WO2018196927A1 - Verfahren zum überwachten laserschneiden für metallische werkstücke - Google Patents

Verfahren zum überwachten laserschneiden für metallische werkstücke Download PDF

Info

Publication number
WO2018196927A1
WO2018196927A1 PCT/DE2018/100408 DE2018100408W WO2018196927A1 WO 2018196927 A1 WO2018196927 A1 WO 2018196927A1 DE 2018100408 W DE2018100408 W DE 2018100408W WO 2018196927 A1 WO2018196927 A1 WO 2018196927A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cutting
workpiece
contour
actual
laser beam
Prior art date
Application number
PCT/DE2018/100408
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Langebach
Frank Schmieder
Christian Doering
Original Assignee
Jenoptik Automatisierungstechnik Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jenoptik Automatisierungstechnik Gmbh filed Critical Jenoptik Automatisierungstechnik Gmbh
Publication of WO2018196927A1 publication Critical patent/WO2018196927A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting

Definitions

  • Laser cutting processes are subject to a large number of influencing factors which can influence the penetration of a laser beam through a workpiece and the quality of the separating cut resulting therefrom.
  • These influencing factors are e.g. Variations in the output laser power of the radiation generator, focus position fluctuations of the laser beam and contamination of optical components that affect the energy input into the workpiece or inaccuracies in the beam guide, which lead to deviations of the actual sectional contour of the separation section of a desired - sectional contour.
  • the separating cut is used to cut out a workpiece part, referred to below as cutting stock, it may happen that the cutting piece is not completely removed because the separating cut either does not completely sever the workpiece completely or if the cutting contour is closed, the actual cutting contour does not form a closed contour.
  • DE 20 2010 017 944 U1 discloses a machine tool with a sensor which passes over the area above the hole to be formed either during the cutting of the hole or thereafter.
  • a touch sensor can be guided along the cutting edge. The formation of the breakthrough is detected shortly before the end of the cutting, when the remaining connection between the remaining workpiece and the Cutting edge was reduced so much that the cutting piece performs a tilting movement relative to the workpiece surface of the remaining workpiece.
  • the distance between the sensor and the cutting piece is detected capacitively or by the application of cutting gas and thus checked whether the cutting piece is still within the workpiece.
  • DE 101 20 251 A1 discloses a method for monitoring a laser processing process to be performed on a workpiece, in which process radiation is coupled out of an interaction region from a working beam path and guided onto a spatially resolving receiver arrangement.
  • a laser cutting method is known from EP 1 886 757 A1, in which the cutting method is monitored by means of a thermal imaging camera. The thermal imaging camera detects radiation from an interaction zone of the laser beam with the workpiece. On the basis of the thermal image can be concluded, inter alia, on an incomplete cutting of the workpiece during the cutting process.
  • the radiation detected during the inspection may optionally be process light generated in the interaction zone between the laser beam and the cutting edge, generated heat radiation, but also laser radiation reflected back from the cutting nozzle.
  • laser radiation both the Processing laser radiation or other laser radiation can be used.
  • the methods of the prior art differ in whether the execution of a complete separating cut and the detachment of a cutting stem during the cutting process are monitored or controlled according to the cutting process.
  • the object of the invention is to find a method for the supervised laser cutting of metallic workpieces, in which it is determined immediately before the end of the process whether a cutting slug has been completely cut out and has fallen out of the workpiece.
  • This object is achieved for a method according to the preamble of claim 1, characterized in that the processing laser beam is guided after complete guidance along the actual cutting contour along a running in the interior of the actual cutting contour outlet path, wherein from a sudden decrease in the case detected intensity, can be closed on the fallen cutting slugs, if the sudden decrease exceeds a defined jump height.
  • the processing laser beam is switched off after a longer period of time than this is necessary for cutting an actual cutting contour, which can differ from the nominal cutting contour, taking into account all tolerances of the process parameters tolerances.
  • the processing laser beam is guided into the interior of the actual cutting contour, a possible damage to the workpiece is secured secured and at the same time it is checked whether the Schneidbutzen has dropped out.
  • the control is tact time neutral, that is, the cutting process is not extended by the control.
  • the defined jump height is determined in previous experiments, in which a process sequence according to claim 1 is performed on the same workpieces with the same process parameters.
  • Fig. 1 b a workpiece with a closed actual sectional contour with outlet piece
  • Fig. 2 intensity profile of a reflected beam portion of the processing radiation over the beam duration of the cutting process.
  • the invention relates to a method for the monitored cutting out of a cutting tool 2 from a metallic workpiece 1.
  • a machining laser beam 3 is directed onto a workpiece surface 1 .1 of the workpiece 1 and guided along an actual cutting contour 4.
  • the actual sectional contour 4 is either a circumference of the Schneidbutzens 2 descriptive, closed Contour, as shown for example in Fig. 1 b, or a common with a workpiece edge 1 .2 of the workpiece 1, the circumference of the Schneidbutzens 2 descriptive, open contour, as shown for example in Fig. 1a. Due to the tolerances of the process parameters during cutting, such as guide accuracy and cutting speed, the actual cutting contour 4 deviates from a predetermined desired cutting contour.
  • the machining laser beam 3 is guided along the actual cutting contour 4, a separating cut 5 is formed in the workpiece 1, by means of which the cutting edge 2 bounded by the actual cutting contour 4 is continuously removed from the workpiece 1.
  • the intensity I of a beam portion of the processing laser beam 3 reflected from the workpiece surface 1 .1 is detected over the beam duration T.
  • the value of the intensity I changes, in each case depending on the state of the workpiece surface 1 .1 at the respective current processing location.
  • the values of the intensity I above a second tolerance range 82 lie around the third intensity value l 3, which indicates that the cutting slug has not been completely dissolved out.
  • any fluctuations in process parameters such as the laser power, the focus position or the degree of contamination in the beam path of the laser beam, the detected intensity I at a time ti, or at a processing location, on the at the time ti the processing laser beam 3 is directed, from the first intensity value h to the second intensity value I2 for the first time abruptly when the processing laser beam 3 pierces the workpiece 1, and then over the length of the actual cutting contour 4 within the width of the first tolerance range ⁇ to the first Intensity value h are when the separating cut 5 continuously penetrates the workpiece 1 completely.
  • the width of the first tolerance range ⁇ depends on the permissible fluctuations of the process parameters, in which the separating cut 5 still completely penetrates the workpiece 1.
  • cutting tests are advantageously carried out on a plurality of similar workpieces.
  • the process parameters are selectively varied within the possible fluctuation ranges, and the detected second intensity values I 2 are stored over the jet duration T, as far as the cutting tests have each led to a complete separation cut 5 penetrating the workpiece 1.
  • the second intensity values I2 obtained in this case are used to determine the width of the first tolerance range ⁇ and an upper limit of the first tolerance range.
  • the intensity values I 2 are each assigned to a processing location along the actual sectional contour 4 with a separating cut 5 that completely penetrates the workpiece 1. If the intensity I at at least one of these processing locations is above the upper limit of the tolerance range, this is an indication that at this point the separating cut 5 does not completely penetrate the workpiece 1.
  • Outlet path 4.1 is performed, see Fig. 1a and Fig. 1 b.
  • the detected intensity I decreases abruptly a second time.
  • the detected intensity I increases to the third intensity value l3, which is detected when the machining laser beam 3 is quasi guided into a hole.
  • an intensity value can be detected, e.g. due to reflections on a workpiece holder.
  • the intensity I also decreases abruptly, albeit with a smaller jump height, if the cutting slug 2 in the workpiece 1 remains tilted.
  • the defined jump height hd can be determined by previous experiments, which is a sure indication that the cutting slug 2 has fallen out.
  • the width of a second tolerance range 82 which lies around the second intensity value I2 which is detected when the processing laser beam 3 is guided along the outlet path .4.1 with the cutting slug 2 detached out, is determined beforehand.
  • the width of the second tolerance range 82 also depends on the permissible fluctuations of the process parameters.
  • cutting tests are advantageously carried out on a multiplicity of identical workpieces.
  • the process parameters are selectively varied within the possible fluctuation ranges and the detected third intensity values I3 stored, as far as in the cutting tests of Schneidbutzen 2 has dropped out.
  • the second intensity values I2 obtained in this case are used to determine the width of the second tolerance range 82 and an upper limit of the second tolerance range.
  • the defined jump height hd at which one can safely assume that the cutting slug 2 has fallen out results from the difference between the upper limit of the tolerance range for the second intensity value l 2, ie a maximum second intensity value l 2 and the lower limit of the tolerance range for the third intensity value I3, that is, a minimum third intensity value I3.
  • the defined jump height hd can also be determined without prior determination of the tolerance ranges for the second and third intensity values I2, I3 from the different second and third intensity values I2 obtained for the individual workpieces , I3 can be determined directly. This can e.g. by averaging in each case for the first and the second intensity values I2, I3 and a subsequent difference or a quotient formation. Statistically, the standard deviation and the variance can be determined, which flow into the allowable width of the second and first tolerance range ⁇ - ⁇ , ⁇ 2.
  • the inventive method comprises a multiple control of the result of the process, while ensuring over the beam duration T, that the processing laser beam 3 is not switched off before the complete cutting of a nominal sectional contour tolerances conditional deviating actual cutting contour 4. With the method according to the invention is still determined during the implementation of the method, if the cutting piece 2 was completely dissolved out of the workpiece 1.
  • the separating cut 5 completely penetrates the workpiece 1 along the entire actual sectional contour 4. It can also be concluded that, in the case of a closed nominal sectional contour, the actual sectional contour 4 also represents a closed contour. At the same time, it can also be ascertained from the intensity profile I where, where appropriate, the separating cut 5 has not completely penetrated the workpiece 1 along the actual cutting contour 4. It is clear to the person skilled in the art that, strictly speaking, the intensity profile I in a detector used for the detection generates a signal curve correlated therewith and correctly starts from an evaluation of the signal profile in order to monitor the cutting process. However, it is not uncommon and supports a simpler description if the monitoring process is represented by the detected quantity, here the intensity I.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Verfahren zum überwachten Ausschneiden eines Schneidbutzens (2) aus einem metallischen Werkstück (1), bei dem ein Bearbeitungslaserstrahl (3) auf eine Werkstückoberfläche (1.1) des Werkstückes (1) gerichtet und entlang einer Ist-Schnittkontur (4) geführt wird, die toleranzbedingt von einer Soll-Schnittkontur abweicht, und ein Trennschnitt (5) in dem Werkstück (1) ausgebildet wird. Nach vollständiger Führung entlang der Ist-Schnittkontur (4) wird der Bearbeitungslaserstrahl (3) entlang eines in das Innere der Ist-Schnittkontur (4) verlaufenden Auslaufweges (4.1) geführt. Dabei nimmt die während des Verfahrens detektierte Intensität (I) eines reflektierten Strahlanteils des Bearbeitungslaserstrahl (3) mit einer definierten Sprunghöhe (hd) sprunghaft ab, wenn der Schneidbutzen (2) aus dem Werkstück (1) herausgefallen ist.

Description

Verfahren zum überwachten Laserschneiden für metallische Werkstücke
Laserschneidverfahren unterliegen einer Vielzahl von Einflussfaktoren, die die Durchdringung eines Laserstrahls durch ein Werkstück und die Qualität des damit entstehenden Trennschnittes beeinflussen können. Diese Einflussfaktoren sind z.B. Schwankungen der abgegebenen Laserleistung des Strahlungsgenerators, Fokuslagenschwankungen des Laserstrahls und Verschmutzungen von Optikbauteilen, die den Energieeintrag in das Werkstück beeinflussen oder Ungenauigkeiten in der Strahlführung, die zu Abweichungen der Ist - Schnittkontur des Trennschnittes von einer Soll - Schnittkontur führen.
Dient der Trennschnitt dem Herausschneiden eines Werkstückteiles, nachfolgend Schneidbutzen genannt, kann es aufgrund der vorgenannten Einflussfaktoren dazu kommen, dass der Schneidbutzen nicht vollständig herausgelöst wird, weil der Trennschnitt entweder das Werkstück nicht durchgängig vollständig durchtrennt oder bei einer geschlossenen Soll - Schnittkontur die Ist - Schnittkontur keine geschlossene Kontur bildet.
Wird erst in nachfolgenden Bearbeitungsverfahren festgestellt, dass der Schneidbutzen nicht herausgelöst wurde, kann das zu erheblichen Störungen des nachfolgenden Verfahrensablaufes führen, weshalb es im Stand der Technik eine Vielzahl von Bemühungen gibt das Laserschneidverfahren zu überwachen oder das Schnittergebnis zu kontrollieren, bevor das Werkstück einem nachfolgenden Bearbeitungsverfahren zugeführt wird.
Bei der DE 10 2004 030 716 A1 wird nach dem Schneidverfahren über einen Sensor, der bevorzugt ein Reflexionssensor sein soll, kontrolliert, ob der Schneidbutzen aus dem Werkstück herausgefallen ist.
Die DE 20 2010 017 944 U1 offenbart eine Werkzeugmaschine mit einem Sensor, der den Bereich oberhalb des zu bildenden Loches entweder während des Schneidens des Loches oder danach überfährt. Beim Überfahren des Werkstückes während des Schneidens kann z.B. ein Tastsensor entlang der Schnittkante geführt werden. Das Ausbilden des Durchbruches wird kurz vor dem Ende des Schneidens detektiert, wenn die verbleibende Verbindung zwischen dem verbleibenden Werkstück und dem Schneidbutzen so stark reduziert wurde, dass der Schneidbutzen gegenüber der Werkstückoberfläche des verbleibenden Werkstückes eine Kippbewegung durchführt. In einer Weiterbildung des Verfahrens wird der Abstand zwischen dem Sensor und dem Schneidbutzen kapazitiv oder durch das Aufbringen von Schneidgas erfasst und so geprüft, ob sich der Schneidbutzen noch innerhalb des Werkstückes befindet.
Die DE 101 20 251 A1 offenbart ein Verfahren zur Überwachung eines an einem Werkstück durchzuführenden Laserbearbeitungsprozesses bei dem Prozessstrahlung aus einem Wechselwirkungsbereich aus einem Arbeitsstrahlengang ausgekoppelt wird und auf eine ortsauflösende Empfängeranordnung geführt wird. Aus der EP 1 886 757 A1 ist ein Laserschneidverfahren bekannt, bei dem mittels einer Wärmebildkamera das Schneidverfahren überwacht wird. Die Wärmebildkamera detektiert Strahlung aus einer Wechselwirkungszone des Laserstrahls mit dem Werkstück. Anhand des Wärmebildes kann unter anderem auf ein nicht vollständiges Durchtrennen des Werkstückes während des Schneidverfahrens geschlossen werden.
Aus der DE 10 2004 041 935 B4 ist eine Vorrichtung bekannt, mit der aus einer Wechselwirkungszone zwischen Laserbearbeitungsstrahl und Werkstück kommende Strahlung auf einer bildgebenden Empfängeranordnung scharf abgebildet wird. Damit kann der Bearbeitungsprozess an einem Monitor beobachtet oder aber für eine spätere Auswertung aufgezeichnet werden.
Aus der DE 10 201 1 004 1 17 A1 ist ein Kontrollverfahren bekannt, bei dem nach einem Schneidverfahren der vollständige Freischnitt eines Schneidbutzens kontrolliert wird. Dazu wird ein Laserstrahl auf eine Stelle in das durch den Freischnitt gebildete Loch gerichtet und geprüft, ob eine Strahlung detektiert werden kann, was gegebenenfalls dafür spricht, dass der Schneidbutzen noch im Loch gehalten wird. Diese Prüfung kann zu jeder Zeit nach dem Schneidverfahren durchgeführt werden, das heißt es können erst alle Freischnitte an einem Werkstück hergestellt und dann alle überprüft werden.
Die bei der Überprüfung detektierte Strahlung kann gegebenenfalls in der Wechselwirkungszone zwischen Laserstrahl und Schneidbutzen erzeugtes Prozesslicht, generierte Wärmestrahlung, aber auch vom Schneidbutzen zurückreflektierte Laserstrahlung sein. Als Laserstrahlung kann sowohl die Bearbeitungslaserstrahlung oder aber auch eine andere Laserstrahlung verwendet werden.
In der vorbenannten DE 10 201 1 004 1 17 A1 ist darüber hinaus eine Vorrichtung offenbart, mit der auch der Laserschneidprozess selbst, bei dem ein Schnittspalt im Werkstück gebildet wird, überwacht werden kann. Zur Überwachung während des Schneidprozesses ist nur ausgeführt, dass die von einem Detektor gemessene Intensität mittels einer Auswerteeinrichtung ausgewertet wird, mit der auch nach Abschluss des Laserschneidens kontrolliert werden kann, ob der Schneidbutzen vollständig freigeschnitten wurde und sich aus dem Werkstück gelöst hat.
Die Verfahren des Standes der Technik unterscheiden sich zum einen darin, ob die Ausführung eines vollständigen Trennschnittes und des Herauslösen eines Schneidbutzens während des Schneidverfahrens überwacht oder nach dem Schneidverfahren kontrolliert wird.
Alle Verfahren, mit denen eine nachträgliche Kontrolle erfolgt, haben den Nachteil, dass die Kontrolle einen zusätzliche Zeit in Anspruch nehmenden technologischen Schritt erfordert.
Bei den bekannten Verfahren, die während des Schneidverfahrens die Schnittbildung überwachen, wird hauptsächlich eine während des Schneidprozesses im Bearbeitungsbereich generierte Prozessstrahlung von einem ortsaufgelösten Empfänger detektiert. Es ist fraglich, ob mit derartigen Verfahren auch überwacht wird, ob der Schneidbutzen tatsächlich aus dem Werkstück herausgefallen ist. Hinweise darauf wurden in den genannten Publikationen nicht gefunden. Darüber hinaus verlangen diese Verfahren ortsaufgelöste Empfänger, die in der Regel deutlich kostenintensiver als Einzelempfänger sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum überwachten Laserschneiden von metallischen Werkstücken zu finden, bei dem unmittelbar vor Ende des Verfahrens festgestellt wird, ob ein Schneidbutzen vollständig ausgeschnitten wurde und aus dem Werkstück herausgefallen ist. Diese Aufgabe wird für ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass der Bearbeitungslaserstrahl nach vollständiger Führung entlang der Ist-Schnittkontur entlang eines in das Innere der Ist-Schnittkontur verlaufenden Auslaufweges geführt wird, wobei aus einer sprunghaften Abnahme der dabei detektierten Intensität, auf den herausgefallenen Schneidbutzen geschlossen werden kann, wenn die sprunghafte Abnahme eine definierte Sprunghöhe überschreitet. Dabei wird der Bearbeitungslaserstrahl nach einer längeren Strahldauer abgeschaltet, als diese für das Schneiden einer Ist-Schnittkontur notwendig ist, die unter Beachtung aller Toleranzen der Prozessparameter von der Soll-Schnittkontur toleranzbedingt abweichen kann. Indem der Bearbeitungslaserstrahl in das Innere der Ist-Schnittkontur geführt wird, wird eine mögliche Beschädigung des Werkstückes gesichert ausgeschlossen und gleichzeitig wird kontrolliert, ob der Schneidbutzen herausgefallen ist. Die Kontrolle ist taktzeitneutral, dass heißt das Schneidverfahren verlängert sich durch die Kontrolle nicht.
Vorteilhaft wird in vorherigen Versuchen, in denen an gleichen Werkstücken mit gleichen Verfahrensparametern ein Verfahrensablauf gemäß Anspruch 1 durchgeführt wird, die definierte Sprunghöhe ermittelt.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert werden.
Hierzu zeigen:
Fig. 1 a ein Werkstück mit einer offenen Ist-Schnittkontur mit Auslaufstück,
Fig. 1 b ein Werkstück mit einer geschlossenen Ist-Schnittkontur mit Auslaufstück und
Fig. 2 Intensitätsverlauf eines reflektierten Strahlanteils der Bearbeitungsstrahlung über die Strahldauer des Schneidprozesses.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum überwachten Ausschneiden eines Schneidbutzens 2 aus einem metallischen Werkstück 1 . Dabei wird ein Bearbeitungslaserstrahl 3 auf eine Werkstückoberfläche 1 .1 des Werkstückes 1 gerichtet und entlang einer Ist-Schnittkontur 4 geführt. Die Ist-Schnittkontur 4 ist entweder eine den Umfang des Schneidbutzens 2 beschreibende, geschlossene Kontur, wie z.B. in Fig. 1 b gezeigt, oder eine gemeinsam mit einer Werkstückkante 1 .2 des Werkstückes 1 , den Umfang des Schneidbutzens 2 beschreibende, offene Kontur, wie z.B. in Fig. 1a gezeigt. Die Ist-Schnittkontur 4 weicht bedingt durch die Toleranzen der Prozessparameter während des Schneidens, wie Führungsgenauigkeit und Schnittgeschwindigkeit, von einer vorgegebenen Soll-Schnittkontur ab.
Während der Bearbeitungslaserstrahl 3 entlang der Ist-Schnittkontur 4 geführt wird, bildet sich ein Trennschnitt 5 in dem Werkstück 1 aus, durch den der von der Ist- Schnittkontur 4 begrenzte Schneidbutzen 2 aus dem Werkstück 1 kontinuierlich heraustrennt wird. Gleichzeitig wird, wie in Fig. 2 dargestellt, über die Strahldauer T die Intensität I eines von der Werkstückoberfläche 1 .1 reflektierten Strahlanteils des Bearbeitungslaserstrahls 3 detektiert. Dabei ändert sich der Wert der Intensität I, jeweils abhängig vom Zustand der Werkstückoberfläche 1 .1 am jeweils aktuellen Bearbeitungsort. Schwankungen und Toleranzen vernachlässigend, sind für die Überwachung des Schneidprozesses drei Intensitätswerte von Interesse, nämlich ein erster Intensitätswert h, der detektiert wird, bis der Bearbeitungslaser das Werkstück 1 erstmalig vollständig durchdringt, ein zweiter Intensitätswert I2, der detektiert wird, solange ein das Werkstück 1 vollständig durchdringender Trennschnitt 5 erzeugt wird, und ein dritter Intensitätswert I3, der detektiert wird, wenn am Bearbeitungsort, kein Material des Werkstückes 1 mehr vorhanden ist.
Entsprechend lässt sich aus dem Verlauf der Intensität I, über die Strahldauer T, aus den ortsaufgelösten Intensitätswerten schließen, ob ein vollständig das Werkstück 1 durchdringender Trennschnitt 5 über die gesamte Ist-Schnittkontur 4 erzeugt wurde. Jedem Zeitpunkt t, an dem während der Strahldauer T ein Intensitätswert detektiert wird, kann ein Bearbeitungsort entlang der Ist-Schnittkontur 4 zugeordnet werden. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Intensitätsverlauf liegen die Werte der Intensität an den Bearbeitungsorten, an denen der Trennschnitt 5 hergestellt wird, jeweils innerhalb eines ersten Toleranzbereiches δι um den zweiten Intensitätswert I2, was darauf hinweist, dass der Trennschnitt vollständig durch das Werkstück 1 hindurch geht. Entlang eines Auslaufweges 4.1 , zu dem an späterer Stelle näher ausgeführt wird, liegen die Werte der Intensität I oberhalb eines zweiten Toleranzbereiches 82 um den dritten Intensitätswert l3, was darauf hinweist, dass der Schneidbutzen nicht vollständig herausgelöst wurde. Unabhängig von der Reflektivität der Werkstückoberfläche 1 .1 , eventuellen Schwankungen von Prozessparametern wie der Laserleistung, der Fokuslage oder des Verschmutzungsgrades im Strahlengang des Laserstrahls, nimmt die detektierte Intensität I zu einem Zeitpunkt ti, bzw. an einem Bearbeitungsort, auf den zu dem Zeitpunkt ti der Bearbeitungslaserstrahl 3 gerichtet ist, von dem ersten Intensitätswert h auf den zweiten Intensitätswert I2 erstmalig sprunghaft ab, wenn der Bearbeitungslaserstrahl 3 das Werkstück 1 durchstößt, und wird dann über die Länge der Ist-Schnittkontur 4 innerhalb der Breite des ersten Toleranzbereiches δι um den ersten Intensitätswert h liegen, wenn der Trennschnitt 5 kontinuierlich das Werkstück 1 vollständig durchdringt. Die Breite des ersten Toleranzbereiches δι hängt von den zulässigen Schwankungen der Prozessparameter ab, bei denen der Trennschnitt 5 immer noch vollständig das Werkstück 1 durchdringt. Um die Breite des ersten Toleranzbereiches δι im Voraus des Verfahrens zu bestimmen, werden vorteilhaft Schneidversuche an einer Vielzahl gleichartiger Werkstücke durchgeführt. Vorteilhaft werden dabei die Prozessparameter gezielt innerhalb der möglichen Schwankungsbereiche variiert und die detektierten zweiten Intensitätswerte I2 über die Strahldauer T abgespeichert, soweit die Schneidversuche jeweils zu einem vollständigen das Werkstück 1 durchdringenden Trennschnitt 5 geführt haben. Die hierbei gewonnenen zweiten Intensitätswerte I2 werden zur Ermittlung der Breite des ersten Toleranzbereiches δι und einer oberen Grenze des ersten Toleranzbereiches herangezogen. Die Intensitätswerte I2 werden jeweils einem Bearbeitungsort entlang der Ist-Schnittkontur 4 mit einem vollständig das Werkstück 1 durchdringenden Trennschnitt 5 zugeordnet. Liegt die Intensität I an wenigstens einem dieser Bearbeitungsorte oberhalb der oberen Grenze des Toleranzbereiches ist das ein Hinweis dafür, dass an dieser Stelle der Trennschnitt 5 das Werkstück 1 nicht vollständig durchdringt.,
Würde man das Verfahren beenden, wenn die Ist-Schnittkontur 4 zu einem Zeitpunkt t2 vollständig abgefahren wurde, würde die Intensität I ein zweites Mal sprunghaft abnehmen, was aber, da durch das Abschalten verursacht, keinen Informationsgehalt betreffs des Verfahrensergebnisses hätte. Hier setzt die Erfindung an, indem der Bearbeitungslaserstrahl 3 nicht sofort nach vollständiger Führung entlang der Ist-Schnittkontur 4 zu einem Zeitpunkt t2 nicht abgeschaltet, sondern entlang eines in das Innere der Ist-Schnittkontur 4 verlaufenden
Auslaufweges 4.1 geführt wird, siehe hierzu Fig. 1a und Fig. 1 b. Dabei nimmt die detektierte Intensität I ein zweites Mal sprunghaft ab. Die detektierte Intensität I nimmt dann, wenn der Schneidbutzen 2 bereits aus dem Werkstück 1 herausgefallen ist, den dritten Intensitätswert l3 an, der detektiert wird, wenn der Bearbeitungslaserstrahl 3 quasi in ein Loch geführt wird. Auch nach dem Herausfallen des Schneidbutzens 2 aus dem Werkstück 1 kann noch bis zum Abschalten des Lasergenerators zu einem Zeitpunkt t3 ein Intensitätswert detektiert werden, der z.B. auf Reflexionen an einem Werkstückhalter zurückzuführen ist.
Es ist dem Fachmann klar, dass die Intensität I auch sprunghaft, allerdings mit einer geringeren Sprunghöhe abnimmt, wenn der Schneidbutzen 2 im Werkstück 1 verkippt hängen bleibt. Auch hier kann durch vorherige Versuche die definierte Sprunghöhe hd ermittelt werden, die ein sicheres Indiz dafür ist, dass der Schneidbutzen 2 herausgefallen ist.
Während der Bearbeitungslaserstrahl 3 nach vollständiger Führung entlang der Ist- Schnittkontur 4 entlang des in das Innere der Ist-Schnittkontur 4 verlaufenden Auslaufweges 4.1 geführt wird, kann nur dann sicher auf den herausgefallenen Schneidbutzen 2 geschlossen werden, wenn die sprunghafte Abnahme der Intensität I größer einer definierten Sprunghöhe hd ist.
Um die definierte Sprunghöhe hd zu ermitteln wird zuvor die Breite eines zweiten Toleranzbereiches 82, der um den zweiten Intensitätswert I2 liegt, der detektiert wird wenn der Bearbeitungslaserstrahl 3 entlang dem Auslaufweg .4.1 bei herausgelöstem Schneidbutzen 2 geführt wird, ermittelt.
Auch die Breite des zweiten Toleranzbereiches 82 hängt von den zulässigen Schwankungen der Prozessparameter ab. Um die Breite des zweiten Toleranzbereiches 82 im Voraus des Verfahrens zu bestimmen, werden vorteilhaft Schneidversuche an einer Vielzahl gleichartiger Werkstücke durchgeführt. Vorteilhaft werden dabei die Prozessparameter gezielt innerhalb der möglichen Schwankungsbereiche variiert und die detektierten dritten Intensitätswerte I3 abgespeichert, soweit bei den Schneidversuchen der Schneidbutzen 2 herausgefallen ist. Die hierbei gewonnenen zweiten Intensitätswerte I2 werden zur Ermittlung der Breite des zweiten Toleranzbereiches 82 und einer oberen Grenze des zweiten Toleranzbereiches herangezogen.
Die definierte Sprunghöhe hd bei der man sicher davon ausgehen kann, dass der Schneidbutzen 2 herausgefallen ist ergibt sich aus der Differenz zwischen der oberen Grenze des Toleranzbereiches für den zweiten Intensitätswert l2, das heißt einem maximalen zweiten Intensitätswert l2 und der unteren Grenze des Toleranzbereiches für den dritten Intensitätswert I3, das heißt einem minimalen dritten Intensitätswert I3.
Geht man davon aus, dass Prozessparameter innerhalb eines Schneidprozesses wenigstens nahezu konstant sind, kann die definierte Sprunghöhe hd auch ohne eine vorherige Bestimmung der Toleranzbereiche für die zweiten und dritten Intensitätswerten I2, I3, aus den für die einzelnen Werkstücke gewonnenen unterschiedlichen zweiten und dritten Intensitätswerten I2, I3 direkt ermittelt werden. Das kann z.B. durch eine Mittelwertbildung jeweils für die ersten und die zweiten Intensitätswerten I2, I3 und eine anschließende Differenz- oder eine Quotientenbildung erfolgen. Statistisch kann die Standardabweichung und die Varianz ermittelt werden, die in die zulässige Breite des zweiten und auch ersten Toleranzbereiches δ-ι , δ2 einfließen.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst eine mehrfache Kontrolle des Verfahrensergebnisses, während über die Strahldauer T gesichert wird, dass der Bearbeitungslaserstrahl 3 nicht bereits vor dem vollständigen Schneiden einer von einer Soll-Schnittkontur toleranzbedingt abweichenden Ist-Schnittkontur 4 abgeschalten wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird noch während der Durchführung des Verfahrens festgestellt, ob der Schneidbutzen 2 aus dem Werkstück 1 vollständig herausgelöst wurde.
Dadurch kann rückgeschlossen werden, dass der Trennschnitt 5 entlang der gesamten Ist-Schnittkontur 4 das Werkstück 1 vollständig durchdringt. Auch kann rückgeschlossen werden, dass im Falle einer geschlossenen Soll-Schnittkontur auch die Ist-Schnittkontur 4 eine geschlossene Kontur darstellt. Gleichzeitig kann aus dem Intensitätsverlauf I auch festgestellt werden, wo entlang der Ist-Schnittkontur 4 gegebenenfalls der Trennschnitt 5 das Werkstück 1 nicht vollständig durchdrungen hat. Dem Fachmann ist klar, dass genau genommen der Intensitätsverlauf I in einem für die Detektion verwendeten Detektor einen hierzu korrelierenden Signalverlauf generiert und korrekterweise von einer Bewertung des Signalverlaufs auszugehen ist, um den Schneidprozess zu überwachen. Es ist aber nicht unüblich und unterstützt eine einfachere Beschreibung, wenn der Überwachungsprozess anhand der detektierten Größe, hier der Intensität I, dargestellt wird.
Bezugszeichenliste
1 Werkstück
1 .1 Werkstückoberfläche
1 .2 Werkstückkante
2 Schneidbutzen
3 Bearbeitungslaserstrahl
4 Ist-Schnittkontur
4.1 Auslaufweg
5 Trennschnitt
I Intensität
T Strahldauer
h erster Intensitätswert
12 zweiter Intensitätswert
13 dritter Intensitätswert
hd definierte Sprunghöhe
t Zeit
δι Breite des ersten Toleranzbereiches
52 Breite des zweiten Toleranzbereiches

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum überwachten Ausschneiden eines Schneidbutzens (2) aus einem metallischen Werkstück (1 ), bei dem ein Bearbeitungslaserstrahl (3) auf eine Werkstückoberfläche (1 .1 ) des Werkstückes (1 ) gerichtet und entlang einer Ist- Schnittkontur (4) geführt wird, die entweder eine den Umfang des Schneidbutzens (2) beschreibende, geschlossene Kontur oder eine mit einer Kante (1 .2) des Werkstückes (1 ) den Umfang des Schneidbutzens (2) beschreibende, offene Kontur darstellt, wobei entlang der Ist-Schnittkontur (4), die toleranzbedingt von einer Soll- Schnittkontur abweicht, ein Trennschnitt (5) in dem Werkstück (1 ) ausgebildet wird, während die Intensität (I) eines von der Werkstückoberfläche (1 .1 ) reflektierten Strahlanteils des Bearbeitungslaserstrahls (3) detektiert wird, dadurch gekennzeichnet,
dass der Bearbeitungslaserstrahl (3) nach einer längeren Strahldauer (T) abgeschaltet wird, als diese für das Schneiden der Ist-Schnittkontur (4) notwendig ist, und nach vollständiger Führung entlang der Ist-Schnittkontur (4) entlang eines in das Innere der Ist-Schnittkontur (4) verlaufenden Auslaufweges (4.1 ) geführt wird, wobei eine Beschädigung des Werkstückes (1 ) durch den noch nicht abgeschalteten Bearbeitungslaserstrahl (3) vermieden wird und aus einer sprunghaften Abnahme der dabei detektierten Intensität (I) auf den herausgefallenen Schneidbutzen (2) geschlossen werden kann, wenn die sprunghafte Abnahme eine definierte Sprunghöhe (hd) überschreitet.
2. Verfahren zum überwachten Ausschneiden des Schneidbutzens (2) aus einem metallischen Werkstück (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass in vorherigen Versuchen, in denen an gleichen Werkstücken (1 ) mit gleichen Verfahrensparametern ein Verfahrensablauf gemäß Anspruch 1 durchgeführt wird, die definierte Sprunghöhe (hd) ermittelt wird.
PCT/DE2018/100408 2017-04-28 2018-04-26 Verfahren zum überwachten laserschneiden für metallische werkstücke WO2018196927A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017109186.6A DE102017109186B4 (de) 2017-04-28 2017-04-28 Verfahren zum überwachten Ausschneiden eines Schneidbutzens aus einem metallischen Werkstück
DE102017109186.6 2017-04-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018196927A1 true WO2018196927A1 (de) 2018-11-01

Family

ID=62148079

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2018/100408 WO2018196927A1 (de) 2017-04-28 2018-04-26 Verfahren zum überwachten laserschneiden für metallische werkstücke

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017109186B4 (de)
WO (1) WO2018196927A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114192996A (zh) * 2021-11-17 2022-03-18 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种激光切割控制方法、装置及存储介质
CN114985983A (zh) * 2022-07-22 2022-09-02 新代科技(苏州)有限公司 一种基于激光钣金切割自动余料切割的加工方法
CN117291987A (zh) * 2023-11-27 2023-12-26 武汉华工赛百数据系统有限公司 余料切断位置识别方法、装置、计算机设备和存储介质

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4336136A1 (de) * 1992-12-28 1994-07-07 Mitsubishi Electric Corp Laserbearbeitungsvorrichtung und -verfahren
DE10120251A1 (de) 2001-04-25 2002-11-21 Precitec Kg Verfahren und Sensorvorrichtung zur Überwachung eines an einem Werkstück durchzuführen den Laserbearbeitungsvorgangs sowie Laserbearbeitungskopf mit einer derartigen Sensorvorrichtung
DE102004030716A1 (de) 2004-06-25 2006-01-19 Bernhard Wilken Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstückes
DE102004041935A1 (de) 2004-08-30 2006-03-16 Precitec Kg Vorrichtung zur Beobachtung eines Laserbearbeitungsprozesses, sowie Vorrichtung zur Regelung des Laserbearbeitungsprozesses
EP1886757A1 (de) 2006-08-07 2008-02-13 LVD Company NV Anordnung und Verfahren zur On-Line-Überwachung des Laserprozesses eines Werkstückes unter Verwendung eines Wärmekameradetektors und eines Schiefspiegels
DE102011004117A1 (de) 2011-02-15 2012-08-16 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zur Kontrolle einer schneidenden Bearbeitung an einem Werkstück
DE202010017944U1 (de) 2010-08-19 2013-03-26 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Werkzeugmaschine zum schneidenden Bearbeiten von Werkstücken

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4336136A1 (de) * 1992-12-28 1994-07-07 Mitsubishi Electric Corp Laserbearbeitungsvorrichtung und -verfahren
DE10120251A1 (de) 2001-04-25 2002-11-21 Precitec Kg Verfahren und Sensorvorrichtung zur Überwachung eines an einem Werkstück durchzuführen den Laserbearbeitungsvorgangs sowie Laserbearbeitungskopf mit einer derartigen Sensorvorrichtung
DE102004030716A1 (de) 2004-06-25 2006-01-19 Bernhard Wilken Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstückes
DE102004041935A1 (de) 2004-08-30 2006-03-16 Precitec Kg Vorrichtung zur Beobachtung eines Laserbearbeitungsprozesses, sowie Vorrichtung zur Regelung des Laserbearbeitungsprozesses
EP1886757A1 (de) 2006-08-07 2008-02-13 LVD Company NV Anordnung und Verfahren zur On-Line-Überwachung des Laserprozesses eines Werkstückes unter Verwendung eines Wärmekameradetektors und eines Schiefspiegels
DE202010017944U1 (de) 2010-08-19 2013-03-26 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Werkzeugmaschine zum schneidenden Bearbeiten von Werkstücken
DE102011004117A1 (de) 2011-02-15 2012-08-16 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zur Kontrolle einer schneidenden Bearbeitung an einem Werkstück

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114192996A (zh) * 2021-11-17 2022-03-18 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种激光切割控制方法、装置及存储介质
CN114985983A (zh) * 2022-07-22 2022-09-02 新代科技(苏州)有限公司 一种基于激光钣金切割自动余料切割的加工方法
CN117291987A (zh) * 2023-11-27 2023-12-26 武汉华工赛百数据系统有限公司 余料切断位置识别方法、装置、计算机设备和存储介质
CN117291987B (zh) * 2023-11-27 2024-03-01 武汉华工赛百数据系统有限公司 余料切断位置识别方法、装置、计算机设备和存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017109186A1 (de) 2018-10-31
DE102017109186B4 (de) 2019-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012219196B3 (de) Verfahren und Bearbeitungsmaschine zum Einstechen, Bohren oder Schneiden metallischer Werkstücke
EP3412399B1 (de) Verfahren zur kontrolle von laserschneidvorgängen im hochleistungsbereich mit schneidvorgangunterbrechung entsprechende vorrichtung und computerprogrammprodukt
EP3636379B1 (de) Verfahren und maschine zum schneidenden bearbeiten eines werkstücks
EP0573474B1 (de) Verfahren zum bearbeiten von werkstücken mit laserstrahlung
EP2675588B1 (de) Verfahren zur kontrolle einer schneidenden bearbeitung an einem werkstück
DE102013217126B4 (de) Verfahren zum Feststellen von Abweichungen einer Ist-Lage eines Laserbearbeitungskopfes von einer Soll-Lage, Laserbearbeitungsmaschine und Computerprogrammprodukt
EP3525975B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung und zur regelung einer fokusposition eines bearbeitungsstrahls
EP2059365A1 (de) Überwachungsvorrichtung für eine laserbearbeitungsvorrichtung
WO2018196927A1 (de) Verfahren zum überwachten laserschneiden für metallische werkstücke
DE102020000630B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Durchführen und Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks
DE102017103509B4 (de) Laserbearbeitungsvorrichtung zum ausführen einer laserbearbeitung eines zu bearbeitenden objekts
WO2018219860A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur überwachung eines laserbearbeitungsprozesses
DE102017107081A1 (de) Zur Verringerung der Intensität eines reflektierten Laserstrahls fähige Laserbearbeitungsvorrichtung
DE102018009524A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Durchführen und Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines ersten Werkstücks und eines zweiten Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls
EP3386675B1 (de) Verfahren zur bestimmung der referenz-fokuslage eines laserstrahls
DE102018105592A1 (de) Verfahren zum Einstechen in ein metallisches Werkstück unter Einsatz eines Laserstrahls und Vorrichtung dafür
DE112020002341T5 (de) Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung, Laserschneidvorrichtung und Funkenerodiervorrichtung
DE102018211166A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Überprüfen einer Fokuslage eines Laserstrahls relativ zu einem Werkstück
DE19709473C2 (de) Verfahren zur Ermittlung des Verschleißgrades einer Linsenanordnung in einem Laserbearbeitungskopf
DE102013207986B3 (de) Plattenaufteilanlage
DE102020000636B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Durchführen und Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks
DE102020209589A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen eines Fehlschnitts beim trennenden Bearbeiten eines Werkstücks
DE102016218875B4 (de) Verfahren zur Regelung einer Einschweißtiefe während des thermischen Fügens von Werkstücken in einem Lasermodul
DE3728180C2 (de)
DE102020205926A1 (de) Verfahren zum Bestimmen einer Eindringtiefe in ein Werkstück und Bearbeitungsvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18723693

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18723693

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1