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.

Ein derartiges Laserschneidverfahren ist beispielsweise durch die DE 10 2017 213 394 Al bekannt geworden.

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.

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.

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.

Im Folgenden werden Microjoints, die eine geringere Höhe aufweisen als die Werkstückdicke, Nanojoints genannt.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Das Verfahren kann beschleunigt werden, wenn zumindest ein Schneidparameter sprungartig von einem ersten zu einem zweiten Parameterwert verändert wird.

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.

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.

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.

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 eine zum Durchführen des erfindungsgemäßen Laserschneidverfahrens geeignete Laserschneidmaschine;

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;

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.

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.

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.

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.

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.

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.