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1. WO2020104100 - VERFAHREN ZUM SCHNEIDEN EINES WERKSTÜCKS MITTELS EINES LASERSTRAHLS UND LASERBEARBEITUNGSSYSTEM ZUM DURCHFÜHREN DES VERFAHRENS

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls und La- serbearbeitungssystem zum Durchführen des Verfahrens

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Laserbearbeitungssystem und ein Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls. Die vorliegende Offenba-rung betrifft insbesondere einen Laserschneidkopf mit einem optischen Kohärenz -In-terferometer.

Stand der Technik

In einer Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels Laser, z.B. in einem Laserbear-beitungskopf zum Laserschneiden, wird der von einer Laserlichtquelle oder einem Ende einer Laserleitfaser austretende Laserstrahl mit Hilfe einer Strahlfiihrungs- und Fokussierungsoptik auf das zu bearbeitende Werkstück fokussiert oder gebündelt. Standardmäßig wird ein Laserbearbeitungskopf mit einer Kollimatoroptik und einer Fokussierungsoptik verwendet, wobei das Laserlicht über eine Lichtleitfaser, auch als Laserquelle bezeichnet, zugeführt wird.

Laserschneiden wird im Rahmen einer Automatisierung industrieller Trennvorgänge eingesetzt, da mit entsprechenden Laserbearbeitungssystemen das Schneiden großer Metallplatten weitestgehend verschleißfrei, prozesssicher und flexibel möglich ist. Voraussetzung für eine weitere Erhöhung des Automatisierungsgrads beim Laser-schneiden ist eine Verbesserung der Prozessüberwachung und/oder Prozessregelung. Insbesondere ist es von Vorteil, auftretende Abweichungen im Trennprozess oder Schwankungen der Bearbeitungsqualität zu erkennen und zu vermeiden.

Es existieren Ansätze, wie Teilaspekte des Laserschneidprozesses überwacht und ge-regelt werden können. So werden zum Beispiel Sensoren verwendet, die Rückschlüsse auf den aktuellen thermophysikalischen Zustand eines Prozesses ermöglichen. Zum Beispiel beschreibt die EP 1 275 465 B l ein System für die Verifizierung des Nicht-vorhandenseins eines Grats mit einer Einrichtung zum Fokussieren eines Laserstrahls auf eine Schnitt- oder Perforationszone, einer Fotodioden-Sensoreinrichtung zum Er-fassen der durch die Schnitt- oder Perforationszone ausgesendeten Strahlung, und ei-ner elektronische Steuer- und Verarbeitungseinheit zum Verarbeiten der durch die Sensoreinrichtung ausgesendeten Signale.

Derartige herkömmliche Ansätze können auftretende Abweichungen im Trennprozess oder Schwankungen der Bearbeitungsqualität allerdings nur unzureichend erkennen und sind zudem aufwändig in der Umsetzung.

Offenbarung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Laserbearbeitungssystem und ein Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls anzugeben, die eine Prozessüberwachung verbessern können. Insbesondere ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Laserbearbeitungssystem und ein Verfahren anzuge-ben, mit denen auftretende Abweichungen im Trennprozess oder Schwankungen der Bearbeitungsqualität bereits während des Schneidvorgangs detektiert und vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vor-teilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß Ausflihrungsformen der vorliegenden Offenbarung ist ein Laserbearbeitungs-system zum Schneiden eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls angegeben. Das Laserbearbeitungssystem umfasst einen Laserbearbeitungskopf, der eingerichtet ist, um den Laserstrahl auf das Werkstück zum Erzeugen eines Schnittspalts entlang einer Schneidrichtung zu richten; eine optische Messeinrichtung mit einem optischen Ko-härenztomographen (OCT), wobei die optische Messeinrichtung eingerichtet ist, um, vorzugsweise während des Schneidvorgangs, einen optischen Messstrahl auf den Schnittspalt zu richten; und eine Ablenkvorrichtung, die eingerichtet ist, um den opti-schen Messstrahl, beispielsweise bezüglich einer Strahlachse des Laserstrahls und/o-der bezüglich der Schneidrichtung, auszulenken, um wenigstens eine geometrische Ei-genschaft des Schnittspalts zu vermessen. Die Vermessung mit Hilfe des optischen Kohärenztomographen kann also basierend auf Abstandsdaten erfolgen, die für ver-schiedene Positionen auf dem Werkstück bzw. am und um den Schnittspalt durch den ausgelenkten optischen Messstrahl erhalten werden. Der optische Messstrahl kann ko-axial oder parallel zum Laserstrahl auf das Werkstück treffen und bezüglich dieser Position ausgelenkt werden.

Die wenigstens eine geometrische Eigenschaft kann mindestens eine der folgenden Eigenschaften umfassen: eine Schneidfrontgeometrie, eine Breite des Schnittspalts und eine Schnittflankengeometrie. Die Schneidfrontgeometrie kann ein Profil der Schneidfront und/oder einen Schneidfrontwinkel umfassen. Die Schnittflankengeo-metrie kann einen Schnittkantenwinkel umfassen.

Mit„Schneiden“ wird hier beispielsweise ein Zerteilen oder Trennverfahren eines Werkstücks bezeichnet. Somit kann der Schnittspalt definiert sein als ein Spalt oder Schnitt, der das Werkstück vollständig durchdringt. Der Schnittspalt kann auch als Schnittfuge bezeichnet werden. Der Schnittspalt umfasst hierbei nicht nur den Spalt bzw. das Loch im Werkstück selbst, sondern auch dessen begrenzenden Ränder.

Erfindungsgemäß erfolgt eine Prozessüberwachung durch Vermessung der geometri-schen Eigenschaft und optional eine Prozessregelung beim Laserschneiden. Hierzu ist ein optischer Kohärenztomograph (OCT) als Messsensor vorgesehen, der beispiels-weise die gleichzeitige Erfassung verschiedener relevanter Prozessgrößen während des Laserschnitts ermöglicht. Bei den erfassten Prozessgrößen handelt es sich insbe-sondere um geometrische Größen, d.h. die Schneidfrontgeometrie und/oder die Breite des Schnittspalts und/oder die Schnittflankengeometrie. Damit ist es möglich, auftre-tende Abweichungen im Trennprozess oder Schwankungen der Bearbeitungsqualität bereits während des Schneidvorgangs zu detektieren. Durch eine Anpassung der aktu-eilen Bearbeitungsparameter (z.B. Vorschubgeschwindigkeit, Vorschubrichtung, Fo-kuslage, Gasdruck, etc.) können Schneidfehler vermieden werden. Somit kann gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine Detektion verschiedener topographischer Eigenschaften und eine zugehörige Regelung des Prozesses mit nur einer Messvorrichtung erfolgen.

In einer Ausführungsform kann die Ablenkvorrichtung eingerichtet sein, um den opti-schen Messstrahl senkrecht und/oder parallel zur Schneidrichtung auszulenken. Die Vermessung kann entweder kontinuierlich oder diskret an verschiedenen Punkten mit-tels des optischen Messstrahls erfolgen. Vorzugsweise ist die Ablenkvorrichtung ein-gerichtet, um den optischen Messstrahl im Wesentlichen parallel zur Schneidrichtung bzw. zur Vorschubbewegung des Schnittspalts auszulenken, beispielsweise für eine Vermessung der Schneidfrontgeometrie des Schnittspalts. Insbesondere kann die

S chneidr ichtung einem vorgegebenen linearen, nicht-linearen oder kombiniert linea-ren und nicht-linearen Pfad folgen, wobei der optische Messstrahl entlang des Pfades bzw. parallel zum Pfad ausgelenkt werden kann. Zum Beispiel kann das Auslenken in Form einer oszillierenden Bewegung bzw. einer Pendelbewegung des optischen Mess-strahls entlang der aktuellen Schneidrichtung bzw. des lokalen Pfades erfolgen, wodurch beispielsweise die gesamte Schneidfrontgeometrie des Schnittspalts abgetas-tet und vermessen werden kann. Vorzugsweise ist die Ablenkvorrichtung eingerichtet, um den optischen Messstrahl parallel zur Schneidrichtung durch einen aktuellen Be-arbeitungspunkt und durch mindestens einen Punkt im Vorlauf und/oder Nachlauf zum aktuellen Bearbeitungspunkt oder zum Laserstrahl hin- und herzubewegen. Mit dem aktuellen Bearbeitungspunkt wird im Folgenden insbesondere der Punkt auf der Werk-stückoberfläche bezeichnet, an dem die Strahlachse des Laserstrahls auf die Werk-stückoberfläche trifft. Das Vermessen der Schneidfrontgeometrie durch eine Pendel-bewegung des optischen Messstrahls über die Schneidfront kann sicherstellen, dass die Schneidfrontgeometrie optimal ist, wodurch ein stabil verlaufender Laserschneid-prozess ermöglicht wird.

Vorzugsweise umfasst die Schneidfrontgeometrie ein (geometrisches) Profil der Schneidfront und/oder einen lokalen Schneidfrontwinkel/oder einen globalen Schneid-frontwinkel. Damit kann sichergestellt werden, dass die Schneidfront ein vorgegebe-nes Profil oder einen vorgegebenen Schneidfrontwinkel aufweist. Die Schneidfront darf nicht zu steil und nicht zu flach sein, um einen stabil verlaufenden Laserschneid-prozess zu ermöglichen.

Vorzugsweise ist die Ablenkvorrichtung eingerichtet, um den optischen Messstrahl im Wesentlichen senkrecht zur Schneidrichtung auszulenken. In einem Ausführungsbei-spiel kann die Ablenkvorrichtung eingerichtet sein, um den optischen Messstrahl so-wohl senkrecht als auch parallel zur Schneidrichtung, oder in einer beliebigen Scan-bewegung auszulenken. Um eine Breite des Schnittspalts und/oder eine Schnittflan-kengeometrie zu vermessen, kann die Ablenkvorrichtung eingerichtet sein, den opti-schen Messstrahl im Nachlauf zum aktuellen Bearbeitungspunkt bzw. zum Laserstrahl senkrecht zur Schneidrichtung, z.B. in einer Pendelbewegung, auszulenken.

Bei einem stabilen Laserschneidprozess kann die Breite des Schnittspalts in etwa so groß wie der Durchmesser des Laserstrahls auf der Oberfläche des Werkstücks sein. Bei einer ungeeigneten Wahl der Schneidparameter, wie zum Beispiel der Vorschub-geschwindigkeit, der Vorschubrichtung, der Fokuslage, des Gasdrucks, etc., kann eine unerwünschte Aufweitung des Schnittspalts auftreten. Durch die Verwendung des op-tischen Kohärenztomographen lässt sich die Schnittspaltbreite während des Trennvor-gangs messen und die Prozessfuhrung entsprechend regeln.

Ein weiteres Qualitätsmerkmal von Laserschnitten ist die Schnittflankengeometrie, wie zum Beispiel ein Schnittkantenwinkel bezüglich der Oberseite des Werkstücks. Insbesondere kann eine Rechtwinkligkeit der Schnittflanke bezüglich der Werkstück-oberfläche Aufschluss über die Qualität des Laserschnitts geben. Hierzu kann die Ab-lenkvorrichtung eingerichtet sein, den optischen Messstrahl im Wesentlichen senk-recht zur Schneidrichtung, z.B. oszillatorisch bzw. in einer Pendelbewegung, auszu-lenken, um den Schnittkantenwinkel zu vermessen.

Vorzugsweise umfasst das Laserbearbeitungssystem eine Steuervorrichtung, die ein-gerichtet ist, um wenigstens einen Prozessparameter basierend auf der vermessenen wenigstens einen geometrischen Eigenschaft des Schnittspalts, wie der Schneid-frontgeometrie und/oder der Breite des Schnittspalts und/oder der Schnittflankengeo-metrie einzustellen. Der wenigstens eine Prozessparameter kann aus der Gruppe aus-gewählt sein, die eine Laserleistung, eine Fokuslage des Laserstrahls, einen Fokus-durchmesser des Laserstrahls, eine Prozessgaszusammensetzung, einen Prozessgas-druck, eine Vorschubgeschwindigkeit, -richtung und einen Abstand zwischen dem La-serbearbeitungskopf und dem Werkstück umfasst.

Beim Schneiden metallischer Materialien mittels Laserstrahlung kann üblicherweise gemeinsam mit dem Laserstrahl ein Prozessgas aus dem Schneidkopf auf das Werk-stück gerichtet werden. Zu diesem Zweck kann an einem Laserbearbeitungskopf des Laserbearbeitungssystems eine Schneiddüse angebracht sein, durch die Laserstrahlung und Prozessgas auf ein zu bearbeitendes Werkstück gerichtet werden. Das Prozessgas kann ein inertes Medium (z.B. Stickstoff N2) oder ein reaktives Gas (z.B. Sauerstoff O2) sein. Der wenigstens eine Prozessparameter kann eine Zusammensetzung des Pro-zessgases und/oder einen Druck des Prozessgases umfassen. Durch das gezielte

Emstellen der Zusammensetzung und/oder des Drucks des Prozessgases basierend auf der vermessenen Geometrie des Schnittspalts kann eine Qualität des Schneidprozesses verbessert werden.

Vorzugsweise ist die Ablenkvorrichtung eingerichtet, um den optischen Messstrahl bezüglich der Schneidrichtung oder des Schneidpfades in wenigstens eine Raumrich-tung oszillierend zu bewegen. Insbesondere kann die Ablenkvorrichtung eingerichtet sein, um den optischen Messstrahl parallel und/oder senkrecht zur Schneidrichtung oder zum Schneidpfad zu bewegen. Beispielsweise kann die Ablenkvorrichtung ein-gerichtet sein, um den optischen Messstrahl im Wesentlichen parallel und/oder senk-recht zur Schneidrichtung oder dem Schneidpfad oder in einer beliebigen geeigneten Bewegungsform zu oszillieren. Hierdurch können verschiedene topografische Merk-male des Schneidprozesses flächig erfasst werden.

Vorzugsweise ist die Ablenkvorrichtung im Messstrahlengang angeordnet und einge-richtet, um mit dem optischen Messstrahl einen Bereich der Werkstückoberfläche ab-zutasten. Der Bereich der Werkstückoberfläche kann den Schnittspalt und optional ei-nen den Schnittspalt umgebenden Bereich und/oder den aktuellen Bearbeitungspunkt umfassen. Insbesondere kann der optische Messstrahl dynamisch und unabhängig vom Laserstrahl auf dem Werkstück positioniert werden. Die Ablenkvorrichtung kann bei-spielsweise zumindest einen reflektierenden, um mindestens eine Achse beweglichen Spiegel aufweisen. Der Spiegel ist vorzugsweise um zwei aufeinander senkrecht ste-hende Achsen schwenkbar. Die Ablenkvorrichtung kann insbesondere ein Scanner-System sein. Für die dynamische Messfleckpositionierung sind weitere Ausführungs-formen der Ablenkvorrichtung, die beispielsweise transmittierende optische Elemente umfassen oder ein Verschieben des Faserendes des Messstrahls beinhalten, möglich.

Vorzugsweise ist die optische Messeinrichtung eingerichtet, um den optischen Mess-strahl vor dem Beginn des Schneidvorgangs auf das Werkstück zu richten und aus einer Reflexion des optischen Messstrahls ein Material des Werkstücks zu bestimmen. Zum Beispiel kann der optische Messstrahl mit einer definierten Intensität und/oder einer definierten Zeitdauer auf das Werkstück gerichtet werden. Der optische Mess-strahl wird zum Teil zurückreflektiert und gelangt mit einer bestimmten Intensität auf den Sensor der optischen Messeinrichtung. Das Verhältnis aus den beiden Intensitäten ist ein Maß für den Reflexionsgrad des Materials. Daraus kann wiederum die vorlie-gende Materialart bestimmt werden. Die Steuervorrichtung kann eingerichtet sein, ba-sierend auf dem bestimmten Material automatisiert einen entsprechenden Prozesspa-rametersatz und/oder Werte für Prozessparameter, wie z.B. mindestens einen der Pro-zessparameter Laserleistung, Fokuslage des Laserstrahls, Fokusdurchmesser des La-serstrahls, Prozessgaszusammensetzung, Prozessgasdruck, Vorschubrichtung und Vorschubgeschwindigkeit, auszuwählen. Ebenso kann überprüft werden, ob das Ma-terial entsprechend der aktuellen Bearbeitungsaufgabe in der Schneidmaschine vor-handen ist.

Der Laserbearbeitungskopf kann ein oder mehrere optische Elemente aufweisen. Hier-bei können alle optischen Elemente des Laserbearbeitungskopfes reflektive Optiken sein. Alternativ können alle optischen Elemente des Laserbearbeitungskopfes trans-missive Optiken sein oder die optischen Elemente können sowohl transmissive als auch reflektive Optiken umfassen. Vorzugsweise umfasst der Laserbearbeitungskopf zumindest ein optisches Element, das bezüglich einer optischen Achse verschiebbar ist, um eine Fokuslage des Laserstrahls und/oder eine Fokuslage des wenigstens einen optischen Messstrahls einzustellen. Das zumindest eine optische Element kann trans-missive und/oder reflektive Optiken umfassen, und kann beispielsweise eine Linse, eine Linsengruppe, eine Zoomoptik, eine Spiegeloptik oder ähnliches umfassen oder sein. Das zumindest eine optische Element kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die eine Kollimator-Optik für den Laserstrahl, eine Kollimator-Optik für den wenigstens einen optischen Messstrahl und eine Fokussier-Optik umfasst oder daraus besteht. Die Fokussier-Optik kann eine gemeinsame Fokussieroptik für den Laserstrahl und den wenigstens einen optischen Messtrahl sein. Diese Optiken können eine Linse oder eine Linsengruppe sein oder umfassen. Vorzugsweise weist der Laserbearbeitungskopf eine Austrittsöffnung auf, durch die der Laserstrahl und optional auch Schneidgas aus dem Laserbearbeitungskopf austreten und auf das Werkstück gerichtet werden kann. Die Laserstrahl-Austrittsöffnung kann zum Beispiel in der Schneiddüse ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Austrittsöffnung als„Düsenöffnung“ bezeichnet werden. Die optische Messeinrichtung kann eingerichtet sein, um eine Geometrie der Austritts-öffnung zu vermessen. Die Vermessung der Geometrie der Austrittsöffnung kann zum Beispiel für ein asymmetrisches Schneiden und/oder eine Überprüfung des Düsen-durchmessers verwendet werden.

Beispielsweise kann die optische Messeinrichtung eingerichtet sein, um einen Mittel-punkt bzw. ein Zentrum und/oder einen Umfangsrand der Laserstrahl-Austrittsöffhung zu bestimmen, beispielsweise um eine Einstellung zum asymmetrischen Schneiden vorzunehmen. Unter dem Begriff„asymmetrisches Schneiden“ wird verstanden, dass das Zentrum des Laserstrahls und das Zentrum der Austrittsöffnung nicht deckungs-gleich sind. Hierzu kann das Laserbearbeitungssystem eingerichtet sein, um den La-serstrahl basierend auf der vermessenen Geometrie der Austrittsöffnung abzulenken oder die Strahlachse des Laserstrahls zu verschieben, so dass der Laserstrahl dezentral durch die Laserstrahl-Austrittsöffnung hindurch tritt. Ein derartiges asymmetrisches Schneiden kann die Schneidqualität in bestimmten Situationen verbessern.

Vorzugsweise ist die optische Messeinrichtung eingerichtet, um einen Durchmesser der Austrittsöffnung zu bestimmen. Insbesondere nach einem Wechsel der Schneid-düse kann die optische Messeinrichtung verwendet werden, um den Düsendurchmes-ser nach seiner Montage am Schneidkopf zu kontrollieren. Hierdurch kann überprüft werden, ob die richtige Düse ausgewählt wurde oder ob eine Düse korrekt am Schneid-kopf montiert wurde.

Die optische Messeinrichtung kann einen Kohärenz-Interferometer, und insbesondere einen Kurzkohärenz-Interferometer umfassen, um die geometrischen Eigenschaften des Schnittspalts zu bestimmen.

Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls angegeben. Das Verfahren umfasst: Richten eines Laserstrahls auf das Werkstück zum Erzeugen eines Schnittspalts entlang einer Schneidrichtung; Richten eines optischen Messstrahls eines optischen Kohärenztomographen auf den Schnittspalt während des Schneidvorgangs mit dem Laserstrahl; Ablenken des optischen Messstrahl bezüglich der Schneidrich-tung, und Vermessen wenigstens einer geometrischen Eigenschaft des Schnittspalts. Die wenigstens eine geometrische Eigenschaft kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die eine Schneidfrontgeometrie, ein Profil der Schneidfront, einen

Schneidfrontwinkel, eine Breite des Schnittspalts, einen Schnitkantenwinkel und eine Schnittflankengeometrie umfasst.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks mitels eines Laserstrahls angegeben, in dem die geometrischen Eigenschaften des ab-laufenden Bearbeitungsprozesses und/oder der beteiligten Komponenten mit einem optischen Kohärenztomographen überwacht werden. Die überwachte geometrische Eigenschaft des Bearbeitungsprozesses kann eine Schneidfrontgeometrie des Schnittspalts sein. Ein optischer Messstrahl des Kohärenztomographen kann für eine Vermessung der Schneidfrontgeometrie in einer Pendelbewegung parallel zur Schneidrichtung ausgelenkt werden. Hierbei können zumindest die Abstände eines Punktes im Vorlaufund eines Punktes imNachlauf des aktuellen Bearbeitungspunktes erfasst werden. Aus den Abständen kann eine durchschnittliche Neigung der Schneid-front berechnet werden. Die überwachte geometrische Eigenschaft des Bearbeitungs-prozesses kann eine Breite des Schnittspalts sein. Zur Vermessung der Breite kann ein optischer Messstrahl des Kohärenztomographen in einer Pendelbewegung senkrecht zur Schneidrichtung auf Höhe eines aktuellen Bearbeitungspunktes und/oder imNach-lauf eines aktuellen Bearbeitungspunktes in Bezug auf die Schneidrichtung ausgelenkt werden. Die überwachte geometrische Eigenschaft des Bearbeitungsprozesses kann eine Schnittflankengeometrie sein. Zur Vermessung der Schnittflankengeometrie kann ein optischer Messstrahl des Kohärenztomographen in einer Pendelbewegung senk-recht zur Schneidrichtung im Nachlauf eines aktuellen Bearbeitungspunktes in Bezug auf die Schneidrichtung ausgelenkt werden. Der Schneidprozess kann hinsichtlich der geometrischen Eigenschaft gesteuert oder geregelt werden. Der Regelparameter kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die Folgendes umfasst: eine Laserleistung, eine Fokuslage des Laserstrahls, ein Fokusdurchmesser des Laserstrahls, eine Prozessgas-zusammensetzung, ein Prozessgasdruck, eine Vorschubrichtung, eine Vorschubge-schwindigkeit, und einen Abstand zwischen dem Laserbearbeitungskopf und dem Werkstück. Die überwachte geometrische Eigenschaft einer beteiligten Komponente kann ein Durchmesser oder ein Mittelpunkt einer Austritsöffnung einer Schneiddüse sein. Die überwachte geometrische Eigenschaft kann verwendet werden, um den La-serstrahl für einen asymmetrischen Schneidvorgang dezentral durch die Austrittsöff-nung der Schneiddüse zu lenken.

Das hierin beschriebene Laserbearb eit ungs System zum Schneiden eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls kann insbesondere eingerichtet sein, ein Verfahren gemäß einem Aspekt dieser Offenbarung durchzuführen.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software- (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor ausgeführt zu wer-den, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speicher-medium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschrie-bene Verfahren auszuführen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Offenbarung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 ein Laserbearbeitungssystem gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Of-fenbarung,

Figur 2 die Vermessung einer Schneidfrontgeometrie gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,

Figur 3 die Vermessung eines Schneidfrontwinkels gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,

Figur 4 eine Vermessung der Breite des Schnittspalts gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,

Figur 5 eine Vermessung einer Schnittflanke des Schnittspalts gemäß Ausführungs-formen der vorliegenden Offenbarung,

Figuren 6 und 7 eine Vermessung eines Düsendurchmessers gemäß Ausführungsfor-men der vorliegenden Offenbarung, und

Figur 8 asymmetrisches Schneiden gemäß Ausfuhrungsformen der vorliegenden Of-fenbarung.

Ausführungsformen der Offenbarung

Im Folgenden werden, sofern nicht anders vermerkt, für gleiche und gleichwirkende Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Laserbearbeitungssystems 100 ge-mäß Ausfuhrungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das Laserbearbeitungssys-tem 100 kann einen Laserschneidkopf 101 umfassen. In dem in Figur 1 gezeigten La-serbearbeitungssystem wird ein Laserstrahl 10 und ein optischer Messstrahl 13 senk-recht zueinander in den Laserschneidkopf 101 eingekoppelt. Die vorliegende Offen-barung ist aber ebenso für ein Laserbearbeitungssystem anwendbar, bei dem der La-serstrahl 10 und der optische Messstrahl 13 parallel bzw. gemeinsam in den Laser-schneidkopf 101 eingekoppelt werden.

Das Laserbearbeitungssystem 100 umfasst einen Schneidkopf 101 mit einer Laservor-richtung 110 zum Bereitstellen eines Laserstrahls 10 (auch als„Bearbeitungsstrahl“ oder„Bearbeitungslaserstrahl“ bezeichnet) und eine optische Messeinrichtung 200, die eingerichtet ist, um - vorzugsweise während des Schneidvorgangs - einen opti-schen Messstrahl 13 auf den mit dem Laserstrahl 10 erzeugten Schnittspalt zu richten. Während des Schneidprozesses wird ein aktueller Bearbeitungspunkt, d.h. ein Auf-treffpunkt des Laserstrahls 10 auf der Werkstückoberfläche, relativ zum Werkstück 1 entlang einer Schneidrichtung 20 bewegt, um den Schnittspalt zu erzeugen. Insbeson-dere kann die Schneidrichtung 20 einem vorgegebenen linearen Pfad, nicht-linearen Pfad oder kombiniert linearen und nicht-linearen Pfad folgen. Die Schneidrichtung 20 kann in einigen Ausfuhrungsformen eine horizontale Richtung sein. Das Laserbear-beitungssystem 100, und insbesondere der Schneidkopf 101, können während des Schneidprozesses relativ zum Werkstück 1 entlang einer Vorschubrichtung bewegt werden. Die Schneidrichtung 20 kann auch die Vorschubrichtung sein.

Das Laserbearbeitungssystem 100 umfasst weiter eine Ablenkvorrichtung 250, die eingerichtet ist, um den optischen Messstrahl 13 bezüglich der Strahlachse des Laser-Strahls 10 und/oder bezüglich der Schneidrichtung 20 auszulenken, um wenigstens eine geometrische Eigenschaft des Schnittspalts zu vermessen. Die wenigstens eine geometrische Eigenschaft des Schnittspalts ist aus der Gruppe ausgewählt, die eine Schneidfrontgeometrie, eine Breite des Schnittspalts und eine Schnittflankengeomet-rie umfasst. Der optische Messstrahl 13 kann damit eine Topographiemessungen in und um den aktuellen Bearbeitungspunkt des Laserstrahls 10 ermöglichen. Insbeson-dere lassen sich verschiedene geometrische Charakteristika des Schneidprozesses überwachen.

Der optische Messstrahl 13 kann ein einziger Messstrahl sein oder kann eine Vielzahl von Substrahlen umfassen.

Die Laservorrichtung 110 ist eingerichtet, um den Laserstrahl 10 auf die Bearbeitungs-zone des Werkstücks 1 zu lenken, um den Schnittspalt zum Trennen des Werkstücks 1 zu erzeugen. Die Laservorrichtung 110 kann eine Kollimatorlinse 120 zur Kollima-tion des Laserstrahls 10 aufweisen. Innerhalb des Laserschneidkopfes 101 kann der Laserstrahl 10 durch eine geeignete Optik, wie zum Beispiel ein Strahlumlenker 220, um etwa 90° in Richtung des Werkstücks 1 abgelenkt werden.

In einigen Ausführungsformen können der Laserstrahl 10 und der optische Messstrahl 13 zumindest streckenweise koaxial sein, und können insbesondere zumindest stre-ckenweise koaxial überlagert sein. Zum Beispiel können der Laserstrahl 10 und der optische Messstrahl 13 durch den Strahlumlenker 220 im Wesentlichen koaxial durch die Schneidoptik in die Bearbeitungszone geführt werden. Die Zusammenführung des optischen Messstrahls 13 und des Laserstrahls 10 kann nach der Kollimator-Optik 210 und vor einer Fokussier-Optik 230 erfolgen. Vorzugsweise ist der Strahlumlenker 220 reflektierend für die Wellenlänge des Laserstrahls 10 und transmittierend für die Wel-lenlänge des optischen Messstrahls 13.

Die optische Messeinrichtung 200 umfasst ein Kohärenz-Interferometer bzw. einen Kohärenztomograph. Der Kohärenztomograph umfasst typischerweise die Kollima-tor-Optik 210, die eingerichtet ist, um den optischen Messstrahl 13 zu kollimieren, und die Fokussier-Optik 230, die eingerichtet ist, um den optischen Messstrahl 13 auf das Werkstück 1, und insbesondere den Pfad zum Ausbilden des Schnittspaltes zu fokus-sieren. Die Fokussier-Optik 230 kann eine gemeinsame Fokussier-Optik, wie

beispielsweise eine Fokuslinse, für den Laserstrahl 10 und den optischen Messstrahl 13 sein. In typischen Ausführungsformen sind die Kollimator-Optik 210 und die Fo-kussier-Optik 230 in den Schneidkopf 101 integriert. Beispielsweise kann der Schneid-kopf 101 ein Kollimatormodul umfassen, das in den Schneidkopf 101 integriert oder am Schneidkopf 101 montiert ist.

Das hier beschriebene Prinzip zur Messung der geometrischen Eigenschaften des Schnittspalts basiert auf dem Prinzip der optischen Kohärenztomographie, die sich un-ter Zuhilfenahme eines Interferometers die Kohärenzeigenschaften von Licht zunutze macht. Der Kohärenztomograph kann eine Auswerteeinheit 240 mit einer breitbandi-gen Lichtquelle (z.B. einer Superlumineszenzdiode, SLD) umfassen, die das Messlicht in einen Lichtwellenleiter 242 koppelt. In einem Strahlteiler 244, der vorzugsweise einen Faserkoppler aufweist, wird das Messlicht in einen Referenzarm 246 und einen Messarm aufgespalten, der über einen Lichtwellenleiter 248 in den Schneidkopf 101 führt.

Die Kollimator-Optik 210 dient dazu, das aus dem Lichtwellenleiter 248 als optischer Messstrahl 13 austretende Messlicht zu kollimieren. Gemäß einigen Ausführungsfor-men kann der optische Messstrahl 13 im Schneidkopf 101 mit dem Laserstrahl 10 ko-axial überlagert werden kann. Anschließend können der Laserstrahl 10 und der opti-sche Messstrahl 13 durch die Fokussier-Optik 230, die eine gemeinsame Linse oder Fokussierlinse sein kann, auf das Werkstück 1 fokussiert werden, um den Schnittspalt zu erzeugen und zu vermessen.

Der optische Messstrahl 13 wird auf Randbereiche des Schnittspalts und optional auf einen Umgebungsbereich des Schnittspalts oder eines aktuellen Bearbeitungspunkts gelenkt. Das von den Randbereichen des Schnittspalts zurückreflektierte Messlicht wird durch die Fokussier-Optik 230 auf die Austritts-/Eintrittsfläche des Lichtwellen-leiters 248 abgebildet, im Faserkoppler 244 mit dem zurückreflektierten Licht aus dem Referenzarm 246 überlagert und anschließend zurück in die Auswerteeinheit 240 ge-lenkt. Das überlagerte Licht enthält Informationen über den Weglängenunterschied zwischen dem Referenzarm 246 und dem Messarm. Diese Informationen werden in der Auswerteeinheit 240 basierend auf Kohärenz-Interferometrie bzw. Kurzkohärenz-Interferometrie ausgewertet, wodurch der Benutzer Informationen über den Abstand zwischen dem Werkstück und einer Referenz, beispielsweise dem Schneidkopf 101, erhält.

In einigen Ausführungsformen ist die Ablenkvorrichtung 250 im Messstrahlengang angeordnet, um mit dem optischen Messstrahl 13 einen Bereich der Werkstückober-fläche abzutasten. Der Bereich der Werkstückoberfläche umfasst den Schnittspalt, ins-besondere Randbereiche des Schnittspalts, und optional zumindest eines von dem ak-tuellen Bearbeitungspunkt oder einem den Schnittspalt umgebenden Bereich der Werkstückoberfläche. Somit kann der optische Messstrahl 13 dynamisch und unab-hängig vom Laserstrahl 10 auf dem Werkstück 1 positioniert werden.

Typischerweise umfasst die Ablenkvorrichtung 250 zumindest einen reflektierenden, um mindestens eine Achse schwenkbaren Spiegel. Der Spiegel ist vorzugsweise um zwei aufeinander senkrecht stehende Achsen beweglich. Alternativ umfasst die Ab-lenkvorrichtung 250 zwei bewegliche Spiegel, die um zwei verschiedene aufeinander senkrecht stehende Achsen drehbar sind, um den Messfleck beliebig bzw. dynamisch auf der Werkstückoberfläche bzw. den Randbereichen des Schnittspalts zu positionie-ren. Die Ablenkvorrichtung 250 kann insbesondere ein Scanner-System sein. Für die dynamische Messfleckpositionierung sind weitere Ausführungsformen der Ablenk-vorrichtung 250, die beispielsweise transmittierende optische Elemente umfassen oder ein Verschieben des Faserendes des optischen Messstrahls 13 beinhalten, möglich.

In einigen Ausführungsformen umfasst das Laserbearbeitungssystem 100 eine Steuer-vorrichtung, die eingerichtet ist, um wenigstens einen Prozessparameter basierend auf der vermessenen wenigstens einen geometrischen Eigenschaft des Schnittspalts einzu-stellen. Der wenigstens eine Prozessparameter kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die eine Laserleistung, eine Fokuslage des Laserstrahls 10, einen Fokusdurchmesser des Laserstrahls 10, eine Prozessgaszusammensetzung, einen Prozessgasdruck, eine Vorschubrichtung, eine Vorschubgeschwindigkeit und einen Abstand zwischen dem Laserbearbeitungskopf 101 und dem Werkstück 1 umfasst.

Die Steuervorrichtung kann mit der Laservorrichtung 110 und/oder der Laseroptik und/oder der optischen Messeinrichtung kommunizieren. Hierdurch wird beispiels-weise eine Regelung des Schneidprozesses und/oder des Vermessungsprozesses

ermöglicht. Die Steuervorrichtung kann zum Beispiel eingerichtet sein, um eine La-serleistung des Laserstrahls 10 einzustellen. Ferner kann die Steuervorrichtung mit ei-ner Laseroptik des Bearbeitungskopfs 101 verbunden sein, um beispielsweise eine Fo-kuslage und/oder einen Fokusdurchmesser des Laserstrahls 10 einzustellen. Insbeson-dere kann die Steuervorrichtung Steuerbefehle für ein Verschieben der Kollimatorlinse 120 und/oder der Kollimator-Optik 210 entlang der jeweiligen optischen Achse aus-geben.

Figuren 2 und 3 zeigen die Vermessung einer Schneidfrontgeometrie gemäß Ausfüh-rungsformen der vorliegenden Offenbarung. Als Schneidfront wird hierbei ein in Be-zug auf die Schneidrichtung 20 vor dem aktuellen Bearbeitungspunkt angeordneter Randbereich des Schnittspalts oder ein um den aktuellen Bearbeitungspunkt herum angeordneter Randbereich des Schnittspalts bezeichnet.

In einigen Ausführungsformen ist die Ablenkvorrichtung eingerichtet, um den opti-schen Messstrahl 13 im Wesentlichen parallel zur Schneidrichtung 20 bzw. des Schneidpfades für eine Vermessung der Schneidfrontgeometrie des Schnittspalts 2 auszulenken. Insbesondere kann das Auslenken in Form einer oszillierenden Bewe-gung des optischen Messstrahls 13 im Wesentlichen parallel zur Schneidrichtung 20 erfolgen, wodurch die gesamte Schneidfrontgeometrie abgetastet und vermessen wer-den kann.

Bezugnehmend auf die Figur 2 ist die Vermessung einer Schneidfront 4 bzw. eines Profils der Schneidfront 4 gezeigt. Unter dem Begriff„Schneidfront“, wie er in diesem Dokument verwendet wird, wird eine Materialfläche des Werkstücks 1 innerhalb des Schnittspalts 2 verstanden, auf die der Laserstrahl 10 trifft, um das Material zu entfer-nen. Als Schneidfront wird also beispielsweise ein in Bezug auf die Schneidrichtung 20 vor dem aktuellen Bearbeitungspunkt angeordneter Randbereich des Schnittspalts oder ein um den aktuellen Bearbeitungspunkt herum angeordneter Randbereich des Schnittspalts bezeichnet. Die Schneidfront 4„bewegt“ sich basierend auf der Bewe-gung des Laserstrahls 10 entlang der Schneidrichtung 20 fort, um den Schnittpalt 2 zu erweitern bzw. zu vergrößern und das Werkstück damit zu trennen. Das Profil der Schneidfront 4 kann in einer Ebene durch den aktuellen Bearbeitungspunkt parallel

zur Schneidrichtung 20, d.h. in den meisten Fällen senkrecht zu einer Oberfläche 3 des Werkstücks 1 , definiert sein.

In den Figuren 2(a)-(c) sind schematische Schnittansichten durch das Werkstück 1 während des Laserschneidprozesses gezeigt. Neben der Schneidfront 4 und dem Schnittspalt 2 sind der Laserstrahl 10 und der optische Messstrahl 13 dargestellt. Die Schneidrichtung 20 verläuft nach links. Wenn der Schneidprozess stabil verläuft, über-deckt die Strahlkaustik des Laserstrahls 10 die Schneidffont 4 nahezu näherungsweise vollständig, wie es in der Figur 2(a) dargestellt ist.

Ist der Schneidprozess aufgrund einer ungeeigneten Parameterwahl (z.B. Vorschub-richtung, -geschwindigkeit, Laserleistung, Fokuslage, Gasdruck, Arbeitsabstand) hin-gegen instabil, so überdeckt der Laserstrahl 10 die Schneidfront 4 zunehmend unvoll-ständig (Figur 2(b)). In diesem Fall droht ein Abriss des Trennvorgangs, da das zu trennenden Material nicht mehr vollständig aufgeschmolzen werden kann. Dies kann sich durch eine zunehmend flacher verlaufende Schneidfront 4 ankündigen. Wird hin-gegen aufgrund einer ungeeigneten Parameterwahl die Schneidfront 4 zu steil, dann wird nicht das gesamte Potential des Laserstrahls 10 ausgenutzt und ein Teil der Leis-tung wird nicht in das Material eingekoppelt (Figur 2(c)). Somit zeichnet sich ein stabil verlaufender Laserschneidprozess durch eine Schneidffont 4 aus, die nicht zu steil ist und nicht zu flach abfallt.

Die Ablenkvorrichtung des Laserbearbeitungssystems in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann den optischen Messstrahl 13 in Schneidrichtung 20 über die Schneidfront 4 pendeln bzw. oszillieren lassen, wodurch sich das gesamte Höhenprofil der Schneidfront 4 geometrisch erfassen lässt. Vorzugsweise werden zu-mindest zwei Punkte entlang der Schneidfront 4 abgetastet, wie zum Beispiel eine erste Stelle an der Werkstückoberseite und eine zweite Stelle an der Werkstückunterseite der Schneidffont 4. Insbesondere können mindestens ein Punkt im Vorlauf, d.h. in Be-zug auf die Schneidrichtung 20 vor dem aktuellen Bearbeitungspunkt, und mindestens ein Punkt im Nachlauf, d.h. in Bezug auf die Schneidrichtung 20 hinter dem aktuellen Bearbeitungspunkt, auf der Werkstückoberfläche vermessen werden. Durch eine ge-eignete Auswertung der Messdaten lässt sich hieraus erkennen, ob die Schneidfront 4 zu flach verläuft und somit ein Abbruch des Trennvorgangs droht. Selbstverständlich kann der optische Messstrahl nur in den Randbereichen des Schnittspalts, die durch Material des Werkstücks definiert sind, reflektiert werden. Im eigentlichen Schnitt-spalt selbst kann der optische Messstrahl nicht reflektiert und somit auch kein Mess-signal erhalten werden.

Hierfür wird zum Beispiel die Materialstärke des Werkstücks 1, die Strahlkaustik des Laserstrahls 10 und die Fokuslage des Laserstrahls 10 einbezogen. Der Schnittabriss lässt sich dann durch eine Anpassung eines oder mehrerer Schneid- bzw. Prozesspara-meter verhindern. Somit kann der Kohärenztomograph in einem Regelkreis zur Erfas-sung der Regelgröße„Schneidfrontgeometrie“ oder„Profil der Schneidfront“ dienen. Bei einer auftretenden Regelabweichung zwischen Ist- und Soll-Profil passt die Steu-ervorrichtung des Laserbearbeitungssystems die Schneidparameter, die die Regelgrö-ßen darstellen, entsprechend an.

Basierend auf der Kenntnis des momentanen bzw. aktuellen Schneidfrontprofils kann ein lokaler Scbneidfrontwinkel aiokai ermittelt werden. Dies ist schematisch in der Fi-gur 3(a) dargestellt. Der Schneidfrontwinkel kann zwischen einer Normalen der Werk-stückoberfläche (z.B. einer Vertikale) und einer lokalen Tangente des Schneidfront-profils definiert sein. Hierfür wird vorzugsweise das Schneidfrontprofil kontinuierlich zwischen einem Punkt im Vorlauf und einem Punkt im Nachlauf vermessen.

Durch die Kenntnis des lokalen Schneidfrontwinkels kann wiederum auf den lokalen Absorptionsgrad geschlossen werden. Dies ermöglicht eine Aussage über die Effizienz des Schneidprozesses, welcher basierend darauf auf eine maximale Absorption opti-miert und geregelt werden kann. Eine höhere Prozesseffizienz kann zu einem geringe-ren Energieverbrauch (geringere Laserleistung) und/oder einer höheren Schneidge-schwindigkeit fuhren.

Falls lediglich das Schneidprofil bzw. das Profil der Schneidfront an einem Punkt im Vorlauf, d.h. an bzw. nahe der Werkstückoberseite, und an einem Punkt im Nachlauf, d.h. an bzw. nahe der Werkstückunterseite, abgetastet/gemessen wird, kann daraus ein globaler Schneidfrontwinkel ctgi0bai (Figur 3(b)) ermittelt werden. Der globale Schneid-frontwinkel ermöglicht näherungsweise die Ermittlung des globalen Absorptionsgrads und gibt somit ebenfalls einen Rückschluss auf die Prozesseffizienz.

Figur 4 zeigt eine Vermessung der Breite des Schnittspalts gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

In einigen Ausführungsformen ist die Ablenkvorrichtung eingerichtet, um den opti-schen Messstrahl 13 im Wesentlichen senkrecht zur Schneidrichtung 20 auszulenken, um die Breite des Schnittspalts 2 zu vermessen. Insbesondere kann das Auslenken des optischen Messstrahls 13 in Form einer oszillierenden Bewegung des optischen Mess-strahls 13 im Wesentlichen senkrecht zur Schneidrichtung 20 erfolgen. Die Breite des Schnittspalts 2 kann im Wesentlichen senkrecht zu einer Längserstreckung des Schnittspalts 4 oder senkrecht zur Schneidrichtung 20 definiert sein.

Die Schnittspaltbreite stellt ein weiteres wichtiges Merkmal des Laserschneidprozes-ses dar. Bei einem stabil verlaufenden Trennvorgang ist diese ungefähr so groß wie der Durchmesser des Laserstrahls 10 auf der Werkstückoberfläche 3. Dies ist in der Figur 4 schematisch dargestellt. Insbesondere sind die Außenkontur des Werkstücks, beispielsweise ein Blech, und des Schnittspalts 2, der Laserstrahl 10 und der optische Messstrahl 13 als Aufsicht auf die Werkstückoberfläche 3 gezeigt. Die Breite des Schnittspalts entspricht ungefähr dem Durchmesser des Laserstrahls 10.

Bei einer ungeeigneten Wahl der Schneidparameter kann eine Aufweitung des Schnittspalts auftreten. Zu einer derartigen Aufweitung kann es insbesondere beim Brennschneiden mit Sauerstoff kommen, wenn sich das Werkstück zu stark erwärmt und zu viel Sauerstoff im Randbereich zur Verfügung gestellt wird. In diesem Fall tritt an den Schnittflanken eine starke Oxidationsreaktion auf, durch die zusätzliches Ma-terial aufgeschmolzen wird. Um eine stabile Prozessführung zu gewährleisten, ist es wünschenswert, eine derartige Selbstentzündung zu verhindern.

Durch die Verwendung des Kohärenztomographen lässt sich die Schnittspaltbreite während des Trennvorgangs messen und die Prozessführung entsprechend regeln. Um die Schnittspaltbreite zu erfassen, ist die Ablenkvorrichtung eingerichtet, eine Pendel-bewegung des optischen Messstrahls 13 im Wesentlichen senkrecht zur Schneidrich-tung 20 zu realisieren. Die Messung der Schnittspaltbreite erfolgt vorzugsweise mög-lichst nah im Nachlauf des Laserstrahls 10, damit auftretende Selbstentzündungen schnell detektiert und entsprechende Maßnahmen getroffen werden können.

Durch die Implementierung des Kohärenztomographen in Kombination mit der Ab-lenkvorrichtung 250 für eine dynamische Messfleckpositionierung in einer Raumrich-tung horizontal zum Werkstück und quer zur Schneidrichtung 20 ist es möglich, wäh-rend des Schneidprozesses die Schnittfugenbreite inline zu messen. Die Kenntnis der Schnittfugenbreite lässt wiederum auf die Fokuslage des Laserstrahls 10 schließen und kann zur Inline-Regelung der Fokuslage des Laserstrahls 10 verwendet werden, insbe-sondere da bei hohen Laserleistungen im Multi-Kilowatt-Bereich ein thermischer Fo-kusshift auftritt.

Figur 5 zeigt eine Vermessung einer Schnittflanke 6 des Schnittspalts 2 gemäß Aus-führungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Schnittflanken 6 bezeichnen in Bezug auf die Schneidrichtung 20 laterale Randbereiche des Schnittspalts.

In einigen Ausfuhrungsformen ist die Ablenkvorrichtung 250 eingerichtet, um den op-tischen Messstrahl 13 im Wesentlichen senkrecht zur Schneidrichtung 20 auszulenken, um die Schnittflankengeometrie des Schnittspalts zu vermessen. Insbesondere kann das Auslenken in Form einer oszillierenden Bewegung des optischen Messstrahls 13 im Wesentlichen senkrecht zur Schneidrichtung 20 erfolgen.

Die Schnittflanken 6 des Schnittspalts 2 entsprechen den Seitenwänden des Schnittspalts 2 entlang der Längserstreckung des Schnittspalts 2. Die Schnittflanken 6 können bezüglich der Vertikalen einen Winkel aufweisen bzw. verkippt sein. Zum Beispiel können die Schnittflanken 6 in einem Schnittkantenwinkel 60 zur Werkstück-oberfläche ausgebildet sein, der größer als 90° ist. Anders gesagt können die Schnitt-flanken 6 nicht senkrecht zur Werkstückoberfläche sein.

Die Rechtwinkligkeit der Schnittflanken ist jedoch ein Qualitätsmerkmal von Laser-schnitten. Um diese Größe während des Prozesses detektieren zu können, erfolgt wie-derum eine Pendelbewegung des OCT-Messstrahls im Nachlauf des Laserstrahls 10. In Figur 5 ist schematisch dargestellt, wie die Schnittflanken 6 beim Laserschneiden gegenüber der Vertikalen geneigt sind. Mithilfe des optischen Messstrahls 13 kann der Schnittkantenwinkel 60 abgetastet werden. Basierend auf dem gemessenen Schnitt-kantenwinkel 60 können ein oder mehrere Schneid- bzw. Prozessparameter eingestellt werden, um die Schnittflanken 6 im Wesentlichen rechtwinklig oder mit einem be-stimmten Winkel auszubilden.

Figuren 6 und 7 zeigen eine Vermessung eines Durchmessers der Austrittsöffnung 710 einer Schneiddüse 700 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

In einigen Ausführungsformen ist die optische Messeinrichtung 200 eingerichtet, um eine Innenfläche einer Düse 700 mit dem optischen Messstrahl 13 in zumindest einer Richtung, z.B. senkrecht zu einer Strahlachse des Laserstrahls 10, abzutasten. Hier-durch kann beispielsweise ein Durchmesser der Austrittsöffnung 710, und damit bei-spielsweise den Düsendurchmesser, bestimmt werden. In Zuge einer Automatisierung des Laserschneidprozesses werden zunehmend Einrichtungen für den maschinellen Düsenwechsel eingesetzt. Für eine korrekte Auswahl der Düsen ist hierbei vorausge-setzt, dass die Düsen entsprechend ihren Durchmessern an den korrekten Aufnahme-plätzen dieser Einrichtung eingelegt sind. Es erfolgt meist keine Sichtprüfung durch einen Mitarbeiter nach Auswahl der Düse. Mit den Ausführungsformen der vorliegen-den Offenbarung kann der Düsendurchmesser nach Aufnahme der Düse 700 am Schneidkopf durch Vermessung des Durchmessers der Austrittsöffnung 710 kontrol-liert werden.

In Figur 6 sind eine Schnittansicht und eine Draufsicht einer Schneiddüse 700 sche-matisch dargestellt. Es ist ein optischer Messstrahl 13 gezeigt, der durch das Zentrum der Düse 700 verfahren werden kann. Bei dieser Messung ergibt sich ein Abstandspro-fil, wie es in der Figur 7 dargestellt ist. Flieraus ist ersichtlich, dass der Düsendurch-messer zum Beispiel aus der Breite des Intervalls Ar beim Abstand /max bestimmt werden kann. Vorzugsweise wird der optische Messstrahl 13 in zwei aufeinander senk-recht stehenden Richtungen x und y verfahren, um eine Düseninnenfläche abzutasten. Ein Mittelpunkt der Austrittsöffnung 710 kann dann als Mittelpunkt des Intervalls mit maximalem Abstand in x und y Richtung bestimmt werden.

Figur 8 zeigt ein asymmetrisches Schneiden gemäß Ausführungsformen der vorlie-genden Offenbarung.

Der Laserstrahl 10 tritt, möglicherweise zusammen mit Schneidgas, durch eine Aus-trittsöffnung 710 aus dem Schneidkopf 101 aus. In der Regel wird beim

Laserschneiden eine Düse 700 verwendet, in der die Austrittsöffnung 710 ausgebildet sein kann. Beim asymmetrischen Schneiden sind das Zentrum des Laserstrahls 10 und das Zentrum der Austrittsöffnung 710 des Schneidkopfs 101 bzw. der Düse 700 nicht deckungsgleich. Das Laserbearbeitungssystem kann unter Verwendung des optischen Messstrahls 13 die Austrittsöffnung 710 vermessen. Dies erfolgt ähnlich wie oben in Bezug auf Figuren 6 und 7 beschrieben: Beispielsweise kann die die optische Mess-einrichtung 200 eingerichtet sein, um eine Innenfläche des Schneidkopfs 101 um die Austrittsöffnung 710 herum mit dem optischen Messstrahl 13 in zumindest einer Rich-tung, z.B. senkrecht zu einer Strahlachse des Laserstrahls 10, abzutasten und einen Mittelpunkt der Austrittsöffnung 710 zu bestimmen. Des Weiteren kann das Laserbe-arbeitungssystem eingerichtet sein, darauf basierend den Laserstrahl 10 derart abzu-lenken, dass der Laserstrahl 10 dezentral durch die Austrittsöffnung 710 tritt. Ein der-artiges asymmetrisches Schneiden kann die Schneidqualität verbessern.

Figur 8(a) ist eine schematische Darstellung für symmetrisches Schneiden. Figur 8(b) ist im Vergleich dazu eine schematische Darstellung für asymmetrisches Schneiden. Ein asymmetrisches Schneiden liegt insbesondere dann vor, wenn das Zentrum des Laserstrahls 10 und das Zentrum der Austrittsöffnung 710 nicht deckungsgleich sind. Bei einem gemeinsamen Austritt des Laserstrahls und eines Schneidgases, sind dadurch die optische Achse des Laserstrahls 10 und die Achse des Gasstrahls nicht deckungsgleich, was einen Einfluss auf die Charakteristik des Schmelzeaustriebs hat.

Eine gezielte Dejustage des Laserstrahls 10 bezüglich des Mittelpunkts der Austritts-öffnung 710 bzw. bezüglich des Düsenzentrums zum Beispiel in Abhängigkeit der Schneidrichtung kann sich positiv auf die Schneidqualität auswirken. Mit den Ausfüh-rungsformen der vorliegenden Offenbarung kann das asymmetrische Schneiden inline geregelt werden. Insbesondere eine Dejustage des Laserstrahls 10 in Schneidrichtung (d.h. parallel zur Schneidrichtung) kann eine Verbesserung der Schneidqualität bewir-ken. Durch den auslenkbaren optischen Messstrahl 13 kann inline der Mittelpunkt der sogenannten Halbschale der Schneidfront in Bezug auf den Mittelpunkt der Austritts-öffnung 710 bzw. auf das Düsenzentrum gemessen werden. Im Anschluss kann der Laserstrahl 10 gezielt und automatisiert mit zumindest einem optischen Element auf die gewünschte Position bezüglich Mittelpunkts der Austrittsöffnung bzw. des

Düsenzentrums inline dejustiert werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die Düse bezüglich des Laserstrahls 10 dejustiert werden kann.

In einigen Ausführungsformen ist die optische Messeinrichtung 200 eingerichtet, um den optischen Messstrahl 13 vor dem Beginn des Schneidvorgangs auf das Werkstück 1 zu richten und aus einer Reflexion des optischen Messstrahls 13 ein Material des Werkstücks 1 zu bestimmen.

Üblicherweise wird für jede Kombination aus Materialart und Werkstückstärke (Werkstückdicke) ein separater Prozessparametersatz in der Steuerungsvorrichtung hinterlegt und bei Bedarf aufgerufen. Die Auswahl bzw. Zuordnung des korrekten Pro-zessparametersatzes zum vorliegenden Werkstück kann manuell über einen Produkti-onsplan erfolgen. Das birgt jedoch das Risiko, dass bei Zuweisung eines nicht korrek-ten Prozessparametersatzes die Schneidqualität erheblich beeinträchtigt wird. Dies wird oftmals erst nach der gesamten Prozesslaufzeit festgestellt. Um diesen Fehler-quellen entgegenzuwirken, kann gemäß der vorliegenden Offenbarung die Materialart vor dem eigentlichen Schneidprozess ermittelt werden.

Hierfür kann der optische Messstrahl 13 mit einer definierten Intensität I0 und einer definierten Zeitdauer auf das Werkstück 1 gezündet werden. Der optische Messstrahl 13 wird zum Teil zurückreflektiert und gelangt mit der Intensität lx auf den Sensor des

Messsystems. Das Verhältnis P = aus den beiden Intensitäten ist ein Maß für den

Reflexionsgrad des Materials. Daraus kann wiederum die vorliegende Materialart be-stimmt werden, und die Steuerungsvorrichtung kann den korrekten Prozessparameter-satz automatisiert auswählen.

Erfindungsgemäß erfolgt eine Prozessüberwachung und eine optionale Prozessrege-lung beim Laserschneiden. Hierzu ist ein optischer Kohärenztomograph (OCT) als Messsensor vorgesehen, der die gleichzeitige Erfassung verschiedener relevanter Pro-zessgrößen während des Laserschnitts ermöglicht. Bei den erfassten Prozessgrößen handelt es sich insbesondere um geometrische Größen, d.h. die Schneidfrontgeometrie und/oder die Breite des Schnittspalts und/oder die Schnittflankengeometrie. Damit ist es möglich, auftretende Abweichungen im Trennprozess oder Schwankungen der Be-arbeitungsqualität bereits während des Schneidvorgangs zu detektieren. Durch eine Anpassung der aktuellen Bearbeitungsparameter (z.B. Vorschubgeschwindigkeit, -richtung, Fokuslage, Gasdruck, etc.) können Schneidfehler vermieden werden. Somit kann gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine Detektion verschiedener topographischer Eigenschaften und eine zugehörige Regelung des Pro-zesses mit nur einer Messvorrichtung erfolgen.