WO2020069889A1 - Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung eines werkstücks - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung eines werkstücks

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WO2020069889A1
WO2020069889A1 PCT/EP2019/075452 EP2019075452W WO2020069889A1 WO 2020069889 A1 WO2020069889 A1 WO 2020069889A1 EP 2019075452 W EP2019075452 W EP 2019075452W WO 2020069889 A1 WO2020069889 A1 WO 2020069889A1
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WO
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cut edge
edge quality
process parameter
workpiece
parameters
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PCT/EP2019/075452
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French (fr)
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Uwe Mienhardt
Jens Ottnad
Manuel Kiefer
Korbinian WEISS
Christoph Blömker
Leonie Felica Tatzel
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Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg
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Publication date
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Priority to JP2021542260A priority patent/JP7402242B2/ja
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Priority to US17/219,924 priority patent/US20210245298A1/en

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    • B23K26/0869—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45041—Laser cutting

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for processing a workpiece with a laser cutting machine.
  • Laser cutting processes are preferred for the rapid production and processing of precise workpieces.
  • the workpiece is cut from a plate, in particular in the form of a sheet, with a laser.
  • the energy introduced by the laser leads to melting, burning or sublimation of the workpiece material in the kerf.
  • the removed material is removed from the kerf, especially with the help of a process gas.
  • the resulting cut edge has a surface with characteristic features that allow conclusions to be drawn about the process sequence or the
  • Process parameters such as cutting speed or distance nozzle to sheet, allows.
  • a certain surface quality of the cut edge is sought.
  • a person skilled in the art is required to interpret the characteristic features and to make corresponding process parameter settings which lead to an improvement in the quality of the cut edges.
  • the person skilled in the art takes experience-based considerations of the cutting edge
  • Cutting edge enables and allows easy use even by a non-specialist user.
  • the invention thus relates to a method for machining a workpiece with a laser cutting machine, with the method steps:
  • Cut edge quality features wherein the process parameter recommendation was created by a process parameter algorithm with a data aggregation routine that is based on several cut edge quality features, in particular several types of cut edge quality features;
  • the method thus includes reading out at least one machine parameter, at least one material parameter and in particular at least one desired cutting edge quality feature and / or desired method parameter. This will make the
  • Framework conditions for the calculation of the changed, in particular improved, preferably optimal, process parameters are determined by the process parameter algorithm.
  • the process parameter algorithm determines the changed, in particular improved, preferably optimal process parameters for the specified boundary conditions and issues a process parameter recommendation.
  • a desired cut edge quality characteristic can lie outside the achievable quality.
  • the process parameter algorithm then outputs the changed, in particular improved, preferably optimal, process parameters in order to get as close as possible to the cut edge quality feature to be achieved.
  • an indication is preferably given that the desired cut edge quality is outside the achievable quality range.
  • the process parameter algorithm can output the process parameters required to achieve the quality requirement in the form of a process parameter recommendation as well as an indication of the maximum possible cut edge quality. It can be between the desired and the actual / implemented cut edge quality can be distinguished.
  • the method parameter algorithm has at least one, in particular several, data aggregation routine (s).
  • a data aggregation routine can be designed to aggregate several "determined data" into a new data packet.
  • the new data packet can have one or more numbers or vectors.
  • the new data packet can be made available in whole or in part to other data aggregation routines as "determined data”. "Determined data” can be made available, for example, to machine data, material data, process data and / or from one of the data aggregation routines
  • the process parameter algorithm is particularly preferably in the form of an algorithm with several connected data aggregation routines. In particular, several hundred, preferably several thousand such data aggregation routines can be connected to one another.
  • the method parameter algorithm can particularly preferably have a function with weighted variables.
  • One, in particular several, particularly preferably all, data aggregation routines can be designed to provide several, determined data 'each with a weighted variable z u combine, in particular multiply, thus converting the 'determined data' to combined data 'and then aggregating the combined data' into a new data packet, in particular adding them together.
  • the process parameter algorithm can be designed to improve its process parameter recommendation, to check it by feedback and to improve it further. This can be done, for example, by feedback in the form of data entry.
  • the data can be input by a data input device to be operated by an operator, such as a keyboard or a touchpad, or by inputting a data record.
  • the process parameter algorithm can be designed to change the weighted variables. Can improve his process parameter recommendation the process parameter algorithm can alternatively or additionally be designed to change the data aggregation routines. To improve its process parameter recommendation, the process parameter algorithm can alternatively or additionally be designed to change the links of the data aggregation routines.
  • the method parameter algorithm and / or a further secondary or higher-level algorithm can be designed to monitor and to recognize when one or all of the algorithms outputs / output assignment information with a predefined accumulation, which the user evaluates as "incorrect” and then output a negative message or store it in a negative memory.
  • the output can take place visually, for example on a screen, or in another suitable form, for example as data output.
  • the monitoring algorithm can also be designed to output such a negative message react with an improvement routine that changes further properties or the interaction of one or more of the algorithms mentioned.
  • the characteristics of the material, machine and / or process parameters as well as the cut edge quality characteristics can in this case themselves be data packets, in particular several structured data, in particular data vectors or data arrays, which themselves again contain 'determined data' e.g. for the process parameter algorithm, in particular for the data aggregation routine (s) of the process parameter algorithm.
  • the data aggregation routine (s) is / are based on several cut edge quality features.
  • the multiple cut edge quality features were previously determined subjectively and / or objectively from cut edges of workpieces that were processed using the data aggregation routine (s).
  • the Data aggregation routine (s) is / are thus designed to change, in particular to improve, preferably on the basis of at least two different cut edge quality features that were produced on the basis of the data aggregation routine (s) optimize.
  • the method preferably has a possibility of identifying the workpiece, preferably by applying a code to the workpiece, particularly preferably by applying a laser engraving of a QR code to the workpiece, during laser processing, in order to unambiguously assign the io cutting edge to the basic method conditions , in particular the process parameters.
  • a code to the workpiece
  • a laser engraving of a QR code to the workpiece
  • a later evaluation can be carried out particularly easily by a person skilled in the art.
  • cut edge quality features include one and / or more of the following cut edge quality features:
  • the method can further preferably have the following method steps:
  • the weighting of the data aggregation routine (s) is changed, in particular the weighted variable is changed, using the different types of cut edge quality features.
  • the exact structure of these characteristics can be determined by the change the mechanical evaluation of the cut edge quality characteristics, in particular improve, preferably optimize.
  • this not only uses the method parameter algorithm with the data aggregation routine (s) checked and / or improved, in particular continuously improved, based on various cut edge quality features, but rather the method provides the data - To further check and / or change, in particular to improve, preferably to optimize, the aggregation routine (s) by means of the newly obtained and read cut edge quality features.
  • a preferred development of the method provides that at least one cut edge quality feature is objectively determined by a measuring device.
  • the measuring device can be designed to carry out measurements automatically and to forward the results automatically, in particular to the process parameter algorithm and / or a database.
  • the at least one objectively determined cut edge quality feature is determined by an image recording device, in particular in the form of a camera.
  • the image recording device can create images using radiation in the invisible, but preferably in the visible, wavelength range.
  • characteristic features of the cut edge surface can be determined, in particular by automated image acquisition and image analysis.
  • Image acquisition and image analysis are to be understood as two processes that are separate from one another and can run separately from one another both in terms of time and location. This enables both local and spatially spaced analysis of cut edge images.
  • pattern recognition software is preferably used for this purpose.
  • a method is further preferred in which cut edge quality features which are prioritized in method step A) are read out.
  • Prioritizing the Cutting edge quality features enable the user to individually adapt the cutting edge quality to his ideas and the further processing method.
  • the process parameter algorithm can output a significantly improved recommendation of the process parameters by specifying cut edge quality features to which the higher value is placed and cut edge quality features to which the lower value is placed.
  • Cloud-based means a, in particular locally distant, preferably anonymized, storage device in which machine parameters, material parameters, process parameters, cut edge quality features and / or desired cut edge quality features of more than one, advantageously of several hundred or several thousand different users get saved.
  • different users can contribute to the change, in particular improvement, preferably optimization of the process parameter algorithm, which provides the process parameters for carrying out the process, regardless of the production site. It was recognized that the described methods only achieve resounding success when several tens of thousands, in particular several hundreds of thousands, of cut edge quality features have been read out. Such an amount of data is often not available for a single manufacturing facility in a year.
  • a method is also preferred in which the method parameter recommendation in method step B) is output on a display and / or the method parameter recommendation in method step B) is used directly for laser machining of the workpiece in method step C).
  • This gives the user control over the process since the process parameter recommendation can be adopted manually, in particular automatically after confirmation, can be adopted or discarded particularly preferably without confirmation. If the method parameter recommendation is rejected, the method can provide for a justification of the user, which is for further change, in particular improvement, preferably for
  • the object according to the invention is further achieved by a device for machining a workpiece, the device having the following:
  • An input unit for entering a machine parameter one
  • the device further comprising:
  • a laser cutting machine for laser processing the workpiece, in particular for creating the cutting edge is preferably designed as a unit in order to ensure particularly simple handling and a smooth process between the device components.
  • the device can consist of partially or completely networked subcomponents and can be arranged both locally, in particular in the course of a production line, and also spatially far apart, in particular distributed over a number of production sites.
  • a device that further has the following is particularly preferred: d) A measuring device to objectively determine at least one cut edge quality feature achieved.
  • objectively determined cut edge quality features can be processed particularly easily by the process parameter algorithm.
  • the process parameter algorithm can automatically insert the determined cut edge quality features.
  • the objectively determined cut edge quality features are automatically processed further by the process parameter algorithm in order to carry out an automated adaptation of the laser processing method with regard to a desired or improved or optimal cut edge quality by changing the process parameters.
  • the measuring device can be in the form of an image recording device, in particular in the form of a camera.
  • the camera can be designed both in a device-related manner, in particular as a component of a measurement section within the device, and in a device-independent manner, in particular as a camera of a computer, particularly preferably as a camera of a mobile telephone.
  • a device-independent manner in particular as a camera of a computer, particularly preferably as a camera of a mobile phone
  • the user can carry out feature detection, in particular of scoring and discoloration, on the cut edge surface in a particularly simple and inexpensive manner and characteristic cut edge images are available to the device put.
  • An image recording device can image data in the light area visible to humans, but also in other areas, e.g. Record infrared, UV, X-rays.
  • a image acquisition device can also image data by other wave propagation, e.g. Record sound waves, especially ultrasonic waves.
  • the input unit can be designed to input at least one prioritized cutting edge quality feature.
  • the input unit can be used to input at least one cut edge with a low Quality feature to be trained.
  • the input unit can be designed to enter a prioritization sequence of cut edge quality features.
  • the process parameter algorithm can issue particularly targeted process parameter recommendations.
  • the process parameter algorithm is generally designed to determine the best possible cut edge quality, but depending on the process, the particular highlighting of a
  • the input unit can also be designed to evaluate the cut workpiece, in particular the one achieved
  • the computing unit can use the process parameter algorithm and / or a database to store the machine parameters, the material parameters, the cut edge quality features, the
  • Process parameters and / or the desired cut edge quality features can be cloud-based.
  • the device can have a display for outputting the process parameter recommendation and / or the laser cutting machine can be directly controllable by the computing unit.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the method according to the invention or the device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a device 10 for processing a workpiece 12 with a laser cutting machine 14.
  • At least one material parameter 18, which is particularly indicative of the workpiece material and / or its thickness at least one machine parameter 20, which is particularly indicative of the laser cutting machine 14 used and preferably at least one desired cut edge quality feature.
  • at least one desired process parameter in particular laser power, depth of focus,
  • Feed speed and / or gas flow can be entered.
  • the device 10 can be designed to independently determine the material parameter 18 used by measuring, in particular by weight measurement and comparison with stored material data, and the workpiece dimensions of the workpiece 12, in particular by measuring the workpiece 12. Furthermore, the device 10 can be designed to independently determine the laser cutting machine 14 used. Such designs reduce the input effort in advance of workpiece machining by the laser cutting machine 14.
  • a processing unit 22 with a process parameter algorithm 24 reads in the entered material parameters 18 and machine parameters 20 and in particular the desired cut edge quality feature and / or the desired process parameters in accordance with a process step A) and stores the information in a data record 26 in a database 28 Based on the information entered, the method parameter algorithm 24 determines the improved, preferably optimal, and / or the method parameters required to achieve the desired cut edge quality feature in accordance with a method step B).
  • the method parameter algorithm has a data aggregation routine 27.
  • the method parameter algorithm is preferably designed in the form of the data aggregation routine 27.
  • the method parameters determined in this way are output via the display 30 and / or forwarded to a controller 32 for controlling the laser cutting machine 14.
  • the user can either release the process parameter recommendation for use or carry out a different setting of the process parameters and start the process process.
  • the workpiece 12 is then processed according to a method step C) by the laser cutting machine 14 and on the basis of the specified method parameters.
  • the process parameters relevant for the processing of the workpiece 12 by the laser cutting machine 14 and the process parameters proposed by the process parameter algorithm 24 are added to the data record 26 of this workpiece processing.
  • the workpiece 12 can be identified within the
  • Processes can be carried out manually or automatically, in particular by laser engraving a QR code during the laser cutting process.
  • marking also has the advantage of automatically assigning the workpiece by simply scanning the workpiece 12 in the further course of the process. If the workpiece 12 is marked accordingly, corresponding information is added to the data record 26 of this workpiece machining. Following the machining of the workpiece 12, the quality of the cut edge that has arisen, in particular the different cut edge quality features, is determined in accordance with a method step D). This can be done by means of a subjective assessment by a specialist who carries out a corresponding assessment and the data record 26
  • the measuring device 34 is preferably designed to carry out measurements automatically and to automatically add measurement results to the corresponding data record 26 of the workpiece machining in a method step E).
  • the database 28 is designed to store all data records 26 of workpiece machining.
  • the database 28 thus forms the basis for the change, in particular improvement, preferably optimization, of the method parameter algorithm 24.
  • Workpieces 12 that have already been machined are preferably evaluated with regard to their cut edge quality features and used to improve the method with regard to the machining of subsequent workpieces 12.
  • Transient process parameters 36 measured during laser cutting can also be stored in the database 28 and can supplement the data record 26 of the current workpiece machining. This offers the particular advantage of determining fluctuations in the process parameters during laser cutting and including them in an evaluation of the cutting edge quality. This enables a particularly high level of predictability with regard to the cutting edge quality and the machine condition.
  • a change, in particular an improvement, preferably an optimization, of the at least one, in particular all, data aggregation routine (s) 27 of the method parameter algorithm 24 take place.
  • Data sets 26 of different users of methods and devices 10 can also be used here in order to determine an improved, in particular optimal, relationship between input and output parameters of the at least one data aggregation routine 27.
  • the invention relates to a method and a device 10 for processing a workpiece 12 by means of a laser cutting machine 14.
  • Material parameters 18, machine parameters 20 and, in particular, process parameters and / or a desired cut edge quality are specified to the control 32 via an input unit 16.
  • a computing unit 22 uses a process parameter algorithm 24 to determine, using at least one data aggregation routine 27, improved, preferably optimal, process parameters for machining the workpiece 12 on the basis of the predetermined information.
  • the process parameter algorithm 24 gives the improved, preferably optimal, process parameters as recommendations via a display 30 and / or for direct control of the laser cutting machine 14 to the control 32.
  • the at least one data aggregation routine 27 is preferably checked and / or improved, in particular continuously improved, by the feedback from several different types of cut edge quality features, these cut edge quality features being subjective and / or objective with the method or the Device produced cutting edges can be determined.
  • the described methods and device aspects can be used in particular for cutting hard workpieces 12, such as glass or metal, in particular sheet metal.
  • hard workpieces 12 such as glass or metal
  • sheet metal When cutting such workpieces, the issue of a process parameter recommendation presents a particular challenge because the many process parameters influence each other and the causal relationships to achieve the desired cutting edge quality are unknown and can only be determined with great effort.
  • the sheet can be flat or shaped and the Accordingly, laser cutting machine 14 can be a flat bed machine or 3D laser cutting machine.
  • the described methods and device aspects can be used in particular to generate a virtual model for laser cutting processing. With such a model, process parameter recommendations can be issued even faster and better.
  • the described methods and device aspects can be integrated in a particularly advantageous manner in a production control system (MES) for the industrial production of workpieces.
  • MES production control system
  • machining plans can be stored in a production control system.
  • Order information for the industrial processing of workpieces and / or workpiece assemblies can be stored in the machining plans.
  • the machining plans can include other machining steps or processes such as molding, bending, punching, heating, welding, joining, surface machining, etc., which the workpiece can run through in parallel or sequentially. In this way, the workpieces can go through several machining steps in a coordinated manner and the cutting edge quality can be set and improved throughout the entire production control system.
  • the MES can be designed so that machining plans of the workpieces to be produced can be created in it and processed with it.
  • the MES can also be designed to display the status of the workpieces. This means that the MES can be designed to output both the sequence of the processing steps and the processing steps that have already been carried out.
  • the MES can advantageously also be designed to assign individual machining plans to the machine tools.
  • the MES can also be designed so that the machining steps of a machining plan can be intervened at any time manually or automatically. This has the advantage that several different machining plans can react very flexibly to different, in particular unexpected, events during the production process. These events can e.g. B.
  • the MES can be installed locally in the manufacturing facility and / or at least partially cloud-based locally.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (10) zur Bearbeitung eines Werkstücks (12) durch eine Laserschneidmaschine (14). Über eine Eingabeeinheit (16) werden der Steuerung (32) Materialparameter (18) und Maschinenparameter (20) sowie insbesondere eine gewünschte Schnittkanten- Qualität vorgegeben. Die Recheneinheit (22) ermittelt durch einen Verfahrensparameter-Algorithmus (24) mittels einer Daten-Aggregations-Routine (27) auf Grundlage der vorgegebenen Informationen verbesserte, vorzugsweise optimale, Verfahrensparameter für die Bearbeitung des Werkstücks (12). Der Verfahrensparameter-Algorithmus (24) gibt die verbesserten, vorzugsweise optimalen Verfahrensparameter als Empfehlung über eine Anzeige (30) und/oder zur unmittelbaren Steuerung der Laserschneidmaschine (14) an die Steuerung (32) aus.

Description

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Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einer Laserschneidmaschine.
Laserschneidverfahren werden bevorzugt für die schnelle Herstellung und Bearbeitung von präzisen Werkstücken eingesetzt. Das Werkstück wird dabei im herkömmlichen Fall mit einem Laser aus einer Platte, insbesondere in Form eines Blechs, geschnitten. Die durch den Laser eingebrachte Energie führt je nach Verfahren zum Schmelzen, zum Verbrennen oder zum Sublimieren des Werkstückmaterials in der Schnittfuge. Insbesondere unter Zuhilfenahme eines Prozessgases, wird das abgetragene Material aus der Schnittfuge abgeführt. Die so entstandene Schnittkante weist eine Oberfläche mit charakteristischen Merkmalen auf, die Rückschlüsse auf den Verfahrensablauf bzw. die
Verfahrensparameter, wie beispielsweise Schneidgeschwindigkeit oder Abstand Düse zu Blech, zulässt. Je nach Prozess und Anwendungsbereich der hergestellten Werkstücke wird eine bestimmte Oberflächenbeschaffenheit der Schnittkante angestrebt. Im herkömmlichen Verfahren bedarf es eines Fachmanns, um die charakteristischen Merkmale zu deuten und entsprechende Verfahrensparametereinstellungen vorzunehmen, die zu einer Verbesserung der Schnittkanten-Qualität führen. Der Fachmann nimmt dabei auf Grund von subjektiven Betrachtungen der Schnittkante auf Erfahrung basierende
Änderungen an den Verfahrensparametern vor.
Um Verfahrens- und Qualitätsschwankungen durch Entscheidungen auf
Grundlage subjektiver Betrachtungen zu reduzieren, werden zunehmend objektive Messmethoden zur Unterstützung des Fachmanns eingesetzt, die jedoch noch zu keinen Verbesserungen im Prozessablauf führen konnten.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung bereit zu stellen, das/die eine verbesserte Qualität der resultierenden
Schnittkante ermöglicht und dabei die einfache Anwendung auch durch einen fachfremden Nutzer zulässt.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 9. Die Unteransprüche stellen bevorzugte Weiterbildungen dar.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einer Laserschneidmaschine, mit den Verfahrensschritten :
A) Auslesen eines Maschinenparameters, eines Materialparameters und insbesondere zumindest eines gewünschten Verfahrensparameters und/oder zumindest eines gewünschten Schnittkanten-Qualitätsmerkmals; wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:
B) Ausgabe einer Verfahrensparameter-Empfehlung zur Erzielung der
Schnittkanten-Qualitätsmerkmale, wobei die Verfahrensparameter- Empfehlung von einem Verfahrensparameter-Algorithmus mit einer Daten- Aggregations-Routine erstellt wurde, die auf mehreren Schnittkanten- Qualitätsmerkmalen, insbesondere mehreren Arten von Schnittkanten- Qualitätsmerkmalen, basiert;
C) Erzeugen einer Schnittkante durch Laserbearbeiten des Werkstücks. Das Verfahren beinhaltet somit gemäß Verfahrensschritt A) das Auslesen zumindest eines Maschinenparameters, zumindest eines Materialparameters und insbesondere zumindest eines gewünschten Schnittkanten-Qualitätsmerkmals und/oder gewünschter Verfahrensparameter. Dadurch werden die
Rahmenbedingungen für die Berechnung der veränderten, insbesondere verbesserten, vorzugsweise optimalen, Verfahrensparameter durch den Verfahrensparameter-Algorithmus festgelegt. Der Verfahrensparameter- Algorithmus ermittelt die veränderten, insbesondere verbesserten, vorzugsweise optimalen Verfahrensparameter für die festgelegten Randbedingungen und gibt eine Verfahrensparameter-Empfehlung aus. Dabei kann ein wesentlicher Unterschied zwischen dem/den gewünschten Schnittkanten-Qualitätsmerkmal/en und dem/den tatsächlich erreichbaren Schnittkanten-Qualitätsmerkmal/en bestehen. So kann beispielsweise ein gewünschtes Schnittkanten- Qualitätsmerkmal außerhalb der erzielbaren Qualität liegen. Der Verfahrensparameter-Algorithmus gibt dann für diesen Fall die veränderten, insbesondere verbesserten, vorzugsweise optimalen, Verfahrensparameter aus, um möglichst nahe an das zu erreichende Schnittkanten-Qualitätsmerkmal zu gelangen. Zudem wird vorzugsweise ein Hinweis darauf gegeben, dass sich die gewünschte Schnittkanten-Qualität außerhalb des erreichbaren Qualitätsbereichs befindet. Liegt das gewünschte Schnittkanten-Qualitätsmerkmal unterhalb der erreichbaren Qualität, kann der Verfahrensparameter-Algorithmus die zum Erreichen des Qualitätswunsches erforderlichen Verfahrensparameter in Form einer Verfahrensparameter-Empfehlung sowie den Hinweis auf die maximal mögliche Schnittkanten-Quaiität ausgeben. Es kann dabei zwischen der gewünschten und der tatsächlichen/umgesetzten Schnittkanten-Qualität unterschieden werden.
Der Verfahrensparameter-Algorithmus weist zumindest einen, insbesondere mehrere, Daten-Aggregations-Routine(n), auf. Eine Daten-Aggregations-Routine kann ausgelegt sein, mehrere , ermittelte Daten' zu einem neuen Datenpaket zu aggregieren. Das neue Datenpaket kann eine oder mehrere Zahlen oder Vektoren aufweisen. Das neue Datenpaket kann vollständig oder teilweise weiteren Daten-Aggregations-Routinen als „ermittelte Daten" zur Verfügung gestellt werden. , Ermittelte Daten' können z.B. Maschinendaten, Materialdaten, Verfahrensdaten und/oder von einer der Daten-Aggregations-Routine(n) zur Verfügung gestellte Datenpakete sein. Besonders bevorzugt ist der Verfahrensparameter-Algorithmus in Form eines Algorithmus mit mehreren verbundenen Daten-Aggregations-Routinen ausgebildet. Insbesondere können mehrere hundert, vorzugsweise mehrere tausend solcher Daten-Aggregations- Routinen miteinander verbunden werden. Die Qualität und Geschwindigkeit des Verfahrensparameter-Algorithmus wird hierdurch deutlich verbessert. Der Verfahrensparameter-Algorithmus kann besonders bevorzugt eine Funktion mit gewichteten Variablen aufweisen. Eine, insbesondere mehrere, besonders bevorzugt alle, Daten-Aggregations-Routinen können ausgelegt sein, mehrere , ermittelte Daten' jeweils mit einer gewichteten Variablen zu kombinieren, insbesondere zu multiplizieren, und so die , ermittelten Daten' zu kombinierten Daten' umzuwandeln und dann die kombinierten Daten' zu einem neuen Datenpaket zu aggregieren, insbesondere zu addieren. Der Verfahrensparameter-Algorithmus kann ausgelegt sein, seine Verfahrensparameter-Empfehlung zu verbessern, durch Rückmeldung zu überprüfen und weiter zu verbessern. Dies kann beispielsweise durch eine Rückmeldung in Form von Dateneingabe erfolgen. Die Dateneingabe kann durch eine von einem Bediener zu bedienende Dateneingabe-Vorrichtung, wie etwa einer Tatstatur oder eines Touchpads erfolgen oder durch Eingabe eines Datensatzes. Zur Verbesserung seiner Verfahrensparameter-Empfehlung kann der Verfahrensparameter-Algorithmus ausgelegt sein, die gewichteten Variablen zu verändern. Zur Verbesserung seiner Verfahrensparameter-Empfehlung kann der Verfahrensparameter-Algorithmus alternativ oder zusätzlich ausgelegt sein, die Daten-Aggregations-Routinen zu verändern. Zur Verbesserung seiner Verfahrensparameter-Empfehlung kann der Verfahrensparameter-Algorithmus alternativ oder zusätzlich ausgelegt sein, die Verknüpfungen der Daten- Aggregations-Routinen zu verändern.
Der Verfahrensparameter-Algorithmus und/oder ein weiterer neben- oder übergeordneter Algorithmus kann/können ausgebildet sein, zu überwachen und zu erkennen, wann einer oder alle der Algorithmen mit einer vorgegebenen Häufung Zuordnungsinformationen ausgibt/ausgeben, die vom Nutzer als„falsch" bewertet werden, und daraufhin eine Negativmeldung ausgeben oder in einen Negativ-Speicher ablegen. Die Ausgabe kann visuell, z.B. auf einem Bildschirm, oder in anderer geeigneter Form, z.B. als Datenausgabe, erfolgen. Der überwachende Algorithmus kann ferner ausgebildet sein, auf die Ausgabe einer solchen Negativmeldung mit einer Verbesserungsroutine zu reagieren, die weitere Eigenschaften oder das Zusammenspiel einer oder mehrerer der genannten Algorithmen verändert.
Die Merkmale der Material-, Maschinen- und/oder Verfahrensparameter sowie der Schnittkanten-Qualitätsmerkmale können hierbei selbst Datenpakete, insbesondere mehrere strukturierte Daten, insbesondere Datenvektoren oder Daten-Arrays, sein, die selbst wieder , ermittelte Daten' z.B. für den Verfahrensparameter-Algorithmus, insbesondere für die Daten-Aggregations- Routine(n) des Verfahrensparameter-Algorithmus, darstellen können.
Die Daten-Aggregations-Routine(n) basiert/basieren auf mehreren Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen. Die Daten-Aggregations-Routine(n), insbesondere Gewichtungen der Daten-Aggregations-Routine(n), wurde(n) somit von der/den Daten-Aggregations-Routine(n) selbst anhand mehrerer ermittelter Schnittkanten-Qualitätsmerkmale eingestellt, insbesondere verbessert, vorzugsweise optimiert. Die mehreren Schnittkanten-Qualitätsmerkmale wurden dabei zuvor subjektiv und/oder objektiv aus Schnittkanten von Werkstücken bestimmt, die mittels der Daten-Aggregations-Routine(n) bearbeitet wurden. Die Daten-Aggregations-Routine(n) ist/sind somit dazu ausgebildet, sich selbst anhand von zumindest zwei verschiedenen Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen, die auf Grundlage der Daten-Aggregations-Routine(n) hergestellt wurden, zu verändern, insbesondere zu verbessern, vorzugsweise zu optimieren.
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Vorzugsweise weist das Verfahren eine Möglichkeit der Kennzeichnung des Werkstücks, bevorzugt durch Anbringen eines Codes am Werkstück, besonders bevorzugt durch Anbringen einer Lasergravur eines QR-Codes auf das Werkstück, während der Laserbearbeitung, auf, um eine eindeutige Zuordnung der io Schnittkante zu den grundlegenden Verfahrensbedingungen, insbesondere den Verfahrensparametern, zu ermöglichen. Auf diese Art und Weise kann eine Analyse des Verfahrens, eine Veränderung, insbesondere Verbesserung, vorzugsweise Optimierung, des Verfahrensparameter-Algorithmus sowie eine spätere Bewertung durch einen Fachmann besonders einfach durchgeführt äs werden.
Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die verschiedenen Arten von Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen eine und/oder mehrere der folgenden Schnittkanten-Qualitätsmerkmale beinhalten :
20 · Rauheitsstärke
• Rauheitsform
• Grathöhe
• Gratform
• Schnittkantenschräge
25 · Verfärbung
• Angeschnittene Schnittoberkante
• Kolkung, Einzelkolkung, Kolkungs-Anhäufung, Self-Burning
• Hohles Schnittflächenprofil
• Kantenanschmelzung an der Schnittoberkante / -unterkante
3o · Kantenhohlschnitt oberhalb der Schnittunterkante / -unterkante
• Örtliche Rillenabweichung
• Risse in der Schnittfläche
• Schmelzperlenkette an der Schnittoberkante • Schnittflächenende nicht durchgeschnitten
• Schnittwinkelabweichung an beiden Schnittflächen
• Schnittwinkelabweichung an einer Schnittfläche
• Ungleichmäßige Rillentiefe
• Welliges Schnittflächenprofil
• Übermäßiger Rillennachlauf
• Schnittfugenerweiterung an der Werkstückoberseite / Oberkante,
Werkstückunterseite / Unterkante
• Übermäßige Rillentiefe, starke Aufrauhung
• In Schneidrichtung wellige Schnittfläche
• Welliger Schnittanfang
• Schlacke-Anhaftung an Unterseite
• Schlackenkruste, Verschweißung der Schnittkante, Wulst, umklappende Schmelze
• Bartbildung/ Gratbildung, Perlgrat, Feinnadeliger Grat, spürbarer Grat, Langer + abbrechbarer Grat, Kurzer + nicht abbrechbarer Grat, sehr starker Grat
• Unterbrochener Schnitt in Längsrichtung, Strahlabriss
• Spritzer auf Materialoberfläche, Fädchenbildung
• Verfärbung der Schnittfläche, Schnittende-Verfärbung, Schnittflächen
verfärbung, Ecken-Verfärbung, Schmauch
Das Verfahren kann weiter bevorzugt folgende Verfahrensschritte aufweisen:
D) Bestimmen mehrerer Arten von Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen des bearbeiteten Werkstücks;
E) Auslesen dieser Schnittkanten-Qualitätsmerkmale zur Veränderung, insbesondere Verbesserung, vorzugsweise Optimierung, des Verfahrens parameter-Algorithmus.
Besonders bevorzugt erfolgt dabei eine Veränderung der Gewichtung der Daten- Aggregations-Routine(n), insbesondere die Veränderung der gewichteten Variablen, anhand der verschiedenen Arten von Schnittkanten- Qualitätsmerkmalen. Die genaue Struktur dieser Merkmale kann sich durch die maschinelle Auswertung der Schnittkanten-Qualitätsmerkmaie verändern, insbesondere verbessern, vorzugsweise optimieren. Mit anderen Worten wird hierdurch der Verfahrensparameter-Algorithmus mit der/den auf Grundlage verschiedener Schnittkanten-Qualitätsmerkmale überprüften und/oder verbesserten, insbesondere stetig weiter verbesserten, Daten-Aggregations- Routine(n) nicht nur genutzt, sondern das Verfahren sieht vor, die Daten- Aggregations-Routine(n) durch die neu erzielten und ausgelesenen Schnittkanten-Qualitätsmerkmale weiter zu überprüfen und/oder verändern, insbesondere zu verbessern, vorzugsweise zu optimieren.
Eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass zumindest ein Schnittkanten-Qualitätsmerkmal objektiv durch eine Messvorrichtung bestimmt wird. Die Messvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, Messungen automatisiert durchzuführen und die Ergebnisse automatisiert, insbesondere an den Verfahrensparameter-Algorithmus und/oder eine Datenbank, weiterzuleiten.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird das zumindest eine objektiv bestimmte Schnittkanten-Qualitätsmerkmal durch eine Bildaufnahmevorrichtung, insbesondere in Form einer Kamera, bestimmt. Die Bildaufnahmevorrichtung kann dabei Bilder anhand von Strahlung im nichtsichtbaren, vorzugsweise jedoch im sichtbaren, Wellenlängenbereich erstellen. Durch den Einsatz einer Bildaufnahmevorrichtung, insbesondere in Form einer Kamera, können charakteristische Merkmale der Schnittkanten-Oberfläche, insbesondere durch automatisierte Bilderfassung und Bildanalyse, ermittelt werden. Bilderfassung und Bildanalyse sind dabei als zwei voneinander losgelöste Prozesse zu verstehen und können sowohl zeitlich als auch örtlich voneinander getrennt ablaufen. Dies ermöglicht sowohl die lokale als auch örtlich beabstandete Analyse von Schnittkanten-Bildern. Um eine besonders einfache Art und Weise der Bilderfassung und anschließenden Bildanalyse zu ermöglichen, wird zu diesem Zweck vorzugsweise Mustererkennungssoftware eingesetzt.
Bevorzugt ist weiter ein Verfahren, bei dem im Verfahrensschritt A) priorisierte Schnittkanten-Qualitätsmerkmale ausgelesen werden. Eine Priorisierung der Schnittkanten-Qualitätsmerkmale ermöglicht dem Nutzer eine besonders individuelle Anpassung der Schnittkanten-Qualität an dessen Vorstellungen und das weitere Bearbeitungsverfahren. Durch Festlegung von Schnittkanten- Qualitätsmerkmalen, auf welche übergeordneter Wert gelegt wird und Schnittkanten-Qualitätsmerkmale, auf die untergeordneter Wert gelegt wird, kann der Verfahrensparameter-Algorithmus eine deutlich verbesserte Empfehlung der Verfahrensparameter ausgegeben.
Weiter bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem der Verfahrensparameter- Algorithmus und/oder eine Datenbank Cloud-basierend hinterlegt sind, wobei die Maschinenparameter, die Materialparameter, die Schnittkanten- Qualitätsmerkmale, die Verfahrensparameter und/oder die gewünschten Schnittkanten-Qualitätsmerkmale in der Datenbank hinterlegt sind. Mit Cloud- basierend ist hier eine, insbesondere örtlich entfernte, vorzugsweise anonymisierte, Speichervorrichtung gemeint, in der Maschinenparameter, Materialparameter, Verfahrensparameter, Schnittkanten-Qualitätsmerkmale und/oder gewünschte Schnittkanten-Qualitätsmerkmale von mehr als einer, vorteilhafterweise von mehreren hundert oder mehreren tausend unterschiedlichen Nutzern gespeichert werden. Hierdurch können verschiedene Nutzer unabhängig vom Fertigungsstandort zur Veränderung, insbesondere Verbesserung, vorzugsweise zur Optimierung des Verfahrensparameter- Algorithmus, der die Verfahrensparameter zur Durchführung des Verfahrens bereitstellt, beitragen. Es wurde erkannt, dass die beschriebenen Verfahren durchschlagende Erfolge erst erzielen, wenn mehrere zehntausend, insbesondere mehrere hunderttausend erzielte Schnittkanten-Qualitätsmerkmale ausgelesen wurden. Eine solche Datenmenge ist für eine einzelne Fertigungsstätte oftmals in einem Jahr nicht erreichbar.
Bevorzugt ist weiter ein Verfahren, bei dem die Ausgabe der Verfahrensparameter-Empfehlung im Verfahrensschritt B) auf einer Anzeige erfolgt und/oder die Ausgabe der Verfahrensparameter-Empfehlung im Verfahrensschritt B) unmittelbar zur Laserbearbeitung des Werkstücks im Verfahrensschritt C) eingesetzt wird. Dies verleiht dem Nutzer die Kontrolle über den Verfahrensprozess, da die Verfahrensparameter-Empfehlung manuell übernommen, insbesondere nach Bestätigung automatisiert übernommen, besonders bevorzugt ohne Bestätigung automatisiert übernommen oder verworfen werden kann. Beim Verwerfen der Verfahrensparameter-Empfehlung kann das Verfahren vorsehen, eine Begründung des Nutzers zu erfassen, die zur weiteren Veränderung, insbesondere Verbesserung, vorzugsweise zur
Optimierung, des Verfahrensparameter-Algorithmus verwendet werden kann.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist:
a) Eine Eingabeeinheit zur Eingabe eines Maschinenparameters, eines
Materialparameters und insbesondere eines gewünschten Verfahrensparameters und/oder eines gewünschten
Schnittkantenqualitätsmerkmals;
wobei die Vorrichtung weiterhin Folgendes aufweist:
b) Eine Recheneinheit mit einem Verfahrensparameter-Algorithmus zur Ausgabe einer Verfahrensparameter-Empfehlung, wobei der Verfahrensparameter-Algorithmus zumindest eine Daten-Aggregations- Routine aufweist, die auf mehreren Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen insbesondere mehreren verschiedenen Arten von Schnittkanten-
Qualitätsmerkmalen basiert;
c) Eine Laserschneidmaschine zum Laserbearbeiten des Werkstücks insbesondere zur Erstellung der Schnittkante. Vorzugsweise ist die Vorrichtung als Einheit ausgeführt, um eine besonders einfache Handhabung und einen reibungslosen Ablauf zwischen den Vorrichtungskomponenten zu gewährleisten. Weiterhin kann die Vorrichtung aus teilweise oder vollständig vernetzten Teilkomponenten bestehen und sowohl lokal, insbesondere im Verlauf einer Fertigungsstraße, als auch örtlich weit voneinander beabstandet, insbesondere über mehrere Produktionsstandorte verteilt, angeordnet sein.
Besonders bevorzugt ist eine Vorrichtung, die weiterhin Folgendes aufweist: d) Eine Messvorrichtung, um zumindest ein erzieltes Schnittkanten- Qualitätsmerkmal objektiv zu bestimmen.
Bei Ausbildung der Vorrichtung mit einer Messvorrichtung können objektiv ermittelte Schnittkanten-Qualitätsmerkmale besonders einfach durch den Verfahrensparameter-Algorithmus weiterverarbeitet werden. Insbesondere kann der Verfahrensparameter-Algorithmus die ermittelten Schnittkanten- Qualitätsmerkmale automatisiert einiesen. In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Vorrichtung werden die objektiv ermittelten Schnittkanten- Qualitätsmerkmale von dem Verfahrensparameter-Algorithmus automatisiert weiterverarbeitet, um eine automatisierte Anpassung des Laserbearbeitungsverfahrens hinsichtlich einer gewünschten oder verbesserten oder optimalen Schnittkanten-Qualität durch Änderung der Verfahrensparameter durchzuführen.
Die Messvorrichtung kann in Form einer Bildaufnahmevorrichtung, insbesondere in Form einer Kamera, ausgebildet sein. Die Kamera kann sowohl in vorrichtungsgebundener, insbesondere als Bestandteil einer Messstrecke innerhalb der Vorrichtung, als auch in vorrichtungsungebundener Art, insbesondere als Kamera eines Rechners, besonders bevorzugt als Kamera eines Mobiltelefons, ausgebildet sein. Durch Ausbildung in vorrichtungsungebundener Art, insbesondere als Kamera eines Rechners, besonders bevorzugt als Kamera eines Mobiltelefons, kann der Nutzer besonders einfach und kostengünstig eine Merkmalserfassung, insbesondere von Riefenbildung und Verfärbungen, an der Schnittkanten-Oberfläche durchführen und der Vorrichtung charakteristische Schnittkanten-Bilder zur Verfügung stellen. Eine Bildaufnahmevorrichtung kann Bilddaten im für den Menschen sichtbaren Lichtbereich, aber auch in anderen Bereichen, z.B. Infrarot, UV, Röntgenstrahlung aufnehmen. Eine Biidaufnahmevorrichtung kann Bilddaten auch durch andere Wellenausbreitung, z.B. Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen aufnehmen.
Die Eingabeeinheit kann zur Eingabe zumindest eines priorisierten Schnittkanten- Qualitätsmerkmals ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Eingabeeinheit zur Eingabe zumindest eines wenig priorisierten Schnittkanten- Qualitätsmerkmals ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Eingabeeinheit zur Eingabe einer Priorisierungsreihenfolge von Schnittkanten- Qualitätsmerkmalen ausgebildet sein. Durch Angabe zumindest eines priorisierten und/oder weniger priorisierten Schnittkanten-Qualitätsmerkmals kann der Verfahrensparameter-Algorithmus besonders zielgerichtete Verfahrens parameter-Empfehlungen ausgeben. Der Verfahrensparameter-Algorithmus ist generell dazu ausgebildet, die bestmögliche Schnittkanten-Qualität zu ermitteln, verfahrensabhängig kann jedoch die besondere Herausstellung eines
Schnittkanten-Qualitätsmerkmals zu Ungunsten anderer Schnittkanten- Qualitätsmerkmale zu Vorteilen im weiteren Bearbeitungsprozess eines
Werkstücks führen. Die Vorrichtung bietet somit größtmögliche Flexibilität bei der Verwendung. Dabei kann die Eingabeeinheit auch ausgebildet sein, um das geschnittene Werkstück zu bewerten, insbesondere das erzielte
Laserschnittkantenergebnis nach einzelnen Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen zu bewerten oder Wünsche zur Veränderung, insbesondere Verbesserung, der
Qualität einzelner Schnittkanten-Qualitätsmerkmale einzugeben.
Die Recheneinheit kann mit dem Verfahrensparameter-Algorithmus und/oder einer Datenbank zur Hinterlegung der Maschinenparameter, der Materialparameter, der Schnittkanten-Qualitätsmerkmale, der
Verfahrensparameter und/oder der gewünschten Schnittkanten- Qualitätsmerkmale Cloud-basiert ausgebildet sein.
Die Vorrichtung kann eine Anzeige zur Ausgabe der Verfahrensparameter- Empfehlung aufweisen und/oder die Laserschneidmaschine kann unmittelbar von der Recheneinheit steuerbar sein.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Detaillierte Beschreibunq der Erfindung und Zeichnung
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Bearbeitung eines Werkstücks 12 mit einer Laserschneidmaschine 14.
Über eine Eingabeeinheit 16 wird zumindest ein Materialparameter 18, der insbesondere kennzeichnend für den verwendeten Werkstückwerkstoff und/oder dessen Dicke steht, zumindest ein Maschinenparameter 20, der insbesondere kennzeichnend für die verwendete Laserschneidmaschine 14 sowie vorzugsweise zumindest ein gewünschtes Schnittkanten-Qualitätsmerkmal eingegeben. Weiterhin kann über die Eingabeeinheit 16 zumindest ein gewünschter Verfahrensparameter, insbesondere Laserleistung, Fokustiefe,
Vorschubgeschwindigkeit und/oder Gasfluss, eingegeben werden.
Die Vorrichtung 10 kann dazu ausgebildet sein, den verwendeten Materialparameter 18 durch messtechnische Erfassung, insbesondere durch Gewichtsmessung und Vergleich mit hinterlegten We rkstoffken n d ate n , sowie die Werkstückabmaße des Werkstücks 12, insbesondere durch Vermessung des Werkstücks 12, selbständig zu bestimmen. Weiterhin kann die Vorrichtung 10 dazu ausgebildet sein, die verwendete Laserschneidmaschine 14 selbständig zu bestimmen. Durch solche Ausbildungen reduziert sich der Eingabeaufwand im Vorfeld einer Werkstückbearbeitung durch die Laserschneidmaschine 14.
Eine Recheneinheit 22 mit einem Verfahrensparameter-Algorithmus 24 liest gemäß einem Verfahrensschritt A) die eingegebenen Materialparameter 18 und Maschinenparameter 20 sowie insbesondere das gewünschte Schnittkanten- Qualitätsmerkmal und/oder die gewünschten Verfahrensparameter ein und hinterlegt die Informationen in einem Datensatz 26 in einer Datenbank 28. Auf Grundlage der eingegebenen Informationen ermittelt der Verfahrensparameter- Algorithmus 24 gemäß einem Verfahrensschritt B) die verbesserten, vorzugsweise optimalen, und/oder die zur Erreichung des gewünschten Schnittkanten-Qualitätsmerkmals erforderlichen Verfahrensparameter.
Der Verfahrensparameter-Algorithmus weist hierzu eine Daten-Aggregations- Routine 27 auf. Vorzugsweise ist der Verfahrensparameter-Algorithmus in Form der Daten-Aggregation-Routine 27 ausgebildet. Die so ermittelten Verfahrensparameter werden über die Anzeige 30 ausgegebenen und/oder an eine Steuerung 32 zur Steuerung der Laserschneidmaschine 14 weitergeleitet. Nach Bekanntgabe der verbesserten, vorzugsweise optimalen, Verfahrensparameter kann der Nutzer entweder die Verfahrensparameter-Empfehlung zur Anwendung freigeben oder eine anderweitige Einstellung der Verfahrensparameter durchführen und den Verfahrensprozess starten. Im Anschluss wird das Werkstück 12 gemäß einem Verfahrensschritt C) durch die Laserschneidmaschine 14 und anhand der vorgegebenen Verfahrensparameter bearbeitet. Die für die Bearbeitung des Werkstücks 12 durch die Laserschneidmaschine 14 maßgeblichen Verfahrensparameter sowie die von dem Verfahrensparameter-Algorithmus 24 vorgeschlagenen Verfahrensparameter werden dem Datensatz 26 dieser Werkstückbearbeitung hinzugefügt.
Um eine eindeutige Zuordnung des Werkstücks 12 zum Datensatz 26 zu ermöglichen, kann eine Kennzeichnung des Werkstücks 12 innerhalb des
Prozesses manuell oder automatisiert, insbesondere durch Lasergravur eines QR- Codes während des Laserschneidvorgangs, durchgeführt werden. Eine derartige Kennzeichnung hat zudem den Vorteil einer automatisierten Zuordnung des Werkstücks durch einfaches Scannen des Werkstücks 12 im weiteren Prozessverlauf. Wird eine entsprechende Kennzeichnung des Werkstücks 12 durchgeführt, wird dem Datensatz 26 dieser Werkstückbearbeitung eine entsprechende Information hinzugefügt. Im Anschluss an die Bearbeitung des Werkstücks 12 wird die Qualität der entstandenen Schnittkante, insbesondere die unterschiedlichen Schnittkanten- Qualitätsmerkmale, gemäß einem Verfahrensschritt D) ermittelt. Dies kann mittels subjektiver Begutachtung durch einen Fachmann erfolgen, welcher eine entsprechende Bewertung vornimmt und dem Datensatz 26 dieser
Werkstückbearbeitung hinzufügt. Vorzugsweise wird im Anschluss an die Bearbeitung des Werkstücks 12 durch die Laserschneidmaschine 14 eine objektive Bestimmung der Schnittkanten-Qualitätsmerkmale in einer Messvorrichtung 34 durchgeführt. Vorzugsweise ist die Messvorrichtung 34 dazu ausgebildet, Messungen automatisiert durchzuführen und Messergebnisse automatisiert in einem Verfahrensschritt E) dem entsprechenden Datensatz 26 der Werkstückbearbeitung hinzuzufügen.
Die Datenbank 28 ist dazu ausgebildet, alle Datensätze 26 von Werkstückbearbeitungen zu speichern. Die Datenbank 28 bildet somit die Grundlage für die Veränderung, insbesondere Verbesserung, vorzugsweise Optimierung, des Verfahrensparameter-Algorithmus 24.
Vorzugsweise werden bereits bearbeitete Werkstücke 12 hinsichtlich ihrer Schnittkanten-Qualitätsmerkmale bewertet und zur Verfahrensverbesserung hinsichtlich der Bearbeitung nachfolgender Werkstücke 12 verwendet.
Beim Laserschneiden, beispielsweise durch Sensoren, gemessene instationäre Verfahrensparameter 36 können ebenfalls in der Datenbank 28 hinterlegt werden und können den Datensatz 26 der aktuellen Werkstückbearbeitung ergänzen. Dies bietet insbesondere den Vorteil, Schwankungen in den Verfahrensparametern während des Laserschneidens zu bestimmen und in eine Bewertung der Schnittkanten-Qualität miteinzubeziehen. Dadurch kann eine besonders hohe Vorhersagefähigkeit in Bezug auf die Schnittkanten-Qualität und den Maschinenzustand erreicht werden.
Auf Basis gespeicherter Datensätze 26 in der Datenbank 28 kann eine Veränderung, insbesondere Verbesserung, vorzugsweise Optimierung, der zumindest einen, insbesondere aller, Daten-Aggregations-Routine(n) 27 des Verfahrensparameter-Algorithmus 24 erfolgen. Hierbei können auch Datensätze 26 unterschiedlicher Nutzer von Verfahren und Vorrichtungen 10 zusammen genutzt werden, um einen verbesserten, insbesondere optimalen, Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsparametern der zumindest einen Daten-Aggregations-Routine 27 zu bestimmen.
Die Erfindung betrifft mit anderen Worten ein Verfahren und eine Vorrichtung 10 zur Bearbeitung eines Werkstücks 12 durch eine Laserschneidmaschine 14. Über eine Eingabeeinheit 16 werden der Steuerung 32 Materialparameter 18, Maschinenparameter 20 sowie insbesondere Verfahrensparameter und/oder eine gewünschte Schnittkanten-Qualität vorgegeben. Eine Recheneinheit 22 ermittelt durch einen Verfahrensparameter-Algorithmus 24 mittels zumindest einer Daten- Aggregations-Routine 27 auf Grundlage der vorgegebenen Informationen verbesserte, vorzugsweise optimale Verfahrensparameter für die Bearbeitung des Werkstücks 12. Der Verfahrensparameter-Algorithmus 24 gibt die verbesserten, vorzugsweise optimalen Verfahrensparameter als Empfehlung über eine Anzeige 30 und/oder zur unmittelbaren Steuerung der Laserschneidmaschine 14 an die Steuerung 32 aus. Die zumindest eine Daten-Aggregations-Routine 27 wird vorzugsweise durch die Rückmeldung von mehreren verschiedenen Arten von Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen überprüft und/oder verbessert, insbesondere stetig weiter verbessert, wobei diese Schnittkanten-Qualitätsmerkmale subjektiv und/oder objektiv aus mit dem Verfahren bzw. der Vorrichtung produzierten Schnittkanten ermittelt werden.
Die beschriebenen Verfahren und Vorrichtungsaspekte können insbesondere zum Schneiden von harten Werkstücken 12, wie z.B. Glas oder Metall, insbesondere Blech, genutzt werden. Beim Schneiden von solchen Werkstücken stellt die Ausgabe einer Verfahrensparameter-Empfehlung eine besondere Herausforderung dar, weil die vielen Verfahrensparameter sich gegenseitig beeinflussen, und die kausalen Zusammenhänge zur Erzielung einer gewünschten Schnittkantenqualität nicht bekannt sind und nur sehr aufwändig zu ermitteln sind. Das Blech kann flach oder geformt ausgestaltet sein und die Laserschneidmaschine 14 kann demzufolge eine Flachbettmaschine oder 3D- Laserschneidmaschine sein.
Die beschriebenen Verfahren und Vorrichtungsaspekte können insbesondere zu einer Generierung eines virtuellen Modells für die Laserschneidbearbeitung genutzt werden. Mit einem solchen Modell können Verfahrensparameter- Empfehlungen noch schneller und besser ausgegeben werden.
Die beschriebenen Verfahren und Vorrichtungsaspekte können in besonders vorteilhafter Weise in ein Fertigungssteuerungssystem (MES) zur industriellen Fertigung von Werkstücken integriert werden. In einem Fertigungssteuerungs- Sy stem können mehrere Bearbeitungspläne abgelegt sein. In den Bearbeitungsplänen können jeweils Auftragsinformationen zur industriellen Bearbeitung von Werkstücken und/oder Werkstückverbunden hinterlegt sein. Die Bearbeitungs- pläne können neben dem Laserschneiden weitere Bearbeitungs-Schritte oder Prozesse, wie z.B. Formen, Biegen, Stanzen, Erhitzen, Schweißen, Verbinden, Oberflächenbearbeitung etc. enthalten, die das Werkstück parallel oder sequentiell durchlaufen kann. So können die Werkstücke mehrere Bearbeitungs- sch ritte koordiniert durchlaufen und die Schnittkantenqualität schon in der gesamten Fertigungssteuerung eingestellt und verbessert werden. Das MES kann dazu ausgelegt sein, dass Bearbeitungspläne der zu produzierenden Werkstücke in ihm angelegt und mit ihm abgearbeitet werden können. Dabei kann das MES ferner dazu ausgelegt sein, den Status der Werkstücke darzustellen. Das bedeutet, dass das MES dazu ausgelegt sein kann, sowohl die Reihenfolge der Bearbeitungsschritte als auch die bereits durchgeführten Bearbeitungsschritte auszugeben. Vorteilhafterweise kann das MES zusätzlich dazu ausgelegt sein, einzelne Bearbeitungspläne den Werkzeugmaschinen zuzuordnen. Vorteilhafterweise kann das MES ferner dazu ausgelegt sein, dass jederzeit manuell oder automatisiert in die Bearbeitungsschritte eines Bearbeitungsplans eingegriffen werden kann. Das hat den Vorteil, dass während des Fertigungsablaufs von mehreren unterschiedlichen Bearbeitungsplänen sehr flexibel auf unterschiedliche, insbesondere unerwartet auftretende Ereignisse reagiert werden kann. Diese Ereignisse können z. B. sein: Veränderung der Priorität von Bearbeitungsplänen oder Produktionsaufträgen, ein neuer hoch priorisierter Produktionsauftrag, Stornierung eines Prod u ktionsa uftrags, fehlendes Material, z. B. bei Falsch-Lieferung, Ausfall einer Maschine, fehlendes Fachpersonal, Unfälle, Feststellen von fehlerhafter Qualität eines Fertigungsschritts etc.. Das MES kann lokal in der Fertigungsstätte und/oder zumindest teilweise Cloud-basiert örtlich entfernt installiert sein.
Bezugszeichenfiste
10 Vorrichtung
12 Werkstück
14 Laserschneidmaschine
16 Eingabeeinheit
18 Materialparameter
20 Maschinenparameter
22 Recheneinheit
24 Verfahrensparameter-Algorithmus 26 Datensatz
27 Daten-Aggregations-Routine
28 Datenbank
30 Anzeige
32 Steuerung
34 Messvorrichtung
36 instationäre Verfahrensparameter

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks (12) mit einer
Laserschneidmaschine (14), mit den Verfahrensschritten :
A) Auslesen eines Maschinenparameters (20) und eines
Materialparameters (18);
wobei das Verfahren weiterhin folgende Verfahrensschritte aufweist:
B) Ausgabe einer Verfahrensparameter-Empfehlung, wobei die
Verfahrensparameter-Empfehlung von einem
Verfahrensparameter-Algorithmus (24) mit zumindest einer Daten-Aggregations-Routine (27) erstellt wurde, die auf mehreren Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen basiert;
C) Erzeugen einer Schnittkante durch Laserbearbeiten des Werkstücks (12).
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schnittkanten-Qualitätsmerkmale Rauheitsstärke, Rauheitsform, Grathöhe, Gratform, Schnittkantenschräge und/oder Verfärbung beinhalten.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, mit dem Verfahrensschritt:
D) Bestimmen mehrerer Schnittkanten-Qualitätsmerkmale des
bearbeiteten Werkstücks (12);
E) Auslesen dieser Schnittkanten-Qualitätsmerkmale zur Veränderung, insbesondere Verbesserung, vorzugsweise
Optimierung, des Verfahrensparameter-Algorithmus (24).
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem zumindest ein Schnittkanten- Qualitätsmerkmal objektiv durch eine Messvorrichtung (34) bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das zumindest eine Schnittkanten- Qualitätsmerkmal durch eine Bildaufnahmevorrichtung, insbesondere Kamera, bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im
Verfahrensschritt A) priorisierte Schnittkanten-Qualitätsmerkmale ausgelesen werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der
Verfahrensparameter-Algorithmus (24) und/oder eine Datenbank (28) Cloud-basierend hinterlegt sind, wobei die Maschinenparameter (20), die Materialparameter (18), die Schnittkanten-Qualitätsmerkmale und/oder die gewünschten Schnittkanten-Qualitätsmerkmale in der Datenbank (28) hinterlegt sind.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die
Ausgabe der Verfahrensparameter-Empfehlung im Verfahrensschritt B) auf einer Anzeige (30) erfolgt und/oder die Ausgabe der Verfahrensparameter- Empfehlung im Verfahrensschritt B) unmittelbar zur Laserbearbeitung des
Werkstücks (12) im Verfahrensschritt C) eingesetzt wird.
9. Vorrichtung (10) zur Bearbeitung eines Werkstücks (12), wobei die
Vorrichtung (10) Folgendes aufweist:
a) Eine Eingabeeinheit (16) zur Eingabe zumindest eines
Maschinenparameters (20) und zumindest eines Materialparameters (18);
wobei die Vorrichtung (10) weiterhin Folgendes aufweist: b) Eine Recheneinheit (22) mit einem Verfahrensparameter- Algorithmus (24) zur Ausgabe einer Verfahrensparameter- Empfehlung, wobei der Verfahrensparameter-Algorithmus (24) zumindest eine Daten-Aggregations-Routine (27) aufweist, die auf mehreren Schnittkanten-Qualitätsmerkmalen basiert;
c) Eine Laserschneidmaschine (14) zum Laserbearbeiten des
Werkstücks (12).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Vorrichtung (10) Folgendes
aufweist:
d) Eine Messvorrichtung (34), um zumindest ein Schnittkanten- Qualitätsmerkmal objektiv zu bestimmen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Messvorrichtung (34) in Form einer Bildaufnahmevorrichtung, insbesondere Kamera, ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei der die
Eingabeeinheit (16) zur Eingabe zumindest eines priorisierten
Schnittkanten-Qualitätsmerkmals ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei der die
Recheneinheit (22) mit dem Verfahrensparameter-Algorithmus (24) und/oder einer Datenbank (28) zur Hinterlegung der
Maschinenparameter (20), der Materialparameter (18), der Schnittkanten- Qualitätsmerkmale, der Verfahrensparameter und/oder der gewünschten Schnittkanten-Qualitätsmerkmale Cloud-basiert ausgebildet ist/sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei der die
Vorrichtung (10) eine Anzeige (30) aufweist, auf der die Ausgabe der Verfahrensparameter-Empfehlung erfolgen kann und/oder die
Laserschneidmaschine (16) unmittelbar von der Recheneinheit (22) steuerbar Ist.
PCT/EP2019/075452 2018-10-01 2019-09-23 Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung eines werkstücks WO2020069889A1 (de)

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JP2021542260A JP7402242B2 (ja) 2018-10-01 2019-09-23 ワークピースを加工処理するための方法及び装置
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