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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Stanzform, insbesondere einer Stanzform für die Verpackungsindustrie, wobei eine Laserschneideinrichtung zum Einbringen von Nuten vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Herstellen einer Stanzform, mit einer Laserschneideinrichtung zum Einbringen von Nuten in ein Werkstück, die zur klemmenden Aufnahme von Stahllinien dienen, einem Auflagetisch für das Werkstück, wobei Laserschneideinrichtungen und das Werkstück auf dem Auflagetisch relativ zueinander in zwei Dimensionen verlagerbar sind, und einer Steuereinrichtung zum Ansteuern und Führen der Laserschneideinrichtung.
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Vorrichtungen der vorgenannten Art sind allgemein bekannt. Aus der Druckschrift
DE 198 31 883 A1 ist bespw. ein Verfahren zur Herstellung einer Stanzform bekannt, bei dem ein Werkstück Nuten zur Aufnahme von Stahllinien entsprechend einem Muster eingebracht werden..
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Ferner vertreibt beispielsweise die Anmelderin seit langem sogenannte Laserschneidanlagen, die zur Herstellung von Stanzformen eingesetzt werden. Im Rahmen der Fertigung solcher Stanzformen werden in speziell verleimte Holzbretter Nuten in hoher Präzision mit einem Laser geschnitten, wobei die Nuten die Abwicklungskontur einer später damit zu stanzenden Verpackung darstellen. Nach Beendigung des Schneidprozesses werden in diese Nuten Schneid- oder Rillmesser (nachfolgend auch als Stahllinien bezeichnet), die im Rahmen des Nachfolgeprozesses als Stanzen bzw. Riller wirken, eingesetzt.
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Die Stanz- und Rillmesser haben üblicherweise eine Dicke von 0,355 mm bis mindestens 2,13 mm, um Linien-Schnittdicken von 1 pt (0,355 mm) bis zu 6 pt (2,13 mm) zu erzielen. Die Stanz- und Rillmesser sind aus einem Bandstahl hergestellt. Beim Einbringen der Nuten ist nun einerseits von großer Bedeutung, dass die Nutbreite möglichst konstant ist, so dass das einzusteckenden Stanz- und Rillmesser über den gesamten Verlauf der Nut sicher eingesteckt werden kann. Zum anderen ist es wichtig, dass das Stanz- und Rillmesser nach dem Einstecken spielfrei in der Nut gehalten wird, um eine hohe Stanzgenauigkeit zu erhalten. Hierfür wird die Nut üblicherweise so gefertigt, dass das Stanz- und Rillmesser zumindest an zwei Punkten (senkrecht zur Oberfläche der Stanzform gesehen) gehalten wird.
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Im Fertigungsprozess der Stanzform wird die Genauigkeit des Laserschnitts manuell durch eine Prüfperson ermittelt, indem Prüflehren eingesetzt werden. Entsprechend dieser manuellen Überprüfung wird dann der Laser hinsichtlich seiner Fokuslage und/oder seiner Leistung verändert. Auch die Vorschubgeschwindigkeit, d. h. die Relativgeschwindigkeit zwischen Laser und Werkstück hat einen Einfluss auf das Schneidergebnis und kann entsprechend eingestellt werden.
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Dieser Vorgang ist ersichtlich aufwendig und darüber hinaus auch fehlerbehaftet, da das Ergebnis der Prüfperson immer ein subjektives ist.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass eine Herstellung von Stanzformen ohne den manuellen Eingriff zur Vermessung der eingebrachten Nuten möglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den folgenden Schritten gelöst:
- – Bereitstellen eines Werkstücks, in das entsprechend einem Muster Nuten zur Aufnahme von Stahllinien eingebracht werden sollen,
- – Einbringen zumindest eines Freischnitts in das Werkstück außerhalb der für das Muster vorgesehenen Werkstückfläche, mit der Laserschneideinrichtung,
- – Vermessen von zumindest einer Flanke des Freischnitts, wobei der Verlauf der zumindest einen Flanke senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks vermessen wird,
- – Auswerten der Messergebnisse,
- – Einstellen der Parameter der Laserschneideinrichtung abhängig von der Auswertung der Messergebnisse, und
- – Einbringen der Nuten in das Werkstück mit der Laserschneideinrichtung.
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Das heißt mit anderen Worten, dass mit der Laserschneideinrichtung in das Werkstück sozusagen ein Probeschnitt eingebracht wird, der so dimensioniert ist, dass die Flanken des eingebrachten Schnitts vermessen werden können. Es wird ein flächiger Bereich aus dem Werkstück herausgeschnitten (was nachfolgend als Freischnitt bezeichnet wird), so dass ein Vermessungsinstrument die Flanken vermessen kann. Eine Vermessung der einzubringenden Nuten wäre nicht möglich.
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Auf der Grundlage der Vermessungsergebnisse kann eine Steuerung die Parameter der Laserschneideinrichtung so einstellen, dass die Nuten die gewünschte Breite und Kontur besitzen.
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Die Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen Probeschnitt auszuführen, der es ermöglicht, die Flanken des Schnitts vermessen zu können. Auf der Grundlage davon lassen sich dann die entsprechenden Parameter der Laserschneideinrichtung vorgeben.
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Erfindungsgemäß wird also die Kontur der Flanken vermessen, um insbesondere herauszufinden, ob der Verlauf konkav oder konvex ist. Eine konvexe Kontur würde dazu führen, dass das Stanz- und Rillmesser in der Nut nur an einem Punkt geklemmt würde, was gerade vermieden werden soll. Gewünscht ist vielmehr eine konkave Kontur, um zwei Klemmpunkte bzw. Berührungspunkte zu erhalten.
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Abhängig von dem Vermessungsergebnis lässt sich die Fokuslage und/oder die Leistung der Laserschneideinrichtung einstellen. Liegt der Fokus beispielsweise zu weit weg von der Oberfläche des Werkstücks, wird die Schnittbreite zu groß, liegt er zu dicht an der Werkstückoberfläche, wird die Schnittbreite zu klein.
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Auch die Vorschubgeschwindigkeit zwischen Laserschneideinrichtung und Werkstück hat einen Einfluss auf die Qualität des Schnitts. Ist die Vorschubgeschwindigkeit beispielsweise zu gering, wird die Schnittbreite zu groß, ist die Vorschubgeschwindigkeit zu groß, wird die Schnittbreite zu klein. Abhängig von dem Messergebnis wird folglich auch die Vorschubgeschwindigkeit vorteilhafterweise eingestellt.
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Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Freischnitt zumindest zwei zueinander parallele Flanken auf, wobei die beiden parallelen Flanken vermessen werden.
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Mit Hilfe zweier paralleler Flanken ist es möglich, Rückschlüsse auf beide Flanken einer zu schneidenden Nut zu ziehen. Insbesondere lässt sich aus der Vermessung ermitteln, wie die Kontur der Flanken verläuft.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist der Freischnitt weitere zwei zueinander parallele Flanken auf, wobei diese Flanken quer, vorzugsweise rechtwinklig, zu den beiden anderen parallelen Flanken verlaufen.
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Mit Hilfe der beiden weiteren Flanken, die vermessen werden, lassen sich Rückschlüsse hinsichtlich der Richtungsabhängigkeit des Schneidergebnisses erlangen, so dass beispielsweise die Parameter der Laserschneideinrichtung bei einer Bewegung in X-Richtung anders gewählt werden als bei einer Bewegung in Y-Richtung. Das unterschiedliche Schneidverhalten kann seine Ursache beispielsweise in der Struktur des Werkstücks, bei dem es sich üblicherweise um Holz handelt, haben.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung werden die Flanken taktil vermessen.
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Das heißt mit anderen Worten, dass ein Messfühler an den Flanken entlang geführt wird, um deren Kontur und deren Verlauf zu vermessen.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, die Flanken auf andere Art und Weise, beispielsweise optisch zu vermessen.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung wird zumindest ein weiterer Freischnitt in einem anderen Bereich des Werkstücks eingebracht.
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Das hat den Vorteil, dass eine noch bessere Einstellung der Parameter möglich ist, da die Messbasis vergrößert wurde. Insbesondere können hiermit auch Ungleichmäßigkeiten innerhalb des Werkstück-Materials auf diese Weise Berücksichtigung bei der Einstellung der Parameter finden. Bevorzugt wird deshalb der Freischnitt an einer möglichst weit entfernten Stelle bezogen auf den ersten Freischnitt ausgeführt.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch von der eingangs genannten Vorrichtung gelöst, die eine Abtasteinrichtung (auch Messeinrichtung genannt) zum Vermessen von zumindest einem Abschnitt einer Schneidflanke eines von der Laserschneideinrichtung in das Werkstück eingebrachten Freischnitts aufweist.
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Die Vorteile einer solchen Vorrichtung entsprechen den Vorteilen, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits ausgeführt wurden, so dass darauf verwiesen werden kann.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung weist die Abtasteinrichtung einen taktilen Abtastkopf auf.
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Der Vorteil eines taktilen Abtastkopfes liegt insbesondere in dessen einfacher Handhabung und den günstigen Kosten im Vergleich zu anderen ebenfalls möglichen Elementen zur Vermessung der Schneidflanke.
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So kann die Vermessung beispielsweise auch durch optische Baugruppen oder andere berührungslos arbeitende Messelemente durchgeführt werden.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine schematisierte perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei jedoch nur die wesentlichen Elemente zur Erläuterung der Erfindung gezeigt sind; und
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2a, b zwei unterschiedliche schematische Darstellungen einer in einem Werkstück vorgesehenen Nut mit einem eingebrachten Stanz- oder Rillmesser.
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In 1 ist eine Laserschneidvorrichtung stark schematisiert in einer perspektivischen Ansicht gezeigt und mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Die Figur enthält zur Vereinfachung nur jene Baugruppen, die zur Erläuterung der Erfindung erforderlich sind. Die Laserschneidvorrichtung 10 wird eingesetzt, um Stanzformen herzustellen. Insbesondere dient diese Vorrichtung dazu, Nuten in ein Holzbrett einzuschneiden, wobei die Nuten die Abwicklungskontur einer später damit zu stanzenden Verpackung darstellen. In diese Nuten werden dann in einem nachfolgenden Fertigungsschritt Schneid- oder Rillmesser eingesteckt.
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Die Laserschneidvorrichtung 10 umfasst einen Auflagetisch 12, der dazu vorgesehen ist, ein zu bearbeitendes Werkstück 14 abzustützen. Besonders vorteilhaft ist der Auflagetisch 12 so ausgebildet, dass das Werkstück 14 in der horizontalen Ebene (XY-Ebene) verlagerbar ist.
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Zum Bearbeiten des Werkstücks 14 ist eine Laserbaugruppe vorgesehen, die mit dem Bezugszeichen 20 gekennzeichnet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Laserbaugruppe in XY-Richtung, also parallel zu dem Auflagetisch 12 verfahrbar gehalten. Diese Bewegbarkeit lässt sich beispielsweise über einen Schlitten 22 bewerkstelligen, der in X-Richtung am Auflagetisch 12 verfahrbar angebracht ist. Zur Erzielung der Verfahrbarkeit in Y-Richtung, ist die Laserbaugruppe 20 an einem Schlitten angebracht, der verlagerbar vom Schlitten 22 gehalten wird.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass diese Anordnung der Laserbaugruppe 20 rein beispielhaft zu verstehen ist. Selbstverständlich sind andere Anordnungsmöglichkeiten ebenfalls denkbar. Darüber hinaus ist es auch denkbar, die Laserbaugruppe ortsfest vorzusehen und stattdessen das auf dem Auflagetisch 12 aufliegende Werkstück 14 zu verfahren. Schließlich könnte auch eine Kombination beider Lösungen vorgesehen werden.
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Wichtig für die Funktionsweise ist alleine, dass eine Relativbewegung zwischen der Laserbaugruppe 20 und dem Werkstück 14 erreichbar ist, um das gewünschte zweidimensionale Muster in das Werkstück einschneiden zu können.
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Die Vorrichtung 10 verfügt weiter über einen Schaltschrank 30, in dem die erforderlichen Steuerungskomponenten sowie die Spannungsversorgungen und Medienversorgungen für die einzelnen Baugruppen der Vorrichtung untergebracht sind. Rein schematisch ist eine Leitung 32 eingezeichnet, die symbolisieren soll, dass die Laserbaugruppe 20 mit einer Steuerung im Schaltschrank 30 verbunden ist, wobei diese Steuerung sowohl für die Bewegung der Laserbaugruppe in X- und Y-Richtung zuständig ist als auch die notwendigen Parameter, wie Fokuslage und Leistung der Laserbaugruppe vorgibt.
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Die Laserschneidvorrichtung verfügt ferner über eine Messeinrichtung 32, die zur Messung einer Länge dient. Bevorzugt ist diese Messeinrichtung als taktile Messeinrichtung ausgelegt.
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Die Messeinrichtung 34 ist in Y-Richtung verlagerbar am Schlitten 22 gehalten, so dass sie über eine Bewegung in X-Richtung des Schlittens 22 zweidimensional parallel zum Werkstück 14 verlagerbar ist. Zusätzlich kann der mit dem Bezugszeichen 36 angedeutete Tastkopf der Messeinrichtung 34 in Z-Richtung verfahren werden. Der Durchmesser des Tastkopfs 36 liegt beispielsweise im Bereich von 2 mm. Andere Tastkopf-Durchmesser sind allerdings auch denkbar.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass statt einer taktilen Messeinrichtung auch andere, beispielsweise berührungslose Messeinrichtungen eingesetzt werden können. Eine solche berührungslose Messeinrichtung könnte beispielsweise eine optische Messeinrichtung sein.
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Der Zweck und die Funktionsweise dieser Messeinrichtung 34 wird nun nachfolgend näher erläutert:
Üblicherweise wird die Laserschneidvorrichtung 10 dazu eingesetzt, Nuten in das Werkstück 14 zu schneiden, wofür die Laserbaugruppe 20 verwendet wird. Beispielhaft sind in 1 Nuten dargestellt und mit dem Bezugszeichen 16 gekennzeichnet. Die Nuten haben typischerweise eine Breite von 0,71 mm, 1,05 mm oder 1,42 mm. In diese eingeschnittene Nut, die üblicherweise durch die gesamte Dicke des Werkstücks 14 hindurchgeht, werden in einem anschließenden Fertigungsschritt, der nicht mehr in der Laserschneidvorrichtung 10 erfolgt, sogenannte Stanz- oder Rillmesser eingesteckt. Solche Stanz- und Rillmesser sind üblicherweise aus einem Bandstahl gefertigt. In den 2a und 2b ist ein solches Stanzmesser schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 24 gekennzeichnet. Das Stanz- oder Rillmesser soll innerhalb der Nut 16 alleine durch Klemmkraft gehalten werden, wobei allerdings darauf zu achten ist, dass das Stanz- bzw. Rillmesser spielfrei gehalten ist.
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Um eine solche Spielfreiheit zu gewährleisten, muss das Stanz- bzw. Rillmesser 24 an zumindest zwei Punkten 26, 27 geklemmt werden, wie dies in 2b dargestellt ist.
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Eine Klemmung, wie in 2a gezeigt, nur an einem Punkt ist zu vermeiden, da das Stanz- bzw. Rillmesser 24 nicht spielfrei gehalten werden kann.
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Bisher wurde die Prüfung, ob die Nut 16 die richtige Breite und Kontur hat, manuell von einer Person durchgeführt. Diese hat mit Hilfe von Fühlerlehren die Schnitte kontrolliert.
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Die Überprüfung der Schnittqualität der Nuten lässt sich nun mit der Laserschneidvorrichtung 10 automatisiert vornehmen und die Ergebnisse können über einen Regelkreis in die laufende Bearbeitung der Stanzform einfließen.
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Da der Tastkopf 36 dicker ist als die gewünschte Breite der Nut 16 kann keine direkte Messung der Nut erfolgen. Stattdessen wird mittels eines Freischnitts im Werkstück 14 an einer nicht verwendeten Stelle die Möglichkeit geschaffen, die Schnittflanken für eine Messung durch den Tastkopf 36 zugänglich zu machen. Dem liegt die Annahme zugrunde, dass der Schnitt im Wesentlichen durch die Schneidparameter der Maschine definiert ist.
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Es wird folglich der in 1 mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichnete Freischnitt über die Laserbaugruppe 20 in das Werkstück 14 geschnitten. Bei diesem Freischnitt 18 handelt es sich beispielsweise um einen Kastenschnitt mit jeweils zwei zueinander parallelen Flanken 19. Aufgrund der gewählten Abmessungen dieses Freischnitts 18 kann der Tastkopf 36 ohne Probleme in diesen Bereich eintauchen und die Flanken 19 abtasten.
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Nach dem Einbringen des Freischnitts 18 werden die Flanken 19 in diesem Ausschnitt in den Achsrichtungen X+, X–, Y+, Y– an jeweils mehreren Punkten und an der oberen Werkstückkante sowie der unteren Werkstückkante vermessen. Auf diese Weise lässt sich ein repräsentativer Mittelwert pro betrachteter Achsrichtung ermitteln, der den Messfehler aufgrund der Rauhigkeit der Schnittkontur eliminiert.
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Im nächsten Schritt werden die erfassten Messdaten mit einer empirisch ermittelten Kurve abgeglichen, in der Nutbreiten und Form abgebildet werden, bezogen auf die Parameter/Fokuslage und /-Laserleistung der Laserbaugruppe 20.
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Aus diesem Vergleich lassen sich dann die gegebenenfalls notwendigen Korrekturen der Parameter der Laserbaugruppe ermitteln und im laufenden Bearbeitungsprozess nachregeln.
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Selbstverständlich ist es möglich, weitere Freischnitte 18 während des Fertigungsprozesses einzubringen und anschließend zu vermessen, um weitere Nachregelungen vornehmen zu können. Darüber hinaus lassen sich durch mehrere Freischnitte 18 im Werkstück 14 Unterschiede in der Werkstückstruktur ausgleichen.
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Abhängig von der Auswertung der Messergebnisse lassen sich dann in der Laserbaugruppe 20 die Fokuslage und die Laserleistung verändern, wobei die Laserleistung auch durch Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit, d. h. der relativen Geschwindigkeit zwischen Laserbaugruppe und Werkstück, einstellbar ist, ohne tatsächlich die Leistung des Lasers selbst verändern zu müssen.
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Diese Art der Herstellung einer Stanzform hat u. a. den Vorteil, dass subjektive Eindrücke zur Kontrolle der Prozessqualität beim Schneiden vermieden werden, wie dies bisher der Fall war. Ein manueller Eingriff zur Steuerung der Laserbaugruppe abhängig von dem Prüfergebnis fällt damit weg. Die Prüfung der Schnittqualität und die Aufrechterhaltung einer reproduzierbaren Schnittqualität ist mit der erfindungsgemäßen Laserschneidvorrichtung und dem beschriebenen Verfahren möglich. Manuelle Kontrollen sind folglich hinfällig.
