WO2024068253A1 - Method for laser cutting plate-like workpieces, and associated computer program product - Google Patents

Method for laser cutting plate-like workpieces, and associated computer program product Download PDF

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WO2024068253A1
WO2024068253A1 PCT/EP2023/074922 EP2023074922W WO2024068253A1 WO 2024068253 A1 WO2024068253 A1 WO 2024068253A1 EP 2023074922 W EP2023074922 W EP 2023074922W WO 2024068253 A1 WO2024068253 A1 WO 2024068253A1
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workpiece
cutting
nanojoint
laser beam
laser
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PCT/EP2023/074922
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Yannic Burde
Patrick Mach
Daniel Mock
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TRUMPF Werkzeugmaschinen SE + Co. KG
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Publication date
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    • B23K2101/18—Sheet panels

Definitions

  • the invention relates to a method for laser cutting a workpiece, in particular a plate-shaped workpiece, along a trajectory by means of a laser beam, wherein at least one nanojoint with a lower height than the workpiece thickness is formed on a portion of the trajectory corresponding to the length of the nanojoint.
  • Such a laser cutting process has become known, for example, from DE 10 2017 213 394 Al.
  • the workpiece support in laser cutting machines for plate-shaped workpieces usually consists of several support strips which are inserted into a frame.
  • the support strips have a jagged shape, so that there is only point contact with the workpiece.
  • the effect of the cutting gas pressure can cause the workpiece part to tilt when the workpiece part is cut free.
  • the workpiece part becomes wedged between the support strips and stands up, which can lead to a collision of the laser processing head or the cutting gas nozzle with the workpiece part.
  • microjoints i.e. using connecting webs that remain in the cutting gap between the workpiece part and the surrounding remaining workpiece, so that tilting is prevented.
  • the use of microjoints does, however, have some disadvantages: Microjoints usually extend over the entire thickness of the workpiece, so that for workpieces with a thickness of more than 5 mm, it is very difficult or even impossible to remove the workpiece parts from the remaining workpiece by hand. After the workpiece parts have been removed, residues of the microjoints remain on the cutting edge and must be removed by complex rework.
  • microjoints are typically placed at the end of the cut. However, if more than one microjoint is required in a workpiece contour, this can only be created by additional piercing and approaching the contour. This reduces the productivity of the cutting process.
  • a method for laser cutting a workpiece, in particular a plate-shaped workpiece, along a trajectory using a laser beam is known, wherein in order to produce a microjoint not located at the end of the trajectory with a lower height than the workpiece thickness during laser cutting of the workpiece, the laser power of the laser beam is reduced on a section of the trajectory corresponding to the length of the microjoint from a higher laser power sufficient to cut through the workpiece to a lower laser power insufficient to cut through the workpiece completely and is then increased again to the higher laser power.
  • microjoints that have a lower height than the workpiece thickness are called nanojoints.
  • the object of the present invention is to provide a simplified and reliable method for forming nanojoints.
  • This object is achieved according to the invention by a method for laser cutting a particularly plate-shaped workpiece along a trajectory using a laser beam, at least one nanojoint having a height smaller than the workpiece thickness being formed on a section of the trajectory corresponding to the length of the nanojoint.
  • a relative movement that is stopped does not mean a relative movement of the laser processing head and workpiece perpendicular to a workpiece support or in the beam direction of the laser beam, but rather a relative movement of the laser beam or laser processing head and workpiece along the path curve or parallel to a plane, which contains the path curve, i.e. in particular a relative movement parallel to a workpiece support.
  • the stopped relative movement is also referred to as an axis stop.
  • the parameter change provided for in alternative a) can take place after the axis stop or at the same time.
  • parameter values can be set specifically after the axis stop to prevent the workpiece from being cut through completely.
  • the axis stop can ensure that the nanojoint has a small thickness even at the beginning and that the nanojoint has a constant thickness, particularly over its length. This makes it easier to separate the workpiece part (good part).
  • Gas pressure and/or focus position By changing the gas pressure and/or the focus position, it is possible to ensure that less energy is directed into the workpiece, preventing complete cutting, particularly without changing the laser power. Gas pressure and/or focus position can also be changed when an axis stop is performed.
  • the laser beam Before the formation of the nanojoint begins, the laser beam can be switched off. This can be done at the same time as the axis is stopped. To create the nanojoint, the laser beam can be switched on again with the same power as was used to cut through the workpiece, especially if other cutting parameters are changed, or with a lower power.
  • the cutting speed can be increased compared to the cutting speed for cutting through the workpiece, in particular by at least 10%. If the cutting speed, i.e. the relative movement of the laser beam and the workpiece parallel to the workpiece support, is increased, less energy is introduced into the workpiece, so that a complete cutting through of the workpiece can be prevented.
  • the gas pressure in particular of the cutting gas
  • the gas pressure can be reduced compared to the gas pressure for cutting through the workpiece, in particular reduced by at least 20%.
  • the gas pressure can be reduced to values in the range 2-6 bar.
  • the focus position can be adjusted away from the processing head towards the workpiece compared to the focus position for cutting through the workpiece. This can reduce the power density in the workpiece. In particular, the focus can be shifted from the surface of the workpiece into the workpiece.
  • the cutting parameter or parameters are changed via a gradient from parameter values that are suitable for cutting through the workpiece to parameter values that are not suitable for cutting through the workpiece.
  • the laser power, the nozzle-workpiece distance and the focus position can be adjusted via a ramp, in particular linearly.
  • the formation of the nanojoint only begins when a predetermined event has occurred after the relative movement has stopped (axis stop). For example, it can be monitored whether one or more cutting parameters have reached parameter values that are not suitable for complete cutting, or a predetermined time can be waited. The specified event would then be the achievement of one or more specified parameter values or the expiration of the specified time.
  • the method can be accelerated if at least one cutting parameter is changed abruptly from a first to a second parameter value.
  • the laser beam can be switched off and/or after the formation of a nanojoint not at the end of the trajectory, the parameter values of the cutting parameters can be reset to the values that existed before the formation of the nanojoint. Parameter values can be changed. This can be done abruptly or via a gradient. It can also be done with or without an axis stop.
  • the invention also relates to a computer program product which has code means adapted to carry out all steps of the method according to the invention when the program runs on a controller of a laser processing machine.
  • Fig. 1 shows a laser cutting machine suitable for carrying out the laser cutting method according to the invention
  • Figs. 2a, 2b show a workpiece part laser-cut from a workpiece, which is held in the remaining workpiece by nanojoints, in a plan view (Fig. 2a) and in a sectional view (Fig. 2b) corresponding to Ilb-IIb in Fig. 2a;
  • the laser cutting machine 1 shown in perspective in FIG. 1 has, for example, a CO2 laser, diode laser or solid-state laser as a laser beam generator 2, a movable (laser) processing head 3 and a workpiece support 4.
  • a laser beam 5 is generated in the laser beam generator 2 and is guided from the laser beam generator 2 to the processing head 3 by means of a light guide cable (not shown) or deflecting mirrors (not shown).
  • a plate-shaped workpiece 6 is arranged on the workpiece support 4.
  • the laser beam 5 is directed onto the workpiece 6 by means of focusing optics arranged in the processing head 3.
  • the Laser cutting machine 1 is also supplied with cutting gases 7, for example oxygen and nitrogen.
  • the use of the respective cutting gas 7 depends on the workpiece material and the quality requirements for the cutting edges.
  • a suction device 8 which is connected to a suction channel 9 which is located under the workpiece support 4.
  • the cutting gas 7 is fed to a cutting gas nozzle 10 of the processing head 3, from which it emerges together with
  • the workpiece 6 is cut along a desired trajectory K by means of a laser beam 5 with cutting parameter values suitable for cutting through the workpiece 6, in which case the laser beam 5, alternatively or additionally also the workpiece 6, is moved.
  • the workpiece 6 must first be pierced at a point S on or next to the path K to be cut, as shown in FIG. 2a.
  • the nanojoint 14a, 14b does not extend over the entire workpiece thickness D, but only in the lower third of the workpiece thickness, thus having a lower height d than the workpiece thickness D.
  • the nanojoint 14a is located at the end of the cut, i.e. is created shortly before the beginning of the self-contained trajectory K is reached again.
  • the nanojoint 14b is not located at the end of the cut, but at any section of the trajectory K.
  • the method according to the invention is described below using the example of varying the focus position.
  • the nanojoints 14a, 14b are generated solely by targeted adjustment of the focus position during the cutting process, which is specified by a control 15 of the laser cutting machine 1 shown in Fig. 1 depending on the workpiece material.
  • the control 15 also controls the movement of the processing head 3 compared to the workpiece 6.
  • the cutting process no longer has the power density required for a complete cut, so that the workpiece material is not melted over the entire workpiece thickness D and a nanojoint 14a, 14b remains in the lower area of the cutting gap 11 or the cutting edge between the laser-cut workpiece part 6 and the remaining workpiece 13.
  • other cutting parameters of the laser cutting can be changed to create the nanojoint 14a, 14b, for example the laser power, the distance of the cutting gas nozzle 10 from the workpiece surface, the cutting gas pressure and/or the cutting speed.
  • an axis stop can take place, i.e. the cutting speed can be reduced to 0 m/s.
  • Cutting parameters can be set to parameter values for producing the nanojoint 14a, 14b during the axis stop.
  • the nanojoint 14b has been created, cutting continues with the standard parameters.
  • an axis stop can again be carried out and the standard parameters can be set.
  • the laser beam 5 is switched off. An axis stop can also be carried out.
  • the focus position of the laser beam 5 on a section of the trajectory K corresponding to the length L of the nanojoint 14b is changed from the focus position suitable for cutting through the workpiece 6 to a focus position which is not suitable for completely cutting through the workpiece 6 and is then set back to the original focus position.

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Abstract

The invention relates to a method for laser cutting an, in particular plate-like, workpiece (6), along a trajectory (K) by means of a laser beam (5), at least one nano-joint (14a, 14b) having a height (d) less than the workpiece thickness (D) and being formed on a portion of the trajectory (K) that equals the length (L) of the nano-joint (14a, 14b), characterised in that in order to form the nano-joint (14a, 14b), a) a relative movement of the workpiece (6) and a laser beam (5) is stopped and at least one cutting parameter is changed from a first parameter value suitable for cutting through the workpiece (6) to a second parameter value which is not sufficient for cutting through the workpiece (6), or b) the gas pressure and/or the focus position is changed from a first parameter value suitable for cutting through the workpiece (6) to a second parameter value which is not sufficient for cutting through the workpiece (6).

Description

Verfahren zum Laserschneiden plattenförmiger Werkstücke und zugehöriges Computerprogrammprodukt Method for laser cutting plate-shaped workpieces and associated computer program product
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserschneiden eines insbesondere plattenförmigen Werkstücks entlang einer Bahnkurve mittels eines Laserstrahls, wobei zumindest ein Nanojoint mit einer geringeren Höhe als die Werkstückdicke auf einem der Länge des Nanojoints entsprechenden Teilstück der Bahnkurve ausgebildet wird. The invention relates to a method for laser cutting a workpiece, in particular a plate-shaped workpiece, along a trajectory by means of a laser beam, wherein at least one nanojoint with a lower height than the workpiece thickness is formed on a portion of the trajectory corresponding to the length of the nanojoint.
Ein derartiges Laserschneidverfahren ist beispielsweise durch die DE 10 2017 213 394 Al bekannt geworden. Such a laser cutting process has become known, for example, from DE 10 2017 213 394 Al.
Beim Laserschneiden plattenförmiger Werkstücke ist es wichtig, dass die während des Schneidens entstehende Schlacke ungehindert nach unten aus dem Schnittspalt austreten kann. Um dies zu gewährleisten, besteht die Werkstückauflage in Laserschneidmaschinen für plattenförmige Werkstücke üblicherweise aus mehreren Auflageleisten, welche in einen Rahmen gesteckt sind. Die Auflageleisten weisen eine gezackte Form auf, so dass zum Werkstück nur ein punktförmiger Kontakt besteht. Je nach Größe und Lage eines Werkstückteils auf den Auflageleisten kann es beim Freischneiden des Werkstückteils durch die Einwirkung des Schneidgasdrucks zu einem Verkippen des Werkstückteils kommen. Dabei verkeilt sich das Werkstückteil zwischen den Auflageleisten und stellt sich auf, was zu einer Kollision des Laserbearbeitungskopfs bzw. der Schneidgasdüse mit dem Werkstückteil führen kann. Außerdem wird eine automatisierte Entnahme der Werkstückteile durch die willkürliche Lage erschwert oder sogar verhindert. Kleinere Werkstückteile können bei einer ungünstigen Lage in die Zwischenräume zwischen den Auflageleisten fallen und so auf das unter der Werkstückauflage angeordnete Schlackeförderband oder in Auffangbehälter für die Schlacke gelangen. When laser cutting plate-shaped workpieces, it is important that the slag created during cutting can escape freely downwards from the cutting gap. To ensure this, the workpiece support in laser cutting machines for plate-shaped workpieces usually consists of several support strips which are inserted into a frame. The support strips have a jagged shape, so that there is only point contact with the workpiece. Depending on the size and position of a workpiece part on the support strips, the effect of the cutting gas pressure can cause the workpiece part to tilt when the workpiece part is cut free. The workpiece part becomes wedged between the support strips and stands up, which can lead to a collision of the laser processing head or the cutting gas nozzle with the workpiece part. In addition, automated removal of the workpiece parts is possible due to the arbitrary position made difficult or even prevented. If the position is unfavorable, smaller workpiece parts can fall into the spaces between the support strips and thus end up on the slag conveyor belt arranged under the workpiece support or in a collecting container for the slag.
Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt, die Werkstückteile im Restwerkstück mit Hilfe sogenannter Microjoints, d.h. mittels im Schnittspalt verbleibender Verbindungsstege zwischen Werkstückteil und umgebendem Restwerkstück, zu fixieren, so dass ein Verkippen ausgeschlossen wird. Der Einsatz von Microjoints hat allerdings einige Nachteile: Microjoints erstrecken sich üblicherweise über die gesamte Werkstückdicke, so dass bei Werkstücken mit einer Dicke von mehr als 5 mm ein Herauslösen der Werkstückteile aus dem Restwerkstück von Hand nur sehr schwer oder gar nicht möglich ist. Nach dem Lösen der Werkstückteile verbleiben Rückstände der Microjoints an der Schnittkante und müssen durch aufwendige Nacharbeit entfernt werden. Außerdem werden Microjoints typischerweise am Schnittende gesetzt. Ist in einer Werkstückkontur aber mehr als ein Microjoint notwendig, so kann dieser nur durch zusätzliches Einstechen und Anfahren an die Kontur erzeugt werden. Dadurch sinkt die Produktivität des Schneidprozesses. To solve this problem, it is known to fix the workpiece parts in the remaining workpiece using so-called microjoints, i.e. using connecting webs that remain in the cutting gap between the workpiece part and the surrounding remaining workpiece, so that tilting is prevented. The use of microjoints does, however, have some disadvantages: Microjoints usually extend over the entire thickness of the workpiece, so that for workpieces with a thickness of more than 5 mm, it is very difficult or even impossible to remove the workpiece parts from the remaining workpiece by hand. After the workpiece parts have been removed, residues of the microjoints remain on the cutting edge and must be removed by complex rework. In addition, microjoints are typically placed at the end of the cut. However, if more than one microjoint is required in a workpiece contour, this can only be created by additional piercing and approaching the contour. This reduces the productivity of the cutting process.
Aus der DE 10 2017 213 394 Al ist ein Verfahren zum Laserschneiden eines insbesondere plattenförmigen Werkstücks entlang einer Bahnkurve mittels eines Laserstrahls bekannt, wobei zum Erzeugen eines nicht am Ende der Bahnkurve liegenden Microjoints mit einer geringeren Höhe als die Werkstückdicke beim Laserschneiden des Werkstücks die Laserleistung des Laserstrahls auf einem der Länge des Microjoints entsprechenden Teilstück der Bahnkurve von einer zum Durchschneiden des Werkstücks ausreichenden, höheren Laserleistung auf eine zum vollständigen Durchschneiden des Werkstücks nicht ausreichende, niedrigere Laserleistung abgesenkt und anschließend wieder auf die höhere Laserleistung erhöht wird. From DE 10 2017 213 394 A1 a method for laser cutting a workpiece, in particular a plate-shaped workpiece, along a trajectory using a laser beam is known, wherein in order to produce a microjoint not located at the end of the trajectory with a lower height than the workpiece thickness during laser cutting of the workpiece, the laser power of the laser beam is reduced on a section of the trajectory corresponding to the length of the microjoint from a higher laser power sufficient to cut through the workpiece to a lower laser power insufficient to cut through the workpiece completely and is then increased again to the higher laser power.
Im Folgenden werden Microjoints, die eine geringere Höhe aufweisen als die Werkstückdicke, Nanojoints genannt. Below, microjoints that have a lower height than the workpiece thickness are called nanojoints.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vereinfachtes und zuverlässiges Verfahren zur Ausbildung von Nanojoints anzugeben. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Laserschneiden eines insbesondere plattenförmigen Werkstücks entlang einer Bahnkurve mittels eines Laserstrahls, wobei zumindest ein Nanojoint mit einer geringeren Höhe als die Werkstückdicke auf einem der Länge des Nanojoints entsprechenden Teilstück der Bahnkurve ausgebildet wird. Zur Ausbildung des Nanojoints wird a) eine Relativbewegung des Werkstücks und eines Laserstrahls gestoppt und zumindest ein Schneidparameter von einem ersten zum Durchschneiden des Werkstücks geeigneten Parameterwert auf einen zum Durchschneiden des Werkstücks nicht ausreichenden zweiten Parameterwert verändert oder b) der Gasdruck und/oder die Fokuslage wird von einem ersten zum Durchschneiden des Werkstücks geeigneten Parameterwert auf einen zum Durchschneiden des Werkstücks nicht ausreichenden zweiten Parameterwert verändert. The object of the present invention is to provide a simplified and reliable method for forming nanojoints. This object is achieved according to the invention by a method for laser cutting a particularly plate-shaped workpiece along a trajectory using a laser beam, at least one nanojoint having a height smaller than the workpiece thickness being formed on a section of the trajectory corresponding to the length of the nanojoint. To form the nanojoint, a) a relative movement of the workpiece and a laser beam is stopped and at least one cutting parameter is changed from a first parameter value suitable for cutting through the workpiece to a second parameter value that is not sufficient for cutting through the workpiece, or b) the gas pressure and/or the focus position is changed changed from a first parameter value suitable for cutting through the workpiece to a second parameter value that is not sufficient for cutting through the workpiece.
Mit einer Relativbewegung, die gestoppt wird, ist in diesem Fall keine Relativbewegung von Laserbearbeitungskopf und Werkstück senkrecht zu einer Werkstückauflage bzw. in Strahlrichtung des Laserstrahls gemeint, sondern eine Relativbewegung von Laserstrahl bzw. Laserbearbeitungskopf und Werkstück entlang der Bahnkurve bzw. parallel zu einer Ebene, die die Bahnkurve enthält, also insbesondere eine Relativbewegung parallel zu einer Werkstückauflage. Die gestoppte Relativbewegung wird auch als Achsstopp bezeichnet. In this case, a relative movement that is stopped does not mean a relative movement of the laser processing head and workpiece perpendicular to a workpiece support or in the beam direction of the laser beam, but rather a relative movement of the laser beam or laser processing head and workpiece along the path curve or parallel to a plane, which contains the path curve, i.e. in particular a relative movement parallel to a workpiece support. The stopped relative movement is also referred to as an axis stop.
Die in der Alternative a) vorgesehene Parameteränderung kann nach dem Achsstopp oder gleichzeitig erfolgen. Insbesondere können im Anschluss an den Achsstopp gezielt Parameterwerte eingestellt werden, die ein vollständiges Durchschneiden des Werkstücks verhindern. Durch den Achsstopp kann sichergestellt werden, dass der Nanojoint auch an dessen Anfang eine geringe Dicke aufweist und der Nanojoint insbesondere über seine Länge eine konstante Dicke aufweist. Das erleichtert das Heraustrennen des Werkstückteils (Gutteils). The parameter change provided for in alternative a) can take place after the axis stop or at the same time. In particular, parameter values can be set specifically after the axis stop to prevent the workpiece from being cut through completely. The axis stop can ensure that the nanojoint has a small thickness even at the beginning and that the nanojoint has a constant thickness, particularly over its length. This makes it easier to separate the workpiece part (good part).
Durch das Verändern des Gasdrucks und/oder der Fokuslage kann insbesondere ohne Veränderung der Laserleistung dafür gesorgt werden, dass weniger Energie in das Werkstück geleitet wird und ein vollständiges Durchschneiden verhindert wird. Gasdruck und/oder Fokuslage können auch verändert werden, wenn ein Achsstopp durchgeführt wird. By changing the gas pressure and/or the focus position, it is possible to ensure that less energy is directed into the workpiece, preventing complete cutting, particularly without changing the laser power. Gas pressure and/or focus position can also be changed when an axis stop is performed.
Vor Beginn der Ausbildung des Nanojoints kann der Laserstrahl ausgeschaltet werden. Dies kann gleichzeitig mit dem Achsstopp erfolgen. Zur Erzeugung des Nanojoints kann der Laserstrahl mit der gleichen Leistung wie zum Durchschneiden des Werkstücks, insbesondere, wenn weitere Schneidparameter verändert werden, oder mit einer geringeren Leistung wieder angeschaltet werden. Before the formation of the nanojoint begins, the laser beam can be switched off. This can be done at the same time as the axis is stopped. To create the nanojoint, the laser beam can be switched on again with the same power as was used to cut through the workpiece, especially if other cutting parameters are changed, or with a lower power.
Es ist auch denkbar, den Laserstrahl bei einem Achsstopp angeschaltet zu lassen. Je nachdem, welcher oder welche Schneidparameter variiert wird/werden, kann dies Vorteile bieten. It is also conceivable to leave the laser beam switched on when the axis stops. Depending on which cutting parameter or parameters are varied, this can offer advantages.
Zur Ausbildung des Nanojoints können mehrere Schneidparameter von einem ersten zum Durchschneiden des Werkstücks geeigneten Parameterwert auf einen zum Durchschneiden des Werkstücks nicht ausreichenden zweiten Parameterwert verändert werden. So kann eine besonders günstige Parameterwertkombination für die Ausbildung eines Nanojoints eingestellt werden. To form the nanojoint, several cutting parameters can be changed from a first parameter value that is suitable for cutting through the workpiece to a second parameter value that is not sufficient for cutting through the workpiece. In this way, a particularly favorable parameter value combination can be set for the formation of a nanojoint.
Zur Ausbildung des Nanojoints kann die Schneidgeschwindigkeit gegenüber der Schneidgeschwindigkeit zum Durchschneiden des Werkstücks erhöht werden, insbesondere um mindestens 10% erhöht werden. Wenn die Schneidgeschwindigkeit, also die Relativbewegung von Laserstrahl und Werkstück parallel zur Werkstückauflage, erhöht wird, wird weniger Energie in das Werkstück eingebracht, sodass ein vollständiges Durchschneiden des Werkstücks verhindert werden kann. To form the nanojoint, the cutting speed can be increased compared to the cutting speed for cutting through the workpiece, in particular by at least 10%. If the cutting speed, i.e. the relative movement of the laser beam and the workpiece parallel to the workpiece support, is increased, less energy is introduced into the workpiece, so that a complete cutting through of the workpiece can be prevented.
Zur Ausbildung des Nanojoints kann der Gasdruck, insbesondere des Schneidgases, gegenüber dem Gasdruck zum Durchschneiden des Werkstücks reduziert werden, insbesondere um mindestens 20% reduziert werden. Beispielsweise kann der Gasdruck auf Werte im Bereich 2-6 bar reduziert werden. Zur Ausbildung des Nanojoints kann die Fokuslage gegenüber der Fokuslage zum Durchschneiden des Werkstücks vom Bearbeitungskopf weg in Richtung Werkstück verstellt werden. Dadurch kann die Leistungsdichte im Werkstück verringert werden. Insbesondere kann der Fokus von der Oberfläche des Werkstücks in das Werkstück verlagert werden. To form the nanojoint, the gas pressure, in particular of the cutting gas, can be reduced compared to the gas pressure for cutting through the workpiece, in particular reduced by at least 20%. For example, the gas pressure can be reduced to values in the range 2-6 bar. To form the nanojoint, the focus position can be adjusted away from the processing head towards the workpiece compared to the focus position for cutting through the workpiece. This can reduce the power density in the workpiece. In particular, the focus can be shifted from the surface of the workpiece into the workpiece.
Gemäß einer Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass der oder die Schneidparameter von Parameterwerten, die zum Durchschneiden des Werkstücks geeignet sind, auf Parameterwerte, die nicht zum Durchschneiden des Werkstücks geeignet sind, über einen Gradienten geändert werden. Beispielsweise können zu Beginn des Nanojoints die Laserleistung, der Abstand Düse-Werkstück und die Fokuslage über eine Rampe, insbesondere linear, verstellt werden. According to a method variant, it can be provided that the cutting parameter or parameters are changed via a gradient from parameter values that are suitable for cutting through the workpiece to parameter values that are not suitable for cutting through the workpiece. For example, at the beginning of the nanojoint, the laser power, the nozzle-workpiece distance and the focus position can be adjusted via a ramp, in particular linearly.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass mit der Ausbildung des Nanojoints erst begonnen wird, wenn nach dem Anhalten der Relativbewegung (Achsstopp) ein vorgegebenes Ereignis eingetreten ist. Beispielsweise kann überwacht werden, ob ein oder mehrere Schneidparameter Parameterwerte erreicht haben, die nicht für ein vollständiges Durchschneiden geeignet sind oder es kann eine vorgegebene Zeit abgewartet werden. Das vorgegebene Ereignis wäre dann das Erreichen eines oder mehrerer vorgegebener Parameterwerte oder der Ablauf der vorgegebenen Zeit. Furthermore, it can be provided that the formation of the nanojoint only begins when a predetermined event has occurred after the relative movement has stopped (axis stop). For example, it can be monitored whether one or more cutting parameters have reached parameter values that are not suitable for complete cutting, or a predetermined time can be waited. The specified event would then be the achievement of one or more specified parameter values or the expiration of the specified time.
Das Verfahren kann beschleunigt werden, wenn zumindest ein Schneidparameter sprungartig von einem ersten zu einem zweiten Parameterwert verändert wird. The method can be accelerated if at least one cutting parameter is changed abruptly from a first to a second parameter value.
Nach der Ausbildung des Nanojoints kann eine Relativbewegung des Werkstücks und des Laserstrahls gestoppt werden. Am Ende des Nanojoints kann also ein Achsstopp vorgesehen sein. Somit können wieder Schneidparameter zum Durchschneiden des Werkstücks eingestellt werden. After the nanojoint has been formed, relative movement of the workpiece and the laser beam can be stopped. An axis stop can therefore be provided at the end of the nanojoint. This means that cutting parameters for cutting through the workpiece can be set again.
Nach der Ausbildung eines am Ende der Bahnkurve liegenden Nanojoints kann der Laserstrahl ausgeschaltet werden und/oder nach der Ausbildung eines nicht am Ende der Bahnkurve liegenden Nanojoints können die Parameterwerte der Schneidparameter wieder auf die vor der Ausbildung des Nanojoints vorliegenden Parameterwerte geändert werden. Dies kann sprunghaft oder über einen Gradienten erfolgen. Außerdem kann dies mit oder ohne Achsstopp erfolgen. After the formation of a nanojoint at the end of the trajectory, the laser beam can be switched off and/or after the formation of a nanojoint not at the end of the trajectory, the parameter values of the cutting parameters can be reset to the values that existed before the formation of the nanojoint. Parameter values can be changed. This can be done abruptly or via a gradient. It can also be done with or without an axis stop.
Die Erfindung betrifft schließlich auch ein Computerprogrammprodukt, welches Codemittel aufweist, die zum Durchführen aller Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens angepasst sind, wenn das Programm auf einer Steuerung einer Laserbearbeitungsmaschine abläuft. Finally, the invention also relates to a computer program product which has code means adapted to carry out all steps of the method according to the invention when the program runs on a controller of a laser processing machine.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Further advantages and advantageous embodiments of the subject matter of the invention emerge from the description, the claims and the drawing. The features mentioned above and those listed below can also be used individually or in combination in any desired way. The embodiments shown and described are not to be understood as an exhaustive list, but rather are exemplary in nature for the description of the invention.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine zum Durchführen des erfindungsgemäßen Laserschneidverfahrens geeignete Laserschneidmaschine; Fig. 1 shows a laser cutting machine suitable for carrying out the laser cutting method according to the invention;
Fign. 2a, 2b ein aus einem Werkstück lasergeschnittenes Werkstückteil, das durch Nanojoints im Restwerkstück gehalten ist, in einer Draufsicht (Fig. 2a) und in einer Schnittansicht (Fig. 2b) entsprechend Ilb-IIb in Fig. 2a; Figs. 2a, 2b show a workpiece part laser-cut from a workpiece, which is held in the remaining workpiece by nanojoints, in a plan view (Fig. 2a) and in a sectional view (Fig. 2b) corresponding to Ilb-IIb in Fig. 2a;
Die in Fig. 1 perspektivisch dargestellte Laserschneidmaschine 1 weist beispielsweise einen CO2-Laser, Diodenlaser oder Festkörperlaser als Laserstrahlerzeuger 2, einen verfahrbaren (Laser)Bearbeitungskopf 3 und eine Werkstückauflage 4 auf. Im Laserstrahlerzeuger 2 wird ein Laserstrahl 5 erzeugt, der mittels eines (nicht gezeigten) Lichtleitkabels oder (nicht gezeigten) Umlenkspiegeln vom Laserstrahlerzeuger 2 zum Bearbeitungskopf 3 geführt wird. Auf der Werkstückauflage 4 ist ein plattenförmiges Werkstück 6 angeordnet. Der Laserstrahl 5 wird mittels einer im Bearbeitungskopf 3 angeordneten Fokussieroptik auf das Werkstück 6 gerichtet. Die Laserschneidmaschine 1 wird darüber hinaus mit Schneidgasen 7, beispielsweise Sauerstoff und Stickstoff, versorgt. Die Verwendung des jeweiligen Schneidgases 7 ist vom Werkstückmaterial und von Qualitätsanforderungen an die Schnittkanten abhängig. Weiterhin ist eine Absaugeinrichtung 8 vorhanden, die mit einem Absaugkanal 9, der sich unter der Werkstückauflage 4 befindet, verbunden ist. Das Schneidgas 7 wird einer Schneidgasdüse 10 des Bearbeitungskopfes 3 zugeführt, aus der es zusammen mit dem Laserstrahl 5 austritt. The laser cutting machine 1 shown in perspective in FIG. 1 has, for example, a CO2 laser, diode laser or solid-state laser as a laser beam generator 2, a movable (laser) processing head 3 and a workpiece support 4. A laser beam 5 is generated in the laser beam generator 2 and is guided from the laser beam generator 2 to the processing head 3 by means of a light guide cable (not shown) or deflecting mirrors (not shown). A plate-shaped workpiece 6 is arranged on the workpiece support 4. The laser beam 5 is directed onto the workpiece 6 by means of focusing optics arranged in the processing head 3. The Laser cutting machine 1 is also supplied with cutting gases 7, for example oxygen and nitrogen. The use of the respective cutting gas 7 depends on the workpiece material and the quality requirements for the cutting edges. Furthermore, there is a suction device 8 which is connected to a suction channel 9 which is located under the workpiece support 4. The cutting gas 7 is fed to a cutting gas nozzle 10 of the processing head 3, from which it emerges together with the laser beam 5.
Beim Laserschneiden wird das Werkstück 6 entlang einer gewünschten Bahnkurve K mittels eines Laserstrahls 5 mit zum Durchschneiden des Werkstücks 6 geeigneten Parameterwerten von Schneidparametern geschnitten, wobei vorliegend der Laserstrahl 5, alternativ oder zusätzlich aber auch das Werkstück 6, bewegt wird. Dazu muss zunächst auf oder neben der zu schneidenden Bahnkurve K an einem Punkt S in das Werkstück 6 eingestochen werden, wie in Fig. 2a gezeigt ist. During laser cutting, the workpiece 6 is cut along a desired trajectory K by means of a laser beam 5 with cutting parameter values suitable for cutting through the workpiece 6, in which case the laser beam 5, alternatively or additionally also the workpiece 6, is moved. To do this, the workpiece 6 must first be pierced at a point S on or next to the path K to be cut, as shown in FIG. 2a.
Wie in Fign. 2a, 2b gezeigt, werden beim Laserschneiden des Werkstücks 6 im Schnittspalt 11 zwischen einem lasergeschnittenen Werkstückteil 12 und dem Restwerkstück 13 Verbindungsstege bzw. Nanojoints 14a, 14b stehen gelassen, die das Werkstückteil 12 im Restwerkstück 13 fixieren und somit ein Verkippen gegenüber dem Restwerkstück 13 verhindern. Wie in Fig. 2b gezeigt, erstreckt sich der Nanojoint 14a, 14b nicht über die gesamte Werkstückdicke D, sondern nur im unteren Drittel der Werkstückdicke, weist also eine geringere Höhe d als die Werkstückdicke D auf. Der Nanojoint 14a befindet sich am Schnittende, wird also erzeugt, kurz bevor der Anfang der in sich geschlossenen Bahnkurve K wieder erreicht ist. Der Nanojoint 14b befindet sich dagegen nicht am Schnittende, sondern an einem beliebigen Abschnitt der Bahnkurve K. As shown in Figs. 2a, 2b, when laser cutting the workpiece 6, connecting webs or nanojoints 14a, 14b are left in the cutting gap 11 between a laser-cut workpiece part 12 and the remaining workpiece 13, which fix the workpiece part 12 in the remaining workpiece 13 and thus prevent it from tilting relative to the remaining workpiece 13. As shown in Fig. 2b, the nanojoint 14a, 14b does not extend over the entire workpiece thickness D, but only in the lower third of the workpiece thickness, thus having a lower height d than the workpiece thickness D. The nanojoint 14a is located at the end of the cut, i.e. is created shortly before the beginning of the self-contained trajectory K is reached again. The nanojoint 14b, on the other hand, is not located at the end of the cut, but at any section of the trajectory K.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel der Variation der Fokuslage beschrieben. Bei dieser Ausführung des Verfahrens werden die Nanojoints 14a, 14b allein durch gezieltes Anpassen der Fokuslage während des Schneidprozesses generiert, die von einer in Fig. 1 gezeigten Steuerung 15 der Laserschneidmaschine 1 in Abhängigkeit des Werkstückmaterials vorgegeben werden. Die Steuerung 15 steuert auch die Bewegung des Bearbeitungskopfes 3 gegenüber dem Werkstück 6. Dem Schneidprozess steht durch die veränderte, insbesondere in das Werkstück 6 hinein verlagerte Fokuslage, nicht mehr die für einen vollständigen Schnitt benötigte Leistungsdichte zur Verfügung, so dass das Werkstückmaterial nicht über die komplette Werkstückdicke D aufgeschmolzen wird und im unteren Bereich des Schnittspalts 11 bzw. der Schnittkante ein Nanojoint 14a, 14b zwischen dem lasergeschnittenen Werkstückteil 6 und dem Restwerkstück 13 stehen bleibt. Zusätzlich zur Fokuslage können für die Erzeugung des Nanojoints 14a, 14b weitere Schneidparameter des Laserschneidens verändert werden, also z.B. die Laserleistung, der Abstand der Schneidgasdüse 10 zur Werkstückoberfläche, der Schneidgasdruck und/oder die Schneidgeschwindigkeit. The method according to the invention is described below using the example of varying the focus position. In this embodiment of the method, the nanojoints 14a, 14b are generated solely by targeted adjustment of the focus position during the cutting process, which is specified by a control 15 of the laser cutting machine 1 shown in Fig. 1 depending on the workpiece material. The control 15 also controls the movement of the processing head 3 compared to the workpiece 6. Due to the changed focus position, which has been shifted into the workpiece 6 in particular, the cutting process no longer has the power density required for a complete cut, so that the workpiece material is not melted over the entire workpiece thickness D and a nanojoint 14a, 14b remains in the lower area of the cutting gap 11 or the cutting edge between the laser-cut workpiece part 6 and the remaining workpiece 13. In addition to the focus position, other cutting parameters of the laser cutting can be changed to create the nanojoint 14a, 14b, for example the laser power, the distance of the cutting gas nozzle 10 from the workpiece surface, the cutting gas pressure and/or the cutting speed.
Vor der Erzeugung des Nanojoints 14a, 14b kann ein Achsstopp stattfinden, also die Schneidgeschwindigkeit auf 0 m/s abgesenkt werden. Schneidparameter können während des Achsstopps auf Parameterwerte zur Erzeugung des Nanojoints 14a, 14b eingestellt werden. Nach der Erzeugung des Nanojoints 14b wird mit den Standardparametern weitergeschnitten. Vor dem Weiterschneiden mit Standardparametern, die zum Durchschneiden des Werkstücks 6 geeignet sind, kann wiederum ein Achsstopp durchgeführt werden und können die Standardparameter eingestellt werden. Nach der Erzeugung des Nanojoints 14a wird der Laserstrahl 5 ausgeschaltet. Außerdem kann ein Achsstopp durchgeführt werden. Before the nanojoint 14a, 14b is created, an axis stop can take place, i.e. the cutting speed can be reduced to 0 m/s. Cutting parameters can be set to parameter values for producing the nanojoint 14a, 14b during the axis stop. After the nanojoint 14b has been created, cutting continues with the standard parameters. Before continuing to cut with standard parameters that are suitable for cutting through the workpiece 6, an axis stop can again be carried out and the standard parameters can be set. After the nanojoint 14a has been produced, the laser beam 5 is switched off. An axis stop can also be carried out.
Zum Erzeugen des nicht am Ende der Bahnkurve K liegenden Nanojoints 14b mit einer geringeren Höhe d als die Werkstückdicke D wird beim Laserschneiden des Werkstücks 6 die Fokuslage des Laserstrahls 5 auf einem der Länge L des Nanojoints 14b entsprechenden Teilstück der Bahnkurve K von der zum Durchschneiden des Werkstücks 6 geeigneten Fokuslage auf eine zum vollständigen Durchschneiden des Werkstücks 6 nicht geeignete Fokuslage geändert und anschließend wieder auf die ursprüngliche Fokuslage eingestellt. In order to produce the nanojoint 14b which is not located at the end of the trajectory K and has a lower height d than the workpiece thickness D, when laser cutting the workpiece 6, the focus position of the laser beam 5 on a section of the trajectory K corresponding to the length L of the nanojoint 14b is changed from the focus position suitable for cutting through the workpiece 6 to a focus position which is not suitable for completely cutting through the workpiece 6 and is then set back to the original focus position.

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Laserschneiden eines insbesondere plattenförmigen Werkstücks (6) entlang einer Bahnkurve (K) mittels eines Laserstrahls (5), wobei zumindest ein Nanojoint (14a, 14b) mit einer geringeren Höhe (d) als die Werkstückdicke (D) auf einem der Länge (L) des Nanojoints Claims Method for laser cutting a particularly plate-shaped workpiece (6) along a trajectory (K) by means of a laser beam (5), wherein at least one nanojoint (14a, 14b) with a lower height (d) than the workpiece thickness (D) on one of the length (L) of the nanojoint
(14a, 14b) entsprechenden Teilstück der Bahnkurve (K) ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des Nanojoints (14a, 14b) a) eine Relativbewegung des Werkstücks (6) und eines Laserstrahls (5) gestoppt wird und zumindest ein Schneidparameter von einem ersten zum Durchschneiden des Werkstücks (6) geeigneten Parameterwert auf einen zum Durchschneiden des Werkstücks (6) nicht ausreichenden zweiten Parameterwert verändert wird oder b) der Gasdruck und/oder die Fokuslage von einem ersten zum Durchschneiden des Werkstücks (6) geeigneten Parameterwert auf einen zum Durchschneiden des Werkstücks (6) nicht ausreichenden zweiten Parameterwert verändert wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn der Ausbildung des Nanojoints (14a, 14b) der Laserstrahl (5) ausgeschaltet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des Nanojoints (14a, 14b) mehrere Schneidparameter von einem ersten zum Durchschneiden des Werkstücks (6) geeigneten Parameterwert auf einen zum Durchschneiden des Werkstücks (6) nicht ausreichenden zweiten Parameterwert verändert werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des Nanojoints (14a, 14b) die Schneidgeschwindigkeit gegenüber der Schneidgeschwindigkeit zum Durchschneiden des Werkstücks (6) erhöht wird, insbesondere um mindestens 10% erhöht wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des Nanojoints (14a, 14b) der Gasdruck gegenüber dem Gasdruck zum Durchschneiden des Werkstücks (6) reduziert wird, insbesondere um mindestens 20% reduziert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des Nanojoints (14a, 14b) die Fokuslage gegenüber der Fokuslage zum Durchschneiden des Werkstücks (6) vom Bearbeitungskopf (3) weg in Richtung Werkstück (6) verstellt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Schneidparameter von Parameterwerten, die zum Durchschneiden des Werkstücks (6) geeignet sind auf Parameterwerte, die nicht zum Durchschneiden des Werkstücks (6) geeignet sind, über einen Gradienten geändert werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Ausbildung des Nanojoints (14a, 14b) erst begonnen wird, wenn nach dem Anhalten der Relativbewegung ein vorgegebenes Ereignis eingetreten ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Schneidparameter sprungartig von einem ersten zu einem zweiten Parameterwert verändert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Ausbildung des Nanojoints (14a, 14b) eine Relativbewegung des Werkstücks (6) und des Laserstrahls (5) gestoppt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Ausbildung eines am Ende der Bahnkurve (K) liegenden Nanojoints (14a) der Laserstrahl (5) ausgeschaltet wird und/oder nach der Ausbildung eines nicht am Ende der Bahnkurve (K) liegenden Nanojoints (14a) die Parameterwerte der Schneidparameter wieder auf die vor der Ausbildung des Nanojoints (14a, 14b) vorliegenden Parameterwerte geändert werden. Computerprogrammprodukt, welches Codemittel aufweist, die zum Durchführen aller Schritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche angepasst sind, wenn das Programm auf einer Steuerung (15) einer Laserschneidmaschine (1) abläuft. (14a, 14b) corresponding portion of the trajectory (K), characterized in that to form the nanojoint (14a, 14b) a) a relative movement of the workpiece (6) and a laser beam (5) is stopped and at least one cutting parameter is changed from a first parameter value suitable for cutting through the workpiece (6) to a second parameter value which is insufficient for cutting through the workpiece (6), or b) the gas pressure and/or the focus position is changed from a first parameter value suitable for cutting through the workpiece (6) to a second parameter value which is insufficient for cutting through the workpiece (6). Method according to claim 1, characterized in that the laser beam (5) is switched off before the start of the formation of the nanojoint (14a, 14b). Method according to one of the preceding claims, characterized in that, in order to form the nanojoint (14a, 14b), several cutting parameters are changed from a first parameter value suitable for cutting through the workpiece (6) to a second parameter value insufficient for cutting through the workpiece (6). Method according to one of the preceding claims, characterized in that, in order to form the nanojoint (14a, 14b), the cutting speed is increased compared to the cutting speed for cutting through the workpiece (6), in particular is increased by at least 10%. Method according to one of the preceding claims, characterized in that to form the nanojoint (14a, 14b) the gas pressure is reduced compared to the gas pressure for cutting through the workpiece (6), in particular is reduced by at least 20%. Method according to one of the preceding claims, characterized in that to form the nanojoint (14a, 14b) the focus position is adjusted compared to the focus position for cutting through the workpiece (6) away from the processing head (3) in the direction of the workpiece (6). Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cutting parameter(s) are changed from parameter values that are suitable for cutting through the workpiece (6) to parameter values that are not suitable for cutting through the workpiece (6) via a gradient. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the formation of the nanojoint (14a, 14b) does not begin until a predetermined event has occurred after the relative movement has stopped. Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one cutting parameter is changed abruptly from a first to a second parameter value. Method according to one of the preceding claims, characterized in that after the formation of the nanojoint (14a, 14b), a relative movement of the workpiece (6) and the laser beam (5) is stopped. Method according to one of the preceding claims, characterized in that after the formation of a nanojoint (14a) located at the end of the trajectory (K), the laser beam (5) is switched off. and/or after the formation of a nanojoint (14a) not located at the end of the trajectory (K), the parameter values of the cutting parameters are changed back to the parameter values present before the formation of the nanojoint (14a, 14b). Computer program product which has code means which are adapted to carry out all steps of the method according to one of the preceding claims when the program runs on a controller (15) of a laser cutting machine (1).
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