DE202005011455U1 - Laser processing device for a multilayer workpiece as for motor vehicle interior coverings determines thickness stores layer parameters and controls laser processing energy - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Laser und ein Computerprogrammprodukt.The The invention relates to a device for machining a workpiece with a laser and a computer program product.
Aus
dem Stand der Technik ist die Bearbeitung eines Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils
mit einem Laserstrahl zur Herstellung einer Airbag-Klappenöffnung bekannt.
Insbesondere zeigen
Ein gemeinsamer Nachteil solcher vorbekannten Vorrichtungen für die Vorschwächung von Instrumententafeln ist der ganz erhebliche messtechnische und Signalverarbeitungs-Aufwand der während der Laserbearbeitung betrieben werden muss. Üblicherweise wird während der Beaufschlagung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils mit dem Laserstrahl die bereits abgetragene oder die noch verbleibende Schichtdicke gemessen. Hierzu wird entweder ein Ultraschall-Sensor eingesetzt oder es wird der von dem Laserstrahl durch die Wandung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils transmittierte Anteil gemessen.One common disadvantage of such prior art devices for the preweakening of instrument panels is the very significant metrological and signal processing effort while the laser processing must be operated. Usually, during the Actuation of the motor vehicle interior trim part with the Laser beam the already removed or the remaining layer thickness measured. For this purpose, either an ultrasonic sensor is used or it becomes that of the laser beam through the wall of the motor vehicle interior trim part transmitted proportion measured.
Aus
Der Erfindung liegt dem gegenüber die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Laser und ein Computerprogrammprodukt zu schaffen.Of the Invention is opposite based on the task, an improved device for processing a workpiece to create with a laser and a computer program product.
Die der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgaben werden jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The The underlying tasks of the invention are each with the Characteristics of the independent claims solved. Preferred embodiments of the invention are in the dependent claims specified.
Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks geschaffen, das mehrere Schichten aufweist. Die Vorrichtung hat Mittel zur Messung der Dicken des Werkstücks an einer Position, Mittel zur Speicherung von schichtspezifischen Materialparametern, Mitteln zur Berechnung der für die Bearbeitung erforderlichen Laserenergie aufgrund der Dicken und der jeweili gen Materialparameter und Steuerungsmitteln zur Beaufschlagung des Werkstücks mit der berechneten Laserenergie.By the invention provides a device for machining a workpiece, which has several layers. The device has means for measurement the thicknesses of the workpiece at a position, means for storing layer-specific Material parameters, means for calculating the machining required Laser energy due to the thicknesses and the respective material parameters and control means for loading the workpiece with the calculated laser energy.
Bei dem Werkstück kann es sich um ein beliebiges Bauteil oder eine Baugruppe handeln, welche durch den Laser in irgendeiner Form bearbeitet werden soll. Das Werkstück kann eine oder mehrere Schichten aus Metall, Kunststoff, Textilien, Leder oder anderen Materialien oder Materialmischungen aufweisen.at the workpiece can be any part or assembly, which should be processed by the laser in some way. The workpiece can be one or more layers of metal, plastic, textiles, Leather or other materials or material mixtures.
Bei der Bearbeitung kann es sich um Laser-Schneiden, Laser-Schweißen, eine Materialabtragung von einer Oberfläche des Werkstücks mittels Laser, und/oder um eine Laser-Vorschwächung handeln, beispielsweise durch Einschneiden einer Rille oder einer Perforationslinie.at The machining can be laser cutting, laser welding, one Material removal from a surface of the workpiece by means of laser, and / or a laser preweakening act, for example by cutting a groove or a Perforation.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung dient die Vorrichtung zur Bearbeitung eines Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils mit einem Laser. Zunächst wird durch einen geeigneten Sensor die Dicke des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils an einer zu bearbeitenden Position gemessen. Wenn das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil mehrere Schichten aufweist, so werden die Dicken zumindest der zu bearbeitenden Schichten gemessen.To an embodiment The invention is the device for processing a motor vehicle interior trim part with a laser. First is determined by a suitable sensor, the thickness of the motor vehicle interior trim part measured at a position to be machined. If the motor vehicle interior trim part Having multiple layers, the thicknesses are at least to measured working layers.
Danach erfolgt die Bestimmung der für die Bearbeitung erforderliche Laserenergie. Diese Bestimmung wird aufgrund der zuvor gemessenen Dicke bzw. Schichtdicken und des bzw. der entsprechenden Materialparameter durchgeführt.After that the determination of the for the processing required laser energy. This provision will due to the previously measured thickness or layer thicknesses and / or the corresponding material parameters performed.
Wenn das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil mehrere zu bearbeitende Schichten aufweist, so ist vorzugsweise jeder der zu bearbeitenden Schichten ein vorbekannter Materialparameter zugeordnet. Die Zuordnung der Materialparameter zu den Schichten ist beispielsweise in einem Halbleiterspeicher tabellarisch abgespeichert.If the motor vehicle interior trim part several to be machined Having layers, so is preferably each of the processed Layers assigned a previously known material parameters. The assignment the material parameter to the layers is for example in one Semiconductor memory stored in tabular form.
Die Bestimmung der Laserenergie erfolgt beispielsweise so, dass die gemessene Dicke mit dem der entsprechenden Schicht zugeordneten Materialparameter multipliziert wird. Die Summation der so erhaltenen Produkte ist proporti onal zu der erforderlichen Laserenergie. Falls keine Durchtrennung einer Schicht gewünscht ist, beispielsweise für den Zweck einer sogenannten Vorschwächung, muss die Laserenergie entsprechend um einen vorbestimmten Betrag reduziert werden oder es wird für die Berechnung von einer geringeren Schichtdicke als der tatsächlichen Schichtdicke ausgegangen.The Determination of the laser energy takes place, for example, so that the measured thickness associated with the corresponding layer Material parameter is multiplied. The summation of the thus obtained Products is proportional to the required laser energy. If no separation of a layer is desired, for example for the purpose a so-called pre-weakening, The laser energy must be adjusted by a predetermined amount be reduced or it will be for the calculation of a smaller layer thickness than the actual one Layer thickness assumed.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft, da sie es ermöglicht, den messtechnischen Aufwand, den Aufwand für die Signalverarbeitung und damit die Kosten für die Laserbearbeitung von Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteilen erheblich zu reduzieren, und zwar bei gleichbleibender oder sogar noch verbesserter Qualität.The invention is particularly advantageous because it makes it possible to significantly reduce the metrological effort, the cost of signal processing and thus the cost of the laser processing of automotive interior trim parts, and indeed at the same or even improved quality.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Messung der Eindringtiefe des Laserstrahls in das zu bearbeitende Material des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils bzw. die verbleibende Restwandstärke nicht während der Bearbeitung erfolgen muss. Vielmehr wird vor der Beaufschlagung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils an einer bestimmten Position diese Position mit Hilfe eines Sensors vermessen, um die Dicke des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils an dieser Position zu messen bzw. – wenn das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil mehrere zu bearbeitende Schichten aufweist, die Dicken dieser Schichten. Die für die Bearbeitung dieser Position erforderliche Laserenergie wird dann vor dem Beginn der Bearbeitung durch Berechnung bestimmt, indem die Dicke bzw. die Dicken mit vorbekannten Materialparametern gewichtet werden. Diese Materialparameter korrespondieren zum Beispiel mit der Härte des jeweiligen Materials und können experimentell gewonnen werden.This is achieved by measuring the penetration depth of the laser beam in the material to be processed of the motor vehicle interior trim part or the remaining wall thickness not while the processing must be done. Rather, before the admission of the motor vehicle interior trim part at a certain position this position with the help of a sensor measure the thickness of the automotive interior trim part at this position to measure or - if the motor vehicle interior trim part several to be machined Layers, the thicknesses of these layers. The for editing This laser energy required for this position will then be before it starts the calculation is determined by calculating the thickness or the thicknesses are weighted with known material parameters. These material parameters correspond, for example, to the hardness of the respective material and can be obtained experimentally.
Von besonderem Vorteil ist die Erfindung zur Vorschwächung einer Airbag-Abdeckung, zum Beispiel einer Beifahrer-Airbag-Abdeckung. Hierzu wird in die Instrumententafel zum Beispiel eine Schwächungsrille eingeschnitten, die vom Kraftfahrzeug-Innenraum her nicht oder kaum wahrnehmbar sein soll. Diese Schwächungsrille wird durch Vorschwächung mit Hilfe eines Laserstrahls erzeugt und schafft eine Soll-Bruchstelle, die bei Auslösung des Airbags aufge trennt wird, um die Airbag-Abdeckung zur Freigabe einer Airbag-Austrittsöffnung zu öffnen.From The invention is particularly advantageous for pre-weakening an airbag cover, for example a passenger airbag cover. This is done in the instrument panel for example a weakening groove cut, not or hardly from the vehicle interior should be perceptible. This weakening groove is accompanied by pre-weakening Help of a laser beam creates and creates a target break point, when triggered the airbag is disconnected to release the airbag cover to open an airbag outlet opening.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Messung der Dicke bzw. der Dicken mit Hilfe eines Ultraschall-Sensors. Beispielsweise wird das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil entlang einer zu bearbeitenden Linie mit dem Ultraschall-Sensor kontinuierlich, quasi kontinuierlich oder an voneinander entfernten diskreten Positionen abgetastet. Bei der Abtastung an diskreten Positionen kann zwischen diesen Positionen interpoliert werden.To a preferred embodiment of Invention is the measurement of thickness or thicknesses with the help an ultrasonic sensor. For example, the motor vehicle interior trim part is along a line to be processed with the ultrasonic sensor continuously, quasi-continuous or at discrete positions remote from each other sampled. When scanning at discrete positions, you can choose between be interpolated these positions.
Die Abtastung kann in einem von der Bearbeitung räumlich und/oder zeitlich getrennten Verfahrensschritt erfolgen. In diesem Fall werden die Ergebnisse der Abtastung, das heißt die an bestimmten Positionen gemessenen Dicken und / oder die Ergebnisse der Auswertung, das heißt die positionsabhängig erforderlichen Laserenergien, gespeichert, um sie für eine spätere Bearbeitung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils abzurufen.The Sampling may be spatially and / or temporally separate in one of the processing Process step done. In this case, the results the sampling, that is the thicknesses measured at certain positions and / or the results the evaluation, that is the position-dependent required Laser powers, stored for later processing the automotive interior trim part retrieve.
Alternativ können die Abtastung und die Bearbeitung unmittelbar aufeinanderfolgend vorgenommen werden, indem beispielsweise der Ultraschall-Sensor und der Laserkopf an einem gemeinsamen Roboter-Arm befestigt werden. Der Ultraschall-Sensor ist in diesem Fall in Bearbeitungsrichtung vor dem Laser positioniert, um die Messungen durchzuführen, bevor der Laserstrahl die betreffende Position erreicht.alternative can the scanning and the processing immediately consecutive be made by, for example, the ultrasonic sensor and the laser head can be attached to a common robot arm. The ultrasonic sensor is in this case in the machining direction positioned in front of the laser to perform the measurements before the laser beam reaches the relevant position.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung werden die gemessenen Dicken mit Soll-Werten verglichen. Wenn eine gemessene Dicke an einer bestimmten Position außerhalb eines Toleranzbereichs liegt, so wird ein entsprechendes Signal abgegeben. Das betreffende Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil kann dann als Ausschuss gekennzeichnet werden.To an embodiment According to the invention, the measured thicknesses are compared with nominal values. If a measured thickness at a certain position outside a tolerance range, then a corresponding signal issued. The relevant motor vehicle interior trim part can then be marked as scrap.
Die vorliegende Erfindung ist grundsätzlich zur Bearbeitung aller Arten von Werkstücken, wie z.B. Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteilen geeignet, insbesondere Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteile aus Kunststoff, verschiedenen Kunststoffen, Holz, mit Leder- oder Textilen Anteilen, oder anderen Materialien oder Materialschichtungen.The The present invention is basically for Processing of all types of workpieces, such as Automotive interior trim parts suitable, in particular motor vehicle interior trim parts Plastic, various plastics, wood, with leather or textiles Shares, or other materials or material stratifications.
Im weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:in the others are preferred embodiments the invention with reference to the drawings explained in more detail. It demonstrate:
Die
Die
Vorrichtung zur Bearbeitung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils
Auf
der dem Laser
Die
Vorrichtung zur Bearbeitung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils
hat eine Steuerung
Das
Programmmodul
Das
Programmmodul
Das
Programmmodul
Wenn
beispielsweise die Trägerschicht
Die
von dem Programmmodul
Beispielsweise
kann das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil
Beispielsweise
erzeugt das Programmmodul
Die
Für jede Position
wird die für
die Bearbeitung erforderliche Laserenergie festgestellt, indem die
jeweiligen Dicken mit den Materialparametern der Tabelle
Ferner kann dieser Wert auch zur Ansteuerung eines Schrittmotors dienen, um den Laserstrahl schrittweise von einer Position zu der nächsten abgetasteten Position zu bewegen, wobei die Verweilzeit bei einer Position durch die Berechung der erforderlichen Laserenergie bestimmt wird.Further this value can also be used to control a stepper motor, to scan the laser beam incrementally from one position to the next Position to move, with the dwell time at a position by the calculation of the required laser energy is determined.
Die
Die
Im
Unterschied zu der Ausführungsform
der
Die
Wenn es sich bei der Bearbeitung um eine Vorschwächung handelt, so wird beispielsweise die berechnete Schichtdicke derjenigen Schicht, die nur teilweise durchtrennt werden soll, um den Betrag vermindert, der nach der Bearbeitung zur Bildung einer Soll-Bruchstelle stehen bleiben soll. Zur Berechnung der Laserleistung an der bestimmten Position werden also beispielsweise die Schichtdicken mit ihren schichtspezifischen Parametern multipliziert und die einzelnen Produkte dann aufsummiert. Das Ergebnis ist ein Wert, der der erforderlichen Laserleistung proportional ist.If if the processing is a pre-weakening, then for example the calculated layer thickness of that layer, which is only partial should be severed, by the amount diminished, according to the Processing should remain to form a predetermined breaking point. So to calculate the laser power at the specific position For example, the layer thicknesses with their layer-specific parameters multiplied and the individual products then added up. The result is a value proportional to the required laser power.
In
dem Schritt
- 100100
- Kraftfahrzeug-InnenverkleidungsteilAutomotive interior trim part
- 102102
- Trägerschichtbacking
- 104104
- Schaumschichtfoam layer
- 106106
- Dekorschichtdecorative layer
- 108108
- Laserlaser
- 110110
- Armpoor
- 112112
- Sensorsensor
- 114114
- Armpoor
- 116116
- Robotersteuerungrobot control
- 118118
- Steuerungcontrol
- 120120
- Prozessorprocessor
- 122122
- Programmmodulprogram module
- 124124
- Programmmodulprogram module
- 126126
- Programmmodulprogram module
- 128128
- Messsignalmeasuring signal
- 130130
- Sensor-PositionssignalSensor position signal
- 132132
- Wertevalues
- 134134
- SpeicherStorage
- 136136
- Tabelletable
- 138138
- Signalanteilsignal component
- 140140
- Signalanteilsignal component
- 142142
- Signalanteilsignal component
- 144144
- Armpoor
Claims (8)
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DE202005011455U DE202005011455U1 (en) | 2004-12-06 | 2005-07-21 | Laser processing device for a multilayer workpiece as for motor vehicle interior coverings determines thickness stores layer parameters and controls laser processing energy |
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Family Applications (1)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R207 | Utility model specification |
Effective date: 20051201 |
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R150 | Term of protection extended to 6 years |
Effective date: 20080814 |
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R151 | Term of protection extended to 8 years | ||
R151 | Term of protection extended to 8 years |
Effective date: 20111130 |
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R152 | Term of protection extended to 10 years | ||
R152 | Term of protection extended to 10 years |
Effective date: 20130628 |
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R071 | Expiry of right |