DE102005006107A1 - Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks und Roboterhand - Google Patents

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Abstract

Um ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Laserstrahl, insbesondere mit einem Laserstrahl eines Laserroboters, wobei die aktuelle Leistung der Laserstrahlung unter Verwendung eines Sensors erfasst wird, und die Laserleistung auf den jeweiligen Bearbeitungsvorgang eingestellt wird, so auszubilden, dass die Abtragsleistung des Lasers auf einfache Weise genau zu überprüfen ist, wird vorgeschlagen, dass eine mit der (aktuellen) Absorptionsleistung des Lasersstrahls (2) in einem optischen Element im Strahlungsweg korrespondierende Messgröße erfasst wird und die Laserleistung unter Verwendung der Messgröße bestimmt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Laserstrahl, insbesondere mit einem Laserstrahl eines Laserroboters, wobei die aktuelle Leistung der Laserstrahlung unter Verwendung eines Sensors erfasst wird, und die Laserleistung auf den jeweiligen Bearbeitungsvorgang eingestellt wird sowie eine Roboterhand, durch die ein Laserstrahl auf ein Werkstück zu lenken ist, mit einem optischen Element, durch das der Laserstrahl vor dem Auftreffen auf das Werkstück hindurchtritt oder auf das der Laserstrahl vor dem Auftreffen auf das Werkstück auftrifft,.
  • Im Stand der Technik wird zur Kontrolle der Laserleistung eines Roboters ein Teil des Laserstrahls durch ein Prisma, das unmittelbar nach dem Laser eingesetzt ist, ausgekoppelt. Daraus wird die Laserleistung gemessen und proportional zum Auskoppelverhältnis, beispielsweise etwa 1 % der Gesamtleistung, hochgerechnet.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermeidung der Nachteile des Stands der Technik die Abtragungsleistung des Lasers auf einfache Weise genau zu überprüfen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein einführend dargestelltes Verfahren, wobei eine mit der (aktuellen) Absorptionsleistung des Laserstrahls in einem optischen Element im Strahlungsweg korrespondierende Messgröße erfasst wird und die Laserleistung unter Verwendung der Messgröße bestimmt wird Die Absorption in einem optischen Element gibt an, wieviel Energie aus dem auf- und/oder durchtretenden Laserstrahl in und/oder an dem optischen Element verbleibt. Durch Bestimmung der absorbierten Energiemenge bzw. einer damit korrespondierenden Messgröße wird dann erfindungsgemäß mittels eines Berechnungsver fahrens die auftreffende und/oder die Laserstrahlleistung unmittelbar nach Austritt aus dem Laser ermittelt. Die aktuelle (momentane) Absorption wird genutzt, um die Laserleistung der Durchstrahlung durch eine Ableitung zu ermitteln. Die Einwirkleistung des Lasers kann im gesamten Prozess erfasst und protokolliert werden, um eine reproduzierbare, konstante Abtragtiefe zu erreichen. Das vorgeschlagene Verfahren erlaubt auch die reproduzierbare Kontrolle von Bearbeitungen bei komplexen Werkstückgeometrien. Die Messung kann durch einfache Sensoren für eine der Absorption entsprechenden Messgröße erfolgen, die sehr klein und kompakt aufgebaut sein können und in die Roboterhand eingebaut sein können. Es wird in einem direkten Verfahren die Leistung der auf das Werkstück auftreffenden, materialabtragenden Strahlung gemessen, ohne dass beispielsweise ein Teil der Strahlung ausgekoppelt werden müsste.
  • Die Anordnung eines die Messgröße messenden Sensors sowie die Messung an sich kann an allen optischen Elementen der Roboterhand, die im Weg des Laserstrahls liegen, erfolgen, vorteilhaft dabei ist insbesondere das letzte optische Element. Optische Elemente können dabi Lisnesn oder bespielsweis eauch Spiegel sein. Durch die Messung der aktuellen Absorption werden insbesondere auch sich zeitlich ändernde Verschmutzungseffekte erfasst, die eine ebenfalls zeitabhängige Änderung der hindurchtretenden Laserleistung bewirken.
  • Durch das vorgeschlagene Messverfahren wird eine große Flexibilität bei der Messung und den Messverfahren ermöglicht. Auch geringe Losgrößen können exakt ohne größeren Einrichtungsaufwand bearbeitet werden. Es können Werkstücke mit beliebigen Dicken bearbeitet werden, wodurch die Konstruktion von Werkstücken vereinfacht ist. Durch die Messung ist eine exakte Einstellung der Laserstrahlleistung möglich, wodurch manuelle Nacharbeit entfällt und eine hohe Sicherheit und Zuverlässigkeit bei der Bearbeitung des Werkstücks gegeben ist. Auch Material mit Dickensprüngen hinter Trägern, beispielsweise Rippen, ist durch das erfindungsgemäße Verfahren unproblematisch zu bearbeiten.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die aktuelle Temperatur des optischen Elements, das insbesondere eine laserstrahlungsdurchlässige Linse, insbesondere eine Zinkselenid-Linse, ist, temperatursensorisch bestimmt wird. Durch den absorbierten Teil der Strahlungsleistung, also beispielsweise durch eine erhöhte Verschmutzung des optischen Elements, erhöht sich die in dem optischen Element enthaltenen Wärmeenergie. und damit die Temperatur. Die Wärmeenergie wird dann mittels eines Temperatursensors bestimmt. Hierdurch ist eine sehr genaue und von geometrischen Effekten unabhängige Messung möglich. Zudem ist die Messung unabhängig von dem zu bearbeitenden Werkstoff und der Werkstückanordnung. Zur Gewährleistung einer gleichmäßige Bearbeitung eines Werkstücks ist es jedoch bei gleichbleibenden Werkstückeigenschaften ein Ziel, dass die Laserleistung am Werkstück konstant bleibt. Um dies zu erreichen wird die aus dem Laser austretende Leistung erhöht.
  • Eine einfache und zugleich sehr genaue Messung ist möglich, wenn die Messung pyrometrisch, insbesondere. berührungslos, erfolgt. Durch die berührungslose Anordnung wird zudem eine eventuelle Beschädigung der Oberfläche des optischen Elements vermieden. Die Pyrometer können in der Roboterhand versteckt angeordnet werden, so dass keine Behinderung bei einer Werkstückbearbeitung oder einem Werkzeugwechsel auftritt. Die Sensoren weisen zudem keinen Verschleiß auf.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die Wärmeenergie oder eine korrespondierende Messgröße, insbesondere die Temperatur, am bezogen auf den Strahlungsweg letzten optischen, einen Teil der Wärmeleistung absorbierenden Element bestimmt wird. Da die Messung der Absorptionsenergie lediglich an derm letzten Element, insbesondere der letzten Linse, erfolgt, wird nur die Leistung des bis dorthin gelangten Laserstrahls gemessen und es werden somit keine Reflektionstoleranzen der vorhergehenden Spiegel oder Fehler/Toleranzen des Laserkopfes/der Laserquelle mit einbezogen. An diesem letzten Element ist die Strahlungsleistung repräsentativ für die gesamte nach dem Austritt aus dem Laser auf dem Weg durch die Roboterhand absorbierte Strahlung. Alle bisherigen Toleranzen aus dem Laserkopf, insbesondere den optischen Elementen der Strahlführung, werden hierdurch ausgeschlossen. Zudem ist hier die direkt auf das Werkstück auftreffende Laserleistung zu messen, so dass unmittelbar überprüft werden kann, ob eine zur Bearbeitung ausreichende Laserleistung vorliegt.
  • Vorteilhaft ist es, wenn der Temperatursensor die Wärmeleistung an einer dem Laser zugewandten Innenseite des optischen Elements misst. Die Absorption findet hauptsächlich auf der Oberfläche der Linse statt. An der Innenseite des Elements sind keine Verschmutzungen aus Bereichen außerhalb der Roboterhand vorhanden. Der Sensor ist zudem vorzugsweise im Kopf des Roboters untergebracht und schaut insbesondere mittig auf die Linse, auf die gleiche Fläche wie der durchdringende Strahl, so dass kein Einfluss der Trägheit durch Wärmewiderstand und Wärmekapazität stattfindet.
  • Eine gute lokale Auflösung der zu messenden Bereich des optischen Elements wird möglich, wenn mehrere Temperatursensoren zur Messung eingesetzt werden, die insbesondere ringförmig unter Winkeln von etwa 45° und/oder etwa 90 ° zueinander angeordnet werden, und insbesondere mehrere Einheiten mit ringförmig angeordneten Temperatursensoren vorgesehen sind. Zudem ist hierdurch eine weitere Absicherung der Messwerte gegeneinander gegeben, so dass Abweichungen eines Sensors leicht eliminiert werden können.
  • Arbeiten mit sehr niedrigen Leistungen und Bearbeitungstiefen können durchgeführt werden, wenn ein CO2-Laser verwendet wird, insbesondere zur Bearbeitung von Werkstücken, welche aus Kunststoffen bestehen oder mit Kunststoffen hergestellt sind. Kunststoffbauteile können auf diese Weise mit einer erfindungsgemäß gesteuerten CO2-Laserstrahlung so gezielt perforiert werden, dass sichtbare Oberflächen dabei nicht beschädigt werden. Dies kann eingesetzt werden, um hinterspritzte Teile mit Sollbruchstellen für Airbags auszustatten, beispielsweise in Tür- und Innenverkleidungsteilen und in Sitzen sowie in stoffbezogenern Instrumententafeln. Durch die vorliegende Erfindung wird eine prozesssichere Technologie für die Erzeugung von Sollbruchstellen mit Laser bereitgestellt.
  • Durch Mikroperforationslinie wird Material so geschwächt, dass es im Fall der Auslösung des Airbags genau an der Stelle reißt. Damit können die Bauteile definiert geschwächt werden, ohne die optische Qualität der sichtbaren Vorderseite des Materials einzuschränken. Durch die genaue Messung und Steuerung der Laserleistung ist eine Erzeugung von Mikroperforationslöchern mit einer definierten Restwanddicke aufgrund der exakten Kontrolle des Materialabtrags mit dem Laser auf einfache Weise möglich. Das Werkstück wird dabei zwischen Laserquelle und Sensor bewegt. Der Strahl des CO2-Lasers mit einer Wellenlänge von beispielsweise 10,6 μm bohrt sich so lange in das Material bis ein "Sackloch" gebohrt ist, das von der Gutseite nicht sichtbar ist. Durch Aneinanderreihen von vielen derartigen Löchern entsteht eine Sollbruchlinie. Sehr kleine Mikroperforationslöcher können eng aneinander gereiht werden, wobei die Tiefe jedes Loches über die schon beschriebene Sensorik geregelt wird. Auf diese Weise ist die reproduzierbare Herstellung einer konstanten Restwandstärke möglich. Es kann auch eine Bearbeitung geringer Lochtiefen oder lediglich eines Oberflächenabtrags vorgenommen werden. Ein CO2-Laser mit 300 W Leistung kann beispielsweise Abtragsgeschwindigkeiten zwischen 30 mm/s bei einem Tiefenschnitt beispielsweise in ABS und bis 500 mm/s beispielsweise auf einer Oberfläche von Silikate/Gläsern erreichen.
  • Zur Anwendung des Verfahrens kann vorteilhaft auch ein YAG-Laser, beispielsweise Neodym oder Yitter, oder ein Diodenlaser verwendet werden, um unterschiedliche Werkstückmaterialien und/oder Werkstückgeometrien bearbeiten zu können. Dazu wird dann jeweils ein an die Laserleitung und die jeweilige Geometrie des Roboters angepasster Sensor zur Messung der mit der Absorption korrespondierenden Messgröße eingesetzt.
  • Eine nahezu unmittelbare Bestimmung der Laserleistung des jeweiligen Bearbeitungsprozesses liegt vor, wenn die Laserleistung während eines Bearbeitungsprozesses und/oder vor und/oder nach einem Bearbeitungsprozess bestimmt wird.
  • Vorteilhaft ist es, wenn eine Steuerung und/oder Regelung des Bearbeitungsprozesses mittels Bestimmung der Laserleistung, Auswertung der Messgröße und Anpassung der Laserleistung vorgenommen wird. Zur Bestimmung und Protokollierung der einwirkenden Laserenergie auf das Bauteil wird mittels eines Pyrometers berührungslos die Oberflächentemperatur des durch die Laserstrahlung erwärmten letzten optischen Elements, beispielsweise einer Zinkselenid-Linse mit einem Absorptionsgrad von 0,2-0,3 Absorption gemessen und einer Auswerteeinheit zugeführt. Hierruch kann aus der Messgröße, die unter Berücksichtigung des Reflektionsgrads bzw. Durchlässigkeitsgrads eine Abhängigkeit zur ursprünglich emittierten Laserleistung zum aufweist, die vom Laser ursprünglich emittierte Laserleistung ermittelt werden.
  • Vorteilhaft ist es, wenn zur Abstimmung der Laserleistung ein Vergleich mit Referenzdaten, insbesondere materialspezifischer Referenzdaten, zur Bearbeitungstiefe bei der entsprechenden Laserleistung erfolgt. Durch Vergleich und Abstimmung mit einer Datensammlung des zu bearbeitenden Werkstücks kann eine besonders zuverlässige Bearbeitung erfolgen.
  • Vorteilhaft zur zeitunabhängiggen Auswertung und zum Vergleich mit vorbestimmten Referenzdaten ist es, wenn die ermittelten Daten zur Kontrolle der Laserleistung einer Auswerteeinheit zugeführt werden.
  • Eine sehr genaue Laserleistungseinstellung kann vorgenommen werden, wenn Parameter der Regelung die Laservorschubgeschwindigkeit und die Materialdicke und/oder die Materialdichte sind. Die Laserstrahlung wird wesentlich in Abhängigkeit von der Dicke des Materials sowie durch seine Dichte absorbiert, wodurch das Werkstück bearbeitet werden kann. Je langsamer der Laserstrahl über die zu bearbeitenden Bereich fährt, desto mehr Energie wird dort eingebracht, was zu einer verstärkten Abtragung führt. Die Regelung der Laserleistung, die aus der durch den Sensor bestimmten Messgröße ermittelt wird, kann somit effektiv in Abhängigkeit dieser Parameter erfolgen.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die Dickenmessung, insbesondere beispielsweise mit Hilfe einer Befestigung eines Messorgans an einem Spannbügel, und/oder eine Messung der Materialeigenschaften, insbesondere der Dichte, offline oder online erfolgt. Somit kann die Sensormessung zur Leistungsbestimmung und somit indirekten Dickenbestimmung mit einem Verfahren zur direkten Messung der Restwandstärke verglichen werden.
  • Um eine gleichmäßig hohe Qualität der Bearbeitung zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, dass zur Referenzierung der Bestimmung der Laserleistung, insbesondere des Temperatursensors, eine externe Lasermessung mittels eines Leistungsmessgeräts, insbesondere eines Powermeters, insbesondere vor jedem Bearbeitungsprozess, und/oder für eine vorbestimmte Anzahl von Bearbeitungsprozessen, vorgenommen wird. Vor dem Abtragungsprozess wird der momentane Absorptionsgrad der Linsenoberfläche mit einem externen Laserleistungsmessgerät, besipeilsweise einem Powermeter, abgeglichen. Hierdurch wird verhindert, dass eventuelle Verschmutzungen oder Verschleiß in bestimmten Bereichen des Laserkopfes Einfluss auf die einwirkende Laserenergie auf das Bauteil haben. Es wird somit die Laserleistung am Austritt der Roboterhand mit dem Powermeter gemessen und bei Verschleiss der Laserstrahlquelle und/oder zu hoher Absorption durch Erhöhung des Verschmutzungsgrads durch Verlängerung des Zyklus am Laser nachgestellt. Durch die zusätzliche, externe Referenzmessung der Laserleitung wird durch Vergleich mit den Ergebnissen des Temperatursensors sichergestellt, dass ein fester Wert als Laserleistung auf das Werkstück trifft und beispielsweise keine Drift oder veränderte Funktionalität des Temperatursensors zu einer Veränderung der eigentlichen Messgröße führt. Zur Vereinfachung und Beschleunigung des Bearbeitungsprozesse kann eine derartige Referenz- und Kontrollmessung regelmäßig nach einer vorbestimmten Anzahl von Bearbeitungsvorgängen erfolgen, wobei die Anzahl an die Ergebnisse der Messung angepasst werden kann.
  • Vorteilhaft ist es, wenn mittels der Bestimmung der Laserleistung eine Qualitätsbewertung, insbesondere eine „in Ordnung"/"nicht in Ordnung"-Auswertung, für die Werkstücke vorgenommen wird. Wird bei einer an die Bearbeitung des Werkstücks anschließenden, beispielsweise zerstörenden Prüfung ein fehlerhaftes Werkstück ermittelt, dessen Eigenschaften außerhalb eines Toleranzfeldes liegen, müssen nicht alle vorhergehenden Werkstücke aussortiert werden, sondern anhand der ermittelten Daten kann diese Sortierung auf das gemessene Werkstück bzw. auf die Werkstücke beschränkt werden, die innerhalb eines Powermeterkontrollmesszyklus bearbeitet wurden. Die Auswertungsdaten können dann an eine Einheit zur IO/NIO Deklarierung des Bauteils geschickt werden.
  • Ein besonders vorteilhafter Einsatzbereich ist es, wenn die Bearbeitung Trennen, Schweißen und/oder Materialabtragung, insbesondere eine Materialschwächung, insbesondere eine Oberflächenbearbeitung oder eine Perforation ist. Auch Materialien mit unterschiedlichen Dicken oder Qualitäten können mit dem vorgeschlagenen Verfahren so getrennt werden, dass die Steuerung durch die Sensorsignalauswertung nicht beschädigt wird. Der Sensor ist in jedem Trenn – bzw. Schneidzustand auch bei hohen Laserleistungen voll einsatzfähig und immer in seinem normalen Einsatzbereich.
  • Vorteilhaft ist es, wenn zur Herstellung eines Schwächungsbereichs des Werkstücks, insbesondere einer resultierenden Schwächungslinie, Materialschwächungslöcher, insbesondere materialschwächende Sacklöcher oder Perforationslöcher, eingebracht werden, wobei die Art der Materialschwächungslöcher, der Abstand der Materialschwächungslöcher zueinander und/oder die Kontur der Materialschwächungslöcher an die Material- und/oder Werkstückanforderungen angepasst werden. Die Materialschwächung kann aus einem Abtragen des Werkstückmaterial bis in eine vorbestimmte Tiefe bestehen. Die Materialschwächung kann lokal begrenzt vorgenommen werden, beispielsweise in vorbestimmten Linienformen, wobei die Linien auf ihrer ganzen Länge bis in eine bestimmte Tiefe abgetragen werden oder lediglich kurze Linienstücke jeweils tief abgetragen werden und dazwishen Haltestege stehen bleiben. Die kurzen Linienstücke können bis zu einer annähernden Pubktlochform verkürzt werden, wobei dann eine große Anzahl Löche, perlenschnurähnlich in dem vorbestimmten Linienbereich eingebracht werden. Die Löcher können Sacklöcher sein, also noch einen Boden aus dem Material aufweisen oder im Sinne einer Perforierung das Material jeweils an der Lochstelle durchbrechen. Durch das vorgeschlagene Verfahren ist eine leicht und genau regel- und/oder steuerbare Vorrichtung zur Abtragung gegeben.
  • Vorteilhaft ist es, wenn Sacklöcher mit alternierender Restwandstärke in einen Mehrschicht-Verbundwerkstoff, auf die Dicke des jeweiligen Materials abgestimmt, eingebracht werden. Hierdurch wird einerseits eine ausreichende Stabilität des Wandmaterials im täglichen Gebrauch gewährleistet. Auch eventuell schwer zu durchdringende Schichten können somit in einem Airbagsystem verwendet werden, wenn die angrenzenden, bearbeitbaren Schichten bis an die erstgenannte Schicht heran abgetragen werden.
  • Zur Herstellung von beispielsweise Airbagabdeckungen, ist es vorteilhaft, wenn die Materialschwächung in kunststoffbasierten, einschichtigen oder mehrschichtigen Werkstücken, insbesondere Instrumententafeln eingebracht wird.
  • Vorteilhaft ist es, wenn eine prozessadaptive Steuerungs- und/oder Regelungssoftware verwendet wird, die auf Basis der jeweils aktuellen Prozessparameter die Folgeparameter definiert. Zur Kontrolle der einzelnen Ausdünnungsschritte wird der Sensor innerhalb eines Toleranzbereichs um einen Mittelwert als Ausgabewert des Sensors gehalten. Dieser Wert entspricht einer bestimmten Linsentemperatur. Die Auswertung der Messgrößen kann während und/oder nach Abschluss des Abtragungsprozesses erfolgen, beispielsweise kann eine Übertragung im Abstand von 30 ms in einen Messwertspeicher, sowie Auswertung nach Abschluss der Bearbeitung erfolgen.
  • Die eingangs genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Roboterhand, durch die ein Laserstrahl auf ein Werkstück zu lenken ist, mit einem optischen Element, durch das der Laserstrahl vor dem Auftreffen auf das Werkstück hindurchtritt oder auf das der Laserstrahl vor dem Auftreffen auf das Werkstück auftrifft, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei ein Temperatursensor zur Messung von Wärmeenergie an oder in der Nähe der Roboterhand angeordnet ist, der die Wärmeenergie des optischen Elements misst.
  • Durch die Roboterhand wird somit einerseits der Laserstrahl auf das Werkstück gelenkt und zugleich kann eine Messung der Laserleistung direkt vor dem Auftreffen auf das Werkstück gemessen werden. Die Anordnung ist wenig störanfällig, weil der Sensor an oder in der Nähe der Roboterhand untergebracht ist. Es ist keine zusätzliche Vorrichtung zur Messung der Laserleistung erforderlich, die den Arbeitsbereich des Roboters einschränken und stören könnte.
  • Wenn der Temperatursensor so angeordnet ist, dass die Temperatur an der dem Laserstrahl zugewandten Seite des optischen Elements zu messen ist. kann die Laserleitung in einem zusätzlich durch Prozessgas geschützten Raum erfolgen. Die Messung wird nicht durch Umgebungsparameter beeinflusst.
  • Vorteilhaft ist es, wenn der Temperatursensor ein Pyrometer ist. Hierdurch kann bei zugleich kompakter Bausweise eine zuverlässige, berührungslose Messung erfolgen.
  • Eine besonders kompakte Anordnung liegt vor, wenn der Temperatursensor in der Wand der Roboterhand angeordnet ist, insbesondere in einem Winkel zum optischen Element, insbesondere etwa einem 45° Winkel.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert sind.
  • Es zeigen:
  • 1 einen seitlichen Querschnitt durch eine Roboterhand mit einem Sensor und
  • 2 eine Aufsicht auf einen Ausschnitt einer Roboterhand mit einem Sensor.
  • 1 zeigt einen seitlichen Querschnitt durch eine Roboterhand 6 mit einem Sensor 1. Der Sensor 1 ist hier ein Temperatursensor, der pyrometrisch die momentane Temperatur des letzten optischen Elements 3, bestehend hier insbesondere aus einer Linse 4, misst. Der Sensor 1 ist in einer Außenwand 5 der Roboterhand 6 so angeordnet, dass er die Temperatur an einer Innenseite 7 der Linse 4 misst. Durch diese Linse tritt der Laserstrahl 2, der durch die Roboterhand 6, reflektiert beispielsweise an einem Spiegel 8 bis zum Austrittsbereich 9 der Roboterhand 6 geführt wird. In diesem Austrittsbereich 9 ist die Linse 4 zur Fokussierung des Laserstrahls 2 angeordnet, der anschließend zur Bearbeitung auf eine Werkstück geleitet wird. Der Sensor 1 ist vorzugsweise winklig, etwa in einer 45° Position zu der Innenseite 7 der Linse 4 angeordnet. Hierdurch wird eine Störung des Laserstrahls 2 in der Roboterhand 6 vermieden und zugleich ein kompakter Aufbau der Roboterhand 6 gewährleistet. Der Sensor 1 kann leicht mit Hilfe von vorzugsweise verdeckt geführten Kabeln versehen werden, wobei die Kabel in oder durch eine Abdeckung 10 angeordnet werden.
  • Durch die vorgeschlagene Vorrichtung ist eine prozessunabhängige Messung und Kontrolle der Laserleistung am Werkstück möglich. An diesem letzten Element, an dem die Laserleitung bestimmt wird, ist die Strahlungsleistung repräsentativ für die gesamte nach dem Austritt aus dem Laser auf dem Weg durch die Roboterhand absorbierte Strahlung. Die Laserleistung wird hierzu empirisch mit Hilfe des Sensors 1 bestimmt, insbesondere in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Laserstrahls. Die Laserleistung wird während des Materialabtrags auf dem Werkstück ständig gemessen, wodurch somit eine Ermittlung über die werkstücknahe Linse in das Werkstück eingebrachte Absorptionsenergie ermöglicht wird.
  • Die Messdaten, die vom Sensor in der Roboterhandaußenwand gemessen werden, werden über die Kabel weitere an eine Auswerteeinheit geleitet, um dort über eine Auswertesoftware die eventuell notwendigen Änderungen an der Laserleitung des Lasers vornehmen zu können.
  • 2 eine Aufsicht auf einen Ausschnitt einer Roboterhand 6 mit einem Sensor 1. Der Sensor 1 ist seitlich in der Außenwand 5 eingebracht und auf einfache Weise über eine Abdeckung 10 befestigt.
  • 1
    Sensor
    2
    Laserstrahl
    3
    optisches Element
    4
    Linse
    5
    Außenwand
    6
    Roboterhand
    7
    Innenseite
    8
    Spiegel
    9
    Austrittsbereich
    10
    Abdeckung

Claims (25)

  1. Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Laserstrahl, insbesondere mit einem Laserstrahl eines Laserroboters, wobei die aktuelle Leistung der Laserstrahlung unter Verwendung eines Sensors erfasst wird, und die Laserleistung auf den jeweiligen Bearbeitungsvorgang eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der (aktuellen) Absorptionsleistung des Laserstrahls (2) in einem optischen Element im Strahlungsweg korrespondierende Messgröße erfasst wird und die Laserleistung unter Verwendung der Messgröße bestimmt wird.
  2. Vefahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Temperatur des optischen Elements (3), das insbesondere eine laserstrahlungsdurchlässige Linse (4), insbesondere eine Zinkselenid-Linse, ist, temperatursensorisch bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung pyrometrisch, insbesondere berührungslos, erfolgt.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergie oder eine korrespondierende Messgröße, insbesondere die Temperatur, am bezogen auf den Strahlungsweg letzten optischen, einen Teil der Wärmeleistung absorbierenden Element (3) bestimmt wird.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (1) die Wärmeleistung an einer dem Laser zugewandten Innenseite (7) des optischen Elements (3) misst.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Temperatursensoren (1) zur Messung eingesetzt werden, die insbesondere ringförmig unter Winkeln von etwa 45° und/oder etwa 90 ° zueinander angeordnet werden, und insbesondere mehrere Einheiten mit ringförmig angeordneten Temperatursensoren (1) vorgesehen sind.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserleistung während eines Bearbeitungsprozesses und/-oder vor und/oder nach einem Bearbeitungsprozess bestimmt wird.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung und/oder Regelung des Bearbeitungsprozesses mittels Bestimmung der Laserleistung, Auswertung der Messgröße und Anpassung der Laserleistung vorgenommen wird.
  9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abstimmung der Laserleistung ein Vergleich mit Referenzdaten, insbesondere materialspezifischer Referenzdaten, zur Bearbeitungstiefe bei der entsprechenden Laserleistung erfolgt.
  10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Daten zur Kontrolle der Laserleistung einer Auswerteinheit zugeführt werden.
  11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Parameter der Regelung die Laservorschubgeschwindigkeit und die Materialdicke und/oder die Materialdichte sind.
  12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickenmessung und/oder eine Messung der Materialeigenschaften, insbesondere der Dichte, offline oder online erfolgt.
  13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Referenzierung der Bestimmung der Laserleistung, insbesondere des Temperatursensors (1), eine externe Lasermessung mittels eines Leistungsmessger insbesondere eines Powermeters, insbesondere vor jedem Bearbeitungsprozess, und/oder für eine vorbestimmte Anzahl von Bearbeitungsprozessen, vorgenommen wird.
  14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Bestimmung der Laserleistung eine Qualitätsbewertung, insbesondere eine „in Ordnung"/"nicht in Ordnung"-Auswertung, für die Werkstücke vorgenommen wird.
  15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung Trennen, Schweißen und/oder Materialabtragung, insbesondere eine Materialschwächung, insbesondere eine Oberflächenbearbeitung oder eine Perforation ist.
  16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines Schwächungsbereichs des Werkstücks, insbesondere einer resultierenden Schwächungslinie, Materialschwächungslöcher, insbesondere materialschwächende Sacklöcher oder Perforationslöcher, eingebracht werden, wobei die Art der Materialschwächungslöcher, der Abstand der Materialschwächungslöcher zueinander und/oder die Kontur der Materialschwächungslöcher an die Material- und/oder Werkstückanforderungen angepasst werden.
  17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Sacklöcher mit einer alternierenden Restwandstärke in einen Mehrschicht-Verbundwerkstoff, auf die Dicke des jeweiligen Materials abgestimmt, eingebracht werden.
  18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschwächung in kunststoffbasierten, einschichtigen oder mehrschichtigen Werkstücken, insbesondere Instrumententafeln eingebracht wird.
  19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine prozessadaptive Steuerungs- und/oder Regelungssoftware verwendet wird, die auf Basis der jeweils aktuellen Prozessparameter die Folgeparameter definiert.
  20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein CO2-Laser verwendet wird, insbesondere zur Bearbeitung von Werkstücken, welche aus Kunststoffen bestehen oder mit Kunststoffen hergestellt sind.
  21. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein YAG-Laser oder ein Diodenlaser verwendet wird.
  22. Roboterhand (6), durch die ein Laserstrahl auf ein Werkstück zu lenken ist, mit einem optischen Element (3), durch das der Laserstrahl (2) vor dem Auftreffen auf das Werkstück hindurchtritt oder auf das der Laserstrahl vor dem Auftreffen auf das Werkstück auftrifft, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (1) zur Messung von Wärmeenergie an oder in der Nähe der Roboterhand (6) angeordnet ist, der die Wärmeenergie des optischen Elements (3) misst.
  23. Roboterhand nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (1) so angeordnet ist, dass die Temperatur an der dem Laserstrahl zugewandten Seite des optischen Elements (3) zu messen ist.
  24. Roboterhand nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (1) ein Pyrometer ist.
  25. Roboterhand nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (1) in einer Wand, insbesondere einer Außenwand (5), der Roboterhand (6) angeordnet ist, insbesondere in einem Winkel zum optischen Element, insbesondere etwa in einem 45°-Winkel.
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