WO2022263207A1 - Laser machining method and laser machining system and control apparatus therefor - Google Patents

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WO2022263207A1
WO2022263207A1 PCT/EP2022/065166 EP2022065166W WO2022263207A1 WO 2022263207 A1 WO2022263207 A1 WO 2022263207A1 EP 2022065166 W EP2022065166 W EP 2022065166W WO 2022263207 A1 WO2022263207 A1 WO 2022263207A1
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WO
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process parameters
processing
laser
significant change
subset
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PCT/EP2022/065166
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German (de)
French (fr)
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Thomas KIEWELER
Jeremy Meyer
Tobias Hagenlocher
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Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg
Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh
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    • B23K37/0408—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups for holding or positioning work for planar work

Definitions

  • the invention relates to a method for laser processing, in particular for laser cutting, with the steps
  • Such a method is known, for example, from DE 10 2008 058 422 A1.
  • at least two current measured values are recorded by means of at least one sensor for monitoring, controlling or regulating a laser machining process to be carried out on a workpiece, which sensor monitors the laser machining process.
  • At least two current characteristic values are determined from the at least two current measured values, with the at least two current characteristic values together representing a current fingerprint in a characteristic value space.
  • a predetermined set of points is provided in the characteristic space, and the laser machining operation is classified by detecting the location of the current fingerprint relative to the predetermined set of points in the characteristic space.
  • a method for determining a minimum sol I working distance of a machining head from a workpiece surface is known from EP 2 731 749 B1.
  • the minimum target working distance is determined using a following error associated with a defined speed.
  • DE 10 2010 040 871 B3 describes the measurement of gas pressures at a nozzle of a laser processing machine using an inclined measuring surface.
  • DE 10 2018 217 526 A1 discloses a method for determining at least one parameter for the process quality in a laser cutting process.
  • a laser processing head is moved relative to a workpiece while an interaction area on the workpiece is monitored.
  • At least one position-dependent or direction-dependent parameter for the process quality is determined using a plurality of measured values of the at least one parameter. Deviations that are caused by disturbances that are not position- or direction-dependent are eliminated by a sufficient number of measured values of the parameter, for example by statistical analysis, so that a parameter that is essentially exclusively position- or direction-dependent is formed.
  • Laser machining processes are currently mostly controlled by specifying process parameters. Dynamic and time-dependent effects that influence the laser processing process are usually not taken into account. In addition, the influence of the process parameters on the processing result (e.g. quality of a cut edge or weld seam) is currently not systematically taken into account.
  • a method for laser processing is provided.
  • the method can be a laser cutting method.
  • the method can be a laser welding method, for example.
  • the procedure has the following steps:
  • steps of the method can be carried out partially simultaneously. Particularly in the case of continuous implementation, subsequent steps in the specified sequence are based on the results of the aforementioned steps or their previous implementation in this respect.
  • the trajectory for the processing in step A) can be continuous or have separate processing segments.
  • the processing can be a cutting process or a welding process.
  • a machining head In order to machine the workpiece along the trajectory, a machining head can have a
  • Laser processing system are moved relative to the workpiece.
  • the method is preferably carried out with a laser processing system according to the invention described below.
  • Recording the total set of process parameters in step B) enables analysis of the machining process. Recording can take place continuously or at predefined time intervals.
  • the process parameters to be recorded are measured during ongoing processing.
  • the process parameters can be selected from position, in particular axis position, of the processing head, speed, in particular feed rate, of the processing head, acceleration of the processing head, distance between the workpiece and the processing head, in particular a nozzle of the processing head, gas pressure of a process gas, in particular in a nozzle or a Processing optics, temperature of the processing optics, focus position, laser power, scattered light, flow of a powder to support processing, light reflected from the workpiece, from one or more sensors to evaluate the
  • the subset can contain only a single process parameter (in other words, exactly one process parameter); in other words, at least one area of the trajectory is determined in which only a single process parameter changes significantly.
  • a number of areas of the trajectory are preferably determined in which only the process parameters or the only process parameter of the predefined subset change or change significantly.
  • the subset can contain two or three process parameters, for example.
  • the subset preferably contains those process parameters which are known to relate to one another in a specific way in specific situations that are critical for the processing quality.
  • the distance between the machining head and the workpiece will be temporarily too large or too small until a distance control has set the correct distance again.
  • the distance as a first process parameter of a subset will necessarily assume a changed value.
  • the gas pressure in the laser processing head will change as a second process parameter of the subset, since a smaller distance leads to smaller gas losses and a greater distance to larger gas losses.
  • Another application of the method relates to switching between large and medium or small contours.
  • When traversing small, filigree contours of a workpiece only low maximum movement speeds of the laser processing head and thus of the laser beam can be achieved, so that other processing parameters for a high-quality laser cut, for example, have to be used than for workpiece sections whose processing parameters can be designed for high movement speeds.
  • different sets of processing parameters are determined for, for example, medium-sized and large contours. It is possible to switch between the multiple parameter sets to see if this is accompanied by a significant change in processing quality.
  • the use of the previously determined sets of parameters for contours of different sizes can be applied to value ranges of contour curvatures other than the predetermined ones.
  • Parameter changes can therefore either be brought about deliberately or they can be random changes, such as
  • a significant change in the process parameter or the process parameters of the subset can be present if this or these change by a predetermined amount or have a predetermined rate of change.
  • the limit for the existence of a significant change can be expressed as a percentage, e.g. B. by (each) at least 10%, and / or be defined absolutely.
  • a predefined subset having multiple process parameters there may be a significant change when the multiple process parameters change change at the same time or in a direct temporal or local context.
  • the subset with the process parameter or the process parameters can be selected in advance.
  • the subset or the only process parameter can be selected in step C), for example because only this process parameter has a significant change that occurs on its own.
  • the subset can also be selected in step C) if it is not known in advance which process parameters will change significantly (e.g. caused by distance control and the corresponding reaction of the processing system or increased scattered light values or temperature changes, etc.).
  • Step D) makes it possible to identify optimization options for the machining process.
  • a significant change in the processing quality can be present if a quality parameter changes at least by a predetermined amount (percentage, e.g. by at least 10%, and/or absolute).
  • a significant change can also occur if the processed workpiece falls below a predetermined minimum quality.
  • the minimum quality can include quality parameters such as a maximum permissible discoloration of a cut edge, formation of a burr, dimensions of a burr.
  • a subjective assessment of the processing quality by one person is also possible. In this way, it can also be understood whether changes in the process parameters that occur randomly during the machining process lead to a relevant change in the machining quality. Ultimately, this can then also increase productivity (e.g. through higher feed) or reduce costs (e.g. through lower cutting gas consumption).
  • the optimization process is preferably repeated continuously.
  • the method may further include the following steps:
  • Steps E) and F) can be carried out successively for further, in particular all, process parameters recorded in step B).
  • step E) those areas are therefore determined in which the process parameters of the further subset, in particular one further process parameter, change significantly and either all further process parameters remain essentially unchanged or significant changes only occur in those process parameters for which an influence on the processing quality has already been ruled out.
  • an area along the trajectory can be considered for the process parameters of the further subset, in which no significant change in another process parameter has taken place.
  • an area along the trajectory can be considered for the process parameters of the further subset, in which a significant change in at least one of the other process parameters has taken place, but in which the processing quality has remained essentially unchanged. In the latter case, areas of the trajectory are analyzed in which several process parameters change significantly, but an influence on the processing quality has already been ruled out for all but the process parameters of the further subset, in particular the one further process parameter.
  • the process parameters of the subset for further processing are preferably set in such a way that the processing quality is optimized.
  • the adjustment can be made step by step.
  • the machining process is thereby adapted in the direction of improved machining quality.
  • the setting can be done automatically.
  • a control device of a laser processing system can be set up accordingly.
  • step B a setup status of a laser processing system and/or a nozzle status of a nozzle to support the laser processing can also be recorded. In this way, the influence of process parameters on the processing quality can be assigned to the condition of the laser processing system. If components of the laser processing system are exchanged, it is thus known whether the same or different values for the process parameters should subsequently be applied.
  • a method for pattern recognition can be used in step C). If appropriate, a method for pattern recognition can also be used in step E). This simplifies the detection of significant changes in the process parameters. Pattern recognition results can be correlated with quality parameters in order to determine the influence of the process parameters on the processing quality.
  • the determination of the areas in step C) can be carried out parallel to the main time.
  • Certain workpieces, sections of the trajectory or contours for which there are favorable conditions for the process parameters to be examined and/or quality parameters can be recognized by an algorithm running on a control device of the laser processing system.
  • the control device itself decides, depending on the component and processing, where and when the processing quality is to be examined and, if necessary, whether the evaluation result is to be implemented immediately.
  • One of the process parameters can be a gas pressure of a process gas, which is measured in particular at a switching valve.
  • a target value for the gas pressure is preferably stored, with which the gas pressure is compared.
  • the switching valve makes it possible to switch on or off a flow of the process gas from a nozzle.
  • Wear or a blockage in a gas system in particular the nozzle, can be detected by comparing it with the setpoint value. Any contamination of a filter can also be detected in this way.
  • a final value of the gas pressure can be compared with the target value.
  • One of the process parameters can be a focus position of a laser beam used for processing.
  • a correction value for the focus position is preferably determined and applied.
  • a thermal and/or power-dependent change in the focus position can be compensated for, preferably automatically.
  • the duration for determining the focus position is preferably kept as short as possible.
  • this measurement can be repeated periodically for quality assurance.
  • suitable points in time or time intervals are specified in a control device, taking into account the physical/technical circumstances and the machine status (e.g. duration of uninterrupted operation of a laser).
  • Positions for determining the current focus position or its deviation from the target value can be predefined in the control device, for example at specific points on inner contours, a residual grid, or on the cutting edge, in order to be able to carry out the measurement there if necessary.
  • the process parameters advantageously include a position, a speed and/or an acceleration along at least one, preferably several, of the main machine axes.
  • the quality of a cutting edge or weld seam is influenced particularly in the case of contours in which more than one main machine axis is moving or its speed is changing.
  • the influence of the main machine axes can thus be evaluated on the basis of the processing result, for example with regard to overshooting due to wear, backlash at corners and/or a reorientation of rotary axes in 3D laser processing systems.
  • errors in the system of the movement unit can be identified at least qualitatively.
  • One of the process parameters can be a distance between the workpiece and a processing head, in particular a nozzle of the processing head.
  • a target value for the distance is preferably stored, with which the distance is compared. The distance or its deviation from the target value can be correlated with a contour of the workpiece.
  • a control program for the machining of the workpiece can be adapted on the basis of the determined changes in the machining quality. A large number of workpieces can be machined. It is preferably checked whether the influence of a subset of the process parameters on the processing quality changes with the processing of an increasing number of workpieces. For example, it can be determined whether a initially for the processing quality of subordinate process parameters gains a stronger influence over time.
  • This variant ensures higher machine availability by monitoring (diagnosis) the process signal curves (detection of deviations from expected signal curves) and enables a cause analysis. Furthermore, new series statuses of laser processing systems can be qualified in this way. Also, a detection of deviations from normal operation for individual
  • reflections and/or scattered light are preferably selected as process parameters.
  • Process parameters to be changed can in particular be feed speeds and/or a gas pressure of a process gas.
  • the workpiece can be a test component, which is processed at predetermined time intervals between the processing of, in particular, similar series parts. An influence of steps C), D) and possibly E) and F) on the main time of series production can be avoided in this way.
  • the productivity disadvantage caused by the processing of the test component is negligible in series production due to possible productivity gains due to the optimized selection of the process parameters for the processing of the series parts.
  • the test component can be processed in such a way that influences of the process parameters on the processing quality are clearly evident.
  • a control device for a laser processing system which is set up to carry out a method according to the invention as described above. The control device enables the advantages of the method according to the invention to be realized in a laser processing system.
  • step A the controller controls the
  • the control device can evaluate one or more sensors of the laser processing system.
  • Steps C) and D) can be carried out using a computer program running on the control device.
  • the computer program can, in addition to carrying out steps C) and D), also carry out steps A) and/or B).
  • the computer program can contain corresponding program instructions.
  • a laser processing system in particular a laser cutting system, with a control device according to the invention as described above also falls within the scope of the present invention.
  • the advantages of the method according to the invention can be realized with the laser processing system.
  • the laser processing system can have a processing head that can be moved relative to a workpiece support.
  • the machining head can be movable along one or more translatory and/or rotary machine axes.
  • the processing head makes it possible to direct a laser beam onto the workpiece in order to process it.
  • Processing optics for example with a lens, can be arranged in the processing head.
  • the processing head can have a nozzle. The nozzle allows a process gas or powder to be blown onto the workpiece to aid in processing.
  • the laser processing system can have one or more sensors, for example an optical sensor, in particular a camera, a gas pressure sensor, a distance sensor, one or more position and/or speed sensors for the processing head, a temperature sensor in particular for processing optics, a sensor for determining a focus position , a Power sensor for the laser beam, a scattered light sensor, a reflected light sensor, a mass flow sensor for the process gas or powder.
  • sensors for example an optical sensor, in particular a camera, a gas pressure sensor, a distance sensor, one or more position and/or speed sensors for the processing head, a temperature sensor in particular for processing optics, a sensor for determining a focus position , a Power sensor for the laser beam, a scattered light sensor, a reflected light sensor, a mass flow sensor for the process gas or powder.
  • the invention is illustrated in the drawing and is based on
  • FIG. 1 shows a laser processing system according to the invention with a control device according to the invention during the implementation of a laser processing method according to the invention in a schematic side view;
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of the laser processing system from FIG. 1 with a workpiece to be processed along a trajectory;
  • FIG. 3 shows a schematic flow chart of a method according to the invention for laser processing.
  • FIG. 1 shows a laser processing system 10.
  • a workpiece 14 is held on a work table 12 of the laser processing system 10; compare also FIG.
  • the machining head 16 can be moved relative to the work table 12 along a number of main machine axes 18 , 20 , 22 .
  • the main machine axes 18, 20, 22 are translatory axes here.
  • the machining head 16 can be rotated about one or more rotary main machine axes in a manner that is not shown in detail.
  • the machining head 16 emits a laser beam 24 to machine the workpiece 14 .
  • the workpiece 14 is machined along a trajectory 26 by means of the laser beam 24, compare step 102 in FIG.
  • the trajectory 26 is shown here as a closed contour by way of example. Alternatively, the trajectory could have several separate processing sections and intermediate ones Have transfer routes (not shown in detail).
  • the processing head 16 can have a nozzle 28 to support the processing of the workpiece 14 with the laser beam 24 .
  • a process gas or powder can be blown onto the workpiece 14 through the nozzle 28 .
  • the nozzle 28 can have a switching valve, not shown in detail, in order to switch a flow of the process gas or powder on or off.
  • the laser processing system 10 has a control device 30 for controlling and monitoring the processing of the workpiece 14 . Furthermore, the laser processing system 10 has a sensor system 32 .
  • the sensor system 32 includes a large number of sensors, not shown in detail, for determining process parameters of the machining process.
  • the sensors can be arranged in or on the processing head 16, for example. Some of the sensors can also be arranged elsewhere on the laser processing system 10 or in its vicinity.
  • the sensor system 32 can have the following sensors, among others:
  • an optical sensor in particular a camera, for example for determining a cutting edge quality
  • processing head 16 in particular the nozzle 28, from the workpiece 14,
  • Acceleration sensors for measuring positions and/or speeds and/or accelerations of the machining head 16 along the main machine axes 18, 20, 22,
  • a temperature sensor for measuring a temperature, in particular of a processing optics, for example a lens, of the processing head 16,
  • a mass flow sensor for measuring a mass flow of exiting from the nozzle 28 process gas or powder.
  • the process parameters of the machining recorded by the sensor system 32 are recorded in a step 104 .
  • the recording can take place in the control device 30 and/or a connected storage device (not shown in more detail).
  • the recording of the process parameters can also include a set-up status of the laser processing system 10 .
  • the type of nozzle 28 used can be detected.
  • One or more of the recorded process parameters can be combined into predefined subsets.
  • a first subset can include the distance 34 and the gas pressure in the nozzle 28, for example.
  • a second subset can only contain the focus position, for example.
  • further subsets can be defined with one or more process parameters. Individual process parameters can be contained in several subsets.
  • areas of the trajectory 26 are determined in which only the process parameters of one of the predefined subsets change significantly. It can be predetermined which of the subsets is considered first. A significant change in the process parameters can be present if the process parameter or at least one of the process parameters of the subset under consideration changes by a predetermined amount. The rate of change can be a relative change over a period of time and/or a change by a minimum amount. If the subset contains several process parameters, there can be a significant change if at least two of these process parameters change at the same time or in immediate succession. For example, when an edge 36 of the workpiece 14 is traveled over, the distance 34, the focus position and the gas pressure essentially simultaneously or approximately change the same position of the processing head 16. Pattern recognition techniques can be used to determine the areas of significant changes in the process parameters. Furthermore, there may be a significant change when process parameters move outside of predefined limits from a respective target value for a predetermined period of time.
  • a step 108 it is checked whether the significant change in the process parameter or the process parameters of the group of participants is accompanied by a significant change in the processing quality.
  • the processing quality can, for example, based on the discoloration of a
  • the processing quality can be assessed based on a width and/or depth of a weld seam, for example.
  • the processing quality can be assessed using sensors of the sensor system 32, in particular during processing, or, in particular after processing, using test equipment and/or manually.
  • a significant change in the processing quality can be present in particular if the quality falls below a predefined minimum.
  • there can be a significant change in the processing quality if one or more of the quality parameters change by a predetermined amount in a temporal and/or spatial context with the significant change in the process parameters.
  • one or more process parameters of the subset under consideration can be changed in a step 110 .
  • the at least one process parameter can already be changed for the ongoing processing of the workpiece 14 or for a subsequent processing of a further workpiece.
  • the at least one process parameter is set, in particular in steps, in such a way that the processing quality is optimized. If the processing quality has not changed significantly when there is a significant change in the at least one process parameter of the subset, the at least one process parameter can be set for increased processing efficiency. For example, a feed rate can be increased and/or the gas pressure can be reduced.
  • This change in the at least one process parameter can in particular be carried out in steps for further subsequently machined workpieces until a deterioration in the machining quality is determined in step 108 .
  • the at least one process parameter is then set in such a way that the processing quality is still sufficiently good.
  • regions of the trajectory 26 can be determined in which the further process parameter or the further process parameters of a further predefined subset change significantly. These areas are determined in such a way that in them—in addition to the at least one further process parameter of the further subset—at most such process parameters change significantly for which an influence on the processing quality has already been ruled out beforehand (compare step 108). Then, in a step 116, it is checked whether the significant change in the at least one further process parameter is accompanied by a significant change in the processing quality. Depending on the result of this check, steps 110 and 112 can be carried out for the at least one further process parameter of the further subset.
  • Steps 114 and 116 can be repeated for all predefined subsets, in particular for all recorded process parameters, compare the dashed arrow in FIG.
  • the method can include the processing of a large number of workpieces, in particular as part of series production.
  • the repeated Carrying out steps 102 to 116 for workpieces that are processed at a time interval from one another makes it possible to identify whether the influence of the process parameters of one of the subsets on the processing quality changes over time.
  • those sections of the trajectory can be used in particular in which a movement of the machining head 16 along at least one of the main machine axes 18, 20, 22 changes significantly. In this way, wear and tear on components of the movement unit of the laser processing system 10 can be detected at an early stage. If necessary, a corresponding compensation can be made by adjusting suitable process parameters, compare step 110.
  • the workpiece 14 machined within the framework of the method according to the invention can be a test component which is machined at predetermined intervals between the machining of series parts.
  • the trajectory 26 for processing the test component can be selected in such a way that the influence of the process parameters on the processing quality becomes particularly clear.
  • the trajectory 26 can have sections with contours of different sizes, in particular with different radii of curvature.
  • the contour sizes can be divided into several size classes, for example large and small and possibly medium. Different sets of process parameters can be predefined for the differently sized contours. As part of steps 108 or 116 and 110 and 112, the boundaries between the size classes can be checked and, if necessary, corrected.
  • the invention relates to a method for laser machining a workpiece.
  • Process parameters are recorded and recorded during processing. For predefined subsets of process parameters, in particular for individual process parameters, it is checked whether their significant change is accompanied by a significant change in the processing quality. For this purpose, patterns in the course of the process parameters be recognized or evaluated. Changes in the process parameters can be correlated with changes in the processing quality. Based on this, the process parameters can be optimized with regard to improved processing quality and/or increased economic efficiency.
  • the repeated execution of the analysis of the processing quality as a function of the process parameters makes it possible, for example, to identify aging effects or wear and tear of the laser processing system and to compensate for them if necessary.
  • Laser processing system 10 work table 12 workpiece 14
  • Processing head 16 Main machine axes 18, 20, 22 Laser beam 24 Trajectory 26 Nozzle 28
  • Control device 30 sensor system 32 distance 34 edge 36
  • Adjusting 110 process parameters for improved processing quality Changing 112 process parameters for improved profitability Determining 114 other areas in which other process parameters change significantly Checking 116 the processing quality in the other areas for a significant change

Abstract

The invention relates to a laser machining method comprising the steps of: A) machining at least one workpiece (14) with a laser beam (24) along a trajectory; B) recording a plurality of process parameters during machining; C) determining at least one region, preferably a plurality of regions, of the trajectory (26) in which a significant change occurs only in the process parameters of a predefined subset, preferably only in one of the process parameters; and D) checking whether the significant change in the process parameters of the subset is accompanied by a significant change in the machining quality. The invention further relates to a control apparatus for a laser machining system that is designed to carry out such a method, and to a laser machining system having such a control apparatus.

Description

Verfahren zur Laserbearbeitung und Laserbearbeitungsanlage sowie Process for laser processing and laser processing system as well as
Steuereinrichtung hierfür Hintergrund der Erfindung Control device therefor Background of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Laserbearbeitung, insbesondere zum Laserschneiden, mit den Schritten The invention relates to a method for laser processing, in particular for laser cutting, with the steps
A) Bearbeiten wenigstens eines Werkstücks mit einem Laserstrahl entlang einer Trajektorie, B) Aufzeichnen mehrerer Prozessparameter während der Bearbeitung. A) processing at least one workpiece with a laser beam along a trajectory, B) recording several process parameters during processing.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus DE 10 2008 058 422 Al bekannt. Bei dem bekannten Verfahren werden zur Überwachung, Steuerung oder Regelung eines an einem Werkstück durchzuführenden Laserbearbeitungsvorgangs zumindest zwei aktuelle Messwerte mittels zumindest einem Sensor erfasst, welcher den Laserbearbeitungsvorgang überwacht. Es werden zumindest zwei aktuelle Kennwerten aus den zumindest zwei aktuellen Messwerten ermittelt, wobei die die zumindest zwei aktuellen Kennwerte gemeinsam einen aktuellen Fingerabdruck in einem Kennwertraum darstellen. Es wird eine vorbestimmte Punktmenge in dem Kennwertraum bereitgestellt, und der Laserbearbeitungsvorgang durch Erfassen der Lage des aktuellen Fingerabdrucks relativ zur vorbestimmten Punktmenge im Kennwertraum klassifiziert. Such a method is known, for example, from DE 10 2008 058 422 A1. In the known method, at least two current measured values are recorded by means of at least one sensor for monitoring, controlling or regulating a laser machining process to be carried out on a workpiece, which sensor monitors the laser machining process. At least two current characteristic values are determined from the at least two current measured values, with the at least two current characteristic values together representing a current fingerprint in a characteristic value space. A predetermined set of points is provided in the characteristic space, and the laser machining operation is classified by detecting the location of the current fingerprint relative to the predetermined set of points in the characteristic space.
Aus EP 2 731 749 Bl ist ein Verfahren zum Bestimmen eines minimalen Sol I- Arbeitsabstands eines Bearbeitungskopfs von einer Werkstückoberfläche bekannt. Hierbei wird der minimale Soll-Arbeitsabstand anhand eines zu einer definierten Geschwindigkeit zugehörigen Schleppabstands bestimmt. A method for determining a minimum sol I working distance of a machining head from a workpiece surface is known from EP 2 731 749 B1. Here, the minimum target working distance is determined using a following error associated with a defined speed.
DE 10 2010 040 871 B3 beschreibt die Messung von Gasdrücken an einer Düse einer Laserbearbeitungsmaschine mittels einer geneigten Messfläche. Eine Abmessung oder ein Zustand einer Düsenöffnung kann gemäß DE 10 2007 061 718 B3 anhand eines Strömungsgeräuschs bestimmt werden. DE 10 2010 040 871 B3 describes the measurement of gas pressures at a nozzle of a laser processing machine using an inclined measuring surface. One According to DE 10 2007 061 718 B3, the dimension or a state of a nozzle opening can be determined on the basis of a flow noise.
Aus DE 10 2018 217 526 Al ist ein Verfahren zum Ermitteln mindestens einer Kenngröße für die Prozessqualität bei einem Laserschneidprozess bekannt. Ein Laserbearbeitungskopf wird gegenüber einem Werkstück bewegt, während ein Wechselwirkungsbereich an dem Werkstück überwacht wird. Mindestens eine positionsabhängige oder richtungsabhängige Kenngröße für die Prozessqualität wird anhand einer Mehrzahl von Messwerten der mindestens einen Kenngröße ermittelt. Abweichungen, die durch nicht positions- oder richtungsabhängige Störungen hervorgerufen werden, werden durch eine ausreichende Anzahl von Messwerten der Kenngröße eliminiert, beispielsweise durch statistische Analyse, sodass eine im Wesentlichen ausschließlich positions- bzw. richtungsabhängige Kenngröße gebildet wird. DE 10 2018 217 526 A1 discloses a method for determining at least one parameter for the process quality in a laser cutting process. A laser processing head is moved relative to a workpiece while an interaction area on the workpiece is monitored. At least one position-dependent or direction-dependent parameter for the process quality is determined using a plurality of measured values of the at least one parameter. Deviations that are caused by disturbances that are not position- or direction-dependent are eliminated by a sufficient number of measured values of the parameter, for example by statistical analysis, so that a parameter that is essentially exclusively position- or direction-dependent is formed.
Laserbearbeitungsprozesse werden gegenwärtig meist durch Vorgabe von Prozessparametern gesteuert. Dynamische und zeitabhängige Effekte, die den Laserbearbeitungsprozess beeinflussen, werden in der Regel nicht berücksichtigt. Außerdem wird der Einfluss der Prozessparameter auf das Bearbeitungsergebnis (z. B. Qualität einer Schnittkante oder Schweißnaht) aktuell nicht systematisch berücksichtigt. Laser machining processes are currently mostly controlled by specifying process parameters. Dynamic and time-dependent effects that influence the laser processing process are usually not taken into account. In addition, the influence of the process parameters on the processing result (e.g. quality of a cut edge or weld seam) is currently not systematically taken into account.
Aufgabe der Erfindung Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine im Hinblick auf die Bearbeitungsqualität und/oder Wirtschaftlichkeit optimierte Durchführung von Laserbearbeitungs prozessen zu ermöglichen. Beschreibung der Erfindung OBJECT OF THE INVENTION It is an object of the invention to enable laser machining processes to be carried out in an optimized manner with regard to the machining quality and/or cost-effectiveness. Description of the invention
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, eine Steuereinrichtung gemäß Anspruch 14 und eine Laserbearbeitungsanlage gemäß Anspruch 15. Die Unteransprüche und die Beschreibung geben vorteilhafte Varianten bzw. Ausführungsformen an. This object is achieved by a method according to claim 1, a control device according to claim 14 and a Laser processing system according to claim 15. The dependent claims and the description specify advantageous variants or embodiments.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Laserbearbeitung vorgesehen. Das Verfahren kann ein Laserschneidverfahren sein. Alternativ kann das Verfahren beispielsweise ein Laserschweißverfahren sein. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: According to the invention, a method for laser processing is provided. The method can be a laser cutting method. Alternatively, the method can be a laser welding method, for example. The procedure has the following steps:
A) Bearbeiten wenigstens eines Werkstücks mit einem Laserstrahl entlang einer Trajektorie, B) Aufzeichnen mehrerer Prozessparameter während der Bearbeitung, A) processing at least one workpiece with a laser beam along a trajectory, B) recording several process parameters during processing,
C) Ermitteln wenigstens eines Bereichs, vorzugsweise mehrerer Bereiche, der Trajektorie, in welchem bzw. welchen eine signifikante Änderung lediglich der Prozessparameter einer vordefinierten Teilmenge der aufgezeichneten Prozessparameter, vorzugsweise lediglich eines (einzigen) der Prozessparameter, auftritt, C) determining at least one area, preferably several areas, of the trajectory in which a significant change occurs only in the process parameters of a predefined subset of the recorded process parameters, preferably only one (single) of the process parameters,
D) Prüfen, ob die signifikante Änderung der Prozessparameter der Teilmenge mit einer signifikanten Änderung der Bearbeitungsqualität einhergeht. D) Check whether the significant change in the process parameters of the subset is accompanied by a significant change in the processing quality.
Die Schritte des Verfahrens können teilweise gleichzeitig durchgeführt werden. Insbesondere bei kontinuierlicher Durchführung stützen sich nachfolgende Schritte der angegebenen Reihenfolge auf Ergebnisse der zuvor genannten Schritte bzw. deren insoweit vorangegangene Durchführung. The steps of the method can be carried out partially simultaneously. Particularly in the case of continuous implementation, subsequent steps in the specified sequence are based on the results of the aforementioned steps or their previous implementation in this respect.
Die Trajektorie für die Bearbeitung im Schritt A) kann durchgängig sein oder voneinander getrennte Bearbeitungssegmente aufweisen. Die Bearbeitung kann ein Schneidvorgang oder ein Schweißvorgang sein. Um das Werkstück entlang der Trajektorie zu bearbeiten, kann ein Bearbeitungskopf einerThe trajectory for the processing in step A) can be continuous or have separate processing segments. The processing can be a cutting process or a welding process. In order to machine the workpiece along the trajectory, a machining head can have a
Laserbearbeitungsanlage relativ zu dem Werkstück bewegt werden. Das Verfahren wird vorzugsweise mit einer unten beschriebenen, erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsanlage durchgeführt. Laser processing system are moved relative to the workpiece. The method is preferably carried out with a laser processing system according to the invention described below.
Das Aufzeichnen der Gesamtmenge der Prozessparameter in Schritt B) ermöglicht eine Analyse des Bearbeitungsprozesses. Das Aufzeichnen kann kontinuierlich oder in vordefinierten Zeitabständen erfolgen. Die aufzuzeichnenden Prozessparameter werden bei der laufenden Bearbeitung gemessen. Die Prozessparameter können ausgewählt sein aus Position, insbesondere Achsposition, des Bearbeitungskopfs, Geschwindigkeit, insbesondere Vorschubgeschwindigkeit, des Bearbeitungskopfs, Beschleunigung des Bearbeitungskopfs, Abstand zwischen dem Werkstück und dem Bearbeitungskopf, insbesondere einer Düse des Bearbeitungskopfs, Gasdruck eines Prozessgases, insbesondere in einer Düse oder einer Bearbeitungsoptik, Temperatur der Bearbeitungsoptik, Fokuslage, Laserleistung, Streulicht, Strom eines Pulvers zur Unterstützung der Bearbeitung, vom Werkstück reflektiertes Licht, von einem oder mehreren Sensoren zur Bewertung derRecording the total set of process parameters in step B) enables analysis of the machining process. Recording can take place continuously or at predefined time intervals. The process parameters to be recorded are measured during ongoing processing. The process parameters can be selected from position, in particular axis position, of the processing head, speed, in particular feed rate, of the processing head, acceleration of the processing head, distance between the workpiece and the processing head, in particular a nozzle of the processing head, gas pressure of a process gas, in particular in a nozzle or a Processing optics, temperature of the processing optics, focus position, laser power, scattered light, flow of a powder to support processing, light reflected from the workpiece, from one or more sensors to evaluate the
Bearbeitungsqualität ermittelte Kennwerte. Characteristic values determined for machining quality.
Anhand der aufgezeichneten Prozessparameter wird im Schritt C) wenigstens ein Bereich der Trajektorie ermittelt, in welchem sich eine signifikante Änderung lediglich derjenigen Prozessparameter ergibt, die Teil einer vordefinierten Teilmenge sind. Die Teilmenge kann insbesondere nur einen einzigen Prozessparameter (mit anderen Worten genau einen Prozessparameter) enthalten; mit anderen Worten wird wenigstens ein Bereich der Trajektorie ermittelt, in welchem sich nur ein einziger Prozessparameter signifikant ändert. Vorzugsweise werden mehrere Bereiche der Trajektorie ermittelt, in denen sich lediglich die Prozessparameter bzw. der einzige Prozessparameter der vordefinierten Teilmenge signifikant ändern bzw. ändert. Die Teilmenge kann beispielsweise zwei oder drei Prozessparameter enthalten. Die Teilmenge enthält vorzugsweise solche Prozessparameter, von denen bekannt ist, dass sie sich bei bestimmten für die Bearbeitungsqualität kritischen Situationen in einer bestimmten Weise zueinander verhalten. Beispielsweise wird es beim Fahren über eine Kante im Werkstück üblicherweise zu einem Schleppfehler kommen, d. h. der Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf und dem Werkstück wird temporär zu groß oder zu klein sein, bis eine Abstandsregelung wieder den richtigen Abstand eingestellt hat. Durch den Schleppfehler wird zwingend der Abstand als ein erster Prozessparameter einer Teilmenge einen veränderten Wert annehmen. Ferner wird sich der Gasdruck im Laserbearbeitungskopf als ein zweiter Prozessparameter der Teilmenge ändern, da ein geringerer Abstand zu geringeren Gasverlusten und ein größerer Abstand zu größeren Gasverlusten führt. On the basis of the recorded process parameters, at least one area of the trajectory is determined in step C), in which there is a significant change only in those process parameters that are part of a predefined subset. In particular, the subset can contain only a single process parameter (in other words, exactly one process parameter); in other words, at least one area of the trajectory is determined in which only a single process parameter changes significantly. A number of areas of the trajectory are preferably determined in which only the process parameters or the only process parameter of the predefined subset change or change significantly. The subset can contain two or three process parameters, for example. The subset preferably contains those process parameters which are known to relate to one another in a specific way in specific situations that are critical for the processing quality. For example, when driving over an edge in the workpiece, there will usually be a following error, ie the distance between the machining head and the workpiece will be temporarily too large or too small until a distance control has set the correct distance again. Through the following error, the distance as a first process parameter of a subset will necessarily assume a changed value. Furthermore, the gas pressure in the laser processing head will change as a second process parameter of the subset, since a smaller distance leads to smaller gas losses and a greater distance to larger gas losses.
Ein anderer Anwendungsfall des Verfahrens betrifft das Umschalten zwischen großen und mittleren bzw. kleinen Konturen. Beim Abfahren kleiner, filigraner Konturen eines Werkstücks können nur niedrige maximale Bewegungsgeschwindigkeiten des Laserbearbeitungskopfs und damit des Laserstrahls erreicht werden, sodass andere Bearbeitungsparameter für beispielsweise einen qualitativ hochwertigen Laserschnitt verwendet werden müssen, als an Werkstückabschnitten deren Bearbeitungsparameter auf hohe Bewegungsgeschwindigkeiten ausgelegt werden können. Daher werden unterschiedliche Sätze von Bearbeitungsparametern für beispielsweise mittlere und große Konturen ermittelt. Es kann zwischen den mehreren Parametersätzen umgeschaltet werden, um zu prüfen, ob dies mit einer signifikanten Änderung der Bearbeitungsqualität einhergeht. Gegebenenfalls kann der Einsatz der zuvor ermittelten Parametersätze für unterschiedlich große Konturen auf andere als die vorbestimmten Wertebereiche von Konturkrümmungen angewendet werden. Another application of the method relates to switching between large and medium or small contours. When traversing small, filigree contours of a workpiece, only low maximum movement speeds of the laser processing head and thus of the laser beam can be achieved, so that other processing parameters for a high-quality laser cut, for example, have to be used than for workpiece sections whose processing parameters can be designed for high movement speeds. For this reason, different sets of processing parameters are determined for, for example, medium-sized and large contours. It is possible to switch between the multiple parameter sets to see if this is accompanied by a significant change in processing quality. If necessary, the use of the previously determined sets of parameters for contours of different sizes can be applied to value ranges of contour curvatures other than the predetermined ones.
Parameteränderungen können folglich entweder bewusst herbeigeführt werden oder es können zufällige Änderungen sein, wie beispielsweiseParameter changes can therefore either be brought about deliberately or they can be random changes, such as
Abstandsänderungen bei deformierten Blechen, Materialfehler und/oder Düsenverschleiß. Changes in distance with deformed sheets, material defects and/or nozzle wear.
Eine signifikante Änderung des Prozessparameters bzw. der Prozessparameter der Teilmenge kann vorliegen, wenn sich dieser bzw. diese um ein vorbestimmtes Maß ändern oder eine vorbestimmte Änderungsgeschwindigkeit aufweisen. Die Grenze für das Vorliegen einer signifikanten Änderung kann prozentual, z. B. um (jeweils) wenigstens 10 %, und/oder absolut definiert sein. Bei einer vordefinierten Teilmenge mit mehreren Prozessparametern kann eine signifikante Änderung vorliegen, wenn sich die mehreren Prozessparameter gleichzeitig oder in einem unmittelbaren zeitlichen bzw. örtlichen Zusammenhang ändern. A significant change in the process parameter or the process parameters of the subset can be present if this or these change by a predetermined amount or have a predetermined rate of change. The limit for the existence of a significant change can be expressed as a percentage, e.g. B. by (each) at least 10%, and / or be defined absolutely. For a predefined subset having multiple process parameters, there may be a significant change when the multiple process parameters change change at the same time or in a direct temporal or local context.
Die Teilmenge mit dem Prozessparameter bzw. den Prozessparametern kann vorab ausgewählt sein. Alternativ kann die Teilmenge bzw. der einzige Prozessparameter im Schritt C) gewählt werden, beispielsweise weil nur dieser Prozessparameter eine alleine auftretende signifikante Änderung aufweist. Eine Wahl der Teilmenge im Schritt C) kann auch erfolgen, wenn vorab nicht bekannt ist welche Prozessparameter sich signifikant ändern werden (z. B. verursacht durch Abstandsregelung und die entsprechende Reaktion der Bearbeitungsanlage oder erhöhte Streulichtwerte oder Temperaturänderungen etc.). The subset with the process parameter or the process parameters can be selected in advance. Alternatively, the subset or the only process parameter can be selected in step C), for example because only this process parameter has a significant change that occurs on its own. The subset can also be selected in step C) if it is not known in advance which process parameters will change significantly (e.g. caused by distance control and the corresponding reaction of the processing system or increased scattered light values or temperature changes, etc.).
Schritt D) ermöglicht es, Optimierungsmöglichkeiten für den Bearbeitungsvorgang zu erkennen. Eine signifikante Änderung der Bearbeitungsqualität kann vorliegen, wenn sich ein Qualitätsparameter zumindest um ein vorbestimmtes Maß ändert (prozentual, z. B. um wenigstens 10 %, und/oder absolut). Eine signifikante Änderung kann auch dann vorliegen, wenn eine vorbestimmte Mindestqualität des bearbeiteten Werkstücks unterschritten wird. Die Mindestqualität kann Qualitätsparameter umfassen wie beispielsweise eine maximal zulässige Verfärbung einer Schnittkante, Entstehung eines Grates, Abmessungen eines Grats. Auch ist eine subjektive Einschätzung der Bearbeitungsqualität durch eine Person möglich. Derart kann auch nachvollzogen werden, ob während des Bearbeitungsprozesses zufällig auftretende Änderungen der Prozessparameter zu einer relevanten Änderung der Bearbeitungsqualität führen. Letztendlich kann dadurch dann auch die Produktivität erhöht werden (z. B. durch höheren Vorschub) oder die Kosten gesenkt werden (z. B. durch geringeren Schneidgasverbrauch). Vorzugsweise wird der Optimierungsprozess laufend wiederholt. Das Verfahren kann weiterhin die folgenden Schritte aufweisen: Step D) makes it possible to identify optimization options for the machining process. A significant change in the processing quality can be present if a quality parameter changes at least by a predetermined amount (percentage, e.g. by at least 10%, and/or absolute). A significant change can also occur if the processed workpiece falls below a predetermined minimum quality. The minimum quality can include quality parameters such as a maximum permissible discoloration of a cut edge, formation of a burr, dimensions of a burr. A subjective assessment of the processing quality by one person is also possible. In this way, it can also be understood whether changes in the process parameters that occur randomly during the machining process lead to a relevant change in the machining quality. Ultimately, this can then also increase productivity (e.g. through higher feed) or reduce costs (e.g. through lower cutting gas consumption). The optimization process is preferably repeated continuously. The method may further include the following steps:
E) Ermitteln wenigstens eines Bereichs, vorzugsweise mehrerer Bereiche, der Trajektorie, in welchem bzw. welchen sich außer den Prozessparametern einer weiteren vordefinierten Teilmenge, vorzugsweise außer einem weiteren Prozessparameter, allenfalls solche Prozessparameter signifikant ändern, für die zuvor festgestellt wurde, dass ihre Änderung nicht mit einer signifikanten Änderung der Bearbeitungsqualität einhergeht, E) Determining at least one area, preferably a plurality of areas, of the trajectory in which, apart from the process parameters, a further predefined subset, preferably apart from one significantly change other process parameters, at most those process parameters for which it was previously determined that their change is not accompanied by a significant change in processing quality,
F) Prüfen, ob die signifikante Änderung der Prozessparameter der weiteren Teilmenge mit einer signifikanten Änderung der Bearbeitungsqualität einhergeht. F) Checking whether the significant change in the process parameters of the further subset is accompanied by a significant change in the processing quality.
Die Schritte E) und F) können sukzessive für weitere, insbesondere alle, im Schritt B) aufgezeichneten Prozessparameter durchgeführt werden. Im Schritt E) werden mithin solche Bereiche ermittelt, in denen sich die Prozessparameter der weiteren Teilmenge, insbesondere der eine weitere Prozessparameter, signifikant ändern und entweder alle weiteren Prozessparameter im Wesentlichen unverändert bleiben oder signifikante Änderungen nur bei denjenigen Prozessparametern auftreten, für die ein Einfluss auf die Bearbeitungsqualität bereits ausgeschlossen wurde. Insbesondere kann im Schritt F) für die Prozessparameter der weiteren Teilmenge ein Bereich entlang der Trajektorie betrachtet werden, in welchem keine signifikante Änderung eines anderen Prozessparameters stattgefunden hat. Alternativ kann im Schritt F) für die Prozessparameter der weiteren Teilmenge ein Bereich entlang der Trajektorie betrachtet werden, in welchem zwar eine signifikante Änderung wenigstens eines der anderen Prozessparameter stattgefunden hat, bei welcher die Bearbeitungsqualität jedoch im Wesentlichen unverändert geblieben ist. In letzterem Fall werden mithin Bereiche der Trajektorie analysiert, in denen sich mehrere Prozessparameter signifikant ändern, wobei für alle bis auf die Prozessparameter der weiteren Teilmenge, insbesondere den einen weiteren Prozessparameter, jedoch ein Einfluss auf die Bearbeitungsqualität bereits ausgeschlossen wurde. Steps E) and F) can be carried out successively for further, in particular all, process parameters recorded in step B). In step E), those areas are therefore determined in which the process parameters of the further subset, in particular one further process parameter, change significantly and either all further process parameters remain essentially unchanged or significant changes only occur in those process parameters for which an influence on the processing quality has already been ruled out. In particular, in step F) an area along the trajectory can be considered for the process parameters of the further subset, in which no significant change in another process parameter has taken place. Alternatively, in step F) an area along the trajectory can be considered for the process parameters of the further subset, in which a significant change in at least one of the other process parameters has taken place, but in which the processing quality has remained essentially unchanged. In the latter case, areas of the trajectory are analyzed in which several process parameters change significantly, but an influence on the processing quality has already been ruled out for all but the process parameters of the further subset, in particular the one further process parameter.
Hierdurch können weitere Optimierungsmöglichkeiten für den Bearbeitungsvorgang erkannt werden. Der Einfluss einzelner Teilmengen mit je zumindest einem Prozessparameter auf die Bearbeitungsqualität kann sukzessive untersucht und bestätigt bzw. ausgeschlossen werden. Im Falle einer signifikanten Änderung der Bearbeitungsqualität werden die Prozessparameter der Teilmenge für eine weitere Bearbeitung vorzugsweise so eingestellt, dass die Bearbeitungsqualität optimiert wird. Insbesondere kann die die Einstellung schrittweise erfolgen. Der Bearbeitungsprozess wird dadurch in Richtung einer verbesserten Bearbeitungsqualität adaptiert. Die Einstellung kann automatisch erfolgen. Eine Steuereinrichtung einer Laserbearbeitungsanlage kann entsprechend eingerichtet sein. As a result, further optimization options for the machining process can be identified. The influence of individual subsets, each with at least one process parameter on the processing quality, can be successively examined and confirmed or ruled out. In the event of a significant change in the processing quality, the process parameters of the subset for further processing are preferably set in such a way that the processing quality is optimized. In particular, the adjustment can be made step by step. The machining process is thereby adapted in the direction of improved machining quality. The setting can be done automatically. A control device of a laser processing system can be set up accordingly.
Im Schritt B) kann auch ein Rüstzustand einer Laserbearbeitungsanlage und/oder ein Düsenzustand einer Düse zur Unterstützung der Laserbearbeitung aufgezeichnet werden. Dadurch kann der Einfluss von Prozessparametern auf die Bearbeitungsqualität dem Zustand der Laserbearbeitungsanlage zugeordnet werden. Wenn Komponenten der Laserbearbeitungsanlage ausgetauscht werden, ist somit bekannt, ob nachfolgend dieselben oder andere Werte für die Prozessparameter angewandt werden sollten. In step B), a setup status of a laser processing system and/or a nozzle status of a nozzle to support the laser processing can also be recorded. In this way, the influence of process parameters on the processing quality can be assigned to the condition of the laser processing system. If components of the laser processing system are exchanged, it is thus known whether the same or different values for the process parameters should subsequently be applied.
Im Schritt C) kann ein Verfahren zur Mustererkennung eingesetzt werden. Ggf. kann auch im Schritt E) ein Verfahren zur Mustererkennung eingesetzt werden. Dies vereinfacht das Erkennen signifikanter Änderungen der Prozessparameter. Ergebnisse der Mustererkennung können mit Qualitätskennwerten korreliert werden, um den Einfluss der Prozessparameter auf die Bearbeitungsqualität zu ermitteln. A method for pattern recognition can be used in step C). If appropriate, a method for pattern recognition can also be used in step E). This simplifies the detection of significant changes in the process parameters. Pattern recognition results can be correlated with quality parameters in order to determine the influence of the process parameters on the processing quality.
Das Ermitteln der Bereiche im Schritt C) kann hauptzeitparallel durchgeführt werden. Es können bestimmte Werkstücke, Teilabschnitte der Trajektorie oder Konturen, bei denen günstige Voraussetzungen für die zu untersuchenden Prozessparameter und/oder Qualitätskennwerte vorliegen, von einem auf einer Steuereinrichtung der Laserbearbeitungsanlage ablaufenden Algorithmus erkannt werden. Je nach Anwendungsfall entscheidet somit die Steuereinrichtung selbst bauteil- und bearbeitungsabhängig, wo bzw. wann die Bearbeitungsqualität zu untersuchen ist und ggf. ob das Auswertungsergebnis sofort umgesetzt wird. Einer der Prozessparameter kann ein Gasdruck eines Prozessgases sein, der insbesondere an einem Schaltventil gemessen wird. Vorzugsweise ist ein Sollwert für den Gasdruck hinterlegt, mit welchem der Gasdruck verglichen wird. Das Schaltventil ermöglicht es, einen Strom des Prozessgases aus einer Düse einzuschalten oder abzuschalten. Durch den Vergleich mit dem Sollwert kann Verschleiß bzw. eine Verstopfung eines Gassystems, insbesondere der Düse, erkannt werden. Auch kann dadurch eine allfällige Verschmutzung eines Filters erkannt werden. Bei transienten Übergängen, beispielsweise beim Überfahren von Kanten des Werkstücks, kann ein Endwert des Gasdrucks mit dem Sollwert verglichen werden. The determination of the areas in step C) can be carried out parallel to the main time. Certain workpieces, sections of the trajectory or contours for which there are favorable conditions for the process parameters to be examined and/or quality parameters can be recognized by an algorithm running on a control device of the laser processing system. Depending on the application, the control device itself decides, depending on the component and processing, where and when the processing quality is to be examined and, if necessary, whether the evaluation result is to be implemented immediately. One of the process parameters can be a gas pressure of a process gas, which is measured in particular at a switching valve. A target value for the gas pressure is preferably stored, with which the gas pressure is compared. The switching valve makes it possible to switch on or off a flow of the process gas from a nozzle. Wear or a blockage in a gas system, in particular the nozzle, can be detected by comparing it with the setpoint value. Any contamination of a filter can also be detected in this way. In the case of transient transitions, for example when driving over edges of the workpiece, a final value of the gas pressure can be compared with the target value.
Einer der Prozessparameter kann eine Fokuslage eines zur Bearbeitung eingesetzten Laserstrahls sein. Vorzugsweise wird ein Korrekturwert für die Fokuslage ermittelt und angewandt. Dadurch kann eine thermische und/oder leistungsabhängige Veränderung der Fokuslage, vorzugsweise automatisch, kompensiert werden. One of the process parameters can be a focus position of a laser beam used for processing. A correction value for the focus position is preferably determined and applied. As a result, a thermal and/or power-dependent change in the focus position can be compensated for, preferably automatically.
Vorzugsweise wird die Dauer zur Ermittlung der Fokuslage möglichst gering gehalten. Im quasistatischen Zustand der Laserbearbeitungsanlage kann diese Messung periodisch zur Qualitätssicherung wiederholt werden. Dazu werden beispielsweise in einer Steuereinrichtung geeignete Zeitpunkte oder Zeitintervalle unter Berücksichtigung der physikalischen/technischen Gegebenheiten und des Maschinenzustands (z. B. Dauer des ununterbrochenen Betriebs eines Lasers) vorgegeben. Positionen zur Ermittlung der aktuellen Fokuslage bzw. seiner Abweichung von dem Sollwert können in der Steuereinrichtung vordefiniert sein, beispielsweise an bestimmten Punkten von Innenkonturen, eines Restgitters, oder am Schneidrand, um dort die Messung bei Bedarf durchführen zu können. Durch Vergleich der Fokuslage mit dem Sollwert ist es außerdem möglich, zu bestimmen, wann sich die Laserbearbeitungsanlage im quasistatischen Zustand in Bezug auf den Laserbearbeitungsprozess befindet. The duration for determining the focus position is preferably kept as short as possible. In the quasi-static state of the laser processing system, this measurement can be repeated periodically for quality assurance. For this purpose, for example, suitable points in time or time intervals are specified in a control device, taking into account the physical/technical circumstances and the machine status (e.g. duration of uninterrupted operation of a laser). Positions for determining the current focus position or its deviation from the target value can be predefined in the control device, for example at specific points on inner contours, a residual grid, or on the cutting edge, in order to be able to carry out the measurement there if necessary. By comparing the focus position with the target value, it is also possible to determine when the laser processing system is in a quasi-static state in relation to the laser processing process.
Zum Ermitteln der Bereiche mit signifikanten Änderungen der Prozessparameter können nur diejenigen Abschnitte der Trajektorie, in welchen sich eine Bewegung wenigstens einer Hauptmaschinenachse signifikant ändert, herangezogen werden. Dadurch kann der Einfluss einer Bewegungseinheit derOnly those sections of the trajectory in which there is a movement can be used to determine the areas with significant changes in the process parameters at least one main machine axis changes significantly. This allows the influence of a movement unit of the
Laserbearbeitungsanlage auf die Bearbeitungsqualität untersucht werden. Die Prozessparameter umfassen vorteilhafterweise eine Position, eine Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung entlang wenigstens einer, vorzugsweise mehrerer, der Hauptmaschinenachsen. Insbesondere bei Konturen, bei denen mehr als eine Hauptmaschinenachse eine Bewegung ausführt oder sich deren Geschwindigkeit ändert, wird die Qualität beispielsweise einer Schneidkante oder Schweißnaht beeinflusst. Der Einfluss der Hauptmaschinenachsen kann somit anhand des Bearbeitungsergebnisses bewertet werden, etwa im Hinblick auf ein Überschwingen durch Verschleiß, ein Umkehrspiel an Ecken und/oder eine Umorientierung von rotatorischen Achsen bei 3D-Laserbearbeitungsanlagen. Zudem können Fehler im System der Bewegungseinheit zumindest qualitativ erkannt werden. Laser processing system to be examined for processing quality. The process parameters advantageously include a position, a speed and/or an acceleration along at least one, preferably several, of the main machine axes. The quality of a cutting edge or weld seam, for example, is influenced particularly in the case of contours in which more than one main machine axis is moving or its speed is changing. The influence of the main machine axes can thus be evaluated on the basis of the processing result, for example with regard to overshooting due to wear, backlash at corners and/or a reorientation of rotary axes in 3D laser processing systems. In addition, errors in the system of the movement unit can be identified at least qualitatively.
Alternativ können zum Ermitteln der Bereiche mit signifikanten Änderungen der Prozessparameter diejenigen Abschnitte der Trajektorie, in welchen sich eine Bewegung einer Hauptmaschinenachse signifikant ändert, ausgeschlossen werden. Dadurch kann der Einfluss der Bewegungseinheit für die Analyse ausgeblendet werden. Alternatively, to determine the areas with significant changes in the process parameters, those sections of the trajectory in which a movement of a main machine axis changes significantly can be excluded. In this way, the influence of the movement unit can be hidden for the analysis.
Einer der Prozessparameter kann ein Abstand zwischen dem Werkstück und einem Bearbeitungskopf, insbesondere einer Düse des Bearbeitungskopfs, sein. Vorzugsweise ist ein Sollwert für den Abstand hinterlegt, mit welchem der Abstand verglichen wird. Der Abstand bzw. dessen Abweichung vom Sollwert können mit einer Kontur des Werkstücks korreliert werden. Anhand der festgestellten Änderungen der Bearbeitungsqualität kann ein Steuerungsprogramm für die Bearbeitung des Werkstücks angepasst werden. Es kann eine Vielzahl von Werkstücken bearbeitet werden. Vorzugsweise wird überprüft, ob sich mit der Bearbeitung einer zunehmenden Anzahl von Werkstücken der Einfluss einer Teilmenge der Prozessparameter auf die Bearbeitungsqualität ändert. So kann beispielsweise festgestellt werden, ob ein anfangs für die Bearbeitungsqualität nachrangiger Prozessparameter im Laufe der Zeit einen stärkeren Einfluss gewinnt. Dies kann auf einen Verschleiß einer Laserbearbeitungsanlage hindeuten, der dann geeignet behoben oder durch Anpassung der Prozessparameter, insbesondere automatisch, kompensiert werden kann. Diese Variante ermöglicht die Sicherstellung einer höheren Maschinenverfügbarkeit durch Überwachung (Diagnose) der Prozesssignalverläufe (Detektion von Abweichungen von erwarteten Signalverläufen) und ermöglicht eine Ursachenanalyse. Ferner können derart neue Serienstände von Laserbearbeitungsanlagen qualifiziert werden. Auch kann eine Detektion von Abweichungen vom Normbetrieb für individuelleOne of the process parameters can be a distance between the workpiece and a processing head, in particular a nozzle of the processing head. A target value for the distance is preferably stored, with which the distance is compared. The distance or its deviation from the target value can be correlated with a contour of the workpiece. A control program for the machining of the workpiece can be adapted on the basis of the determined changes in the machining quality. A large number of workpieces can be machined. It is preferably checked whether the influence of a subset of the process parameters on the processing quality changes with the processing of an increasing number of workpieces. For example, it can be determined whether a initially for the processing quality of subordinate process parameters gains a stronger influence over time. This can indicate wear and tear on a laser processing system, which can then be corrected in a suitable manner or compensated for, in particular automatically, by adjusting the process parameters. This variant ensures higher machine availability by monitoring (diagnosis) the process signal curves (detection of deviations from expected signal curves) and enables a cause analysis. Furthermore, new series statuses of laser processing systems can be qualified in this way. Also, a detection of deviations from normal operation for individual
Laserbearbeitungsanlagen erfolgen. Hierzu werden vorzugsweise Reflexionen und/oder Streulicht als Prozessparameter gewählt. Laser processing systems take place. To this end, reflections and/or scattered light are preferably selected as process parameters.
Bei Bearbeitung einer Vielzahl von Werkstücken kann wenigstens einer der Prozessparameter verändert werden, bis sich die Bearbeitungsqualität verschlechtert. Für die weitere Bearbeitung wird der Prozessparameter dann so eingestellt, dass die Bearbeitungsqualität noch nicht signifikant verschlechtert wird. Dadurch kann die Produktivität bei gleichbleibender Bearbeitungsqualität erhöht werden. Zu verändernde Prozessparameter können insbesondere Vorschubgeschwindigkeiten und/oder ein Gasdruck eines Prozessgases sein. When processing a large number of workpieces, at least one of the process parameters can be changed until the processing quality deteriorates. For further processing, the process parameters are then set in such a way that the processing quality is not yet significantly impaired. As a result, productivity can be increased while the processing quality remains the same. Process parameters to be changed can in particular be feed speeds and/or a gas pressure of a process gas.
Das Werkstück kann ein Testbauteil sein, welches in vorbestimmten Zeitabständen zwischen der Bearbeitung von, insbesondere gleichartigen, Serienteilen bearbeitet wird. Ein Einfluss der Schritte C), D) und ggf. E) und F) auf die Hauptzeit der Serienfertigung kann dadurch vermieden werden. Der Produktivitätsnachteil durch die Bearbeitung des Testbauteils ist demgegenüber bei der Serienfertigung durch mögliche Produktivitätsgewinne aufgrund optimierter Wahl der Prozessparameter für die Bearbeitung der Serienteile vernachlässigbar. Zudem kann die Bearbeitung des Testbauteils derart erfolgen, dass Einflüsse der Prozessparameter auf die Bearbeitungsqualität deutlich zutage treten. Ebenfalls in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt eine Steuereinrichtung für eine Laserbearbeitungsanlage, die zur Durchführung eines oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die Steuereinrichtung ermöglicht die Realisierung der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Laserbearbeitungsanlage. ZurThe workpiece can be a test component, which is processed at predetermined time intervals between the processing of, in particular, similar series parts. An influence of steps C), D) and possibly E) and F) on the main time of series production can be avoided in this way. In contrast, the productivity disadvantage caused by the processing of the test component is negligible in series production due to possible productivity gains due to the optimized selection of the process parameters for the processing of the series parts. In addition, the test component can be processed in such a way that influences of the process parameters on the processing quality are clearly evident. Also within the scope of the present invention is a control device for a laser processing system, which is set up to carry out a method according to the invention as described above. The control device enables the advantages of the method according to the invention to be realized in a laser processing system. To the
Durchführung von Schritt A) steuert die Steuereinrichtung dieCarrying out step A), the controller controls the
Laserbearbeitungsanlage an. Für Schritt B) kann die Steuereinrichtung einen oder mehrere Sensoren der Laserbearbeitungsanlage auswerten. Die Schritte C) und D) können mittels eines auf der Steuereinrichtung ausgeführten Computerprogramms durchgeführt werden. Das Computerprogramm kann bei seiner Ausführung auf der Steuereinrichtung neben der Durchführung der Schritte C) und D) auch die Durchführung der Schritte A) und/oder B) bewirken. Das Computerprogramm kann entsprechende Programmbefehle enthalten. laser processing system. For step B), the control device can evaluate one or more sensors of the laser processing system. Steps C) and D) can be carried out using a computer program running on the control device. When executed on the control device, the computer program can, in addition to carrying out steps C) and D), also carry out steps A) and/or B). The computer program can contain corresponding program instructions.
Weiterhin in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt eine Laserbearbeitungsanlage, insbesondere Laserschneidanlage, mit einer oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Steuereinrichtung. Mit der Laserbearbeitungsanlage können die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert werden. Die Laserbearbeitungsanlage kann einen relativ zu einer Werkstückauflage bewegbaren Bearbeitungskopf aufweisen. Der Bearbeitungskopf kann entlang einer oder mehrerer translatorischer und/oder rotatorischer Maschinenachsen bewegbar sein. Der Bearbeitungskopf ermöglicht es, einen Laserstrahl auf das Werkstück zu richten, um dieses zu bearbeiten. In dem Bearbeitungskopf kann eine Bearbeitungsoptik, beispielsweise mit einer Linse, angeordnet sein. Der Bearbeitungskopf kann eine Düse aufweisen. Die Düse ermöglicht es, ein Prozessgas oder ein Pulver zur Unterstützung der Bearbeitung auf das Werkstück zu blasen. Die Laserbearbeitungsanlage kann einen oder mehrere Sensoren aufweisen, beispielsweise einen optischen Sensor, insbesondere eine Kamera, einen Gasdrucksensor, einen Abstandssensor, einen oder mehrere Lage- und/oder Geschwindigkeitssensoren für den Bearbeitungskopf, einen Temperatursensor insbesondere für eine Bearbeitungsoptik, einen Sensor zur Bestimmung einer Fokuslage, einen Leistungssensor für den Laserstrahl, einen Streulichtsensor, einen Sensor für reflektiertes Licht, einen Massestromsensor für das Prozessgas oder Pulver. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Erfindungsgemäß können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen, zweckmäßigen 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. A laser processing system, in particular a laser cutting system, with a control device according to the invention as described above also falls within the scope of the present invention. The advantages of the method according to the invention can be realized with the laser processing system. The laser processing system can have a processing head that can be moved relative to a workpiece support. The machining head can be movable along one or more translatory and/or rotary machine axes. The processing head makes it possible to direct a laser beam onto the workpiece in order to process it. Processing optics, for example with a lens, can be arranged in the processing head. The processing head can have a nozzle. The nozzle allows a process gas or powder to be blown onto the workpiece to aid in processing. The laser processing system can have one or more sensors, for example an optical sensor, in particular a camera, a gas pressure sensor, a distance sensor, one or more position and/or speed sensors for the processing head, a temperature sensor in particular for processing optics, a sensor for determining a focus position , a Power sensor for the laser beam, a scattered light sensor, a reflected light sensor, a mass flow sensor for the process gas or powder. Further features and advantages of the invention result from the claims, the description and the drawing. According to the invention, the features mentioned above and those detailed below can each be used individually or collectively in any desired, expedient combination. The embodiments shown and described are not to be understood as an exhaustive list, but rather have an exemplary character for the description of the invention.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung Detailed description of the invention and drawings
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand vonThe invention is illustrated in the drawing and is based on
Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen: embodiments described. Show it:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Laserbearbeitungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung während der Durchführung eines erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsverfahrens in einer schematischen Seitenansicht; 1 shows a laser processing system according to the invention with a control device according to the invention during the implementation of a laser processing method according to the invention in a schematic side view;
Fig. 2 eine schematische Aufsicht auf die Laserbearbeitungsanlage von Figur 1 mit einem entlang einer Trajektorie zu bearbeitenden Werkstück; FIG. 2 shows a schematic plan view of the laser processing system from FIG. 1 with a workpiece to be processed along a trajectory;
Fig. 3 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Laserbearbeitung. 3 shows a schematic flow chart of a method according to the invention for laser processing.
Figur 1 zeigt eine Laserbearbeitungsanlage 10. An einem Arbeitstisch 12 der Laserbearbeitungsanlage 10 ist ein Werkstück 14 gehalten, vergleiche auch Figur 2. Die Laserbearbeitungsanlage 10 weist einen Bearbeitungskopf 16 auf. Der Bearbeitungskopf 16 ist entlang mehrerer Hauptmaschinenachsen 18, 20, 22 relativ zu dem Arbeitstisch 12 verfahrbar. Die Hauptmaschinenachsen 18, 20, 22 sind hier translatorische Achsen. Ferner kann der Bearbeitungskopf 16 in nicht näher dargestellter Weise um eine oder mehrere rotatorische Hauptmaschinenachsen drehbar sein. FIG. 1 shows a laser processing system 10. A workpiece 14 is held on a work table 12 of the laser processing system 10; compare also FIG. The machining head 16 can be moved relative to the work table 12 along a number of main machine axes 18 , 20 , 22 . The main machine axes 18, 20, 22 are translatory axes here. Furthermore, the machining head 16 can be rotated about one or more rotary main machine axes in a manner that is not shown in detail.
Zur Bearbeitung des Werkstücks 14 sendet der Bearbeitungskopf 16 einen Laserstrahl 24 aus. Mittels des Laserstrahls 24 wird das Werkstück 14 entlang einer Trajektorie 26 bearbeitet, vergleiche Schritt 102 in Figur 3. Im dargestellten Beispiel soll das Werkstück 14 entlang der Trajektorie 26 einer Schneidbearbeitung unterzogen werden. Die Trajektorie 26 ist hier beispielhaft als eine geschlossene Kontur dargestellt. Alternativ könnte die Trajektorie mehrere voneinander separate Bearbeitungsabschnitte und dazwischenliegende Transferstrecken aufweisen (nicht näher dargestellt). Zur Unterstützung der Bearbeitung des Werkstücks 14 mit dem Laserstrahl 24 kann der Bearbeitungskopf 16 eine Düse 28 aufweisen. Durch die Düse 28 kann ein Prozessgas oder Pulver auf das Werkstück 14 geblasen werden. Die Düse 28 kann ein nicht näher dargestellt Schaltventil aufweisen, um einen Strom des Prozessgases bzw. Pulvers ein- bzw. auszuschalten. The machining head 16 emits a laser beam 24 to machine the workpiece 14 . The workpiece 14 is machined along a trajectory 26 by means of the laser beam 24, compare step 102 in FIG. The trajectory 26 is shown here as a closed contour by way of example. Alternatively, the trajectory could have several separate processing sections and intermediate ones Have transfer routes (not shown in detail). The processing head 16 can have a nozzle 28 to support the processing of the workpiece 14 with the laser beam 24 . A process gas or powder can be blown onto the workpiece 14 through the nozzle 28 . The nozzle 28 can have a switching valve, not shown in detail, in order to switch a flow of the process gas or powder on or off.
Zur Steuerung und Überwachung der Bearbeitung des Werkstücks 14 weist die Laserbearbeitungsanlage 10 eine Steuereinrichtung 30 auf. Ferner weist die Laserbearbeitungsanlage 10 ein Sensorsystem 32 auf. Das Sensorsystem 32 umfasst eine Vielzahl von nicht im Detail dargestellten Sensoren zur Ermittlung von Prozessparametern des Bearbeitungsvorgangs. Die Sensoren können beispielsweise in oder an dem Bearbeitungskopf 16 angeordnet sein. Einige der Sensoren können auch an anderer Stelle an der Laserbearbeitungsanlage 10 oder in deren Umgebung angeordnet sein. Das Sensorsystem 32 kann unter anderem folgende Sensoren aufweisen: The laser processing system 10 has a control device 30 for controlling and monitoring the processing of the workpiece 14 . Furthermore, the laser processing system 10 has a sensor system 32 . The sensor system 32 includes a large number of sensors, not shown in detail, for determining process parameters of the machining process. The sensors can be arranged in or on the processing head 16, for example. Some of the sensors can also be arranged elsewhere on the laser processing system 10 or in its vicinity. The sensor system 32 can have the following sensors, among others:
- einen optischen Sensor, insbesondere eine Kamera, beispielsweise zum Ermitteln einer Schnittkantenqualität, - an optical sensor, in particular a camera, for example for determining a cutting edge quality,
- einen Gasdrucksensor zur Messung eines Gasdrucks in der Düse 28, insbesondere am Schaltventil, - a gas pressure sensor for measuring a gas pressure in the nozzle 28, in particular on the switching valve,
- einen Abstandssensor zum Messen eines Abstandes 34 des- a distance sensor for measuring a distance 34 des
Bearbeitungskopfs 16, insbesondere der Düse 28, von dem Werkstück 14,processing head 16, in particular the nozzle 28, from the workpiece 14,
- einen oder mehrere Lage- und/oder Geschwindigkeits- und/oder- one or more position and/or speed and/or
Beschleunigungssensoren zum Messen von Positionen und/oder Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen des Bearbeitungskopfs 16 entlang der Hauptmaschinenachsen 18, 20, 22, Acceleration sensors for measuring positions and/or speeds and/or accelerations of the machining head 16 along the main machine axes 18, 20, 22,
- einen Temperatursensor zum Messen einer Temperatur, insbesondere einer Bearbeitungsoptik, beispielsweise einer Linse, des Bearbeitungskopfs 16,- a temperature sensor for measuring a temperature, in particular of a processing optics, for example a lens, of the processing head 16,
- einen Sensor zur Bestimmung einer Fokuslage des Laserstrahls 24 relativ zu einer Oberfläche des Werkstücks 14, - a sensor for determining a focal position of the laser beam 24 relative to a surface of the workpiece 14,
- einen Leistungssensor zum Messen einer Laserleistung des Laserstrahls 24,- a power sensor for measuring a laser power of the laser beam 24,
- einen Streulichtsensor zum Messen von gestreutem Laserlicht, - einen Sensor zum Messen von durch das Werkstück 14 reflektiertem Laserlicht, - a scattered light sensor for measuring scattered laser light, - a sensor for measuring laser light reflected by the workpiece 14,
- einen Massestromsensor zum Messen eines Massestroms von aus der Düse 28 austretendem Prozessgas oder Pulver. - A mass flow sensor for measuring a mass flow of exiting from the nozzle 28 process gas or powder.
Die von dem Sensorsystem 32 erfassten Prozessparameter der Bearbeitung werden in einem Schritt 104 aufgezeichnet. Die Aufzeichnung kann in der Steuereinrichtung 30 und/oder einer angeschlossenen Speichereinrichtung (nicht näher dargestellt) erfolgen. Die Aufzeichnung der Prozessparameter kann auch einen Rüstzustand der Laserbearbeitungsanlage 10 umfassen. Beispielsweise kann der Typ der eingesetzten Düse 28 erfasst werden. The process parameters of the machining recorded by the sensor system 32 are recorded in a step 104 . The recording can take place in the control device 30 and/or a connected storage device (not shown in more detail). The recording of the process parameters can also include a set-up status of the laser processing system 10 . For example, the type of nozzle 28 used can be detected.
Einzelne oder mehrere der aufgezeichneten Prozessparameter können zu vordefinierten Teilmengen zusammengefasst werden. Eine erste Teilmenge kann beispielsweise den Abstand 34 und den Gasdruck in der Düse 28 enthalten. Eine zweite Teilmenge kann beispielsweise lediglich die Fokuslage enthalten. Entsprechend können weitere Teilmengen mit einem oder mehreren Prozessparametern definiert sein. Einzelne der Prozessparameter können in mehreren Teilmengen enthalten sein. One or more of the recorded process parameters can be combined into predefined subsets. A first subset can include the distance 34 and the gas pressure in the nozzle 28, for example. A second subset can only contain the focus position, for example. Correspondingly, further subsets can be defined with one or more process parameters. Individual process parameters can be contained in several subsets.
In einem Schritt 106 werden Bereiche der Trajektorie 26 ermittelt, in welchen sich lediglich die Prozessparameter einer der vordefinierten Teilmengen signifikant ändern. Welche der Teilmengen hierbei zunächst betrachtet wird kann vorgegeben sein. Eine signifikante Änderung der Prozessparameter kann vorliegen, wenn sich der Prozessparameter bzw. wenigstens einer der Prozessparameter der betrachteten Teilmenge um ein vorbestimmtes Maß ändert. Das Maß der Änderung kann eine relative Änderung innerhalb einer bestimmten Zeitspanne und/oder eine Änderung um einen Mindestbetrag sein. Wenn die Teilmenge mehrere Prozessparameter enthält, kann eine signifikante Änderung vorliegen, wenn sich wenigstens zwei dieser Prozessparameter zugleich oder in unmittelbarer Folge ändern. Beispielsweise werden sich beim Überfahren einer Kante 36 des Werkstücks 14 der Abstand 34, die Fokuslage und der Gasdruck im Wesentlichen gleichzeitig bzw. an näherungsweise derselben Position des Bearbeitungskopfs 16 ändern. Zum Ermitteln der Bereiche signifikanter Änderungen der Prozessparameter können Verfahren zur Mustererkennung eingesetzt werden. Weiterhin kann eine signifikante Änderung vorliegen, wenn sich Prozessparameter für eine vorbestimmte Zeitspanne außerhalb vordefinierter Grenzen von einem jeweiligen Sollwert bewegen. In a step 106, areas of the trajectory 26 are determined in which only the process parameters of one of the predefined subsets change significantly. It can be predetermined which of the subsets is considered first. A significant change in the process parameters can be present if the process parameter or at least one of the process parameters of the subset under consideration changes by a predetermined amount. The rate of change can be a relative change over a period of time and/or a change by a minimum amount. If the subset contains several process parameters, there can be a significant change if at least two of these process parameters change at the same time or in immediate succession. For example, when an edge 36 of the workpiece 14 is traveled over, the distance 34, the focus position and the gas pressure essentially simultaneously or approximately change the same position of the processing head 16. Pattern recognition techniques can be used to determine the areas of significant changes in the process parameters. Furthermore, there may be a significant change when process parameters move outside of predefined limits from a respective target value for a predetermined period of time.
Sodann wird in einem Schritt 108 geprüft, ob die signifikante Änderung des Prozessparameters oder der Prozessparameter der Teilnehmermenge mit einer signifikanten Änderung der Bearbeitungsqualität einhergeht. Die Bearbeitungsqualität kann beispielsweise anhand der Verfärbung einerThen, in a step 108, it is checked whether the significant change in the process parameter or the process parameters of the group of participants is accompanied by a significant change in the processing quality. The processing quality can, for example, based on the discoloration of a
Schnittkante, der Entstehung und/oder den Abmessungen eines Grates und/oder einem Flankenwinkel der Schnittkante beurteilt werden. Im Falle eines Schweißvorgangs kann die Bearbeitungsqualität beispielsweise anhand einer Breite und/oder Tiefe einer Schweißnaht beurteilt werden. Die Beurteilung der Bearbeitungsqualität kann mithilfe von Sensoren des Sensorsystems 32, insbesondere während der Bearbeitung, oder, insbesondere nach der Bearbeitung, mittels Prüfmitteln und/oder manuell erfolgen. cutting edge, the formation and/or the dimensions of a burr and/or a flank angle of the cutting edge are assessed. In the case of a welding process, the processing quality can be assessed based on a width and/or depth of a weld seam, for example. The processing quality can be assessed using sensors of the sensor system 32, in particular during processing, or, in particular after processing, using test equipment and/or manually.
Eine signifikante Änderung der Bearbeitungsqualität kann insbesondere vorliegen, wenn eine vordefinierte Mindestqualität unterschritten wird. Zudem kann eine signifikante Änderung der Bearbeitungsqualität vorliegen, wenn sich eine oder mehrere der Qualitätsparameter in einem zeitlichen und/oder räumlichen Zusammenhang mit der signifikanten Änderung der Prozessparameter um ein vorbestimmtes Maß ändern. A significant change in the processing quality can be present in particular if the quality falls below a predefined minimum. In addition, there can be a significant change in the processing quality if one or more of the quality parameters change by a predetermined amount in a temporal and/or spatial context with the significant change in the process parameters.
Falls sich die Bearbeitungsqualität signifikant geändert hat, können in einem Schritt 110 einer oder mehrere Prozessparameter der betrachteten Teilmenge verändert werden. Die Änderung des wenigstens einen Prozessparameters kann bereits für die laufende Bearbeitung des Werkstücks 14 oder für eine nachfolgende Bearbeitung eines weiteren Werkstücks vorgenommen werden. Der wenigstens eine Prozessparameter wird, insbesondere schrittweise, derart eingestellt, dass die Bearbeitungsqualität optimiert wird. Falls sich die Bearbeitungsqualität bei der signifikanten Änderung des wenigstens einen Prozessparameters der Teilmenge nicht signifikant geändert hat, kann der wenigstens eine Prozessparameter für eine erhöhte Wirtschaftlichkeit der Bearbeitung eingestellt werden. Beispielsweise kann eine Vorschubgeschwindigkeit erhöht und/oder der Gasdruck verringert werden. Diese Veränderung des wenigstens einen Prozessparameters kann insbesondere schrittweise für weitere nachfolgend bearbeitete Werkstücke durchgeführt werden, bis im Schritt 108 eine Verschlechterung der Bearbeitungsqualität festgestellt wird. Sodann wird der wenigstens eine Prozessparameter so eingestellt, dass die Bearbeitungsqualität noch ausreichend gut ist. If the processing quality has changed significantly, one or more process parameters of the subset under consideration can be changed in a step 110 . The at least one process parameter can already be changed for the ongoing processing of the workpiece 14 or for a subsequent processing of a further workpiece. The at least one process parameter is set, in particular in steps, in such a way that the processing quality is optimized. If the processing quality has not changed significantly when there is a significant change in the at least one process parameter of the subset, the at least one process parameter can be set for increased processing efficiency. For example, a feed rate can be increased and/or the gas pressure can be reduced. This change in the at least one process parameter can in particular be carried out in steps for further subsequently machined workpieces until a deterioration in the machining quality is determined in step 108 . The at least one process parameter is then set in such a way that the processing quality is still sufficiently good.
In einem Schritt 114 können Bereiche der Trajektorie 26 ermittelt werden, in welchen sich der weitere Prozessparameter bzw. die weiteren Prozessparameter einer weiteren vordefinierten Teilmenge signifikant ändern. Diese Bereiche werden derart bestimmt, dass sich in ihnen - neben dem wenigstens einen weiteren Prozessparameter der weiteren Teilmenge - allenfalls solche Prozessparameter signifikant ändern, bei denen zuvor (vergleiche Schritt 108) ein Einfluss auf die Bearbeitungsqualität bereits ausgeschlossen wurde. Sodann wird in einem Schritt 116 geprüft, ob die signifikante Änderung des wenigstens einen weiteren Prozessparameters mit einer signifikanten Änderung der Bearbeitungsqualität einhergeht. In Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Prüfung können die Schritte 110 und 112 für den wenigstens einen weiteren Prozessparameter der weiteren Teilmenge durchgeführt werden. In a step 114, regions of the trajectory 26 can be determined in which the further process parameter or the further process parameters of a further predefined subset change significantly. These areas are determined in such a way that in them—in addition to the at least one further process parameter of the further subset—at most such process parameters change significantly for which an influence on the processing quality has already been ruled out beforehand (compare step 108). Then, in a step 116, it is checked whether the significant change in the at least one further process parameter is accompanied by a significant change in the processing quality. Depending on the result of this check, steps 110 and 112 can be carried out for the at least one further process parameter of the further subset.
Die Schritte 114 und 116 können für alle vordefinierten Teilmengen, insbesondere für alle aufgezeichneten Prozessparameter, wiederholt werden, vergleiche den gestrichelten Pfeil in Figur 3. Entsprechend können weitere, insbesondere alle, Prozessparameter im Hinblick auf die Bearbeitungsqualität und Wirtschaftlichkeit der Bearbeitung optimiert werden. Steps 114 and 116 can be repeated for all predefined subsets, in particular for all recorded process parameters, compare the dashed arrow in FIG.
Das Verfahren kann die Bearbeitung einer Vielzahl von Werkstücken, insbesondere im Rahmen einer Serienfertigung, umfassen. Die wiederholte Durchführung der Schritte 102 bis 116 bei Werkstücken, die in einem zeitlichen Abstand zueinander bearbeitet werden, ermöglicht es, zu erkennen, ob sich der Einfluss der Prozessparameter einer der Teilmengen auf die Bearbeitungsqualität im Laufe der Zeit ändert. Zum Ermitteln der Bereiche mit signifikanten Änderungen der Prozessparameter in den Schritten 106 und 114 können insbesondere solche Abschnitte der Trajektorie herangezogen werden, in welchen sich eine Bewegung des Bearbeitungskopfs 16 entlang wenigstens einer der Hauptmaschinenachsen 18, 20, 22 signifikant ändert. Derart kann ein Verschleiß von Komponenten der Bewegungseinheit der Laserbearbeitungsanlage 10 frühzeitig erkannt werden. Gegebenenfalls kann eine entsprechende Kompensation durch Anpassung geeigneter Prozessparameter erfolgen, vergleiche Schritt 110. The method can include the processing of a large number of workpieces, in particular as part of series production. The repeated Carrying out steps 102 to 116 for workpieces that are processed at a time interval from one another makes it possible to identify whether the influence of the process parameters of one of the subsets on the processing quality changes over time. To determine the areas with significant changes in the process parameters in steps 106 and 114, those sections of the trajectory can be used in particular in which a movement of the machining head 16 along at least one of the main machine axes 18, 20, 22 changes significantly. In this way, wear and tear on components of the movement unit of the laser processing system 10 can be detected at an early stage. If necessary, a corresponding compensation can be made by adjusting suitable process parameters, compare step 110.
Das im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bearbeitete Werkstück 14 kann ein Testbauteil sein, welches in vorbestimmten Abständen zwischen der Bearbeitung von Serienteilen bearbeitet wird. Die Trajektorie 26 zur Bearbeitung des Testbauteils kann so gewählt sein, dass der Einfluss der Prozessparameter auf die Bearbeitungsqualität besonders deutlich zutage tritt. Insbesondere kann die Trajektorie 26 Abschnitte mit unterschiedlich großen Konturen, insbesondere mit unterschiedlichen Krümmungsradien, aufweisen. Die Konturgrößen können in mehrere Größenklassen, beispielsweise groß und klein sowie gegebenenfalls mittel, eingeteilt sein. Für die unterschiedlich großen Konturen können unterschiedliche Sätze der Prozessparameter vordefiniert sein. Im Rahmen der Schritte 108 bzw. 116 sowie 110 und 112 können die Grenzen zwischen den Größenklassen überprüft und gegebenenfalls korrigiert werden. The workpiece 14 machined within the framework of the method according to the invention can be a test component which is machined at predetermined intervals between the machining of series parts. The trajectory 26 for processing the test component can be selected in such a way that the influence of the process parameters on the processing quality becomes particularly clear. In particular, the trajectory 26 can have sections with contours of different sizes, in particular with different radii of curvature. The contour sizes can be divided into several size classes, for example large and small and possibly medium. Different sets of process parameters can be predefined for the differently sized contours. As part of steps 108 or 116 and 110 and 112, the boundaries between the size classes can be checked and, if necessary, corrected.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstücks. Während der Bearbeitung werden Prozessparameter erfasst und aufgezeichnet. Für vordefinierte Teilmengen von Prozessparametern, insbesondere für einzelne Prozessparameter, wird überprüft, ob deren signifikante Änderung mit einer signifikanten Änderung der Bearbeitungsqualität einhergeht. Hierzu können Muster in den Verläufen der Prozessparameter erkannt bzw. ausgewertet werden. Es kann eine Korrelation von Änderungen der Prozessparameter mit Änderungen der Bearbeitungsqualität erfolgen. Darauf aufbauend können die Prozessparameter im Hinblick auf eine verbesserte Bearbeitungsqualität und/oder erhöhte Wirtschaftlichkeit optimiert werden. Die wiederholte Durchführung der Analyse der Bearbeitungsqualität in Abhängigkeit von den Prozessparametern ermöglicht es, beispielsweise Alterungseffekte oder Verschleiß der Laserbearbeitungsanlage zu erkennen und gegebenenfalls zu kompensieren. In summary, the invention relates to a method for laser machining a workpiece. Process parameters are recorded and recorded during processing. For predefined subsets of process parameters, in particular for individual process parameters, it is checked whether their significant change is accompanied by a significant change in the processing quality. For this purpose, patterns in the course of the process parameters be recognized or evaluated. Changes in the process parameters can be correlated with changes in the processing quality. Based on this, the process parameters can be optimized with regard to improved processing quality and/or increased economic efficiency. The repeated execution of the analysis of the processing quality as a function of the process parameters makes it possible, for example, to identify aging effects or wear and tear of the laser processing system and to compensate for them if necessary.
Bezuqszeichenliste Reference character list
Laserbearbeitungsanlage 10 Arbeitstisch 12 Werkstück 14 Laser processing system 10 work table 12 workpiece 14
Bearbeitungskopf 16 Hauptmaschinenachsen 18, 20, 22 Laserstrahl 24 Trajektorie 26 Düse 28 Processing head 16 Main machine axes 18, 20, 22 Laser beam 24 Trajectory 26 Nozzle 28
Steuereinrichtung 30 Sensorsystem 32 Abstand 34 Kante 36 Control device 30 sensor system 32 distance 34 edge 36
Bearbeiten 102 Edit 102
Aufzeichnen 104 von Prozessparametern Recording 104 process parameters
Ermitteln 106 von Bereichen, in denen sich Prozessparameter signifikant ändern Prüfen 108 der Bearbeitungsqualität auf eine signifikante ÄnderungDetermining 106 areas in which process parameters change significantly Checking 108 the processing quality for a significant change
Einstellen 110 von Prozessparametern für eine verbesserte Bearbeitungsqualität Verändern 112 von Prozessparametern für eine verbesserte Wirtschaftlichkeit Ermitteln 114 von weiteren Bereichen, in denen sich weitere Prozessparameter signifikant ändern Prüfen 116 der Bearbeitungsqualität in den weiteren Bereichen auf eine signifikante Änderung Adjusting 110 process parameters for improved processing quality Changing 112 process parameters for improved profitability Determining 114 other areas in which other process parameters change significantly Checking 116 the processing quality in the other areas for a significant change

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Verfahren zur Laserbearbeitung, insbesondere zum Laserschneiden, mit den Schritten 1. Method for laser processing, in particular for laser cutting, with the steps
A) Bearbeiten (102) wenigstens eines Werkstücks (14) mit einem Laserstrahl (24) entlang einer Trajektorie (26), A) processing (102) at least one workpiece (14) with a laser beam (24) along a trajectory (26),
B) Aufzeichnen (104) mehrerer Prozessparameter während der Bearbeitung, B) recording (104) several process parameters during processing,
C) Ermitteln (106) wenigstens eines Bereichs, vorzugsweise mehrerer Bereiche, der Trajektorie (26), in welchem bzw. welchen eine signifikante Änderung lediglich der Prozessparameter einer vordefinierten Teilmenge, vorzugsweise lediglich eines der Prozessparameter, auftritt, C) determining (106) at least one area, preferably several areas, of the trajectory (26) in which a significant change occurs only in the process parameters of a predefined subset, preferably only one of the process parameters,
D) Prüfen (108), ob die signifikante Änderung der Prozessparameter der Teilmenge mit einer signifikanten Änderung der Bearbeitungsqualität einhergeht. D) Checking (108) whether the significant change in the process parameters of the subset is accompanied by a significant change in the processing quality.
2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend die Schritte 2. The method of claim 1, further comprising the steps of
E) Ermitteln (114) wenigstens eines Bereichs, vorzugsweise mehrerer Bereiche, der Trajektorie, in welchem bzw. welchen sich außer den Prozessparametern einer weiteren vordefinierten Teilmenge, vorzugsweise außer einem weiteren Prozessparameter, allenfalls solche Prozessparameter signifikant ändern, für die zuvor festgestellt wurde, dass ihre Änderung nicht mit einer signifikanten Änderung der Bearbeitungsqualität einhergeht, E) Determining (114) at least one area, preferably several areas, of the trajectory in which, apart from the process parameters of a further predefined subset, preferably apart from one further process parameter, at most those process parameters change significantly for which it was previously determined that their change is not accompanied by a significant change in the processing quality,
F) Prüfen (116), ob die signifikante Änderung der Prozessparameter der weiteren Teilmenge mit einer signifikanten Änderung der Bearbeitungsqualität einhergeht. F) Checking (116) whether the significant change in the process parameters of the further subset is accompanied by a significant change in the processing quality.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer signifikanten Änderung der Bearbeitungsqualität die Prozessparameter der Teilmenge für eine weitere Bearbeitung so eingestellt werden, dass die Bearbeitungsqualität optimiert wird, vorzugsweise wobei die Einstellung schrittweise erfolgt. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the event of a significant change in the processing quality, the process parameters of the subset are adjusted for further processing in such a way that the processing quality is optimized, preferably with the adjustment being made step by step.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt B) auch ein Rüstzustand einer Laserbearbeitungsanlage (10) und/oder ein Düsenzustand einer Düse (28) zur Unterstützung der Laserbearbeitung aufgezeichnet werden. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in step B) a set-up state of a laser processing system (10) and / or a nozzle state of a nozzle (28) are recorded to support the laser processing.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt C) ein Verfahren zur Mustererkennung eingesetzt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in step C) a method for pattern recognition is used.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Prozessparameter ein Gasdruck eines Prozessgases ist, der insbesondere an einem Schaltventil gemessen wird, und dass ein Sollwert für den Gasdruck hinterlegt ist, mit welchem der Gasdruck verglichen wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that one of the process parameters is a gas pressure of a process gas, which is measured in particular at a switching valve, and that a setpoint value for the gas pressure is stored, with which the gas pressure is compared.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Prozessparameter eine Fokuslage des zur Bearbeitung eingesetzten Laserstrahls (24) ist, und dass ein Korrekturwert für die Fokuslage ermittelt und angewandt wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that one of the process parameters is a focus position of the laser beam (24) used for processing, and that a correction value for the focus position is determined and applied.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln der Bereiche mit signifikanten Änderungen der Prozessparameter nur diejenigen Abschnitte der Trajektorie (26), in welchen sich eine Bewegung wenigstens einer Hauptmaschinenachse (18, 20, 22) signifikant ändert, herangezogen werden. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that to determine the areas with significant changes in the process parameters, only those sections of the trajectory (26) in which a movement of at least one main machine axis (18, 20, 22) changes significantly , are used.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln der Bereiche mit signifikanten Änderungen der Prozessparameter diejenigen Abschnitte der Trajektorie (26), in welchen sich eine Bewegung einer Hauptmaschinenachse (18, 20, 22) signifikant ändert, ausgeschlossen werden. 9. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that to determine the areas with significant changes in the process parameters, those sections of the trajectory (26) in which a movement of a main machine axis (18, 20, 22) changes significantly are excluded will.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Prozessparameter ein Abstand (34) zwischen dem Werkstück (14) und einem Bearbeitungskopf (16), insbesondere einer Düse (28) des Bearbeitungskopfs (16), ist, und dass ein Sollwert für den Abstand (34) hinterlegt ist, mit welchem der Abstand (34) verglichen wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that one of the process parameters is a distance (34) between the workpiece (14) and a processing head (16), in particular a nozzle (28) of the processing head (16), and that a target value for the distance (34) is stored, with which the distance (34) is compared.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Werkstücken (14) bearbeitet wird, und dass überprüft wird, ob sich mit der Bearbeitung einer zunehmenden Anzahl von Werkstücken (14) der Einfluss einer Teilmenge der Prozessparameter auf die Bearbeitungsqualität ändert. 11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a large number of workpieces (14) is processed, and that it is checked whether the processing of an increasing number of workpieces (14) affects the influence of a subset of the process parameters on the processing quality changes.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Werkstücken (14) bearbeitet wird, und dass wenigstens einer der Prozessparameter verändert wird, bis sich die Bearbeitungsqualität verschlechtert. 12. The method as claimed in one of the preceding claims, characterized in that a large number of workpieces (14) are processed and that at least one of the process parameters is changed until the processing quality deteriorates.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (14) ein Testbauteil ist, welches in vorbestimmten Zeitabständen zwischen der Bearbeitung von Serienteilen bearbeitet wird. 13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the workpiece (14) is a test component which is processed at predetermined time intervals between the processing of series parts.
14. Steuereinrichtung (30) für eine Laserbearbeitungsanlage (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (30) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist. 14. Control device (30) for a laser processing system (10), characterized in that the control device (30) is set up to carry out a method according to one of the preceding claims.
15. Laserbearbeitungsanlage (10), insbesondere Laserschneidanlage, mit einer Steuereinrichtung (30) nach Anspruch 14. 15. Laser processing system (10), in particular laser cutting system, with a control device (30) according to claim 14.
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