DE69600131T2

DE69600131T2 - Laserschneidgerät und Verfahren zum Schneiden von Flachmaterial

Info

Publication number: DE69600131T2
Application number: DE69600131T
Authority: DE
Inventors: Heinz Joseph Gerber
Original assignee: Gerber Garment Technology Inc
Current assignee: Gerber Scientific Inc
Priority date: 1995-04-19
Filing date: 1996-04-16
Publication date: 1998-07-23
Anticipated expiration: 2016-04-17
Also published as: JPH08309570A; EP0738556B1; US5910260A; DE69600131D1; JP2839869B2; EP0738556A1

Description

Die Erfindung betrifft Laserschneidgeräte und Verfahren zum Schneiden zweidimensionaler Muster oder Teile aus dünnem Lagenmaterial wie beispielsweise Stoff, Kunststoff- oder Metallfolien. Insbesondere betrifft die Erfindung Verbesserungen eines solchen Schneidgeräts und eines solchen Verfahrens dahingehend, daß bei geringeren Kosten eine höhere Schneidgenauigkeit und -geschwindigkeit ermöglicht wird.
Wie beispielsweise das Dokument US-A-4 675 497 zeigt, sind Laserschneidgeräte für Lagenmaterial bekannt, die für den Zuschnitt von Teilen aus dünnem Lagenmaterial dienen und bei welchen das Arbeitsmaterial auf einer Auflagefläche gelagert wird, ein Laserstrahl von einem über dem Arbeitsmaterial angeordneten Projektorteil auf das Arbeitsmaterial projiziert wird und das auf der Auflagefläche gelagerte Arbeitsmaterial und der Projektorteil relativ zueinander in zwei Koordinatenrichtungen bewegt werden, um zu bewirken, daß der Strahl einer die Peripherie eines gewünschten Teils begrenzenden zweidimensionalen Linie auf dem Lagenmaterial folgt und schneidet. Wenn die zuzuschneidenden Materialteile sehr groß sind, wie zum Beispiel bei Stoff, aus dem Kleidungsstücke, Polsterbezüge oder Airbagteile zuzuschneiden sind, werden die sich relativ zueinander bewegenden Teile des Schneidgeräts ziemlich massiv, so daß mit den Antrieben für die Bewegung des Projektorteils und des Arbeitsmaterials relativ zueinander in jeder der beiden Koordinatenrichtungen beachtliche Trägheiten verbunden sind. Die sich dadurch ergebende Schwierigkeit beim Beschleunigen und Verzögern der sich relativ zueinander bewegenden Teile hat es generell erforderlich gemacht, die Schneidgeräte mit relativ niedrigen Geschwindigkeiten zu bewegen, um den Zuschnitt mit einer angemessenen Genauigkeit ausführen zu können, insbesondere in Fällen, in denen aus dem Arbeitsmaterial zu schneidende Teile komplizierte Formen haben und erfordern, daß der Strahl an Eckpunkten oder an anderen Punkten, an denen Kerben, Löcher oder dergleichen komplizierte Details einzubringen sind, gestoppt und erneut gestartet wird. Solche Schneidgeräte, die mit einer angemessenen Geschwindigkeit und Genauigkeit arbeiten können, sind auch sehr teuer in der Anschaffung.
Das Dokument US-A-5 374 804 beschreibt ein Laserkopfgerät, das speziell für das Arbeiten an einem dreidimensionalen Werkstück mit einer dreidimensional geformten Außenfläche vorgesehen ist. Wenngleich nicht speziell genannt, ist der Zweck doch offensichtlich, nämlich die Ermöglichung einer Bewegung entlang einer Z-Achse und von Bewegungen um A- und B-Achsen, damit der Laserstrahl auf einen beliebigen Punkt der dreidimensional gekrümmten Fläche des Werkstücks gerichtet werden kann, während der Laserstrahl senkrecht zur Oberfläche an seinem Auftreffpunkt gehalten wird. Ferner ist die Grundachse bei diesem Laserkopfgerät die Achse, die sich von einer Laserguelle zu einem ersten Spiegel, einem zweiten Spiegel, einer Düse und zu dem Werkstück erstreckt. Die Bewegung von Teilen entlang der Z-Achse und um die A- und B- Achsen ändert die Form der Grundachse, verschiebt aber nicht den Laserstrahl von dieser Achse parallel zur einer seitlich von der Grundachse abliegenden Auflagefläche.
Das durch die vorliegende Erfindung zu lösende Problem ist deshalb die Bereitstellung eines Laserschneidgeräts und eines Verfahrens der vorgenannten Art, mit welchem Schneidgerät und Verfahren die vorstehend erwähnten Nachteile, die sich aus den hohen Trägheiten des zweidimensionalen Antriebssystems ergeben, vermieden werden und es ermöglicht wird, komplizierte Formen bei einer noch stärker erwünschten Kombination von Geschwindigkeit und Genauigkeit als bisher möglich aus dem Arbeitsmaterial auszuschneiden.
Ein weiteres Problem ist die Bereitstellung eines Laserschneidgeräts, das geeignet ist zum Schneiden von komplizierten Mustern in Lagenmaterial mit einer angemessenen Geschwindigkeit und Genauigkeit und das zu einem vernünftigen Preis hergestellt werden kann.
Die Erfindung löst diese Probleme durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder 15. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird durch die vereinfachte Folgelinie, der die Grundachse folgt, die Bürde wiederholter Beschleunigungen und Verzögerungen des mit hoher Trägheit arbeitenden Antriebssystems beseitigt oder verringert, und der Strahl kann dadurch in kürzerer Zeit entlang des gesamten Perimeters eines Teils bewegt werden als dies möglich wäre, wenn man die Grundachse exakt der Spur der gewünschten Schnittlinie folgen ließe.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Betriebsweise im wesentlichen die, daß die Strahl-Grundachse entlang einer vereinfachten Folgelinie bewegt und während einer solchen Bewegung der Strahl "im Flug" weg von der vereinfachten Linie verschoben wird, um eine kompliziertere Linie mit markanten Merkmalen wie Kerben, Schlitze, Löcher und Ecken zu schneiden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Intensität oder Leistung des Laserstrahls an seinem Punkt des Zusammentreffens mit dem Arbeitsmaterial und die Geschwindigkeit des Strahls entlang der Schnittlinie derart relativ zueinander gesteuert, daß die von dem Strahl auf das Arbeitsmaterial aufgebrachte Schneidenergie so ist, daß ein annehmbarer Schnitt entlang der gesamten Länge der Schnittlinie erreicht wird.
In einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung hat das Schneidgerät einen verschlußähnlichen Modulator zum An- und Abschalten des Laserstrahls unter der Steuerung durch die Steuervorrichtung, und das Schneidverfahren ist dergestalt, daß der Modulator betätigt wird, um den Strahl abgeschaltet zu lassen, bis die Grundachse einen gegebenen Punkt an der Folgelinie erreicht. Der Strahl wird dann angeschaltet und der Strahlverschieber betätigt, um während der fortgesetzten Bewegung der Grundachse entlang der Achsfolgelinie ein zweidimensionales Loch in das Arbeitsmaterial zu schneiden, und nachdem das Loch fertig eingeschnitten ist, wird der Modulator erneut betätigt, um den Strahl abzuschalten. Auf diese Weise können Löcher unterschiedlicher Größe und Form problemlos in innere Bereiche von aus dem Lagenmaterial zugeschnittenen Teilen geschnitten werden.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
Figur 1 ein Blockdiagramm der Basiskomponenten eines Laserschneidgeräts, an welchem die Erfindung verwirklicht ist;
Figur 2 eine perspektivische Darstellung einer spezielleren Ausführungsform der Erfindung;
Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines Laserschneidgeräts, das eine weitere Ausführungsform der Erfindung umfaßt, und
Figur 4 eine perspektivische Darstellung eines Laserschneidgeräts, das eine noch weitere Ausführungsform der Erfindung umfaßt.
Ein Schneidgerät, das die breiteren Aspekte der Erfindung einschließt, kann auf vielen unterschiedlichen Wegen implementiert werden, indem es mit unterschiedlichen spezifischen Komponenten und unterschiedlichen Formen der Bewegungen zwischen den sich relativ zueinander bewegenden Komponenten arbeitet. Deshalb wird, damit die Erfindung in ihrer breiteren Sicht deutlich verständlich ist, zunächst auf Figur 1 Bezug genommen, die schematisch und allgemein die Hauptkomponenten des allgemein mit Bezugsziffer 10 gekennzeichneten Schneidgeräts, an dem die Erfindung verwirklicht ist, zeigt.
Bezugnehmend auf Figur 1 hat das Schneidgerät 10 eine Einrichtung 12, die eine Auflagefläche 14 für eine ausgebreitete Lage 16 eines Stoffes oder anderen dünnen Arbeitsmaterials bildet, das mit dem Schneidgerät zuzuschneiden ist. Im dargestellten Fall ist die Auflagefläche 14 eine ebene Fläche, und das Arbeitsmaterial 16 wird während des Schneidevorgangs durch geeignete Mittel, zum Beispiel ein Vakuum, an der Auflagefläche 14 festgehalten. Diese Merkmale schränken die Erfindung jedoch nicht ein, und in anderen Fällen kann die Auflagefläche 14 eine nichtebene Fläche sein, zum Beispiel die Außenfläche einer zylindrischen drehbaren Trommel, und das Arbeitsmaterial 16 kann in manchen Fällen relativ zur Auflagefläche 14 in einer oder in beiden der dargestellten X- und Y-Koordinatenrichtungen bewegbar sein.
Ein Projektorteil 18 befindet sich über der Auflagefläche 14 und projiziert einen Laserstrahl 20 in Richtung nach unten auf die Oberfläche des Arbeitsmaterials 16 allgemein entlang einer Grundachse 22, die relativ zu dem Projektorteil 18 festgelegt ist und die an ihrem Kontaktpunkt mit dem Arbeitsmaterial allgemein senkrecht zur Auflagefläche 14 orientiert ist. Das Haltesystem für das Arbeitsmaterial 16 und für das Projektorteil 18 ist derart konstruiert und angeordnet, daß das Projektorteil 18 und das Arbeitsmaterial 16 relativ zueinander bewegbar sind, damit die Grundachse 22 entlang einer Achsfolgelinie 24 mit Komponenten in den beiden dargestellten X- und Y-Koordinatenrichtungen der Oberfläche des Lagenmaterials bewegt werden kann, wobei eine solche Relativbewegung durch den gezeigten X- und Y-Antriebsmechanismus 26 bewerkstelligt wird.
Wie Figur 1 zeigt, erreicht der X- und Y-Antriebsmechanismus 26 eine relative zweidimensionale Bewegung zwischen dem Projektorteil 18 und dem Arbeitsmaterial 16, indem das Positionsverhältnis zwischen dem Projektorteil 18 und der Auflagefläche 14 gesteuert wird, wobei das Lagenmaterial für eine Bewegung mit der Auflagefläche an dieser befestigt ist. In Fällen jedoch, in denen das Lagenmaterial in einer oder in beiden Koordinatenrichtungen über eine Auflagefläche bewegt wird, kann der X- und Y-Antriebsmechanismus direkt auf das Lagenmaterial 16 wirken, so zum Beispiel durch Stachelräder oder Reibantriebsräder, die direkt an dem Arbeitsmaterial angreifen. Es versteht sich auch, daß, um die relative Bewegung zwischen dem Projektorteil und dem Arbeitsmaterial in den gewünschten beiden Koordinatenrichtungen zu erreichen, eines der den Projektorteil und das Arbeitsmaterial umfassenden Elemente in einer oder in beiden Koordinatenrichtungen stationär gehalten werden muß, während das jeweils andere Element in der jeweils anderen Koordinatenrichtung oder in beiden Koordinatenrichtungen bewegt wird.
Der Laserstrahl 20 wird von einem Lasergenerator 28 bereitgestellt, wobei der von dem Generator ausgesandte Strahl in sachgemäßer Weise dem Projektorteil 18 zugeleitet wird, um allgemein entlang der Grundachse 22 projiziert zu werden. An einem gewissen Punkt entlang seines Weges tritt der Strahl 20 durch einen verschluß:hnlichen Modulator 30 hindurch, der es ermöglicht, daß der das Lagenmaterial 16 erreichende Bereich des Strahls an- und abgeschaltet werden kann.
Erfindungsgemäß umfaßt das Schneidgerät 10 von Figur 1 auch einen Strahlverschieber 32, der betätigt werden kann, um den Strahl 20 in zwei Koordinatenrichtungen gegenüber der Grundachse 22 zu verschieben. Der Verschieber 32 kann hinsichtlich der Richtung des Strahls dem Projektorteil 18 entweder voroder nachgeschaltet sein und kann in vielfältigen unterschiedlichen Formen vorgesehen sein, aber in jedem Fall ist seine mit der Verschiebung des Strahls gegenüber der Achse 22 in jeder der beiden Koordinatenrichtungen verbundene Trägheit sehr gering im Vergleich zu der Trägheit, die mit dem X- und Y-Mechanismus 26 zum Bewegen des Projektorteils 18 und des Arbeitsmaterials relativ zueinander in den beiden verwandten Koordinatenrichtungen verbunden ist. Deshalb kann veranlaßt werden, daß der Strahl 20, während die Grundachse 22 durch den Betrieb des X- und Y-Anriebsmechanismus 26 entlang der Achsfolgelinie 24 bewegt wird, durch die Betätigung des Strahlverschiebers 32 von der Achsfolgelinie 24 abweicht, um sich schneidend entlang einer Linie 34 zu bewegen, deren Form sich etwas von der Achsfolgelinie 24 unterscheidet.
Weiterhin erfindungsgemäß umfaßt das Schneidgerät 10 von Figur 1 eine Steuervorrichtung 36, die den Betrieb des X- und Y-Antriebsmechanismus 26 und gleichzeitig den Strahlverschieber 32 steuert. Der Betrieb der Steuervorrichtung ist derart, daß beim Zuschneiden eines Teils 38 aus dem Lagenmaterial 16 die Achsfolgelinie 24, der die Grundachse 22 folgt, einfacher gestaltet ist als die der gewünschten Schnittlinie 34, der der Strahl 20 folgt. Das heißt daß, wie in Figur 1 gezeigt, die gewünschte Schnittlinie 34 eine Anzahl von markanten Merkmalen enthält, zum Beispiel die dargestellten Ecken 40 und Kerben 42. Die zugehörige Achsfolgelinie 24 ist jedoch eine vereinfachte Version der gewünschten Schnittlinie 34, die gleichmäßig an den Kerben 42 vorbeiführt und an den Ecken 40 gleichmäßig gerundete Profile hat. Entlang von Bereichen der gewünschten Schnittlinie 34 ist die Schnittlinie relativ gleichmäßig, und entlang dieser Bereiche deckt sich die Schnittlinie 34 mit der Achsfolgelinie 24, wobei der Strahl 20 gegenüber der Achse 22 nicht verschoben ist. Wenn die Achse 22 die Stelle einer Kerbe 42 oder Ecke 40 erreicht, wird jedoch, während sich die Achse 22 entlang der Achsfolgelinie 24 fortbewegt, der Strahlverschieber 32 betätigt, um den Strahl zu verschieben und so die zugeordnete Kerbe 42 oder Ecke 40 zu schneiden.
Die Steuervorrichtung betätigt den X- und Y-Antriebsmechanismus 26, um die Grundachse 22 entlang der Achsfolgelinie 24 zu bewegen, indem sie die Achsfolgelinie definierende Anweisungen ausführt, die in beliebig geeigneter Weise erfolgen können, zum Beispiel durch das dargestellte Designsystem 44, und solche Anweisungen können auch Anweisungen enthalten, die bewirken, daß die Steuervorrichtung 36 den Strahlverschieber 32 in geeigneter Weise betätigt, um den Strahl 20 wie gewünscht zu verschieben, wenn die Achse 22 bei ihrer Bewegung entlang der Achsfolgelinie 24 die Stelle einer scharfen Ecke 40, Kerbe 42 oder eines anderen in das aus dem Lagenmaterial zu schneidende Teil einzufügenden Merkmals erreicht und passiert. Als Alternative können jedoch Anweisungssätze, die zur Steuerung des Strahlverschiebers 32 zum Schneiden von Standardmerkmalen wie bestimmte Kerben, Schlitze oder Ecken zu verwenden sind, auf einer Speicherkarte 46 oder dergleichen gespeichert werden, die in die Steuervorrichtung 36 geschoben werden kann. Dann können die von dem Designsystem 44 oder dergleichen für die Steuervorrichtung bereitgestellten Anweisungen derart sein, daß, wenn die Achse 22 einen gegebenen Punkt entlang der Achsfolgelinie 24 erreicht, an welchem der Strahl einer von der Achsfolgelinie abweichenden Form eines gegebenen Merkmals folgen muß, der zugehorige Anweisungssatz der Speicherkarte entnommen und von der Steuervorrichtung ausgeführt wird.
Es versteht sich, daß sich, wenn die Grundachse 22 mit im wesentlichen stetiger Geschwindigkeit entlang der Achsfolgelinie 24 bewegt wird, der Strahl 20, wenn er zum Schneiden von besonderen Merkmalen gegenüber der Grundachse verschoben ist, mit höherer Geschwindigkeit entlang der Schnittlinie 34 bewegt als dann, wenn er nicht verschoben ist, um solche besonderen Merkmale zu schneiden. Um einen erfolgreichen Schnitt sicherzustellen, kann es deshalb notwendig sein, das Verhältnis zwischen der Leistung des Strahls 20 und seiner Bewegungsgeschwindigkeit entlang der Schnittlinie 34 zu steuern, so daß entlang der Gesamtlänge der Linie 34 eine für die Sicherstellung eines vollständigen Schnittes ausreichende Leistung bereitgestellt wird. Dieses Verhltnis läßt sich erreichen, indem die Leistung des Strahls 20 auf einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten und die Geschwindigkeit der Grundachse 22 entlang der Achsfolgelinie 24 derart gesteuert wird, daß die Geschwindigkeit dann verringert wird, wenn der Strahl zum Zweck des Schneidens von besonderen Merkmalen nicht gegenüber der Grundachse 22 verschoben ist. Ein anderer Weg, um dieses Verhältnis zu erreichen, ist die Bereitstellung einer Leistungssteuerschaltung 29 für die Lasergeneratoreinheit 28, wobei diese Steuerschaltung 29 durch die Steuervorrichtung 36 gesteuert wird und wirksam ist für die Einstellung des Leistungspegels des Laserstrahls 20, wenn dieser von der Einheit 28 ausgesandt wird. Dann kann gewünschtenfalls die Grundachse 22 mit im wesentlichen stetiger Geschwindigkeit entlang der Achsfolgelinie bewegt werden, und zu Zeiten, da der Strahl 20 zum Schneiden eines besonderen Merkmals wie beispielsweise die dargestellten Kerben 42 gegenüber der Grundachse 22 verschoben ist, erhält die Leistungssteuerungseinheit 29 von der Steuervorrichtung 36 den Befehl, die Leistung des Laserstrahls 20 so zu erhöhen, wie sie zum Erreichen eines sachgemäßen Schnittes notwendig ist.
Die Steuervorrichtung 36 betätigt auch den Modulator 30 derart, daß der Strahl, wenn dies zum Schneiden entlang der Linie 34 erwünscht ist, aktiviert und andernfalls deaktiviert werden kann. Dies Merkmal erlaubt auch das wirksame Schneiden von Löchern verschiedener Formen und Größen im Inneren eines Schnitteils 38. Zwei solcher Löcher sind zum Beispiel bei Pos. 50 in Figur 1 gezeigt. Zum Schneiden dieser Löcher wird die Grundachse 22 entlang einer Linie, wie bei Pos. 24' angegeben, bewegt und durchläuft dabei die für die Löcher 50 gewünschten Stellen. Bei der Bewegung in Richtung auf die Stelle eines Loches wird der Modulator betätigt, um den Strahl 20 deaktiviert zu halten. Wenn die Stelle des Loches erreicht wird, wird der Modulator 30 angeschaltet und gleichzeitig der Strahlverschieber 32 betätigt, um den Strahl 20 gegenüber der Linie 24' derart zu verschieben, daß er dem Umriß der gewünschten Lochform folgt. Nachdem das Loch fertig geschnitten ist, schaltet der Modulator 30 den Strahl wieder ab, bis die Achse 22 die Stelle des nächsten Loches erreicht, an der dann der Vorgang wiederholt wird.
Figur 2 zeigt anhand eines Beispiels eine speziellere Ausführungsform der Erfindung, wobei die Steuervorrichtung 36 und das Designsystem 44 von Figur 1 weggelassen sind. In diesen Figuren sind diejenigen Komponenten, die den in Figur 1 gezeigten Komponenten ähnlich sind, mit den gleichen Bezugsziffern wie in Figur 1 gekennzeichnet. Das Schneidgerät von Figur 2 ist allgemein mit Bezugsziffer 10' gekennzeichnet und enthält einen Tisch 54, der eine ortsfeste ebene und nach oben weisende Auflagefläche 14 zur Aufnahme des Arbeitsmaterials 16 bereitstellt. Ein Vakuumsystem mit Löchern 57, die über die Fläche 14 verteilt sind, die aus unterhalb der Fläche 14 angeordneten Kammern mit Vakuum beaufschlagt werden kann, kann zum Festlegen des Lagenmaterials 16 auf der Fläche 14 während eines Schneidevorgangs verwendet werden.
Der Projektorteil 18 des Schneidgeräts 10' umfaßt einen Schlitten 59, der sich über der Fläche 14 befindet und relativ zur Fläche 14 und zu dem Arbeitsmaterial 16 in der dargestellten Y-Koordinatenrichtung durch eine Gleitbewegung entlang der Länge eines X-Schlittens oder einer Brücke 56 bewegbar ist, die sich in der Y-Koordinatenrichtung erstreckt und die Fläche 14 überspannt. Der Schlitten 56 wiederum ist in der dargestellten X-Koordinatenrichtung entlang Bahnen 58 bewegbar, die sich auf den gegenüberliegenden Seiten des Tisches 54 in der X-Koordinatenrichtung erstrecken.
Bei dem Schneidgerät 10' von Figur 2 umfaßt der X- und Y- Antrieb 26 von Figur 1 zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Schlitten 59 und dem Arbeitsmaterial 16 in der X-Koordinatenrichtung einen X-Achsenmotor 60 und eine Leitspindel 62, die zusammen bei Betrieb des Motors 60 den Schlitten 56 in der X-Koordinatenrichtung bewegen; und der Y- Achsenbereich des Antriebs 26 umfaßt einen Motor 64 und eine zugehörige Leitspindel 66, die bei Betrieb des Motors 64 den Schlitten in der Y-Koordinatenrichtung bewegen. Die dargestellte Grundachse 22 ist relativ zu dem Schlitten 59 festgelegt, und deshalb kann der Schlitten 18 durch den kombinierten Betrieb der Motoren 60 und 64 unter der Steuerung durch die Steuervorrichtung 36 gleichzeitig in der X- und in der Y- Koordinatenrichtung bewegt werden, um die Achse 22 entlang einer gegebenen Achsfolgelinie auf dem Lagenmaterial 16 zu bewegen.
Bei dem Schneidgerät 10' von Figur 2 befinden sich der Lasergenerator 28 und der Modulator 30 abseits des Tisches 54, und der Laserstrahl 20 wird dem Schlitten 59 durch ein Paar Spiegel 68 und 70 zugeleitet, die an dem X-Schlitten 56 befestigt sind. An dem Schlitten 59 wird der Strahl 20 mittels eines an dem Schlitten 59 befestigten Spiegels 72 und durch eine Objektivlinse oder ein Linsensystem 74, das den Strahl 20 auf einen kleinen Punkt 76 an der Oberfläche des Arbeitsmaterials 16 fokussiert, nach unten verschoben, wodurch dem Strahl an der Oberfläche des Arbeitsmaterials eine Leistungsdichte verliehen wird, die zum Schneiden des Materials ausreicht, während der Strahl entlang der dargestellten gewünschten Schnittlinie 34 bewegt wird.
Bei dem Schneidgerät 10' von Figur 2 ist der Strahlverschieber 32 von Figur 1 durch einen Mechanismus mit geringer Trägheit implementiert, der dazu dient, die Linse 74 relativ zu dem Schlitten 18 in den X- und Y-Koordinatenrichtungen zu bewegen, um die Position des aus der Linse 74 austretenden Strahls 20 in der X- bzw. Y-Koordinatenrichtung relativ zur Achse 22 zu verschieben.
Der Mechanismus zum Bewegen der Linse 74 in den X- und Y- Koordinatenrichtungen relativ zu dem Schlitten 59 kann in vielfältig unterschiedlichen Formen vorgesehen sein und er umfaßt in dem dargestellten Fall von Figur 2 eine Bühne 78, die für eine Bewegung in der Y-Koordinatenrichtung verschiebbar auf dem Schlitten 59 gelagert und in dieser Koordinatenrichtung durch einen Servomotor 80 positioniert wird, der zwischen den Schlitten 59 und die Bühne 78 geschaltet ist. Die Linse 74 wiederum ist für eine Bewegung in der X-Koordinatenrichtung verschiebbar auf der Bühne 78 gelagert und wird in dieser Koordinatenrichtung durch einen Motor 82 positioniert, der zwischen der Bühne 78 und der Linse 74 arbeitet. Die Motoren 80 und 82 werden wiederum unter der Steuerung durch die Steuervorrichtung 36 von Figur 1 aktiviert.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 3 dargestellt und umfaßt ein allgemein mit Bezugsziffer 10" gekennzeichnetes Schneidgerät. Dieses Schneidgerät ist in vieler Hinsicht dem Schneidgerät von Figur 2 ähnlich, und Teile desselben, die mit jenen des Schneidgeräts von Figur 2 identisch sind, tragen die gleichen Bezugsziffern und bedürfen keiner gesonderten Erläuterung.
Das Schneidgerät 10" von Figur 3 unterscheidet sich von dem Schneidgerät von Figur 2 dadurch, daß der Lasergenerator 28 anstelle seiner von dem Tisch 54 getrennten Anordnung, wie in Figur 2, zusammen mit dem Modulator 30, der Leistungssteuerschaltung 29 und einer Objektivlinseneinheit 74 direkt an der Bühne 78 des Schlittens 59 montiert ist. Dadurch kann der Strahl 20 gegenüber der relativ zu dem Schlitten 59 festgelegten Grundachse 22 in zwei Koordinatenrichtungen verschoben werden, und zwar mittels des Motors 80, der die Bühne 78 relativ zu dem Schlitten 59 in der Y-Koordinatenrichtung bewegt, und mittels des Motors 82, der die Lasergeneratoreinheit 28, die Leistungssteuerschaltung 29, den Modulator 30 und die Linseneinheit 74 zusammen in der X-Koordinatenrichtung bewegt.
Eine noch weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 4 gezeigt und umfaßt ein allgemein mit Bezugsziffer 10''' gekennzeichnetes Schneidgerät. Auch diess Schneidegerät ist in vieler Hinsicht dem Schneidgerät von Figur 2 ähnlich, und es wurden in Figur 4 die gleichen Bezugsziffern wie in Figur 2 verwendet, um in Figur 4 die mit Figur 2 identischen Teile zu kennzeichnen.
Bei dem Schneidegerät 10''' trägt der Schlitten 59 eine relativ zu dem Schlitten 59 festgelegte Objektivlinseneinheit 86, und die Mittel zum Verschieben des Laserstrahls 20 relativ zur Grundachse 22 umfassen einen Spiegel 88, der um zwei orthogonale Koordinatenachsen gekippt werden kann, um den Einfallswinkel des Strahls in bezug auf die Linseneinheit 86 zu ändern. Die erste dieser Achsen ist eine Achse 90, welche die Drehachse eines Jochs 92 relativ zu dem Schlitten 59 ist. Die zweite dieser Achsen ist eine vertikale Achse 94, welche die Drehachse des Spiegels 88 relativ zu dem Joch 92 ist. Die Drehung des Spiegels um die Achse 90 wird durch den Motor 96 erreicht, der das Joch 92 um die Achse 90 relativ zu dem Schlitten 59 positioniert; und die Drehung des Spiegels um die Achse 94 wird durch einen ähnlichen Motor 98 erreicht, der den Spiegel um die Achse 94 relativ zu dem Joch positioniert. Beide Motoren 96 und 98 werden durch die Steuervorrichtung 36 von Figur 1 gesteuert. Die Objektivlinseneinheit 86 ist vorzugsweise eine f-Theta-Linseneinheit, so daß die Scharfeinstellung des Laserstrahls 20 auf seinen Punkt beibehalten wird, an dem er auf die Oberfläche des Arbeitsmaterials 16 auftrifft, während er relativ zur Grundachse 22 verschoben wird.

Claims

1. Linienfolge-Laserschneidgerät, geeignet zum Schneiden von Flachmaterial, mit:

Mitteln (12) zum Bilden einer Auflagefläche (14) für zu bearbeitendes Flachmaterial (16),

einem über der Auflagefläche (14) angeordneten Strahl- Projektorteil (18),

dem Projektorteil zugeordneten Mitteln (74, 86) zum Projizieren eines Laserstrahls (20) aus dem Projektorteil auf die Auflagefläche längs einer relativ zu dem Projektorteil festliegenden Grundachse (22) und lotrecht zur Auflagefläche,

Antriebsmitteln (26) zum Bewegen des auf der Auflagefläche liegenden zu bearbeitenden Materials und des Projektorteils relativ zueinander in zwei Koordinatenrichtungen parallel zur Auflagefläche (14), um die Grundachse (22) längs einer zweidimensionalen Achsfolgelinie (24) auf der Oberfläche des Materials zu bewegen,

einem Strahlverschieber (32) zum Verschieben des Strahls in zwei Koordinatenrichtungen parallel zur Auflagefläche (14) und quer zur Grundachse, und

einer Steuerung (36) zum gleichzeitigen Steuern des Betriebs der Antriebsmittel und des Strahlverschiebers derart, daß beim Bewegen der Grundachse längs der Achsfolgelinie (24) der Laserstrahl (20) einer Strahlfolgelinie (34) auf der Oberfläche des Flachmaterials folgt, die komplexer als die Achsfolgelinie (24) ausgebildet ist.

2. Linienfolge-Laserschneidgerät nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlverschieber (32) in den beiden Koordinatenrichtungen der Strahlverschiebung relativ geringe Trägheiten, verglichen mit den Trägheiten der Antriebsmittel (26) in den beiden Koordinatenrichtungen der Relativbewegung zwischen dem Projektorteil und dem zu bearbeitenden Material (16) hat, so daß der Strahl bei seiner Bewegung längs der Strahlfolgelinie auf der Oberfläche des Flachmatenais leichter durch Benutzung des Strahlverschiebers (32) beschleunigt und verzögert werden kann als durch die Anwendung der Antriebsmittel (26).

3. Linienfolge-Laserschneidgerät nach Anspruch 1 oder 2, ferner gekennzeichnet durch Mittel (29, 36; 28, 36) zum Halten des Strahls an seinem Auftreffpunkt auf das auf der Auflagefläche liegende zu bearbeitende Material auf einem ausreichenden Leistungswert, um das Material zu schneiden, während er der Strahlfolgelinie auf der Oberfläche des Materials folgt.

4. Linienfolge-Laserschneidgerät nach Anspruch 3, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (29, 36; 28, 36) zum Halten des Laserstrahls auf dem genannten Leistungswert Mittel (28) zum Halten des Laserstrahls auf einem weitgehend konstanten Leistungswert enthalten, wenn die Grundachse längs der Achsfolgelinie bewegt wird, und Mittel (36) zum Verringern der Bewegungsgeschwindigkeit der Grundachse längs der Achsfolgelinie zu Zeitpunkten enthalten, wenn der Laserstrahl gegenüber der Grundachse zum Schneiden besonderer Merkmale verschoben ist.

5. Linienfolge-Laserschneidgerät nach Anspruch 3, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (29, 36; 28, 36) zum Halten des Laserstrahls auf dem genannten Leistungswert Mittel (36) zum Bewegen der Grundachse längs der Achsfolgelinie mit einer weitgehend stetigen Geschwindigkeit und Mittel (29) zum Erhöhen der Leistung des Strahls zu Zeitpunkten enthalten, wenn der Strahl gegenüber der Grundachse zum Schneiden besonderer Merkmale verschoben ist.

6. Linienfolge-Laserschneidgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Bilden einer Auflagefläche (14) ein Tisch (54) mit einer ebenen Auflagefläche sind.

7. Linienfolge-Laserschneidgerät nach Anspruch 6, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel (26) zum Bewegen des zu bearbeitenden Materials (16) und des Projektorteils (18) relativ zueinander in den beiden Koordinatenrichtungen eine Brücke (56) über der Auflagefläche in Y-Koordinatenrichtung, Mittel (58) zum Tragen der Brücke und der Auflagefläche zur Bewegung relativ zueinander in X-Koordinatenrichtung, Mittel (60, 62) zum Bewegen der Brücke und der Auflagefläche relativ zueinander in der X- Koordinatenrichtung, Mittel (59) zum Halten des Projektorteils auf der Brücke zur Bewegung längs der Brücke in Y-Koordinatenrichtung, und Mittel (64, 66) zum Bewegen des Projektorteils relativ zu der Brücke in Y-Koordinatenrichtung enthalten.

8. Linienfolge-Laserschneidgerät nach Anspruch 7, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Tisch (54) einen stationären Rahmen hat, und daß die Mittel zum Tragen der Brücke und der Auflagefläche zur Bewegung relativ zueinander in X-Koordinatenrichtung Mittel (58) zum Halten der Brücke an dem Tischrahmen zur Bewegung der Brücke relativ zu dem Tischrahmen in der X-Koordinatenrichtung sind.

9. Linienfolge-Laserschneidgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner gekennzeichnet durch:

Mittel (46) zum Definieren eines Achsweges, die einen Befehlssatz zum Anwenden durch die Steuerung (36) liefern, entsprechend dem die Steuerung die Mittel zum Bewegen der Auflagefläche und des Projektorteils relativ zueinander so steuert, daß die Grundachse der Achsfolgelinie folgt, und

Mittel (46), die einen Befehlssatz zur Strahlverschiebung zum Anwenden durch die Steuerung (36) liefern, gemäß dem der Strahlverschieber von der Steuerung betätigt wird, um den Strahl in eine vorgegebene Verschieberautine relativ zu der Grundachse zu bringen, wobei die Mittel zum Definieren des Achsweges Befehle enthalten, die die Steuerung zum Start der Ausführung des Befehlssatzes zur Strahlverschiebung abhangig davon veranlassen, daß die Grundachse einen vorgegebenen Punkt längs der Achsfolgelinie erreicht, und zur Ausführung des Befehlssatzes zur Strahlverschiebung veranlassen, während die Grundachse weiter längs der Achsfolgelinie vorwärts über den vorgegebenen Punkt auf der Achsfolgelinie hinaus bewegt wird.

10. Linienfolge-Laserschneidgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner gekennzeichnet durch einen Modulator (30), der durch die Steuerung (36) zum Ein- und Ausschalten des Strahls gesteuert wird.

11. Linienfolge-Laserschneidgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlverschieber (32) eine Objektivlinse (74) in dem Projektorteil (18) und Mittel (78, 80, 82) zum Bewegen der Objektivlinse in den beiden Koordinatenrichtungen relativ zum Projektorteil (18) enthält.

12. Linienfolge-Laserschneidgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlverschieber (32) einen Lasergenerator (28) in dem Projektorteil (18) und Mittel (78, 80, 82) zum Bewegen des Lasergenerators in den beiden Koordinatenrichtungen relativ zu dem Projektorteil enthält.

13. Linienfolge-Laserschneidgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlverschieber (32) eine Objektivlinse (86) an dem Projektorteil (18), einen Spiegel (88) zum Ablenken des Laserstrahls auf die Linse (86) und Mittel (96, 98) zum Kippen des Spiegels in zwei Koordinatenrichtungen relativ zu der Linse enthält, um den Einfallwinkel des Strahls an der Linse in den beiden Koordinatenrichtungen zu ändern.

14. Linienfolge-Laserschneidgerät nach Anspruch 13, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Objektivlinse (86) eine f-Theta-Linse ist.

15. Verfahren zum Schneiden von Flachmaterial (16) auf einer Auflagefläche (14) mit einem Laserstrahl (20), der auf die Oberfläche des Materials projiziert wird, umfassend: Liegen eines zu bearbeitenden Materialstücks (16) auf einer Auflagefläche,

Vorsehen eines über der Auflagefläche beweglichen Projektorteils (18) mit einer relativ zu ihm festliegenden Grundachse (22), die zu der Auflagefläche verläuft, Bewegen der Auflagefläche und des Projektorteils relativ zueinander, um die Grundachse längs einer Achsfolgelinie (24) auf der Oberfläche des Flachmaterials zu führen, Projizieren eines Laserstrahls (20) von dem Projektorteil längs der Grundachse auf die Oberfläche des Flachmaterials, und

während der Relativbewegung von Projektorteil und Auflagefläche Verschieben des Strahls quer relativ zu der Grundachse, so daß der Strahl einer Strahlfolgelinie (24) auf der Oberfläche des Flachmaterials folgt, die von der Achsfolgelinie abweicht und eine komplexere Form als diese hat.

16. Verfahren nach Anspruch 15, ferner gekennzeichnet durch: Ausführen des Schritts der Bewegung der Auflagefläche (14) und des Projektorteils (18) relativ zueinander derart, daß die Grundachse (22) der Achsfolgelinie (24) mit weitgehend stetiger Geschwindigkeit folgt, und

Erhöhen der Leistung des Strahls bei Verschieben des Strahls gegenüber der Grundachse zum Schneiden besonderer Merkmale.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, ferner gekennzeichnet durch:

Halten des Strahls auf einer weitgehend konstanten Leistung bei Bewegen der Grundachse längs der Achsfolgelinie, und

Verzögern der Bewegung der Grundachse (22) längs der Achsfolgelinie (24), wenn der Strahl (20) gegenüber der Grundachse (22) zum Schneiden besonderer Merkmale verschoben ist.

18. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, ferner gekennzeichnet durch Modulieren des Strahls (20) zwischen Ein- und Aus- Zustand bei Relativbewegung der Auflagefläche (14) und des Projektorteils (18).

19. Verfahren nach Anspruch 18, ferner gekennzeichnet durch:

Ausschalten des Strahls (20), wenn die Grundachse (22) längs eines Teils der Achsfolgelinie (24) bewegt wird, so daß das Arbeitsmaterial (16) nicht geschnitten wird,

Einschalten des Strahls, Fortsetzen der Bewegung der Grundachse längs der Achsfolgelinie und Verschieben des Strahls (20) gegenüber der Grundachse (22) zum Schneiden eines Lochs in dem Flachmaterial, wenn die Grundachse (22) einen vorgegebenen Punkt längs der Achsfolgelinie (24) erreicht, und

nach Schneiden des Lochs Ausschalten des Strahls und Fortsetzen der Bewegung der Grundachse (22) längs der Achsfolgelinie (24).