EP4720793A1 - Computerimplementiertes schachtelungsverfahren zum erzeugen eines schachtelungsplans durch schachtelung von werkstückteilen auf einer werkstücktafel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Schachtelungsverfahren (100) zum Erzeugen eines Schachtelungsplans (46) durch Schachtelung von Werkstückteilen (44) mit unterschiedlichen zweidimensionalen Werkstückteilgeometrien auf einer Werkstücktafel (40) mit einer zweidimensionalen Werkstücktafelgeometrie, wobei der Schachtelungsplan (46) für ein Laserschneidverfahren (300) zum Ausschneiden der gemäß dem Schachtelungsplan (46) geschachtelten Werkstückteile (44) aus der Werkstücktafel (40) verwendbar ist. (Figur 4)

Description

Titel: Computerimplementiertes Schachtelungsverfahren zum Erzeugen eines Schachtelungsplans durch Schachtelung von Werkstückteilen auf einer Werkstücktafel Beschreibung Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Schachtelungsverfahren zum Erzeugen eines Schachtelungsplans durch Schachtelung von Werkstückteilen mit unterschiedlichen zweidimensionalen Werkstückteilgeometrien auf einer Werkstücktafel mit einer zweidimensionalen Werkstücktafelgeometrie, wobei der Schachtelungsplan für ein Laserschneidverfahren zum Ausschneiden der gemäß dem Schachtelungsplan geschachtelten Werkstückteile aus der auf einer Werkstückauflage platzierten Werkstücktafel verwendbar ist. Einem Schneidverfahren, bei dem Werkstückteile aus einer Werkstücktafel ausgeschnitten werden, vorgelagerte Schachtelungsverfahren, beispielsweise unter Einsatz exakter oder heuristischer Verfahren, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Eine Schachtelung bezeichnet dabei eine Belegung oder Platzierung der zu schneidenden Werkstückteile auf der Werkstücktafel für das anschließende Laserschneidverfahren. Mit anderen Worten werden den auszuschneidenden 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 und durch Abfahren der Schneidkanten mit einem Laser entsprechend den Konturen der Werkstückteile auf der Werkstücktafel kann die Werkstücktafel geschnitten werden, um die einzelnen Werkstückteile zu erhalten. Zweck des Schachtelungsverfahrens ist es, einen Schachtelungsplan zu erzeugen, mittels dem es möglich ist, dass die Werkstücktafel möglichst effizient genutzt wird, sodass möglichst wenig Verschnitt anfällt. Eine Herausforderung beim Schachtelungsverfahren ist dadurch bedingt, dass beim Laserschneiden viel Laserenergie in Richtung der Werkstückauflage mit der darauf aufliegenden Werkstücktafel abgestrahlt wird, da nur ein Teil der Laserenergie vom zu schneidenden Material der Werkstücktafel absorbiert wird. Typischerweise wird die Werkstückauflage daher als Verschleißteil betrachtet, das häufig ausgetauscht werden muss. Eine derartige Werkstückauflage besteht typischerweise aus vertikalen Auflageleisten, die die Teile auf gleichmäßig verteilten Spitzen abstützen. Ein Problem bei solchen Werkstückauflagen wiederum ist, dass die ausgeschnittenen Werkstückteile zum Kippen neigen können, wodurch ein Kollisionsrisiko zwischen dem gekippten Werkstückteil und dem für das Laserschneidverfahren eingesetzten Laserschneidkopf gegeben ist. Eine Möglichkeit, dieses Risiko zu minimieren, besteht darin, im Schachtelungsplan einen einheitlichen minimalen Werkstückteileabstand zwischen je zwei benachbarten Werkstückteilen zu verwenden, der insbesondere in Abhängigkeit von dem Radius des Laserschneidkopfs bzw. seiner Düse gewählt werden kann, sodass ein aktuell geschnittenes und gekipptes Werkstückteil ohne Kollision passiert werden kann, wenn das nächste Werkstückteil geschnitten wird. Im Stand der Technik wird daher ein werkstückteileübergreifender bzw. einheitlicher und konservativer Werkstückteileabstand von beispielsweise 15 mm zwischen Werkstückteilen gewählt. Vom Erfinder wurde erkannt, dass dieser einheitliche Werkstückteileabstand zu einer hohen Ineffizienz bei der Materialverwendung führt, weil ein derart konservativer Werkstückabstand nicht immer zwingend ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schachtelungsverfahren vorzuschlagen, mit dem besonders effiziente Schachtelungspläne erzeugt werden können. Die Aufgabe wird durch ein computerimplementiertes Schachtelungsverfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorgeschlagen wird demnach ein computerimplementiertes Schachtelungsverfahren zum Erzeugen eines Schachtelungsplans durch Schachtelung von Werkstückteilen mit, insbesondere unterschiedlichen, zweidimensionalen Werkstückteilgeometrien auf einer Werkstücktafel mit einer zweidimensionalen Werkstücktafelgeometrie, wobei der Schachtelungsplan für ein Laserschneidverfahren zum Ausschneiden der gemäß dem Schachtelungsplan geschachtelten Werkstückteile aus der auf einer Werkstückauflage, insbesondere auf einem Auflagegitter, platzierten Werkstücktafel verwendbar ist, und wobei das Schachtelungsverfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: (a) Einlesen von Geometriedaten der Werkstückteile, (b) Ermitteln von individuellen Geometriecharakteristiken zumindest einiger der Werkstückteile aus ihren Geometriedaten, (c) Bestimmen von individuellen Werkstückabständen zwischen benachbarten Werkstückteilen auf der Werkstücktafel anhand ihrer individuellen Geometriecharakteristiken, und (d) Schachteln der Werkstückteile mit ihren individuellen Werkstückabständen auf der Werkstücktafel. Das erfindungsgemäße Schachtelungsverfahren ermöglicht durch das Schachteln mit individuellen Werkstückabständen statt eines konservativen, einheitlichen Werkstückabstands eine deutlich effizientere Nutzung der Werkstücktafel. Denn durch die individuellen Werkstückabständen können auch geringere Werkstückabstände zwischen zumindest einigen oder allen der Werkstückteilen gewählt werden, sodass Platz bzw. Fläche auf der Werkstücktafel gespart wird, welcher wiederum genutzt werden kann, um weitere Werkstückteile darauf anzuordnen bzw. zu schachteln. So wird das Material der Werkstücktafel von dem nach dem Schneiden verbleibenden Restgitter reduziert bzw. wird der Verschnitt reduziert. Eine derart erhöhte Materialeffizienz durch engere Schachtelung der Werkstückteile lässt sich erfindungsgemäß, wie nachstehend näher beschrieben wird, bei unverändert hoher Prozesssicherheit bezüglich des Laserschneidverfahrens erzielen. Die individuellen Werkstückabstände werden dabei nicht etwa wahllos gewählt. Stattdessen werden die individuellen Werkstückabstände anhand von Geometriedaten, die zuvor eingelesen werden, bestimmt. Dazu werden aus den eingelesenen Geometriedaten individuelle Geometriecharakteristiken einiger oder aller Werkstückteile, die auf der Werkstücktafel verschachtelt werden, ermittelt. Dadurch wird es möglich, die Geometrien der einzelnen Werkstückteile für die Bestimmung der Werkstückabstände zugrunde zu legen und so geometrieabhängig individuelle Werkstückabstände zu wählen. Individuell meint dabei insbesondere, dass für jedes Werkstückteil jeweils individuell ein Werkstückabstand gewählt wird. Dies meint nicht, dass alle Werkstückabstände von benachbarten Werkstückteilen verschieden sein müssen. Die individuellen Werkstückabstände können frei gewählt sein oder aus einer Gruppe von zumindest zwei oder mehr definierten Werkstückabständen stammen, um das Schachtelungsverfahren zu beschleunigen. Die Bestimmung der individuellen Werkstückabstände kann beispielsweise über einen Algorithmus, eine künstliche Intelligenz, eine Look Up-Table, usw. erfolgen. Insbesondere wird bei der Bestimmung eines individuellen Werkstückabstands eines Werkstückteils dessen eigene Geometriecharakteristik und die Geometriecharakteristik zumindest eines Werkstückteils oder aller (unmittelbar) benachbarten Werkstückteile berücksichtigt. Das Schachtelungsverfahren kann erstmalig einen Schachtelungsplan erzeugen oder auf einen bereits erzeugten Schachtelungsplan angewendet werden, sodass dieser (in Verfahrensschritt (d)) teilweise umgeschachtelt wird. Das Schachtelungsproblem des effizienten Schachtelns von Werkstückteilen auf einer Werkstücktafel kann dabei grundsätzlich in drei Teilprobleme aufgeteilt werden. Erstens kann bestimmt werden, welches Werkstückteil auf welche Werkstücktafel gelegt bzw. geschachtelt werden soll. Zweitens kann bestimmt werden, in welcher Reihenfolge die einzelnen Werkstückteile verschachtelt werden sollen. Drittens kann schließlich bestimmt werden, an welcher eindeutigen Position sich jedes Werkstückteil auf der Werkstücktafel befindet. Jedes Teilproblem kann durch verschiedene Methoden, insbesondere durch exakte Verfahren, heuristische Verfahren, den Einsatz von künstlicher Intelligenz, usw. gelöst werden. Das erfindungsgemäße Schachtelungsverfahren kann bei Bedarf verschiedene der bekannten Methoden für ein effizientes Schachteln umsetzen. Zwingend ist vorliegend bzgl. des Schachtelns jedoch nur, dass die individuellen Werkstückabstände für das Schachteln der Werkstückteile verwendet werden. Mit anderen Worten kann das erfindungsgemäße Schachtelungsverfahren selbstverständlich weitere Methoden umsetzen, die neben den individuellen Werkstückabständen die Position, Orientierung, usw. der einzelnen Werkstückteile auf der Werkstücktafel vorgeben, um eine effiziente Schachtelung zu erlauben. Dass Verfahrensschritt (b) für zumindest einige der zu schachtelnden Werkstückteile durchgeführt wird bedeutet, dass es auch möglich ist, für zumindest eines oder mehrere Werkstückteile den Werkstückabstand auch nach einem anderen Verfahren zu bestimmen, so beispielsweise durch einen fest definierten Werkstückabstand. Gleichwohl kann selbstverständlich vorgesehen sein, dass für alle der zu schachtelnden Werkstückteile auf der Werkstücktafel individuelle Werkstückabstände bestimmt werden, um die Schachtelung vorzunehmen. Im Übrigen werden die Verfahrensschritte (a) bis (d) insbesondere in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt. Ganz besonders kann vorgesehen sein, dass das Ermitteln der individuellen Geometriecharakteristiken durch Abgleich der eingelesenen Geometriedaten mit zumindest einem vorgegebenen Geometrieparameter erfolgt. Vorteilhaft hieran ist, dass die Geometriedaten in einer definierten Art ausgewertet werden, um hieraus die individuellen Geometriecharakteristiken zu erhalten. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Geometrieparameter derart vorgegeben wird, dass er indikativ für ein Prozessrisiko des Laserschneidverfahrens ist. Dadurch, dass nun ein oder mehrere Geometrieparameter mit den Geometriedaten abgeglichen werden, welche zumindest mit einem der insbesondere nachstehenden Prozessrisikoparameter korrelieren bzw. indikativ dafür sind, kann eine in Bezug auf Materialeffizienz einerseits und Prozesssicherheit andererseits optimierte Bestimmung von individuellen Werkstückabständen vorgenommen werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Prozessrisiko eine Prozessstabilität des Laserschneidverfahrens, eine Kippwahrscheinlichkeit der Werkstückteile auf der Werkstückauflage, eine Kollisionswahrscheinlichkeit der Werkstückteile mit einem beim Laserschneidverfahren verwendeten Schneidkopf und/oder eine Fallwahrscheinlichkeit für ein Durchfallen der Werkstückteile durch die Werkstückauflage, insbesondere das Auflagegitter, ist. Je höher beispielsweise die Kippwahrscheinlichkeit eines Werkstückteils auf Basis seines oder seiner Geometrieparameter ist, desto größer kann sein individueller Werkstückabstand gewählt werden. Umgekehrt, wenn die Kippwahrscheinlichkeit gering ist, und insbesondere wenn auch die anderen Prozessrisikoparameter vorteilhaft sind, kann ein kleiner individueller Werkstückabstand bestimmt werden. So kann gewährleistet werden, dass große Werkstückabstände nur dort auf der Werkstücktafel bzw. im Schachtelungsplan verwendet werden, wo ein Prozessrisiko, insbesondere einer durch die voranstehenden Prozessrisikoparameter definierten Art, besteht. Wo hingegen das Prozessrisiko gering ist, kann der Werkstückabstand minimal gehalten werden oder auch ganz verschwinden. Allerdings wird ein gewisser Mindest- Werkstückabstand typischerweise für eine hohe Schnittqualität gewünscht, sodass vorzugsweise ein minimaler Werkstückabstand in dem Schachtelungsplan eingehalten wird, auch wenn individuelle Werkstückabstände bestimmt werden. Dieser minimale Werkstückabstand ist selbstverständlich kleiner als der zuvor erwähnte konservative einheitliche Werkstückabstand aus dem Stand der Technik, welcher zur Minimierung des Prozessrisikos gewählt wird. Ganz besonders können die individuellen Geometriecharakteristiken jeweils einen Wert für zumindest einen der vorgenannten Prozessrisikoparameter von Prozessstabilität, Kippwahrscheinlichkeit, Kollisionswahrscheinlichkeit und Fallwahrscheinlichkeit angeben. Durch eine derartige Berechnung ist es mittels der Angabe der individuellen Geometriecharakteristik jeweils möglich, das von einem Werkstückteil ausgehende Prozessrisiko anzugeben. Ganz besonders kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Geometrieparameter wenigstens einer der folgenden Geometrieparameter ist: eine Auflagefläche, ein Flächenschwerpunkt und eine Erstreckung entlang mindestens einer Koordinate in einem zweidimensionalen Koordinatensystem. Es hat sich in besonderem Maße gezeigt, dass die vorgenannten Geometrieparameter entscheidenden Einfluss auf relevante Prozessrisikoparameter beim Laserschneidverfahren haben, ganz besonders auf die vorgenannten Prozessparameter von Prozessstabilität, Kippwahrscheinlichkeit Kollisionswahrscheinlichkeit und Fallwahrscheinlichkeit. So kann beispielsweise entscheidend sein, ob die Auflagefläche eines Werkstückteils typischerweise auf mehr oder weniger als drei Auflagepins der Werkstückauflage aufliegt. Entscheidend kann auch sein, ob ein Werkstückteil typischerweise entlang der beiden Koordinaten bzw. Achsen des zweidimensionalen Koordinatensystems auf zwei Auflagepins der Werkstückauflage aufliegt. Diese Faktoren und beispielsweise auch der Flächenschwerpunkt des Werkstückteils bestimmen als Geometrieparameter vorliegend das Prozessrisiko für ein Werkstückteil, insbesondere seine Kipp- und Kollisionswahrscheinlichkeit. Durch den Abgleich der Geometriedaten mit diesen Geometrieparametern wird es möglich einzuschätzen, wie hoch das Prozessrisiko ist. Dabei können unterschiedliche Wertebereiche für die Geometrieparameter hinterlegt sein, beispielsweise in der zuvor erwähnten Look Up-Tabelle, ganz besonders mit unterschiedlichen Prozessrisikowerten und ggf. auch mit Werkstückabständen für die jeweiligen Wertebereiche bzw. Prozessrisikowerte. So ist es besonders schnell möglich, für die Werkstückteile jeweils individuelle Werkstückabstände zu bestimmen. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Werkstückauflage Auflagebereiche umfasst, welche insbesondere durch Auflagestege und/oder Auflagepins gebildet sind. In einer Variante können die Auflagepins an den Auflagestegen angeordnet sein, wobei die Auflagestege parallel zueinander angeordnet sind. Eine Werkstückauflage mit derartigen Auflagebereichen hat den Vorteil, dass sie kostengünstig herstellbar ist und eine einfache Laserbearbeitung einer darauf aufliegenden Werkstücktafel ermöglicht. Allerdings hat sie den Nachteil, dass diese vom Laser beschädigt werden kann, sodass sie repariert oder ausgetauscht werden muss und ferner, dass Werkstückteile darauf verkippen und mit dem Schneidkopf kollidieren können. Grundsätzlich ist es möglich, das erfindungsgemäße Schachtelungsverfahren unabhängig von der Kenntnis der Lage der einzelnen Werkstückteile auf der Werkstückauflage, insbesondere den Auflagestegen und/oder Auflagepins, auszuführen. Es hat sich allerdings gezeigt, dass der Aufbau der Werkstückauflage und die Anordnung der Werkstückteile auf der Werkstückauflage, insbesondere ihren Auflagepins, ebenfalls eine Rolle für das vorstehend erläuterte Prozessrisiko spielt, also insbesondere, ob es zu einem Kippen von Werkstückteilen und einer möglichen Kollision mit dem Schneidkopf kommt. Insbesondere ist es zur Verringernung des Prozessrisikos nun möglich, dass bei der Bestimmung der individuellen Werkstückabstände eine voraussichtliche Lage der Werkstückteile auf der Werkstückauflage bestimmt wird und die voraussichtliche Lage bei der Bestimmung der individuellen Werkstückabstände berücksichtigt wird. Insbesondere kann die voraussichtliche Lage die Information umfassen, auf welchen Auflagebereichen, beispielsweise Auflagepins, der Werkstückauflage die Werkstückteile aufliegen und diese Information bei der Bestimmung der individuellen Werkstückabstände berücksichtigt wird. Die voraussichtliche Lage kann dabei beispielsweise durch entsprechende Sensorik und/oder Kameras an der entsprechenden Bearbeitungsmaschine ermittelt werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass bei der Bestimmung der individuellen Werkstückabstände zumindest ein Schneidparameter des Laserschneidverfahrens, ein Maschinenparameter einer Bearbeitungsmaschine zum Bearbeiten der Werkstücktafel und/oder ein Materialparameter der Werkstücktafel berücksichtigt wird. Der Schneidparameter kann dabei insbesondere ein Gasdruck und/oder eine Schnittspaltbreite sein. Der Materialparameter kann beispielsweise eine Materialdicke und/oder ein Materialgewicht, insbesondere ein spezifisches Gewicht pro Volumen, sein. So können die individuellen Werkstückabstände noch präziser so bestimmt werden, dass ein bestimmtes, insbesondere vorab gewähltes, Prozessrisiko nicht überschritten wird. Grundsätzlich kann dabei ein Prozessrisiko des Laserschneidverfahrens in einem separaten Verfahrensschritt vorgegeben werden und beim Bestimmen der individuellen Werkstückabstände mit einbezogen werden. So können ein Maß von Materialeffizienz und Prozesssicherheit des Schachtelungsverfahren, die als Ziele des Schachtelungsverfahrens einander zumindest teilweise gegenüberstehen, jeweils vorgegeben werden, und zwar durch die entsprechende Bestimmung der individuellen Werkstückabstände. Im Übrigen kann vorgesehen sein, dass die Werkstückteile anhand ihrer Geometriedaten in mindestens zwei Geometrieklassen klassifiziert werden und individuelle Geometriecharakteristiken nur für diejenigen Werkstückteile ermittelt werden, welche in eine vordefinierte der zwei Geometrieklassen fallen. Dabei kann eine der zumindest zwei Geometrieklassen so gewählt werden, dass in diese Geometrieklasse Werkstückteile klassifiziert werden, die ein (Mindest-)Prozessrisiko aufweisen. Dadurch kann eine Vorauswahl von Werkstückteilen anhand ihres Prozessrisikos vorgenommen werden. Wenn beispielsweise Werkstückteile anhand ihrer Geometriedaten erkennbar typischerweise sehr stabil auf der Werkstückauflage aufliegen, beispielsweise weil sie sehr groß sind und auf vielen Auflagepunkten der Werkstückauflage aufliegen, ist das Prozessrisiko für ein Kippen und Kollidieren dieser Werkstückteile mit dem Schneidkopf sehr gering. Durch Klassifizieren solcher Werkstückteile in eine Geometrieklasse ohne Prozessrisiko wird es nicht mehr erforderlich, das Schachtelungsverfahren mit sämtlichen Verfahrensschritten auch für diese Werkstückteile auszuführen. Stattdessen kann für diese Werkstückteile beispielsweise jeweils ein vorab definierter minimaler Werkstückabstand gewählt werden, der ein Mindestmaß für eine gewünschte Schnittqualität sein kann. In eine weitere Geometrieklasse können beispielsweise Werkstückteile klassifiziert werden, welche sehr klein sind und daher durch die Werkstückauflage durchfallen würden und daher nicht mit dem Schneidkopf kollidieren können. Derartige Werkstückteile werden typischerweise so geschachtelt, dass sie nach dem Laserschneiden mit Microjoints an dem Restgitter verbleiben. Auch für diese Werkstückteile ist es nicht erforderlich, das gesamte Schachtelungsverfahren mit den Schritten (a) bis (d) auszuführen. So kann das Schachtelungsverfahren sich durch eine intelligente Vorauswahl auf die kritischen Werkstückteile konzentrieren. Denn die individuellen Geometriecharakteristiken werden nur für diejenigen Werkstückteile ermittelt, welche in die vordefinierte Geometrieklasse fallen, bei denen ein Prozessrisiko gegeben ist. Im Übrigen kann vorgesehen sein, dass das Schachtelungsverfahren ferner den Verfahrensschritt eines Bestimmens von individuellen Werkstückorientierungen auf der Werkstücktafel für zumindest einige der Werkstückteile anhand ihrer individuellen Geometriecharakteristik umfasst. Nun kann durch die bestimmte individuelle Werkstückorientierung bestimmt werden, ob das Prozessrisiko eines Werkstückteils durch Neuorientierung gesenkt werden kann, ganz besonders, wenn die relative Position des Werkstückteils auf den Auflagebereichen der Werkstückauflage bekannt ist. Anhand der individuellen Geometriecharakteristik kann nun vorzugsweise das Prozessrisiko eines Werkstückteils bestimmt werden und durch Neuorientierung auf der Werkstücktafel ggf. gesenkt werden. Die eingangs erwähnte Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13. Das Computerprogrammprodukt umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Schachtelungsverfahren auszuführen. 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 14. Das Bearbeitungsverfahren ist zum Bearbeiten einer Werkstücktafel eingerichtet, wobei das Bearbeitungsverfahren aufweist: - das erfindungsgemäße Schachtelungsverfahren zum Erzeugen eines Schachtelungsplans einer Schachtelung von Werkstückteilen mit unterschiedlichen zweidimensionalen Werkstückteilgeometrien auf einer Werkstücktafel mit einer zweidimensionalen Werkstücktafelgeometrie, und - ein Laserschneidverfahren zum Ausschneiden der gemäß dem Schachtelungsplan geschachtelten Werkstückteile aus der Werkstücktafel, insbesondere mittels eines aus einem Schneidkopf austretenden Laserschneidstrahls, wobei zum Ausschneiden der Werkstückteile mit dem Laserschneidstrahl Schneidkonturen der Werkstückteilgeometrien der gemäß dem Schachtelungsplan geschachtelten Werkstückteile auf der Werkstücktafel abgefahren werden. 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 Ausführen des Schachtelungsverfahrens des erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens, und - eine Laserschneidvorrichtung zum Ausführen des Laserschneidverfahrens des (erfindungsgemäßen) Bearbeitungsverfahrens. Der Computer, der insbesondere als Steuereinheit oder als Teil der Steuereinheit ausgeführt sein kann, kann auch für die Steuerung der Schneidvorrichtung eingesetzt werden. Der Computer kann das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt aufweisen. Der Computer und die Laserschneidvorrichtung können örtlich voneinander versetzt oder örtlich beieinander sein. Sie können beispielsweise durch eine drahtlose 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 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. Merkmale, die hierin in Bezug auf das Schachtelungsverfahren beschrieben sind, gelten gleichsam in Bezug auf das Computerprogrammprodukt, das Bearbeitungsverfahren und das System sowie jeweils umgekehrt. Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben und erläutert werden. Es zeigen: Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Systems in Form einer Bearbeitungsmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figur 2 eine schematische Ansicht einer Laserschneidvorrichtung als Teil der Bearbeitungsmaschine der Fig. 1; Figur 3 eine schematische Ansicht eines Schachtelungsplans; Figur 4 eine schematische Ansicht eines Schachtelungsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figur 5 eine schematische Ansicht des Schachtelungsverfahrens der Fig. 4 in der Anwendung. 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 46 (siehe Fig. 3) vorgegebenen Formen bzw. Geometrien (siehe vorgegebene Formen der Werkstückteile 44 in der Werkstücktafel 40 gemäß dem Schachtelungsplan 46) auszuschneiden. Der Schachtelungsplan 46 kann dabei durch einen Steuerungsplan für den Computer 50 vorgegeben sein. 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. 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 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 46 geschnittene Werkstückteile 44 von dem von der Werkstücktafel 40 verbleibenden Restwerkstück absortiert und aus der Bearbeitungsmaschine entnommen werden können. Figur 2 zeigt ein Laserschneidverfahren 300 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 jeweils anhand des Schachtelungsplans 46 in dem Computer 50 vorgegeben, um die Werkstückteile 44 aus der Werkstücktafel 40 auszuschneiden. 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 zum Schachteln eingesetzt werden. Der Schachtelungsplan 46 gibt die Anordnung der einzelnen Werkstückteile 44 auf der Werkstücktafel 40 an, wie in der Fig. 1 zu sehen ist. Außerdem kann der Schachtelungsplan 46 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 schmilzt. Ein Schneidgasstrahl, insbesondere aus Stickstoff und/oder Sauerstoff, kann im Bereich des Laserschneidstrahls 1 aus dem Schneidkopf 24 austreten und das geschmolzene 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 jeweiligen 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 jeweiligen Werkstückteils 44 an. Im gezeigten Ausführungsbeispiel 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 Schachtelungsverfahren 100 zum Erzeugen des Schachtelungsplans 46. Ein dazu korrespondierendes, nicht gezeigtes Schachtelungssystem kann dabei teilweise oder vollständig in einem (nicht gezeigten) Computerprogrammprodukt enthalten sein. Das Schachtelungssystem und das Schachtelungsverfahren 100 können beispielsweise von dem Computer 50 oder einer anderen Steuervorrichtung oder einem Computer der Bearbeitungsmaschine ausgeführt werden. Ausweislich der Fig. 4 weist das Schachtelungsverfahren 100 verschiedene Verfahrensschritte 102, 104, 106, 108 auf. In einem ersten Verfahrensschritt 102 werden dabei Geometriedaten 200 der auf der Werkstücktafel 40 zu schachtelnden Werkstückteile 44 eingelesen. Diese Geometriedaten können beispielsweise in Form von CAD-Daten vorliegen. In einem zweiten Verfahrensschritt 104 werden individuelle Geometriecharakteristiken 204 der Werkstückteile 44 aus den Geometriedaten 200 ermittelt. Dazu erfolgt ein Abgleich zwischen den eingelesenen Geometriedaten 200 mit einem oder mehreren vorgegebenen Geometrieparametern 202, die indikativ für ein Prozessrisiko beim Laserschneidverfahren 300 sind. Bei diesem Prozessrisiko handelt es sich insbesondere um eine Kippwahrscheinlichkeit der Werkstückteile 44 und/oder eine Kollisionswahrscheinlichkeit der Werkstückteile 44 mit dem Schneidkopf 24, insbesondere wenn diese auf der Werkstückauflage 36 kippen. In einem dritten Verfahrensschritt 106 des Schachtelungsverfahrens 100 werden dann individuelle Werkstückabstände 206 zwischen benachbarten Werkstückteilen 44 auf der Werkstücktafel 40 anhand der zuvor ermittelten individuellen Werkstückcharakteristiken 204 ermittelt. Anders als bekannt wird damit kein das Prozessrisiko minimierender, einheitlicher Werkstückabstand 208 (siehe Fig. 5), wie im Stand der Technik, eingesetzt. Schließlich erfolgt in einem vierten Verfahrensschritt 108 des Schachtelungsverfahrens 100 das Schachteln der Werkstückteile 44 mit ihren zuvor bestimmten individuellen Werkstückabständen 206 auf der Werkstücktafel 40. Dabei kann es sich um ein erstes Schachteln handeln, bei dem verschiedene Algorithmen, künstliche Intelligenzen oder andere Verfahren zum Einsatz kommen können, um das Schachteln möglichst effizient zu gestalten. Es kann sich alternativ aber auch um ein Umschachteln handeln, bei dem ein bereits bestehender Schachtelungsplan 46 verändert wird. Dadurch, dass die individuellen Werkstückabstände 206 geringer als konservative, einheitliche Werkstückabstände 208 (siehe Fig. 5), wie im Stand der Technik, sind, kommt es dabei zu einem Flächengewinn 210 (siehe Fig. 5) auf der Werkstücktafel 40, sodass zudem weitere Werkstückteile 44 auf der Werkstücktafel 40 geschachtelt werden können. Ein anschauliches Beispiel der Ausführung des Schachtelungsverfahrens 100 der Fig. 4 ist schematisch in Fig. 5 für einen kleinen und rein exemplarischen Ausschnitt eines Schachtelungsplans 46 mit drei geschachtelten Werkstückteilen 44 gezeigt. Durch das Schachtelungsverfahren 100 werden nicht die ansonsten konservativen und einheitlichen Werkstückabstände 208 zwischen den Werkstückteilen 44 gewählt. Stattdessen werden individuelle Werkstückabstände 206 gewählt, die dem gemäß den Geometrieparametern 202 berücksichtigten Prozessrisiko Rechnung tragen. Vorliegend ist dabei im rechten Ausschnitt des Schachtelungsplans 46, welches ein Ergebnis des Schachtelungsverfahrens 100 ist, beispielhaft zu sehen, dass die individuellen Werkstückabstände 206 jeweils kleiner als die einheitlichen Werkstückabstände 208 in dem linken Ausschnitt des Schachtelungsplans 46 sind. In Anwendung auf alle Werkstückteile 44 und bei Betrachtung des gesamten Schachtelungsplans 46 wird deutlich, dass so der zuvor erwähnte Flächengewinn 210 (der hier nur rein schematisch und beispielhaft als gestrichelte Fläche angedeutet ist) zustande kommt und eine effizientere Schachtelung mit geringerem Materialüberschuss erzielbar ist.

Claims

Patentansprüche 1. Computerimplementiertes Schachtelungsverfahren (100) zum Erzeugen eines Schachtelungsplans (46) durch Schachtelung von Werkstückteilen (44) mit, insbesondere unterschiedlichen, zweidimensionalen Werkstückteilgeometrien auf einer Werkstücktafel (40) mit einer zweidimensionalen Werkstücktafelgeometrie, wobei der Schachtelungsplan (46) für ein Laserschneidverfahren (300) zum Ausschneiden der gemäß dem Schachtelungsplan (46) geschachtelten Werkstückteile (44) aus der auf einer Werkstückauflage (36), insbesondere auf einem Auflagegitter, platzierten Werkstücktafel (40) verwendbar ist, und wobei das Schachtelungsverfahren (100) die folgenden Verfahrensschritte aufweist: (a) Einlesen von Geometriedaten (200) der Werkstückteile (44), (b) Ermitteln von individuellen Geometriecharakteristiken (204) zumindest einiger der Werkstückteile (44) aus ihren Geometriedaten (200), (c) Bestimmen von individuellen Werkstückabständen (206) zwischen benachbarten Werkstückteilen (44) auf der Werkstücktafel (40) anhand ihrer individuellen Geometriecharakteristiken (204), und (d) Schachteln der Werkstückteile (44) mit ihren individuellen Werkstückabständen (206) auf der Werkstücktafel (40).

2. Schachtelungsverfahren (100) nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln der individuellen Geometriecharakteristiken (204) durch Abgleich der eingelesenen Geometriedaten (200) mit zumindest einem vorgegebenen Geometrieparameter (202) erfolgt.

3. Schachtelungsverfahren (100) nach Anspruch 2, wobei der zumindest eine Geometrieparameter (202) derart vorgegeben wird, dass er indikativ für ein Prozessrisiko des Laserschneidverfahrens (300) ist.

4. Schachtelungsverfahren (100) nach Anspruch 3, wobei das Prozessrisiko eine Prozessstabilität des Laserschneidverfahrens (300), eine Kippwahrscheinlichkeit der Werkstückteile (44) auf der Werkstückauflage (36), eine Kollisionswahrscheinlichkeit der Werkstückteile (46) mit einem beim Laserschneidverfahren (300) verwendeten Schneidkopf (24) und/oder eine Fallwahrscheinlichkeit für ein Durchfallen der Werkstückteile (44) durch die Werkstückauflage (36) ist.

5. Schachtelungsverfahren (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der zumindest eine Geometrieparameter (202) wenigstens einer der folgenden Geometrieparameter (202) ist: eine Auflagefläche, ein Flächenschwerpunkt und eine Erstreckung entlang mindestens einer Koordinate in einem zweidimensionalen Koordinatensystem.

6. Schachtelungsverfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Werkstückauflage (36) Auflagebereiche umfasst, welche insbesondere durch Auflagestege und/oder Auflagepins gebildet sind.

7. Schachtelungsverfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei bei der Bestimmung der individuellen Werkstückabstände (206) eine voraussichtliche Lage der Werkstückteile (44) auf der Werkstückauflage (40) bestimmt wird und die voraussichtliche Lage bei der Bestimmung der individuellen Werkstückabstände (206) berücksichtigt wird.

8. Schachtelungsverfahren (100) nach Anspruch 7, wobei die voraussichtliche Lage die Information umfasst, auf welchen Auflagebereichen der Werkstückauflage (36) die Werkstückteile (44) aufliegen und diese Information bei der Bestimmung der individuellen Werkstückabstände (206) berücksichtigt wird.

9. Schachtelungsverfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei bei der Bestimmung der individuellen Werkstückabstände (206) zumindest ein Schneidparameter des Laserschneidverfahrens (300), ein Maschinenparameter einer Bearbeitungsmaschine zum Bearbeiten der Werkstücktafel (40) und/oder ein Materialparameter der Werkstücktafel (40) berücksichtigt wird.

10. Schachtelungsverfahren (100) nach Anspruch 9, wobei der Schneidparameter ein Gasdruck und/oder eine Schnittspaltbreite ist.

11. Schachtelungsverfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Werkstückteile (44) anhand ihrer Geometriedaten (200) in mindestens zwei Geometrieklassen klassifiziert werden und individuelle Geometriecharakteristiken (204) nur für diejenigen Werkstückteile (44) ermittelt werden, welche in eine vordefinierte der zwei Geometrieklassen fallen.

12. Schachtelungsverfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Schachtelungsverfahren (100) ferner den Verfahrensschritt eines Bestimmens von individuellen Werkstückorientierungen auf der Werkstücktafel (40) für zumindest einige der Werkstückteile (44) anhand ihrer individuellen Geometriecharakteristik (204) umfasst.

13. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer (50) diesen veranlassen, das Schachtelungsverfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche auszuführen.

14. Bearbeitungsverfahren zum Bearbeiten einer Werkstücktafel (40), wobei das Bearbeitungsverfahren aufweist: - das Schachtelungsverfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zum Erzeugen eines Schachtelungsplans (46) einer Schachtelung von Werkstückteilen (44) mit unterschiedlichen zweidimensionalen Werkstückteilgeometrien auf einer Werkstücktafel (40) mit einer zweidimensionalen Werkstücktafelgeometrie, und - ein Schneidverfahren (300) zum Ausschneiden der gemäß dem Schachtelungsplan (46) geschachtelten Werkstückteile (44) aus der Werkstücktafel (40), insbesondere mittels eines aus einem Schneidkopf (24) austretenden Laserschneidstrahls (1), wobei zum Ausschneiden der Werkstückteile (44) mit dem Laserschneidstrahl (1) Schneidkonturen (42) der Werkstückteilgeometrien der gemäß dem Schachtelungsplan (46) geschachtelten Werkstückteile (44) auf der Werkstücktafel (40) abgefahren werden.

15. System (10) zum Bearbeiten einer Werkstücktafel (40), wobei das System (10) aufweist: - einen Computer (50) zum Ausführen des Schachtelungsverfahrens (100) des Bearbeitungsverfahrens gemäß Anspruch 14, und - eine Laserschneidvorrichtung (20) zum Ausführen des Laserschneidverfahrens (300) des Bearbeitungsverfahrens.