EP4676677A1 - Computerimplementiertes verfahren zum bestimmen von schnittspaltbreiten für ein laserschneidverfahren - Google Patents

Computerimplementiertes verfahren zum bestimmen von schnittspaltbreiten für ein laserschneidverfahren

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Publication number
EP4676677A1
EP4676677A1 EP24705478.6A EP24705478A EP4676677A1 EP 4676677 A1 EP4676677 A1 EP 4676677A1 EP 24705478 A EP24705478 A EP 24705478A EP 4676677 A1 EP4676677 A1 EP 4676677A1
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EP
European Patent Office
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workpiece
individual
cutting
workpiece parts
parts
Prior art date
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Pending
Application number
EP24705478.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jonathan Eberle
Marco KULIG
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
Application filed by Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG filed Critical Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Publication of EP4676677A1 publication Critical patent/EP4676677A1/de
Pending legal-status Critical Current

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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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    • G05B19/02—Program-control systems electric
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    • G05B19/4097—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 program data in numerical form characterised by using design data to control NC machines, e.g. CAD/CAM
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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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
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45041—Laser cutting

Definitions

  • the invention relates to a computer-implemented method for determining cutting gap widths for a laser cutting process in which individual workpiece parts are cut out of a workpiece sheet.
  • New fully automatic laser cutting machines such as the TruLaser Center 7030 manufactured by Trumpf pose previously unknown challenges.
  • One of these challenges is the autonomous or automatic removal of the workpiece parts cut from a workpiece sheet, in particular by means of passive suction cups and pin shuttles. After successful cutting, the workpiece parts are pushed up from the scrap grid remaining on the workpiece sheet using the pin shuttles, while the passive suction cups lift the workpiece parts out from above. Incorrect removal can bring the entire process to a standstill. processing machine, which is why the robustness of the workpiece part removal process is essential.
  • the invention is therefore based on the object of making the removal process described above more robust using a laser cutting method by means of appropriate processing machines.
  • a computer-implemented method for determining cutting gap widths for a laser cutting method in which individual workpiece parts are cut out of a workpiece sheet, the method comprising the following method steps:
  • the method according to the invention now enables, in particular, an analysis of the workpiece parts based on their workpiece part data in such a way that critical segments of the workpiece part geometry in the workpiece table are identified in a preventive manner, where a wider cutting gap can make the subsequent process of removing workpiece parts significantly more robust. Since the cutting gap width is determined individually for workpiece parts, in particular individual workpiece parts, groups of workpiece parts or areas of workpiece parts, one can also speak of a dynamic variation of the cutting gap, which represents a preventive measure to prevent critical situations when removing workpiece parts.
  • the proposed dynamic modification of the cutting gap width at the critical points determined on the basis of the workpiece part data can result in a significant increase in the robustness of the entire, particularly automated, processing machine, by which the laser cutting process and the removal are carried out. It must be noted that an increase in the cutting gap width is accompanied by a reduction in productivity.
  • the process parameters for processing by the processing machine are optimized for productivity, but the consideration of robustness, especially in automated processing machines, represents a second optimization component that should not be neglected in order to avoid downtimes, which can have a strong impact on productivity.
  • non-critical or less critical workpiece part geometries can be provided with a narrow cutting gap in order to be able to carry out the laser cutting process as quickly and efficiently as possible, because the generation of a wider cutting gap typically requires a lower laser cutting speed and thus slows down the laser cutting process.
  • the workpiece parts to be cut out are analyzed on the basis of their workpiece part data in such a way that the risk of interaction of the workpiece parts with the residual skeleton is determined and an individual cutting gap width is determined from this, which reduces this risk in order to increase the robustness of the removal process, particularly in an automated processing machine.
  • the material data can be the Specify the material of the workpiece panel or of the individual workpiece parts in more detail, for example type of material, in particular which metal or alloy is used, and/or weight, hardness, etc.
  • the geometry data comprise or describe the outer contour of the workpiece parts, which is analyzed to determine the individual risk parameters in process step (b).
  • the geometry data can at least be outline data of the outer contours or two-dimensional shape of the workpiece parts.
  • the geometry data can be read in as CAD data, for example. It has been shown that the outer contour or outer outlines of the workpiece parts can be assessed with regard to their complexity. The geometric complexity can be decisive for determining the respective risk parameters. If a workpiece part or an area thereof is geometrically complex, a higher risk parameter can be determined than for a geometrically simple outer contour.
  • the individual risk parameters can be determined as removal success probabilities for an automated removal of the workpiece parts.
  • the risk parameter can basically be a value that is determined individually for workpiece parts on the workpiece board, especially individual workpiece parts, groups of workpiece parts and/or areas, in particular cutting edges, of workpiece parts.
  • an individual risk parameter can be for different segments on the workpiece table, whereby these segments can each comprise groups of workpiece parts, individual workpiece parts or areas of workpiece parts. The finer the segmentation, the longer the computer's computing time is required, but the more detailed the individual cutting gap widths can be determined and applied.
  • the risk parameter is therefore used in particular to differentiate in the process which individual relative and/or absolute risk emanates from a certain workpiece part geometry of one or more workpiece parts with regard to the automated removal of workpiece parts in particular.
  • Individual means in particular that for each workpiece part geometry or each segment on the workpiece table, which as described can comprise individual workpiece parts, groups of workpiece parts and/or areas, in particular cutting edges, of workpiece parts, a risk of interaction with the residual skeleton is determined which can lead to difficulties during the automated removal in the processing machine.
  • determining individual cutting gap widths means in particular that for each workpiece part geometry or each segment on the workpiece table, which as described can comprise individual workpiece parts, groups of workpiece parts and/or areas, in particular cutting edges, of workpiece parts, a cutting gap width is selected individually, in particular from a range of values or individual provided values for the cutting gap width. This does not necessarily mean that the cutting gap widths for one or several workpiece parts must be differentiated, although this is typically the consequence, in order to machine only the critical workpiece part geometries with large cutting gap widths and increase robustness there, while non-critical or less critical workpiece part geometries with small cutting gap widths can be machined more quickly in order to keep the laser cutting process productive overall.
  • the determination of the individual risk parameters and/or the determination of the individual cutting gap widths takes place using an AI agent.
  • AI artificial intelligence
  • the advantage of using an appropriate AI (artificial intelligence) agent is that the AI agent can determine the optimum level of productivity (small cutting gap width) and robustness (large cutting gap width) after appropriate training, in particular on a virtual or real processing machine.
  • the associated AI model and/or the AI agent can be implemented in an appropriate computer program product, as explained in more detail later, and used on a computer, for example on the processing machine, or remotely from it, for example cloud-based.
  • the individual risk parameters and/or the individual cutting gap widths are determined and/or determined for individual workpiece parts and/or groups of workpiece parts. This allows different cutting gap widths to be provided for individual workpiece parts or groups of workpiece parts.
  • a group of workpiece parts can be selected according to predetermined criteria, in particular geometric criteria. for example, size, length of cutting edges, geometric complexity of the outer contour, number of cutting edges, number of corners in the contour, etc. In this way, geometrically largely homogeneous or similar workpiece parts can be grouped together for which the process is carried out in order to save computing time and provide a quick result with regard to the individual cutting gap widths, instead of evaluating each workpiece part individually with regard to risk parameters and then cutting gap width.
  • the individual risk parameters and/or the individual cutting gap widths are determined and/or determined for individual areas of workpiece parts, in particular individual cutting edges of workpiece parts. Areas of workpiece parts can in particular include contour lines, in particular along several cutting edges. This makes it possible to bring the optimization of robustness and efficiency down to the level of areas or individual cutting edges of the workpiece part and thus to carry out a particularly detailed optimization which can advantageously exploit fast switching times with regard to the laser cutting parameters of laser cutting devices.
  • different cutting gap widths are determined for individual workpiece parts or areas of workpiece parts, in particular individual cutting edges of workpiece parts. This not only allows the cutting gap widths to be determined individually, but different cutting gap widths are selected depending on the risk parameters, in particular for each workpiece part or at the workpiece part level.
  • the method further comprises the method step of selecting and/or adapting a configuration of the laser cutting parameters, in particular laser cutting speed, laser focus position and/or laser power, for the laser cutting process for the individual cutting gap widths.
  • the aforementioned laser cutting parameters can be transferred directly to a laser cutting device in order to carry out the laser cutting process with the desired cutting gap widths.
  • the method further comprises the step of nesting the workpiece parts with their previously determined individual cutting gap widths on the workpiece board, wherein the individual cutting gap widths have a value determined in the step of Nesting is a parameter taken into account.
  • This makes it possible for the cutting gap widths to be taken into account when nesting the workpiece parts on the workpiece board, thus enabling efficient nesting with minimal material waste.
  • Nesting methods for example using exact or heuristic processes, are generally known and various of the known methods can be used.
  • Nesting refers to a (virtual) allocation or placement of the workpiece parts to be cut on the workpiece board for the subsequent laser cutting process.
  • the workpiece parts to be cut out are assigned unique positions on the workpiece board or their workpiece board geometry with their workpiece part geometry.
  • This allocation or allocation which is referred to herein as nesting of the workpiece parts on the workpiece board, is saved in the nesting plan.
  • the nesting plan can be called up in the laser cutting process. By tracing the cutting edges with a laser according to the contours of the workpiece parts on the workpiece panel according to the nesting plan, the workpiece panel can be cut in order to obtain the individual workpiece parts.
  • the purpose of nesting is to create a nesting plan by means of which it is possible to use the workpiece panel as efficiently as possible so that as little waste as possible is generated.
  • Computer program product includes instructions that Execution of the program by a computer causes the computer to carry out the method according to the invention.
  • the computer program product can be, for example, a computer program code itself or a product which contains the computer program, for example a data carrier or a data storage device.
  • the object mentioned at the outset is also achieved by a machining method according to claim 13.
  • the machining method is designed for machining a workpiece panel, the machining method comprising:
  • a laser cutting process for cutting out the workpiece parts from the workpiece panel by means of a laser cutting beam emerging from a cutting head, whereby in order to cut out the workpiece parts, the laser cutting beam traces cutting contours of the workpiece parts with the individual cutting gap widths determined in accordance with the process and specified for the laser cutting process.
  • the machining method further comprises an automated removal of the cut-out workpiece parts from the residual skeleton remaining from the workpiece panel after the laser cutting process (or the workpiece support on which the workpiece panel rests).
  • the object mentioned at the outset is finally also achieved by a system according to claim 15.
  • the system is set up for processing a workpiece panel, the system comprising: a computer for carrying out the method according to the invention or the method of the processing method according to the invention, and a laser cutting device for carrying out the laser cutting method of the processing method.
  • the computer which can be designed in particular as a control unit or as part of a control unit, can also be used to control the laser cutting device.
  • the computer can have the computer program product according to the invention.
  • the computer and the laser cutting device can be spatially offset from one another or arranged spatially close to one another. They can be connected to one another, for example, by wireless (also as a cloud solution) or wired communication, or at least be set up for such a communication connection.
  • the computer can be in a remote cloud and wirelessly send the generated nesting plan to the laser cutting device, in particular a processing machine with the laser cutting device.
  • the processing machine can generate the aforementioned nesting plan locally with the computer.
  • the system can in particular comprise a processing machine, wherein the laser cutting device can be part of the processing machine.
  • a processing machine can of course also have further Have components that are necessary or beneficial for the processing method, such as a workpiece support, a workpiece part collecting device, a (linear) robot for moving the cutting head, etc.
  • the computer is located in the processing machine, the system can be formed in particular by the processing machine.
  • the processing machine can be an at least partially automated or fully automated processing machine. Accordingly, the processing can be at least partially automatic or fully automatic.
  • at least the removal of the workpiece parts from a corresponding workpiece support and from the residual skeleton remaining from the workpiece panel is automated.
  • Various removal means such as passive suction cups and/or pin shuttles, can be used.
  • the method according to the invention or the processing method according to the invention is particularly advantageous because downtimes and human intervention due to tilted workpiece parts in the residual skeleton can be effectively prevented or at least very strongly limited.
  • Figure 1 is a perspective view of a system in
  • Figure 2 is a schematic view of a
  • Laser cutting device as part of the processing machine of Fig. 1;
  • Figure 3 is a schematic view of a cut
  • Figure 4 is a schematic view of a method according to an embodiment of the invention.
  • Figure 5 is a schematic view of a section of a nesting plan which has been generated according to a first embodiment of the method of Figure 4;
  • Figure 6 is a schematic view of a section of a nesting plan which has been generated according to a second embodiment of the method of Figure 4.
  • Figure 7 is a schematic view of a workpiece part for which cutting gap widths according to a third Embodiment of the method of Fig. 4.
  • Figure 1 shows a system 10 in the form of a processing machine, very particularly in the form of a laser cutting machine, further particularly 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 cutting beam 1 (see Fig. 2).
  • a focus of the laser cutting beam 1 is guided by a computer 50 (see Fig. 2), in particular in the form of a control device of the processing machine, along predetermined cutting contours 42 arranged in a cutting area over a plate-shaped workpiece panel 40, in particular a sheet metal extending essentially two-dimensionally, in order to cut out workpiece parts 44 from this with specific shapes or geometries predetermined according to a nesting plan 45 (see Figs.
  • the nesting plan 45 can be specified by a control plan for the computer 50 and can be generated within the framework of the method 100 shown schematically in Fig. 4, particularly in method step 108.
  • the processing machine here also comprises, by way of example, a removal device 30.
  • the removal device 30 is shown open here for the sake of better illustration, but can Alternatively, like the laser cutting device 20 in Fig. 1, it can also be partially or completely enclosed.
  • Removal device 30 can advantageously be designed to be automated, in particular with removal means not shown.
  • the entire processing machine is advantageously designed to be fully automated.
  • the removal device 30 shown comprises a pallet changer 32, as is typically used for manual removal devices 30.
  • the pallet changer 32 is designed to position one or more pallets 38 during production.
  • a workpiece panel 40 to be cut (as raw or starting material) 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.
  • the pallet 38 can be moved out of the laser cutting device 20 with a processed workpiece panel 40, as shown in Fig. 1, so that workpiece parts 44 cut according to the nesting plan 45 can be manually or automatically sorted from the remaining workpiece or residual grid 46 remaining from the workpiece panel 40 (see Fig. 3) and removed from the processing machine.
  • Figure 2 shows a laser cutting process 200 in the laser cutting device 20.
  • a cutting contour 42 for the laser cutting beam 1 is specified in the computer 50 based on the nesting plan 45 in order to cut the workpiece parts 44 out of the workpiece panel 40.
  • the cutting contour 42 typically comprises cutting edges 43 (see Fig. 7) which are followed by the laser cutting beam 1.
  • the computer 50 is shown here by way of example as a fixed part of the processing machine, but can alternatively be wirelessly connected to the processing machine and form the system 10 with it.
  • a computer 50 in addition to the computer 50 shown can also be used for the method 100 explained in more detail later with reference to Fig. 4, wherein the method 100 comprises nesting the workpiece parts 44 on the workpiece board 40.
  • the nesting plan 45 generated indicates the arrangement of the individual workpiece parts 44 on the workpiece board 40, as can be seen in Fig. 1.
  • the nesting plan 45 can comprise the specification of piercing points and predetermined cuts for piercing the laser cutting beam 1 and guiding the laser cutting beam 1 along the cuts to the cutting contour 42 (not shown).
  • the laser cutting beam 1 heats the metal of the workpiece plate 40 along the predetermined cutting contours 42 until it melts.
  • a cutting gas jet in particular of nitrogen and/or oxygen, can emerge from the cutting head 24 in the area of the laser cutting beam 1 and press the molten material of the workpiece plate 40 downwards and out of the gap that is formed. The The workpiece panel 40 is thus completely severed by the laser cutting beam 1 during cutting.
  • the laser cutting beam 1 is moved along the predetermined cutting contours 42 of the respective workpiece panel 40. This begins at one of the previously mentioned piercing points, which lie outside the workpiece parts 44, and then approaches the contour of the respective workpiece part 44, in particular in an arc-shaped cut.
  • the pallet 38 has a workpiece support 36.
  • the workpiece support 36 has several support webs 34 that run transversely, in particular perpendicularly, to the direction in which the workpiece 40 is inserted into the laser cutting device 20 and are aligned parallel to one another.
  • the support webs 34 form support areas on which the workpiece panel 40 is placed or placed.
  • Fig. 1 also shows a camera 22 of the processing machine, which is arranged, for example, on the laser cutting device 20 or its housing.
  • the camera 22 can be part of the computer 50 of the processing machine or can be connected to it.
  • the camera 22 is directed here purely by way of example and for the sake of better illustration towards the removal device 30 and can alternatively or additionally be directed towards the laser cutting device 20, in particular can be arranged within the housing of the laser cutting device 20.
  • sensors can also be used alternatively or in addition to the camera 22.
  • Figure 4 shows a computer-implemented method 100 for
  • a corresponding computer system (not shown) can be partially or completely contained in a computer program product (not shown).
  • the computer system and the method 100 can be carried out, for example, by the computer 50 or another control device or a computer of the processing machine.
  • the method 100 comprises various method steps 102, 104, 106, 108 and is comprised of a higher-level processing method 300, which also comprises the laser cutting method 200 and the removal method 202, in which the cut-out workpiece parts 44 are removed from the workpiece support 36.
  • workpiece part data D of the workpiece parts 44 to be nested on the workpiece board 40 are read in.
  • This workpiece part data D can be in the form of CAD data, for example, and can contain geometry data and/or material data of the individual workpiece parts 44.
  • the geometry data advantageously include the outer contour of the workpiece parts 44, which is traced by the laser cutting beam 1 as a cutting contour 42 in the subsequent laser cutting method 200.
  • a second method step 104 individual risk parameters R for the workpiece parts 44 to be cut out are determined, that workpiece parts 44 at least partially interact with the residual grid 46 remaining from the workpiece sheet 40, in particular tilting, is determined on the basis of the read-in workpiece part data D.
  • a third method step 106 individual cutting gap widths B for the workpiece parts 44 are determined on the basis of the determined individual risk parameters R. These individual cutting gap widths B are taken into account for the nesting of the workpiece parts 44 on the workpiece panel 40 in method step 108.
  • the nesting plan 45 thus generated is used in the laser cutting process 200 to machine the workpiece panel 40 and then to remove the workpiece parts 44 in method step 202.
  • Fig. 5 shows using a section of a nesting plan 45 according to a first embodiment of the method 100
  • the individual risk parameters R and/or the individual cutting gap widths B can be determined and identified for individual workpiece parts 44.
  • a segment on the workpiece table 40 is selected here for determining the individual risk parameters R and determining the individual cutting gap widths B, which relates to individual workpiece parts 44.
  • Fig. 5 shows workpiece parts 44 with different geometries, in particular external contours. These were recorded in process step 102 by reading in the workpiece part data D.
  • Individual risk parameters R were then determined for the different workpiece parts 44 in process step 104. A different risk parameter R was assigned to each workpiece part 44.
  • the different cutting gap widths B are each represented by a different thickness of the contour lines of the workpiece parts 44.
  • the workpiece parts 44 in the part of the workpiece table 40 shown or the nesting plan 45 have a larger cutting gap width B with increasing complexity of their outer contour.
  • the workpiece part 44 at the top left has a small cutting gap width B because its outer contour is rather simple
  • the cutting gap width B for the workpiece part 44 at the bottom right is significantly larger because its outer contour is rather complex.
  • Figure 6 shows a variant in the determination of the individual risk parameters R and the individual cutting gap widths B, whereby different workpiece parts 44 have been grouped based on their workpiece part data D or based on their risk parameters R and the same cutting gap widths B have been determined for the workpiece parts 44 of the different groups.
  • the previously mentioned segments are now groups of workpiece parts 44, whereby the required computing time of the computer 50 for carrying out the method 100 can be reduced.
  • Figure 7 shows a further variant in the determination of the individual risk parameters R and the individual cutting gap widths B, which takes place at the workpiece part level, i.e. for different areas, in particular several or individual cutting edges 43, of a workpiece part 44, individual risk parameters R are determined and individual cutting gap widths B are determined.
  • the previously mentioned segments refer to areas of the workpiece parts 44 themselves.
  • the workpiece part 44 shown in Fig. 7 here has, by way of example, two different regions, namely regions with a simple edge geometry 47 and regions with a complex edge geometry 48, although a finer subdivision into more regions is of course possible based on the complexity of the respective edge geometry, so that this example is merely illustrative in nature.
  • a smaller risk parameter R is determined than for the complex edge geometry 48.
  • a smaller cutting gap width B is selected than for the complex edge geometry 48, which is characterized by many small and closely spaced cutting edges 43, which can lead to jamming between the complex edge geometry 48 and the residual grid 46.
  • the individual variants according to Fig. 5, 6 and 7 can also be used in any combination in the method 100.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren (100) zum Bestimmen von Schnittspaltbreiten (B) für ein Laserschneidverfahren (200), bei dem aus einer Werkstücktafel (40) einzelne Werkstückteile (44) ausgeschnitten werden.

Description

Titel : Computerimplementiertes Verfahren zum Bestimmen von
Schnittspaltbreiten für ein Laserschneidverfahren
Beschreibung
Die Erfindung betri f ft ein computerimplementiertes Verfahren zum Bestimmen von Schnittspaltbreiten für ein Laserschneidverfahren, bei dem aus einer Werkstücktafel einzelne Werkstückteile ausgeschnitten werden .
Neue Laserschneidvollautomaten, wie beispielsweise der von Trumpf hergestellte TruLaser Center 7030 , stellen bisher unbekannte Heraus forderungen dar . Eine dieser Heraus forderungen ist die autonome bzw . automatische Entnahme der aus einer Werkstücktafel geschnittenen Werkstückteile , insbesondere durch Passivsauger- und Pin-Shuttles . Dabei werden die Werkstückteile nach erfolgreichem Ausschneiden vom von der Werkstücktafel verbleibenden Restgitter mittels der Pin-Shuttles aus dem Restgitter hochgedrückt , während die Passivsauger von oben die Werkstückteile herausheben . Eine fehlerhafte Entnahme kann zum Stillstand der gesamten Bearbeitungsmaschine führen, weshalb die Robustheit des Prozesses der Werkstückteilentnahme essenziell ist .
Die automatisierte Werkstückteilentnahme bei Laserflachbettmaschinen ist aktuell j edoch nicht so robust wie es wünschenswert wäre , da Interaktionen, insbesondere ein Verkanten, der Werkstückteile mit dem Restgitter den Entnahmeprozess beeinträchtigen können .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde , den eingangs beschriebenen Entnahmeprozess nach einem Laserschneidverfahren durch entsprechende Bearbeitungsmaschinen robuster zu gestalten .
Die Aufgabe wird durch ein computerimplementiertes Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst . Vorgeschlagen wird demnach ein computerimplementiertes Verfahren zum Bestimmen von Schnittspaltbreiten für ein Laserschneidverfahren, bei dem aus einer Werkstücktafel einzelne Werkstückteile ausgeschnitten werden, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist :
( a ) Einlesen von Werkstückteildaten der aus zuschneidenden Werkstückteile ,
(b ) Ermitteln von individuellen Risikoparametern für die aus zuschneidenden Werkstückteile , dass Werkstückteile zumindest teilweise mit einem von der Werkstücktafel verbleibenden Restgitter interagieren, insbesondere verkanten, auf Basis der eingelesenen Werkstückteildaten, und
( c ) Bestimmen von individuellen Schnittspaltbreiten für die Werkstückteile auf Basis der ermittelten individuellen Risikoparameter . Von den Erfindern wurde erkannt , dass eine Interaktion von ausgeschnittenen Werkstückteilen mit dem von der Werkstücktafel nach dem Laserschneidvorgang verbleibenden Restgitter von verschiedenen Faktoren abhängt , wobei der Schnittspalt , ganz besonders die Schnittspaltbreite , ein besonders wichtiger Faktor ist . Grundsätzlich konnte festgestellt werden, dass j e schmaler der Schnittspalt an einem aus zuschneidenden Werkstückteil in der Werkstücktafel ist , desto höher die Wahrscheinlichkeit ist , dass dieses Werkstückteil und das verbleibende Restgitter bei der Entnahme miteinander interagieren, insbesondere ineinander bzw . miteinander verkanten . Dies gilt im Besonderen für komplexe Kantengeometrien an den Werkstückteilen .
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird nun insbesondere eine Analyse der Werkstückteile anhand ihrer Werkstückteildaten dahingehend ermöglicht , dass präventiv kritische Segmente der Werkstückteilegeometrie in der Werkstücktafel identi fi ziert werden, bei denen ein breiterer Schnittspalt den späteren Prozess der Entnahme von Werkstückteilen signi fikant robuster machen kann . Da die Schnittspaltbreite j eweils individuell für Werkstückteile , insbesondere einzelne Werkstückteile , Gruppen von Werkstückteilen oder Bereiche von Werkstückteilen, bestimmt wird, kann dabei auch von einer dynamischen Variation des Schnittspalts gesprochen werden, welche eine präventive Maßnahme darstellt , um kritische Situationen bei der Werkstückteilentnahme zu verhindern . Durch die vorgeschlagene dynamische Modi fikation der Schnittspaltbreite an den durch die anhand der Werkstückteildaten festgestellten kritischen Stellen kann eine hohe Steigerung in der Robustheit der gesamten, insbesondere automatisierten, Bearbeitungsmaschine erzielt werden, durch die das Laserschneidverfahren und die Entnahme durchgeführt werden . Dabei muss beachtet werden, dass eine Vergrößerung der Schnittspaltbreite mit einer Reduktion der Produktivität einhergeht . Die Prozessparameter für die Bearbeitung durch die Bearbeitungsmaschine sind produktivitätsoptimiert , j edoch stellt der Betrachtungspunkt der Robustheit vor allem bei automatisierten Bearbeitungsmaschinen eine nicht zu vernachlässigende zweite Optimierungskomponente dar, um Stillstände , welche die Produktivität stark beeinflussen können, zu vermeiden .
Erfindungsgemäß können dabei durch die individuelle Bestimmung der Schnittspaltbreiten unkritische oder weniger kritische Werkstückteilgeometrien mit einem schmalen Schnittspalt vorgesehen werden, um das Laserschneidverfahren dennoch möglichst schnell und entsprechend ef fi zient durchführen zu können, weil die Erzeugung eines breiteren Schnittspaltes typischerweise eine geringere Laserschneidgeschwindigkeit bedingt und dadurch das Laserschneidverfahren verlangsamt .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden dabei die aus zuschneidenden Werkstückteile anhand ihrer Werkstückteildaten derart analysiert , dass das Risiko für ein Interagieren der Werkstückteile mit dem Restgitter ermittelt und daraus eine individuelle Schnittspaltbreite bestimmt wird, die dieses Risiko reduziert , um die Robustheit des Entnahmeprozesses insbesondere in einer automatisierten Bearbeitungsmaschine zu steigern .
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Werkstückteildaten
Geometriedaten- und/oder Materialdaten der einzelnen
Werkstückteile enthalten . Die Materialdaten können dabei das Material der Werkstücktafel bzw . der einzelnen Werkstückteile näher spezi fi zieren, beispielsweise Materialart , insbesondere welches Metall oder welche Legierung eingesetzt wird, und/oder Gewicht , Härte usw . angeben .
Ganz besonders kann vorgesehen sein, dass die Geometriedaten die äußere Kontur der Werkstückteile umfassen bzw . beschreiben, die für das Ermitteln der individuellen Risikoparameter in Verfahrensschritt (b ) analysiert wird . Mit anderen Worten kann es sich bei den Geometriedaten zumindest um Umrissdaten der äußeren Umrisse bzw . zweidimensionalen Form der Werkstückteile handeln . Ganz besonders kann insoweit auch von Werkstückteilgeometrien gesprochen werden . Die Geometriedaten können hierfür beispielsweise als CAD-Daten eingelesen werden . Dabei hat sich gezeigt , dass die äußere Kontur oder äußeren Umrisse der Werkstückteile hinsichtlich ihrer Komplexität bewertet werden können . Die geometrische Komplexität kann dabei maßgebend für die Ermittlung des j eweilige Risikoparameters sein . Wenn ein Werkstückteil oder ein Bereich davon geometrisch komplex ist , kann ein höherer Risikoparameter ermittelt werden als bei einer geometrisch einfachen äußeren Kontur .
Insbesondere können die individuellen Risikoparameter als Entnahmeerfolgswahrscheinlichkeiten für eine automatisierte Entnahme der Werkstückteile ermittelt werden . Bei dem Risikoparameter kann es sich dabei grundsätzlich um einen Wert handeln, der individuell für Werkstückteile auf der Werkstücktafel , ganz besonders einzelne Werkstückteile , Gruppen von Werkstückteilen und/oder Bereiche , insbesondere Schnittkanten, von Werkstückteilen, ermittelt wird . Mit anderen Worten erklärt kann ein individueller Risikoparameter für unterschiedliche Segmente auf der Werkstücktafel ermittelt werden, wobei diese Segmente j eweils Gruppen von Werkstückteilen, einzelne Werkstückteile oder Bereiche von Werkstückteilen umfassen können . Je feiner die Segmentierung vorgenommen wird, desto höher ist zwar die erforderliche Rechenzeit des Computers , umso detaillierter können allerdings individuelle Schnittspaltbreiten bestimmt und angewendet werden . Der Risikoparameter dient damit insbesondere der Unterscheidung in dem Verfahren, welches individuelle relative und/oder absolute Risiko von einer bestimmten Werkstückteilgeometrie eines oder mehrerer Werkstückteile bzgl . der insbesondere automatisierten Werkstückteilentnahme ausgeht . Individuell meint dabei insbesondere , dass für j ede Werkstückteilgeometrie oder j edes Segment auf der Werkstücktafel , die bzw . das wie beschrieben einzelne Werkstückteile , Gruppen von Werkstückteilen und/oder Bereiche , insbesondere Schnittkanten, von Werkstückteilen umfassen kann, ein Risiko einer Interaktion mit dem Restgitter ermittelt wird, welches zu einer Schwierigkeit bei der insbesondere automatisierten Entnahme in der Bearbeitungsmaschine führen kann .
Wiederum meint das Bestimmen von individuellen Schnittspaltbreiten insbesondere , dass für j ede Werkstückteilgeometrie oder j edes Segment auf der Werkstücktafel , die bzw . das wie beschrieben einzelne Werkstückteile , Gruppen von Werkstückteilen und/oder Bereiche , insbesondere Schnittkanten, von Werkstückteilen umfassen kann, eine Schnittspaltbreite individuell , insbesondere aus einem Wertebereiche oder einzelnen bereitgestellten Werten für die Schnittspaltbreite , gewählt wird . Dies bedeutet nicht zwangsläufig, dass die Schnittspaltbreiten für ein oder mehrere Werkstückteile sich unterscheiden müssen, wenn auch dies typischerweise die Konsequenz ist , um nur die kritischen Werkstückteilgeometrien mit großen Schnittspaltbreiten zu bearbeiten und dort die Robustheit zu steigern, während unkritische oder weniger kritische Werkstückteilgeometrien mit kleinen Schnittspaltbreiten schneller bearbeitet werden können, um den Laserschneidvorgang insgesamt produktiv zu halten .
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Ermittlung der individuellen Risikoparameter und/oder die Bestimmung der individuellen Schnittspaltbreiten mittels eines Kl-Agenten erfolgt . Vorteilhaft an dem Einsatz eines entsprechenden KI (Künstliche Intelligenz ) -Agenten ist , dass der Kl-Agent nach einem entsprechenden Training, insbesondere an einer virtuellen oder realen Bearbeitungsmaschine , j eweils das Optimum von Produktivität ( kleine Schnittspaltbreite ) und Robustheit ( große Schnittspaltbreite ) bestimmen kann . Das zugehörige Kl-Modell und/oder der Kl-Agent können dabei in einem entsprechenden Computerprogrammprodukt implementiert sein, wie es später näher erläutert wird, und auf einem Computer, beispielsweise auf der Bearbeitungsmaschine oder entfernt davon, beispielsweise cloudbasiert , verwendet werden .
Ferner kann vorgesehen sein, dass die individuellen Risikoparameter und/oder die individuellen Schnittspaltbreiten j eweils für einzelne Werkstückteile und/oder Gruppen von Werkstückteilen ermittelt und/oder bestimmt werden . Dadurch können unterschiedliche Schnittspaltbreiten für einzelne Werkstückteile oder Gruppen von Werkstückteilen vorgesehen werden . Eine Gruppe von Werkstückteile kann dabei nach vorbestimmten Kriterien, insbesondere geometrischen Kriterien, beispielsweise Größe , Länge von Schnittkanten, geometrische Komplexität der äußeren Kontur, Anzahl von Schnittkanten, Anzahl von Ecken in der Kontur, usw . zusammengestellt werden . So können geometrisch weitestgehend homogene bzw . ähnliche Werkstückteile in einer Gruppe zusammengefasst werden, für welche das Verfahren ausgeführt wird, um Rechenzeit zu sparen und ein schnelles Ergebnis bzgl . der individuellen Schnittspaltbreiten zu liefern, statt j edes Werkstückteil einzeln hinsichtlich Risikoparameter und dann Schnittspaltbreite aus zuwerten .
Zusätzlich oder alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass die individuellen Risikoparameter und/oder die individuellen Schnittspaltbreiten j eweils für einzelne Bereiche von Werkstückteilen, insbesondere einzelne Schnittkanten von Werkstückteilen, ermittelt und/oder bestimmt werden . Bereiche von Werkstückteilen können insbesondere Konturlinien, insbesondere entlang mehrerer Schnittkanten, umfassen . Dadurch wird es möglich, die Optimierung von Robustheit und Ef fi zienz bis auf die Ebene von Bereichen oder einzelnen Schnittkanten vom Werkstückteil zu bringen und so eine besonders detaillierte Optimierung vorzunehmen, welche schnelle Umschaltzeiten bezüglich der Laserschneidparametern von Laserschneidvorrichtungen vorteilhaft ausnutzen kann .
Dabei kann vorgesehen sein, dass für Bereiche von Werkstückteilen mit einfacher Kantengeometrie (bezüglich ihrer Schnittkanten) kleinere Schnittspaltbreiten bestimmt werden als für Bereiche von Werkstückteilen mit komplexer Kantengeometrie . So können einfache geometrische Schnittkanten an einem Werkstückteil mit kleinen Schnittspaltbreiten bearbeitet werden, um die Ef fi zienz beim Laserschneidverfahren hochzuhalten, und komplexe geometrische Schnittkanten an demselben Werkstückteil mit demgegenüber größeren Schnittspaltbreiten bearbeitet werden, um die Robustheit der insbesondere automatisierten Werkstückteilentnahme zu steigern .
Im Übrigen kann vorgesehen sein, dass für einzelne Werkstückteile oder Bereiche von Werkstückteilen, insbesondere einzelne Schnittkanten von Werkstückteilen, unterschiedliche Schnittspaltbreiten bestimmt werden . Damit erfolgt nicht nur eine individuelle Bestimmung der Schnittspaltbreiten, sondern es werden abhängig von den Risikoparametern, insbesondere pro Werkstückteil bzw . auf Werkstückteilebene , unterschiedliche Schnittspaltbreiten gewählt .
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Verfahren ferner den Verfahrensschritt umfasst , dass für die individuellen Schnittspaltbreiten j eweils eine Konfiguration der Laserschneidparameter, insbesondere Laserschneidgeschwindigkeit , Laserfokuslage und/oder Laserleistung, für das Laserschneidverfahren ausgewählt und/oder angepasst wird . Die vorgenannten Laserschneidparameter können dabei unmittelbar an eine Laserschneidvorrichtung übergeben werden, um das Laserschneidverfahren mit den gewünschten Schnittspaltbreiten aus zuführen .
Auch kann vorgesehen sein, dass das Verfahren ferner den Verfahrensschritt umfasst , dass die Werkstückteile mit ihren zuvor bestimmten individuellen Schnittspaltbreiten auf der Werkstücktafel geschachtelt werden, wobei die individuellen Schnittspaltbreiten eine in dem Verfahrensschritt des Schachtelns berücksichtigte Kenngröße ist . Dadurch ist es möglich, dass die Schnittspaltbreiten in der Schachtelung der Werkstückteile auf der Werkstücktafel berücksichtigt werden und so auch eine ef fi ziente Schachtelung mit geringem Materialverschnitt erfolgt . Methoden zur Schachtelung, beispielsweise unter Einsatz exakter oder heuristischer Verfahren, sind dabei grundsätzlich bekannt und es können verschiedene der bekannten Methoden eingesetzt werden . Eine Schachtelung bezeichnet dabei eine (virtuelle ) Belegung oder Platzierung der zu schneidenden Werkstückteile auf der Werkstücktafel für das anschließende Laserschneidverfahren . Mit anderen Worten werden den aus zuschneidenden Werkstückteilen mit ihrer Werkstückteilgeometrie eindeutige Positionen auf der Werkstücktafel bzw . ihrer Werkstücktafelgeometrie zugewiesen . Diese Zuweisung bzw . Belegung, die hierin als Schachtelung der Werkstückteile auf der Werkstücktafel bezeichnet wird, wird in dem Schachtelungsplan abgespeichert . Der Schachtelungsplan kann im Laserschneidverfahren abgerufen werden . Durch Abfahren der Schneidkanten mit einem Laser entsprechend den Konturen der Werkstückteile auf der Werkstücktafel gemäß dem Schachtelungsplan kann die Werkstücktafel geschnitten werden, um die einzelnen Werkstückteile zu erhalten . Zweck der Schachtelung ist es , einen Schachtelungsplan zu erzeugen, mittels dem es möglich ist , dass die Werkstücktafel möglichst ef fi zient genutzt wird, sodass möglichst wenig Verschnitt anfällt .
Die eingangs erwähnte Aufgabe wird ferner gelöst durch ein
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 12 . Das
Computerprogrammprodukt umfasst Befehle , die bei der Aus führung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren aus zuführen .
Das Computerprogrammprodukt kann beispielsweise ein Computerprogrammcode an sich oder ein Produkt sein, welches das Computerprogramm beinhaltet , beispielsweise ein Datenträger oder ein Datenspeicher .
Die eingangs erwähnte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 13 . Das Bearbeitungsverfahren ist zum Bearbeiten einer Werkstücktafel eingerichtet , wobei das Bearbeitungsverfahren aufweist :
- das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen von Schnittspaltbreiten, und
- ein Laserschneidverfahren zum Ausschneiden der Werkstückteile aus der Werkstücktafel mittels eines aus einem Schneidkopf austretenden Laserschneidstrahl , wobei zum Ausschneiden der Werkstückteile mit dem Laserschneidstrahl Schneidkonturen der Werkstückteile mit den gemäß dem Verfahren bestimmten und für das Laserschneidverfahren festgelegten individuellen Schnittspaltbreiten abgefahren werden .
Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Bearbeitungsverfahren ferner ein automatisiertes Entnehmen der ausgeschnittenen Werkstückteile von dem nach dem Laserschneidverfahren von der Werkstücktafel verbleibenden Restgitter (bzw . der Werkstückauflage , auf der die Werkstücktafel aufliegt ) umfasst . Die eingangs erwähnte Aufgabe wird schließlich auch durch ein System nach Anspruch 15 gelöst . Das System ist zum Bearbeiten einer Werkstücktafel eingerichtet , wobei das System aufweist : einen Computer zum Aus führen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw . des Verfahrens des erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens , und eine Laserschneidvorrichtung zum Aus führen des Laserschneidverfahrens des Bearbeitungsverfahrens .
Der Computer, der insbesondere als Steuereinheit oder als Teil einer Steuereinheit ausgeführt sein kann, kann auch für die Steuerung der Laserschneidvorrichtung eingesetzt werden . Der Computer kann das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt aufweisen .
Der Computer und die Laserschneidvorrichtung können örtlich voneinander versetzt oder örtlich beieinander angeordnet sein . Sie können beispielsweise durch eine drahtlose ( auch als Cloud-Lösung) oder drahtgebundene Kommunikation miteinander verbunden sein oder zumindest für eine solche Kommunikationsverbindung eingerichtet sein . So kann der Computer beispielsweise in einer entfernten Cloud sein und der Laserschneidvorrichtung, insbesondere einer Bearbeitungsmaschine mit der Laserschneidvorrichtung, den erzeugten Schachtelungsplan drahtlos übersenden . Alternativ kann die Bearbeitungsmaschine mit dem Computer den zuvor erwähnten Schachtelungsplan lokal erzeugen .
Das System kann insbesondere eine Bearbeitungsmaschine aufweisen, wobei die Laserschneidvorrichtung Teil der Bearbeitungsmaschine sein kann . Eine solche Bearbeitungsmaschine kann zudem selbstverständlich weitere Komponenten aufweisen, die für das Bearbeitungsverfahren notwendig oder förderlich sind, wie beispielsweise eine Werkstückauflage , eine Werkstückteilsammelvorrichtung, einen ( Linear- ) Roboter zum Verfahren des Schneidkopfs , usw . Wenn der Computer in der Bearbeitungsmaschine verortet ist , kann das System insbesondere durch die Bearbeitungsmaschine gebildet sein . Ferner kann die Bearbeitungsmaschine eine zumindest teilweise automatisierte oder vollautomatisierte Bearbeitungsmaschine sein . Dementsprechend kann die Bearbeitung zumindest teilweise automatisch oder vollautomatisch erfolgen . Vorteilhafterweise erfolgt zumindest die Entnahme der Werkstückteile von einer entsprechenden Werkstückauflage und von dem von der Werkstücktafel verbleibenden Restgitter automatisiert . Dabei können verschiedene Entnahmemittel , wie beispielsweise Passivsauger- und/oder Pin-Shuttles , Verwendung finden . Bei einer derart automatisierten Bearbeitungsmaschine , insbesondere einem Laserschneidvollautomaten, ist das erfindungsgemäße Verfahren bzw . das erfindungsgemäße Bearbeitungsverfahren besonders vorteilhaft , weil Stillstände und menschliches Eingrei fen aufgrund von verkanteten Werkstückteilen in dem Restgitter wirksam verhindert oder zumindest sehr stark begrenzt werden können .
Merkmale , die hierin in Bezug auf das Verfahren beschrieben sind, gelten gleichsam in Bezug auf das Computerprogrammprodukt , das Bearbeitungsverfahren und das System sowie j eweils umgekehrt .
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 eines Systems in
Form einer Bearbeitungsmaschine gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 eine schematische Ansicht einer
Laserschneidvorrichtung als Teil der Bearbeitungsmaschine der Fig . 1 ;
Figur 3 eine schematische Ansicht einer geschnittenen
Werkstücktafel ;
Figur 4 eine schematische Ansicht eines Verfahrens gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung;
Figur 5 eine schematische Ansicht eines Ausschnitts eines Schachtelungsplans , der gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel des Verfahrens der Fig . 4 erzeugt worden ist ;
Figur 6 eine schematische Ansicht eines Ausschnitts eines Schachtelungsplans , der gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel des Verfahrens der Fig . 4 erzeugt worden ist ; und
Figur 7 eine schematische Ansicht eines Werkstückteils , für das Schnittspaltbreiten gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des Verfahrens der Fig. 4 bestimmt worden sind.
In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.
Figur 1 zeigt ein System 10 in Form einer Bearbeitungsmaschine, ganz besonders in Form einer Laserschneidmaschine, ferner besonders in Form einer Laserschneid-Flachbettwerkzeugmaschine, mit einer Laserschneidvorrichtung 20, in der ein Laserschneidvorgang mit einem Laserschneidstrahl 1 (siehe Fig. 2) durchgeführt wird. Insbesondere wird ein Fokus des Laserschneidstrahls 1 von einem Computer 50 (siehe Fig. 2) , insbesondere in Form einer Steuervorrichtung der Bearbeitungsmaschine, entlang vorgegebener, in einem Schneidbereich angeordneter Schneidkonturen 42 über eine plattenförmige Werkstücktafel 40, insbesondere ein sich im Wesentlichen zweidimensional erstreckendes Blech, geführt, um aus diesem Werkstückteile 44 mit spezifischen, gemäß einem Schachtelungsplan 45 (siehe Fig. 4, 5, 6) vorgegebenen Formen bzw. Geometrien (siehe vorgegebene Formen der Werkstückteile 44 in der Werkstücktafel 40 gemäß dem Schachtelungsplan 45) auszuschneiden. Der Schachtelungsplan 45 kann dabei durch einen Steuerungsplan für den Computer 50 vorgegeben sein und im Rahmen des in Fig. 4 schematisch gezeigten Verfahrens 100, ganz besonders in Verfahrensschritt 108, erzeugt werden.
Die Bearbeitungsmaschine umfasst hier beispielhaft ferner eine Entnahmevorrichtung 30. Die Entnahmevorrichtung 30 ist hier der besseren Darstellbarkeit halber offen gezeigt, kann aber alternativ wie die Laserschneidvorrichtung 20 in Fig . 1 auch teilweise oder vollständig eingehaust sein . Die
Entnahmevorrichtung 30 kann vorteilhafterweise automatisiert ausgestaltet sein, insbesondere mit nicht gezeigten Entnahmemitteln . Vorteilhafterweise ist die gesamte Bearbeitungsmaschine vollautomatisiert ausgebildet .
Beispielhaft umfasst die gezeigte Entnahmevorrichtung 30 dabei einen Palettenwechsler 32 , wie er typischerweise für manuelle Entnahmevorrichtungen 30 eingesetzt wird . Der Palettenwechsler 32 ist dazu ausgebildet , eine oder mehrere Paletten 38 während der Fertigung zu positionieren . Auf einer Palette 38 kann eine zu schneidende Werkstücktafel 40 ( als Roh- oder Ausgangsmaterial ) aufgelegt und gelagert werden und in das Gehäuse der Laserschneidvorrichtung 20 für den Laserschneidvorgang eingebracht werden . Nach dem vollendeten Laserschneidvorgang kann die Palette 38 , wie in Fig . 1 gezeigt , mit einer bearbeiteten Werkstücktafel 40 aus der Laserschneidvorrichtung 20 gefahren werden, sodass gemäß dem Schachtelungsplan 45 geschnittene Werkstückteile 44 von dem von der Werkstücktafel 40 verbleibenden Restwerkstück bzw . Restgitter 46 ( siehe Fig . 3 ) manuell oder automatisiert absortiert und aus der Bearbeitungsmaschine entnommen werden können .
Figur 2 zeigt ein Laserschneidverfahren 200 in der Laserschneidvorrichtung 20 . Ein Schneidkopf 24 , der von dem Computer 50 gesteuert wird und den Laserschneidstrahl 1 zum Ausschneiden der Werkstückteile 44 aus der Werkstücktafel 40 auf die Werkstücktafel 40 emittiert , kann im Schneidbereich frei positioniert werden, so dass der Laserschneidstrahl 1 im Wesentlichen entlang beliebiger zweidimensionaler Schneidkonturen 42 über die zu schneidende Werkstücktafel 40 geführt werden kann . Dabei ist eine Schneidkontur 42 für den Laserschneidstrahl 1 j eweils anhand des Schachtelungsplans 45 in dem Computer 50 vorgegeben, um die Werkstückteile 44 aus der Werkstücktafel 40 aus zuschneiden . Die Schneidkontur 42 umfasst dabei typischerweise Schneidkanten 43 ( siehe Fig . 7 ) , die vom Laserschneidstrahl 1 abgefahren werden .
Der Computer 50 ist hier beispielhaft als fester Teil der Bearbeitungsmaschine gezeigt , kann aber alternativ drahtlos mit der Bearbeitungsmaschine verbunden sein und das System 10 damit formen . Auch kann ein über den gezeigten Computer 50 hinausgehender Computer 50 für das mit Verweis auf Fig . 4 später näher erläuterte Verfahren 100 eingesetzt werden, wobei das Verfahren 100 das Schachteln der Werkstückteile 44 auf der Werkstücktafel 40 umfasst . Der erzeugte Schachtelungsplan 45 gibt die Anordnung der einzelnen Werkstückteile 44 auf der Werkstücktafel 40 an, wie in der Fig . 1 zu sehen ist . Außerdem kann der Schachtelungsplan 45 die Vorgabe von Einstechpunkten und vorgegebener Anschnitte zum Einstechen des Laserschneidstrahls 1 und Führen des Laserschneidstrahls 1 entlang der Anschnitte zu der Schneidkontur 42 umfassen (nicht gezeigt ) .
Beim Laserschneiden erwärmt der Laserschneidstrahl 1 das Metall der Werkstücktafel 40 entlang der vorgegebenen Schneidkonturen 42 , bis es schmil zt . Ein Schneidgasstrahl , insbesondere aus Stickstof f und/oder Sauerstof f , kann im Bereich des Laserschneidstrahls 1 aus dem Schneidkopf 24 austreten und das geschmol zene Material der Werkstücktafel 40 nach unten und aus dem sich ausbildenden Spalt drücken . Die Werkstücktafel 40 wird somit beim Schneiden vom Laserschneidstrahl 1 vollständig durchtrennt .
Zum Ausschneiden eines Werkstückteils 44 wird der Laserschneidstrahl 1 entlang der vorgegebenen Schneidkonturen 42 der j eweiligen Werkstücktafel 40 bewegt . Diese beginnt an einem der zuvor erwähnten Einstichpunkte , die außerhalb der Werkstückteile 44 liegen, und nähert sich dann insbesondere in einem bogenförmigen Anschnitt der Kontur des j eweiligen Werkstückteils 44 an .
Im gezeigten Aus führungsbeispiel weist die Palette 38 eine Werkstückauflage 36 auf . Die Werkstückauflage 36 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 aus , auf denen die Werkstücktafel 40 abgelegt bzw . aufgelegt wird .
Fig . 1 zeigt ferner eine Kamera 22 der Bearbeitungsmaschine , die beispielhaft an der Laserschneidvorrichtung 20 bzw . ihrem Gehäuse angeordnet ist . Die Kamera 22 kann Teil des Computers 50 der Bearbeitungsmaschine 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 4 zeigt ein computerimplementiertes Verfahren 100 zum
Erzeugen des Schachtelungsplans 45 . Ein dazu korrespondierendes , nicht gezeigtes Computersystem kann dabei teilweise oder vollständig in einem (nicht gezeigten) Computerprogrammprodukt enthalten sein . Das Computersystem und das Verfahren 100 können beispielsweise von dem Computer 50 oder einer anderen Steuervorrichtung oder einem Computer der Bearbeitungsmaschine ausgeführt werden .
Ausweislich der Fig . 4 weist das Verfahren 100 verschiedene Verfahrensschritte 102 , 104 , 106 , 108 auf und wird von einem übergeordneten Bearbeitungsverfahren 300 umfasst , welches auch das Laserschneidverfahren 200 sowie das Entnahmeverfahren 202 umfasst , bei dem die ausgeschnittenen Werkstückteile 44 von der Werkstückauflage 36 entnommen werden .
In einem ersten Verfahrensschritt 102 des Verfahrens 100 werden dabei Werkstückteildaten D der auf der Werkstücktafel 40 zu schachtelnden Werkstückteile 44 eingelesen . Diese Werkstückteildaten D können beispielsweise in Form von CAD- Daten vorliegen und Geometriedaten- und/oder Materialdaten der einzelnen Werkstückteile 44 enthalten . Vorteilhafterweise umfassen die Geometriedaten die äußere Kontur der Werkstückteile 44 , die im Rahmen des späteren Laserschneidverfahrens 200 als Schneidkontur 42 vom Laserschneidstrahl 1 abgefahren wird .
In einem zweiten Verfahrensschritt 104 werden individuelle Risikoparameter R für die aus zuschneidenden Werkstückteile 44 , dass Werkstückteile 44 zumindest teilweise mit dem von der Werkstücktafel 40 verbleibenden Restgitter 46 interagieren, insbesondere verkanten, auf Basis der eingelesenen Werkstückteildaten D ermittelt .
In einem dritten Verfahrensschritt 106 werden auf Basis der ermittelten individuellen Risikoparameter R individuelle Schnittspaltbreiten B für die Werkstückteile 44 bestimmt . Diese individuellen Schnittspaltbreiten B werden für das Schachteln der Werkstückteile 44 auf der Werkstücktafel 40 in dem Verfahrensschritt 108 berücksichtigt . Der so erzeugte Schachtelungsplan 45 wird beim Laserschneidverfahren 200 verwendet , um die Werkstücktafel 40 zu bearbeiten und anschließend im Verfahrensschritt 202 die Werkstückteile 44 zu entnehmen .
Wie Fig . 5 anhand eines Ausschnitts eines Schachtelungsplans 45 gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel des Verfahrens 100 zeigt , können die individuellen Risikoparameter R und/oder die individuellen Schnittspaltbreiten B für einzelne Werkstückteile 44 ermittelt und bestimmt werden . Mit anderen Worten ist hier ein Segment auf der Werkstücktafel 40 für die Ermittlung der individuellen Risikoparameter R und die Bestimmung der individuellen Schnittspaltbreiten B gewählt , welches sich auf einzelne Werkstückteile 44 bezieht . So zeigt Fig . 5 Werkstückteile 44 mit unterschiedlichen Geometrien, insbesondere äußere Konturen . Diese wurden im Verfahrensschritt 102 durch Einlesen der Werkstückteildaten D erfasst . Für die unterschiedlichen Werkstückteile 44 wurden im Verfahrensschritt 104 nun individuelle Risikoparameter R ermittelt . Dabei wurde j edem Werkstückteil 44 ein anderer Risikoparameter R zugeordnet . Je komplexer die äußere Kontur eines Werkstückteils 44 ist , desto höher ist der ermittelte Risikoparameter R (nicht expli zit gezeigt , aber anhand der Schnittspaltbreiten B erkennbar, wie nun näher erläutert wird) . So wurden in Verfahrensschritt 106 unterschiedliche Schnittspaltbreiten B individuell für j edes der Werkstückteile 44 anhand ihrer unterschiedlichen Risikoparameter R ermittelt .
In Fig . 5 und 6 werden die unterschiedlichen Schnittspaltbreiten B j eweils durch eine unterschiedliche Dicke der Konturlinien der Werkstückteile 44 repräsentiert . So ist in Fig . 5 zu sehen, dass die Werkstückteile 44 in dem gezeigten Teil der Werkstücktafel 40 bzw . dem Schachtelungsplan 45 mit zunehmender Komplexität ihrer äußeren Kontur eine höhere Schnittspaltbreite B aufweisen . Während das Werkstückteil 44 oben links eine kleine Schnittspaltbreite B aufweist , weil seine äußere Kontur eher einfach ist , ist die Schnittspaltbreite B bei dem Werkstückteil 44 unten rechts deutlich größer, weil dessen äußere Kontur eher komplex ist . Selbstverständlich sind diese Beispiele , wie auch andere Beispiele dieser Figurenbeschreibung, nur illustrativer Natur und nicht beschränkend .
Figur 6 zeigt eine Variante bei der Bestimmung der individuellen Risikoparameter R und der individuellen Schnittspaltbreiten B, wobei unterschiedlichen Werkstückteilen 44 anhand ihrer Werkstückteildaten D oder anhand ihrer Risikoparameter R gruppiert worden sind und für die Werkstückteile 44 der unterschiedlichen Gruppen j eweils gleiche Schnittspaltbreiten B bestimmt worden sind . Die zuvor erwähnten Segmente sind nun also Gruppen von Werkstückteilen 44 , wodurch die erforderliche Rechenzeit des Computers 50 zur Aus führung des Verfahrens 100 gesenkt werden kann . Figur 7 zeigt schließlich eine weitere Variante bei der Bestimmung der individuellen Risikoparameter R und der individuellen Schnittspaltbreiten B, die auf Werkstückteilebene erfolgt , also für unterschiedliche Bereiche , insbesondere mehrere oder einzelne Schnittkanten 43 , eines Werkstückteils 44 individuelle Risikoparameter R ermittelt und individuelle Schnittspaltbreiten B bestimmt . Mit anderen Worten beziehen sich die zuvor erwähnten Segmente auf Bereiche der Werkstückteile 44 selbst .
Das in Fig . 7 gezeigte Werkstückteil 44 weist dabei vorliegend exemplarisch zwei voneinander unterschiedene Bereiche , nämlich Bereiche mit einfacher Katengeometrie 47 und Bereiche mit komplexer Kantengeometrie 48 , auf , wobei eine feinere Unterteilung in mehr Bereiche anhand der Komplexität der j eweiligen Kantengeometrie selbstverständlich möglich ist , sodass dieses Beispiel lediglich illustrativer Natur ist . Für die einfache Kantengeometrie 47 wird dabei ein kleinerer Risikoparameter R als für die komplexe Kantengeometrie 48 ermittelt . Entsprechend wird für die einfache Kantengeometrie 47 des Werkstückteils 44 , die überwiegend einen geraden Verlauf und 90 ° -Ecken des Werkstückteils 44 aufweist , eine geringere Schnittspaltbreite B als für die komplexe Kantengeometrie 48 gewählt , die durch viele kleine und eng beieinander liegende Schnittkanten 43 gekennzeichnet ist , wodurch es zu einem Verkanten zwischen der komplexen Kantengeometrie 48 und dem Restgitter 46 kommen kann . Selbstverständlich können die einzelnen Varianten gemäß der Fig . 5 , 6 und 7 in dem Verfahren 100 auch beliebig miteinander kombiniert eingesetzt werden .

Claims

Patentansprüche
1. Computerimplementiertes Verfahren (100) zum Bestimmen von Schnittspaltbreiten (B) für ein Laserschneidverfahren (200) , bei dem aus einer Werkstücktafel (40) einzelne Werkstückteile (44) ausgeschnitten werden, wobei das Verfahren (100) die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
(a) Einlesen von Werkstückteildaten (D) der auszuschneidenden Werkstückteile (44) ,
(b) Ermitteln von individuellen Risikoparametern (R) für die auszuschneidenden Werkstückteile (44) , dass Werkstückteile (44) zumindest teilweise mit einem von der Werkstücktafel (40) verbleibenden Restgitter (46) interagieren, insbesondere verkanten, auf Basis der eingelesenen Werkstückteildaten (D) , und
(c) Bestimmen von individuellen Schnittspaltbreiten (B) für die Werkstückteile (44) auf Basis der ermittelten individuellen Risikoparameter (R) .
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei die Werkstückteildaten (D) Geometriedaten- und/oder Materialdaten der einzelnen Werkstückteile (44) enthalten.
3. Verfahren (100) nach Anspruch 2, wobei die Geometriedaten die äußere Kontur der Werkstückteile (44) umfassen, die für das Ermitteln der individuellen Risikoparameter (R) in Verfahrensschritt (b) analysiert wird.
4. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die individuellen Risikoparameter (R) als Entnahmeerfolgswahrscheinlichkeiten für eine automatisierte Entnahme der Werkstückteile (44) ermittelt werden .
5. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Ermittlung der individuellen Risikoparameter (R) und/oder die Bestimmung der individuellen Schnittspaltbreiten (B) mittels eines Kl-Agenten erfolgt.
6. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die individuellen Risikoparameter (R) und/oder die individuellen Schnittspaltbreiten (B) jeweils für einzelne Werkstückteile (44) und/oder Gruppen von Werkstückteilen (44) ermittelt und/oder bestimmt werden.
7. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die individuellen Risikoparameter (R) und/oder die individuellen Schnittspaltbreiten (B) jeweils für einzelne Bereiche von Werkstückteilen (44) , insbesondere einzelne Schnittkanten (43) von Werkstückteilen (44) , ermittelt und/oder bestimmt werden.
8. Verfahren (100) nach Anspruch 7, wobei für Bereiche von Werkstückteilen (44) mit einfacher Kantengeometrie (47) kleinere Schnittspaltbreiten (B) bestimmt werden als für Bereiche von Werkstückteilen (44) mit komplexer Kantengeometrie (48) .
9. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei für einzelne Werkstückteile (44) oder Bereiche von Werkstückteilen (44) , insbesondere einzelne Schnittkanten (43) von Werkstückteilen (44) , unterschiedliche Schnittspaltbreiten (B) bestimmt werden.
10. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (100) ferner den Verfahrensschritt umfasst, dass für die individuellen Schnittspaltbreiten (B) jeweils eine Konfiguration der Laserschneidparameter, insbesondere Laserschneidgeschwindigkeit, Laserfokuslage und/oder Laserleistung, für das Laserschneidverfahren (200) ausgewählt und/oder angepasst wird.
11. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (100) ferner den Verfahrensschritt umfasst, dass die Werkstückteile (44) mit ihren zuvor bestimmten individuellen Schnittspaltbreiten (B) auf der Werkstücktafel (40) geschachtelt werden, wobei die individuellen Schnittspaltbreiten (B) eine in dem Verfahrensschritt des Schachtelns berücksichtigte Kenngröße ist.
12. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer (50) diesen veranlassen, das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche auszuführen.
13. Bearbeitungsverfahren (300) zum Bearbeiten einer Werkstücktafel (40) , wobei das Bearbeitungsverfahren aufweist :
- das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Bestimmen von Schnittspaltbreiten (B) , und
- ein Laserschneidverfahren (200) zum Ausschneiden der Werkstückteile (44) aus der Werkstücktafel (40) mittels eines aus einem Schneidkopf (24) austretenden Laserschneidstrahls (1) , wobei zum Ausschneiden der Werkstückteile (44) mit dem Laserschneidstrahl (1) Schneidkonturen (42) der Werkstückteile (44) mit den gemäß dem Verfahren (100) bestimmten und für das Laserschneidverfahren (200) festgelegten individuellen Schnittspaltbreiten (B) abgefahren werden.
14. Bearbeitungsverfahren (300) nach Anspruch 13, ferner umfassend ein automatisiertes Entnehmen der ausgeschnittenen Werkstückteile (44) von dem nach dem Laserschneidverfahren (200) von der Werkstücktafel (40) verbleibenden Restgitter (46) .
15. System (10) zum Bearbeiten einer Werkstücktafel (40) , wobei das System (10) aufweist:
- einen Computer (50) zum Ausführen des Verfahrens (100) des Bearbeitungsverfahrens (200) gemäß Anspruch 13 oder 14, und
- eine Laserschneidvorrichtung (20) zum Ausführen des Laserschneidverfahrens (200) des Bearbeitungsverfahrens (300) .
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