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DE102018002300A1 - Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks, Verwendung und Verfahren - Google Patents

Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks, Verwendung und Verfahren Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks, im Wesentlichen umfassend Kunststoff, für eine zumindest teilweise Bereichsschwächung, wobei ein erster Schwächungslaserstrahl zur Erreichung einer zumindest teilweisen Bereichsschwächung im Werkstück, insbesondere mit einer vorbestimmten Schwächungswellenlänge und/oder einer Schwächungsleistung, vorgesehen ist, insbesondere ein Laserstrahl eines Laserroboters, und ein zweiter Messlaserstrahl vorgesehen ist, wobei der zweite Messlaserstrahl eine Messwellenlänge aufweist, die sich von der Schwächungswellenlänge unterscheidet, und eine höhere Transmission bezogen auf den zu schwächenden Bereich des Werkstücks aufweist als der erste Schwächungslaserstrahl, wobei der zweite Messlaserstrahl im Wesentlichen strahlüberdeckend und/oder strahlparallel und/oder korrespondierend zum ersten Schwächungslaserstrahl zu leiten ist, wobei ein Detektionssensor auf einer laserstrahlabgewandten Seite des Werkstücks vorgesehen ist zur Erfassung einer aktuellen Leistung der Laserstrahlung des zweiten Messlaserstrahls nach der Transmission des zweiten Messlaserstrahls durch das Werkstück, womit mittelbar eine Strahltiefe des erster Schwächungslaserstrahls und/oder eine Restwandstärke nach Schwächung durch den erster Schwächungslaserstrahl im Werkstück ermittelbar ist, unter Verwendung eines vorgegebenen Messlaser-Schwächungslaser-Relativwegverhältnisses.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks, im Wesentlichen umfassend Kunststoff, für eine zumindest teilweise Bereichsschwächung, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Verwendung einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 7 und ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks nach dem Oberbegriff von Anspruch 8.
  • Bekannt ist es, mittels eines Schwächungslasers eine Perforation in eine Kunststoffabdeckung beispielsweise für eine sichere Erkennung der Perforation, das Material sehr weit geschwächt werden. Hierdurch kommt es vor das die Materialschwächung auf der Außenseite sichtbar ist. Nachteilig ist es, dass die Restwandstärke vielen Einschränkungen unterliegt, beispielsweise sehr gering sein muss, um eine sichere Detektierbarkeit zu erreichen. Hierdurch ist die Schwächungslinie auf der Sichtweite zu sehen. Eine Messung nur jedes zehnten oder hundertsten Schwächungsloch führt zu einer ungenauen Bearbeitung.
  • Aufgabe der vorliegenden Vorrichtung ist es daher, eine einfach herzustellende und sicher reproduzierbare Schwächung eines Werkstücks zu liefern, unter Beibehaltung einer hohen Bearbeitungsgeschwindigkeit.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks, im Wesentlichen umfassend Kunststoff, für eine zumindest teilweise Bereichsschwächung, wobei ein erster Schwächungslaserstrahl zur Erreichung einer zumindest teilweisen Bereichsschwächung im Werkstück, insbesondere mit einer vorbestimmten Schwächungswellenlänge und/oder einer Schwächungsleistung, vorgesehen ist, insbesondere ein Laserstrahl eines Laserroboters, und ein zweiter Messlaserstrahl vorgesehen ist, wobei der zweite Messlaserstrahl eine Messwellenlänge aufweist, die sich von der Schwächungswellenlänge unterscheidet, und eine höhere Transmission bezogen auf den zu schwächenden Bereich des Werkstücks aufweist als der erste Schwächungslaserstrahl, wobei der zweite Messlaserstrahl im Wesentlichen strahlüberdeckend und/oder strahlparallel und/oder korrespondierend zum ersten Schwächungslaserstrahl zu leiten ist, wobei ein Detektionssensor auf einer laserstrahlabgewandten Seite des Werkstücks vorgesehen ist zur Erfassung einer aktuellen Leistung der Laserstrahlung des zweiten Messlaserstrahls nach der Transmission des zweiten Messlaserstrahls durch das Werkstück, womit mittelbar eine Strahltiefe des erster Schwächungslaserstrahls und/oder eine Restwandstärke nach Schwächung durch den erster Schwächungslaserstrahl im Werkstück ermittelbar ist, unter Verwendung eines vorgegebenen Messlaser-Schwächungslaser-Relativwegverhältnisses.
  • Die Vorrichtung umfasst somit ein in seinem Verhältnis geregeltes Messlaser bzw. Signallaser und Schwächungslaseranordnung, die eine Regelung oder Steuerung der Schwächung des Werkstücks ermöglicht, bevor der Schwächungslaser durch die äußere Werkstückoberfläche hindurchdringt und Schäden in der Oberfläche hervorruft. Dies ist insbesondere interessant für ein Patent Airbag Lasern. Es wird neben dem Laser der zur Perforation ein zweiter Laser insbesondere strahlparallel zu dem Schwächungslaser eingesetzt mit einer anderen Wellenlänge, mit wesentlich höherer Transmission, wodurch der Messlaser wesentlich früher auf der Gegenseite durch einen Sensor detektierbar ist. Hierdurch kann, wenn erwünscht, eine frühere Abschaltung und dadurch eine einstellbare, höhere Restwandstärke des Werkstücks erreicht werden. Auf der Gegenseite des Werkstücks kann sich ein einfacher und kostengünstiger Sensor befinden, der die durchscheinende Laserleistung erfasst und so die Anlage regelt. Die beiden Laser können bei der Erstjustage und/oder beim Service vollautomatisch zueinander ausgerichtet werden. Durch die Vorrichtung wird eine tatsächliche Unsichtbarkeit der Schwächungslinie erreichbar. Es können beispielhaft Systeme mit feststehenden Laser und Sensor realisiert werden, bei denen das Bauteil z.B. über einen Roboter bewegt wird oder Systeme, bei denen das Bauteil feststeht und die Laserstrahlen sowie der Sensor über z.B. einen Roboter bewegt werden. Die Restwandstärke variabel einstellbar, abhängig beispielsweise von Gefüge, Dicke und weiteren Werten.
  • Vorteilhaft ist es, wenn der erste Schwächungslaserstrahl einen CO2-Laserstrahl umfasst.
  • Vorteilhaft ist es, wenn der zweite Messlaserstrahl einen Faserlaser umfasst, wobei der Faserlaser insbesondere über eine Faser zu leiten ist.
  • Vorteilhaft ist es, wenn das Werkstück plattenartiges Material umfasst, insbesondere mit zwei Deckhäuten und einer eingeschlossenen Schaumschicht, insbesondere eine angepasste ausgebildete Font- und/oder Heckabdeckung im Wesentlichen gebildet aus Kunststoff in einem Fahrzeug, insbesondere ein Armaturenbrett.
  • Vorteilhaft ist es, wenn der zweite Messlaserstrahl zu einem Kollimator leitbar ist, in dem der zweite Messlaserstrahl zur Überlagerung mit einem weiterhin, insbesondere rechtwinklig, eingeleiteten ersten Schwächungslaserstrahl in ein Koppelmodul zu leiten ist, umfassend insbesondere einen halbdurchlässigen Spiegel und ein dem Werkstück vorgelagertes Linsenmittel zur Fokussierung.
  • Vorteilhaft ist es, wenn der erste Schwächungslaserstrahl und/oder zweite Messlaserstrahl relativ zum Werkstück führbar ist und/oder das Werkstück relativ zu dem ersten Schwächungslaserstrahl und/oder zweiten Messlaserstrahl zu führen ist.
  • Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 an einer Laserroboterhand, wobei ein erster Schwächungslaserstrahl und ein im Wesentlichen parallel gerichteter zweiter Messlaserstrahl auf ein Werkstück, insbesondere ein plattenartiges Material, insbesondere mit zwei Deckhäuten und einer eingeschlossenen Schaumschicht, zu lenken ist, wobei durch einen Detektionssensor auf einer laserstrahlabgewandten Seite des Werkstücks der erste Schwächungslaserstrahl nach der Transmission durch das Werkstück zu messen ist.
  • Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks, im Wesentlichen umfassend Kunststoff, für eine zumindest teilweise Bereichsschwächung, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei durch einen ersten Schwächungslaserstrahl eine zumindest teilweisen Bereichsschwächung im Werkstück erreichbar ist, insbesondere mit einer Schwächungswellenlänge und/oder einer Schwächungsleistung, insbesondere mit einem Schwächungslaserstrahl eines Laserroboters, wobei ein zweiter Messlaserstrahl im Wesentlichen strahlüberdeckend und/oder strahlparallel und/oder korrespondierend zum ersten Schwächungslaserstrahl eingesetzt wird, wobei der zweite Messlaserstrahl eine Messwellenlänge aufweist, die sich von der Schwächungswellenlänge unterscheidet, und eine höhere Transmission bezogen auf den zu schwächenden Bereich des Werkstücks aufweist als der erste Schwächungslaserstrahl, wobei die aktuelle Leistung der Laserstrahlung des zweiten Messlaserstrahls, insbesondere unter Verwendung eines Detektionssensors auf einer laserstrahlabgewandten Seite des Werkstücks, nach der Transmission des zweiten Messlaserstrahls durch das Werkstück erfasst wird und dadurch mittelbar eine Strahltiefe des erster Schwächungslaserstrahls und/oder eine Restwandstärke nach Schwächung durch den erster Schwächungslaserstrahl im Werkstück ermittelt wird, unter Verwendung eines vorgegebenen Messlaser-Schwächungslaser-Relativweg-Verhältnisses, woraufhin eine Einstellung der Laserleistung und/oder der Laserdauer des ersten Schwächungslasers erfolgt.
  • Vorteilhaft ist es, wenn ein Kallibriervorgang vor dem Beginn und/oder während des Schwächungsvorgangs zur Festlegung/Anpassung des relativen Messlaser-Schwächungslaser-Relativweg-Verhältnisses vorgenommen wird.
  • Vorteilhaft ist es, wenn der erste Schwächungslaserstrahl und/oder zweite Messlaserstrahl werden relativ zum Werkstück führbar ist und/oder Werkstück wird relativ zu dem ersten Schwächungslaserstrahl und/oder zweiten Messlaserstrahl.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert sind.
  • Es zeigen:
    • 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung zur Bereichsschwächung und
    • 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Darstellung von 1.
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung zur Bereichsschwächung in einem Werkstücks 2, im Wesentlichen umfassend Kunststoff, für eine zumindest teilweise Bereichsschwächung 3, wobei ein erster Schwächungslaserstrahl 4 zur Erreichung einer zumindest teilweisen Bereichsschwächung 3 im Werkstück 2, insbesondere mit einer vorbestimmten Schwächungswellenlänge und/oder einer Schwächungsleistung, vorgesehen ist, insbesondere ein Laserstrahl eines Laserroboters, und ein zweiter Messlaserstrahl 5 vorgesehen ist, wobei der zweite Messlaserstrahl 5 eine Messwellenlänge aufweist, die sich von der Schwächungswellenlänge unterscheidet, und eine höhere Transmission bezogen auf den zu schwächenden Bereich des Werkstücks 2 aufweist als der erste Schwächungslaserstrahl 4, wobei der zweite Messlaserstrahl 5 im Wesentlichen strahlüberdeckend und/oder strahlparallel und/oder korrespondierend zum ersten Schwächungslaserstrahl 4 zu leiten ist, wobei ein Detektionssensor 6 auf einer laserstrahlabgewandten Seite 7 des Werkstücks 2 vorgesehen ist zur Erfassung einer aktuellen Leistung der Laserstrahlung des zweiten Messlaserstrahls 5 nach der Transmission des zweiten Messlaserstrahls 5 durch das Werkstück 2, womit mittelbar eine Strahltiefe 8 des erster Schwächungslaserstrahls 4 und/oder eine Restwandstärke 9 nach Schwächung durch den erster Schwächungslaserstrahl 4 im Werkstück 2 ermittelbar ist, unter Verwendung eines vorgegebenen Messlaser-Schwächungslaser-Relativwegverhältnisses.
  • Der erste Schwächungslaser ist hinsichtlich seines Weges hinter dem zweiten Messlaser zurück, der früher auf den Detektionssensor auf der laserstrahlabgewandten seite trifft und somit als Regelungs- und Steuerungssignal für die Laservorrichtung verwendet werden kann, wobei insbesondere der erste Schwächungslaserstrahl 4 einen CO2-Laserstrahl 19 umfasst und der zweite Messlaserstrahl 5 einen Faserlaser 10 umfasst, wobei der Faserlaser 10 insbesondere über eine Faser 11 zu leiten ist.
  • Beispielhaft ist der zweite Messlaserstrahl 5 zu einem Kollimator 15 leitbar, in dem der zweite Messlaserstrahl 5 zur Überlagerung mit einem weiterhin, insbesondere rechtwinklig, eingeleiteten ersten Schwächungslaserstrahl 4 in ein Koppelmodul 16 zu leiten ist, umfassend insbesondere einen halbdurchlässigen Spiegel 17 und ein dem Werkstück 2 vorgelagertes Linsenmittel 18 zur Fokussierung.
  • Der erste Schwächungslaserstrahl 4 und/oder zweite Messlaserstrahl 5 sind beispielhaft relativ zum Werkstück 2 führbar und/oder das Werkstück 2 relativ zu dem ersten Schwächungslaserstrahl 4 und/oder zweiten Messlaserstrahl 5 zu führen ist.
  • 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus der Darstellung von 1. Das Werkstück 2 umfasst ein plattenartiges Material 12 umfasst, insbesondere mit zwei Deckhäuten 13 und einer eingeschlossenen Schaumschicht 14. Die geschwächten Bereiche 20 sind beispielhaft zahnartig nebeneinander in einer Reihe angeordnet und führen zu einer Schwächung eines linienförmigen Bereichs, insbesondere zur Freisetzung eines Airbags.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung zur Bearbeitung
    2
    Werkstück
    3
    Bereichsschwächung
    4
    erster Schwächungslaserstrahl
    5
    zweiter Messlaserstrahl
    6
    Detektionssensor
    7
    laserstrahlabgewandte Seite
    8
    Strahltiefe
    9
    Restwandstärke
    10
    Faserlaser
    11
    Faser
    12
    plattenartiges Material
    13
    Deckhaut
    14
    Schaumschicht
    15
    Kollimator
    16
    Koppelmodul
    17
    halbdurchlässiger Spiegel
    18
    Linsenmittel
    19
    CO2-Laser
    20
    geschwächter Bereich

Claims (10)

  1. Vorrichtung (1) zur Bearbeitung eines Werkstücks (2), im Wesentlichen umfassend Kunststoff, für eine zumindest teilweise Bereichsschwächung (3), wobei ein erster Schwächungslaserstrahl (4) zur Erreichung einer zumindest teilweisen Bereichsschwächung (3) im Werkstück (2), insbesondere mit einer vorbestimmten Schwächungswellenlänge und/oder einer Schwächungsleistung, vorgesehen ist, insbesondere ein Laserstrahl eines Laserroboters, und ein zweiter Messlaserstrahl (5) vorgesehen ist, wobei der zweite Messlaserstrahl (5) eine Messwellenlänge aufweist, die sich von der Schwächungswellenlänge unterscheidet, und eine höhere Transmission bezogen auf den zu schwächenden Bereich des Werkstücks (2) aufweist als der erste Schwächungslaserstrahl (4), wobei der zweite Messlaserstrahl (5) im Wesentlichen strahlüberdeckend und/oder strahlparallel und/oder korrespondierend zum ersten Schwächungslaserstrahl (4) zu leiten ist, wobei ein Detektionssensor (6) auf einer laserstrahlabgewandten Seite (7) des Werkstücks (2) vorgesehen ist zur Erfassung einer aktuellen Leistung der Laserstrahlung des zweiten Messlaserstrahls (5) nach der Transmission des zweiten Messlaserstrahls (5) durch das Werkstück (2), womit mittelbar eine Strahltiefe (8) des erster Schwächungslaserstrahls (4) und/oder eine Restwandstärke (9) nach Schwächung durch den erster Schwächungslaserstrahl (4) im Werkstück (2) ermittelbar ist, unter Verwendung eines vorgegebenen Messlaser-Schwächungslaser -Relativwegverhältnisses.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwächungslaserstrahl (4) einen CO2-Laserstrahl umfasst.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Messlaserstrahl (5) einen Faserlaser (10) umfasst, wobei der Faserlaser (10) insbesondere über eine Faser (11) zu leiten ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2) plattenartiges Material (12) umfasst, insbesondere mit zwei Deckhäuten (13) und einer eingeschlossenen Schaumschicht (14), insbesondere eine angepasste ausgebildete Font- und/oder Heckabdeckung im Wesentlichen gebildet aus Kunststoff in einem Fahrzeug, insbesondere ein Armaturenbrett.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Messlaserstrahl (5) zu einem Kollimator (15) leitbar ist, in dem der zweite Messlaserstrahl (5) zur Überlagerung mit einem weiterhin, insbesondere rechtwinklig, eingeleiteten ersten Schwächungslaserstrahl (4) in ein Koppelmodul (16) zu leiten ist, umfassend insbesondere einen halbdurchlässigen Spiegel (17) und ein dem Werkstück (2) vorgelagertes Linsenmittel (18) zur Fokussierung.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwächungslaserstrahl (4) und/oder zweite Messlaserstrahl (5) relativ zum Werkstück (2) führbar ist und/oder das Werkstück (2) relativ zu dem ersten Schwächungslaserstrahl (4) und/oder zweiten Messlaserstrahl (5) zu führen ist.
  7. Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 an einer Laserroboterhand, wobei ein erster Schwächungslaserstrahl (4) und ein im Wesentlichen parallel gerichteter zweiter Messlaserstrahl (5) auf ein Werkstück (2), insbesondere ein plattenartiges Material (12), insbesondere mit zwei Deckhäuten (13) und einer eingeschlossenen Schaumschicht (14), zu lenken ist, wobei durch einen Detektionssensor (6) auf einer laserstrahlabgewandten Seite (7) des Werkstücks (2) der erste Schwächungslaserstrahl (4) nach der Transmission durch das Werkstück (2) zu messen ist.
  8. Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks (2), im Wesentlichen umfassend Kunststoff, für eine zumindest teilweise Bereichsschwächung (3), insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei durch einen ersten Schwächungslaserstrahl (4) eine zumindest teilweisen Bereichsschwächung (3) im Werkstück (2) erreichbar ist, insbesondere mit einer Schwächungswellenlänge und/oder einer Schwächungsleistung, insbesondere mit einem Schwächungslaserstrahl eines Laserroboters, wobei ein zweiter Messlaserstrahl (5) im Wesentlichen strahlüberdeckend und/oder strahlparallel und/oder korrespondierend zum ersten Schwächungslaserstrahl (4) eingesetzt wird, wobei der zweite Messlaserstrahl (4) eine Messwellenlänge aufweist, die sich von der Schwächungswellenlänge unterscheidet, und eine höhere Transmission bezogen auf den zu schwächenden Bereich des Werkstücks (2) aufweist als der erste Schwächungslaserstrahl, wobei die aktuelle Leistung der Laserstrahlung des zweiten Messlaserstrahls, insbesondere unter Verwendung eines Detektionssensors auf einer laserstrahlabgewandten Seite des Werkstücks, nach der Transmission des zweiten Messlaserstrahls durch das Werkstück erfasst wird und dadurch mittelbar eine Strahltiefe des erster Schwächungslaserstrahls und/oder eine Restwandstärke nach Schwächung durch den erster Schwächungslaserstrahl im Werkstück ermittelt wird, unter Verwendung eines vorgegebenen Messlaser-Schwächungslaser-Relativweg-Verhältnisses, woraufhin eine Einstellung der Laserleistung und/oder der Laserdauer des ersten Schwächungslasers (4) erfolgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kallibriervorgang vor dem Beginn und/oder während des Schwächungsvorgangs zur Festlegung/Anpassung des relativen Messlaser-Schwächungslaser-Relativweg-Verhältnisses vorgenommen wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwächungslaserstrahl (4) und/oder zweite Messlaserstrahl (5) relativ zum Werkstück (2) geführt wird und/oder das Werkstück (2) relativ zu dem ersten Schwächungslaserstrahl (4) und/oder zweiten Messlaserstrahl (5) geführt wird.
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