Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserschneiden einer in sich geschlossenen Schnitkontur in ein vorzugsweise platenförmiges Werkstück mitels eines Laserstrahls und eines aus einer Schneiddüse austretenden Schneidgases, sowie eine zum Durchführen des Laserschneidverfahrens geeignete Laserschneidma- schine und ein zugehöriges Computerprogrammprodukt. Ein derartiges Laserschneidverfahren ist beispielsweise durch die DE 10 2015 221 243 A1 bekannt geworden.

Das Laserschneiden von plattenförmigen, insbesondere metallischen Werkstücken erfolgt beispielsweise in sogenannten Flying-optics-Laserschneidmaschinen, in denen ein Laserschneidkopf zweidimensional über das auf gitterförmig angeordneten Auflagestegen aufliegende Werkstück bewegt wird. Alternativ kann das Werkstück auf mit Bürsten versehenen Werkstückauflageflächen gelagert und von einer Bewegungseinheit in einer oder zwei Raumrichtungen bewegt werden, während der Laserschneidkopf ortsfest über einer rohrförmigen Absaugeinrichtung angeordnet ist oder entlang eines Schneidspalts ebenfalls in einer Raumrichtung bewegt werden kann.

Beim Schneiden von Werkstücken in solchen Anlagen kann es beim Freischneiden eines Werkstückteils, d.h. beim vollständigen Trennen des Werkstückteils vom umgebenden Restwerkstück, zu einem Kippen des Werkstückteils relativ zum Restwerkstück kommen. Dies kann zu einer Kollision des Laserschneid kopfs mit dem verkippten Werkstückteil und zu Problemen beim Entladen der Laserschneidmaschine durch automatisierte Entladevorrichtungen führen.

Eine Ursache für das Kippen des Werkstückteils ist das beim Laserschneiden eingesetzte Schneidgas, das dazu dient, die Schmelze nach unten aus dem im Werk- stück gebildeten Schnittspalt auszutreiben. Im Moment des Freischnitts wirkt der Gasdruck des Schneidgases am Freischnittpunkt, d.h. einseitig, auf das Werkstückteil ein. Abhängig davon, wie das Werkstückteil durch die Spitzen der Auflagestege oder durch die am Schneidspalt angrenzenden Werkstückauflageflächen gestützt wird, kann der einwirkende Schneidgasdruck zu einem Kippen des Werkstückteils führen.

Im ungünstigen Fall wird der im Werkstück ausgebildete Schnittspalt durch das Verkippen des Werkstückteils verschlossen, so dass das aufgeschmolzene Werkstückmaterial (die Schlacke) nicht mehr nach unten austreten kann und stattdes- sen nach oben geschleudert wird. Dies führt zu einem Verschmutzen der Schneid- düse und ggf. von oberhalb der Düse im Laserschneid köpf angeordneten optischen Komponenten, z.B. eines Schutzglases.

Insbesondere beim Einsatz einer Schneiddüse mit beweglicher Düsenhülse, die zum besseren Einkoppeln des Schneidgases in den Schnittspalt eingesetzt wird, kommt es zu verstärkten Verschmutzungen, da die Düsenhülse die Werkstückoberfläche kontaktiert und somit die Schlacke nur nach oben in Richtung des Schneidkopfinnenraums spritzen kann.

Eine bisher übliche Lösung für dieses Problem sieht vor, die fast vollständig freigeschnittenen Werkstückteile durch schmale Verbindungsstege, sog. Microjoints, im umgebenden Restwerkstück zu fixieren. Nach dem Entladen der Maschine können die Werkstückteile beispielsweise manuell oder durch vibrierende Trenn vorrichtungen aus dem Restwerkstück getrennt werden, allerdings bleiben oft Ansatzmarken an der Stelle der Microjoints.

Aus dem Stand der Technik ist es außerdem bekannt, die Laserleistung oder die Schneidgeschwindigkeit am Schnittkonturende eines Werkstückteils zu reduzieren oder die Art des Schneidgases zu ändern, beispielsweise aus DE 195 06 522 B4, US 9,434,024 B2, WO 2012/063668 A1 oder JPH 03210981 A.

Aus JPH 02179375 A ist es bekannt, die automatische Abstandsregelung zwischen Laserschneidkopf und Werkstückoberfläche am Schnittkonturende eines Werkstückteils abzuschalten und den Abstand stattdessen auf einen festgelegten Wert einzustellen, um unerwünschte Schwankungen des Abstands zu vermeiden.

Außerdem wurde vorgeschlagen, den Abstand der Düse zum Werkstück direkt nach Beendigung des Schnitts, d.h. nach dem Freischnitt des Werkstückteils, gesteuert zu erhöhen, beispielsweise in US 6,870,130 B2 oder WO 2016/020411 A1.

Bei dem aus der eingangs genannten DE 102015 221 243 A1 bekannten Laserschneidverfahren wird der Abstand des Laserschneidkopfes zum Werkstück gemessen. Zur Detektion des Endes der Schnittkontur wird auf einem Endabschnitt der Schnittkontur der zeitliche Gradient der Abstandsmesswerte bestimmt und mit einem Gradienten-Schwellwert verglichen. Bei Überschreiten des Gradienten- Schwellwertes wird das Ende der Schnittkontur detektiert und der Laserstrahl ausgeschaltet.

Demgegenüber stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, die Prozesssicherheit beim Laserschneiden, insbesondere beim Einsatz einer Düse mit beweg licher Düsenhülse, zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass auf oder entlang einer vorgegebenen Endstrecke vor dem Freischnittpunkt eines durch die Schnittkontur freigeschnittenen Werkstückteiis der Abstand der Schneiddüse zur Werkstückoberfläche erhöht wird. Die Länge der Endstrecke beträgt bevorzugt höchstens 2 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 2 mm.

Erfindungsgemäß wird bereits vor dem Freischnittpunkt auf oder entlang der vorgegebenen Endstrecke ein Spalt zwischen der Schneiddüse oder einer beweglichen Düsenhülse und der Werkstückoberfläche gebildet und/oder vergrößert, so dass das Schneidgas, Funken, Rauch und evtl. Schlacke seitlich entweichen können und eine Verschmutzung der Schneiddüse oder von optischen Komponenten im Laserschneidkopf vermieden oder zumindest verringert wird. Ist die Schneiddüse an einem Laserschneidkopf befestigt, kann die Abstandsänderung durch eine Bewegung der Schneiddüse relativ zum Laserschneid köpf oder durch eine Bewegung des gesamten Laserschneidkopfs erfolgen.

In einer bevorzugten Verfahrensvariante erfolgt die Erhöhung des Abstands der Schneiddüse zur Werkstückoberfläche zu Beginn der Endstrecke sprunghaft, indem die Verfahrbewegung der Schneiddüse oder des Werkstücks entlang der Schnittkontur solange angehalten wird, bis die Abstandsänderung abgeschlossen ist. In einer anderen bevorzugten Verfahrensvariante erfolgt die Erhöhung des Abstands der Schneiddüse zur Werkstückoberfläche entlang einer unmittelbar vor der Endstecke liegenden, vorgegebenen Vorlaufstrecke, insbesondere kontinuierlich wie z.B. in linearer Weise. In einer weiteren bevorzugten Verfahrensvariante erfolgt die Erhöhung des Abstands der Schneiddüse zur Werkstückoberfläche ent- lang der Endstecke kontinuierlich wie z.B. in linearer Weise. In den beiden letztgenannten Fällen kann die Abstandserhöhung gleichzeitig während der Verfahrbewegung der Schneiddüse oder des Werkstücks entlang der Schnittkontur erfolgen, also ohne die Schneiddüse oder das Werkstück anzuhalten.

Vorzugsweise beträgt im Moment des Freischnitts des Werkstückteils, d.h. am Freischnittpunkt, der Abstand zwischen einer werkstückseitigen Stirnfläche der Schneiddüse oder der werkstückseitigen Stirnfläche einer verschiebbar gelagerten Düsenhülse der Schneiddüse und der Werkstückoberfläche mindestens 0,3 mm, bevorzugt mindestens 1 mm, um eine ausreichende Verringerung des auf das Werkstück wirkenden Gasdrucks zu erreichen und dadurch das Verkippen des freigeschnittenen Werkstückteils zu verhindern.

Während der Abstandserhöhung wird bevorzugt die Fokuslage des Laserstrahls relativ zum Werkstück konstant gehalten. Dazu wird beispielsweise während der Abstandserhöhung gleichzeitig eine im Laserschneidkopf angeordnete Fokussieroptik in Richtung der Werkstückoberfläche bewegt, um den Fokuspunkt des Laserstrahls nach unten zu verschieben und so die Vertikalbewegung des Laser- schneidkopfs nach oben zu kompensieren.

Vorzugsweise ist der Schneidgasdruck entlang der Schnittkontur konstant und beträgt 5 bis 6 bar. Bei diesem Wert erfolgt vor allem beim Einsatz einer Düse mit Düsenhülse ein guter Austrieb der Schlacke nach unten aus dem Schneidspalt, ohne dass es zu Spritzern in Richtung der optischen Komponenten im Laserschneidkopf kommt.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch eine Laserschneidmaschine zum Laserschneiden von metallischen Werkstücken mit einem Laserstrahlerzeuger zum Erzeugen des Laserstrahls, mit einem Laserschneid köpf, der den Laserstrahl auf ein Werkstück richtet, mit einem Abstandssensor, der den Abstand des Laserschneidkopfes zur Werkstückoberfläche misst, und mit einer Maschinensteuerung, die programmiert ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. 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 Maschinensteuerung einer Laserschneidmaschine abläuft.

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. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Laserschneidmaschine;

Fign. 2a-2f Varianten des erfindungsgemäßen Laserschneidverfahrens mit einer

Erhöhung des Schneiddüsenabstands am Schnittende; und

Fign. 3a, 3b schematisch eine Schneidgasdüse (Fig. 3a) und eine Schneidgasdüse mit einer verschiebbar gelagerten Düsenhülse (Fig. 3b).

Die in Fig. 1 gezeigte Laserschneidmaschine 1 dient zum Laserschneiden von plattenförmigen Werkstücken 2, insbesondere aus Metall, mittels eines Laserstrahls 3.

Die Laserschneidmaschine 1 umfasst einen Laserstrahlerzeuger 4 zum Erzeugen des Laserstrahls 3, einen relativ zum Werkstück 2 in der X-Y-Ebene bewegbaren Laserschneidkopf 5, der den Laserstrahl 3 auf ein Werkstück 2 richtet, einen beispielsweise kapazitiven Abstandssensor 6, der den Abstand A des Laserschneidkopfes 5 zur Werkstückoberfläche 2a misst, und eine Maschinensteuerung 7, die beim Laserschneiden einer in sich geschlossenen Schnittkontur 8 in das Werkstück 2 die x-y-Relativbewegung des Laserschneid kopfes 5 steuert.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel misst der Abstandssensor 6 den Abstand A einer Schneiddüse 9 des Laserschneidkopfes 5, aus der der Laserstrahl 3 zusam- men mit einem Schneidgas 10 austritt, zur Werkstückoberfläche 2a. Das mittels der Schnittkontur 8 ausgeschnittene Werkstückteil ist mit 11 bezeichnet. Beim Schneiden der Schnittkontur 8 wird der Abstand A der Schneiddüse 9 zur Werkstückoberfläche 2a mit dem Abstandssensor 6 gemessen und über diesen Abstandsmesswert mittels einer Abstandsregelung 12, die Teil der Maschinensteuerung 7 sein kann, konstant gehalten. Eine Abstandsänderung der Schneiddüse 9 kann durch eine Bewegung der Schneiddüse 9 relativ zum Laserschneidkopf 5 oder durch eine Bewegung des gesamten Laserschneid kopfs 5 erfolgen. Statt einer Bewegung des Laserschneidkopfs 5 oder ergänzend dazu kann eine Bewegung des Werkstücks 2 erfolgen, um die Schnittkontur 8 zu erzeugen.

Fig. 2a zeigt die Bewegung des Laserstrahls 3 auf dem Werkstück 2 in X- und Y- Richtung, um das Werkstückteil 11 auszuschneiden. Der Laserstrahl 3 sticht im Einstechpunkt P in das Werkstück 2 ein und wird dann zur Schnittkontur 8 bewegt. Der Laserstrahl 3 beginnt im Anfangspunkt I der Schnittkontur 8 und fährt die in sich geschlossene Schnittkontur 8, wie durch Pfeile angedeutet, entgegen dem Uhrzeigersinn ab. Abhängig von Konturgeometrie, Breite des gebildeten Schnittspalts und Fokusdurchmesser des Laserstrahls 3 ist das Werkstückteil 11 bereits kurz vor Erreichen des Anfangspunkts I der Schnittkontur 8 freigeschnitten, nämlich im Freischnittpunkt E. Vorzugsweise wird der Schneidgasdruck entlang der gesamten Schnittkontur 8 nicht verändert und beträgt 5 bis 6 bar.

Wie in Fign. 2b-2d gezeigt, regelt die Abstandsregelung 12 den Abstand der Schneiddüse 9 zur Werkstückoberfläche 2a entlang fast der gesamten Schnittkon tur 8 auf einen konstanten Sollwert Asi- Erst auf oder entlang einer vorgegebenen Endstrecke 13 kurz vor dem Freischnitt E wird der Abstand der Schneiddüse 9 zur Werkstückoberfläche 2a dann auf einen höheren Sollwert A ₅₂ (As ₂ > Asi) entweder gesteuert oder geregelt eingestellt. Die Länge der Endstrecke 13 beträgt höchstens 2 mm, bevorzugt zwischen 0,5 und 2 mm.

In Fig. 2b erfolgt die Erhöhung von dem geringeren Abstand Asi auf den höheren Abstand As ₂ sprunghaft zu Beginn der Endstrecke 13. In Fign. 2c, 2d erfolgt die Erhöhung von dem geringeren Abstand A _Si auf den höheren Abstand As ₂ entlang einer unmittelbar vor der Endstecke 13 liegenden, vorgegebenen Vorlaufstrecke 14, und zwar beispielsweise über einen linearen Anstieg (Fig. 2c) oder einen exponentiellen Anstieg (Fig. 2d). Die Vorlaufstrecke 14 ist bevorzugt kürzer als die

Endstrecke 13.

In Fign. 2e, 2f erfolgt die Erhöhung von dem geringeren Abstand Asi auf den höheren Abstand A _S2 entlang der Endstecke 13, und zwar beispielsweise über einen linearen Anstieg (Fig. 2e) oder einen exponentiellen Anstieg (Fig. 2f). Die in Fign. 2c-2f gezeigte Abstandserhöhung erfolgt während der Verfahrbewegung der Schneiddüse 9 und/oder des Werkstücks 2 entlang der Schnittkontur 8.

Während der Abstandserhöhung wird die Fokuslage des Laserstrahls 3 relativ zum Werkstück 2 konstant gehalten, z.B. indem während der Abstandserhöhung des Laserschneidkopfes 5 eine im Laserschneidkopf 5 angeordnete Fokussieroptik 15 gegenläufig, also in Richtung der Werkstückoberfläche 2a, bewegt wird.

Fig. 3a zeigt schematisch eine Schneiddüse 9 mit einer zentralen Düsenbohrung 16, durch die hindurch der Laserstrahl 3 und das Schneidgas 10 austreten. Im Moment des Freischnitts des Werkstückteils 11 , d.h. im Freischnittpunkt E, beträgt der Abstand A zwischen der werkstückseitigen Stirnfläche 17 der Schneiddüse 9 und der Werkstückoberfläche 2a vorteilhaft mindestens 0,3 mm, bevorzugt mindestens 1 mm, um eine ausreichende Verringerung des auf das Werkstück 2 wirkenden Gasdrucks zu erreichen und dadurch das Verkippen des freigeschnittenen Werkstückteils 11 zu verringern oder zu vermeiden und um das seitliche Entweichen von Schneidgas, Funken, Rauch und evtl. Schlacke zu ermöglichen.

Fig. 3b zeigt schematisch eine Schneiddüse 9, die einen Düsengrundkörper 18 mit einer zentralen Düsenbohrung 16 und eine auf dem Düsengrund körper 18 in Richtung des Doppelpfeils 19 vor- und zurück verschiebbar gelagerte Düsenhülse 20 aufweist. Die Düsenhülse 20 wird zum besseren Einkoppeln des Schneidgases 10 in den Schnittspalt eingesetzt im Moment des Freischnitts, d.h. am Freischnittpunkt E des Werkstückteils 11 beträgt der Abstand A zwischen der werkstückseitigen Stirnfläche 21 der Düsenhülse 20 und der Werkstückoberfläche 2a mindestens 0,3 mm, bevorzugt mindestens 1 mm, um eine ausreichende Verringerung des auf das Werkstück 2 wirkenden Gasdrucks zu erreichen und dadurch das Verkippen des freigeschnittenen Werkstückteils 11 zu verringern oder zu vermeiden und um das seitliche Entweichen von Schneidgas, Funken, Rauch und evtl. Schlacke zu ermöglichen.