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DE102009049750A1 - Method for cutting of materials using modulated laser beam that cut the material along a desired cutting path through application of laser pulses, comprises freely selecting the pulse length of the laser pulse - Google Patents

Method for cutting of materials using modulated laser beam that cut the material along a desired cutting path through application of laser pulses, comprises freely selecting the pulse length of the laser pulse Download PDF

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DE102009049750A1
DE102009049750A1 DE102009049750A DE102009049750A DE102009049750A1 DE 102009049750 A1 DE102009049750 A1 DE 102009049750A1 DE 102009049750 A DE102009049750 A DE 102009049750A DE 102009049750 A DE102009049750 A DE 102009049750A DE 102009049750 A1 DE102009049750 A1 DE 102009049750A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cutting
laser
laser beam
cut
changed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102009049750A
Other languages
German (de)
Inventor
Sascha Dr. Nagel
Norbert Schlele
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

The method for cutting of materials using modulated laser beam (L) that cut the material along a desired cutting path through application of laser pulses, comprises freely selecting the pulse length of the laser pulse, where the intensity of the laser pulse and/or the interval between two laser pulses and/or the modulation frequency and/or the beam scanning velocity of the modulated laser beam is freely selected as further parameter. The pulse length of the laser pulse is changed during the cutting process and a further parameter is changed during the cutting process. The method for cutting of materials using modulated laser beam (L) that cut the material along a desired cutting path through application of laser pulses, comprises freely selecting the pulse length of the laser pulse, where the intensity of the laser pulse and/or the interval between two laser pulses and/or the modulation frequency and/or the beam scanning velocity of the modulated laser beam is freely selected as further parameter. The pulse length of the laser pulse is changed during the cutting process and a further parameter is changed during the cutting process. One of the parameters is held constant in a time interval during the cutting process. The cutting path repeatedly passes by the modulated laser beam during the cutting process. During passing the cutting path, the beam scanning velocity of the modulated laser beam is changed and/or the start point is provided for a conduit with a variable offset, and/or the interval between the laser pulses is changed in order to receive an offset of laser cutting point caused by the laser pulse on the material to be cut between the individual flow paths. The pulse length of the laser pulse is changed between two individual steps. The cutting process comprises three steps such as a first step for the application of a surface coating on the material to be cut, a second step with a changed pulse length of the laser pulse for cutting ablation of the material to be cut, and a third step with a changed beam scanning velocity of the modulated laser beam for cutting the material. The second and third steps are carried out with a changed parameter during the cutting process. An independent claim is included for a device for cutting of materials such as coated and/or lacquered body panels using modulated laser beam.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden von Material mittels eines Laserstrahls. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie eine bevorzugte Verwendung für das Verfahren und/oder für die Vorrichtung.The invention relates to a method for cutting material by means of a laser beam. The invention further relates to a device for carrying out the method and a preferred use for the method and / or for the device.

Die beim Schneiden mittels Laserstrahl in das zu schneidende Material eingebrachte Energie, insbesondere in Form von Wärme, kann unerwünscht hoch sein. Um den Energieeintrag gering zu halten, wird in der DE 10 2004 039 023 A1 vorgeschlagen, eine Laserquelle zu verwenden, die einen gepulsten Laserstrahl aussendet, welcher das Material entlang einer gewünschten Schneidbahn bzw. Schnittlinie durch eine Aneinanderreihung einer Vielzahl von Laserschneidpunkten, die von den einzelnen Laserpulsen erzeugt werden, schneidet. Ferner wird vorgeschlagen, dass sowohl die Energie der Laserpulse als auch der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Laserpulsen frei gewählt werden kann, wodurch der Energieeintrag in das Material beeinflussbar ist.The energy introduced during cutting by means of a laser beam into the material to be cut, in particular in the form of heat, can be undesirably high. In order to keep the energy input low, is in the DE 10 2004 039 023 A1 proposed to use a laser source which emits a pulsed laser beam which cuts the material along a desired cutting path or line of intersection by a juxtaposition of a plurality of laser cutting points, which are generated by the individual laser pulses. It is also proposed that both the energy of the laser pulses and the time interval between two successive laser pulses can be chosen freely, whereby the energy input into the material can be influenced.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, dass Schneiden von Material mittels Laserstrahl zu optimieren.The object of the invention is to optimize the cutting of material by means of a laser beam.

Diese Aufgabe wird gelöst von einem Verfahren gemäß Anspruch 1. Diese Aufgabe wird ferner gelöst von einer Vorrichtung gemäß dem ersten nebengeordneten Anspruch. Vorteilhafte und bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche. Die Lösung der Aufgabe erstreckt sich auch auf eine Verwendung gemäß dem zweiten nebengeordneten Anspruch.This object is achieved by a method according to claim 1. This object is further achieved by a device according to the first independent claim. Advantageous and preferred developments are the subject of the respective dependent claims. The solution of the problem also extends to a use according to the second independent claim.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient dem Schneiden von Material mittels wenigstens eines Laserstrahls, der das zu schneidende Material entlang einer gewünschten Schneidbahn durch Aufbringen einer Vielzahl von Laserpulsen schneidet, wobei der Laserstrahl ein modulierter Laserstrahl ist, bei dem zumindest die Pulslänge bzw. Pulsdauer der Laserpulse im Wesentlichen frei gewählt werden kann.The inventive method is used for cutting material by means of at least one laser beam which cuts the material to be cut along a desired cutting path by applying a plurality of laser pulses, wherein the laser beam is a modulated laser beam, wherein at least the pulse length or pulse duration of the laser pulses substantially can be chosen freely.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient insbesondere zum Ausschneiden einer geschlossenen oder offenen Kontur bzw. Schnittkontur mit einer beliebigen Geometrie.The inventive method is used in particular for cutting a closed or open contour or cutting contour with any geometry.

Bevorzugt handelt es sich bei dem zu schneidenden Material um ein Kunststoffmaterial (bevorzugte Dicke bis zu 3,0 mm), ein CFK-Material (bevorzugte Dicke bis zu 3 mm), ein Verbundmaterial oder ein Ledermaterial.Preferably, the material to be cut is a plastic material (preferred thickness up to 3.0 mm), a CFRP material (preferred thickness up to 3 mm), a composite material or a leather material.

Insbesondere handelt es sich bei dem zu schneidenden Material um ein Blechmaterial und vorrangig um ein Stahlblechmaterial. Die bevorzugte Blechdicke beträgt z. B. 1,0 mm, insbesondere jedoch mehr als 0,5 mm. Bevorzugt ist vorgesehen, dass es sich um ein zumindest einseitig beschichtetes Blechmaterial handelt. Eine Beschichtung kann z. B. eine Korrosionsschutzbeschichtung wie z. B. eine Zinkschicht oder eine Lackierung sein. Das Blechmaterial kann als Werkstück oder Bauteil ausgebildet sein.In particular, the material to be cut is a sheet material and primarily a sheet steel material. The preferred sheet thickness is z. B. 1.0 mm, but especially more than 0.5 mm. It is preferably provided that it is a sheet material coated at least on one side. A coating may, for. B. a corrosion protection coating such. B. be a zinc layer or a paint. The sheet material may be formed as a workpiece or component.

Unter einem modulierten Laserstrahl wird ein Laserstrahl verstanden, der aus einzelnen, zeitlich nacheinander erzeugten Laserpulsen gebildet ist, wobei die einzelnen Laserpulse modulierbar, d. h. veränderbar und somit einstellbar sind. Es ist vorgesehen, dass zumindest die zeitliche Pulslänge bzw. Pulsdauer der Laserpulse im Wesentlichen frei gewählt werden kann. Die Formulierung „im Wesentlichen” bedeutet hierbei im Rahmen des technisch Möglichen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass sämtliche Laserpulse innerhalb eines definierten Zeitintervalls gleich moduliert werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass einzelne, aufeinanderfolgende Laserpulse individuell und unabhängig voneinander moduliert werden.A modulated laser beam is understood to mean a laser beam which is formed from individual laser pulses generated in succession, the individual laser pulses being modulatable, i. H. changeable and thus adjustable. It is provided that at least the temporal pulse length or pulse duration of the laser pulses can be selected substantially freely. The term "essentially" means within the scope of the technically possible. It is preferably provided that all laser pulses are modulated the same within a defined time interval. However, it can also be provided that individual, successive laser pulses are modulated individually and independently of each other.

Erfindungsgemäß erzeugt jeder einzelne Laserpuls einen korrespondierenden Laserschneidpunkt (Dot) auf dem bzw. in dem zu schneidenden Material. Durch Bewegen des modulierten Laserstrahls entlang der Schneidbahn wird auf das zu schneidende Material eine Vielzahl von Laserschneidpunkten aufgebracht, was im Ergebnis einen Schneidspalt erzeugt. Erfindungsgemäß ist es jedoch nicht erforderlich, obgleich möglich, dass die Laserschneidpunkte der zeitlich aufeinanderfolgenden Laserpulse auf dem zu schneidenden Material aneinander gereiht werden, wie dies in der DE 10 2004 039 023 A1 beschrieben ist. Alternativ ist es ebenso möglich, zueinander versetzte Laserschneidpunkte zu erzeugen. Auch ist es im Übrigen nicht erforderlich, dass die von den Laserpulsen erzeugten Laserschneidpunkte das zu schneidende Material vollständig durchdringen. Alternativ besteht die Möglichkeit eines sukzessiven Schneidvorgangs, bei dem während des Schneidvorgangs der Schneidspalt durch ein sukzessives Erhöhen der Schneidtiefe entlang der Schneidbahn (bspw. spiralartig) in das zu schneidende Material eingebracht wird. Die Erfindung umfasst ebenfalls die sich hieraus ergebenden Kombinationsmöglichkeiten.According to the invention, each individual laser pulse generates a corresponding laser cutting point (dot) on or in the material to be cut. By moving the modulated laser beam along the cutting path, a plurality of laser cutting points are applied to the material to be cut, resulting in a cutting gap as a result. However, according to the invention it is not necessary, although possible, for the laser cutting points of the temporally successive laser pulses to be arranged on the material to be cut, as shown in FIG DE 10 2004 039 023 A1 is described. Alternatively, it is also possible to generate staggered laser cutting points. Moreover, it is otherwise not necessary that the laser cutting points generated by the laser pulses completely penetrate the material to be cut. Alternatively, there is the possibility of a successive cutting process in which, during the cutting operation, the cutting gap is introduced into the material to be cut by successively increasing the cutting depth along the cutting path (for example, spirally). The invention also includes the resulting combination possibilities.

Der Einsatz eines modulierten Laserstrahls bietet die Möglichkeit einer sehr präzisen Einstellung der Laserstrahlleistung bzw. Laserstrahlintensität. Unter Leistung wird gemäß allgemeingültiger Definition eine Energie pro Zeit bzw. Zeitintervall verstanden. Unter Intensität wird gemäß der allgemeingültigen Definition eine Energie pro Zeit bzw. Zeitintervall und Fläche verstanden (entspricht einer Leistung pro Fläche). Die Laserstrahlleistung korreliert unmittelbar mit der sich ergebenden Schneidleistung. Ein wesentlicher Anteil der Laserstrahlleistung bzw. der Laserstrahlenergie wird jedoch in dem zu schneidenden Material in Wärme umgesetzt, was zu Bearbeitungsgrenzen führt. Durch Verwendung eines modulierten Laserstrahls, dessen Laserstrahlleistung sehr präzise einstellbar ist, kann der Energieeintrag, der innerhalb eines bestimmten Abschnitts bzw. entlang einer bestimmten Bearbeitungsstrecke der Schneidbahn auf das zu schneidende Material einwirkt und dort vorrangig zur Erwärmung führt, derart gewählt bzw. eingestellt werden, dass stets eine optimale Materialbearbeitung gewährleistet werden kann. In anderen Worten: die vom modulierten Laserstrahl entlang der Schneidbahn in das zu schneidende Material eingebrachte Energie kann wesentlich besser auf den jeweiligen Schneidvorgang angepasst werden. Dadurch können Bearbeitungsgeschwindigkeiten erhöht und Bearbeitungszeiten reduziert werden.The use of a modulated laser beam offers the possibility of a very precise adjustment of the laser beam power or laser beam intensity. Power is understood in accordance with the general definition of an energy per time or time interval. Under intensity is determined according to the general definition of an energy per time or time interval and area understood (corresponds to a power per area). The laser beam power correlates directly with the resulting cutting performance. However, a significant proportion of the laser beam power or the laser beam energy is converted into heat in the material to be cut, resulting in processing limits. By using a modulated laser beam whose laser beam power can be set very precisely, the energy input, which acts on the material to be cut within a certain section or along a specific processing path of the cutting path and primarily leads to heating there, can be selected or set in this way. that optimal material processing can always be guaranteed. In other words, the energy introduced by the modulated laser beam along the cutting path into the material to be cut can be adapted much better to the respective cutting process. As a result, processing speeds can be increased and processing times can be reduced.

Der Einsatz eines modulierten Laserstrahls ermöglicht in vorteilhafter Weise auch das Schneiden von beschichteten und/oder lackierten Blechmaterialien, sowie auch die Verwendung als Beschriftungslaser, wie nachfolgend noch näher ausgeführt.The use of a modulated laser beam also advantageously enables the cutting of coated and / or lacquered sheet materials, as well as the use as a marking laser, as explained in more detail below.

Der Einsatz eines modulierten Laserstrahls ermöglicht ferner eine neuartige Gestaltung des Schneidvorgangs. Aus dem Stand der Technik ist das so genannte Sublimationsschneiden bekannt, bei dem das zu schneidende Material mittels eines Laserstrahls entlang der Schneidbahn zur Ausbildung eines Schneidspalts sublimiert wird. Die Schneidgeschwindigkeit ist hierbei verhältnismäßig langsam und beträgt z. B. 3 mm/sec, weshalb das Sublimationsschneiden insbesondere nicht zur Erzeugung großflächiger und/oder langer Schnittkonturen geeignet ist. Aus dem Stand der Technik ist ferner das so genannte Schmelzschneiden bekannt, bei dem das zu schneidende Material mittels eines Laserstrahls entlang der Schneidbahn aufgeschmolzen und z. B. mittels einer separaten Blaseinrichtung aus dem erzeugten Schneidspalt ausgeblasen wird. Die Schneidgeschwindigkeit ist hierbei verhältnismäßig hoch und beträgt z. B. 40 mm/sec. Nachteilig beim Schmelzschneiden ist jedoch der bisweilen sehr hohe Energieeintrag in das zu schneidende Material und eine Gratbildung an der Schnittkante infolge des Ausblasens der Schmelze.The use of a modulated laser beam also allows a novel design of the cutting process. The so-called sublimation cutting is known from the prior art, in which the material to be cut is sublimated by means of a laser beam along the cutting path to form a cutting gap. The cutting speed is relatively slow and is z. B. 3 mm / sec, which is why the sublimation cutting is not suitable in particular for the production of large-area and / or long cutting contours. The so-called fusion cutting is also known from the prior art, in which the material to be cut is melted by means of a laser beam along the cutting path and z. B. is blown out of the generated cutting gap by means of a separate blowing device. The cutting speed is relatively high and is z. B. 40 mm / sec. A disadvantage of fusion cutting, however, is the sometimes very high energy input into the material to be cut and burr formation on the cut edge as a result of the blowing out of the melt.

Der Einsatz eines modulierten Laserstrahls ermöglicht einen Schneidvorgang, der als „Schneidabtragen” bezeichnet werden kann. Ein solches Schneidabtragen ist insbesondere für metallische Materialien und vorrangig Blechmaterialien geeignet. Beim Schneidabtragen erfolgt ein Austragen des von den einzelnen Laserpulsen des modulierten Laserstrahls punktuell aufgeschmolzenen Materials (Schmelze) aus dem Schneidspalt (bzw. aus den einzelnen Laserschneidpunkten) aufgrund eines sich einstellenden Expansionsdrucks des Phasenübergangs von fester, bzw. flüssiger Phase in eine gasförmige Phase. Hierdurch wird ein weitgehend gratfreier Schneidspalt erzeugt. Zudem wird eine sehr hohe Schnittkantenqualität erreicht. Beim Schneidabtragen können Geschwindigkeiten erzielt werden, die in etwa denen des Schmelzschneidens entsprechen, wobei jedoch der Energieeintrag, der innerhalb einer bestimmten Bearbeitungsstrecke der Schneidbahn auf das zu schneidende Material einwirkt, unterhalb eines für das Material kritischen Niveaus gehalten werden kann. Die Schneidgeschwindigkeit beim Schneidabtragen beträgt z. B. 35–45 mm/sec und bevorzugt 40 mm/sec. Dies entspricht in etwa dem 12-fachen der Schneidgeschwindigkeit beim Sublimationsschneiden. Die Schneidgeschwindigkeit beim Schneidabtragen kann jedoch auch unterhalb oder oberhalb dieses angegebenen Bereichs liegen.The use of a modulated laser beam enables a cutting operation, which can be referred to as "cutting removal". Such Schneidabtragen is particularly suitable for metallic materials and primarily sheet materials. When Schneidabtragen carried out a discharge of the individual laser pulses of the modulated laser beam selectively melted material (melt) from the cutting gap (or from the individual laser cutting points) due to an adjusting expansion pressure of the phase transition of solid or liquid phase into a gaseous phase. As a result, a largely burr-free cutting gap is generated. In addition, a very high cut edge quality is achieved. In the case of cutting abrasion, it is possible to achieve speeds which correspond approximately to those of fusion cutting, but the energy input which acts on the material to be cut within a certain working distance of the cutting path can be kept below a critical level for the material. The cutting speed when Schneidabtragen is z. B. 35-45 mm / sec and preferably 40 mm / sec. This corresponds approximately to 12 times the cutting speed of sublimation cutting. However, the cutting speed at Schneidabtragen can also be below or above this specified range.

Die Verwendung eines modulierten Laserstrahls ermöglicht in vorteilhafter Weise eine sehr flexible Gestaltung des Schneidvorgangs, insbesondere auch im Hinblick auf Materialien und Materialkombinationen die bisher nicht oder nicht zufriedenstellend oder nur sehr langsam mittels eines Laserstrahls geschnitten werden konnten.The use of a modulated laser beam advantageously allows a very flexible design of the cutting process, in particular also with regard to materials and material combinations that could not previously or not satisfactorily or only very slowly cut by means of a laser beam.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass neben der Pulslänge der Laserpulse ferner auch die Intensität der Laserpulse und/oder der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Laserpulsen und/oder die Modulationsfrequenz und/oder die Strahlführungsgeschwindigkeit des modulierten Laserstrahls als weitere Parameter im Wesentlichen frei gewählt werden kann bzw. können. Die Formulierung „im Wesentlichen” bedeutet hierbei im Rahmen des technisch Möglichen. Hierdurch kann eine noch präzisere Einstellung der Laserstrahlleistung ermöglicht werden, insbesondere unter Berücksichtigung der entlang der Schneidbahn in das zu schneidende Material eingebrachten Energie.According to a preferred development it is provided that, in addition to the pulse length of the laser pulses, the intensity of the laser pulses and / or the time interval between two successive laser pulses and / or the modulation frequency and / or the beam-guiding speed of the modulated laser beam are also chosen to be substantially free as further parameters can or can. The term "essentially" means within the scope of the technically possible. In this way, an even more precise adjustment of the laser beam power can be made possible, in particular taking into account the energy introduced along the cutting path into the material to be cut.

Die relevanten Parameter des modulierten Laserstrahls im Sinne der Erfindung sind:

  • – die Pulslänge bzw. Pulsdauer der Laserpulse;
  • – die Intensität der Laserpulse;
  • – der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Laserpulsen;
  • – die Modulationsfrequenz; und
  • – die Strahlführungsgeschwindigkeit des modulierten Laserstrahls.
The relevant parameters of the modulated laser beam in the sense of the invention are:
  • - The pulse length or pulse duration of the laser pulses;
  • The intensity of the laser pulses;
  • The time interval between two successive laser pulses;
  • The modulation frequency; and
  • - The beam velocity of the modulated laser beam.

Die Pulslänge der Laserpulse, die Intensität der Laserpulse, der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Laserpulsen und die Modulationsfrequenz haben direkten Einfluss auf die Laserstrahlleistung. Die Strahlführungsgeschwindigkeit kann einen wesentlichen Einfluss auf die lokal in das zu schneidende Material eingebrachte Energie haben. Daneben können auch weitere Parameter existieren, die Einfluss auf die Laserstrahlleistung und/oder die Energieeinbringung in das zu schneidende Material haben.The pulse length of the laser pulses, the intensity of the laser pulses, the time interval between two successive laser pulses and the modulation frequency have a direct influence on the laser beam power. The beam guidance speed can have a significant influence on the energy introduced locally into the material to be cut. In addition, other parameters can exist that have an influence on the laser beam power and / or the energy input into the material to be cut.

Die zuvor benannten Parameter weisen jeweils eine Einstellung, d. h. einen konkreten Wert auf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest die Einstellung der Pulslänge der Laserpulse im Wesentlichen frei wählbar, d. h. veränderbar und somit einstellbar ist. Bevorzugt sind auch die Einstellungen für die anderen Parameter frei wählbar, d. h. veränderbar und somit einstellbar. Der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen kann z. B. durch Veränderung der Modulationsfrequenz oder alternativ durch Verändern der Pulslänge bei gleicher Modulationsfrequenz erfolgen. Zu beachten ist, dass die Modulationsfrequenz und der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Laserpulsen prinzipiell unabhängig voneinander veränderbar sind. Zu beachten ist außerdem, dass die Strahlführungsgeschwindigkeit nicht der realen Schneidgeschwindigkeit entsprechen muss. Vielmehr können die Strahlführungsgeschwindigkeit und die Schneidgeschwindigkeit auch unterschiedlich sein.The previously named parameters each have a setting, i. H. a concrete value. According to the invention, it is provided that at least the adjustment of the pulse length of the laser pulses is essentially freely selectable, ie. H. changeable and thus adjustable. Preferably, the settings for the other parameters are freely selectable, d. H. changeable and thus adjustable. The time interval between two successive pulses can, for. B. by changing the modulation frequency or alternatively by changing the pulse length at the same modulation frequency. It should be noted that the modulation frequency and the time interval between two consecutive laser pulses can in principle be changed independently of one another. It should also be noted that the beam guidance speed does not have to correspond to the real cutting speed. Rather, the beam steering speed and the cutting speed may also be different.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass während des Schneidvorgangs zumindest die Pulslänge der Laserpulse verändert wird. Die Veränderung der Pulslänge erfolgt voreingestellt. Ebenso wäre ein Regelkreis denkbar, wozu z. B. die Erwärmung und insbesondere lokale Erwärmung des zu schneidenden Materials erfasst werden könnte.According to a preferred development it is provided that at least the pulse length of the laser pulses is changed during the cutting process. The change of the pulse length is preset. Likewise, a control loop would be possible, including z. B. the heating and in particular local heating of the material to be cut could be detected.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass während des Schneidvorgangs neben der Pulslänge der Laserpulse ferner wenigstes ein weiterer Parameter, wie oben angegeben, verändert wird. Bevorzugt erfolgt dies voreingestellt, wobei auch ein Regelkreis denkbar wäre.According to a preferred embodiment, it is provided that, in addition to the pulse length of the laser pulses, at least one further parameter, as indicated above, is changed during the cutting process. This is preferably done by default, whereby a control loop would be conceivable.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass bei einer solchen Veränderung wenigstens eines Parameters während des Schneidvorgangs wenigstens einer der Parameter, wie oben angegeben, zumindest in einem Zeitintervall konstant gehalten wird. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der veränderte Parameter selbst über ein Zeitintervall konstant gehalten wird.According to a preferred development, it is provided that during such a change of at least one parameter during the cutting process of at least one of the parameters, as stated above, is kept constant at least in a time interval. It is preferably provided that the changed parameter itself is kept constant over a time interval.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass während des Schneidvorgangs die Schneidbahn von dem modulierten Laserstrahl wiederholt durchlaufen bzw. durchfahren wird. D. h. der modulierte Laserstrahl durchläuft die Schneidbahn mehrmals. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der modulierte Laserstrahl die Schneidbahn wiederholt exakt durchläuft. Allerdings ist für einzelne oder eine Vielzahl von Durchläufen auch ein Spurversatz denkbar, um z. B. einen sich ausbildenden Schneidspalt breiter zu gestalten. Bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass die Laserschneidpunkte nicht aneinandergereiht, sondern versetzt in das zu schneidende Material eingebracht werden.According to a preferred development, it is provided that during the cutting process, the cutting path is repeatedly traversed or passed through by the modulated laser beam. Ie. The modulated laser beam passes through the cutting path several times. It is preferably provided that the modulated laser beam traverses the cutting path repeatedly exactly. However, for single or a plurality of passes and a track offset is conceivable to z. B. to make a forming cutting gap wider. In this case, it is preferably provided that the laser cutting points are not lined up but offset in the material to be cut.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass bei diesem wiederholten Durchlaufen der Schneidbahn die Strahlführungsgeschwindigkeit des modulierten Laserstrahls verändert wird und/oder der Startpunkt für einen Durchlauf bzw. Umlauf mit einem variablen Offset versehen wird und/oder der zeitliche Abstand zwischen den Laserpulsen verändert wird, um zwischen den einzelnen Durchläufen einen Versatz der durch die Laserpulse verursachten Laserschneidpunkte auf dem bzw. in dem zu schneidenden Material herbeizuführen. Eine jeweilige Einstellung gilt bevorzugt für einen Durchlauf des modulierten Laserstrahls. Das Verändern einer Einstellung erfolgt voreingestellt. Ebenso wäre auch ein Regelkreis denkbar.According to a preferred embodiment, it is provided that in this repeated passage through the cutting path, the beam guidance speed of the modulated laser beam is changed and / or the starting point for a pass or circulation is provided with a variable offset and / or the time interval between the laser pulses is changed, in order to bring about an offset of the laser cutting points caused by the laser pulses on or in the material to be cut between the individual passes. A respective setting preferably applies to a passage of the modulated laser beam. Changing a setting is done by default. Likewise, a control loop would be conceivable.

Die Idee hierbei ist, dass bei einem Durchlauf des modulierten Laserstrahls die Laserpulse entlang der Schneidbahn zueinander beabstandete Laserschneidpunkte erzeugen und dass bei einem nachfolgenden Durchlauf des modulierten Laserstrahls die Laserpulse auf andere Ortspunkte der Schneidbahn auftreffen als im vorherigen Durchlauf und somit versetzte Laserschneidpunkte erzeugen. Es erfolgen so viele Durchläufe des modulierten Laserstrahls, bis die gesamte Schneidbahn mit Laserschneidpunkten abgedeckt ist. Gegenüber einer herkömmlichen Aneinanderreihung der Laserschneidpunkte entlang der Schneidbahn, wie in der DE 10 2004 039 023 A1 beschrieben, kann damit trotz einer sehr hohen Laserstrahlleistung die Energie, die innerhalb einer bestimmten Bearbeitungsstrecke der Schneidbahn in das zu schneidende Material eingebracht wird, unterhalb eines kritischen Niveaus gehalten werden. Die über der Schneidbahn gemittelte Energieeinbringung, welche zur Erwärmung des zu schneidenden Materials führt, fällt aufgrund der hohen Laserstahlleistung insgesamt sehr hoch aus. Lokal bleibt die Energieeinbringung jedoch unterhalb eines für das zu schneidende Material nachteiligen Niveaus.The idea here is that during a pass of the modulated laser beam, the laser pulses along the cutting path generate mutually spaced laser cutting points and that in a subsequent pass of the modulated laser beam, the laser pulses impinge on other location points of the cutting path than in the previous run and thus generate offset laser cutting points. There are so many passes of the modulated laser beam until the entire cutting path is covered with laser cutting points. Compared to a conventional juxtaposition of laser cutting points along the cutting path, as in the DE 10 2004 039 023 A1 described, despite a very high laser beam power, the energy that is introduced within a certain processing path of the cutting path in the material to be cut, be kept below a critical level. The averaged over the cutting path energy input, which leads to the heating of the material to be cut, falls due to the high laser power overall very high. Locally, however, the energy input remains below a disadvantageous level for the material to be cut.

Dies gelingt besonders gut, wenn der Abstand zwischen den einzelnen Laserschneidpunkten von Durchlauf zu Durchlauf möglichst groß eingestellt wird, so dass eine Abkühlung erfolgen kann, bei der die an einem Laserschneidpunkt in das zu schneidende Material eingebrachte Wärme in die noch kühle oder wieder kühle Materialumgebung abgeleitet wird, wodurch Stauwärme vermieden und die Temperatur oder auch der Temperaturgradient in einem zulässigen Bereich bzw. unterhalb eines kritischen Niveaus gehalten werden kann bzw. können. Die Strahlführungsgeschwindigkeit kann z. B. 5000 mm/sec betragen, wobei dies nicht der Schneidgeschwindigkeit entspricht, welche hier nur rechnerisch als mittlere Bearbeitungsgeschwindigkeit bestimmt werden kann und welche z. B. im Bereich von beachtlichen 35–45 mm/sec liegt.This succeeds particularly well if the distance between the individual laser cutting points is set as large as possible from one pass to the next, so that cooling can take place in which the heat introduced at a laser cutting point into the material to be cut is diverted into the still cool or again cool material environment which avoids congestion heat and the temperature or the temperature gradient in one permissible range or below a critical level can or can be maintained. The beam guidance speed can be z. B. 5000 mm / sec, this does not correspond to the cutting speed, which can be determined only mathematically as average processing speed and which z. B. in the range of considerable 35-45 mm / sec.

Ein solcher Schneidvorgang, bei dem die Laserschneidpunkte während verschiedener Durchläufe des modulierten Laserstrahls entlang der Schneidbahn versetzt angeordnet werden, wie zuvor erläutert, ist auch ohne den Einsatz eines modulierten Laserstrahls denkbar. So könnte z. B. ein herkömmlicher gütegeschalteter (Q-switched) Laser verwendet werden. Der Versatz der erzeugten Laserschneidpunkte ließe sich dann z. B. durch eine momentane Strahlführungsgeschwindigkeit einstellen. Allerdings bietet der Einsatz eines modulierten Laserstrahls gemäß den vorausgehenden Ausführungen hervorragende Möglichkeiten zur Einstellung der Laserstrahlleistung unter Berücksichtigung der entlang der Schneidbahn in das zu schneidende Material eingebrachten Energie.Such a cutting process, in which the laser cutting points are arranged offset during different passes of the modulated laser beam along the cutting path, as explained above, is conceivable without the use of a modulated laser beam. So z. For example, a conventional Q-switched laser can be used. The offset of the generated laser cutting points could then z. B. set by a current beam steering speed. However, the use of a modulated laser beam according to the preceding embodiments offers excellent possibilities for adjusting the laser beam power, taking into account the energy introduced along the cutting path into the material to be cut.

Im Übrigen ist es bei einem solchen Schneidvorgang, bei dem die Laserschneidpunkte während verschiedener Durchläufe des modulierten Laserstrahls entlang der Schneidbahn versetzt angeordnet werden, nicht erforderlich, dass die von den Laserpulsen erzeugten Laserschneidpunkte das zu schneidende Material vollständig durchdringen. Alternativ besteht die Möglichkeit eines „sukzessiven Schneidvorgangs”, bei dem die Schneidtiefe entlang der Schneidbahn während des Schneidvorgangs sukzessive erhöht und somit graduell ein Schneidspalt in das zu schneidende Material eingebracht wird. Hierbei ist dann vorgesehen, dass einzelne Ortspunkte der Schneidbahn in verschiedenen Durchläufen des modulierten Laserstrahls mehrmals angepulst werden (mit vollständiger oder auch nur mit teilweiser Überdeckung). Hierzu eignet sich besonders gut ein modulierter Laserstrahl gemäß den vorausgehenden Ausführungen, aufgrund der bereits erläuterten hervorragenden Möglichkeiten zur Einstellung der Laserstrahlleistung. Bei Einsatz eines modulierten Laserstrahls ist es insbesondere möglich, die während verschiedener Durchläufe des modulierten Laserstrahls auf denselben Ortspunkt auftreffenden Laserpulse unterschiedlich zu modulieren, bevorzugt mit einer zumindest unterschiedlichen Pulslänge. Ein solcher Schneidvorgang erscheint insbesondere sinnvoll bei wärmeempfindlichen Materialien, bei großen Materialstärken (z. B. Stahlblechmaterialien mit einer Dicke von ≥ 0,5 mm) oder mehrschichtigen Materialien, wie z. B. Verbundmaterialien.Incidentally, in such a cutting operation in which the laser cutting points are staggered along the cutting path during different passes of the modulated laser beam, it is not necessary for the laser cutting points generated by the laser pulses to completely penetrate the material to be cut. Alternatively, there is the possibility of a "successive cutting process", in which the cutting depth along the cutting path during the cutting process successively increased and thus gradually a cutting gap is introduced into the material to be cut. In this case, it is then provided that individual location points of the cutting path are repeatedly tapped in different passes of the modulated laser beam (with complete or even only partial coverage). For this purpose, a modulated laser beam according to the preceding embodiments is particularly well suited, due to the excellent possibilities already described for setting the laser beam power. When using a modulated laser beam, it is possible in particular to differently modulate the laser pulses impinging on the same location point during different passes of the modulated laser beam, preferably with an at least different pulse length. Such a cutting process appears to be particularly useful with heat-sensitive materials, with large material thicknesses (eg steel sheet materials with a thickness of ≥ 0.5 mm) or multilayer materials, such. B. composite materials.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Schneidvorgang insgesamt als mehrstufiger Schneidvorgang bzw. Schneidprozess ausgebildet ist, wobei zumindest die Pulslänge der Laserpulse zwischen zwei einzelnen Bearbeitungsstufen (im Folgenden nur als Stufen bezeichnet) verändert wird. Bevorzugt betrifft dies einen Schneidvorgang bei dem die Schneidbahn von dem modulierten Laserstrahl wiederholt durchlaufen wird, gemäß den vorausgehenden Ausführungen. Eine Stufe umfasst bevorzugt mindestens einen Durchlauf des modulierten Laserstrahls entlang der Schneidbahn. Insbesondere umfasst eine Stufe eine Vielzahl von Durchläufen, wobei die Laserschneidpunkte während der verschiedenen Durchläufe des modulierten Laserstrahls entlang der Schneidbahn versetzt angeordnet werden, gemäß den vorausgehenden Ausführungen. Ebenso ist es möglich, die Laserschneidpunkte in einzelnen Durchläufen aneinander zu reihen. Hieraus ergeben sich diverse Kombinationsmöglichkeiten, was eine flexible Gestaltung des Schneidvorgang ermöglicht. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Einstellung der Pulslänge innerhalb einer Stufe konstant gehalten wird, was jedoch nicht zwingend der Fall sein muss.According to a preferred embodiment, it is provided that the cutting process is designed as a whole as a multi-stage cutting process or cutting process, wherein at least the pulse length of the laser pulses between two individual processing stages (hereinafter referred to as stages) is changed. This preferably relates to a cutting process in which the cutting path is traversed repeatedly by the modulated laser beam, according to the preceding embodiments. A stage preferably comprises at least one pass of the modulated laser beam along the cutting path. In particular, one stage comprises a plurality of passes, wherein the laser cutting points are staggered along the cutting path during the various passes of the modulated laser beam, according to the preceding embodiments. It is also possible to line up the laser cutting points in individual passes. This results in various possible combinations, which allows a flexible design of the cutting process. It is preferably provided that the setting of the pulse length is kept constant within a stage, which, however, does not necessarily have to be the case.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zwischen zwei einzelnen Stufen ferner wenigsten ein weiterer Parameter, wie oben angegeben, verändert wird. Der betreffende Parameter kann zwischen denselben Stufen verändert werden, zwischen denen auch die Pulslänge der Laserpulse verändert wird, oder zwischen anderen Stufen. Auch hierbei ist vorgesehen, dass eine Einstellung zumindest innerhalb einer Stufe konstant gehalten wird.According to a preferred development, it is provided that at least one further parameter, as indicated above, is changed between two individual stages. The relevant parameter can be changed between the same stages, between which the pulse length of the laser pulses is changed, or between other stages. Here, too, it is provided that a setting is kept constant at least within one stage.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der mehrstufige Schneidvorgang zumindest drei Stufen bzw. Schritte umfasst. Insbesondere sind dies: eine erste Stufe zum Abtragen einer Oberflächenbeschichtung (bspw. einer Korrosionsschutzbeschichtung oder einer Lackschicht) auf dem zu schneidenden Material, eine zweite Stufe mit zumindest einer veränderten Pulslänge der Laserpulse, vorzugsweise einer verlängerten Pulslänge, zum Schneidabtragen des zu schneidenden Materials, und eine dritte Stufe mit zumindest einer veränderten Strahlführungsgeschwindigkeit, vorzugsweise einer reduzierten Strahlführungsgeschwindigkeit, des modulierten Laserstrahls zum (finalen) Durchschneiden bzw. Fertigschneiden des zu schneidenden Materials. Bei dem zu schneidenden Material handelt es sich insbesondere um ein metallisches Material. Unter einem „Schneidabtragen” wird ein Ausbringen des vom modulierten Laserstrahl aufgeschmolzenen Materials, insbesondere Metallmaterials, aus dem Schneidspalt aufgrund des sich einstellenden Expansionsdrucks des Phasenübergangs von fester, bzw. flüssiger Phase in die gasförmige Phase verstanden (siehe obenstehende diesbezügliche Ausführungen). Dies kann durch entsprechende Einstellung der oben angegebenen Parameter erreicht wird. Ein solcher dreistufiger Schneidvorgang eignet sich insbesondere zum Schneiden eines beschichteten und/oder lackierten Blechmaterials.According to a preferred embodiment, it is provided that the multi-stage cutting process comprises at least three stages or steps. In particular, these are: a first stage for removing a surface coating (for example a corrosion protection coating or a lacquer coating) on the material to be cut, a second stage having at least one changed pulse length of the laser pulses, preferably an extended pulse length, for cutting removal of the material to be cut, and a third stage with at least one changed beam-guiding speed, preferably a reduced beam-guiding speed, of the modulated laser beam for (final) cutting through or final cutting of the material to be cut. The material to be cut is in particular a metallic material. By "cutting away" is a spreading of the modulated laser beam melted material, in particular metal material, from the cutting gap due to the adjusting pressure of the expansion of the phase transition from solid or liquid phase into the gaseous phase understood (see above in this regard). This can be achieved by adjusting the parameters given above. Such a three-stage cutting process is particularly suitable for cutting a coated and / or painted sheet metal material.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass bei dem zuvor erläuterten dreistufigen Schneidvorgang während des Schneidvorgangs die zweite Stufe und dritte Stufe abwechselnd mit wenigstens einem veränderten Parameter, wie oben angegeben, ausgeführt werden. Bevorzugt wird eine veränderte Einstellung in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften des zu schneidenden Materials, dessen Wärmeflusseigenschaften (Wärmeleitfähigkeit) oder auch Wärmespeichereigenschaften (Wärmekapazität), der Kontur der Schneidbahn und/oder der Lage des zu schneidenden Materials relativ zum modulierten Laserstrahl bestimmt. (Dies kann prinzipiell für jede zu wählende Einstellung gelten).According to a preferred development, it is provided that in the above-described three-stage cutting process during the cutting operation, the second stage and third stage are alternately performed with at least one changed parameter, as stated above. Preferably, a modified setting is determined as a function of the material properties of the material to be cut, its heat flow properties (heat conductivity) or heat storage properties (heat capacity), the contour of the cutting path and / or the position of the material to be cut relative to the modulated laser beam. (This can in principle apply to each setting to be selected).

Alternativ ist es möglich, anstelle des zuvor erläuterten dreistufigen Schneidvorgangs einen nur zweistufigen Schneidvorgang vorzusehen, bei dem die dritte Stufe quasi entfällt und der somit nur eine erste Stufe zum Abtragen einer Oberflächenbeschichtung auf dem zu schneidenden Material und eine zweite Stufe zum Schneidabtragen des zu schneidenden Materials umfasst. Bevorzugt ist auch ein Verfahren vorgesehen, dass zumindest diese beiden Stufen umfasst.Alternatively, instead of the previously described three-stage cutting process, it is possible to provide only a two-stage cutting process, which virtually eliminates the third stage and thus only a first stage for removing a surface coating on the material to be cut and a second stage for cutting away the material to be cut includes. Preferably, a method is provided which comprises at least these two stages.

Die obenstehenden, das erfindungsgemäße Verfahren betreffenden Ausführungen gelten sinngemäß auch für die nachfolgend erläuterte erfindungsgemäße Vorrichtung und umgekehrt. Ferner können im Rahmen der Erfindung sämtliche hier erläuterten Weiterbildungen und Merkmale kombiniert werden, sofern sich hieraus kein technischer Widerspruch ergibt.The above statements relating to the method according to the invention also apply mutatis mutandis to the device according to the invention explained below and vice versa. Furthermore, in the context of the invention all further developments and features explained here can be combined, provided that this does not result in a technical contradiction.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie umfasst:

  • – wenigstens eine Laserquelle, wobei der erzeugte Laserstrahl ein modulierter Laserstrahl ist, bei dem zumindest die Pulslänge der Laserpulse im Wesentlichen frei gewählt werden kann;
  • – wenigstens eine Ablenkeinrichtung zur Lenkung und ggf. auch Fokussierung des von der Laserquelle erzeugten modulierten Laserstrahls auf dem zu schneidenden Material; und
  • – wenigstens eine Steuereinheit zur verfahrensgemäßen Steuerung der Laserquelle und/oder der Ablenkeinheit.
The device according to the invention serves to carry out the method according to the invention. It includes:
  • - At least one laser source, wherein the laser beam generated is a modulated laser beam, wherein at least the pulse length of the laser pulses can be selected substantially freely;
  • - At least one deflection device for steering and possibly also focusing the modulated laser beam generated by the laser source on the material to be cut; and
  • - At least one control unit for procedural control of the laser source and / or the deflection unit.

Bei dem von der Laserquelle erzeugten Laserstahl handelt es sich um einen modulierten Laserstrahl, der aus einzelnen, zeitlich nacheinander erzeugten Laserpulsen gebildet ist, wobei die einzelnen Laserpulse modulierbar bzw. veränderbar und somit einstellbar sind und zwar derart, dass zumindest die zeitliche Pulslänge der Laserpulse im Wesentlichen frei gewählt werden kann.The laser beam generated by the laser source is a modulated laser beam, which is formed from individual, successively generated laser pulses, the individual laser pulses are modulated or variable and thus adjustable in such a way that at least the temporal pulse length of the laser pulses in Essentially freely chosen.

Der Einsatz eines modulierten Laserstrahls bietet die Möglichkeit einer sehr präzisen Einstellung der Laserstrahlleistung, wodurch die Laserstrahlleistung und die damit einhergehende Schneidleistung erhöht werden kann, ohne dass der in das zu schneidende Material eingebrachte Energieeintrag ein für das Material kritisches Niveau übersteigt. Hierdurch können die bisherigen Bearbeitungsgeschwindigkeiten (bezogen auf das Sublimationsschneiden) um das bis zu 12-fache erhöht und die Bearbeitungszeiten dementsprechend reduziert werden. Im Einzelnen wird auf die obenstehenden diesbezüglichen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.The use of a modulated laser beam offers the possibility of a very precise adjustment of the laser beam power, whereby the laser beam power and the associated cutting performance can be increased without the introduced into the material to be cut energy input exceeds a critical level for the material. As a result, the previous processing speeds (based on the sublimation cutting) increased by up to 12 times and the processing times are reduced accordingly. In particular, reference is made to the above relevant comments on the method according to the invention.

Der Einsatz eines modulierten Laserstrahls bietet ferner auch die Möglichkeit, die Laserstrahlleistung soweit abzusenken, dass der modulierte Laserstrahl z. B. zur Beschriftung eingesetzt werden könnte, was Möglichkeiten für neuartige Kombinationsanwendungen eröffnet, wie nachfolgend im Zusammenhang mit der bevorzugten Verwendung noch näher erläutert.The use of a modulated laser beam also offers the possibility to lower the laser beam power so far that the modulated laser beam z. B. could be used for labeling, which opens up opportunities for novel combination applications, as explained in more detail below in connection with the preferred use.

Bei der Ablenkeinrichtung handelt es sich z. B. um ein Spiegelsystem (Galvo-Scannersystem) mittels dem der erzeugte, modulierte Laserstrahl ggf. fokussiert und der Fokus des Laserstrahls (Durchmesser z. B. 30–40 μm) aus einer Entfernung bzw. aus einem insbesondere größeren Abstand über das zu schneidende Material geführt wird. Je nach Ausgestaltung der Ablenkeinrichtung sind verhältnismäßig große Scanner-Felder möglich (z. B. 250 mm × 250 mm). Damit lassen sich verhältnismäßig großflächige und/oder lange Schnittkonturen ohne Geometriebeschränkung mit kurzen Bearbeitungszeiten realisieren.The deflection is z. B. by a mirror system (Galvo scanner system) by means of which the modulated laser beam generated possibly focused and the focus of the laser beam (diameter, eg., 30-40 microns) from a distance or from a particular larger distance over the cutting Material is led. Depending on the configuration of the deflection device, relatively large scanner fields are possible (eg 250 mm × 250 mm). This can be relatively large and / or long cutting contours realize without Geometriebre-ränkung with short processing times.

Der Abstand bzw. die Distanz zwischen der Ablenkeinrichtung und dem zu schneidenden Material beträgt bis zu mehreren Hundert Millimetern. Die Distanz beträgt z. B. 350–400 mm, wobei die Distanz auch größer oder kleiner sein kann. Aufgrund dieser Distanz kann das erfindungsgemäße Verfahren auch als Remote-Laserschneiden und die erfindungsgemäße Vorrichtung als Remote-Laserschneidvorrichtung bezeichnet werden. Ein Vorteil beim Remote-Laserschneiden ist, dass eine Masseanbindung am zu schneidenden Material in der Regel nicht erforderlich ist.The distance or the distance between the deflector and the material to be cut is up to several hundred millimeters. The distance is z. B. 350-400 mm, wherein the distance can also be larger or smaller. Because of this distance, the method according to the invention can also be referred to as remote laser cutting and the device according to the invention as a remote laser cutting device. An advantage of remote laser cutting is that a ground connection to the material to be cut is usually not required.

Die größere Distanz zwischen der Ablenkeinrichtung und dem zu schneidenden Material geht u. a. auch mit einer verhältnismäßig großen Fokuslagetoleranz einher (> ±0,3 mm und insbesondere ±1,5 mm), was zu einer sicheren Prozessführung beiträgt. Damit kann ggf. eine bislang übliche Abstandsregelung entfallen, was einen reduzierten Steuerungsaufwand und weniger Fehlereinflussgrößen bedeutet und was auch zu einer Reduzierung der Anlagen- und Betriebskosten beiträgt.The greater distance between the deflector and the material to be cut is, inter alia, with a relatively large Focusing tolerance accompanied (> ± 0.3 mm and in particular ± 1.5 mm), which contributes to a safe process management. This may possibly be a previously customary distance control omitted, which means a reduced control effort and fewer error influencing variables and which also contributes to a reduction of equipment and operating costs.

Bevorzugt handelt es sich bei der Ablenkeinrichtung um ein 3D-Scannersystem, welches auch eine räumliche Tiefe des Scanner-Feldes ermöglicht (keine Beschränkung auf 2D-Schnittkonturen und damit auch Anwendung auf geformten Materialien, d. h. Bauteile und Werkstücke). Das Scanner-Volumen eines solchen 3D-Scannersystem beträgt z. B. 250 mm × 250 mm × 20 mm oder 250 mm × 250 mm × 40 mm.The deflection device is preferably a 3D scanner system, which also permits a spatial depth of the scanner field (no restriction on 2D cutting contours and thus also application on shaped materials, that is to say components and workpieces). The scanner volume of such a 3D scanner system is z. B. 250 mm × 250 mm × 20 mm or 250 mm × 250 mm × 40 mm.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass zumindest die Ablenkeinrichtung an einem Roboterarm befestigt ist, mittels dem eine Verfahrbewegung und Positionierung im Raum und ggf. relativ zu dem zu schneidenden Material erfolgen kann.It is preferably provided that at least the deflecting device is attached to a robot arm, by means of which a movement and positioning in space and possibly relative to the material to be cut can take place.

Bei der Steuereinheit zur erfindungsgemäßen Steuerung der Laserquelle und/oder der Ablenkeinheit handelt es sich bevorzugt um eine Computereinrichtung, welche ein spezielles Softwareprogramm umfasst.The control unit for controlling the laser source and / or the deflection unit according to the invention is preferably a computer device which comprises a special software program.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine hohe Lebensdauer und einen verhältnismäßig geringen Wartungsaufwand auf, was zu einer Kostenreduzierung über der Gesamtlaufzeit beiträgt.The device according to the invention has a long service life and a relatively low maintenance, which contributes to a cost reduction over the entire running time.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Laserquelle ein Faserlaser ist. Faserlaser stellen eine besondere Form von Festkörperlasern dar und sind als solche aus dem Stand der Technik bekannt. Faserlaser weisen eine hohe Standzeit auf, wodurch z. B. die Wartungskosten verhältnismäßig gering ausfallen. Ein weiterer Vorteil ist die Umgebungstemperaturunabhängigkeit und die zeitliche Leistungsstabilität. Insbesondere handelt es sich um einen Ytterbium Single Mode Faserlaser mit einem Faserdurchmesser (Feedingfaser) von 14 μm. Die erzeugte Wellenlänge des modulierten Laserstrahls liegt im Infrarotbereich.According to a preferred embodiment, it is provided that the laser source is a fiber laser. Fiber lasers are a special form of solid state lasers and are known as such from the prior art. Fiber lasers have a long service life, whereby z. B. the maintenance costs are relatively low. Another advantage is the ambient temperature independence and the temporal power stability. In particular, it is an ytterbium single-mode fiber laser with a fiber diameter (Feedingfaser) of 14 microns. The generated wavelength of the modulated laser beam is in the infrared range.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung wenigstens eine Einrichtung zur Erzeugung einer Querströmung (Crossjet) zum modulierten Laserstrahl umfasst. Die Querströmung dient zur Freihaltung des Laserstrahlgangs von Schmauch, sowie zur Reduzierung von Niederschlägen auf dem Fenster der Ablenkeinrichtung und/oder auf dem zu schneidenden Material. Gegebenenfalls kann eine solche Querströmung auch zur Kühlung des zu schneidenden Materials verwendet werden. Bevorzugt umfasst die Einrichtung zur Erzeugung der Querströmung wenigstens eine Querstromdüse. Bevorzugt wird die Einrichtung zur Erzeugung der Querströmung gleichfalls von der Steuereinheit gesteuert. Bevorzugt ist die Einrichtung zur Erzeugung der Querströmung oder deren Querstromdüse an der Ablenkeinrichtung oder ggf. deren Roboterarm befestigt. Alternativ kann auch eine Befestigung an einem separaten Roboterarm vorgesehen sein.According to a preferred development it is provided that the device comprises at least one device for generating a cross flow (crossjet) to the modulated laser beam. The cross flow is used to keep the laser beam path of smoke, and to reduce precipitation on the window of the deflector and / or on the material to be cut. Optionally, such a transverse flow can also be used for cooling the material to be cut. Preferably, the device for generating the transverse flow comprises at least one cross-flow nozzle. Preferably, the means for generating the cross flow is also controlled by the control unit. Preferably, the device for generating the transverse flow or the cross-flow nozzle is attached to the deflection device or possibly the robot arm thereof. Alternatively, an attachment to a separate robot arm may be provided.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schneiden von Kfz-Karosserieblechen. Insbesondere handelt es sich hierbei um beschichtete und/oder lackierte Karosseriebleche, bspw. aus einem Stahlblechmaterial oder einem Aluminiumblechmaterial. Ebenso können jedoch auch CFK-Werkstoffe und Kunststoffe geschnitten werden.The invention also extends to a preferred use of the method according to the invention and / or the device according to the invention for cutting vehicle body panels. In particular, these are coated and / or painted body panels, for example. From a steel sheet material or an aluminum sheet material. However, CFRP materials and plastics can also be cut.

Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder der erfindungsgemäße Vorrichtung kann bzw. können z. B. zum Ausschneiden von Löchern oder Durchbrüchen an einer zumindest bereits teilweise gefügten und/oder lackierten (oder auch vorlackierten) Fahrzeugkarosserie verwendet werden, was dem Anpassen an einzelspezifische Anforderungen dienen kann („Late Configuration”). Durchbrüche können z. B. Stirnwand-, Tunnel- oder Dachdurchbrüche sein, wie z. B. ein Lenksäulendurchbruch an der Stirnwand (Anpassung an Rechts-/Linkslenker). Mittels der Ablenkeinrichtung kann ein großes Scanner-Feld zur Erzeugung großer Durchbrüche mit geringer Bearbeitungszeit abgedeckt werden. Die erzeugbaren Lochdurchmesser betragen z. B. deutlich mehr als 6,5 mm, die erzeugbaren Schnittkantenlängen betragen bis zu 800 mm und mehr, bei Bearbeitungszeiten die weniger als 30 sec betragen können. Das Ausschneiden eines Lochs mit einer Fläche von ca. 500 mm2 und mit einer Kantenlänge von etwa 20 mm × 25 mm an einem Karosserieblech benötigt z. B. 2 sec.The inventive method and / or the device according to the invention can or can, for. B. for cutting holes or breakthroughs on an at least partially joined and / or painted (or pre-painted) vehicle body can be used, which can serve to adapt to individual requirements ("Late Configuration"). Breakthroughs can z. B. end wall, tunnel or roof openings, such. As a steering column breakthrough on the front wall (adaptation to right / left-hand drive). By means of the deflection device, a large scanner field can be covered to produce large apertures with low processing time. The producible hole diameter be z. B. significantly more than 6.5 mm, the producible Schnittkantenlängen be up to 800 mm and more, with processing times may be less than 30 sec. The cutting of a hole with an area of about 500 mm 2 and with an edge length of about 20 mm × 25 mm on a body panel required z. B. 2 sec.

Das Ausschneiden erfolgt hierbei ohne Verschmutzung und/oder Beschädigung der dahinterliegenden Unterkonstruktionen. Die Zugänglichkeit zu den relevanten Karosseriestellen kann durch Befestigung der Ablenkeinrichtung an einem Roboterarm bewerkstelligt werden. Gegenüber einem robotergeführten Laserstrahl wird die Zugänglichkeit zu dem zu schneidenden Material auch durch die Verwendung einer Ablenkeinrichtung verbessert, insbesondere dann, wenn es sich hierbei um ein 3D-Scannersystem handelt. Der Einsatz einer Ablenkeinrichtung, insbesondere in Kombination mit einem modulierten Laserstrahl, bietet ferner die Vorteile, dass im Wesentlichen keine Geometriebeschränkungen bzgl. den Konturen bzw. Schnittkonturen bestehen (d. h. im Wesentlichen ist jede geometrische Form darstellbar) und dass im Vergleich zu einem robotergeführten Laserstrahl wesentlich feinere Geometrien mit engeren Toleranzfeldern, auch bei großflächigen und/oder langen Schnittkonturen, möglich sind.The cutting takes place here without contamination and / or damage to the underlying substructures. The accessibility to the relevant body sites can be accomplished by attaching the deflector to a robotic arm. Compared to a robot-guided laser beam, the accessibility to the material to be cut is also improved by the use of a deflection device, in particular if this is a 3D scanner system. The use of a deflection device, in particular in combination with a modulated laser beam, furthermore offers the advantages that there are essentially no geometry limitations with regard to the contours or sectional contours (ie essentially any geometric shape can be represented) and that this is essential in comparison to a robot-guided laser beam finer geometries with narrower tolerance fields, even with large and / or long cutting contours are possible.

Wie bereits zuvor erläutert, kann ein modulierter Laserstrahl bei Reduzierung der Laserstrahlleistung auch zur Beschriftung verwendet werden. So kann dieselbe Vorrichtung in der Produktionslinie z. B. zur Erzeugung von Durchbrüchen, wie z. B. für die Lenksäule, und zum Einbringen bzw. Beschriften der Fahrgestellnummer verwendet werden. Dies wird durch die Verwendung eines 3D-Scannersystems vorteilhaft unterstützt. Ein wesentlicher Vorteil des modulierten Laserstrahls ist die schnelle Anpassbarkeit dessen Laserstrahlleistung an einen konkreten Schneid- oder auch Beschriftungsvorgang.As already explained above, a modulated laser beam can also be used for labeling when the laser beam power is reduced. Thus, the same device in the production line z. B. for the generation of breakthroughs, such as. B. for the steering column, and for introducing or labeling the VIN. This is advantageously supported by the use of a 3D scanner system. An essential advantage of the modulated laser beam is the fast adaptability of its laser beam power to a specific cutting or labeling process.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung können insbesondere auch lackierte Blechmaterialien, vorrangig auch Karosseriebleche aus einem Stahlmaterial mit einer höheren Dicke, bearbeitet werden („Lasern nach Lack”), wobei insbesondere auch großflächige und/oder lange Schnittkonturen realisierbar sind. Um das Problem von Lackverbrennungen und der Lackdelamination (Bläschenbildung, Abplatzungen usw. als Folge des Energieeintrags bzw. der Wärmeeinbringung) zu vermeiden wird ein mehrstufiger Schneidvorgang vorgeschlagen, wie oben erläutert, bei dem in einer ersten Stufe zunächst ein Lackabtrag mit niedriger Laserstrahlleistung erfolgt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können problemlos Stahlblechstärken mit bis zu 1,0 mm (oder auch mehr) und Lackdicken bzw. Lackaufbauten mit bis zu 300 μm (oder auch mehr) bearbeitet, d. h. geschnitten und ggf. auch beschriftet werden.By means of the method according to the invention and / or by means of the device according to the invention, in particular also lacquered sheet metal materials, primarily also body panels made of a steel material with a higher thickness, can be processed ("lasers according to lacquer"), in which case also large-area and / or long cut contours can be realized. In order to avoid the problem of paint burns and paint delamination (blistering, spalling etc. as a result of energy input or heat input), a multi-stage cutting process is proposed, as explained above, in which first a paint removal with low laser beam power takes place in a first stage. With the method according to the invention and / or with the device according to the invention, steel sheet thicknesses of up to 1.0 mm (or even more) and paint thicknesses or paint constructions of up to 300 μm (or even more) can be processed without difficulty, ie. H. cut and possibly also be labeled.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the figures. Show it:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer schematischen Ansicht; 1 a device according to the invention in a schematic view;

2 eine schematische Schnittansicht durch das zu schneidende Material während des Schneidvorgangs; 2 a schematic sectional view through the material to be cut during the cutting process;

3 schematisch das Einbringen von Laserschneidpunkten entlang einer Schneidbahn in einer Draufsicht; 3 schematically the introduction of laser cutting points along a cutting path in a plan view;

4 exemplarisch den Temperaturverlauf im zu schneidenden Material in einer schematischen Schnittansicht, die im Wesentlichen der Schnittansicht der 2 entspricht; 4 an example of the temperature profile in the material to be cut in a schematic sectional view, which is substantially the sectional view of 2 corresponds;

5 einen mehrstufigen Schneidvorgang in einer anschaulichen Darstellung; und 5 a multi-stage cutting process in an illustrative representation; and

6 Laserpulse eines modulierten Laserstrahls in einer Diagrammansicht (mit Bezug auf die 5). 6 Laser pulses of a modulated laser beam in a diagrammatic view (with reference to FIGS 5 ).

1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer schematischen Ansicht. Die insgesamt mit 1 bezeichnete Vorrichtung dient zum Schneiden (und ggf. auch Beschriften) eines Materials M, wobei es sich insbesondere um ein Blechmaterial handelt, mittels eines modulierten Laserstrahls L, wie nachfolgend näher erläutert. 1 shows a device according to the invention in a schematic view. The total with 1 designated device is used for cutting (and possibly also labeling) of a material M, which is in particular a sheet material, by means of a modulated laser beam L, as explained in more detail below.

Zur Vorrichtung 1 gehört eine als Faserlaser 2 ausgebildete Laserquelle mit einer Strahlenquelle 21, wie z. B. einer Diodenlasereinrichtung, deren generierte Strahlung (z. B. Pumplicht) in den flexiblen Wellenleiter bzw. in die Faser 23 eingespeist wird. Diese Faser 23 enthält das aktive Medium, in dem die Laserverstärkung stattfindet. Solche oder ähnlich Faserlaser sind aus dem Stand der Technik bekannt.To the device 1 one belongs as a fiber laser 2 trained laser source with a radiation source 21 , such as B. a diode laser device whose generated radiation (eg pump light) in the flexible waveguide or in the fiber 23 is fed. This fiber 23 contains the active medium in which the laser amplification takes place. Such or similar fiber lasers are known in the art.

Zur Vorrichtung 1 gehört ferner eine als 3D-Scannersystem ausgebildete Ablenkeinrichtung 3, an welche die Faser 23 mit ihrem von der Strahlquelle 21 abgewandten Ende angebunden ist. Die Anbindung erfolgt mittels einer Kupplung (Auskoppeloptik) 31, welche die erzeugte Laserstrahlung in die Ablenkeinrichtung 3 fortleitet. Die Ablenkeinrichtung 3 umfasst motorisch einstellbare Fokussiermittel 32 (Linsensystem) und motorisch einstellbare Ablenkmittel 33 (Spiegelsystem) für die Laserstrahlung. Ein mittels der Fokussiermittel 32 und Ablenkmittel 33 im Raum fokussierbarer und lenkbarer Laserstrahl L tritt an einem Fenster 34 aus der Ablenkeinrichtung 3 aus und trifft auf das entfernt angeordnete zu schneidende Material M (bzw. auch Werkstück oder Bauteil). Die Distanz zwischen der Ablenkeinrichtung 3 und dem zu schneidenden Material M ist mit d angegeben.To the device 1 also includes a designed as a 3D scanner system deflection 3 to which the fiber 23 with her from the beam source 21 tethered end is tethered. The connection is made by means of a coupling (coupling-out optics) 31 , which generates the generated laser radiation in the deflection device 3 continue forwards. The deflection device 3 includes motorized focusing means 32 (Lens system) and motorized deflection means 33 (Mirror system) for the laser radiation. One by means of focusing 32 and deflecting means 33 in the room focusable and steerable laser beam L occurs at a window 34 from the deflector 3 from and hits the remotely located to be cut material M (or workpiece or component). The distance between the deflector 3 and the material M to be cut is indicated by d.

Mittels der Ablenkmittel 33 kann der Laserstrahl L auf dem zu schneidenden Material M eine Schneidbahn B beschreiben. Mittels der Fokussiermittel (32) kann der Laserstrahl auf dem zu schneidenden Material M fokussiert werden (Fokusdurchmesser z. B. 30–40 μm).By means of the deflection means 33 For example, the laser beam L on the material M to be cut can describe a cutting path B. By means of focusing means ( 32 ), the laser beam can be focused on the material M to be cut (focus diameter eg 30-40 μm).

Die Ablenkeinrichtung 3 ist an einem Roboterarm 4 befestigt, mittels dem die Ablenkeinrichtung 3 im Bearbeitungsraum (x, y, z) verfahren und positioniert werden kann. Während eines Schneidvorgangs sind typischerweise keine Verfahrbewegungen vorgesehen, d. h. die Ablenkeinrichtung 3 bleibt bezüglich des zu schneidenden Materials M ortsfest. Alternativ wäre z. B. auch ein Portalaufbau denkbar.The deflection device 3 is on a robotic arm 4 attached, by means of which the deflector 3 in the processing space (x, y, z) can be moved and positioned. During a cutting process typically no movement movements are provided, ie the deflection device 3 remains stationary with respect to the material M to be cut. Alternatively, z. As well as a portal structure conceivable.

Zur Vorrichtung 1 gehört ferner eine softwarebasierte Steuereinheit 5, welche den Faserlaser 2 und insbesondere die Strahlenquelle 21, sowie die Ablenkeinrichtung 3 und insbesondere deren Fokussiermittel 32 und Ablenkmittel 33 steuert oder ggf. auch regelt. Die Steuereinheit 5 kann mit einer Steuereinheit für den Roboterarm 4 gekoppelt sein.To the device 1 also includes a software-based control unit 5 which the fiber laser 2 and in particular the radiation source 21 , as well as the deflection device 3 and in particular their focusing agent 32 and deflecting means 33 controls or if necessary also regulates. The control unit 5 can with a control unit for the robot arm 4 be coupled.

An der Ablenkeinrichtung 3 oder alternativ am Roboterarm 4 ist ferner eine Einrichtung zur Erzeugung einer Querströmung C mittels einer Querstromdüse 6 befestigt, welche Schmauch aus dem Laserstrahlgang austreibt und der Reduzierung von Niederschlägen dient. Evtl. kann die Querströmung C auch zur Kühlung des zu schneidenden Materials M dienen, wobei dies vorrangig nicht vorgesehen ist. Die Querströmung C kann ebenfalls von der Steuereinheit 5 gesteuert sein.At the deflector 3 or alternatively on the robot arm 4 is also a device for generating a cross flow C by means of a cross-flow nozzle 6 attached, which expels Schmauch from the laser beam path and serves to reduce precipitation. Possibly. the transverse flow C can also serve to cool the material M to be cut, which is not primarily provided. The cross flow C can also be from the control unit 5 be controlled.

Bei dem Laserstrahl L handelt es sich um einen modulierten Laserstrahl, der aus einzelnen, zeitlich nacheinander erzeugten Laserpulsen zusammengesetzt ist, wobei die einzelnen Laserpulse modulierbar sind und zwar derart, dass zumindest die zeitliche Pulslänge bzw. Pulsdauer der Laserpulse im Wesentlichen frei gewählt werden kann. Dies ist im Diagramm der 6 gezeigt. Auf der Abszisse ist die fortschreitende Zeit t und auf der Ordinate die Pulsintensität i (bzw. Pulsleistung) abgetragen. Unter Intensität wird allgemein eine Energie pro Zeit bzw. Zeitintervall und Fläche verstanden (entspricht einer Leistung pro Fläche). Die Laserpulse p1 und p2 sind als Rechtecke ausgebildet. Die Laserpulsenergie ε der einzelnen Laserpulse korrespondiert mit der jeweiligen Rechteckfläche.The laser beam L is a modulated laser beam which is composed of individual laser pulses generated in succession, wherein the individual laser pulses can be modulated in such a way that at least the temporal pulse length or pulse duration of the laser pulses can be selected substantially freely. This is in the diagram of 6 shown. The abscissa is the progressive time t and the ordinate the pulse intensity i (or pulse power) is removed. Intensity is generally understood to mean an energy per time or time interval and area (corresponds to one power per area). The laser pulses p1 and p2 are formed as rectangles. The laser pulse energy ε of the individual laser pulses corresponds to the respective rectangular area.

Die beiden linken, zu einer ersten Bearbeitungsstufe bzw. Stufe (wie nachfolgend noch näher erläutert) gehörenden Laserpulse p1 weisen eine andere Intensität i und eine andere zeitliche Pulslänge δ auf, als die beiden rechten, zu einer zweiten Stufe gehörenden Laserpulse p2. Die Modulationsfrequenz ist konstant und beträgt 5 kHz (F = 1/τ = 1/200 μsec). Die Pulslänge δ der Laserpulse p1 beträgt in etwa 50 μsec, was in etwa ¼ (25%) der Taktzeit τ (200 μsec) entspricht. Die Pulslänge δ der Laserpulse p2 beträgt in etwa 100 μsec, was in etwa der Hälfte (50%) der Taktzeit τ entspricht. Die Intensität i der Laserpulse p1 beträgt in etwa ¼ (25%) der Intensität i der Laserpulse p2. Die Laserstrahlenergie in einem definierten Zeitintervall kann als Summe aller einzelnen Laserpulsenergien ε in diesem Zeitintervall aufgefasst werden. Bei gleichen zeitlichen Längen der Stufen I und II wäre somit die Laserstrahlenergie in der ersten Stufe I geringer als in der zweiten Stufe II. Dies zeigt 5: die dargestellten Rechteckflächen korrespondieren mit der Laserstrahlenergie in der jeweiligen Stufe. Da die Laserstrahlleistung P bzw. die Laserstrahlintensität I mit der Laserstrahlenergie korreliert (Leistung = Energie pro Zeitintervall) gilt ferner, dass die Laserstrahlleistung P in der ersten Stufe I deutlich geringer ist als in der zweiten Stufe II, was sich ebenfalls anschaulich aus der 5 ergibt. Durch Modulation der Laserpulse p1 und p2 kann also die Laserstrahlleistung P des modulierten Laserstrahls L sehr präzise eingestellt werden. Die Steuerung bzw. Regelung der Modulation der Laserpulse p1 und p2 erfolgt mittels der Steuereinheit 5.The two left, to a first processing stage or stage (as explained in more detail below) belonging laser pulses p1 have a different intensity i and a different temporal pulse length δ, as the two right, belonging to a second stage laser pulses p2. The modulation frequency is constant and is 5 kHz (F = 1 / τ = 1/200 μsec). The pulse length δ of the laser pulses p1 is approximately 50 μsec, which corresponds to approximately ¼ (25%) of the cycle time τ (200 μsec). The pulse length δ of the laser pulses p2 is approximately 100 μsec, which corresponds approximately to half (50%) of the cycle time τ. The intensity i of the laser pulses p1 is approximately ¼ (25%) of the intensity i of the laser pulses p2. The laser beam energy in a defined time interval can be understood as the sum of all individual laser pulse energies ε in this time interval. With the same time lengths of stages I and II, the laser beam energy in the first stage I would thus be lower than in the second stage II. This shows 5 The illustrated rectangular areas correspond to the laser beam energy in the respective stage. Since the laser beam power P or the laser beam intensity I correlated with the laser beam energy (power = energy per time interval) is also true that the laser beam power P in the first stage I is significantly lower than in the second stage II, which is also evident from the 5 results. By modulating the laser pulses p1 and p2, therefore, the laser beam power P of the modulated laser beam L can be set very precisely. The control or regulation of the modulation of the laser pulses p1 and p2 by means of the control unit 5 ,

2 zeigt schematisch einen Schnitt durch das zu schneidende Material M während des Schneidvorgangs. Bevorzugt handelt es sich bei dem Material M um ein metallisches Material. Die Laserpulse des modulierten Laserstrahls L treffen entlang einer definierten Schneidbahn auf das zu schneidende Material M auf und erzeugen einzelne, im gezeigten Querschnitt näherungsweise V-förmige Laserschneidpunkte (Dots), die in der Gesamtheit einen Schneidspalt S (nachfolgend nur als Schneidspalt bezeichnet) ausbilden können, wie nachfolgend noch näher erläutert. In dem Schneidspalt S wird von dem Laserpuls des modulierten Laserstrahls L das Material M aufgeschmolzen und teilweise auch sublimiert (unmittelbarer Übergang vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand). Das Ausbringen des Materials M aus dem Schneidspalt S erfolgt nach oben (auf Seite des auftreffenden Laserstrahls L entgegen der Auftreffrichtung) aufgrund eines sich einstellenden Expansionsdrucks des Phasenübergangs von fester, bzw. flüssiger Phase in die gasförmige Phase, was mit Pfeilen a dargestellt ist. Der diesen Expansionsdruck bewirkende Sublimationsanteil im Schneidspalt S ist durch Bläschen G dargestellt. Ein solcher Schneidvorgang wird durch entsprechende Einstellung der Parameter (Pulslänge bzw. Pulsdauer der Laserpulse; Intensität der Laserpulse; zeitlicher Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Laserpulsen; Modulationsfrequenz; und Strahlführungsgeschwindigkeit des modulierten Laserstrahls) erreicht und kann als „Schneidabtragen” bezeichnet werden (siehe obenstehende diesbezügliche Ausführungen). 2 schematically shows a section through the material to be cut M during the cutting process. Preferably, the material M is a metallic material. The laser pulses of the modulated laser beam L strike along a defined cutting path on the material to be cut M and produce individual, in the cross section shown approximately V-shaped laser cutting points (dots), the entirety of a cutting gap S (hereinafter referred to as cutting gap) can form , as explained in more detail below. In the cutting gap S, the material M is melted and partially sublimated by the laser pulse of the modulated laser beam L (direct transition from the solid to the gaseous state of matter). The application of the material M from the cutting gap S is upward (on the side of the incident laser beam L opposite to the direction of impact) due to an adjusting expansion pressure of the phase transition of solid or liquid phase in the gaseous phase, which is shown with arrows a. The effect of this expansion pressure sublimation in the cutting gap S is represented by bubbles G. Such a cutting operation is achieved by appropriate adjustment of the parameters (pulse length or pulse duration of the laser pulses, intensity of the laser pulses, time interval between two successive laser pulses, modulation frequency, and beam guidance speed of the modulated laser beam) and can be referred to as "cutting removal" (see above explanations ).

Ein geringer Anteil des aufgeschmolzenen Materials kann auch nach unten (auf der dem auftreffenden Laserstrahl L abgewandten Materialseite) aus dem Schneidspalt S austreten, insbesondere bei zunehmender Tiefe des Schneidspalts S, was durch die gestrichelten Pfeile b dargestellt ist und was zu einer unerwünschten Gratbildung führen kann. Dies soll im Wesentlichen durch eine geeignete Einstellung der oben angegebenen Parameter verhindert oder zumindest minimiert werden.A small proportion of the molten material can also emerge downwards (on the material side facing away from the incident laser beam L) from the cutting gap S, in particular as the depth of the cutting gap S increases, as shown by the dashed arrows b, and this can lead to undesirable burr formation , This should be prevented or at least minimized essentially by a suitable setting of the parameters given above.

3 zeigt links in einer Draufsicht schematisch das Einbringen der Laserschneidpunkte entlang einer kreisförmigen Schneidbahn B gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung. Der modulierte Laserstrahl L wird mittels der Ablenkeinrichtung 3 in Richtung R entlang der Schneidbahn B bewegt und fokussiert. Die einzelnen Laserpulse erzeugen Laserschneidpunkte S1 und S2, die aufgrund der Verfahrbewegung des modulierten Laserstrahls L entgegen der Darstellung keine kreisrunde sondern eine längliche Form aufweisen. Die einzelnen Laserschneidpunkte S1 und S2 werden hierbei nicht unmittelbar aneinandergereiht, sondern mit einer Beabstandung zueinander in das zu schneidende Material M eingebracht, wobei der modulierte Laserstrahl L die Schneidbahn B wiederholt abfährt bzw. durchläuft. 3 shows left in a plan view schematically the introduction of the laser cutting points along a circular cutting path B according to a particularly preferred embodiment of the invention. The modulated laser beam L is detected by means of the deflection device 3 moved in the direction of R along the cutting path B and focused. The individual laser pulses generate laser cutting points S1 and S2, which, due to the movement of movement of the modulated laser beam L, have no circular but an oblong shape, contrary to the illustration. The individual laser cutting points S1 and S2 are not directly lined up here, but introduced with a spacing to each other in the material to be cut M, wherein the modulated laser beam L, the cutting path B repeatedly moves away or runs through.

Während eines ersten Durchlaufs des modulierten Laserstrahls L werden die gefüllt dargestellten Laserschneidpunkte S1 zueinander beabstandet eingebracht. Die pro Laserschneidpunkt S1 in das zu schneidende Material eingebrachte Wärme kann in die noch kühle Materialumgebung abgeleitet werden. Der gewählte Abstand zwischen den ersten Laserschneidpunkten S1 bestimmt sich z. B. nach dem Wärmeleitvermögen und/oder der Wärmespeicherkapazität des zu schneidenden Materials M.During a first pass of the modulated laser beam L, the laser cutting points S1 shown filled are introduced at a distance from one another. The heat introduced per laser cutting point S1 into the material to be cut can be dissipated into the still cool material environment. The selected distance between the first laser cutting points S1 is determined z. B. according to the thermal conductivity and / or the heat storage capacity of the material to be cut M.

Während eines zweiten Durchlaufs des modulierten Laserstrahls L werden versetzt zu den ersten Laserschneidpunkten S1 die zweiten Laserschneidpunkte S2 eingebracht, die als ungefüllte Punkte dargestellt sind. Dies gelingt dadurch, dass die Strahlführungsgeschwindigkeit des modulierten Laserstrahls L verändert wird und/oder der Startpunkt für einen Durchlauf mit einem variablen Offset versehen wird und/oder der zeitliche Abstand zwischen den Laserpulsen verändert wird.During a second pass of the modulated laser beam L, offset from the first laser cutting points S1, the second laser cutting points S2 are introduced, which are shown as unfilled dots. This is achieved in that the beam-guiding speed of the modulated laser beam L is changed and / or the starting point for a pass is provided with a variable offset and / or the time interval between the laser pulses is changed.

Der Abstand der zweiten Laserschneidpunkte S2 zu den ersten Laserschneidpunkten S1 wird möglichst groß eingestellt, was idealerweise dann gegeben ist, wenn ein zweiter Laserschneidpunkt S2 exakt mittig zwischen zwei ersten Laserschneidpunkten S1 positioniert ist, wie dargestellt. Alternativ können zwischen den ersten Laserschneidpunkten S1 in einem nachfolgenden Durchlauf auch mehrere zweite Laserschneidpunkte S2 eingebracht werden. Alternativ wäre ebenso denkbar, die zweiten Laserschneidpunkte S2 bezüglich der Schneidbahn B in eine Richtung oder in beiden Richtungen mit gleichem oder mit unterschiedlichem Abstand geringfügig zu versetzen, um so eine Zick-Zack-Anordnung der zweiten Laserschneidpunkte S2 bezüglich der ersten Laserschneidpunkte und/oder eine Zick-Zack-Anordnung der zweiten Laserschneidpunkte S2 zueinander zu erhalten. Ein weiterer Aspekt ist die Variation der Größe (Fläche bzgl. der Draufsicht) der einzelnen Laserschneidpunkte S1 und/oder S2, was z. B. durch die Verfahrbewegung des modulierten Laserstrahls und/oder dessen Fokus einstellbar ist.The distance of the second laser cutting points S2 to the first laser cutting points S1 is set as large as possible, which is ideally given when a second laser cutting point S2 is positioned exactly in the middle between two first laser cutting points S1, as shown. Alternatively, a plurality of second laser cutting points S2 can also be introduced between the first laser cutting points S1 in a subsequent pass. Alternatively, it would also be conceivable to slightly offset the second laser cutting points S2 with respect to the cutting path B in one direction or in both directions with equal or different spacing, so as to form a zigzag arrangement of the second laser cutting points S2 with respect to the first laser cutting points and / or one To obtain zig-zag arrangement of the second laser cutting points S2 to each other. Another aspect is the variation of the size (area with respect to the top view) of the individual laser cutting points S1 and / or S2, which z. B. by the movement of the modulated laser beam and / or its focus is adjustable.

Der modulierte Laserstrahl L durchläuft die Schneidbahn B so oft, bis die gesamte Schnittlinie durch Laserschneidpunkte S1, S2, usw. abgedeckt ist und ein geschlossener Schneidspalt S ausgebildet ist, wie in 3 rechts für einen Viertelkreis dargestellt. Hierbei können die Parameter, wie oben angegeben, konstant gehalten oder, z. B. von Durchlauf zu Durchlauf oder von Stufe zu Stufe, verändert werden, und zwar im Wesentlichen unabhängig von den zuvor beschriebenen Maßnahmen zur Herbeiführung eines Versatzes zwischen den Laserschneidpunkten von Durchlauf zu Durchlauf. Die Anzahl n der Durchläufe des modulierten Laserstrahls L beträgt bis zu 80 (bevorzugt z. B. 60). Die Strahlführungsgeschwindigkeit des modulierten Laserstrahls kann sehr hoch angesetzt werden und beträgt z. B. 5000 mm/sec. Hiervon zu unterscheiden ist die sich einstellende Schneidgeschwindigkeit die z. B. 35–45 mm/sec betragen kann.The modulated laser beam L passes through the cutting path B until the entire cutting line is covered by laser cutting points S1, S2, etc. and a closed cutting gap S is formed, as in FIG 3 shown right for a quarter circle. Here, the parameters, as stated above, kept constant or, z. From pass to pass or from step to step, substantially independently of the previously described measures for providing an offset between the laser cutting points from pass to pass. The number n of passes of the modulated laser beam L is up to 80 (preferably, for example, 60). The beam speed of the modulated laser beam can be set very high and is z. B. 5000 mm / sec. To distinguish this is the adjusting cutting speed z. B. may be 35-45 mm / sec.

Indem die Laserschneidpunkte während verschiedener Durchläufe des modulierten Laserstrahls entlang der Schneidbahn versetzt angeordnet werden, kann die Laserstrahlleistung und die damit einhergehende Schneidleistung insgesamt erhöht werden. Hierbei wird die über der Schneidbahn gemittelte Wärmeeinbringung in das zu schneidende Material durch die höhere Laserstrahlleistung zwar erhöht, bleibt lokal jedoch unterhalb eines nachteiligen Niveaus für das zu schneidende Material. Damit kann z. B. die Bearbeitungszeit verkürzt werden. Ein anderer Vorteil ist darin zu sehen, dass aufgrund der geringeren lokalen Aufwärmung des zu schneidenden Materials auch empfindlichere Materialien insbesondere mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit geschnitten werden können. Es wird ausdrücklich angemerkt, dass diese Aufzählung von Vorteilen und Anwendungsmöglichkeiten nicht abschließend ist.By placing the laser cutting points offset along the cutting path during different passes of the modulated laser beam, the laser beam power and the associated cutting performance can be increased overall. Here, the averaged over the cutting path heat input into the material to be cut is indeed increased by the higher laser beam power, but remains locally below an adverse level for the material to be cut. This can z. B. the processing time can be shortened. Another advantage is the fact that due to the lower local heating of the material to be cut even more sensitive materials can be cut in particular at a relatively high speed. It is expressly noted that this list of benefits and uses is not exhaustive.

Für eine solche Ausgestaltung des Schneidvorgangs, bei dem während verschiedener Durchläufe des modulierten Laserstrahls entlang der Schneidbahn die Laserschneidpunkte versetzt angeordnet werden, eignet sich hervorragend ein modulierter Laserstrahl, aufgrund der vielfältigen Möglichkeiten zur Einstellung der Laserstrahlleistung unter Berücksichtigung der entlang der Schneidbahn in das zu schneidende Material eingebrachten Wärme.For such an embodiment of the cutting process, in which the laser cutting points are arranged offset during different passes of the modulated laser beam along the cutting path, a modulated laser beam is ideal, due to the many possibilities for setting the laser beam power taking into account the along the cutting path in the material to be cut introduced heat.

Gemäß einer ebenfalls besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schneidvorgang insgesamt als mehrstufiger Schneidprozess bzw. Schneidvorgang ausgebildet ist, wobei die Einstellungen der Parameter (d. h. wenigstens eines Parameters), zwischen den einzelnen Bearbeitungsstufen bzw.According to a likewise particularly preferred development of the invention, it is provided that the cutting operation is designed overall as a multi-stage cutting process or cutting process, wherein the settings of the parameters (ie at least one parameter), between the individual processing stages or

Stufen verändert werden, wie nachfolgend im Zusammenhang mit der 5 und der 6 erläutert.Steps are changed as follows in connection with the 5 and the 6 explained.

In der anschaulichen, diagrammähnlichen Darstellung der 5 ist auf der Abszisse der zeitliche Ablauf T und auf der Ordinate die Laserstrahlleistung P (bzw. Laserstrahlintensität I) abgetragen. Der dargestellte Schneidvorgang umfasst fünf Stufen bzw. Schritte I bis V, die als Rechtecke dargestellt sind. Die Laserstrahlenergie einer Stufe korrespondiert mit der jeweiligen Rechteckfläche, wobei eine Rechteckfläche der Summe aller Pulsenergien ε der einzelnen Laserpulse in der jeweiligen Stufe entspricht. Innerhalb einer Stufe ist die Laserstrahlleistung P konstant, was jedoch nicht zwingend der Fall sein muss. Der dargestellte Schneidvorgang betrifft eine Schnittführung in einem Stahlblechmaterial, welches mit einer Lackschicht versehen ist, wobei es sich z. B. um ein lackiertes Kfz-Bauteil handeln kann. Die Dicke des Stahlblechmaterials beträgt beispielhaft 0,7–0,8 mm und könnte z. B. auch 1,0 mm betragen. Die Dicke der Lackschicht beträgt z. B. 300 μm, wobei es sich auch um einen mehrschichtigen Lackaufbau handeln kann. Die Beaufschlagung mit dem modulierten Laserstrahl erfolgt auf die lackierte Materialseite.In the descriptive, diagram-like representation of 5 is on the abscissa of the time sequence T and on the ordinate the laser beam power P (or laser beam intensity I) removed. The illustrated cutting process comprises five stages or steps I to V, which are shown as rectangles. The laser beam energy of a stage corresponds to the respective rectangular area, wherein a rectangular area corresponds to the sum of all pulse energies ε of the individual laser pulses in the respective stage. Within one stage, the laser beam power P is constant, but this does not necessarily have to be the case. The illustrated cutting process relates to a cutting guide in a steel sheet material, which is provided with a lacquer layer, wherein it is z. B. may be a painted vehicle component. The thickness of the steel sheet material is for example 0.7-0.8 mm and could, for. B. also be 1.0 mm. The thickness of the paint layer is z. B. 300 microns, which may also be a multi-layer paint system. The application of the modulated laser beam takes place on the painted material side.

In der ersten Stufe I erfolgt ein Abtrag der Lackschicht mit einer niedrigen Laserstrahlleistung P. Die Einstellungen der Laserpulse der Stufe I sind in 6 als Laserpulse p1 wiedergegeben, wozu auch auf die obenstehenden diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. Selbstverständlich sind mehr als die zwei exemplarisch dargestellten Laserpulse p1 vorgesehen. Der modulierte Laserstrahl L durchläuft die Schneidbahn B so oft, bis die Lackschicht vollständig abgetragen ist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die von den Laserpulsen p1 herbeigeführten Laserschneidpunkte entlang der Schneidbahn unmittelbar nacheinander bzw. benachbart (siehe obenstehende diesbezügliche Ausführungen) angeordnet werden. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass die Laserschneidpunkte versetzt zueinander in das zu schneidende Material eingebracht werden (siehe obenstehende diesbezügliche Ausführungen). Bevorzugt gilt dies auch für alle nachfolgenden Stufen (was jedoch ausdrücklich nicht der Fall sein muss). Bevorzugt ist zudem ein sukzessives Abtragen der Lackschicht vorgesehen (wozu ebenfalls auf die obenstehenden diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird). Bei einem mehrschichtigen Lackaufbau kann sich die erste Stufe I in mehrere Teilstufen untergliedern, bevorzugt mit unterschiedlichen Einstellungen der Parameter (d. h. wenigstens eines Parameters).In the first stage I, the lacquer layer is removed with a low laser beam power P. The settings of the laser pulses of stage I are in 6 reproduced as laser pulses p1, to which reference is also made to the above relevant embodiments. Of course, more than the two exemplary laser pulses p1 are provided. The modulated laser beam L passes through the cutting path B until the paint layer is completely removed. In this case, provision may be made for the laser cutting points brought about by the laser pulses p1 to be arranged directly one after the other along the cutting path (see the above statements in this regard). Preferably, however, it is provided that the laser cutting points are offset from one another in the material to be cut introduced (see above relevant embodiments). This also preferably applies to all subsequent stages (which, however, need not be the case). In addition, a successive removal of the lacquer layer is preferably provided (for which reference is also made to the above statements in this regard). In the case of a multilayer paint system, the first stage I can be subdivided into a plurality of partial stages, preferably with different settings of the parameters (ie at least one parameter).

In der zweiten Stufe II, die sich ohne Pause an die erste Stufe I anschließt, erfolgt dann das Schneidabtragen des Materials mit geänderten Parametern, was mit einer höheren Laserstrahlleistung P und mit einer höheren Laserstrahlenergie (Rechteckfläche der Stufe II) einhergeht. Die Einstellungen der Laserpulse der Stufe II sind in 6 als Laserpulse p2 wiedergegeben. Sowohl die Pulsintensität i als auch die Pulslänge δ der Laserpulse p2 sind bzgl. der ersten Stufe I höher bzw. länger eingestellt, wobei der zeitliche Abstand zwischen zwei Laserpulsen p2 geringer ausfällt. Selbstverständlich sind mehr als die zwei exemplarisch dargestellten Laserpulse p2 vorgesehen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die von den Laserpulsen p2 herbeigeführten Laserschneidpunkte entlang der Schneidbahn zueinander versetzt angeordnet werden (siehe obenstehende diesbezügliche Ausführungen). In der zweiten Stufe II beträgt Strahlführungsgeschwindigkeit z. B. 5 m/sec und die Anzahl der Umläufe beträgt z. B. bis zu 60. Die Modulationsfrequenz für die Laserpulse p2 beträgt unverändert 5000 Hz, wie auch in der ersten Stufe I.In the second stage II, which adjoins without interruption to the first stage I, then the cutting removal of the material with changed parameters, which is accompanied by a higher laser beam power P and with a higher laser beam energy (square surface of level II). The settings of the level II laser pulses are in 6 reproduced as laser pulses p2. Both the pulse intensity i and the pulse length δ of the laser pulses p2 are set higher or longer with respect to the first stage I, wherein the time interval between two laser pulses p2 is smaller. Of course, more than the two exemplary laser pulses p2 are provided. It is preferably provided that the laser cutting points brought about by the laser pulses p2 are arranged offset relative to one another along the cutting path (see the above statements in this regard). In the second stage II is beam speed z. B. 5 m / sec and the number of rounds is z. B. up to 60. The modulation frequency for the laser pulses p2 is unchanged at 5000 Hz, as in the first stage I.

In der Anfangsphase des Schneidvorgangs, d. h. während der ersten beiden Stufen und II, kann die in das zu schneidende Material eingebrachte Energie, die mit der Laserstrahlleistung bzw. der Laserstrahlenergie unmittelbar korrespondiert, hoch bis sehr hoch angesetzt werden, da das zu schneidende Material noch kalt ist und somit zunächst ein hohes Wärmeaufnahmevermögen aufweist.In the initial phase of the cutting process, d. H. During the first two stages and II, the energy introduced into the material to be cut, which directly corresponds to the laser beam power or the laser beam energy, can be set to very high, since the material to be cut is still cold and thus initially has a high heat absorption capacity having.

Der zweiten Stufe II schließt sich eine zeitlich kürzere dritte Stufe III mit geänderten Parametern und einer gegenüber der zweiten Stufe II geringeren Laserstrahlenergie (Rechteckfläche) an. Die Laserstrahlleistung P ist gegenüber der zweiten Stufe II unverändert, was jedoch nicht zwingend der Fall sein muss. Zwischen der zweiten Stufe II und der dritten Stufe III ist eine Pause vorgesehen, in der das zu schneidende Material auskühlen kann und/oder in der sich unterschiedliche Temperaturfelder egalisieren können. in der dritten Stufe III erfolgt eine Fortsetzung des Schneidabtragens mit geänderten Parametern, bspw. einer veränderten und insbesondere reduzierten Strahlführungsgeschwindigkeit, was vorrangig dazu dient, den Energieeintrag gering und die Wärmebelastung des zu schneidenden Materials unterhalb eines kritischen Niveaus zu halten.The second stage II is followed by a shorter third stage III with changed parameters and a lower laser beam energy (rectangular area) than the second stage II. The laser beam power P is unchanged from the second stage II, but this need not necessarily be the case. Between the second stage II and the third stage III, a break is provided, in which the material to be cut can cool down and / or in which different temperature fields can equalize. In the third stage III, the cutting removal is continued with changed parameters, for example an altered and in particular reduced beam guidance speed, which serves primarily to keep the energy input low and the heat load of the material to be cut below a critical level.

Der dritten Stufe III schließen sich wiederum mit Pausen eine zeitlich kürzere vierte Stufe IV und eine zeitlich noch kürzere fünfte Stufe V an, in denen das Schneidabtragen fortgesetzt wird. Die Laserstrahlleistung P ist gegenüber der dritten Stufe III unverändert, was jedoch nicht zwingend der Fall sein muss. Bei den Stufen IV und V kann es sich um Wiederholungen der Stufen II und III mit geänderten Parametern handeln (bspw. mit einer veränderten Strahlführungsgeschwindigkeit), wobei die Einstellungsänderungen in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften des zu schneidenden Materials, dessen Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität, der Kontur der Schneidbahn und/oder der Lage des zu schneidenden Materials relativ zum modulierten Laserstrahl vorgenommen werden können, was z. B. auch in einem Regelkreis erfolgen könnte. Ziel ist es, den Energieeintrag gering und die Wärmebelastung des zu schneidenden Materials unterhalb eines kritischen Niveaus zu halten. Zudem soll der Expansionsdruck des Phasenübergangs von der festen, bzw. flüssigen Phase in die gasförmige Phase aufrecht erhalten und dadurch verhindert werden, dass aufgeschmolzenes Materials nach unten aus dem Schneidspalt austritt (vgl. 2), was zu einer unerwünschten Gratbildung führen kann (siehe obenstehende diesbezügliche Ausführungen). Am Ende der Stufe V ist der Schneidvorgang beendet und das zu schneidende Material entlang der Schnittlinie in kurzer Bearbeitungszeit und mit einer hohen Schnittkantenqualität durchtrennt.The third stage III in turn is followed by breaks a shorter time fourth stage IV and a temporally even shorter fifth stage V, in which the Schneidabtragen continues. The laser beam power P is unchanged from the third stage III, but this need not necessarily be the case. The steps IV and V may be repetitions of stages II and III with changed parameters (eg with a changed beam guidance speed), wherein the setting changes depending on the material properties of the material to be cut, its thermal conductivity and heat capacity, the contour of the Cutting path and / or the position of the material to be cut relative to the modulated laser beam can be made, which z. B. could also be done in a control loop. The aim is to keep the energy input low and the heat load of the material to be cut below a critical level. In addition, the expansion pressure of the phase transition of the solid or liquid phase is to be maintained in the gaseous phase and thereby prevented that molten material exits down from the cutting gap (see. 2 ), resulting in a undesirable burring can occur (see above in this regard). At the end of step V, the cutting operation is completed and the material to be cut is severed along the cutting line in a short processing time and with a high cut edge quality.

In den Stufen III bis V ist gegenüber der jeweils vorausgehenden Stufe insbesondere eine Reduzierung der Strahlführungsgeschwindigkeit oder eine Reduzierung der Anzahl der Durchläufe pro Zeitintervall (entspricht hier der zeitlichen Länge einer Stufe) vorgesehen. Dies dient dem Herbeiführen von Überdeckungen der Laserschneidpunkte auf dem bzw. in dem zu schneidenden Material, um einen glatten, rasterfreien Durchschnitt zu erhalten. Die modulierten Laserpulse der Stufen III bis V sind in der 6 nicht dargestellt.In stages III to V, a reduction in the beam-guiding speed or a reduction in the number of passes per time interval (corresponding to the time length of one stage) is provided in particular with respect to the respective preceding stage. This serves to create overlaps of the laser cutting points on the material to be cut in order to obtain a smooth, grid-free average. The modulated laser pulses of stages III to V are in the 6 not shown.

Wie sich sehr gut aus der Darstellung in 5 ergibt, ist die zu den Rechteckgrößen korrespondierende Laserstrahlenergie von der zweiten Stufe II bis zur fünften Stufe V abnehmend, was aufgrund der zunehmenden Aufheizung infolge der Wärmeeinbringung in das zu schneidende Material erforderlich ist. Selbstverständlich kann der Schneidvorgang auch mehr oder weniger als fünf Stufen umfassen. Zudem kann die zeitliche Länge der einzelnen Stufe von der gezeigten Darstellung abweichen.As is very good from the presentation in 5 results, the laser beam energy corresponding to the rectangle sizes from the second stage II to the fifth stage V is decreasing, which is required due to the increasing heating due to the heat input into the material to be cut. Of course, the cutting process may include more or less than five stages. In addition, the time length of the individual stage may differ from the illustration shown.

Es ist vorgesehen, dass die Parameter innerhalb einer Stufe im Wesentlichen konstant gehalten werden. Dies schließt aber nicht aus, das die Einstellungen der Parameter auch innerhalb einer Stufe verändert werden können. Die Einstellungen für alle Stufen werden bevorzugt im Voraus manuell vorgenommen und in der Steuereinheit der Vorrichtung abgespeichert und während des Schneidvorgangs abgerufen. Alternativ oder ggf. auch ergänzend können die Einstellungen ggf. auch in einem Regelkreis vorgenommen und/oder verändert werden. Ferner kann eine lernende Steuerung vorgesehen sein, bei der zumindest stichprobenartig die Ergebnisse abgeschlossener Schneidvorgänge automatisch inspiziert und hierauf basierend die Einstellungen für nachfolgende Schneidvorgänge verändert werden.It is envisaged that the parameters are kept substantially constant within a stage. However, this does not rule out that the settings of the parameters can also be changed within one level. The settings for all stages are preferably made manually in advance and stored in the control unit of the device and retrieved during the cutting process. Alternatively or possibly also in addition, the settings may also be made and / or changed in a control loop. Furthermore, a learning control can be provided, in which the results of completed cutting processes are automatically inspected at least randomly and, based thereon, the settings for subsequent cutting operations are changed.

Die vorausgehenden Ausführungen zeigen, dass mittels eines modulierten Laserstrahls eine sehr flexible Gestaltung des Schneidvorgangs möglich ist.The preceding explanations show that a very flexible design of the cutting process is possible by means of a modulated laser beam.

4 zeigt exemplarisch den Temperaturverlauf in einem zu schneidenden Material M unmittelbar nach Einbringen des Schneidspalts S, in einer schematischen Schnittansicht, die im Wesentlichen der Schnittansicht der 2 entspricht. Bei dem Material M handelt es sich beispielhaft um ein Stahlblechmaterial, welches mit einer Lackschicht U beschichtet ist. Der als Linie dargestellte örtliche Temperaturverlauf ist mit ϑ bezeichnet. Z. B. liegt die Temperatur ϑ im Schneidspalt S oberhalb von 2000°C und damit oberhalb des Sublimationspunkts für Stahl. Der wesentliche Teil der mittels eines Laserpulses eingebrachten Wärme fließt in das den Schneidspalt S umgebende Material M ab, so dass sich ein in etwa glockenförmiges Temperaturgefälle einstellt, wie dargestellt. 4 shows an example of the temperature profile in a material to be cut M immediately after introduction of the cutting gap S, in a schematic sectional view, which is substantially the sectional view of 2 equivalent. By way of example, the material M is a sheet steel material which is coated with a lacquer layer U. The local temperature profile shown as a line is denoted by θ. For example, the temperature θ in the cutting gap S is above 2000 ° C and thus above the sublimation point for steel. The essential part of the heat introduced by means of a laser pulse flows into the material M surrounding the cutting gap S, so that an approximately bell-shaped temperature gradient occurs, as shown.

Während der ersten Stufe I kann die Lackschicht bezüglich der Schneidbahn großflächiger abgetragen werden, um beim anschließenden Schneidabtragen in den Stufen II und folgende eine unerwünschte Lackdelamination und/oder Lackverbrennungen zu verhindern. 4 zeigt, dass die Ränder der Lackschicht U gegenüber den Rändern des Schneidspalts S um einen Abstand V zurückgesetzt sind. D. h. die Lackschicht wird entlang der Schneidbahn z. B. mit einer größeren Bahnbreite abgetragen, was z. B. dadurch realisiert werden kann, dass der modulierte Laserstrahl während der ersten Stufe I mehrere zu der Schneidbahn konzentrische Bahnen durchläuft oder der Laserfokus größer eingestellt wird oder eine Zick-Zack-Anordnung der einzelnen Laserschneidpunkte erfolgt. Dies ist im Übrigen nicht auf den Einsatz eines modulierten Laserstrahls begrenzt, sondern ließe sich ebenso mit einem gütegeschalteten Laser realisieren.During the first stage I, the lacquer layer can be removed over a large area with respect to the cutting path, in order to prevent unwanted lacquer delamination and / or lacquer burns during the subsequent cutting removal in steps II and following. 4 shows that the edges of the paint layer U are set back from the edges of the cutting gap S by a distance V. Ie. the paint layer is z along the cutting path. B. removed with a larger web width, which z. B. can be realized by the fact that the modulated laser beam during the first stage I passes through several concentric to the cutting path tracks or the laser focus is set larger or a zigzag arrangement of the individual laser cutting points. Incidentally, this is not limited to the use of a modulated laser beam, but could also be realized with a Q-switched laser.

Die Grenztemperatur für die Lackschicht, die während des gesamten Schneidvorgangs nicht überschritten werden darf, beträgt z. B. 140°C. Um zu gewährleisten, dass der Abstand V zwischen der abgetragenen Lackschicht U und dem Schneidspalt S möglichst gering ist, sollte der glockenförmige Temperaturverlauf ϑ steile Flanken aufweisen. Ein steiler Flankenverlauf kann insbesondere durch die Einstellung der Parameter unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften des Materials M (Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, Dicke usw.) herbeigeführt werden.The limit temperature for the lacquer layer, which must not be exceeded during the entire cutting process, is z. B. 140 ° C. In order to ensure that the distance V between the removed lacquer layer U and the cutting gap S is as small as possible, the bell-shaped temperature profile θ should have steep flanks. A steep slope can be brought about in particular by the adjustment of the parameters taking into account the material properties of the material M (thermal conductivity, heat capacity, thickness, etc.).

Gegebenenfalls kann es erforderlich sein, im Anschluss an den Schneidvorgang die ausgebildeten Schnittkanten in einem separaten Arbeitsschritt zu versiegeln. Dies trifft insbesondere auf beschichtete und insbesondere lackierte Blechmaterialien zu. Auch in dieser Hinsicht erscheint es sinnvoll, dass sich ein Temperaturverlauf ϑ mit möglichst steilen Flanken einstellt, weil dann die zu versiegelnden Flächen (entlang der Abstände V; vgl. 4) zwischen den Rändern der Lackschicht U und den Rändern des Schneidspalts S klein ausfallen können.Optionally, it may be necessary to seal the formed cut edges in a separate step following the cutting operation. This applies in particular to coated and in particular painted sheet materials. In this regard, it also makes sense that a temperature profile θ adjusts with as steep flanks as possible, because then the surfaces to be sealed (along the distances V; 4 ) between the edges of the lacquer layer U and the edges of the cutting gap S can be small.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtung (erfindungsgemäß)Device (according to the invention)
22
Faserlaserfiber laser
2121
Strahlenquelleradiation source
2323
Faser (Wellenleiter)Fiber (waveguide)
33
AblenkeinrichtungDeflector
31 31
Kupplung (Auskoppeloptik)Coupling (coupling-out optics)
3232
Fokussiermittelfocusing
3333
Ablenkmitteldeflecting
3434
Fensterwindow
44
Roboterarmrobot arm
55
Steuereinheitcontrol unit
66
Querstromdüsecross jet nozzle
aa
Ausbringung (aus Schneidspalt)Application (from cutting gap)
bb
Ausbringung (aus Schneidspalt)Application (from cutting gap)
dd
Distanz (Ablenkeinrichtung, Material) PulsintensitätDistance (deflector, material) Pulse intensity
nn
Anzahl der DurchläufeNumber of passes
p1, p2p1, p2
Laserpulselaser pulses
tt
ZeitTime
x, y, zx, y, z
Raumrichtungenspatial directions
BB
Schneidbahn, SchnittlinieCutting path, cutting line
CC
Querströmungcrossflow
FF
Modulationsfrequenzmodulation frequency
GG
SublimationsanteilSublimationsanteil
II
Laserstrahlintensitätlaser beam intensity
LL
modulierter Laserstrahlmodulated laser beam
MM
Material (Werkstück/Bauteil)Material (workpiece / component)
PP
Laserstrahlleistunglaser beam power
RR
Führungsrichtung LaserstrahlGuiding direction of laser beam
S1, S2S1, S2
LaserschneidpunkteLaser cutting points
SS
Schneidspaltcutting gap
TT
zeitlicher Ablaufschedule
UU
Lackschicht, BeschichtungLacquer coating, coating
VV
Abstanddistance
I bis VI to V
Stufen, BearbeitungsstufenStages, processing stages
δδ
zeitliche Pulslängetemporal pulse length
εε
LaserpulsenergieLaser pulse energy
ϑθ
Temperatur, TemperaturverlaufTemperature, temperature profile
ττ
Taktzeit (Taktlänge)Cycle time (cycle length)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102004039023 A1 [0002, 0010, 0025] DE 102004039023 A1 [0002, 0010, 0025]

Claims (15)

Verfahren zum Schneiden von Material (M) mittels wenigstens eines Laserstrahls, der das Material (M) entlang einer gewünschten Schneidbahn (B) durch Aufbringen einer Vielzahl von Laserpulsen (p1; p2) schneidet, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl ein modulierter Laserstrahl (L) ist, bei dem zumindest die Pulslänge (δ) der Laserpulse (p1; p2) im Wesentlichen frei gewählt werden kann.Method for cutting material (M) by means of at least one laser beam which cuts the material (M) along a desired cutting path (B) by applying a plurality of laser pulses (p1, p2), characterized in that the laser beam is a modulated laser beam (L ), in which at least the pulse length (δ) of the laser pulses (p1, p2) can be selected substantially freely. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ferner auch die Intensität (i) der Laserpulse (p1; p2) und/oder der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Laserpulsen (p1; p2) und/oder die Modulationsfrequenz (F) und/oder die Strahlführungsgeschwindigkeit des modulierten Laserstrahls (L) als weitere Parameter im Wesentlichen frei gewählt werden kann/können.Method according to claim 1, characterized in that furthermore the intensity (i) of the laser pulses (p1; p2) and / or the time interval between two successive laser pulses (p1; p2) and / or the modulation frequency (F) and / or the Beam control speed of the modulated laser beam (L) can be selected as other parameters substantially free / can. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schneidvorgangs zumindest die Pulslänge (δ) der Laserpulse (p1; p2) verändert wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that during the cutting operation at least the pulse length (δ) of the laser pulses (p1, p2) is changed. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schneidvorgangs ferner wenigstes ein weiterer Parameter verändert wird.Method according to claim 3, characterized in that at least one further parameter is changed during the cutting process. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schneidvorgangs wenigstens einer der Parameter zumindest in einem Zeitintervall konstant gehalten wird.A method according to claim 3 or 4, characterized in that during the cutting process at least one of the parameters is kept constant at least in a time interval. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schneidvorgangs die Schneidbahn (B) von dem modulierten Laserstrahl (L) wiederholt durchlaufen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cutting path (B) is repeatedly traversed by the modulated laser beam (L) during the cutting process. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim wiederholten Durchlaufen der Schneidbahn (B) die Strahlführungsgeschwindigkeit des modulierten Laserstrahls (L) verändert wird und/oder der Startpunkt für einen Durchlauf mit einem variablen Offset versehen wird und/oder der zeitliche Abstand zwischen den Laserpulsen (p1; p2) verändert wird, um zwischen den einzelnen Durchläufen einen Versatz der durch die Laserpulse (p1; p2) verursachten Laserschneidpunkte (S1; S2) auf dem zu schneidenden Material (M) zu erhalten.A method according to claim 6, characterized in that during repeated passage through the cutting path (B), the beam guiding speed of the modulated laser beam (L) is changed and / or the starting point is provided for a run with a variable offset and / or the time interval between the laser pulses (p1; p2) is changed in order to obtain, between the individual passes, an offset of the laser cutting points (S1; S2) caused by the laser pulses (p1; p2) on the material (M) to be cut. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidvorgang mehrere Stufen umfasst, wobei zumindest die Pulslänge der Laserpulse (p1; p2) zwischen zwei einzelnen Stufen verändert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cutting process comprises a plurality of stages, wherein at least the pulse length of the laser pulses (p1; p2) is changed between two individual stages. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei einzelnen Stufen ferner wenigsten ein weiterer Parameter verändert wird.Method according to Claim 8, characterized in that at least one further parameter is changed between two individual stages. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mehrstufige Schneidvorgang zumindest drei Stufen (I bis III) umfasst: eine erste Stufe (I) zum Abtragen einer Oberflächenbeschichtung (U) auf dem zu schneidenden Material (M), eine zweite Stufe (II) mit einer veränderten Pulslänge der Laserpulse (p2) zum Schneidabtragen des zu schneidenden Materials (M), und eine dritte Stufe (III) mit einer veränderter Strahlführungsgeschwindigkeit des modulierten Laserstrahls (L) zum Durchschneiden des zu schneidenden Materials (M).A method according to claim 8 or 9, characterized in that the multi-stage cutting process comprises at least three stages (I to III): a first stage (I) for removing a surface coating (U) on the material to be cut (M), a second stage ( II) with an altered pulse length of the laser pulses (p2) for cutting removal of the material to be cut (M), and a third stage (III) with a changed beam guiding speed of the modulated laser beam (L) for cutting the material to be cut (M). Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schneidvorgangs die zweite Stufe (II) und dritte Stufe (III) abwechselnd mit wenigsten einem veränderten Parameter ausgeführt werden.A method according to claim 10, characterized in that during the cutting operation, the second stage (II) and third stage (III) are carried out alternately with at least one changed parameter. Vorrichtung (1) zur Durchführung eines Verfahrens zum Schneiden von Material (M) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, umfassend: eine Laserquelle (2), wobei der erzeugte Laserstrahl ein modulierter Laserstrahl (L) ist, bei dem zumindest die Pulslänge der Laserpulse (p1; p2) im Wesentlichen frei gewählt werden kann; eine Ablenkeinrichtung (3) zur Lenkung des von der Laserquelle (2) erzeugten, modulierten Laserstrahls (L) auf dem zu schneidenden Material (M); und eine Steuereinheit (5) zur verfahrensgemäßen Steuerung der Laserquelle (2) und/oder der Ablenkeinheit (3).Contraption ( 1 ) for carrying out a method of cutting material (M) according to one of the preceding claims, comprising: a laser source ( 2 ), wherein the generated laser beam is a modulated laser beam (L) in which at least the pulse length of the laser pulses (p1; p2) can be selected substantially freely; a deflection device ( 3 ) for steering the laser source ( 2 ), modulated laser beam (L) on the material to be cut (M); and a control unit ( 5 ) for the control of the laser source according to the method ( 2 ) and / or the deflection unit ( 3 ). Vorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserquelle (2) ein Faserlaser ist.Contraption ( 1 ) according to claim 12, characterized in that the laser source ( 2 ) is a fiber laser. Vorrichtung (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Einrichtung (6) zur Erzeugung einer Querströmung (C) zum modulierten Laserstrahl (L) umfasst ist.Contraption ( 1 ) according to claim 12 or 13, characterized in that further comprises means ( 6 ) for generating a transverse flow (C) to the modulated laser beam (L) is included. Verwendung eines Verfahrens und/oder einer Vorrichtung (1) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche zum Schneiden von Karosserieblechen und insbesondere zum Schneiden von beschichteten und/oder lackierten Karosserieblechen.Use of a method and / or a device ( 1 ) according to one of the preceding claims for cutting body panels and in particular for cutting coated and / or painted body panels.
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