WO2011134805A1 - Verfahren zur ermittlung der laser-bearbeitbarkeit von blechen, verfahren zum laserbearbeiten von blechen sowie anordnungen und computerprogrammprodukt zur durchführung der genannten verfahren - Google Patents

Verfahren zur ermittlung der laser-bearbeitbarkeit von blechen, verfahren zum laserbearbeiten von blechen sowie anordnungen und computerprogrammprodukt zur durchführung der genannten verfahren Download PDF

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sheet
plasma
laser
spectral analysis
laser beam
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Arnd Szelagowski
Tim Hesse
Mathias Schlotter
Markus Zimmermann
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Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to methods for determining the laser workability of sheets, wherein in one case the reflection behavior of a bending surface is determined.
  • the invention further relates to a method for laser machining of metal sheets.
  • the invention relates to analysis arrangements for determining the laser workability of sheets and an arrangement for laser machining of sheets.
  • a method and an analysis arrangement for determining the laser workability of sheets by determining the reflective behavior of a sheet metal surface are known from 3P 04 339 239 A.
  • This document also discloses a method and an arrangement for the laser machining of sheets.
  • a laser machine provided for the sheet metal processing, a laser beam is directed onto a sheet to be processed and then the light reflected on the sheet surface detected from the intensity of the reflected light on the Condition of the sheet and thus closed on the laser machinability.
  • the document US 2005/0061779 A1 discloses a method and an analysis arrangement for determining the laser workability of metal sheets, as well as a method and an arrangement for laser machining of metal sheets, in which case the reflection behavior of the sheet metal surface to be processed is not taken into account.
  • Plasma formed at the processing site of a laser beam is checked for chemical composition by spectral analysis. Findings about the penetration depth of the laser beam on the workpiece are obtained from the chemical composition of the plasma cloud. Depending on the penetration depth of the laser beam workpiece machining is controlled.
  • the object of the present invention is to optimize the prior art with regard to the determination of the laser machinability of sheets and to provide a correspondingly optimized method and a correspondingly optimized apparatus for laser machining of sheets.
  • the invention is not content with determining either only the reflection behavior of the surface or only the chemical composition of the material of a sheet to be processed. Rather, both procedures are combined.
  • the spectral analysis of the plasma produced is carried out at a time which follows the time of the beginning of the plasma formation in time.
  • the laser workability of the sheet in question gives rise to particularly reliable findings, which in turn can provide a particularly suitable basis for controlling the machining process.
  • the machining process can for example be adapted to changing surface conditions and / or changing material types of the sheets to be machined but also to batch or manufacturer-dependent material differences. From the material composition and the surface condition (rust, scale, paint layer, etc.) of the processed sheet but also only of the material composition alone, inter alia, the cutting quality in laser cutting influenced to a considerable extent. For laser cutting, the invention accordingly ensures an optimum cutting result.
  • the spectral analysis according to the invention can be carried out with conventional spectrometers, for example with the aid of grating spectrometers.
  • spectrometers for example with the aid of grating spectrometers.
  • superstructures made of suitable filters and sensors.
  • spectral analysis the electromagnetic radiation emitted by the generated plasma is decomposed into its spectral components and analyzed. Depending on the material composition, different spectral lines appear in the recorded spectra. From these Spektraliinien can be concluded on the chemical composition and, in turn, on the nature of the machined material. Materials that need to be worked extra frequently in operational practice are structural steel, stainless steel and aluminum alloys.
  • the plasma produced at a time subjected to a spectral analysis which chronologically follows the time of the beginning of the plasma formation, it is possible to obtain particularly reliable information about the chemical composition of the sheet in question.
  • Essential here is the mutual timing of the spectrometric image acquisition and the beginning of the plasma formation.
  • the beginning of Plasmabiidung falls in good approximation the beginning of the loading of the sheet by the plasma-generating laser beam together. It must be ensured that the plasma is detected spectrometrically at a time when it is in a meaningful state. For this purpose, for example, the time at which the laser beam leaves the laser beam source can be determined. Delayed in time then the spectrometric image acquisition of the generated plasma has to be done. The dimensioning of the time delay of the spectrometric image acquisition can be done experimentally. In a meaningful state, the generated plasma may be at about the time when the generated plasma cloud begins to collapse.
  • a CO 2 laser is particularly suitable for the method according to the invention as a laser beam source, because he can produce a particularly easy because of its time length plasma.
  • the methods can also be implemented with other types of lasers, in particular with solid-state lasers, which have also been increasingly used in the recent past for cutting applications (eg, disk lasers, fiber lasers, rod lasers, slab lasers).
  • the laser beam source must be operated in such a way that the formation of a meaningful plasma is ensured.
  • a plasma to be analyzed spectrally can be generated at any point of the sheet concerned.
  • At least one parameter of the subsequent laser processing of the sheet can then depending on the mean de certain material contents are determined. This procedure ensures analytical coverage of many areas of the sheet in question. Variations in the material composition occurring over the sheet are neutralized.
  • the method variant according to claim 3 is preferred, according to which the plasma is generated in a region of the sheet which forms a processing residue in the subsequent laser processing of the sheet. Due to this measure, the result of the subsequent laser processing remains unaffected by the preceding determination of the laser machinability of the sheet.
  • the laser beam can act on the sheet in question in different ways to produce a plasma to be analyzed.
  • that plasma is subjected to a spectral analysis which is generated during insertion of the laser beam into the metal sheet. Since the laser beam completely penetrates the sheet during piercing, the composition of the plasma cloud produced is particularly representative of the composition of the sheet metal material.
  • the cutting sheet metal processing by means of a laser beam often begins with a piercing process. If the plasma generated during the piercing process is used for spectral analysis, the determination of the laser workability of metal sheets can be optimally integrated into the cutting process.
  • the characterizing feature of claim 5 is provided in a preferred embodiment of the invention. Accordingly, the material content of the sheet of Fe and / or Al and / or alloy components and / or Si is determined by spectral analysis.
  • the combination of the determination of the reflection behavior of a sheet metal surface with the spectral analysis of the plasma produced from the material of a sheet can in many respects optimize the determination of the laser workability of sheets.
  • the findings which are obtained by determining the Refiexions s Blechoberfikiee, directly serve as a basis for establishing at least one parameter of the subsequent laser processing of the sheet.
  • the reflection behavior of the sheet surface can be determined before, simultaneously with or after the generation of the plasma to be analyzed spectrally.
  • the reflection behavior of the sheet surface is always determined prior to the generation of the plasma in the context of the method according to claim 7 of the invention. If a reflection behavior is detected, which indicates a coating of the sheet metal surface, then the sheet surface is subjected to a cleaning before the plasma is generated. As coverings of the sheet surface are in particular rust, scale or paint layers in question. The removal of any surface coverings ensures that the subsequently generated plasma contains only the material constituents of the sheet and not also constituents of the surface covering. A delay of plasma generation by covering the sheet surfaces is excluded. A particularly reliable statement about the reflection behavior of the sheet surface provides a spectral analysis carried out for this purpose (claim 8). The sheet surface is illuminated by a light source and the reflected light is detected by means of a spectrometer. From the spectrum obtained, the surface finish of the sheet can be derived.
  • a cleaning of the sheet surface by means of a laser beam can advantageously be generated by the same laser beam source as the laser beam for generating the plasma to be spectrally analyzed and / or as the laser beam for the subsequent laser processing of the sheet. With the aid of a laser beam, it is possible, for example, to evaporate deposits on the surface of the sheet metal.
  • the laser workability of a sheet is first determined before the sheet is subjected to the actual laser processing.
  • the laser machinability of the material of the sheet to produce a plasma The significance of the plasma depends to a considerable extent on the parameters of the plasma generation.
  • the parameters of the analysis purposes serving plasma generation for the subsequent laser processing of the sheet are not or only partially suitable. Therefore, claim 13 provides in development of the method according to the invention for the laser machining of sheets that one and the same parameters for the generation of the plasma to determine the laser machinability of the sheet and for the subsequent laser processing of the sheet is set differently.
  • claim 15 is provided in a preferred embodiment of the analysis arrangement according to claim 14 that the reflection behavior of the sheet surface and the plasma generated for determining the laser workability of sheets are analyzed by means of one and the same analysis device.
  • claim 18 is in the case of a preferred type of inventions to the invention arrangement for laser processing of sheets one and the same laser beam source for generating laser beams for analysis and for generating laser beams for the subsequent laser processing of the analyzed sheet.
  • 1 is a highly schematic representation of a first type of arrangement for laser machining of sheets with an analysis arrangement
  • Fig. 2 is a highly schematic representation of a second type of An
  • FIG. 3 is a diagram for illustrating the operation of the Ana lyse arrangements according to Figures 1 and 2 in the spectral analysis of a plasma material produced from sheet metal,
  • FIG. 5 shows the result of a determination of the chemical composition of different sheet materials carried out by means of the analysis arrangements according to FIGS. 1 and 2.
  • an arrangement 1 for laser processing, in particular for cutting metal sheets 2 comprises a laser processing device 3 and an analysis arrangement 4.
  • a laser beam source in the shown example case as CO 2 lasers executed laser cavity 5 of the laser processing apparatus 3 is a laser beam which is directed through a conventional beam guiding to a focusing element 6 in the interior of a cutting head of the laser processing apparatus 3, not shown in detail , From the focusing element 6, the laser beam astecsstrah! directed to the sheet 2.
  • the focusing element 6 and the cutting head of the laser processing device 3 and the sheet 2 are moved in the usual manner relative to each other.
  • the parameters of the cutting process are stored in a CNC control 7, which is provided as a programmable device control of the laser processing device 3.
  • Essential process parameters are, for example, the laser power, the cutting speed and the gas pressure of the cutting gas used.
  • the analysis arrangement 4 comprises a device 8 for determining the reflection adhesion of sheet metal surfaces and a spectral analysis device 9 for performing a spectral analysis of plasma which has been produced from sheet metal material.
  • a common analysis device of the device 8 and of the spectral analysis device 9 is formed by a spectrometer 10 and an evaluation unit 11 connected thereto.
  • the spectrometer 10 is a conventional grating spectrometer.
  • the evaluation unit 11 essentially comprises an evaluation computer and is connected to the CNC control 7 of the laser processing device 3.
  • the device 8 for determining the reflection behavior of sheet metal surfaces has a light source 12, an illumination light line formed by illumination fibers 13. ter and an observation fiber 14 running as an observation optical fiber. Near the sheet metal surface to be analyzed, the illumination fibers 13 and the observation fiber 14 are combined in a probe 15, on which the observation fiber 14 is arranged centrally and the illumination fibers 13 are arranged in satellite fashion around the observation fiber 14. In the view of the workpiece-side end face, the probe 15 is shown in Figure 1 bottom right.
  • the spectral analysis device 9 for performing a spectral analysis of previously generated plasma comprises an optical fiber 16 in addition to the spectrometer 10 and the evaluation unit 11 as a light guide.
  • the optical fiber 16 of the spectral analysis device 9 and the observation fiber 14 of the device 8 are measured in a fiber optic prior to reaching the spectrometer 10.
  • the functions of the analysis arrangement 4 are also controlled by the CNC
  • the reflection behavior of the surface of the sheet 2 by means of the device provided for this purpose is initially determined on the arrangement 1 according to FIG.
  • the Biechober configuration is irradiated to the probe 15 with white light, which comes from a Halogeniampe the light source 12 and passes through the illumination fibers 13 to the probe 15.
  • the light reflected from the sheet surface is detected by the observation fiber 14 of the device 8 and supplied to the spectrometer 10. There, a spectral analysis of the reflected light is performed and the analysis result is evaluated in the evaluation unit 11.
  • a line 18 illustrates the reflection
  • a line 19 shows the reflection behavior of a sheet surface with a coating in the form of a rough scale layer
  • a line 20 the reflection behavior of a sheet surface with a smooth scale layer
  • a line 21 the reflection behavior of a corroded sheet surface.
  • the corrosion behavior of said bending surfaces is set in relation to the reflection behavior of the reference surface of a silver plane mirror.
  • a reflection behavior is detected by the device 8, which indicates the presence of a surface provided with a coating sheet, so for example, a reflection behavior according to one of the lines 19, 20, 21, so causes the CNC controller 7 that the laser processing device 3 performs a cleaning process .
  • the laser processing device 3 is operated with a laser power which is reduced compared to the laser power for cutting sheet metal processing. With such reduced power, the laser beam generated by the laser resonator 5 moves the contaminated sheet surface to remove the surface covering.
  • the second analysis step for determining the laser processability of the sheet 2 namely the spectral analysis of a plasma produced from sheet material
  • the second analysis step can be initiated without any problem.
  • the success of the cleaning process is checked.
  • the reflection behavior of the bending surface is again determined by means of the device 8 and with the desired behavior, i. compared with the reflection behavior of a bare metallic sheet surface according to line 18 in Figure 3.
  • the sheet surface may be subjected to further purification before the plasma to be spectrally analyzed is generated.
  • the CNC control 7 defines the process parameters in such a way that a plasma suitable for analysis purposes is formed at the puncture resistance.
  • a power measuring device 23 with high temporal resolution is installed on a rearview mirror 22 of the laser resonator 5.
  • the power measuring device 23 the laser power is measured.
  • the power measuring device 23 can detect the point in time at which a laser beam emerges from the laser resonator 5, which operates in a pulsating manner in the illustrated example.
  • This information is forwarded by the power measuring device 23 to a delay generator 24, which activates the spectrometer 10 for image acquisition with a previously set time delay with respect to the exit time of the laser beam at the laser resonator 5.
  • a signal can be tapped which marks exactly the starting time of the laser beam or laser pulse.
  • the signal defines the time from which the time delay of the spectral image acquisition starts.
  • the spectrometer 10 detects the plasma formed by the laser beam on the sheet 2 and indicated in Figure 3 as a cloud only at a time at which reliable information about the chemical composition of the sheet metal material can be taken from the plasma. For example, the spectrometric detection of the plasma to Time of collapse of the plasma cloud generated and thereby at the time at which the irradiation of the sheet 2 ends with the laser beam.
  • the spectrometer 10 If the spectrometer 10 is activated, it detects the plasma generated from the material of the sheet 2 via the optical fiber 16 ending near the sheet surface. The light emitted by the plasma is analyzed in the spectrometer 10 and the analysis result is evaluated by the evaluation unit 11. The exemplary result of such an evaluation is shown in FIG.
  • the CNC 7 defines the parameters for the cutting process following the analysis.
  • the cutting process can be connected directly to the used for analysis piercing the laser beam in the sheet 2.
  • a plasma to be spectrally analyzed is also generated on an arrangement 50 sketched in FIG. 2 for the laser processing of metal sheets 2.
  • the arrangement 50 shown in FIG. 2 differs by an analysis arrangement 54.
  • the arrangement 50 agrees with the arrangement 1 in construction and mode of operation.
  • the same reference numerals are used in Figures 1 and 2.
  • the analysis arrangement 54 does not have a device for determining the reflection behavior of sheet metal surfaces. Accordingly, in the determination of the laser workability of a sheet 2 to be processed or in the laser processing of a sheet 2, the reflection behavior of the bending surface is not considered on the assembly 50. Nevertheless, the parameters of the cutting sheet metal processing are also excellently matched to the arrangement 50 of the chemical composition of the sheet material. This is ensured by the fact that the analysis arrangement 54, in particular its spectral analysis device 9, detects the plasma produced from material of a bend 2 at a time which follows the time of commencement of the plasma formation, for example at a point in time which the plasma collapses.
  • the result of the spectral analysis performed by means of the spectral analysis device 9 of the analysis arrangement 54 basically corresponds to the analysis result illustrated in FIG.

Abstract

Im Rahmen eines Verfahrens zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen (2) wird das Reflexionsverhalten der Oberfläche des betreffenden Bleches (2) bestimmt und zusätzlich aus Werkstoff des Bleches (2) mittels eines Laserstrahls ein Plasma erzeugt und dieses einer Spektralanalyse unterzogen. Durch die Spektralanalyse der Gehalt des Blechwerkstoffs an wenigstens einem für die Bearbeitbarkeit des Bleches (2) relevanten Werkstoffbestandteil derart bestimmt, dass in Abhängigkeit von dem bestimmten Werkstoffgehalt zumindest ein Parameter einer späteren Laserbearbeitung des Bleches (2) festlegbar ist. In dem zweitgenannten Fall wird das erzeugte Plasma einer Spektralanalyse zu einem Zeitpunkt unterzogen, welcher dem Zeitpunkt des Beginns der Plasmabildung nachfolgt. Eine Analyse -Anordnung (4) zur Durchführung des eingangs erstgenannten Verfahrens ist auch in dieser Anmeldung beschrieben.

Description

Verfahren zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen, Verfahren zum
Laserbearbeiten von Blechen sowie Anordnungen und Computerprogrammpro- dukt zur Durchführung der genannten Verfahren
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen, wobei in einem Fall das Reflexionsverhalten einer Biechoberfläche bestimmt wird.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Laserbearbeiten von Blechen.
Schließlich betrifft die Erfindung Analyse-Anordnungen zur Ermittlung der Laser- Bearbeitbarkeit von Blechen und eine Anordnung zum Laserbearbeiten von Blechen.
Ein Verfahren sowie eine Analyse-Anordnung zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen unter Bestimmung des Reflexionsverhaltens einer Blechoberfläche sind bekannt aus 3P 04 339 239 A. Diese Druckschrift offenbart außerdem ein Verfahren und eine Anordnung zum Laserbearbeiten von Blechen. An einer für die Blechbearbeitung vorgesehenen Lasermaschine wird ein Laserstrahl auf ein zu bearbeitendes Blech gerichtet und das daraufhin an der Blechoberfläche reflektierte Licht erfasst Aus der Intensität des reflektierten Lichtes wird auf die Beschaffenheit des Bleches und damit auf dessen Laser-Bearbeitbarkeit geschlossen.
Aus der Druckschrift US 2005/0061779 A1 sind ein Verfahren und eine Analyse- Anordnung zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen sowie ein Verfahren und eine Anordnung zum Laserbearbeiten von Blechen bekannt, im Falle derer das Reflexionsverhalten der zu bearbeitenden Blechoberfläche nicht berücksichtigt wird. An der Bearbeitungsstelle eines Laserstrahls gebildetes Plasma wird durch Spektralanalyse auf seine chemische Zusammensetzung überprüft. Aus der chemischen Zusammensetzung der Plasmawolke werden Erkenntnisse über die Eindringtiefe des Laserstrahls an dem Werkstück gewonnen. In Abhängigkeit von der Eindringtiefe des Laserstrahls wird die Werkstückbearbeitung gesteuert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Stand der Technik hinsichtlich der Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen zu optimieren und ein entsprechend optimiertes Verfahren sowie eine entsprechend optimierte Vorrichtung zum Laserbearbeiten von Blechen bereitzustellen.
Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch die Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1, 10 und 12 sowie durch die Anordnungen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 14, 16 und 17 und durch das Computerprogrammprodukt gemäß Patentanspruch 19.
Zum einen begnügt sich die Erfindung nicht damit, entweder nur das Reflexionsverhalten der Oberfläche oder nur die chemische Zusammensetzung des Werkstoffs eines zu bearbeitenden Bleches zu bestimmen. Vielmehr werden beide Verfahrensweisen miteinander kombiniert.
Zum andern wird in Fällen, in denen das Reflexionsverhalten der Oberfläche des zu bearbeitenden Bleches unberücksichtigt bleibt, die Spektralanalyse des erzeugten Plasmas zu einem Zeitpunkt vorgenommen, welcher dem Zeitpunkt des Beginns der Plasmabildung zeitlich nachfolgt. In beiden Fällen lassen sich über die Laser- Bearbeitbarkeit des betreffenden Bleches besonders zuverlässige Erkenntnisse gewinnen, die dann wiederum eine besonders geeignete Grundlage für die Steuerung des Bearbeitungsprozesses bieten können. Der Bearbeitungsprozess kann beispielsweise auf wechselnde Oberflächenverhältnisse und/oder auf sich ändernde Werkstoff arten der zu bearbeitenden Bleche aber auch auf Chargen- oder herstellerabhängige Werkstoffunterschiede abgestimmt werden. Von der Materialzusammensetzung und von der Oberflächenbeschaffenheit (Rost-, Zunder-, Lackschicht, etc.) des bearbeiteten Bleches aber auch nur von der Materialzusammensetzung allein wird u.a. die Schnittqualität beim Laserschneiden in erheblichem Maße beeinflusst. Für das Laserschneiden gewährleistet die Erfindung dementsprechend ein optimales Schneidergebnis.
Die erfindungsgemäße Spektralanalyse Iässt sich mit herkömmlichen Spektrome- tern, beispielsweise mit Hilfe von Gitterspektrometern, durchführen. Alternativ denkbar sind Aufbauten aus geeigneten Filtern und Messaufnehmern.
Bei der Spektralanalyse wird die von dem erzeugten Plasma ausgehende elektromagnetische Strahlung in ihre spektralen Bestandteile zerlegt und analysiert. In den aufgenommenen Spektren treten je nach Werkstoffzusammensetzung verschiedene Spektrallinien auf. Aus diesen Spektraliinien kann auf die chemische Zusammensetzung und darüber wiederum auf die Art des bearbeiteten Werkstoffes geschlossen werden. Materialien, die in der betrieblichen Praxis besonders häufig bearbeitet werden müssen sind Baustahl, Edelstahl und Aluminiumlegierungen.
Wird das erzeugte Plasma zu einem Zeitpunkt einer Spektralanalyse unterzogen, welcher dem Zeitpunkt des Beginns der Plasmabildung zeitlich nachfolgt, so lassen sich besonders zuverlässige Informationen über die chemische Zusammensetzung des betreffenden Bleches gewinnen. Wesentlich ist dabei die gegenseitige zeitliche Abstimmung der spektrometrischen Bildaufnahme und des Beginns der Plasmabildung. Der Beginn der Plasmabiidung fällt in guter Näherung mit dem Beginn der Beaufschlagung des Bleches durch den plasmaerzeugenden Laserstrahl zusammen. Es muss gewährleistet werden, dass das Plasma zu einem Zeitpunkt spektrometrisch erfasst wird, zu welchem es sich in einem aussagefähigen Zustand befindet, Zu diesem Zweck kann beispielsweise der Zeitpunkt ermittelt werden, zu welchem der Laserstrahl die Laserstrahlquelle verlässt. Zeitlich verzögert hat dann die spektrometrische Bildaufnahme des erzeugten Plasmas zu erfolgen. Die Bemessung der zeitlichen Verzögerung der spektrometri- schen Bildaufnahme kann experimentell erfolgen. In einem aussagefähigen Zustand kann sich das erzeugte Plasma etwa zu dem Zeitpunkt befinden, zu welchem die erzeugte Plasmawolke zu kollabieren beginnt.
Ein CO2-Laser eignet sich für die erfindungsgemäßen Verfahren besonders als Laserstrahlquelle, weil er aufgrund seiner Weilenlänge ein Plasma besonders ein fach erzeugen kann. Die Verfahren lassen sich aber auch mit anderen Laserbauarten, insbesondere mit Festkörperlasern umsetzen, die in der jüngeren Vergangenheit auch für Schneidanwendungen verstärkt eingesetzt werden (z. B. Schei- benlaser, Faserlaser, Rodlaser, Slablaser). In jedem Fall muss die Laserstrahlquelle derart betrieben werden, dass die Bildung eines aussagefähigen Plasmas gewährleistet ist.
Besondere Ausführungsarten der Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1, 10 und 12 sowie der Anordnungen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 14, 16 und 17 ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 9, 11, 13, 15 und 18.
Grundsätzlich kann im Falle der Erfindung ein spektral zu analysierendes Plasma an jeder beliebigen Stelle des betreffenden Bleches erzeugt werden. Es besteht beispielsweise die Möglichkeit, das Plasma an unterschiedlichen Stellen des Bleches zu generieren und im Rahmen der Spektralanalyse jedes erzeugte Plasma einer Spektralanalyse zu unterziehen und bei jeder Spektralanalyse den Werk- stoffgehait an dem oder den für die Bearbeitbarkeit des Bleches relevanten Werkstoffbestandteilen zu bestimmen. Zumindest ein Parameter der späteren Laserbearbeitung des Bleches kann dann in Abhängigkeit von dem Mittelwert de bestimmten Werkstoffgehalte festgelegt werden. Diese Vorgehensweise gewährleistet eine analytische Erfassung vieler Bereiche des betreffenden Bleches. Über das Blech auftretende Schwankungen der Werkstoffzusammensetzung werden neutralisiert.
Erfindungsgemäß bevorzugt wird die Verfahrensvariante gemäß Patentanspruch 3, wonach das Plasma in einem Bereich des Bleches erzeugt wird, der bei der späteren Laserbearbeitung des Bleches einen Bearbeitungsrest bildet. Aufgrund dieser Maßnahme bleibt das Ergebnis der späteren Laserbearbeitung von der dieser vorausgehenden Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit des Bleches unbeeinträchtigt.
Erfindungsgemäß kann der Laserstrahl zur Erzeugung eines zu analysierenden Plasmas auf unterschiedliche Art und Weise auf das betreffende Blech einwirken. Bevorzugtermaßen wird ausweislich Patentanspruch 4 dasjenige Plasma einer Spektralanalyse unterzogen, das beim Einstechen des Laserstrahls in das Blech erzeugt wird . Da der Laserstrahl das Blech beim Einstechen vollständig durchdringt, ist die Zusammensetzung der erzeugten Plasmawolke für die Zusammensetzung des Blech-Werkstoffes besonders repräsentativ. Zudem beginnt die schneidende Blechbearbeitung mittels eines Laserstrahls häufig mit einem Einstechvorgang. Wird das bei dem Einstechvorgang erzeugte Plasma für die Spektralanalyse genutzt, so lässt sich die Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen optimal in den Schneidprozess integrieren .
Es ist denkbar, dass zum vollständigen Einstechen mehrere Laserpulse benötigt werden. In diesem Fall kann bei jedem Laserpuls eine Materialanalyse des Blech- Werkstoffs durchgeführt werden. Die einzelnen Analyse-Ergebnisse können ge- mittelt werden, oder die Parameter der späteren Laserbearbeitung werden anhand desjenigen Analyse-Ergebnisses definiert, welches zu den konservativsten Bearbeitungsparametern führt.
Unterschiedliche chemische Elemente wirken sich unterschiedlich stark auf die Laser-Bearbeitbarkeit eines Bleches aus. Im Interesse einer Vereinfachung der durchzuführenden Spektralanalyse sowie der Auswertung des Analyseergebnisses ist es empfehlenswert, sich bei der Spektralanalyse auf den Werkstoffgehalt ausgewählter chemischer Elemente zu konzentrieren. In diesem Fall muss kein breit- bandiges Spektrum erfasst und analysiert werden. Vor diesem Hintergrund ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung das kennzeichnende Merkmal von Patentanspruch 5 vorgesehen. Demnach wird durch Spektralanalyse der Werkstoffgehalt des Bleches an Fe und/oder an AI und/oder an Legierungskomponenten und/oder an Si bestimmt.
Die Kombination der Bestimmung des Refiexionsverhaltens einer Blechoberfläche mit der Spektralanalyse des aus Werkstoff eines Bleches erzeugten Plasmas kann in mehrerlei Hinsicht die Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen optimieren.
Gemäß Patentanspruch 6 dienen die Erkenntnisse, welche durch die Bestimmung des Refiexionsverhaltens der Blechoberfiäche gewonnen werden, unmittelbar als Grundlage für die Festlegung zumindest eines Parameters der späteren Laserbearbeitung des Bleches. Zu diesem Zweck kann das Reflexionsverhalten der Blechoberfläche vor, zeitgleich mit oder nach der Erzeugung des spektral zu analysierenden Plasmas ermittelt werden.
Hiervon abweichend wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Patentanspruch 7 das Reflexionsverhalten der Blechoberfläche stets vor der Erzeugung des Plasmas bestimmt. Wird dabei ein Reflexionsverhalten festgestellt, das auf einen Belag der Blechoberfiäche hinweist, so wird die Blechoberfläche einer Reinigung unterzogen, ehe das Plasma erzeugt wird. Als Beläge der Blechoberfläche kommen insbesondere Rost-, Zunder- oder Lackschichten in Frage. Durch die Entfernung etwaiger Oberflächenbeläge wird sichergestellt, dass das anschließend erzeugte Plasma lediglich die Werkstoffbestandteile des Bleches und nicht auch noch Bestandteile des Oberflächenbelages beinhaltet. Eine Verzögerung der Plasmaerzeugung durch Beläge der Blechoberflächen ist ausgeschlossen. Eine besonders zuverlässige Aussage über das Reflexionsverhalten der Blechoberfläche bietet eine zu diesem Zweck durchgeführte Spektralanalyse (Patentanspruch 8). Dabei wird die Blechoberfläche mittels einer Lichtquelle beleuchtet und das reflektierte Licht wird mittels eines Spektrometers erfasst. Aus dem erhaltenen Spektrum kann die Oberflächenbeschaffenheit des Bleches abgeleitet werden.
Zur Reinigung der Blechoberfläche bieten sich erfindungsgemäß unterschiedliche Möglichkeiten. Bevorzugt wird gemäß Patentanspruch 9 eine Reinigung der Blechoberfläche mittels eines Laserstrahls. Dieser Laserstrahl kann vorteilhafterweise durch dieselbe Laserstrahlquelle erzeugt werden wie der Laserstrahl zur Erzeugung des spektral zu analysierenden Plasmas und/oder wie der Laserstrahl für die spätere Laserbearbeitung des Bleches. Mithilfe eines Laserstrahls können Beläge der Blechoberfläche beispielsweise abgedampft werden.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Laserbearbeiten von Blechen wird zunächst die Laser-Bearbeitbarkeit eines Bleches ermittelt, ehe das Blech der eigentlichen Laserbearbeitung unterzogen wird. Bei der Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit ist aus Werkstoff des Bleches ein Plasma zu erzeugen. Die Aussagekraft des Plasmas hängt in erheblichem Maße von den Parametern der Plasmaerzeugung ab. Es besteht aber die Möglichkeit, dass die Parameter der Analysezwecken dienenden Plasmaerzeugung für die nachfolgende Laserbearbeitung des Bleches nicht oder nur bedingt geeignet sind. Deshalb sieht Patentanspruch 13 in Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Laserbearbeiten von Blechen vor, dass ein und derselbe Parameter für die Erzeugung des Plasmas zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit des Bleches und für die spätere Laserbearbeitung des Bleches unterschiedlich festgelegt wird.
Gemäß Patentanspruch 15 ist in bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Analyse-Anordnung nach Patentanspruch 14 vorgesehen, dass das Reflexionsverhalten der Blechoberfläche und das zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen erzeugte Plasma mittels ein und derselben Analyseeinrichtung analysiert werden . Ausweislich Patentanspruch 18 dient im Falle einer bevorzugten Bauart der erfin dungsgemäßen Anordnung zum Laserbearbeiten von Blechen ein und dieselbe Laserstrahlquelle zur Erzeugung von Laserstrahlen zu Analysezwecken und zur Erzeugung von Laserstrahlen für die spätere Laserbearbeitung des analysierten Bleches.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand beispielhafter schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen ;
Fig. 1 eine stark schematisierte Darstellung einer ersten Bauart einer Anordnung zum Laserbearbeiten von Blechen mit einer Analyse- Anordnung,
Fig. 2 eine stark schematisierte Darstellung einer zweiten Bauart einer An
Ordnung zum Laserbearbeiten von Blechen mit einer Analyse- Anordnung,
Fig. 3 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Ana lyse-Anordnungen gemäß den Figuren 1 und 2 bei der Spektralanalyse eines aus Blechwerkstoff erzeugten Plasmas,
Fig. 4 das Ergebnis einer mittels der Analyse-Anordnung gemäß Figur 1 durchgeführten Bestimmung des Reflexionsverhaltens unterschiedli cher Blechoberflächen und
Fig. 5 das Ergebnis einer mittels der Analyse-Anordnungen gemäß den Figuren 1 und 2 durchgeführten Bestimmung der chemischen Zusammensetzung unterschiedlicher Blechwerkstoffe.
Gemäß Figur 1 umfasst eine Anordnung 1 zum Laserbearbeiten, insbesondere zum Schneiden von Blechen 2, eine Laserbearbeitungsvorrichtung 3 sowie eine Analyse-Anordnung 4. Zum schneidenden Bearbeiten des Bleches 2 erzeugt eine Laserstrahlquelle, im gezeigten Beispielsfall ein als CO2-Laser ausgeführter Laserresonator 5 der Laserbearbeitungsvorrichtung 3 einen Laserstrahl, der über eine herkömmliche Strahlführung zu einem Fokussierelement 6 im Innern eines nicht im Einzelnen gezeigten Schneidkopfs der Laserbearbeitungsvorrichtung 3 gelenkt wird. Von dem Fokussierelement 6 aus wird der Laserstrahl als Bearbeitungsstrah! auf das Blech 2 gerichtet. Zur Erzeugung des gewünschten Schnittverlaufs werden das Fokussierelement 6 bzw. der Schneidkopf der Laserbearbeitungsvorrichtung 3 und das Blech 2 in üblicher Weise relativ zueinander bewegt.
Die Parameter des Schneidprozesses sind in einer CNC-Steuerung 7 hinterlegt, die als programmierbare Vorrichtungssteuerung der Laserbearbeitungsvorrichtung 3 vorgesehen ist. Wesentliche Prozessparameter sind beispielsweise die Laserleistung, die Schneidgeschwindigkeit sowie der Gasdruck des verwendeten Schneidgases.
Die Parameter der schneidenden Laserbearbeitung des Bleches 2 werden im Vorfeld des eigentlichen Schneidprozesses mit Hilfe der Analyse-Anordnung 4 festgelegt. Zu diesem Zweck umfasst die Analyse-Anordnung 4 eine Vorrichtung 8 zur Bestimmung des Reflexionsverhaftens von Blechoberflächen sowie eine Spektralanalysevorrichtung 9 zur Durchführung einer Spektralanalyse von Plasma, das aus Blechwerkstoff erzeugt worden ist. Eine gemeinsame Analyseeinrichtung der Vorrichtung 8 sowie der Spektralanalysevorrichtung 9 wird von einem Spektrometer 10 sowie einer daran angeschlossenen Auswerteeinheit 11 gebildet. Bei dem Spektrometer 10 handelt es sich um ein herkömmliches Git- terspektrometer. Die Auswerteeinheit 11 umfasst im Wesentlichen einen Auswerterechner und ist mit der CNC-Steuerung 7 der Laserbearbeitungsvorrichtung 3 verbunden.
Zusätzlich zu dem Spektrometer 10 und der Auswerteeinheit 11 weist die Vorrichtung 8 zur Bestimmung des Reflexionsverhaltens von Blechoberflächen eine Lichtquelle 12, einen von Beleuchtungsfasern 13 gebildeten Beleuchtungslichtlei- ter und einen als Beobachtungsfaser 14 ausgeführten Beobachtungslichtleiter auf. Nahe der zu analysierenden Blechoberfläche sind die Beleuchtungsfasern 13 und die Beobachtungsfaser 14 in einer Sonde 15 zusammengefasst, an welcher die Beobachtungsfaser 14 zentral angeordnet ist und die Beleuchtungsfasern 13 satellitenartig um die Beobachtungsfaser 14 herum angeordnet sind. In der Ansicht auf die werkstückseitige Stirnfläche ist die Sonde 15 in Figur 1 unten rechts dargestellt.
Die Spektralanalysevorrichtung 9 zur Durchführung einer Spektralanalyse von zuvor erzeugtem Plasma umfasst zusätzlich zu dem Spektrometer 10 und der Auswerteeinheit 11 als Lichtleiter eine Lichtleitfaser 16. Die Lichtleitfaser 16 der Spektralanalysevorrichtung 9 und die Beobachtungsfaser 14 der Vorrichtung 8 werden vor Erreichen des Spektrometers 10 in einem Faser-Combiner 17 zusammengeführt,
Auch die Funktionen der Analyse-Anordnung 4 werden durch die CNC- Steuerung
7 gesteuert. Zu diesem Zweck läuft auf der CNC-Steuerung 7 ein entsprechendes Computerprogramm ab.
Zur Festlegung der Parameter des an dem Blech 2 durchzuführenden Schneidprozesses wird an der Anordnung 1 gemäß Figur 1 zunächst das Reflexionsverhalten der Oberfläche des Bleches 2 mittels der hierfür vorgesehenen Vorrichtung
8 bestimmt. Zu diesem Zweck wird die Biechoberfläche an der Sonde 15 mit weißem Licht bestrahlt, das aus einer Halogeniampe der Lichtquelle 12 stammt und durch die Beleuchtungsfasern 13 zu der Sonde 15 gelangt. Das von der Blechoberfläche reflektierte Licht wird durch die Beobachtungsfaser 14 der Vorrichtung 8 erfasst und dem Spektrometer 10 zugeführt. Dort wird eine Spektralanalyse des reflektierten Lichtes durchgeführt und das Analyseergebnis wird in der Auswerteeinheit 11 ausgewertet.
Das beispielhafte Ergebnis einer mittels der Vorrichtung 8 durchgeführten Bestimmung des Refiexionsverhaltens unterschiedlicher Blechoberflächen ist in Figur 4 dargestellt. In dieser Abbildung veranschaulichen eine Linie 18 das Reflexi- onsverha!ten einer blanken metallischen Blechoberfläche, eine Linie 19 das Re- flexionsverhalten einer Blechoberfläche mit einem Belag in Form einer rauen Zunderschicht, eine Linie 20 das Reflexionsverhalten einer Blechoberfläche mit einer glatten Zunderschicht und eine Linie 21 das Reflexionsverhalten einer korrodierten Blechoberfläche. Dabei ist in dem angegebenen Wellenlängenbereich das Korrosionsverhalten der genannten Biechoberflächen ins Verhältnis gesetzt zu dem Reflexionsverhalten der Referenzoberfiäche eines Silber-Planspiegels.
Wird mittels der Vorrichtung 8 ein Reflexionsverhalten festgestellt, welches auf das Vorliegen einer mit einem Belag versehenen Blechoberfläche hinweist, also beispielsweise ein Reflexionsverhalten gemäß einer der Linien 19, 20, 21, so veranlasst die CNC-Steuerung 7, dass die Laserbearbeitungsvorrichtung 3 einen Reinigungsprozess durchführt. Zur Reinigung der mit einem Belag versehenen Biechoberfläche werden durch die CNC-Steuerung 7 die dort hinterlegten Prozessparameter entsprechend vorgegeben. Insbesondere wird die Laserbearbei- tungsvorrichtung 3 mit einer Laserleistung betrieben, die gegenüber der Laserleistung zur schneidenden Blechbearbeitung reduziert ist. Bei derart reduzierter Leistung fährt der von dem Laserresonator 5 erzeugte Laserstrahl die verunreinigte Blechoberfläche zum Entfernen des Oberflächenbelages ab.
Nach Beendigung des Reinigungsprozesses kann ohne Weiteres der zweite Ana- lyseschritt zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit des Bleches 2, nämlich die Spektralanalyse eines aus Blechwerkstoff erzeugten Plasmas, eingeleitet werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass vor dem Einleiten des zweiten Analyseschrittes zunächst der Erfolg des Reinigungsprozesses überprüft wird , Zu diesem Zweck wird mittels der Vorrichtung 8 erneut das Reflexionsverhalten der Biechoberfläche bestimmt und mit dem Soll-Verhalten, d.h. mit dem Reflexionsverhalten einer blanken metallischen Blechoberfläche gemäß Linie 18 in Figur 3 verglichen. Erforderlichenfalls kann die Blechoberfläche einer weiteren Reinigung unterzogen werden, ehe das spektral zu analysierende Plasma erzeugt wird.
Im zweiten Analyseschritt wird nach der vorstehend beschriebenen Bestimmung des Reflexionsverhaltens der Blechoberfläche aus Werkstoff des Bleches 2 ein P!asma erzeugt. Die Piasmaerzeugung erfolgt mittels eines Laserstrahls, der in dem gezeigten Beispielsfail ebenso wie der Laserstrahl für die spätere schneidende Biechbearbeitung durch den Laserresonator 5 erzeugt wird und der in das Blech 2 einsticht. Für den Einstechvorgang definiert die CNC-Steuerung 7 die Prozessparameter derart, dass an der Einstichsteife ein für Analysezwecke geeignetes Plasma gebildet wird.
Erfahrungsgemäß steht ein aussagefähiges Plasma an der Einstichstelle des Laserstrahls nicht bereits unmittelbar mit Beginn des Einstechvorgangs zur Verfügung. Dieser Umstand ist bei der Steuerung des Spektrometers 10 zur Spektralanalyse des erzeugten Plasmas zu berücksichtigen. Eine hierfür bestehende Möglichkeit ist in Figur 3 skizziert.
Gemäß Figur 3 ist an einem Rückspiegel 22 des Laserresonators 5 eine Leistungsmesseinrichtung 23 mit hoher zeitlicher Auflösung installiert. Mittels der Leistungsmesseinrichtung 23 wird die Laserleistung gemessen. Dadurch kann die Leistungsmesseinrichtung 23 den Zeitpunkt erfassen, zu welchem ein Laserstrahl aus dem im dargestellten Beispielsfail pulsierend betriebenen Laserresonator 5 austritt. Diese Information gibt die Leistungsmesseinrichtung 23 an einen Delay- generator 24 weiter, der mit einer zuvor eingestellten zeitlichen Verzögerung gegenüber dem Austrittszeitpunkt des Laserstrahls an dem Laserresonator 5 das Spektrometer 10 für eine Bildaufnahme aktiviert.
Alternativ kann in der Steuerung des Laserresonators 5 ein Signal abgegriffen werden, das exakt den Startzeitpunkt des Laserstrahls bzw. Laserpulses markiert. Das Signal definiert den Zeitpunkt, ab welchem die zeitliche Verzögerung der spektralen Bildaufnahme läuft.
In beiden Fällen erfasst das Spektrometer 10 das von dem Laserstrahl an dem Blech 2 gebildete und in Figur 3 als Wolke angedeutete Plasma erst zu einem Zeitpunkt, zu welchem dem Plasma zuverlässige Informationen über die chemische Zusammensetzung des betreffenden Blechwerkstoffes entnommen werden können. Beispielsweise erfolgt die spektrometrische Erfassung des Plasmas zum Zeitpunkt des Kollabierens der erzeugten Plasmawolke und dabei zu demjenigen Zeitpunkt, zu welchem die Bestrahlung des Bleches 2 mit dem Laserstrahl endet.
Ist das Spektrometer 10 aktiviert, so erfasst es das aus Werkstoff des Bleches 2 erzeugte Plasma über die nahe der Blechoberfläche endende Lichtleitfaser 16. Das von dem Plasma emittierte Licht wird in dem Spektrometer 10 analysiert und das Analyseergebnis wird durch die Auswerteeinheit 11 ausgewertet. Das beispielhafte Ergebnis einer derartigen Auswertung ist in Figur 5 dargestellt.
Gemäß Figur 5 lassen sich anhand des Ergebnisses einer mittels der Spektralana- lysevorrichtung 9 durchgeführten Spektralanalyse Bleche aus Aluminium, aus Edelstahl (Cr-Ni-Stahl) und aus Baustahl zuverlässig voneinander unterscheiden. Nachdem die Blechoberfläche zuvor von etwaigen Belägen gereinigt worden ist, gibt das Ergebnis der Spektralanalyse des an dem Blech 2 erzeugten Piasmas die tatsächliche chemische Zusammensetzung des Bleches 2 exakt wieder,
Auf der Grundlage des Ergebnisses der Spektralanalyse des an dem Blech 2 erzeugten Plasmas definiert die CNC-Steuerung 7 die Parameter für den sich an die Analyse anschließenden Schneidprozess. In dem gezeigten Beispielsfall kann sich der Schneidprozess unmittelbar an das zu Analysezwecken genutzte Einstechen des Laserstrahls in das Blech 2 anschließen.
Anhand eines Analyseergebnisses der in Figur 5 dargestellten Art werden für die eigentliche Blechbearbeitung unterschiedliche Parameter vorgegeben, je nachdem ob es sich bei dem zu bearbeitenden Blech um ein Blech aus Aluminium, aus Cr-Ni-Stahl oder aus Baustahl handelt. Für alle diese Werkstoffarten sind in der CNC-Steuerung 7 Parametersätze für die schneidende Blechbearbeitung hinterlegt.
Innerhalb der Parametersätze für die einzelnen Werkstoffarten ist in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung der jeweiligen Werkstoffart eine weitere Differenzierung möglich. Beispielsweise können in der CNC-Steuerung 7 für Blech aus Baustahl je nach Kupfer- und/oder je nach Siliziumgehalt des Bau- Stahls unterschiedliche Parametersätze hinterlegt sein und bei der Blechbearbeitung zur Anwendung kommen.
Abweichend von der vorstehend beschriebenen Verfahrensweise besteht die Möglichkeit, die mittels der Vorrichtung 8 gewonnenen Erkenntnisse über das Reflexionsverhalten der untersuchten Biechoberflächen unmittelbar zur Festlegung von Parametern des späteren Schneidprozesses zu nutzen. In diesem Fall ergänzen sich die mit Hilfe der Vorrichtung 8 und die mit Hilfe der Spektralanalysevor- richtung 9 erlangten Informationen über die Beschaffenheit des Bieches 2.
Ein spektral zu analysierendes Plasma wird auch an einer in Figur 2 skizzierten Anordnung 50 zum Laserbearbeiten von Blechen 2 erzeugt. Von der Anordnung 1 gemäß Figur 1 unterscheidet sich die in Figur 2 dargestellte Anordnung 50 durch eine Analyse-Anordnung 54. Im Übrigen stimmt die Anordnung 50 mit der Anordnung 1 in Aufbau und Funktionsweise überein. Für einander entsprechende Bauteile werden in den Figuren 1 und 2 die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Anders als die Analyse-Anordnung 4 der Anordnung 1 verfügt die Analyse-Anordnung 54 nicht über eine Vorrichtung zur Bestimmung des Reflexionsverhaltens von Blechoberflächen. Dementsprechend wird an der Anordnung 50 bei der Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit eines zu bearbeitenden Bleches 2 bzw. beim Laserbearbeiten eines Bleches 2 das Reflexionsverhalten der Biechoberfläche nicht berücksichtigt. Gleichwohl sind auch an der Anordnung 50 die Parameter der schneidenden Blechbearbeitung hervorragend auf die chemische Zusammensetzung des Blechwerkstoffes abgestimmt. Hierfür sorgt der Umstand, dass die Analyse-Anordnung 54, im Einzelnen deren Spektralanalysevorrichtung 9, das aus Werkstoff eines Bieches 2 erzeugte Plasma stets zu einem Zeitpunkt detek- tiert, welcher dem Zeitpunkt des Beginns der Plasmabildung zeitlich nachfolgt, beispielsweise zu einem Zeitpunkt, zu welchem das Plasma kollabiert. Spektral analysiert wird folglich stets ein Plasma, das eine besondere Aussagekraft hinsichtlich der Materialzusammensetzung des betreffenden Bleches 2 besitzt. Dass die Piasmadetektion zu einem geeigneten Zeitpunkt erfolgt, wird dadurch sichergestellt, dass auch die Analyse-Anordnung 54 der Anordnung 50 gemäß Figur 3 aufgebaut und gesteuert ist. Auch für die Analyse-Anordnung 54 gelten dementsprechend die vorstehenden Ausführungen zu Figur 3.
Das Ergebnis der mittels der Spektralanalysevorrichtung 9 der Analyse-Anordnung 54 durchgeführten Spektralanalyse entspricht grundsätzlich dem in Figur 5 veranschaulichten Analyseergebnis.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Biechen (2), wobei das Reflexionsverhalten einer Blechoberfläche bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
zusätzlich zu der Bestimmung des Reflexionsverhaltens der Blechoberfläche aus Werkstoff des betreffenden Bleches (2) mitteis eines Laserstrahls ein Plasma erzeugt wird und dass das erzeugte Plasma einer Spektralana- iyse unterzogen wird, im Rahmen derer der Gehalt des Werkstoffs an wenigstens einem für die Bearbeitbarkeit des Bleches (2) relevanten Werkstoffbestandteil derart bestimmt wird, dass in Abhängigkeit von dem bestimmten Werkstoffgehalt zumindest ein Parameter einer späteren Laserbearbeitung des Bleches (2) festlegbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erzeugte Plasma einer Spektralanalyse zu einem Zeitpunkt unterzogen wird, welcher dem Zeitpunkt des Beginns der Plasmabildung zeitlich nachfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Plasma in einem Bereich des Bleches (2) erzeugt wird, der bei der späteren Laserbearbeitung des Bleches (2) einen Bearbeitungsrest bildet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma, das beim Einstechen des Laserstrahls in das Blech (2) erzeugt wird, einer Spektralanalyse unterzogen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Spektralanalyse der Werkstoffgehait des Bleches (2) an Fe und/oder an AI und/oder an Legierungskomponenten und/oder an Si bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionsverhaiten der Blechoberfläche derart bestimmt wird, dass in Abhängigkeit von dem bestimmten Reflexionsverhaiten zumindest ein Parameter einer späteren Laserbearbeitung des Bleches (2) festlegbar ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionsverhaiten der Blechoberfläche vor der Erzeugung des Plasmas bestimmt wird und dass bei einem auf einen Belag der Blechoberfläche hinweisenden Reflexionsverhaiten die Blechoberfläche einer Reinigung unterzogen wird, ehe das Plasma erzeugt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionsverhaiten der Blechoberfläche durch eine Spektralanalyse bestimmt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechoberfläche einer Reinigung mittels eines Laserstrahls unterzogen wird, vorzugsweise mittels eines Laserstrahls, der von derselben Laserstrahlquelle (5) stammt wie der Laserstrahl zur Erzeugung des Plasmas.
10. Verfahren zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen (2), wobei aus Werkstoff eines Bleches (2) mittels eines Laserstrahls ein Plasma erzeugt wird, welches einer Spektralanalyse unterzogen wird, im Rahmen derer der Gehalt des Werkstoffs an wenigstens einem für die Bearbeitbar- keit des Bleches (2) relevanten Werkstoffbestandteü derart bestimmt wird, dass in Abhängigkeit von dem bestimmten Werkstoffgehalt zumindest ein Parameter einer späteren Laserbearbeitung des Bleches (2) festlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
das erzeugte Plasma einer Spektralanalyse zu einem Zeitpunkt unterzogen wird, welcher dem Zeitpunkt des Beginns der Plasmabildung zeitlich nachfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die kennzeichnenden Merkmaie wenigstens eines der Ansprüche 3 bis 5.
12. Verfahren zum Laserbearbeiten von Blechen (2),
dadurch gekennzeichnet, dass
vor einer späteren Laserbearbeitung eines Bleches (2) zunächst dessen Laser-Bearbeitbarkeit nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10, 11 ermittelt wird und dass in Abhängigkeit von dem dabei bestimmten Werkstoff- gehalt zumindest ein Parameter der späteren Laserbearbeitung des Bleches (2) festgelegt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein und derselbe Parameter für die Erzeugung des Plasmas zur Ermittlung der Laser- Bearbeitbarkeit des Bleches (2) und für die spätere Laserbearbeitung des Bleches (2) unterschiedlich festgelegt wird.
14. Analyse-Anordnung zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen (2), mit einer Laserstrahlqueile (5) zur Erzeugung eines Laserstrahls sowie mit einer Vorrichtung (8) zur Bestimmung des Reflexionsverhaltens von Blechoberflächen,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Laserstrahl unter Erzeugung eines Plasmas aus Werkstoff des betreffenden Bleches (2) auf das Blech (2) richtbar ist und dass eine Spektraf- analysevorrichtung (9) zur Durchführung einer Spektralanalyse des erzeugten Plasmas vorgesehen ist, mittels derer der Gehalt des Werkstoffs an wenigstens einem für die Bearbeitbarkeit des Bleches (2) relevanten Werkstoffbestandteil derart bestimmbar ist, dass in Abhängigkeit von dem bestimmten Werkstoffgehait zumindest ein Parameter der späteren Laserbearbeitung des Bleches (2) festlegbar ist.
15. Analyse-Anordnung nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (8) zur Bestimmung des Reflexionsverhaltens von Blechoberflächen eine Analyseeinrichtung (10, 11) umfasst und dass diese Analyseeinrichtung (10, 11) gleichzeitig als Anaiyseeinrichtung ( 10, 11) zur Durchführung der Spektralanalyse des erzeugten Plasmas vorgesehen ist.
16. Analyse-Anordnung zur Ermittlung der Laser-Bearbeitbarkeit von Blechen (2), mit einer Laserstrahlquelle (5) zur Erzeugung eines Laserstrahls, der unter Erzeugung eines Plasmas aus Werkstoff des betreffenden Bleches (2) auf das Blech (2) richtbar ist sowie mit einer Spektralanalysevorrichtung (9) zur Durchführung einer Spektralanalyse des erzeugten Plasmas, wobei mittels der Spektralanalysevorrichtung (9) der Gehalt des Werkstoffs an wenigstens einem für die Bearbeitbarkeit des Bleches (2) relevanten Werkstoffbestandteil derart bestimmbar ist, dass in Abhängigkeit von dem bestimmten Werkstoffgehalt zumindest ein Parameter der späteren Laserbearbeitung des Bleches (2) festlegbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels der Spektralanalysevorrichtung (9) die Spektralanalyse des erzeugten Plasmas zu einem Zeitpunkt durchführbar ist, welcher dem Zeitpunkt des Beginns der Plasmabildung nachfolgt,
17. Anordnung zum Laserbearbeiten von Blechen (2),
gekennzeichnet durch
eine Analyse-Anordnung (4, 54) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16 sowie durch eine Laserbearbeitungsvorrichtung (3) zur späteren Laserbearbeitung von Blechen (2), wobei die Laserbearbeitungsvorrichtung (3) eine programmierbare Vorrichtungssteuerung (7) aufweist, mittels derer die spätere Laserbearbeitung anhand zumindest eines Parameters steuerbar ist, der in Abhängigkeit von dem mittels der Analyse-Anordnung (4, 54) bestimmten Werkstoffgehalt festgelegt worden ist.
18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Laserstrahiquelle (5) der Analyse-Anordnung (4, 54) eine Laserstrahlquelle (5) der Laserbearbeitungsvorrichtung (3) vorgesehen ist, mittels derer ein La serstrahl für die spätere Laserbearbeitung des Bleches (2) erzeugbar ist.
19. Computerprogrammprodukt, welches Codemittel aufweist, die zum Durchführen aller Schritte eines Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13 angepasst sind, wenn das Programm auf einer Datenverarbei tungsanlage abläuft.
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