WO1999003635A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer stanzform - Google Patents

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WO1999003635A1
WO1999003635A1 PCT/EP1998/004423 EP9804423W WO9903635A1 WO 1999003635 A1 WO1999003635 A1 WO 1999003635A1 EP 9804423 W EP9804423 W EP 9804423W WO 9903635 A1 WO9903635 A1 WO 9903635A1
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WO
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laser beam
engraving
cutting
die
workpiece
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PCT/EP1998/004423
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French (fr)
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Horst Ranke
Thomas Wolf
Klaus Renz
Harald Schmidt
Original Assignee
Lasercomb Laserkombinations-Systeme Gmbh
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Priority to JP2000502913A priority patent/JP2001510102A/ja
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B23K26/0608—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams in the same heat affected zone [HAZ]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/28—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass cutting tools
    • B23P15/40—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass cutting tools shearing tools
    • B23P15/406—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass cutting tools shearing tools rotary or plane die cutters

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a punching die, in particular a punching die for the packaging industry, in which grooves are cut into a workpiece, in particular made of wood, for receiving cutting or grooving knives in one operation by means of a directed laser beam, and in another in one Work processes by means of a laser beam predetermined structures are engraved into the surface of the die, at least some of the structures clearly identifying and / or specifying the die.
  • the invention relates to a device for producing a die, in particular a die for the packaging industry, in which a laser beam emitted by a laser arrangement and focused on a workpiece, in particular by means of optics, in the workpiece for receiving cutting or grooving knives cuts, the workpiece being engraved with given structures for identification and / or specification.
  • CO 2 lasers are preferably used for this.
  • CO 2 lasers have also been used to cut dies that are used in the packaging industry.
  • either the laser beam focused via an optical system moves over a motionless surface or the material to be cut or treated moves on a cross table that can be moved in the X and Y directions under a focused, but stationary, laser beam.
  • grooves are cut with high precision in specially glued wooden boards, the grooves representing the development contour of a package to be subsequently punched.
  • the cutting process uses cutting or creasing knives in these grooves, which act as punching or creasing in the subsequent process.
  • the present invention is based on the object of developing the method and the device specified at the outset in such a way that the marking of machined workpieces or other materials, also with regard to extensive information and detailed information is possible without affecting the actual workflow, especially with regard to the processing time.
  • This object is achieved in the specified method in that a controllable scanner with mirrors and an auxiliary deflecting mirror are provided, with the auxiliary deflecting mirror emitting the laser beam emitted by the laser arrangement during an interruption of the cutting in order to engrave the predetermined structures into a surface of the workpiece leads to the scanner.
  • this object is achieved in that a controllable scanner with mirrors and an auxiliary deflecting mirror are provided, with the auxiliary deflecting mirror emitting the laser beam emitted by the laser arrangement during an interruption of the laser beam in order to engrave the specified structures into a surface of the workpiece Cutting leads to the scanner.
  • a scanner is used as an additional unit, which is used on a conventional laser system to carry out the desired engraving process in a very short time.
  • the periods are used for which the first operation, during which the cutting die is cut by means of a laser beam, is interrupted, for example in order to pivot the workpiece or the cutting die or the laser beam or the corresponding optical arrangement, in order to turn the cutting beam on another place on the die or to continue the cutting process there.
  • a subsidiary reflecting mirror is introduced, which guides the laser beam to the scanner (scanning device) where the laser beam is then used to make the engraving.
  • Scanners are systems that, simply represented, consist of a lens and two tiltable mirrors. The two mirrors are controlled so that the laser beam can be moved back and forth on a plane that corresponds to the surface of the die to be machined.
  • Such a scanner can carry out engravings on the surface of the workpiece using a corresponding program that is stored in a PC (personal computer).
  • PC personal computer
  • a cutting die consists of precise cutting channels which are interrupted by so-called bridges in order to prevent the cut sections from falling out of the cutting die. While the table or, in the case of a fixed table, the focusing optics are moving over the area of a bridge, the laser power is currently either shut down or the laser power is absorbed by a shutter. This time is lost in the production time. Likewise, a die can only be cut with empty travels that are optimized with good programs. However, it is often the case that the empty travels use a considerable part of the production time due to the programming of the die layout. According to the invention, these time periods are used for the engraving of the die.
  • the mean power of the laser beam per unit area can be set as desired by rapid, controlled deflection of the laser beam by means of the scanner, in order thereby to reduce the laser power from the machining of the workpiece, for example cutting the Outer contour of the die or cutting grooves and grooves for holding knives to go over to engraving.
  • machining a workpiece to form a die is divided into several individual sections or processes, ie the machining process
  • the laser beam is changed several times in its position relative to the workpiece in accordance with the cutting or machining pattern. Short periods of time remain between these individual changes, which are used according to the invention to carry out an engraving.
  • these machining sections on the one hand and the engraving or engravings to be carried out on the other hand are analyzed and calculated in a computing unit and the engravings to be carried out into individual machining sections subdivided, which are then carried out during the respective repositioning and reallocations between the laser beam and the workpiece.
  • the engraving is then carried out in sections which, according to the calculation, are favorable to the machining section being processed, so that it is ensured that the scanner is also conveniently located to the workpiece and can carry out its engraving.
  • the respective structure data or engraving data and the cutting data are combined in one Computing and control unit stored and the temporal and local cutting and / or welding process is analyzed. Then the interruptions are determined Engraving processes are analyzed and these processes are divided into individual structural or engraving sections. Depending on the respective lengths and local assignments of the respective interruptions between cutting sections, one (or more) structural or engraving section (s) are then assigned to these sections. In this way, the engraving processing will be optimally assigned to the respective interruptions.
  • the focusing and deflection of the laser beam for engraving is adapted at the transition points or starting points, so that a finished and engraved die shape has a uniform appearance , ie that there are no starting or transition points in the area where the laser interrupted the engraving of a line and continued it in a subsequent engraving section.
  • the individual cutting dies can also be identified and / or specified immediately before, during or after their processing.
  • an essential component is the auxiliary deflecting mirror, which can be pivoted into the beam path of the laser beam focused on the workpiece in order to deflect the laser beam towards the scanner. Because of this deflecting mirror, it is not necessary to change the laser power or the laser beam reposition itself and thus the focused optics that are required during cutting.
  • the auxiliary deflecting mirror should therefore also be arranged in front of the focusing optics, viewed in the direction of beam propagation, in order to direct the laser beam onto the scanner essentially unaffected by optical elements, in order then to carry out the engraving with the laser beam.
  • the mirrors of the scanner are arranged so as to be movable and correlated with the movement of the workpiece.
  • the distance of the scanner from the workpiece surface should be changeable with a corresponding change in the position of the focusing optics.
  • the usual material processing system with which workpieces W and the like are to be processed in order to cut punching dies, comprises a laser which is focused on the workpiece W via a deflecting mirror U and a focusing lens F.
  • the workpiece itself is arranged on a table T.
  • the laser is controlled directly with regard to its power with CNC data or with data stored in a PC.
  • the system can be constructed in such a way that the laser beam is deflected vertically onto the work surface via the deflecting mirror U and is focused with the focusing optics F in such a way that the cutting contours by moving the table T via a suitable drive in the x and y -Direction can be cut or welded.
  • the focusing optics or the deflecting mirror and the focusing optics can be changed in order to guide the laser beam L over the fixed workpiece W.
  • the table T or, in the case of a stationary table the focusing optics F moves empty for this purpose, the laser power is conventionally reduced or the laser power is absorbed by a so-called "shutter" or shutter. This time is lost in the production time.
  • a tiltable mirror K is pivoted into the beam path between the deflecting mirror U and the focusing optics F via a suitable drive A ⁇ , and always if the laser optics or the table is in a bridge position or in the phase of an empty travel path.
  • the entire laser power is laterally reflected into a scanner S, where it is directed onto two mirrors S s which can be positioned in directions perpendicular to one another, indicated by the arrows in the figure. Due to the mirror movement, there is a paintable area on the working plane of approx. 600 x 600 mm.
  • This area can now be engraved in an extremely short time using the engraving information available on a PC.
  • the full laser power can be used in conventional systems, which in turn considerably reduces the time span for the engraving process.
  • the control system for the laser or for the table that can be moved in the x and y directions usually consists of a CNC control or else of a PC.
  • the control program calculates in advance which contour the laser beam travels on the surface to be processed. It can therefore also calculate the phases in which the laser is either on a bridge position or on an empty path.
  • the control also knows in advance in which part of the entire work area the laser is located at this time.
  • This information is passed on to the separate PC that controls the scanner, so that the image information that is to be scanned for this partial area can be stored in a temporary memory in good time in order to store this image information in the scanner S immediately after the laser beam has been reflected into the scanner Engrave part of the workpiece W.
  • the entire area of the work area is covered with partial areas that are covered by the scanner.
  • these are approached separately after the cutting process has ended in order to also engrave the last areas not previously reached.
  • the system is linked to the moving optics or the moving table surface in such a way that the engraving takes place sequentially in overlapping zones. Since the Sanner S must be focused on the surface of the plate to be engraved when it is equipped with different lenses or when engraving on materials with different material thicknesses, it should be connected to the optics F, which can be moved in the z direction anyway.
  • the deflecting mirror K which is intended to send the beam either through the internal optics F or through the scanner S, is accommodated in the nozzle tube and is controlled there via the central control of the laser system.
  • the empty travel paths of the laser in which the laser beam is usually switched off, should be used for the engraving process, ie the laser beam should not be switched off during the empty travel path, but should instead be directed onto the surface by the scanner optics S s .

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Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Stanzform, insbesondere einer Stanzform für die Verpackungsindustrie, bei dem in einem Arbeitsvorgang mittels eines gerichteten Laserstrahls Nuten in ein Werkstück, insbesondere aus Holz, zur Aufnahme von Schneid- oder Rillenmesser geschnitten werden und bei dem in einem anderen Arbeitsvorgang mittels eines Laserstrahls vorgegebene Strukturen in die Oberfläche der Stanzform eingraviert werden, wobei zumindest ein Teil der Strukturen die Stanzform eindeutig identifizieren und/oder spezifizieren, das dadurch gekenneichnet ist, daß während einer Unterbrechung des Arbeitsvorgangs des Schneidens der Nuten der für das Schneiden benutzte Laserstrahl mittels eines Hilfs-Umlenkspiegels in einen Scanner eingestrahlt wird und mittels des Scanners unter Führung dieses Laserstrahls während dieser Unterbrechung die Strukturen in die Oberfläche der herzustellenden Stanzform eingraviert werden.

Description

"Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Stanzform"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Stanzform, insbesondere einer Stanzform für die Verpackungsindustrie, bei dem in einem Arbeitsvorgang mittels eines gerichteten Laserstrahls Nuten in ein Werkstück, insbesondere aus Holz, zur Aufnahme von Schneid- oder Rillenmesser geschnitten werden und bei dem in einem anderen Arbeitsvorgang mittels eines Laserstrahls vorgegebene Strukturen in die Oberfläche der Stanzform eingraviert werden, wobei zumindest ein Teil der Strukturen die Stanzform eindeutig identifizieren und/oder spezifizieren.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen einer Stanzform, insbesondere einer Stanzform für die Verpackungsindustrie, bei der ein von einer Laseranordnung emittierter und mittels einer Optik auf ein Werkstück, insbesondere aus Holz, fokussierter Laserstrahl Nuten in das Werkstück zur Aufnahme von Schneid- oder Rillenmesser schneidet, wobei das Werkstück zur Identifizierung und/oder Spezifizierung mit vorgegebenen Strukturen graviert wird.
Die Anwendung von Lasern im industriellen Bereich zum Schneiden und Schweißen unterschiedlicher Materialien ist Stand der Technik. Vorzugsweise werden dafür CO2-Laser verwendet. Seit ungefähr 20 Jahren werden CO2-Laser auch zum Schneiden von Stanzformen, die bei der Verpackungsindustrie eingesetzt werden, verwendet. Zu diesem Zweck bewegt sich entweder der über ein optisches System fokus- sierte Laserstrahl über eine bewegungslose Oberfläche oder aber das zu schneidende oder zu behandelnde Material bewegt sich auf einem in X- und Y-Richtung verfahrbaren Kreuztisch unter einem fokussierten, aber ortsfesten, Laserstrahl. Im Rahmen der Stanzformenfertigung werden in speziell verleimte Holzbretter Nuten in hoher Präzision mit dem Laser geschnitten, wobei die Nuten die Abwicklungskontur einer später damit zu stanzenden Verpackung darstellen. Nach Fertigstellung des Schneidprozesses werden in diese Nuten Schneid- oder Rillmesser, die im Rahmen des Nachfolgeprozesses als Stanzen bzw. Riller wirken, eingesetzt. In der Regel werden zusätzlich zu diesen gelaserten Nuten auf der Oberfläche des Holzes gewisse Informationen, wie z.B. der Name des Herstellers, Nummer der Stanzform, usw., eingraviert. Zum Zwecke des Eingravierens wird die Laserleistung deutlich zurückgefahren und die Geschwindigkeit der Bewegung entweder der Laseroptik oder des Tischs wird gegenüber dem Schneidprozeß deutlich erhöht. Bedingt durch mechanische Grenzen läßt sich diese Bewegung allerdings nur in Maßen steigern, so daß der Gravierprozeß unter Umständen eine relativ lange Zeitspanne des gesamten Produktionsprozesses einnimmt. Aus diesem Grund ist es demzufolge erforderlich, das Gravieren nur auf die wichtigsten Informationen und Angaben zu beschränken, da ansonsten der Gravurprozeß, im Gegensatz zu dem eigentlichen Schneidprozeß, zu aufwendig und damit auch zu kostspielig wird.
Im Sinne einer Produktionssicherheit bzw. einer Verbesserung des Produktionsprozesses wäre es allerdings wünschenswert, zusätzliche und umfangreichere Informationen auf die Oberfläche einer solchen Stanzform mit demselben Arbeitsprozeß des Schneidens, d.h. also mit dem Laser, aufzubringen. Beispielsweise würde es sehr hilfreich sein, wenn die einzelnen Messersegmente, die in gebogener und präzise abgelängter Form in die Nuten der Stanzform eingepaßt werden sollen, oberflächlich durch einen Gravierprozeß markiert werden könnten. Dadurch wäre der Bestücker nachträglich in der Lage, in sehr einfacher Art und Weise die Position der einzelnen Messer bzw. Rillen-Linien, die ebenfalls durch einen separaten Produktionsprozeß markiert werden, zu erkennen. Bedingt durch die relativ zeitaufwendige Beschriftung mit dem Laser läßt sich diese Verfahrensweise mit konventionellen Laseranlagen allerdings nicht durchführen, da dadurch die Produktivität einer solchen Anlage be- trächtich reduziert werden würde.
Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik, wie er derzeit praktiziert wird, liegt der vorliegenen Erfindung die Aufgabe zugrunde, das eingangs angegebene Verfahren sowie die eingangs angegebene Vorrichtung derart weiterzubilden, daß ein Beschriften bearbeiteter Werkstücke oder sonstiger Materialien, auch im Hinblick auf umfangreiche Informationen und detaillierte Angaben möglich ist, ohne daß dadurch der eigentliche Arbeitsablauf beeinträchtigt wird, insbesondere bezüglich der Bearbeitungszeit.
Diese Aufgabe wird bei dem angegebenen Verfahren dadurch gelöst, daß ein steuerbarer Scanner mit Spiegeln sowie ein Hilfs-Umlenkspiegel vorgesehen sind, wobei zum Eingravieren der vorgegebenen Strukturen in eine Oberfläche des Werkstücks der Hilfs-Umlenkspiegel den von der Laseranordnung emittierten Laserstrahl während einer Unterbrechnung des Schneidens zu dem Scanner führt. In Bezug auf die Vorrichtung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein steuerbarer Scanner mit Spiegeln sowie ein Hilfs-Umlenkspiegel vorgesehen sind, wobei zum Eingravieren der vorgegebenen Strukturen in eine Oberfläche des Werkstücks der Hilfs-Umlenkspiegel den von der Laseranordnung emittierten Laserstrahl während einer Unterbrechnung des Schneidens zu dem Scanner führt.
Wie ersichtich ist, wird gemäß der Erfindung ein Scanner als Zusatzeinheit eingesetzt, der an einer konventionellen Laseranlage dazu verwendet wird, den erwünschten Gravierprozeß in sehr kurzer Zeit durchzuführen. Für das Gravieren werden die Zeiträume ausgenutzt, für die der erste Arbeitsvorgang, während dem die Stanzform mittels Laserstrahls geschnitten wird, unterbrochen wird, beispielsweise um das Werkstück bzw. die Stanzform oder den Laserstrahl bzw. die entsprechende optische Anordnung zu verschwenken, um den Schneidstrahl an einer anderen Stelle der Stanzform anzusetzen oder den Schneidvorgang dort fortzuführen. Während dieser Unterbrechungen wird in'den Strahlengang des Laserstrahls, der zu dem Werkstück führt, ein Hilfsumlenkspiegel eingeführt, der den Laserstrahl in den Scanner (Abtasteinrichtung) führt, wo der Laserstrahl dann dazu genutzt wird, das Gravieren vorzunehmen. Scanner sind Systeme, die, einfach dargestellt, aus einer Linse und zwei kippbaren Spiegeln bestehen. Die beiden Spiegel werden so angesteuert, daß der Laserstrahl auf einer Ebene, die der Oberfläche der zu bearbeitenden Stanzform entspricht, hin und her bewegt werden kann. Ein solcher Scanner kann durch ein entsprechendes Programm, das in einem PC (Personal Computer) gespeichert ist, Gravuren auf der Oberfläche des Werkstücks durchführen. Bei einer solchen Anordnung bzw. Verfahrensweise ist es darüberhinaus nicht unbedingt erforderlich, den Laser in seiner Leistung, die für die eigentliche Bearbeitung des Werkstücks, beispielsweise das Schneiden von Nuten oder Rillen, erforderlich ist, zu reduzieren, da die Geschwindigkeit, mit der der Scanner den Laserstrahl über die Werkstückoberfläche zum Gravieren führt, erhöht werden kann, um dadurch die auf das Werkstück pro Flächeneinheit aufgebrachte Energie zu reduzieren und die Gravur auf der Oberfläche des Werkstücks zu erzeugen.
Es ist allerdings auch möglich, für die Gravur die Leistung des Laserstrahls zu verringern. Wesentlich ist jeweils, daß der Laser von einem Übergang zwischen einem Bearbeiten des Werkstücks bzw. der Stanzform und einem Gravieren nicht abgeschaltet werden muß, was den Betriebsablauf wesentlich hinsichtlich der Geschwindigkeit stören würde, sondern der Laserstrahl wird von dem Werkstück nach Beenden des Schneidvorgangs über den Hilfs-Umlenkspiegel unmittelbar zu dem Scanner überführt, um zu gravieren oder die Oberfläche zu bearbeiten, beispielsweise zu härten.
Eine Stanzform besteht aus präzisen Schnittkanälen, die von sogenannten Brücken unterbrochen werden, um zu verhindern, daß die geschnittenen Teilbereiche aus der Stanzform herausfallen. Während sich der Tisch oder aber auch im Falle eines feststehenden Tischs die Fokussieroptik über dem Bereich einer Brücke bewegt, wird derzeitig die Laserleistung entweder heruntergefahren oder die Laserleistung wird über einen Shutter absorbiert. Diese Zeit geht der Produktionszeit verloren. Ebenso läßt sich eine Stanzform nur mit Leerverfahrwegen, die zwar bei guten Programmen optimiert sind, schneiden. Häufig ist es jedoch auch so, daß die Leerverfahrwege bedingt durch die Programmierung des Stanzformenlayouts einen beträchtlichen Teil der Produktionszeit verwenden. Diese Zeitabschnitte werden erfindungsgemäß für die Gravur der Stanzform genutzt.
Wie vorstehend bereits angegeben wurde, kann während der Gravur durch eine schnelle, gesteuerte Ablenkung des Laserstrahls mittels des Scanners die mittlere Leistung des Laserstrahls pro Flächeneinheit in gewünschter Weise eingestellt werden, um dadurch in Bezug auf die Laserleistung von der Bearbeitung des Werkstücks, beispielsweise Schneiden der Außenkontur der Stanzform oder Schneiden von Rillen und Nuten für die Aufnahme von Messern, zu dem Gravieren überzugehen.
Üblicherweise ist eine Bearbeitung eines Werkstücks, um eine Stanzform zu bilden, in mehrere Einzelabschnitte oder Vorgänge unterteilt, d.h. der bearbeitende Laserstrahl wird, entsprechend dem Schneid- oder Bearbeitungsmuster, mehrfach in seiner Position relativ zu dem Werkstück verändert. Zwischen diesen einzelnen Änderungen verbleiben kurze Zeitabschnitte, die erfindungsgemäß dazu ausgenutzt werden, ein Gravieren vorzunehmen. Um die einzelnen Zeitabschnitte während einer Umpositionierung der relativen Zuordnung zwischen dem Laserstrahl bzw. der Laseranordnung und dem momentanen bearbeiteten Werkstück auszunutzen, werden zuvor diese Bearbeitungsabschnitte einerseits und die vorzunehmende Gravur oder die Gravuren andererseits in einer Recheneinheit analysiert und berechnet und die vorzunehmenden Gravuren in einzelne Bearbeitungsabschnitte unterteilt, die dann während den jeweiligen Umpositionierungen und Neuzuordnungen zwischen Laserstrahl und Werkstück, ausgeführt werden. Die Gravur wird dann in solchen Abschnitten durchgeführt, die, entsprechend der Berechnung, günstig zu dem jeweils gerade bearbeiteten Bearbeitungsabschnitt liegen, so daß sichergestellt ist, daß auch der Scanner günstig zu dem Werkstück liegt und seine Gravur vornehmen kann.
Da zwischen der Bearbeitung einzelner Werkstücke große Zeitabschnitte verbleiben, die zur Umpositionierung eines Werkstücks bzw. einer Stanzform zu einem nächsten Werkstück erforderlich sind, können erfindungsgemäß auch diese Zeitabschnitte dazu ausgenutzt werden, eine Gravur vorzunehmen. Vorzugsweise wird eine solche Gravur einzelner Bearbeitungsabschnitte dann während einer Zuordnung eines Werkstücks, das sich vor oder nach dem zuletzt bearbeiteten Werkstück befindet, vorgenommen.
Es ist auch möglich, die Bewegung des Werkstücks während einer Umpositionierung des Werkstücks zu erfassen und eine Gravur vorzunehmen, während das Werkstück umpositioniert wird, indem die Bewegung des Laserstrahls für eine solche Gravur zu der Bewegung des Werkstücks korreliert wird.
Um den Gravurvorgang noch weiter zu optimieren, d.h. solche Abschnitte der Bearbeitung des Werkstücks oder die Bearbeitung aufeinanderfolgender Werkstücke auszunutzen, während denen der Laser nicht zum Schneiden genutzt wird, werden die jeweiligen Struktur-Daten bzw. Gravur-Daten und die Schneid-Daten in einer Rechen- und Steuereinheit gespeichert und wird der zeitliche und örtliche Schneid- und/oder Schweißablauf analysiert. Dann werden die Unterbrechungen ermittelt, die Gravurbearbeitungen analysiert und diese Bearbeitungen in einzelne Struktur- oder Gravur-Abschnitte unterteilt. Entsprechend den jeweiligen Längen und örtlichen Zuordnungen der jeweiligen Unterbrechungen zwischen Schneid-Abschnitten wird (werden) dann diesen Abschnitten ein (oder mehrere) Struktur- oder Gravur-Abschnitt(e) zugeordnet. Auf diese Art und Weise wird die Gravurbearbeitung optimal den jeweiligen Unterbrechungen zugeordnet werden.
Nach der Ausführung verschiedener Abschnitte, beispielsweise der Gravur, kann es auftreten, daß, obwohl die einzelnen Unterbrechungen optimal für eine solche Gravur ausgenutzt worden sind, dennoch bestimmte Gravur-Abschnitte noch nicht abgearbeitet wurden. Diese können dann nach Beendigung des Schneidens und/oder Schweißens eines Werkstücks abgearbeitet werden. Da eine solche Analyse sowohl der Struktur-Bearbeitung als auch des Schneidens eines Werkstücks vorab vorgenommen werden kann, können auch, aufgrund einer solchen Vorab-Analyse, solche Abschnitte der Gravur, für die ersichtlich ist, daß sie nicht während der Bearbeitung eines Werkstücks abgearbeitet werden können, vor dem Beginn der Bearbeitung eines neuen Werkstücks ausgeführt werden.
Um eine gleichmäßige Oberflächenbearbeitung beim Gravieren von Linien zu erhalten, und zwar zwischen aneinandergrenzenden Gravur-Abschnitten, wird jeweils die Fokussierung und Ablenkung des Laserstrahls zum Gravieren an den Übergangsstellen bzw. Ansatzpunkten angepaßt, so daß sich an einer fertiggestellten und gravierten Stanzform ein gleichmäßiges Erscheinungsbild ergibt, d.h. daß keine Ansatzoder Übergangsstellen zu sehen sind, im Bereich denen der Laser das Gravieren eine Linie unterbrochen, und sie in einem darauffolgenden Gravur-Abschnitt fortgeführt hat.
Mit einer solchen struktureilen Bearbeitung können somit auch die einzelnen Stanzformen unmittelbar vor, während oder nach deren Bearbeitung identifiziert und/oder spezifiziert werden.
Vorrichtungsgemäß ist ein wesentliches Bauteil der Hilfs-Umlenkspiegel, der jeweils in den Strahlengang des auf das Werkstück fokussierten Laserstrahls schwenkbar ist, um den Laserstrahl zu dem Scanner hin umzulenken. Aufgrund dieses Umlenkspiegels ist es nicht erforderlich, die Laserleistung zu ändern oder den Laserstrahl selbst und damit auch die fokussierten Optiken, die während des Schneidens erforderlich sind, umzupositionieren. Der Hilfsumlenkspiegel sollte daher auch in Strahlausbreitungsrichtung gesehen vor der Fokussieroptik angeordnet werden, um den Laserstrahl im wesentlichen durch optische Elemente unbeeinflußt auf den Scanner zu richten, um dann mit dem Laserstrahl die Gravur vorzunehmen.
Um auch während der Umpositionierung des Werkstücks eine Gravur unter optimalen Bedingungen vornehmen zu können, ist es von Vorteil, daß die Spiegel des Scanners kontinuierlich entsprechend der Bewegung des Werkstücks korreliert mit bewegbar angeordnet sind. Aus gleichem Grund sollte der Scanner in seinem Abstand zu der Werkstück-Oberfläche mit einer entsprechenden Änderung der Position der Fokussier-Optik veränderbar angeordnet sein.
Soweit in dieser Beschreibung der Begriff "Gravur" verwendet ist, so sind hierunter auch alle Strukturen zu verstehen, die in die Oberflächen der Stanzformen eingraviert werden, d.h. Kennzeichnungen, Informationen oder sonstige, die Stanzform oder Abschnitte der Stanzform kennzeichnende und identifizierende Zeichen.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Beispiels des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, die in einer schematischen Darstellung den Aufbau einer Vorrichtung darstellt.
Wie die Figur darstellt, umfaßt die übliche Materialbearbeitungsanlage, mit der Werkstücke W und dergleichen bearbeitet werden sollen, um daraus Stanzformen zu schneiden, einen Laser, der über einen Umlenkspiegel U und eine Fokussier-Optik F auf das Werkstück W fokussiert wird. Das Werkstück selbst ist auf einem Tisch T angeordnet. Zum Bearbeiten des Werkstücks W wird der Laser mit CNC-Daten oder mit Daten, die in einem PC gespeichert sind, unmittelbar hinsichtlich seiner Leistung angesteuert. Prinzipiell kann die Anlage so aufgebaut sein, daß der Laserstrahl über den Umlenkspiegel U senkrecht auf die Arbeitsfläche abgelenkt wird und mit der Fokussier-Optik F so fokussiert wird, daß die Schneidkonturen durch Bewegung des Tischs T über einen geeigneten Antrieb in der x- und y-Richtung geschnitten oder geschweißt werden kann. Falls der Tisch T und damit das Werkstück feststehend ausgebildet werden, könnte auch die Fokussier-Optik bzw. der Umlenkspiegel und die Fokussier-Optik verändert werden, um den Laserstrahl L über das feststehende Werkstück W zu führen. Während des Bearbeitungsvorgangs ist es üblicherweise mehrfach erforderlich, die relative Zuordnung zwischen Werkstück W und darauf fo- kussiertem Laserstrahl L zu verändern. Während der Tisch T oder aber auch im Fall eines feststehenden Tischs die Fokussier-Optik F hierzu leer verfährt, wird herkömmlich die Laserleistung erniedrigt oder die Laserleistung wird über einen sogenannten "Shutter" bzw. Verschluß absorbiert. Diese Zeit geht der Produktionszeit verloren.
Um diese hier als Leerlaufzeit bezeichnete Zeit zu nutzen, und zwar für eine Gravur des Werkstücks W, wird in den Strahlengang zwischen dem Umlenkspiegel U und der Fokussier-Optik F ein kippbarer Spiegel K über einen geeigneten Antrieb Aκ eingeschwenkt, und zwar immer dann, wenn sich die Laser-Optik oder aber der Tisch in einer Brückenposition oder in der Phase eines Leerverfahrwegs befindet. Mit Hilfe des Kippspiegels K wird die gesamte Laserleistung seitlich in einen Scanner S eingespiegelt, wo er auf zwei in senkrecht zueinanderstehenden Richtungen, durch die Pfeile in der Figur angedeutet, positionierbaren Spiegeln Ss gelenkt wird. Bedingt durch die Spiegelbewegung ergibt sich eine überstreichbare Fläche auf der Arbeitsebene von ca. 600 x 600 mm. Diese Fläche kann nun in einer außerordentlich kurzen Zeit mit denen in einem PC verfügbaren Gravur-Informationen graviert werden. Dabei kann im Gegensatz zu dem Gravierprozeß in konventionellen Anlagen die volle Laserleistung verwendet werden, was wiederum die Zeitspanne für den Gravierprozeß erheblich reduziert. Das Steuersystem für den Laser bzw. für den in x- und y-Richtung bewegbaren Tisch besteht üblicherweise aus einer CNC-Steuerung oder aber aus einem PC. Das Steuerprogramm berechnet bereits im voraus, welche Kontur der Laserstrahl auf der zu bearbeitenden Fläche abfährt. Sie kann demzufolge auch die Phasen, in denen sich der Laser entweder auf einer Brückenposition oder auf einem Leerfahrweg befindet, vorausberechnen. Die Steuerung kennt außerdem im voraus, in welchem Teilbereich des gesamten Arbeitsbereichs sich zu diesem Zeitpunkt der Laser befindet. Diese Informationen werden an den separaten PC, der den Scanner ansteuert, weitergegeben, so daß rechtzeitig die Bildinformation, die auf diesen Teilbereich gescannt werden soll, in einen Zwischenspeicher abgelegt werden kann, um unmittelbar nach Einspiegeln des Laserstrahls in den Scanner S diese Bildinformation in dem Teilbereich des Werkstücks W einzugravieren. Auf diese Art und Weise wird statistisch gesehen der gesamte Bereich der Arbeitsfläche mit Teilbereichen, die vom Scanner abgedeckt werden, überstrichen. Für den Fall, daß Informationen in Bereiche gescannt werden sollen, die nicht im Rahmen des normalen Schneidprozesses abgedeckt werden, werden diese nach Beendigung des Schneidprozesses separat angefahren, um auch die letzten zuvor nicht erreichten Bereiche zu gravieren.
Falls die Obefläche der zu schneidenden Platte unter Umständen wesentlich größer ist, als die von dem Scanner auf einmal zu bestreichenden Fläche, wird das System mit der bewegten Optik bzw. der bewegten Tischoberfläche so verknüpft, daß die Gravur sequentiell in überlappenden Zonen erfolgt. Da der Sanner S bei Bestückung mit unterschiedlichen Linsen bzw. bei Gravieren auf Materialien mit unterschiedlichen Materialdicken auf die Oberfläche der zu gravierenden Platte fokussiert werden muß, sollte dieser mit der ohnehin in z-Richtung bewegbaren Optik F verbunden werden. Der Umlenkspiegel K, der den Strahl entweder durch die interne Optik F oder durch den Scanner S schicken soll, wird in dem Nozzelrohr untergebracht und wird dort über die Zentralsteuerung der Laseranlage angesteuert. Zur Steigerung der Effizienz sollen insbesondere die Leerfahrwege des Lasers, bei denen der Laserstrahl üblicherweise ausgeschaltet ist, für den Gravierprozeß verwendet werden, d.h. daß grundsätzlich der Laserstrahl während des Leerverfahrwegs nicht ausgeschaltet wird, sondern durch die Scanner-Optik Ss auf die Oberfläche gerichtet wird.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zum Herstellen einer Stanzform, insbesondere einer Stanzform für die Verpackungsindustrie, bei dem in einem Arbeitsvorgang mittels eines gerichteten Laserstrahls Nuten in ein Werkstück, insbesondere aus Holz, zur Aufnahme von Schneid- oder Rillenmesser geschnitten werden und bei dem in einem anderen Arbeitsvorgang mittels eines Laserstrahls vorgegebene Strukturen in die Oberfläche der Stanzform eingraviert werden, wobei zumindest ein Teil der Strukturen die Stanzform eindeutig identifizieren und/oder spezifizieren, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Unterbrechung des Arbeitsvorgangs des Schneidens der Nuten der für das Schneiden benutzte Laserstrahl mittels eines Hiifs-Umlenkspiegels in einen Scanner eingestrahlt wird und mittels des Scanners unter Führung dieses Laserstrahls während dieser Unterbrechung die Strukturen in die Oberfläche der herzustellenden Stanzform eingraviert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß während des Gra- vierens die Leistung des Laserstrahls verringert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Gravierens durch eine schnelle gesteuerte Ablenkung des Laserstrahls mittels des Scanners die mittlere Leistung des Laserstrahls pro Flächeneinheit eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die vorzunehmende Gravur in Struktur-Abschnitte unterteilt wird und die Gravur einzelner Struktur- Abschnitte während einer Umpositioinierung der relativen Zuordnung zwischen einer momentan bearbeiteten Stanzform und dem Laserstrahl bzw. der Laseranordnung einer momentan bearbeitetem Stanzform vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die vorzunehmende Gravur in Struktur-Abschnitte unterteilt wird und die Gravur einzelner Struktur- Abschnitte während einer Umpositionieumg von Laserstrahl bzw. Laseranordnung und momentan bearbeiteter Stanzform vorgenommen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzunehmende Gravur in Struktur-Abschnitte unterteilt wird und die Gravur einzelner Struktur- Abschnitte während einer Zuordnung einer Stanzform, die sich vor oder nach der zuletzt bearbeiteten Stanzform befindet, vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß während der Gravur die Bewegung des Laserstrahls und die Bewegung der Stanzform korreliert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Struktur-Daten und die Schneid-Daten in einer Rechen- und Steuereinheit gespeichert werden, der zeitliche und örtliche Schneidablauf analysiert wird, die Unterbrechungen des Nuten-Schneidens ermittelt werden, die Struktur-Daten anaylsiert und in Struktur-Abschnitte unterteilt werden und ein (oder mehrere) Struktur-Abschnitt(e) der (den) jeweiligen Unterbrechung(en) zugeordnet wird (werden).
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung des Schneidens einer Stanzform solche Struktur-Abschnitte, die noch nicht abgearbeitet sind, ausgeführt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierung des Laserstrahls zum Gravieren von Linien, die von einem Struktur-Abschnitt zu einen daran angrenzenden Struktur-Abschnitt verlaufen, an der Übergangsstelle zwischen diesen Struktur-Abschnitten angepaßt wird.
11. Vorrichtung zum Herstellen einer Stanzform, insbesondere einer Stanzform für die Verpackungsindustrie, bei der ein von einer Laseranordnung emittierter und mittels einer Optik auf ein Werkstück, insbesondere aus Holz, fokussierter Laserstrahl Nuten in das Werkstück zur Aufnahme von Schneid- oder Rillenmesser schneidet, wobei das Werkstück zur Identifizierung und/oder Spezifizierung mit vorgegebenen Strukturen graviert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein steuerbarer Scanner mit Spiegeln sowie ein Hilfs-Umlenkspiegel vorgesehen sind, wobei zum Eingravieren der vorgegebenen Strukturen in eine Oberfläche des Werkstücks der Hilfs-Umlenkspiegel den von der Laseranordnung emittierten Laserstrahl während einer Unterbrechnung des Schneidens zu dem Scanner führt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfs-Umlenkspiegel schwenkbar und/oder linear bewegbar in den Strahlengang des Laserstrahls hinein und aus diesem heraus angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfs-Umlenkspiegel in Strahlausbreitungsrichtung gesehen vor der Fokussieroptik angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Rechen- und Steuereinheit mit einer Speichereinheit vorgesehen ist, wobei in der Speichereinheit die Struktur-Daten und die Schneid-Daten gespeichert sind, und daß die Steuereinheit mit dem Hilfs-Umlenkspiegel und dem Scanner für deren Ansteuerung zur Durchführung eines Teilabschnitts der Gravur während einer Unterbrechung des Schneidens verbunden ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel des Scanners kontinuierlich entsprechend der Bewegung der Stanzform korreliert mitbewegbar angeordnet sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der Scanner in seinem Abstand zu der Werkstück-Oberfläche mit einer entsprechenden Änderung der Position der Fokussier-Optik mitveränderbar angeordnet ist.
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