally extending sheet metal, in order to extract workpiece parts from this Cut out 44 with specific shapes given according to a nesting plan.
  • the nesting plan can be predetermined by a control plan for the control device 50.
  • the laser cutting machine 10 here also includes, for example, a removal device 30.
  • the removal device 30 is shown open here for the sake of clarity, but can alternatively be like the laser cutting device 20 in FIG. 1 also be partially or completely enclosed.
  • the removal device 30 includes a pallet changer 32.
  • the pallet changer 32 is designed to position one or more pallets 38 during production.
  • a workpiece 40 to be cut (as raw or starting material), in particular a workpiece panel, can be placed and stored on a pallet 38 and introduced into the housing of the laser cutting device 20 for the laser cutting process. After the cutting process has been completed, the pallet 38 can be used, as shown in FIG.
  • FIG. 1 shows the laser cutting process in the laser cutting device 20.
  • a cutting contour 42 for the laser beam 1 is each specified based on the nesting plan in the control device 50 in order to cut the workpiece parts 44 out of the workpiece 40.
  • the nesting plan indicates the arrangement of the individual workpiece parts 44 in the workpiece 40, as shown in FIG. 1 can be seen.
  • the nesting plan can include the specification of piercing points and predetermined gates for piercing the laser beam 1 and guiding the laser beam 1 along the gates to the cutting contour 42 (not shown).
  • the laser beam 1 heats the metal of the workpiece 40 along the predetermined cutting contours 42 until it melts.
  • a cutting gas jet in particular made of nitrogen and/or oxygen, can emerge from the laser cutting head 24 in the area of the laser beam 1 and push the molten material of the workpiece 40 down and out of the gap that forms. The workpiece 40 is thus completely severed by the laser beam 1 when cutting.
  • the laser beam 1 is moved along the predetermined cutting contours 42 of the respective workpiece 40. This begins at one of the previously mentioned puncture points, which are outside the workpiece 40 lie, and then approaches the contour of the workpiece 40, in particular in an arcuate cut.
  • the pallet 38 has a workpiece support.
  • the workpiece support has a plurality of support webs 34 which run transversely, in particular perpendicularly, to the insertion direction of the workpiece 40 into the laser cutting device 20 and are aligned parallel to one another.
  • the support webs 34 form support areas 36 on which the workpiece 40 is placed or placed. is launched.
  • the support areas 36 thus form a grid of areas that can influence the laser cutting process and the removal of the workpiece parts 44 cut out on them.
  • Fig. 1 further shows a camera 22 of the laser cutting machine 10, which is, for example, on the laser cutting device 20 or is arranged in its housing.
  • the camera 22 can be part of the detection module 51 of the control device 50 of the laser cutting machine or can be connected to it.
  • the camera 22 is here aligned with the removal device 30 purely by way of example and for the sake of better representation and can alternatively or additionally also be aligned with the laser cutting device 20, in particular be arranged within the housing of the laser cutting device 20.
  • sensors can also be used as an alternative or in addition to the camera 22.
  • FIG. 3 shows an example and schematic of the control device 50 of the laser cutting device 20 of the laser cutting machine 10 with its respective modules.
  • these are a determination module 51, a further determination module 52, a default module 53, a Determination module 54, an analysis module 55, an adaptation module 56 and a control module 57.
  • fewer modules can also be used, as becomes clear from the exemplary embodiments of methods 100 according to the invention explained below.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Laserschneiden von Werkstückteilen (44) aus zumindest einem Werkstück (40) mittels eines Laserstrahls (1) einer Laserschneidmaschine (10), wobei das Verfahren (100) die folgenden Schritte (102, 108, 110) aufweist: - Ermitteln zumindest eines Materialqualitätsparameters (2) einer Materialqualität des zumindest einen Werkstücks (40), - Bestimmen von zumindest einem Laserschneidparameter (2) für das Laserschneiden der Werkstückteile (44), wobei der zumindest eine Laserschneidparameter (5) in Abhängigkeit von dem zumindest einen ermittelten Materialqualitätsparameter (2) bestimmt wird, und - Laserschneiden der Werkstückteile (44) aus dem zumindest einen Werkstück (40) mittels des Laserstrahls (1) der Laserschneidmaschine (10), wobei der zumindest eine bestimmte Laserschneidparameter (5) für den Laserschneidvorgang verwendet wird.

Description

Titel : Verfahren und Laserschneidmaschine zum
Laserschneiden von Werkstückteilen aus einem
Werkstück
Beschreibung
Die Erfindung betri f ft ein Verfahren und eine Laserschneidmaschine zum Laserschneiden von Werkstückteilen aus zumindest einem Werkstück mittels eines Laserstrahls .
Es ist bekannt , dass die Qualität eines lasergeschnittenen Werkstückteils wesentlich von der Qualität des verwendeten Rohstof fs und von dem im Laserschneidvorgang erzeugten Schnittbild abhängt . Dieses Schnittbild ist seinerseits abhängig von der Materialqualität , insbesondere von der Materialwahl und dem Zustand des verwendeten Werkstücks . Dieser Zustand kann sich durch die Art und Dauer der Lagerung der Werkstücke , beispielsweise durch Korrosion, ebenfalls verändern . Es wurde herausgefunden, dass sich infolge dieser Qualitätsschwankungen bei den verwendeten Werkstücken typischerweise ein Schnittbild ergibt , das seinerseits bestimmte Qualitätsdefi zite aufweisen kann, insbesondere in Bezug auf die Gratlänge , die Rauigkeit der Oberfläche , die Farbe des Schnitts (Anlauf färbung) oder unkontrolliertes Ausbrennen (beim Brennschnitt ) .
Aufgabe der Erfindung ist es , die voranstehenden Qualitätsdefi zite von in einem Laserschneidverfahren einer Laserschneidmaschine geschnittenen Werkstückteilen zumindest teilweise zu vermindern .
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 . Vorgeschlagen wird demnach ein Verfahren zum Laserschneiden von Werkstückteilen aus zumindest einem Werkstück mittels eines Laserstrahls einer Laserschneidmaschine , wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist :
- Ermitteln zumindest eines Materialqualitätsparameters einer Materialqualität des zumindest einen Werkstücks ,
- Bestimmen von zumindest einem Laserschneidparameter für das Laserschneiden der Werkstückteile , wobei der zumindest eine Laserschneidparameter in Abhängigkeit von dem ermittelten zumindest einen Materialqualitätsparameter bestimmt wird, und
- Laserschneiden der Werkstückteile aus dem zumindest einen Werkstück mittels des Laserstrahls der Laserschneidmaschine , wobei der zumindest eine bestimmte Laserschneidparameter für den Laserschneidvorgang verwendet wird .
Erfindungsgemäß wird zunächst eine Materialqualität des Werkstücks oder Werkstücke ermittelt , die zur Laserbearbeitung vorgesehen sind, wobei hier ein oder mehrere
Materialqualitätsparameter ermittelt werden, durch welche sich die Materialqualität angeben lässt , um eine Vergleichbarkeit zwischen unterschiedlichen Materialqualitäten herzustellen . In Abhängigkeit von dem oder den Materialqualitätsparametern wird oder werden dann ein oder mehrere Laserschneidparameter für den Laserschneidvorgang bestimmt . Selbstverständlich muss die Bestimmung der Laserschneidparameter dabei nicht allein abhängig von dem zumindest einen Materialqualitätsparameter erfolgen, sondern kann auch von anderen Einflussgrößen abhängig sein, so z . B . einem Arbeitsbereich der Laserschneidmaschine . Entscheidend ist vielmehr, dass der oder die Materialqualitätsparameter Berücksichtigung in der Bestimmung des Laserschneidparameters erfahren . Für den Laserschneidvorgang wird dann der zumindest eine zuvor bestimmte Laserschneidparameter verwendet , um einen an die Materialqualität angepassten Laserschneidvorgang aus zuführen . Folglich wird der Laserschneidvorgang durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Vermeidung von Qualitätsdefi ziten bei den hergestellten Werkstückteile an die Qualität des Materials des oder der eingesetzten Werkstücke angepasst . Der Laserschneidvorgang selbst kann dann gemäß einem Schachtelungsplan ablaufen, der die aus zuschneidenden Werkstückteile in ihrer Geometrie vorgibt und Positionierung auf dem Werkstück vorgeben kann .
Es sind verschiedene Anwendungen einsetzbar, um die Laserschneidparameter so in Abhängigkeit der Materialqualitätsparameter zu bestimmen, dass eine hohe oder zumindest eine geforderte Qualität der Werkstückteile erreicht wird . Beispielsweise kann eine Datenbank für die Bestimmung des zumindest einen Laserschneidparameters eingesetzt werden, in welcher optimale Laserschneidparameter in Abhängigkeit von Materialqualitätsparametern (und ggf . den weiteren später hierin erwähnten Abhängigkeiten für die Bestimmung der Laserschneidparameter ) angegeben sind . Eine solche Datenbank kann beispielsweise auf Erfahrungswerten und/oder Versuchen basieren . Sie kann aber auch auf einer Simulation basieren . Auch kann eine Simulation von unterschiedlichen Laserschneidparametern für bestimmte Materialqualitätsparameter, insbesondere Kombinationen von Materialqualitätsparametern, durchgeführt werden, und abhängig von einem Simulationsergebnis bzgl . der Qualität der ausgeschnittenen Werkstückteile ein oder mehrere Laserschneidparameter, insbesondere ein Satz von Laserschneidparametern, bestimmt werden . Zusätzlich oder alternativ kann beispielsweise eine künstliche Intelligenz , insbesondere maschinelles Lernen, bei der Bestimmung des zumindest einen Laserschneidparameters genutzt werden .
Unter einem Werkstück wird vorliegend insbesondere eine Werkstücktafel oder Werkstückplatte verstanden, welche ihre größte Erstreckung in einer hori zontalen Ebene aufweist und mit einer Dicke in der orthogonal dazu stehenden vertikalen Ebene eingerichtet ist . Ein Werkstück kann insbesondere ein Werkstückblech sein . Ein derartiges Werkstück kann auch als bearbeitetes Werkstück bezeichnet werden, wenn darin Werkstückteile eingearbeitet sind, die durch eine Sollbruchstelle mit dem Werkstück verbunden sind . Eine derartige Sollbruchstelle kann insbesondere in Form eines Stegs zwischen den Werkstückteilen und dem Werkstück bzw . einem verbleibenden Restgitter des Werkstücks ausgebildet sein . Die Sollbruchstelle sorgt damit einerseits dafür, dass das Werkstück mit allen Werkstückteile sicher aus der Laserschneidmaschine entnommen werden kann und andererseits dafür, dass ein einfaches Lösen der Werkstückteile von dem Werkstück und damit ein Entnehmen der Werkstückteile aus der Laserschneidmaschine möglich ist .
Der Laserschneidvorgang kann zumindest teilweise automatisiert , insbesondere vollständig automatisiert , ablaufen . Die eingesetzte Laserschneidmaschine kann insbesondere als eine Flachbettwerkzeugmaschine , insbesondere 2D-Laserf lachbettmaschine , ausgeführt sein . Durch die Flachbettwerkzeugmaschine werden die Werkstückteile , die in ihrer Form durch einen Schachtelungsplan der
Flachbettwerkzeugmaschine vorgegeben werden können, mittels Laserschneidens von dem Rest des Werkstücks getrennt . Die Werkstückteile sind demnach insbesondere mittels Laserstrahls aus dem Werkstück ausgeschnitten . Es kann j edoch die Sollbruchstelle verbleiben, die j eweils ein Werkstückteil mit dem Rest des Werkstücks , das hierin auch als Restgitter bezeichnet wird und ggf . wiederverwertbaren Ausschuss darstellt , verbindet . Dabei können auch mehrere Sollbruchstellen zwischen j e einem Werkstückteil und dem Werkstück verbleiben . Das so bearbeitete Werkstück kann nun dem sog . Absortieren in oder an der Laserschneidmaschine zugeführt werden, da die Werkstückteile mittels der Sollbruchstelle noch an dem Restgitter des Werkstücks befestigt sind . Das Brechen der Sollbruchstelle bzw . Lösen der Werkstückteile von dem Restgitter des Werkstücks kann manuell , teilautomatisiert oder vollautomatisiert erfolgen . Für das Absortieren kann ein Werkzeug, beispielsweise ein Rüttler, ein sog . Vibrationshammer oder eine Bohrmaschine , eingesetzt werden . Ein Rüttler oder Vibrationshammer sorgt durch Vibration für sich periodisch wiederholende Vibrationen oder Schläge auf das Werkstück, sodass die Werkstückteile von dem Werkstück gelöst werden . Durch eine Bohrmaschine kann die Sollbruchstelle durch Bohren an der Sollbruchstelle oder einer ggf . neben dem Werkstückteil vorgesehenen Bohrstelle , insbesondere einem sog . Microj oint , aufgebrochen werden .
Es kann vorgesehen sein, dass das Verfahren ferner den Schritt eines Vorgebens einer Soll-Werkstückteilqualität aufweist , wobei das Bestimmen des zumindest einen Laserschneidparameters derart erfolgt , dass die vorgegebene Soll- Werkstückteilqualität in dem Laserschneidvorgang erzielt wird .
Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass eine geforderte Werkstückteilqualität in dem Verfahren vorgegeben wird . Die Soll-Werkstückteilqualität kann ihrerseits durch Werkstückteilqualitätsparameter quanti fi zierbar gemacht werden, um eine Vergleichbarkeit und Auswertbarkeit herzustellen . Dann können der oder die Laserschneidparameter derart bestimmt werden, dass in Abhängigkeit von den Materialqualitätsparametern gewährleistet werden kann, insbesondere mit einem vordefinierten Erwartungswert , dass (mindestens ) die geforderte Werkstückteilqualität beim Laserschneidvorgang erreicht wird . Dies macht das Verfahren besonders ef fi zient , weil nicht zugunsten einer maximal erzielbaren Werkstückteilqualität , die möglicherweise gar nicht für die spätere Verarbeitung oder Nutzung der Werkstückteile notwendig ist , andere Nachteile eingegangen werden, wie beispielsweise ein langsames Laserschneiden, ein hoher Verschleiß oder ein hoher Energie- und Schneidgasverbrauch, was bei einem Laserschneidvorgang mit maximalen Qualitätsansprüchen der Fall sein kann .
Auch kann vorgesehen sein, dass ferner zumindest ein Maschinenzustandsparameter eines Maschinenzustands der Laserschneidmaschine ermittelt wird und der zumindest eine Laserschneidparameter auch in Abhängigkeit von dem ermittelten zumindest einen Maschinenzustandsparameter bestimmt wird . Dadurch kann ein weiterer, diesseits als für die Werkstückteilequalität relevant festgestellter Parameter in dem erfindungsgemäßen Verfahren einbezogen werden, um die Herstellung von Werkstückteilen hoher, insbesondere geforderter, Werkstückteilqualität gewährleisten zu können . Hierbei kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Maschinenzustandsparameter wenigstens einen Wartungs zustand und/oder einen Betriebs zustand der Laserschneidmaschine angibt . Der Wartungs zustand und der Betriebs zustand geben Auskunft darüber, wie zuverlässig oder fehlerfrei die Laserschneidmaschine voraussichtlich arbeiten wird . Davon abhängig kann durch die Bestimmung des oder der Laserschneidparameter gegengesteuert werden . Beispielsweise kann gegen hohe Toleranzen der Laserschneidmaschine wegen mangelnder oder lange zurück liegender Wartung durch geringe Laserschneidgeschwindigkeiten und geringe Laserschneidintensitäten als mögliche Laserschneidparameter gegengesteuert werden, um die Toleranzen abzufangen . Bei einer optimal oder erst kürzlich gewarteten Laserschneidmaschine können die Laserschneidparameter hingegen verstärkt in Abhängigkeit von dem oder den Materialqualitätsparametern bestimmt werden, weil ein negativer Einfluss des Maschinenzustands weitestgehend ausgeschlossen werden kann . Analoges tri f ft auf den Betriebs zustand zu . Dieser kann beispielsweise angeben, wie lange die Laserschneidmaschine bereits insgesamt oder in einem laufenden Produktions zyklus in Betrieb ist , ob sie bereits warm gelaufen ist oder ein Kaltstart für den Laserschneidvorgang erforderlich ist , ob mögliche Verschmutzungen, beispielsweise eines Schutzglases der Laserschneidmaschine , oder Defekte vorliegen und/oder wie der Zustand einzelner Komponenten der Laserschneidmaschine , beispielsweise der Düsen, ist . Für die Ermittlung der Maschinenzustandsparameter können unterschiedliche Module oder Einheiten der Laserschneidmaschine eingesetzt werden . Beispielsweise kann ein Wartungsdokumentationsmodul , eine Steuereinheit , ein Sensor und/oder eine Kamera eingesetzt werden, um den Wartungs zustand und/oder den Betriebs zustand zu ermitteln . Ein mögliches Beispiel eines Sensors ist ein Streulichtsensor, der durch eine Streulichtanalyse einen thermischen Shi ft des Laserstrahls infolge beispielsweise einer Verschmutzung des Schutzglases erfassen kann . Anhand eines auf Basis der Streulichtanalyse festgestellten Grades der Verschmutzung kann entsprechend ein Maschinenzustandsparameter diesbezüglich ermittelt werden und für die Bestimmung des zumindest einen Laserschneidparameters herangezogen werden . Auch eine Fokuslagensteuerung, die abhängig von Laserleistung und Strahl-Ein-Zeit ist , kann zur Berechnen des thermischen Shi fts genutzt werden . Beispielsweise kann dann eine geringe Laserschneidgeschwindigkeit als Laserschneidparameter ausgewählt werden, um dadurch die Verschmutzung in Bezug auf die erzeugte Werkstückteilqualität zu kompensieren, bis diese beseitigt wird .
Ferner kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Materialqualitätsparameter auf Basis von herstellerseitigen Werkstückdaten und/oder Messdaten aus einer Messung des zumindest einen Werkstücks mittels zumindest eines Sensors und/oder zumindest einer Kamera ermittelt wird . Vorteilhaft ist insbesondere , wenn sowohl herstellerseitige Werkstückdaten als auch Messdaten verwendet werden, um möglichst detailgetreue und viele unterschiedliche Materialqualitätsparameter bestimmen zu können, was vorteilhafterweise eine große Datenmenge für die Bestimmung des oder der Laserschneidparameter schaf ft . Dabei können mitunter die herstellerseitigen Werkstückdaten andere Materialqualitätsparameter liefern als die Messdaten . Auch ist es möglich, die herstellerseitigen Werkstückdaten durch die Messdaten zu veri fi zieren und zu überprüfen . So können Verwechslungen von Werkstücken, fehlerhafte Angaben in den Werkstückdaten oder abgelaufene Angaben, beispielsweise keine Rostfreiheit mehr nach längerer Lagerung oder Transportmängeln der Werkstücke , aufgedeckt werden und im Verfahren berücksichtigt werden . Dadurch wird sichergestellt , dass die Materialqualität richtig ermittelt wird und eine geforderte Soll-Werkstückteilequalität durch geeignete Wahl des oder der Laserschneidparameter gewährleistet werden kann .
Auch kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Materialqualitätsparameter wenigstens eines von einer Material zusammensetzung, einer Korngröße des Materials , einer Oberflächengüte und/oder einem Material zustand angibt . Es hat sich gezeigt , dass die vorstehend genannten Materialqualitätsparameter eine hohe Signi fikanz für die spätere Werkstückteilqualität in Abhängigkeit von den bestimmten Laserschneidparametern hat .
Ferner kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Laserschneidparameter wenigstens eines von einer Laserschneidleistung, einem Laserschneidvorschub, einer Fokuslage , einem Fokusdurchmesser, einer Düsenlage und/oder einem Laserschneidgasdruck angibt . Es hat sich gezeigt , dass die vorstehenden Laserschneidparameter besonders geeignete Stellschrauben im Laserschneidvorgang zur Erzielung einerseits einer geforderten Soll-Werkstückteilqualität und andererseits zur Vermeidung von Nachteilen beim Laserschneidvorgang sind .
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Verfahren ferner die folgenden weiteren Schritte aufweist :
Erzeugen von Messdaten bezüglich der Werkstückteile , des zumindest einen Werkstücks und/oder des Laserschneidvorgangs mittels zumindest eines Sensors und/oder zumindest einer Kamera,
- Analysieren der Messdaten zur Ermittlung einer I st- Werkstückteilqualität der Werkstückteile , und
- Anpassen des zumindest einen Laserschneidparameters auf Basis der analysierten I st-Werkstückteilqualität , insbesondere im Vergleich zu einer vorgegebenen Soll- Werkstückteilqualität .
Durch ein Messen der Werkstückteile und/oder des zumindest einen Werkstücks und/oder ein Überwachen des Laserschneidvorgangs ist so eine Überprüfung der erzielten Werkstückteilqualität während oder zwischen dem Laserschneidvorgang bereitgestellt , wobei zudem ein Gegensteuern beim Laserschneidvorgang durch Anpassen des oder der Laserschneidparameter erfolgt , insbesondere falls die durch Analyse der Messdaten ermittelte Werkstückteilqualität unterhalb einer vorgegebenen Soll-Werkstückteilqualität ist . Beispielsweise kann für die Erzeugung der Messdaten ein Lichtschnitt zur Vermessung der Grathöhe und/oder ein Auflichtbild der Schnittkante zur Bestimmung des Riefenbilds und der Anlauf farben auf genommen werden . Die Analyse der Messdaten zur Ermittlung der I st-Werkstückteilqualität kann im Übrigen durch eine künstliche Intelligenz , insbesondere maschinelles Lernen, unterstützt werden . So kann die Analyse von beispielsweise Sensor- und/oder Kamerabildern zunehmend besser werden, um die I st-Werkstückteilqualität zunehmend schneller und präziser ermitteln zu können . Auch ist möglich, den oder die Laserschneidparameter anzupassen, wenn die Werkstückteilqualität ( deutlich) höher aus fällt als vorgegeben wird, beispielsweise um den Laserschneidvorgang zu beschleunigen . Denn wie zuvor bereits angedeutet worden ist , geht eine hohe Qualität auch mit Nachteilen bezüglich der Prozess führung, insbesondere bezüglich der Vorgangsdauer und den mit dem Laserschneiden verbundenen Kosten einher . Wenn eine bestimmte hohe Qualität nicht erwartet wird, kann so gewährleistet werden, dass im Wesentlichen exakt die Werkstückteilqualität erzeugt wird, die gewünscht wird . Der oder die eingangs bestimmten Laserschneidparameter stellen damit lediglich eine Anfangskonfiguration für den Start des Laserschneidvorgangs oder den Anfangslaserschneidvorgang dar . Diese Anfangskonfiguration mit einem oder mehreren Laserschneidparametern kann wie oben beschrieben zu einer Bearbeitungskonfiguration angepasst werden, die für den weiteren Laserschneidvorgang zur Erzielung einer vorgegebenen Soll-Werkstückteilqualität bestimmt wird .
Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Schritte des Erzeugens , insbesondere mit dem Messen und/oder Überwachen, Analysierens und Anpassens wiederholt werden, insbesondere bis die I st- Werkstückteilqualität zumindest der vorgegebenen Werkstückteilqualität entspricht . Dadurch können die Laserschneidparameter schrittweise und kontinuierlich angepasst werden, bis die geforderte Soll- Werkstückteilqualität erzielt wird . Natürlich kann auch darüber hinaus ein Erzeugen von Messdaten durch Messen und/oder Überwachen und eine Analyse der Messdaten zur Ermittlung der I st-Werkstückteilqualität erfolgen, um zu gewährleisten, dass die erzielte I st-Werkstückteilqualität im weiteren Laserschneidvorgang beibehalten werden kann .
Auch kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Sensor und/oder die zumindest eine Kamera wenigstens eines von einer Schlackenaustriebseinheit zur Detektion eines Sprühstrahls beim Laserschneiden, einer Funkendetektionseinheit zur Detektion einer Funkengröße und/oder Funkenhelligkeit beim
Laserschneiden, eines Linienspektroskopiesensors zur Detektion von Spektrallinien beim Laserschneiden und einer Hyperspektralkamera zur Detektion eines Temperaturverlaufs beim Laserschneiden umfasst . Die vorgenannten Detektoren haben sich als besonders vorteilhaft herausgestellt , weil sie eine präzise Ermittlung der I st-Werkstückteilqualität erlauben . Auch kann durch sie nebenbei der Laserschneidvorgang vorteilhafterweise überwacht werden . Zum Beispiel kann eine Auswertung der Funken beim Anschnitt / Einstich in das Werkstück erfolgen, welche die Anzahl und Größe der Funken zu ermitteln erlaubt . Auch eine Bestimmung der Viskose der Schmel ze oder wie der Sprühstrahl aussieht können zur Analyse des Schmel zaustriebs und damit der I st-Werkstückteilqualität genutzt werden . Neben einer vorteilhaften Auswertung des Linienspektrums kann zudem durch die Verwendung einer Hyperspektralkamera, welche die Möglichkeit bietet , im größeren Wellenlängenbereich zu messen, z . B . einen Wärmeabdruck, der Schlackeaustrieb detektiert werden und darüber die Schnittqualität und die Werkstückteilqualität .
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Sensor und/oder die zumindest eine Kamera ein Multidetektionssystem mit zumindest zwei von einem Sensor und/oder einer Kamera sind . Durch ein derartiges Multidetektionssystem lässt sich die Messdatenlage verbessern, indem die verfügbare Datenmenge erhöht wird . Auch ist eine höhere Zuverlässigkeit der Überwachung gegeben für den Fall , dass eine Detektionseinheit aus fallen sollte oder keine verwertbaren Messdaten liefert . Durch die erhöhte Messdatenmenge lässt sich eine zuverlässigere und präzisere Analyse der Messdaten zur Ermittlung der I st- Werkstückteilqualität sicher st eilen .
Die eingangs erwähnte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Laserschneidmaschine nach Anspruch 12 . Die Laserschneidmaschine ist zum Laserschneiden von Werkstückteilen aus zumindest einem Werkstück mittels eines Laserstrahls aus einem Laserschneidkopf der Laserschneidmaschine eingerichtet , wobei die Laserschneidmaschine aufweist :
- ein Ermittlungsmodul zum Ermitteln zumindest eines Materialqualitätsparameters einer Materialqualität des zumindest einen Werkstücks ,
- ein Bestimmungsmodul zum Bestimmen von zumindest einem Laserschneidparameter für das Laserschneiden der Werkstückteile , wobei der zumindest eine Laserschneidparameter in Abhängigkeit von dem zumindest einen ermittelten Materialqualitätsparameter bestimmt wird, und
- ein Steuermodul zum Steuern des Laserschneidens der Werkstückteile aus dem zumindest einen Werkstück mittels des Laserstrahls aus dem Laserschneidkopf unter Verwendung des zumindest einen bestimmten Laserschneidparameters .
Dabei gelten Merkmale , die hierin in Bezug auf das Verfahren beschrieben sind, gleichsam in Bezug auf die Laserschneidmaschine und umgekehrt . Damit bringt eine erfindungsgemäße Laserschneidmaschine die gleichen Vorteile mit sich, wie sie aus führlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren erläutert worden sind . Insbesondere kann die Laserschneidmaschine zum Aus führen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet bzw . ausgebildet sein .
Die Module der Laserschneidmaschine können dabei beispielsweise j eweils durch einen separaten Computerprogrammcode oder durch einen gemeinsamen Computerprogrammcode , durch separate oder gemeinsame Funktionseinheiten eines Computers und/oder Steuereinheiten und/oder sonstige Einheiten implementiert sein . Beispielsweise kann das Ermittlungsmodul als eine Einleseeinheit , etwa ein Einleseprogrammcode , ein Speicher eines Computers und/oder ein Sensor und/oder eine Kamera der Laserschneidmaschine , ausgebildet sein . Möglich ist auch, dass einzelne Module teilweise oder vollständig in einem gemeinsamen Modul implementiert sind, so beispielsweise das Ermittlungsmodul und das Bestimmungsmodul . Beispielhaft können die Module der Laserschneidmaschine beispielsweise in einer Steuervorrichtung der Laserschneidmaschine implementiert sein .
Es kann vorgesehen sein, dass die Laserschneidmaschine ferner ein weiteres Ermittlungsmodul zum Ermitteln eines Maschinenzustandsparameters eines Maschinenzustands der Laserschneidmaschine aufweist und das Bestimmungsmodul dazu eingerichtet ist , den zumindest einen Laserschneidparameter auch in Abhängigkeit von dem zumindest einen ermittelten Maschinenzustandsparameter zu bestimmen . Dabei kann vorgesehen sein, dass das weitere Ermittlungsmodul ein Maschinendokumentationsmodul ist oder aufweist , durch welches die Maschinenzustandsparameter dokumentiert werden .
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Laserschneidmaschine ferner aufweist :
- zumindest einen Sensor und/oder zumindest eine Kamera zum Erzeugen von Messdaten bezüglich der Werkstückteile , des zumindest einen Werkstücks und/oder des Laserschneidvorgangs ,
- ein Analysemodul zum Analysieren der Messdaten zur Ermittlung einer I st-Werkstückteilqualität der Werkstückteile , und
- ein Anpassungsmodul zum Anpassen des zumindest einen Laserschneidparameters auf Basis der ermittelten I st- Werkstückteilqualität , insbesondere im Vergleich zu einer vorgegebenen Soll-Werkstückteilqualität .
Neben den genannten Modulen kann die Laserschneidmaschine selbstverständlich weitere Module und Komponenten aufweisen . So z . B . die zuvor erwähnte Datenbank, die künstliche Intelligenz und/oder ein Simulationsmodul für die Bestimmung des oder der Laserschneidparameter sowie ein Vorgabemodul zum Vorgeben der Werkstückteilqualität , usw .
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer Aus führungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben und erläutert werden .
Es zeigen : Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer
Laserschneidmaschine gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 eine schematische Ansicht einer
Laserschneidvorrichtung als Teil der Laserschneidmaschine der Fig . 1 ;
Figur 3 eine schematische Ansicht der Steuervorrichtung der Laserschneidvorrichtung der Fig . 2 ;
Figur 4 eine schematische Ansicht eines
Laserschneidvorgangs gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel der Erfindung mittels der Laserschneidmaschine der Fig . 1 ;
Figur 5 eine schematische Ansicht eines
Laserschneidvorgangs gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel der Erfindung mittels der Laserschneidmaschine der Fig . 1 ; und
Figur 6 eine schematische Ansicht eines
Laserschneidvorgangs gemäß einem dritten Aus führungsbeispiel der Erfindung mittels der Laserschneidmaschine der Fig . 1 .
In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale j eweils dieselben Bezugs zeichen verwendet .
Figur 1 zeigt eine Laserschneidmaschine 10 in Form einer Laserschneid-Flachbettwerkzeugmaschine mit einer Laserschneidvorrichtung 20 , in der ein Laserschneidvorgang mit einem Laserstrahl 1 ( siehe Fig . 2 ) durchgeführt wird . Insbesondere wird ein Fokus des Laserstrahls 1 von einer Steuervorrichtung 50 ( siehe Fig . 2 ) der Laserschneidmaschine 10 entlang vorgegebener, in einem Schneidbereich angeordneter Schneidkonturen 42 über ein plattenförmiges Werkstück 40 , insbesondere ein sich im Wesentlichen zweidimensional erstreckendes Blech, geführt , um aus diesem Werkstückteile 44 mit spezi fischen, gemäß einem Schachtelungsplan vorgegebenen Formen aus zuschneiden . Der Schachtelungsplan kann dabei durch einen Steuerungsplan für die Steuervorrichtung 50 vorgegeben sein .
Die Laserschneidmaschine 10 umfasst hier beispielhaft ferner eine Entnahmevorrichtung 30 . Die Entnahmevorrichtung 30 ist hier der besseren Darstellbarkeit halber of fen gezeigt , kann aber alternativ wie die Laserschneidvorrichtung 20 in Fig . 1 auch teilweise oder vollständig eingehaust sein . Beispielhaft umfasst die Entnahmevorrichtung 30 dabei einen Palettenwechsler 32 . Der Palettenwechsler 32 ist dazu ausgebildet , eine oder mehrere Paletten 38 während der Fertigung zu positionieren . Auf einer Palette 38 kann ein zu schneidendes Werkstück 40 ( als Roh- oder Ausgangsmaterial ) , insbesondere eine Werkstücktafel , aufgelegt und gelagert werden und in das Gehäuse der Laserschneidvorrichtung 20 für den Laserschneidvorgang eingebracht werden . Nach dem vollendeten Schneidvorgang kann die Palette 38 , wie in Fig . 1 gezeigt , mit einem bearbeiteten Werkstück 40 aus der Laserschneidvorrichtung 20 gefahren werden, sodass gemäß dem Steuerungsplan geschnittene Werkstückteile 44 von dem vom Werkstück 40 verbleibenden Restwerkstück absortiert und aus der Laserschneidemaschine 10 entnommen werden können . Figur 2 zeigt den Laserschneidvorgang in der Laserschneidevorrichtung 20 . Ein Laserschneidkopf 24 , der von der Steuervorrichtung 50 gesteuert wird und den Laserstrahl 1 zum Ausschneiden der Werkstückteile 44 aus dem Werkstück 40 auf das Werkstück 40 emittiert , kann im Schneidbereich frei positioniert werden, so dass der Laserstrahl 1 im Wesentlichen entlang beliebiger zweidimensionaler Schneidkonturen 42 über das zu schneidende Werkstück 40 geführt werden kann . Dabei ist eine Schneidkontur 42 für den Laserstrahl 1 j eweils anhand des Schachtelungsplans in der Steuervorrichtung 50 vorgegeben, um die Werkstückteile 44 aus dem Werkstück 40 aus zuschneiden . Der Schachtelungsplan gibt die Anordnung der einzelnen Werkstückteile 44 im Werkstück 40 an, wie in der Fig . 1 zu sehen ist . Außerdem kann der Schachtelungsplan die Vorgabe von Einstechpunkten und vorgegebener Anschnitte zum Einstechen des Laserstrahls 1 und Führen des Laserstrahls 1 entlang der Anschnitte zu der Schneidkontur 42 umfassen (nicht gezeigt ) .
Beim Laserschneiden erwärmt der Laserstrahl 1 das Metall des Werkstücks 40 entlang der vorgegebenen Schneidkonturen 42 bis es schmil zt . Ein Schneidgasstrahl , insbesondere aus Stickstof f und/oder Sauerstof f , kann im Bereich des Laserstrahls 1 aus dem Laserschneidkopf 24 austreten und das geschmol zene Material des Werkstücks 40 nach unten und aus dem sich ausbildenden Spalt drücken . Das Werkstück 40 wird somit beim Schneiden vom Laserstrahl 1 vollständig durchtrennt .
Zum Ausschneiden eines Werkstückteils 44 wird der Laserstrahl 1 entlang der vorgegebenen Schneidkonturen 42 des j eweiligen Werkstücks 40 bewegt . Diese beginnt an einem der zuvor erwähnten Einstichpunkte , die außerhalb des Werkstücks 40 liegen, und nähert sich dann insbesondere in einem bogenförmigen Anschnitt der Kontur des Werkstücks 40 an .
Im gezeigten Aus führungsbeispiel weist die Palette 38 eine Werkstückauflage auf . Die Werkstückauflage weist mehrere quer, insbesondere senkrecht , zur Einschubrichtung des Werkstücks 40 in die Laserschneidvorrichtung 20 verlaufende und parallel zueinander ausgerichtete Auflagestege 34 auf . Die Auflagestege 34 bilden Auflagebereiche 36 aus , auf denen das Werkstück 40 abgelegt bzw . aufgelegt wird . Die Auflagebereiche 36 bilden somit ein Raster von Bereichen, die den Laserschneidevorgang und das Entnehmen der auf ihnen ausgeschnittenen Werkstückteile 44 beeinflussen können .
Fig . 1 zeigt ferner eine Kamera 22 der Laserschneidmaschine 10 , die beispielhaft an der Laserschneidvorrichtung 20 bzw . ihrem Gehäuse angeordnet ist . Die Kamera 22 kann Teil des Ermittlungsmoduls 51 der Steuervorrichtung 50 der Laserschneidmaschine sein oder damit in Verbindung stehen . Die Kamera 22 ist hier nur rein beispielhaft und der besseren Darstellbarkeit halber auf die Entnahmevorrichtung 30 ausgerichtet und kann alternativ oder zusätzlich auch auf die Laserschneidvorrichtung 20 ausgerichtet sein, insbesondere innerhalb des Gehäuses der Laserschneidvorrichtung 20 angeordnet sein . Außerdem können alternativ oder zusätzlich zur Kamera 22 auch Sensoren verwendet werden .
Figur 3 zeigt exemplarisch und schematisch die Steuervorrichtung 50 der Laserschneidvorrichtung 20 der Laserschneidmaschine 10 mit ihren j eweiligen Modulen . Diese sind im vorliegenden Beispiel ein Ermittlungsmodul 51 , ein weiteres Ermittlungsmodul 52 , ein Vorgabemodul 53 , ein Bestimmungsmodul 54 , ein Analysemodul 55 , ein Anpassungsmodul 56 und ein Steuermodul 57 . Alternativ können aber auch weniger Module zum Einsatz kommen, wie anhand der nachstehend erläuterten Aus führungsbeispiele von erfindungsgemäßen Verfahren 100 deutlich wird .
Figur 4 zeigt schematisch ein erstes Aus führungsbeispiel eines Verfahrens 100 zum Laserschneiden von Werkstückteilen 44 aus zumindest einem Werkstück 40 mittels des Laserstrahls 1 aus dem Laserschneidkopf 24 der Laserschneidvorrichtung 20 der Laserschneidmaschine 10 der Fig . 1 .
In einem ersten Schritt 102 des Verfahrens 100 erfolgt ein Ermitteln von Materialqualitätsparametern 2 einer Materialqualität eines Werkstücks 40 , aus welchem Werkstückteile 44 gemäß dem vorgegebenen Schachtelungsplan ausgeschnitten werden sollen, mittels des Ermittlungsmoduls 51 . Dies kann vorzugsweise anhand von herstellerseitigen Werkstückdaten und Messdaten aus einer Messung des zumindest einen Werkstücks 40 mittels eines Sensors und/oder der Kamera 22 erfolgen, die ihre Messdaten an das Ermittlungsmodul 51 senden . Die Messdaten können erfasst werden, wenn das Werkstück 40 sich in der Laserschneidmaschine 10 befindet , beispielsweise an der Entnahmevorrichtung 30 oder in der Laserschneidvorrichtung 20 . Das Ermittlungsmodul 51 ermittelt auf Grundlage der Messdaten und der herstellerseitigen Werkstückdaten die Materialqualitätsparameter 2 . Derart ermittelte unterschiedliche Materialqualitätsparameter 2 können beispielsweise eine Material zusammensetzung, eine Korngröße des Materials , eine Oberflächengüte und/oder einen
Material zustand angeben . Durch diese
Materialqualitätsparameter 2 lässt sich die Materialqualität des Werkstücks 40 sehr genau beschreiben, aus denen die Werkstückteile 44 gemäß dem Schachtelungsplan von der Laserschneidmaschine 10 aus dem Werkstück 40 ausgeschnitten werden sollen .
Parallel dazu, vorher oder im Anschluss an Schritt 102 erfolgt der Schritt 104 des Verfahrens 100 , bei dem durch das weitere Ermittlungsmodul 52 Maschinenzustandsparameter 3 ermittelt werden, welche beispielsweise einen Wartungs zustand und/oder Betriebs zustand der Laserschneidmaschine 10 , insbesondere der Laserschneidvorrichtung 20 , angeben können . Das weitere Ermittlungsmodul 52 kann beispielsweise ein Maschinendokumentationsmodul , insbesondere zur Dokumentation der Wartung der Laserschneidmaschine 10 , sein oder enthalten, durch welches die Maschinenzustandsparameter 3 dokumentiert werden .
Die ermittelten Materialqualitätsparameter 2 und die Maschinenzustandsparameter 3 werden an das Bestimmungsmodul 54 übermittelt , welches in einem Schritt 108 des Verfahrens 100 mehrere an die zuvor ermittelten Materialqualitätsparameter 2 und Maschinenzustandsparameter 3 angepasste Laserschneidparameter 5 für den Laserschneidvorgang des Laserschneidens der Werkstückteile 44 aus dem Werkstück 40 bestimmt . Die so bestimmten unterschiedlichen Laserschneidparameter 5 können beispielsweise eine Laserschneidleistung, einen Laserschneidvorschub, eine Fokuslage , einen Fokusdurchmesser, eine Düsenlage und einen Laserschneidgasdruck zur Aus führung durch das Steuermodul 57 der Steuervorrichtung 50 der Laserschneidvorrichtung 20 angeben . Im Schritt 110 des Verfahrens 100 nutzt das Steuermodul 57 zum Steuern des Laserschneidvorgangs der Werkstückteile 44 aus dem Werkstück 40 mittels des Laserstrahls 1 die zuvor bestimmten Laserschneidparameter 5 . So ist sichergestellt , dass die Laserschneidparameter 5 beim Laserschneiden an die Materialqualität des Werkstücks 40 und den Maschinenzustand der Laserschneidmaschine 10 angepasst sind, sodass eine hohe Werkstückteilqualität der hergestellten Werkstückteile 44 erzielt wird .
In einem zweiten Aus führungsbeispiel des Verfahrens 100 gemäß der Fig . 5 wird zudem ein Vorgabemodul 53 der Steuervorrichtung 50 eingesetzt . Dieses Vorgabemodul 53 gibt in einem Schritt 106 eine geforderte Soll- Werkstückteilqualität 4 vor . Diese vorgegebene Soll- Werkstückteilqualität 4 wird an das Bestimmungsmodul 54 übermittelt . Das Bestimmungsmodul 54 passt die Laserschneidparameter 5 auch an die geforderte Soll- Werkstückteilqualität 4 an, um sicherzustellen, dass diese bei den ermittelten Materialqualitätsparametern 2 und den ermittelten Maschinenzustandsparametern 3 an den hergestellten Werkstückteilen 44 realisiert wird .
Ein drittes Aus führungsbeispiel des Verfahrens 100 wird durch die Fig . 6 verkörpert , welches zudem das Analysemodul 55 und das Anpassungsmodul 56 der Steuervorrichtung 50 nutzt . Dabei wird zunächst das Verfahren 100 gemäß dem zweiten Aus führungsbeispiel der Fig . 5 mit den Schritten 102 , 104 , 106 , 108 und 110 durchlaufen . Anders als in der Fig . 5 wird dadurch aber nur eine Anfangskonfiguration der bestimmten Laserschneidparameter 5 für einen Anfangslaserschneidvorgang bestimmt , der in Schritt 110 durchgeführt wird . In einem weiteren Schritt 112 wird dieser
Anfangslaserschneidvorgang durch die zumindest eine Kamera 22 und/oder den zumindest einen Sensor überwacht . Dabei werden Messdaten 6 auf gezeichnet bzw . erzeugt . Diese Messdaten 6 werden an das Analysemodul 55 übertragen, welches diese analysiert , um eine I st-Werkstückteilqualität 7 der bisher ausgeschnittenen Werkstückteile 44 zu ermitteln . Anhand eines Vergleichs der I st-Werkstückteilqualität 7 mit der vorgegebenen Soll-Werkstückteilqualität 4 wird bestimmt , ob eine Anpassung der Laserschneidparameter 5 der Anfangskonfiguration vorgenommen werden soll . Wenn die I st- Werkstückteilqualität 7 noch nicht der vorgegebenen Soll- Werkstückteilqualität 4 entspricht oder darüber liegt , wird diese Anpassung in dem Schritt 116 des Verfahrens 100 durch das Anpassungsmodul 56 vorgenommen . Die derart angepassten Laserschneidparameter 5 werden wieder dem Schritt 110 , also dem Laserschneidvorgang zugeführt , um einen unterbrochenen Laserschneidvorgang mit den angepassten Laserschneidparametern 5 fortzusetzen oder einen laufenden Laserschneidvorgang mit den angepassten Laserschneidparametern 5 fortzuführen . Möglich ist im Übrigen, dass die Schritte 112 , 114 , 116 wiederholt werden, bis die I st-Werkstückteilqualität 7 zumindest der vorgegebenen Soll-Werkstückteilqualität 4 entspricht . Wenn dies der Fall ist , hat die Laserschneidmaschine 10 ihre Bearbeitungskonfiguration mit Laserschneidparametern 5 eingenommen, die im Hinblick auf die Materialqualität und den Maschinenzustand optimal abgestimmt sind, um eine I st- Werkstückteilqualität 7 zu erzeugen, welche im Wesentlichen der Soll-Werkstückteilqualität 4 entspricht .

Claims

Patentansprüche Verfahren (100) zum Laserschneiden von Werkstückteilen
(44) aus zumindest einem Werkstück (40) mittels eines Laserstrahls (1) einer Laserschneidmaschine (10) , wobei das Verfahren (100) die folgenden Schritte (102, 108, 110) aufweist :
- Ermitteln zumindest eines Materialqualitätsparameters (2) einer Materialqualität des zumindest einen Werkstücks (40) ,
- Bestimmen von zumindest einem Laserschneidparameter (2) für das Laserschneiden der Werkstückteile (44) , wobei der zumindest eine Laserschneidparameter (5) in Abhängigkeit von dem zumindest einen ermittelten Materialqualitätsparameter (2) bestimmt wird, und
- Laserschneiden der Werkstückteile (44) aus dem zumindest einen Werkstück (40) mittels des Laserstrahls (1) der Laserschneidmaschine (10) , wobei der zumindest eine bestimmte Laserschneidparameter (5) für den Laserschneidvorgang verwendet wird. Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei das Verfahren (100) ferner den Schritt (106) eines Vorgebens einer Soll- Werkstückteilqualität (4) aufweist, wobei das Bestimmen des zumindest einen Laserschneidparameters (5) derart erfolgt, dass die vorgegebene Soll-Werkstückteilqualität (4) in dem Laserschneidvorgang erzielt wird. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ferner zumindest ein Maschinenzustandsparameter (3) eines Maschinenzustands der Laserschneidmaschine (10) ermittelt wird und der zumindest eine Laserschneidparameter (5) auch in Abhängigkeit von dem zumindest einen ermittelten Maschinenzustandsparameter (3) bestimmt wird. Verfahren (100) nach Anspruch 3, wobei der zumindest eine Maschinenzustandsparameter (3) wenigstens einen Wartungszustand und/oder einen Betriebszustand der Laserschneidmaschine (10) angibt. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Materialqualitätsparameter (2) auf Basis von herstellerseitigen Werkstückdaten und/oder Messdaten aus einer Messung des zumindest einen Werkstücks
(40) mittels zumindest eines Sensors und/oder zumindest einer Kamera (22) ermittelt wird. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Materialqualitätsparameter (2) wenigstens eines von einer Materialzusammensetzung, einer Korngröße des Materials, einer Oberflächengüte und/oder einem Materialzustand angibt. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Laserschneidparameter (5) wenigstens eines von einer Laserschneidleistung, einem Laserschneidvorschub, einer Fokuslage, einem Fokusdurchmesser, einer Düsenlage und/oder einem Laserschneidgasdruck angibt. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (100) ferner die folgenden weiteren Schritte (112, 114, 116) aufweist: - Erzeugen von Messdaten (6) bezüglich der Werkstückteile (44) , des zumindest einen Werkstücks (40) und/oder des Laserschneidvorgangs mittels zumindest eines Sensors und/oder zumindest einer Kamera (22) ,
- Analysieren der Messdaten (6) zur Ermittlung einer Ist- Werkstückteilqualität (7) der Werkstückteile (44) , und
- Anpassen des zumindest einen Laserschneidparameters (5) auf Basis der ermittelten Ist-Werkstückteilqualität (7) , insbesondere im Vergleich zu einer vorgegebenen Soll- Werkstückteilqualität (4) . Verfahren (100) nach Anspruch 8, wobei die Schritte des Erzeugens, Analysierens und Anpassens wiederholt werden, insbesondere bis die Ist-Werkstückteilqualität (7) zumindest der vorgegebenen Werkstückteilqualität (4) entspricht . Verfahren (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der zumindest eine Sensor und/oder die zumindest eine Kamera (22) wenigstens eines von einer Schlackenaustriebseinheit zur Detektion eines Sprühstrahls beim Laserschneiden, einer Funkendetektionseinheit zur Detektion einer Funkengröße und/oder Funkenhelligkeit beim Laserschneiden, eines Linienspektroskopiesensors zur Detektion von Spektrallinien beim Laserschneiden und einer Hyperspektralkamera zur Detektion eines Temperaturverlaufs beim Laserschneiden umfasst. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der zumindest eine Sensor und/oder die zumindest eine Kamera (22) ein Multidetektionssystem mit zumindest zwei von einem Sensor und/oder einer Kamera (22) sind. Laserschneidmaschine (10) zum Laserschneiden von Werkstückteilen (44) aus zumindest einem Werkstück (40) mittels eines Laserstrahls (1) aus einem Laserschneidkopf (24) der Laserschneidmaschine (10) , wobei die Laserschneidmaschine (10) aufweist:
- ein Ermittlungsmodul (51) zum Ermitteln zumindest eines Materialqualitätsparameters (2) einer Materialqualität des zumindest einen Werkstücks (40) ,
- ein Bestimmungsmodul (54) zum Bestimmen von zumindest einem Laserschneidparameter (5) für das Laserschneiden der Werkstückteile (44) , wobei der zumindest eine Laserschneidparameter (5) in Abhängigkeit von dem zumindest einen ermittelten Materialqualitätsparameter (2) bestimmt wird, und
- ein Steuermodul (57) zum Steuern des Laserschneidens der Werkstückteile (44) aus dem zumindest einen Werkstück (40) mittels des Laserstrahls (1) aus dem Laserschneidkopf (24) unter Verwendung des zumindest einen bestimmten Laserschneidparameters (5) . Laserschneidmaschine (10) nach Anspruch 12, wobei die Laserschneidmaschine (10) ferner ein weiteres Ermittlungsmodul (52) zum Ermitteln eines Maschinenzustandsparameters (3) eines Maschinenzustands der Laserschneidmaschine (10) aufweist und das Bestimmungsmodul (54) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Laserschneidparameter (5) auch in Abhängigkeit von dem zumindest einen ermittelten Maschinenzustandsparameter (3) zu bestimmen. Laserschneidmaschine (10) nach Anspruch 13, wobei das weitere Ermittlungsmodul (52) ein Maschinendokumentationsmodul ist oder aufweist, durch welches die Maschinenzustandsparameter (3) dokumentiert werden . Laserschneidmaschine (10) nach einem der Ansprüche 12 bis
14, wobei die Laserschneidmaschine (10) ferner aufweist:
- zumindest einen Sensor und/oder zumindest eine Kamera (22) zum Erzeugen von Messdaten (6) bezüglich der Werkstückteile (44) , des zumindest einen Werkstücks (40) und/oder des Laserschneidvorgangs,
- ein Analysemodul (55) zum Analysieren der Messdaten (6) zur Ermittlung einer Ist-Werkstückteilqualität (7) der Werkstückteile (44) , und
- ein Anpassungsmodul (56) zum Anpassen des zumindest einen Laserschneidparameters (5) auf Basis der ermittelten Ist-Werkstückteilqualität (7) , insbesondere im Vergleich zu einer vorgegebenen Soll- Werkstückteilqualität (4) .
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