DE102014105505A1

DE102014105505A1 - Method and device for laser-assisted cutting of a workpiece

Info

Publication number: DE102014105505A1
Application number: DE102014105505.5A
Authority: DE
Inventors: Christian Klingelhöller; Dominik Griefahn; Tobias Geis
Original assignee: Technische Universitaet Hamburg TUHH; Tutech Innovation GmbH
Current assignee: Technische Universitaet Hamburg TUHH; Tutech Innovation GmbH
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2015-10-22
Also published as: DE202015009238U1; WO2015158537A1

Abstract

Verfahren zum lasergestützten Trennen eines Werkstücks mit einem spanenden Werkzeug, das entlang einer vorbestimmten Kontur relativ zu dem Werkstück verfahren wird, und einem Laserscanner, der innerhalb seines Arbeitsbereichs entlang der Kontur eine Nut in das Werkstück schneidet, wobei die Verfahrwege des Werkzeugs und des Laserscanners sowie die Positionierung des Laserstrahls durch den Scanner gemeinsam derart gesteuert werden, dass das Werkzeug entlang der von dem Laserstrahl geschnittenen Nut schneidet, wobei bei einem gebogenen Konturabschnitt ein Laserstrahl der Laserscaneinheit innerhalb des Arbeitsbereichs relativ zu dem Werkzeug ausgelenkt wird.Method for laser-assisted cutting of a workpiece with a cutting tool, which is moved along a predetermined contour relative to the workpiece, and a laser scanner, which cuts a groove in the workpiece within its working area along the contour, wherein the travel paths of the tool and the laser scanner and the positioning of the laser beam is jointly controlled by the scanner such that the tool cuts along the groove cut by the laser beam, wherein in a curved contour section a laser beam of the laser scanning unit is deflected within the working area relative to the tool.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum lasergestützten Trennen eines Werkstücks. The present invention relates to an apparatus and method for laser-assisted cutting of a workpiece.

Aus CA 2 259 700 A1 ist ein lasergestütztes Schneidwerkzeug bekannt, bei dem Holz oder andere Materialien durch Trennung des Materials entlang einer Schwächungslinie bei Anwendung einer mechanischen Kraft in Verbindung mit Laserlicht erfolgt. Hierzu wird in Lichtleitern Laserlicht durch die Klinge geführt und auf den Bereich vor der Schneide gerichtet. Out CA 2 259 700 A1 For example, a laser-assisted cutting tool is known in which wood or other materials are separated by separation of the material along a line of weakness upon application of a mechanical force in conjunction with laser light. For this purpose, laser light is guided through the blade in optical fibers and directed to the area in front of the cutting edge.

Aus US 5,906,459 ist ein laserunterstützter Fräsprozess bekannt, bei dem mit Hilfe des Lasers das zu fräsende Material erwärmt wird. Out US 5,906,459 a laser-assisted milling process is known in which the material to be milled is heated by means of the laser.

Aus US 5,409,376 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum laserunterstützten Bohren an menschlichen Zähnen bekannt. Mit Hilfe des auf die Bohrstelle gerichteten Laserlichts wird die Zahnstruktur zum Erleichtern des Bohrvorgangs verändert. Out US 5,409,376 An apparatus and method for laser assisted drilling on human teeth is known. The laser light directed at the drilling site alters the tooth structure to facilitate the drilling process.

Aus US 4.469,931 ist ein laserunterstütztes Sägegerät bekannt, bei dem eine Laserquelle eingesetzt wird, um vor dem Sägen einen Schnitt oder eine Nut in ein Holzstück zu schneiden. Laser und Säge sind starr zueinander angeordnet, wobei das Sägen einer gebogenen Kontur nicht vorgesehen ist. Dabei würde der Schnitt des Lasers und des Sägeblatts auseinander fallen. Out US 4,469,931 For example, a laser assisted sawing machine is known in which a laser source is used to cut a cut or groove into a piece of wood prior to sawing. Laser and saw are arranged rigidly to each other, wherein the sawing of a curved contour is not provided. The cut of the laser and the saw blade would fall apart.

Aus US 2004/0104207 A1 ist ein lasergestütztes, spanendes Bearbeitungsverfahren bekannt, bei dem das Laserlicht zur Erwärmung und gleichzeitigen Erweichung des Werkstücks eingesetzt wird. Hierdurch kann der Span schneller entfernt und die Temperatur der Werkzeugspitze besser kontrolliert werden. Out US 2004/0104207 A1 For example, a laser-assisted machining method is known in which the laser light is used for heating and simultaneous softening of the workpiece. As a result, the chip can be removed faster and the temperature of the tool tip can be better controlled.

Aus CA 2 558 898 ist ein Fräsverfahren bekannt, bei dem ein erster Laser zur Erwärmung der Werkstückoberfläche und ein zweiter Laser zur Erwärmung einer Anfasung an dem Werkstück eingesetzt wird. Out CA 2 558 898 a milling method is known in which a first laser for heating the workpiece surface and a second laser for heating a chamfer on the workpiece is used.

Bei dem Trennen eines Werkstücks, insbesondere entlang einer gebogenen Konturlinie, tritt gerade bei faserverstärkten Kunststoffen und anderen Schichtverbundmaterialien das Problem der Delamination auf. Die Delamination macht eine Nachbearbeitung der Trennkante erforderlich, wodurch Kosten und Bearbeitungszeit für die Trennaufgabe erhöht werden. When a workpiece is being cut, in particular along a curved contour line, the problem of delamination occurs, especially in the case of fiber-reinforced plastics and other layered composite materials. The delamination requires post-processing of the cutting edge, thereby increasing the cost and processing time for the separation task.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Trennvorgang mit einfachen Mitteln eine möglichst saubere Trennkante zu erzeugen. The present invention has for its object to produce a clean separation edge as possible in a separation process with simple means.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 1 und eine entsprechende Vorrichtung mit den Merkmalen aus Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche. According to the invention the object is achieved by a method having the features of claim 1 and a corresponding device having the features of claim 5. Advantageous embodiments form the subject of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum lasergestützten Trennen eines Werkstücks mit einem Trennwerkzeug, dass entlang einer vorbestimmten Kontur relativ zu dem Werkstück verfahrbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft also insbesondere solche Trennvorgänge, bei denen nicht ausschließlich das Werkstück, sondern vor allem das Trennwerkzeug verfahrbar ist. Das Verfahren greift ferner auf einen Laserscanner zurück, der innerhalb eines Arbeitsbereichs seinen Laserstrahl ausrichten und fokussieren kann. Der Laserscanner schneidet entlang der Kontur eine Nut in das Werkstück. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden der Verfahrweg des Werkzeugs und der Laserscanner gemeinsam derart angesteuert, dass das Werkzeug entlang der von dem Laserstrahl geschnittenen Nut schneidet, wobei bei einem gebogenen Konturabschnitt der Laserstrahl des Laserscanners innerhalb dessen Arbeitsbereichs relativ zu dem Werkzeug ausgelenkt wird. Das gezielte Verstellen des Laserstrahls mit Hilfe des Laserscanners erlaubt es, auch bei gebogenen und abgerundeten Konturen eine Nut für das Werkzeug vorzuschneiden und so die Voraussetzungen für eine bessere Schnittkante zu erzeugen. Eine Verstellung des Laserstrahls relativ zu dem Werkzeug ist ein mit geringem Aufwand durchzuführender Verfahrensschritt. The method according to the invention is used for laser-assisted separation of a workpiece with a separating tool that can be moved along a predetermined contour relative to the workpiece. The method according to the invention thus relates in particular to those separation processes in which not only the workpiece but above all the separating tool can be moved. The method also makes use of a laser scanner, which can align and focus its laser beam within a workspace. The laser scanner cuts a groove along the contour into the workpiece. In the method according to the invention, the travel path of the tool and the laser scanner are jointly controlled such that the tool cuts along the groove cut by the laser beam, wherein in the case of a curved contour section the laser beam of the laser scanner is deflected relative to the tool within its working range. The targeted adjustment of the laser beam with the aid of the laser scanner makes it possible to cut a groove for the tool, even with curved and rounded contours, thus creating the conditions for a better cutting edge. An adjustment of the laser beam relative to the tool is a procedure to be performed with little effort.

In einer bevorzugten Ausgestaltung schneidet das Werkzeug innerhalb des Arbeitsbereichs des Laserscanners das Werkstück. Der Arbeitsbereich des Laserscanners ist bevorzugt als ein dreidimensionaler Arbeitsbereich ausgebildet, in dem der Laserstrahl fokussiert auf einen Punkt gerichtet werden kann. Im Rahmen des Verfahrens ist der Arbeitsbereich dann die zweidimensionale Projektion des dreidimensionalen Arbeitsbereichs auf die Oberfläche des Werkstücks. In a preferred embodiment, the tool cuts the workpiece within the working range of the laser scanner. The working area of the laser scanner is preferably designed as a three-dimensional working area, in which the laser beam can be focused on a point. Within the scope of the method, the work area is then the two-dimensional projection of the three-dimensional work area onto the surface of the workpiece.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Laserscanner mehrfach entlang der zu schneidenden Kontur schneiden, um eine definierte Fasenbreite und/oder Fasengeometrie zu erzeugen. Die Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls auf dem Werkstück und das Laserschneiden auf dem Werkstück erfolgen in der Regel mit einer deutlich größeren Geschwindigkeit als das Werkzeug relativ zu dem Werkstück verfahren wird. Insofern besteht die Möglichkeit, durch ein mehrfaches Verfahren des Lasers entlang der zu schneidenden Kontur eine bestimmte Fase und/oder eine bestimmte Fasengeometrie zu erzeugen. In the method according to the invention, the laser scanner can cut several times along the contour to be cut in order to produce a defined chamfer width and / or chamfer geometry. The travel speed of the laser beam on the workpiece and the laser cutting on the workpiece are generally carried out at a significantly greater speed than the tool is moved relative to the workpiece. In this respect, it is possible to generate a specific chamfer and / or a specific chamfer geometry by repeatedly moving the laser along the contour to be cut.

In einer bevorzugten Weiterführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf der vom Laserscanner abgewandten Seite eine in das Werkstück gerichtete Zerspankraftkomponente durch das Werkzeug aufgebracht. Insbesondere bei der Bearbeitung von Schichtverbundmaterialien und faserverstärkten Kunststoffen, hier langfaserverstärkten Kunststoffen, kann eine Delamination entlang der Schnittkante wirkungsvoll verhindert werden. Indem das Werkzeug zudem auf der gegenüberliegenden Seite einen ziehenden Schnitt vornimmt, ist ein Ausfasern der Schnittkante oder eine Delamination des Werkstücks wirkungsvoll auf beiden Seiten verhindert. In a preferred development of the method according to the invention, a cutting force component directed into the workpiece is applied by the tool on the side facing away from the laser scanner. Particularly in the processing of layered composite materials and fiber-reinforced plastics, here long-fiber reinforced plastics, delamination along the cutting edge can be effectively prevented. Moreover, by making a drawing cut on the opposite side, chipping of the cut edge or delamination of the workpiece is effectively prevented on both sides.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch eine Vorrichtung zum lasergestützten Trennen eines Werkstücks mit einem Trennwerkzeug erreicht. Das Trennwerkzeug ist entlang einer vorbestimmten Kontur relativ zu dem Werkstück verfahrbar. Der Laserstrahl kann innerhalb eines Arbeitsbereichs eines Laserscanners entlang der Kontur eine Nut in das Werkstück schneiden. Eine erfindungsgemäß vorgesehene Steuerung steuert einen Verfahrantrieb für das Trennwerkzeug und für den Laserscanner derart an, dass das Werkzeug entlang der von dem Laserstrahl geschnittenen Nut schneidet, wobei bei einem gebogenen Konturabschnitt der Laserstrahl mittels des Laserscanners innerhalb des Arbeitsbereichs relativ zu dem Werkzeug ausgelenkt wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt im Rahmen des Trennvorgangs ein Trennen des Werkstücks auf zwei Arten. Zuerst werden äußere Schichten oder Teile der außenliegenden Schicht mit dem Laserstrahl getrennt und anschließend das übrige Material mit dem Trennwerkzeug. Durch das Verstellen des Laserstrahls in dem Arbeitsbereich des Laserscanners relativ zu dem Trennwerkzeug es möglich ist, auch mit dem vorauseilenden Laserschnitt eine gebogene Kontur zu schneiden. The object of the invention is also achieved by a device for laser-assisted cutting of a workpiece with a cutting tool. The cutting tool is movable along a predetermined contour relative to the workpiece. The laser beam can cut a groove into the workpiece within a working range of a laser scanner along the contour. A control provided according to the invention actuates a travel drive for the cutting tool and for the laser scanner in such a way that the tool cuts along the groove cut by the laser beam, whereby the laser beam is deflected relative to the tool by means of the laser scanner within the working area in the case of a curved contour section. In the apparatus according to the invention a separation of the workpiece takes place in two ways in the context of the separation process. First, outer layers or parts of the outer layer are separated with the laser beam and then the remaining material with the cutting tool. By adjusting the laser beam in the working range of the laser scanner relative to the cutting tool, it is possible to cut a curved contour even with the leading laser cut.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Laserscanner rotierbar um die Werkzeughalterung montiert und verfährt mit dem Werkzeug. Der Laserscanner verfährt somit relativ zu dem Werkstück in zweifacher Weise, wobei die eine Bewegung gemeinsam mit dem Trennwerkzeug und die andere Bewegung durch Rotation um die Hochachse des Trennwerkzeugs erfolgen. Die Rotation des Laserscanners um die Hochachse des Werkzeugs gestattet eine Verschiebung des Arbeitsbereichs des Laserscanners auf der Werkstückoberfläche, damit der Arbeitsbereich des Laserscanners in Vorschubrichtung vor dem Trennwerkzeug positioniert ist. Die Bewegung des Laserstrahls innerhalb des Arbeitsbereichs des Laserscanners ist die Bewegung, die das Abfahren eines gebogenen Konturabschnitts gestattet mit einer Verfahrgeschwindigkeit relativ zum Werkstück, die vorzugsweise ungleich der Verfahrgeschwindigkeit des Werkzeugs relativ zum Werkstück ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Laserscanner um eine weitere Achse neigbar, die nicht parallel zu Hochachse des Werkzeugs ist. Das Neigen des Laserscanners erlaubt es, den Arbeitsbereich des Scanners auf der Werkstückoberfläche zu verschieben und einen Winkel zwischen Hauptachse des Laserscanners und Senkrechten auf der Werkstückoberfläche einzustellen. In a preferred embodiment, the laser scanner is rotatably mounted around the tool holder and moves with the tool. The laser scanner thus moves relative to the workpiece in two ways, wherein the one movement is carried out together with the separating tool and the other movement by rotation about the vertical axis of the separating tool. The rotation of the laser scanner about the vertical axis of the tool allows a shift of the working range of the laser scanner on the workpiece surface, so that the working range of the laser scanner is positioned in the feed direction in front of the cutting tool. The movement of the laser beam within the working range of the laser scanner is the movement that allows the departure of a curved contour portion with a travel speed relative to the workpiece, which is preferably not equal to the speed of movement of the tool relative to the workpiece. In a preferred embodiment, the laser scanner is tiltable about a further axis, which is not parallel to the vertical axis of the tool. The tilting of the laser scanner makes it possible to move the working area of the scanner on the workpiece surface and to set an angle between the main axis of the laser scanner and perpendicular to the workpiece surface.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Laserstrahl durch Rotation des Scanners um die Werkzeughochachse und Neigung um eine dazu nicht parallele Achse in einem Lasereinfallwinkel zur Werkstückoberfläche geneigt. Diese Rotation und Neigung der Laserscaneinheit gestattet es, einen definierten Fasenwinkel an dem Werkstück zu schneiden. Der Fasenwinkel entspricht der Projektion des Raumwinkels des Lasereinfalls auf eine Ebene orthogonal zur Vorschubrichtung des Trennwerkzeugs. In a preferred embodiment, the laser beam is inclined by rotation of the scanner about the tool vertical axis and inclination about an axis not parallel thereto at a laser incident angle to the workpiece surface. This rotation and inclination of the laser scanning unit makes it possible to cut a defined chamfer angle on the workpiece. The chamfer angle corresponds to the projection of the solid angle of the laser incidence on a plane orthogonal to the feed direction of the cutting tool.

In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist eine zweite Laserscaneinheit vorgesehen, deren Arbeitsbereich auf die geschnittene Kante auf der von der ersten Laserscaneinheit abgewandten Seite des Werkstücks gerichtet ist. Die zweite Laserscaneinheit erlaubt es, entlang der Schnittkante auch auf der der Laserscaneinheit abgewandten Seite des Werkstücks einen Grat zu entfernen und/oder eine Anfasung zu schneiden. In a further preferred embodiment, a second laser scanning unit is provided, the working area of which is directed onto the cut edge on the side of the workpiece facing away from the first laser scanning unit. The second laser scanning unit makes it possible to remove a burr and / or to cut a chamfer along the cutting edge, also on the side of the workpiece facing away from the laser scanning unit.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to FIGS. Show it:

1 ein spanendes Werkzeug bei dem Trennvorgang eines ebenen Werkstücks mit einem vorauseilenden Laserschnitt, 1 a cutting tool in the process of cutting a flat workpiece with a leading laser cut,

2 eine Ansicht entlang der Linie A-A aus 1, 2 a view along the line AA 1 .

3 eine Draufsicht auf das spanende Werkzeug aus 1, 3 a plan view of the cutting tool 1 .

4 zeigt eine zweite Ausführungsform mit zwei Laserscannern in einer Ansicht von der Seite, 4 shows a second embodiment with two laser scanners in a side view,

5 zeigt einen Schnitt entlang der Linie C-C aus 4, 5 shows a section along the line CC 4 .

6 zeigt die einzelnen Arbeitsschritte A bis G bei einer beidseitig angefasten Schnittkante, 6 shows the individual steps A to G with a chamfered bevel on both sides,

7a–b zwei Varianten einer Fase an der Werkstückkante, 7a -B two variants of a chamfer on the workpiece edge,

8 eine schematische Ansicht einer Wärmeeinflusszone und 8th a schematic view of a heat affected zone and

9 eine dritte Ausführungsform mit einem scheibenförmigen, spanenden Werkzeug. 9 a third embodiment with a disc-shaped, cutting tool.

1 zeigt ein spanendes Werkzeug 6, das mit der Drehrichtung und Drehzahl n um seine Hochachse 10 dreht und dabei in der Verfahrrichtung mit Verfahrgeschwindigkeit v_f verfährt. Ein Laserscanner 1 ist in einem Abstand l₁ zu der Hochachse 10 des Werkzeugs angeordnet und um eine quer zur Hochachse stehende Achse D, die senkrecht zur der Werkstücknormalen verläuft, ausgerichtet. Der Laserscanner 1 ist um den Winkel α₁ um die D-Achse geneigt. Der Laserscanner 1 erzeugt einen Fokuspunkt 11 auf der Oberseite des Werkstücks 5. Der Laserscanner 1 besitzt einen dreidimensionalen Arbeitsbereich 2 innerhalb dessen der Laserstrahl 7 fokussiert zur Erzeugung eines Fokuspunkts 11 bewegt werden kann. 1 shows a cutting tool 6 with the direction of rotation and speed n around its vertical axis 10 rotates while moving in the traversing direction at travel speed v _f . A laser scanner 1 is at a distance l ₁ to the vertical axis 10 of the tool and aligned about an axis perpendicular to the vertical axis D, which is perpendicular to the workpiece normal aligned. The laser scanner 1 is inclined by the angle α ₁ about the D-axis. The laser scanner 1 creates a focus point 11 on the top of the workpiece 5 , The laser scanner 1 has a three-dimensional workspace 2 within which the laser beam 7 focused to produce a focus point 11 can be moved.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Hauptachse 21 des Laserscanners durch ein Neigen um den Winkel α₁ so ausgerichtet, dass sie die Hochachse 10 des Werkzeugs auf der Unterseite des Werkstücks 5 schneidet. In the illustrated embodiment, the main axis 21 of the laser scanner by tilting by the angle α ₁ aligned so that it is the vertical axis 10 of the tool on the bottom of the workpiece 5 cuts.

2 zeigt den Aufbau aus 1 entlang der Schnittansicht A-A. Deutlich zu erkennen ist in 2, dass das spanende Werkzeug 6 entlang einer gebogenen Konturlinie 22 läuft, die durch den Fokuspunkt 11 des Laserscanners 1 vorgeschnitten ist. Ebenfalls deutlich zu erkennen in 2 ist, dass der Laserstrahl in dem ovalen Arbeitsbereich 2 des Laserscanners auf dem Werkstück außermittig ausgelenkt ist. 2 shows the structure 1 along the sectional view AA. Clearly visible in 2 that the cutting tool 6 along a curved contour line 22 running through the focus point 11 of the laser scanner 1 is pre-cut. Also clearly visible in 2 is that the laser beam in the oval workspace 2 the laser scanner is deflected eccentrically on the workpiece.

Das spanende Werkzeug kann auf beliebigen Bearbeitungskonturen 8 verfahren werden. Auch eine Kurvenfahrt und spitze Winkel entlang dieser Bearbeitungskontur 8 sind möglich. Die beschriebene Rotation des Laserscanners 1 um die Hochachse 10 und die D-Achse dienen dazu, Bereiche vor dem spanenden Werkstück auf der Werkstückoberfläche mit dem Fokuspunkt 11 zu erreichen, um eine Bearbeitung durch den Laserstrahl vor der spanenden Bearbeitung erzielen zu können. The cutting tool can be used on any machining contours 8th be moved. Also a cornering and acute angle along this machining contour 8th are possible. The described rotation of the laser scanner 1 around the vertical axis 10 and the D-axis serve to create areas in front of the cutting workpiece on the workpiece surface with the focal point 11 to achieve processing by the laser beam before machining can be achieved.

3 zeigt den Schnitt aus 2, mit einer um den Winkel β₁ rotierten Laserscaneinheit. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Laserscaneinheit 1 rotierbar um die Hochachse 10 des Werkzeugs. Dies erlaubt es, Arbeitsbereich 2 des Laserscanners 1 zu verschieben, um die gewünschte Kante zu schneiden. 3 shows the cut 2 with a laser scanning unit rotated by the angle β ₁ . In a preferred embodiment, the laser scanning unit 1 rotatable about the vertical axis 10 of the tool. This allows workspace 2 of the laser scanner 1 to move to cut the desired edge.

4 zeigt eine Trennvorrichtung mit einem zweiten Laserscanner 12, dessen Fokuspunkt 14 auf der abgewandten Seite des Werkstücks 13 liegt. Ebenso wie der erste Laserscanner 1 um den Winkel α₁ geneigt ist, ist auch der zweite Laserscanner 12 um einen Winkel α₂ geneigt. Wie in der Schnittansicht entlang der Linie C-C aus 5 zu erkennen, ist die zweite Laserscaneinheit 12 um einen Winkel β₂ gegenüber der entgegengesetzten Vorschubrichtung des Trennwerkzeugs gedreht. Auch der Abstand l₂ der zweiten Laserscaneinheit 12 gegenüber dem Werkstück kann von dem Abstand l₁ verschieden sein. Mit der Verwendung eines ersten und eines zweiten Laserscanners kann die Werkstückkante auf beiden Seiten beispielsweise gefast werden. 4 shows a separator with a second laser scanner 12 , whose focal point 14 on the opposite side of the workpiece 13 lies. Just like the first laser scanner 1 is inclined by the angle α ₁ , is also the second laser scanner 12 inclined by an angle α ₂ . As in the sectional view along the line CC 5 to recognize is the second laser scan unit 12 rotated by an angle β ₂ relative to the opposite feed direction of the cutting tool. Also the distance l _{2 of} the second laser scanning unit 12 relative to the workpiece may be different from the distance l ₁ . With the use of a first and a second laser scanner, the workpiece edge can be chamfered on both sides, for example.

6 zeigt die Bearbeitungsschritte in ihrer Reihenfolge A bis G, wobei jeweils der gleiche Werkstückquerschnitt zu unterschiedlichen Zeitpunkten dargestellt ist, während sich der Trennvorgang vollzieht. 6 zeigt eine optionale Vermessung des Differenzabstandes ∆z zwischen einer bekannten Sensorposition und dem Werkstück, beispielsweise über eine Lasertriangulation 24. 6B zeigt den einfallenden Laser der ersten Laserscannereinheit, der unter einem Winkel γ₁ gegenüber der normalen Werkstückfläche 15 auf das Werkstück fällt und eine Furche oder Nut 16 oberflächlich in das Werkstück schneidet (vgl. 6C). 6 shows the processing steps in their order A to G, wherein in each case the same workpiece cross-section is shown at different times, while the separation process takes place. 6 shows an optional measurement of the difference distance Δz between a known sensor position and the workpiece, for example via a laser triangulation 24 , 6B shows the incident laser of the first laser scanner unit, which at an angle γ ₁ relative to the normal workpiece surface 15 falls on the workpiece and a groove or groove 16 superficially cutting into the workpiece (cf. 6C ).

6D zeigt das spanende Werkzeug 6, welches sich relativ zum Werkstück bewegt und das in Vorschubrichtung vor dem Werkzeug liegendes Material zerspant. Die Furche 16 ist auf der Werkstückoberfläche um den vertikalen Abstand F₁ gegenüber der späteren Bauteilschnittfläche 17 versetzt. Nach der Zerspanung des betrachteten Querschnitts entsteht am Bauteil auf der Oberseite eine Fase zwischen der Bauteiloberfläche und der Bauteilschnittfläche mit der Länge F₁. 6D shows the cutting tool 6 which moves relative to the workpiece and chops the lying in the feed direction in front of the tool material. The furrow 16 is on the workpiece surface by the vertical distance F ₁ relative to the later component cut surface 17 added. After the machining of the considered cross section, a chamfer is created on the component on the upper side between the component surface and the component sectional area with the length F ₁ .

Unmittelbar hinter dem spanenden Werkzeug ist ein zweiter Laserstrahl geführt, der in einem projizierten Winkel γ₂ zur Werkstückoberflächennormalen auf die Bauteilunterkante gelenkt ist. Je nach Größe des Winkels γ₂ entsteht an die Werkstückunterseite an die Schnittfläche 17 angrenzend eine zusätzlich Fase der entsprechenden Breite F₂. Immediately behind the cutting tool, a second laser beam is guided, which is directed at a projected angle γ ₂ to the workpiece surface normal to the lower edge of the component. Depending on the size of the angle γ ₂ is formed on the workpiece bottom to the cut surface 17 adjacent an additional chamfer of the corresponding width F ₂ .

7 zeigt, nunmehr vergrößert, mit den Varianten a und b eine Fase an der Werkstückkante, die mit dem Laserstrahl 7eingebracht wird. Bei einem von 0 verschiedenen Neigungswinkel γ₁ kann auch die Fase mit einem entsprechenden Neigungswinkel γ₁ hergestellt werden. Ebenfalls lassen sich gewünschte Geometrien, wie in 7b gezeigt, durch mehrmaliges Überfahren des Werkstückmaterials mit dem Laserlicht erzielen. 7b zeigt sechs Schnitte mit dem Laserstrahl 7 bei einer Führung des Laserstrahls mit einem projizierten Winkel γ₁ von 0°. Je nach verwendetem Material können hier unterschiedliche Formen und Konturen in die Kante geschnitten werden. 7 shows, now enlarged, with the variants a and b, a chamfer on the workpiece edge, which is introduced with the laser beam 7. With a different angle of inclination γ ₁ from 0, the chamfer can also be produced with a corresponding inclination angle γ ₁ . Likewise, desired geometries, as in 7b shown achieved by repeatedly overrunning the workpiece material with the laser light. 7b shows six cuts with the laser beam 7 with a guide of the laser beam with a projected angle γ ₁ of 0 °. Depending on the material used, different shapes and contours can be cut into the edge.

8 zeigt schematisch die Wärmeeinflusszone 9 des Laserstrahls 7 auf das Werkstück 4. Der rechte schraffierte Bereich 19 dieser Wärmeeinflusszone wird in dem nicht weiter verwendeten Material des Werkstücks eingebracht und bei der Bearbeitung zerspant. 8th shows schematically the heat affected zone 9 of the laser beam 7 on the workpiece 4 , The right hatched area 19 This heat affected zone is introduced into the unused material of the workpiece and machined during machining.

9 zeigt einen Aufbau wie aus 1, jedoch mit einem scheibenförmigen und kurvenschneidfähigem, spanenden Werkzeug, wie beispielsweise einem Sägeblatt oder einer Trennscheibe. Auch hier ist der Laserscanner 1 um einen Winkel α₁ geneigt, um möglichst werkzeugnah zu schneiden. Auch das seitliche Verschwenken der Laserscaneinheit 1 ist durch den Winkel β₁ angedeutet, um eine vorlaufende Führung bei gekrümmten Konturen zu ermöglichen 9 shows a structure like 1 but with a disc-shaped and curve-cutting, cutting tool, such as a saw blade or a cutting disc. Again, the laser scanner 1 inclined by an angle α _{1 in} order to cut as close to the tool as possible. Also the lateral pivoting of the laser scanning unit 1 is indicated by the angle β ₁ , to allow a leading guide with curved contours

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt über den ersten Laserstrahl ein Trennen der äußersten Materiallagen mittels Laserstrahl, so dass das nachfolgende spanende Werkzeug zur delaminations- und gradfreien Kantenerzeugung eingesetzt werden kann. In the method according to the invention, the outermost layers of material are separated by means of a laser beam via the first laser beam, so that the following cutting tool can be used for delamination-free and edge-free edge generation.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

CA 2259700 A1 [0002]
US 5906459 [0003]
US 5409376 [0004]
US 4469931 [0005]
US 2004/0104207 A1 [0006]
CA 2558898 [0007]

Claims

Method for laser-assisted cutting of a workpiece with a cutting tool, which is moved along a predetermined contour relative to the workpiece, and a laser scanner, which cuts a groove in the workpiece within its working area along the contour, wherein the travel paths of the tool and the laser scanner and the positioning of the laser beam is jointly controlled by the scanner such that the tool cuts along the groove cut by the laser beam, wherein in a curved contour section a laser beam of the laser scanning unit is deflected within the working area relative to the tool.

A method according to claim 1, characterized in that the tool cuts the workpiece within the working range of the laser scanner.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the laser scanner cuts several times along the contour to be cut in order to cut a defined chamfer width and / or chamfer geometry.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that on the side facing away from the laser scanner Zerspankraftkomponente directed into the workpiece by the cutting tool by a shaft-shaped tool with a directed to the rear edge inclination or a disk-shaped tool with a directed to the rear cutting movement is used.

Device for laser-assisted cutting of a workpiece with a cutting tool which is movable along a predetermined contour relative to the workpiece, with a laser scanner which can cut a groove into the workpiece with a laser beam within a working area along the contour and with a control, which controls a positioning drive for the tool as well as the laser beam of the laser scanner in such a way that the tool cuts along the groove cut by the laser scanner, wherein in the case of a curved contour section the laser beam of the laser scanner is deflected within a working area relative to the tool.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the laser scanner is rotatably mounted around a tool axis around and moves with the tool.

Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the laser scanner can be tilted about an axis which is not parallel to the vertical axis of the separating tool.

Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the main axis of the laser scanner is inclined at a laser incident angle to the workpiece surface normal.

Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that a second laser scanner is provided, the working area is directed to an edge on the side facing away from the first laser scanner side of the workpiece.