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WO2010044067A1 - Thermische strahlbearbeitungsmaschine mit längenausgleich und verfahren hierfür - Google Patents

Thermische strahlbearbeitungsmaschine mit längenausgleich und verfahren hierfür Download PDF

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Publication number
WO2010044067A1
WO2010044067A1 PCT/IB2009/054523 IB2009054523W WO2010044067A1 WO 2010044067 A1 WO2010044067 A1 WO 2010044067A1 IB 2009054523 W IB2009054523 W IB 2009054523W WO 2010044067 A1 WO2010044067 A1 WO 2010044067A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ref
temperature
raw material
machine
workpiece
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/IB2009/054523
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Plüss
Guido Wahl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bystronic Laser AG
Original Assignee
Bystronic Laser AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bystronic Laser AG filed Critical Bystronic Laser AG
Publication of WO2010044067A1 publication Critical patent/WO2010044067A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/045—Correction of measurements

Definitions

  • the invention relates to a machine tool for separating a workpiece from a raw material, wherein at least a desired dimension of the workpiece is in electronic form and the machine tool comprises a processing head movable relative to the raw material.
  • the invention relates to a method for cutting out a workpiece from a raw material with the aid of a machine tool with a machining head movable relative to the raw material, wherein at least one desired dimension of the workpiece is in electronic form.
  • the resolution of a machine tool, with which a workpiece is produced is a parameter that influences the dimensional accuracy of the workpiece.
  • An additional influencing parameter is the temperature at which a workpiece is made. The higher the temperature of the machine, the more it expands. At the same dimensions as digital setpoints in a machine, the workpiece is cold Machine smaller than with a warm machine.
  • DE 1922 643 discloses a machine tool in which the temperature at the machine is measured and used to scale the process paths.
  • WO 03/051575 A1 discloses a method for achieving a desired repeatability of an industrial robot comprising at least one arm with a drive, which arm is heated by the energy of the drive and thus expands. The temperature is measured on the robot and used for temperature compensation of the process paths.
  • the object underlying the present invention is now to provide a machine tool and a method, which or which allow the production of a workpiece whose actual mass correspond more closely to its target masses, than was previously possible.
  • this object is achieved by a machine tool having the features of patent claim 1 and / or by a method having the features of patent claim 10.
  • a first temperature sensor for measuring the temperature of at least one machine part of the machine tool, via which the machining head is movable relative to the raw material, and / or a second temperature sensor for measuring the Temperature of the raw material and / or a third temperature sensor for measuring the ambient temperature, and -) providing means for correcting the at least one desired value using the measured temperature or the measured temperatures, a coefficient of expansion of the raw material and an expansion coefficient of the machine part.
  • the invention makes it possible to take into account different expansions of workpiece and machine.
  • the temperature of at least part of the machine and / or the temperature of the raw material and / or the ambient temperature is measured.
  • Raw material from which the workpiece is cut, and with known expansion behavior of the machine these different dimensions can be determined and the target mass be corrected accordingly. If the machine expands more strongly than the raw material, the digitally present nominal dimensions of the workpiece are reduced slightly, so that the greater extent of the machine compared to the raw material is taken into account and ultimately a workpiece is obtained, the actual mass largely correspond to the target masses. The accuracy can be increased despite the different dimensions of the machine and raw material sometimes up to the resolution limit of the machine tool.
  • a machine tool often consists of a plurality of materials so that the expansion behavior compared to the raw material is difficult to calculate. For example, this can be done with the finite element method (FEM). But also empirical tests, that is measurements for the expansion behavior of the machine can serve as a basis for the correction of the desired mass of the workpiece. It should be noted that the machine often will not expand equally in all dimensions or, more precisely, not in all axes of motion. Even inhomogeneities of the raw material to be processed, ie different expansion in the x-, y- and z-direction are conceivable. Advantageously, therefore, for each axis of the robot or the machine tool, a separate correction of the desired mass will take place, which differs from the other axes.
  • FEM finite element method
  • a first temperature sensor and a second temperature sensor and means for correcting the at least one desired dimension are provided with the aid of the measured temperatures, an expansion coefficient of the raw material and an expansion coefficient of the machine part.
  • the temperature of the raw material and the machine tool Therefore, the dimensions of these can be determined very precisely.
  • the second temperature sensor is designed as an infrared sensor. While temperature measurement on machine tool components is relatively easy to accomplish, temperature measurement on the raw material is a major challenge in two ways. On the one hand, the raw material is changed frequently, making the use of a contact temperature sensor cumbersome, on the other hand, the raw material sometimes becomes very strong heated, which is why the use of high temperature sensors is required. Both requirements are well met by an infrared sensor, as it works first contactless - which makes it unnecessary to connect and disconnect a contact sensor - and secondly can be used for high temperatures.
  • thermosensors measure - unless they are infrared sensors with a large detection angle - the temperatures only locally, which is why different temperature distributions are not detected by a single sensor. For this reason, it is proposed to provide a plurality of sensors whose average or weighted average is used for the inventive length compensation. It is advantageous if the means for the correction for the multiplication of the at least one desired dimension with the scaling factor
  • an ambient temperature is ..
  • a machine with a machining head which is moved with three mutually orthogonally disposed carriage eg portal robot
  • three mutually orthogonally disposed carriage eg portal robot
  • a scaling of the target dimensions in several axes affect. It is conceivable for simplicity, only the temperature of the machine T x , only the temperature of the raw material T M or only the ambient temperature T 1 , to measure. However, it is advantageous to measure both the temperature of the machine T x and the temperature of the raw material T M.
  • Scaling factor here is a difference in length, which is due to the different extent of raw material and machine tool, added to a nominal dimension (or subtracted from it).
  • an expansion coefficient of the raw material and a coefficient of expansion of the machine part is provided .
  • Components are sometimes at very high operating temperatures, about a few hundred degrees, used. If several components are to interact, a corresponding clearance at room temperature has to be considered.
  • the desired dimensions of the workpiece can also be related to its subsequent use temperature. A part that is used, for example, ultimately at higher temperatures is therefore cut correspondingly smaller.
  • this embodiment can also be applied independently of the measurement of a temperature when the temperature during the separation process is known or estimated.
  • a temperature of about 20 ° C-25 ° C
  • the thermal separation - in particular by means of laser - the temperature may be higher to set.
  • the later operating temperature differs greatly from the production temperature (eg 500 ° C. compared to 20 ° C.)
  • inaccuracies in the temperature estimation play less of a role.
  • ⁇ x _D x ( ⁇ ref ) [( ⁇ M ( ⁇ M - ⁇ ref ) - ⁇ x ( ⁇ x - ⁇ ref )] / ⁇ [i + ⁇ x ( ⁇ x - ⁇ ref )] • [i + ⁇ M ( ⁇ B - ⁇ ref )] ⁇ are provided for the at least one desired dimension. This is an alternative to the above-mentioned method for correcting the target mass of a workpiece.
  • Embodiments and advantages of the inventive machine tool relate equally to the inventive method and vice versa.
  • correction means may be implemented in software and / or hardware, for example as part of the control software of the machine tool or as an integrated circuit, for example in the form of an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). While in the case of a hardware implementation, the means should rather be seen as a physical unit, in the case of implementation in software, an interpretation rather than a functional unit will be considered.
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • the invention relates to all types of machine tools, such as, for example, water jet cutting machines, saws, shears, punches, nibbling machines, milling machines, lathes and the like.
  • the invention is particularly advantageous with respect to machines in which the cutting out of a workpiece is not performed mechanically but thermally, ie, for example, on flame cutting machines, plasma cutting machines and, in particular, laser cutting machines.
  • Fig. 1 is a symbolic laser cutting machine
  • Fig. 2 is a schematic of the length measurement in machine tools
  • Fig. 3 is a diagram showing the expansions of
  • FIG. 1 symbolically shows a variant of a machine tool 1 according to the invention, which cuts out a workpiece from a raw material 2 consisting of two guide rails 3 in the y direction (referred to as “y guide rails” in succession), two slides 4 guided on the guide slides 3 an attached guide rail 5 in the x-direction (hereinafter referred to as "x- guide rails") and a displaceable on the x-guide rail 5 machining head 6, which (not shown), that for example a laser, includes the cutting device.
  • x- guide rails a displaceable on the x-guide rail 5 machining head 6, which (not shown), that for example a laser, includes the cutting device.
  • the temperature sensors 7a..7c and 8y..8c are fixed to the Machine tool 1 installed, for example glued or screwed. It is important to ensure good temperature transition between the component to be measured and the sensor 7a..7c and 8a..8c, for example by using a thermal paste.
  • the machine tool 1 comprises an infrared temperature sensor 9 ("IR sensor" for short), which measures the temperature of the raw material 2 without contact, of course, Figure 1.
  • IR sensor infrared temperature sensor
  • the machine tool 1 is shown only in stylized form, and usually such a machine 1 has additional components
  • the machine tool 1 is suitable only for cutting flat workpieces, but of course the invention also relates to three-dimensional cutting operations.
  • FIG. 2 symbolically shows a ruler 10 of the machine tool 1, the machining head 6, as well as a workpiece 11.
  • the ruler 10 has the temperature T x and the workpiece 11 the temperature T M.
  • the workpiece 11 is also shown at a temperature T B (dotted line).
  • Figure 2 also shows 3 different positions of
  • FIG. 3 shows the expansion behavior of machine tool 1 and raw material 2.
  • the temperature T is shown on the horizontal axis, and the process path of the machine tool 1 or the expansion of the raw material 2 in the x direction on the vertical axis.
  • the machine tool 1 expands with the expansion coefficient CC x (dashed line), the Raw material 2 with the coefficient of expansion ⁇ M.
  • the temperatures T re f, T x , T M and T B already mentioned for FIG. 2 as well as the assigned positions / lengths x (T re f), x (T x ), x (T M ) and x are (T B ) shown ..
  • Machine tool 1 are present, wherein for the sake of simplicity, only the expansion in the x direction is taken into account.
  • the workpiece 11 is to be used later at an operating temperature T B and thereby have a length X ⁇ TB ).
  • T B the temperature of the raw material 2 from which the workpiece 11 is to be cut is determined.
  • T M is measured. Because of the (normally positive) expansion coefficient of the raw material CC M and because the temperature T B is higher than the temperature T M , the workpiece 11 is shorter at the temperature T M and has a length of only x (T M ). This means that the workpiece 11 has to be cut at the position x (T M ) so that it has the length x (T B ) at the operating temperature.
  • T re f indicates the temperature at which the machine tool 1 has absolute accuracy, that is, an electronically predetermined measure of 10 cm also leads to a process path of actually 10 cm. At this temperature, the machine 1 would - apart from play in the drives, measurement inaccuracies, etc. - so produce absolutely accurate workpieces 11.
  • x (T ref ) indicates a target dimension at the temperature Tref
  • x (T x ) the target dimension when the machine 1, more specifically those machine parts which influence the process path of the machining head 6 in the x-direction (here the x Guide rail 5), with the expansion coefficient CC x in the x direction on the
  • Heat temperature T x and x (T M ) indicates the target size, when the raw material 2 with the expansion coefficient CC M in the x-direction to the temperature T M heats.
  • Wanted is now the factor C x , with which the target mass x (T re f) must be multiplied, so that the different longitudinal extent of machine and raw material is compensated.
  • T ref target mass of a workpiece x
  • Temperatures is used and should have the desired dimension in this state, then they must be multiplied setpoint x (T ref ) with another factor C XTB .
  • Machine tool 1 and the later operating temperature T B of the workpiece 11 taken into account.
  • a correction value can also be added to it. It applies
  • ⁇ x (T x ) represents the difference in length between raw material 2 and machine tool 1 at the temperature T x . This must, before it can be added to the target masses x (T ref) related to the reference temperature T ref, giving Ax (T re f) results. If exact mass is desired for a later operating temperature T B , then ..
  • Machine tool T x advantageous but not necessary for simplified procedures.
  • the formulas given simplify in part, since T x can be equated with T M or T 1 , respectively. If several sensors are used for temperature measurement, for example on an axis of the machine tool 1, then in the formulas the mean value or, if sections of the machine tool 1 expand differently in one direction, a weighted mean value is to be used. Optionally, if different materials are used for the machine tool 1, the expansion can also be calculated in sections. Finally, it is also conceivable to scale the target mass only in one direction, eg in the x direction. This is particularly practicable if this axis is relatively long compared to the other axes of the machine tool 1 and there are thermally induced deviations particularly strong, in contrast, hardly affect the other axes.
  • the desired mass is first corrected as such and then a digitization of the data, that is to say a conversion of the desired mass into incremental steps of the machine tool 1, takes place.
  • a digitization of the data that is to say a conversion of the desired mass into incremental steps of the machine tool 1
  • the correction of the already digitized target data is possible, however, due to the discrete steps additional inaccuracies may result.
  • T B Operating temperature of the workpiece 11 x (T re f) setpoint at reference temperature T re fx (T M ) setpoint at temperature of the raw material T M X (T x ) setpoint at temperature of the x-axis of the

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Abstract

Es wird eine Werkzeugmaschine (1) und ein Verfahren zum Trennen eines Werkstücks (11) von einem Rohmaterial (2) angegeben, wobei zumindest ein Sollmass (x(Tref)) des Werkstücks (11) in elektronischer Form vorliegt und die Werkzeugmaschine (1) einen gegenüber dem Rohmaterial (11) beweglichen Bearbeitungskopf (6) umfasst. Dazu wird eine erste Temperatur (T x ) zumindest eines Maschinenteils (3, 5) der Werkzeugmaschine (1), über den der Bearbeitungskopf (6) relativ zum Rohmaterial (2) bewegbar ist, und/oder einer zweiten Temperatur (T M ) des Rohmaterials (2) und/oder eine Umgebungstemperatur (T U ) gemessen. Mit Hilfe der gemessenen Temperatur oder der gemessenen Temperaturen (T x, TM, TU), einem Ausdehnungskoeffizienten (ax) des Rohmaterials (2) und einem Ausdehnungskoeffizienten (ax) des Maschinenteils (3, 5) wird anschließend das zumindest eine Sollmasses (x(Tref)) korrigiert.

Description

THERMISCHE STRAHLBEARBEITUNGSMASCHINE MIT LANGENAUSGLEICH UND VERFAHREN HIERFÜR
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zum Trennen eines Werkstücks von einem Rohmaterial, wobei zumindest ein Sollmass des Werkstücks in elektronischer Form vorliegt und die Werkzeugmaschine einen gegenüber dem Rohmaterial beweglichen Bearbeitungskopf umfasst. Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausschneiden eines Werkstücks aus einem Rohmaterial mit Hilfe einer Werkzeugmaschine mit einem gegenüber dem Rohmaterial beweglichen Bearbeitungskopf, wobei zumindest ein Sollmass des Werkstücks in elektronischer Form vorliegt .
In einer modernen Fertigung werden hohe Anforderungen an die zugelieferten und zu verarbeitenden Bauteile gestellt, da zum Teil nur geringe Abweichungen von einem Sollmass zu einer Beeinträchtigung der Qualität des hergestellten Erzeugnisses und/oder zu Problemen in einer automatisierten
Fertigungsstrasse führt, etwa wenn ein Roboter ein Bauteil wegen einer zu engen Passung nicht montieren kann. Die Auflösung einer Werkzeugmaschine, mit der ein Werkstück hergestellt wird, ist dabei ein Parameter, welche die Masshaltigkeit des Werkstücks beeinflusst. Je höher die Auflösung, also je kleiner die inkrementellen Schritte, welche mit der digitalen Steuerung der Werkzeugmaschine ausgeführt werden können, umso höher ist die Masshaltigkeit des Werkstückes. Ein zusätzlicher Einflussparameter ist die Temperatur, bei der ein Werkstück angefertigt wird. Je höher die Temperatur der Maschine ist, umso mehr dehnt sie sich aus. Bei denselben Abmassen, die als digitale Sollwerte in einer Maschine vorliegen, ist das Werkstück bei kalter Maschine kleiner als bei warmer Maschine. Dies wirkt sich insbesondere dann auf die Qualität einer Serie von Werkstücken aus, wenn eine Maschine zum Beispiel morgens in einer kalten Werkstatt-Halle in Betrieb genommen wird und sich erst langsam auf eine konstante Betriebstemperatur erwärmt. Die auf diese Weise hergestellten Werkstücke haben mit hoher Wahrscheinlichkeit unterschiedliche Abmasse, wobei die Massabweichungen oft über der theoretischen Auflösungsgrenze der Werkzeugmaschine liegen. Dies ist insofern besonders unangenehm, als selbst der Einsatz einer teuren, genauen Maschine nicht unbedingt zum gewünschten Ergebnis führt. Aus dem Stand der Technik sind daher Methoden bekannt, die Temperatur einer Maschine zu erfassen und deren Verfahrenswege entsprechend zu korrigieren.
Die DE 1922 643 offenbart beispielsweise eine Werkzeugmaschine, bei der die Temperatur an der Maschine gemessen und zu einer Skalierung der Verfahrenswege herangezogen wird.
Die WO 03/051575 Al offenbart ein Verfahren zur Erreichung einer gewünschten Wiederholgenauiggkeit eines Industrieroboters, welcher zumindest einen Arm mit einem Antrieb umfasst, welcher Arm durch die Verlustenergie des Antriebs erwärmt wird und sich damit ausdehnt. Dabei wird die Temperatur am Roboter gemessen und für eine Temperaturkompensation der Verfahrenswege herangezogen.
Die Verfahren nach dem Stand der Technik gehen von einer identischen Dehnung von Werkstück und Maschine aus. Bei der Bearbeitung von Stahl trifft dies meist auch zu, denn auch die meisten Maschinen bestehen überwiegend aus Stahl. Bestehen die Maschine und Werkstück jedoch aus Materialien mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten und/oder werden Maschine und Werkstück unterschiedlich erwärmt, so können erhebliche Massabweichungen resultieren, insbesondere wenn relativ grosse Werkstücke hergestellt werden. All diese Umstände treten besonders häufig bei Werkzeugmaschinen zur thermischen Umformung auf, also zum Beispiel bei Brennschneidmaschinen, Plasmaschneidmaschinen und Laserschneidemaschinen. Bedauerlicherweise, können die hohen Erwartungen an computergesteuert hergestellte Werkstücke aus den erwähnten Gründen oft nicht erfüllt werden. Zusätzlich wirken bei thermischen Maschinen hinsichtlich thermisch bedingter Dimensionsänderungen natürlich auch die Wärmeeinbringung in das Werkstück eine zusätzliche störende Rolle.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, eine Werkzeugmaschine und ein Verfahren anzugeben, welche oder welches die Herstellung eines Werkstücks ermöglichen, dessen Ist-Masse weitgehender seinen Soll-Massen entsprechen, als dies bisher möglich war..
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
Demgemäss ist vorgesehen bei einer Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art zusätzlich
-) einen ersten Temperatursensor zur Messung der Temperatur zumindest eines Maschinenteils der Werkzeugmaschine, über den der Bearbeitungskopf relativ zum Rohmaterial bewegbar ist, und/oder einen zweiten Temperatursensor zur Messung der Temperatur des Rohmaterials und/oder einen dritten Temperatursensor zur Messung der Umgebungstemperatur und -) Mittel zur Korrektur des zumindest einen Sollmasses mit Hilfe der gemessenen Temperatur oder der gemessenen Temperaturen, einem Ausdehnungskoeffizienten des Rohmaterials und einem Ausdehnungskoeffizienten des Maschinenteils vorzusehen .
Demgemäss ist auch vorgesehen, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art zusätzlich die Schritte:
-) Messung einer ersten Temperatur zumindest eines Maschinenteils der Werkzeugmaschine, über den der Bearbeitungskopf relativ zum Rohmaterial bewegbar ist, und/oder einer zweiten Temperatur des Rohmaterials und/oder eine Umgebungstemperatur und
-) Korrektur des zumindest einen Sollmasses mit Hilfe der gemessenen Temperatur oder der gemessenen Temperaturen, einem Ausdehnungskoeffizienten des Rohmaterials und einem Ausdehnungskoeffizienten des Maschinenteils auszuführen.
Die Erfindung ermöglicht, unterschiedliche Ausdehnungen von Werkstück und Maschine zu berücksichtigen. Dabei wird die Temperatur zumindest eines Teils der Maschine und/oder die Temperatur des Rohmaterials und/oder die Umgebungstemperatur gemessen. Bei bekanntem Ausdehnungskoeffizienten des
Rohmaterials, aus dem das Werkstück geschnitten wird, und bei bekanntem Ausdehnungsverhalten der Maschine können diese unterschiedliche Ausdehnungen ermittelt und die Sollmasse entsprechend korrigiert werden. Dehnt sich die Maschine stärker als das Rohmaterial aus, werden die digital vorliegenden Soll-Abmasse des Werkstücks etwas verkleinert, sodass die stärkere Ausdehnung der Maschine gegenüber dem Rohmaterial berücksichtig wird und letztlich ein Werkstück erhalten wird, dessen Ist-Masse weitestgehend den Soll-Massen entsprechen. Die Genauigkeit kann so trotz unterschiedlicher Ausdehnungen von Maschine und Rohmaterial mitunter bis zur Auflösungsgrenze der Werkzeugmaschine gesteigert werden.
Eine Werkzeugmaschine besteht oft aus einer Mehrzahl von Materialien sodass das Ausdehnungsverhalten im Vergleich zum Rohmaterial nur schwer berechnet werden kann. Beispielsweise kann dies mit der Finiten Elemente Methode (FEM) erfolgen. Aber auch empirische Versuche, das heisst Messungen für das Ausdehnungsverhalten der Maschine können eine Basis für die Korrektur der Sollmasse des Werkstücks dienen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass sich die Maschine häufig nicht in alle Dimensionen oder genauer gesagt nicht in alle Bewegungsachsen gleich ausdehnen wird. Auch Inhomogenitäten des zu bearbeitenden Rohmaterials also unterschiedliche Ausdehnung in x-, y- und z-Richtung sind denkbar. Vorteilhaft wird daher für jede Achse des Roboters bzw. der Werkzeugmaschine eine eigene Korrektur der Sollmasse erfolgen, welche sich von den anderen Achsen unterscheidet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren der Zeichnung.
Vorteilhaft ist es, wenn ein erster Temperatursensor und ein zweiter Temperatursensor und Mittel zur Korrektur des zumindest einen Sollmasses mit Hilfe der gemessenen Temperaturen, einem Ausdehnungskoeffizienten des Rohmaterials und einem Ausdehnungskoeffizienten des Maschinenteils vorgesehen sind. Bei dieser Variante der Erfindung werden die Temperatur des Rohmaterials sowie der Werkzeugmaschine gemessen, weswegen die Ausdehnungen derselben besonders genau bestimmt werden können.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der zweite Temperatursensor als Infrarotsensor ausgebildet ist. Während die Temperaturmessung an Bauteilen der Werkzeugmaschine relativ einfach zu bewerkstelligen ist, stellt die Temperaturmessung am Rohmaterial aus zweierlei Hinsicht eine grossere Herausforderung dar. Einerseits wird das Rohmaterial häufig gewechselt, weswegen der Einsatz eines Kontakt- Temperaturfühlers umständlich ist, andererseits wird das Rohmaterial bisweilen sehr stark erhitzt, weswegen der Einsatz von Hochtemperaturfühlern geboten ist. Beide Anforderungen werden von einem Infrarotsensor gut erfüllt, da er erstens kontaktlos arbeitet - womit sich ein An- und Abklemmen eines kontaktbehafteten Sensors erübrigt - und zweitens für hohe Temperaturen eingesetzt werden kann.
Vorteilhaft ist es, wenn eine Vielzahl von ersten und/oder zweiten und/oder dritten Temperatursensoren vorgesehen ist und Mittel zur Korrektur des zumindest einen Sollmasses zur Verarbeitung eines Mittelwertes oder gewichteten Mittelwertes der Temperaturen vorgesehen sind. Temperatursensoren messen - sofern es sich nicht um Infrarotsensoren mit grossem Erfassungswinkel handelt - die Temperaturen nur lokal, weswegen unterschiedliche Temperaturverteilungen von einem einzelnen Sensor nicht erfasst werden. Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, eine Vielzahl von Sensoren vorzusehen, deren Mittelwert oder gewichteter Mittelwert für die erfinderische Längenkompensation verwendet wird. Vorteilhaft ist es, wenn die Mittel zur Korrektur zur Multiplikation des zumindest einen Sollmasses mit dem Skalierungsfaktor
Cx _D [l+αM(Tx-Tref) ] / [l+αx(Tx-Tref) ] oder Cx _D [l+αM(TM-Trβf) ] / [l+αx(TM-Tref) ] oder
Cx _D [l+αM(Tu-Trβf) ] / [l+0Cχ(Tu-Tref) ] oder
Cx _D [l+αM(TM-Tref) ] / [1+GCx (Tx-TrSf) ] vorgesehen sind, wobei αx der Ausdehnungskoeffizient der Maschine in x-Richtung, αM der Ausdehnungskoeffizient des Rohmaterials in x-Richtung, Tref eine Referenztemperatur, TM die Temperatur des Rohmaterials, Tx die Temperatur zumindest eines Maschinenteils, welcher den Verfahrensweg des
Bearbeitungskopfes in diese Richtung beeinflusst, und T1, eine Umgebungstemperatur ist.. Bei homogenem Rohmaterial und einer Maschine mit einem Bearbeitungskopf, welcher mit drei zueinander orthogonal angeordneten Schlitten bewegt wird (z.B: Portalroboter), wird eine einfache Multiplikation der Soll-Masse häufig ausreichen. Dagegen wird sich bei Robotern, welche kinematisch aufwändiger bewegt werden (z.B. Gelenksarmroboter), eine Skalierung der Soll-Abmasse in mehreren Achsen auswirken. Dabei ist es zur Vereinfachung denkbar, nur die Temperatur der Maschine Tx, nur die Temperatur des Rohmaterials TM oder nur die Umgebungstemperatur T1, zu messen. Vorteilhaft ist es aber, sowohl die Temperatur der Maschine Tx, als auch die Temperatur des Rohmaterials TM zu messen.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Mittel zur Korrektur zur Addition eines Längenunterschiedes Δx _D x ( Tref ) [ ( αM ( Tx- Tref ) - αx ( Tx- Tref ) ] / [ l +αx ( Tx- Tref ) ] oder
Δx _D x ( Tref ) [ ( αM ( TM- Tref ) - CCx ( TM- Tref ) ] / [ 1 +Ctx ( TM- Tref ) ] oder
Δx D x ( Tref ) [ ( αM ( Tu- Tref ) - OCχ ( Tu~ Tref ) ] / [ 1 +CCx ( Tu- Tref ) ] oder Δx _D x ( τref ) [ (αM ( τM-τrβf ) - αx ( τx-τref ) ] / [ i+αx ( τx-τref ) ] zu dem zumindest einen Sollmass vorgesehen sind. Anstelle der Multiplikation eines Soll-Abmasses mit einem
Skalierungsfaktor wird hier eine Längenunterschied, welcher durch die unterschiedliche Ausdehnung von Rohmaterial und Werkzeugmaschine bedingt ist, zu einem Soll-Abmass hinzuaddiert (bzw. davon abgezogen) .
Günstig ist es schliesslich, wenn die Sollmasse für die spätere Betriebstemperatur des Werkstücks vorliegen und die Korrekturmittel zur Korrektur des zumindest einen Sollmasses mit Hilfe der gemessenen Temperaturen der späteren Betriebstemperatur, einem Ausdehnungskoeffizienten des Rohmaterials und einem Ausdehnungskoeffizienten des Maschinenteils vorgesehen ist.. Bauteile werden mitunter bei sehr hohen Betriebstemperaturen, etwa einigen hundert Grad, eingesetzt. Sollen dabei mehrere Bauteile zusammenwirken ist ein entsprechendes Spiel bei Raumtemperatur zu berücksichtigen. Um den Konstrukteur derartiger Vorrichtungen von dieser Tätigkeit, welche insbesondere bei Verwendung unterschiedlicher Materialien recht aufwendig sein kann, zu entlasten, können die Soll-Abmasse des Werkstücks auch auf dessen spätere Einsatztemperatur bezogen werden. Ein Teil, das beispielsweise letztlich bei höheren Temperaturen eingesetzt wird, wird daher entsprechend kleiner geschnitten.
An dieser Stelle wird angemerkt dass diese Ausführungsform auch unabhängig von der Messung einer Temperatur angewendet werden kann, wenn die Temperatur beim Trennvorgang bekannt ist oder geschätzt wird. Beim mechanischen Trennen kann von einer Temperatur von etwa 20°C-25°C ausgegangen werden, beim thermischen Trennen - insbesondere mittels Laser - ist die Temperatur gegebenenfalls höher anzusetzen. Insbesondere wenn sich die spätere Betriebstemperatur stark von der Herstellungstemperatur unterscheidet (z.B. 5000C gegenüber 200C) spielen Ungenauigkeiten bei der Temperaturschätzung weniger Rolle.
Vorteilhaft ist es, wenn die Mittel zur Korrektur zur Multiplikation des zumindest einen Sollmasses mit dem Skalierungsfaktor
Cx _D [l+αM(Tx-Trβf) ] / { [l+αx(Tx-Tref) ] • [l+αM(TB-Tref) ] } oder Cx _D [l+αM(TM-Trβf) ] / { [l+αx(TM-Tref) ] • [l+αM(TB-Tref) ] } oder
Cx _D [l+αM(Tu-Trβf) ] / { [l+αx(Tu-Tref) ] • [l+αM(TB-Tref) ] } oder cx _D [i+αM(τM-τrβf) ] / { [i+αx(τx-τref) ] • [i+αM(τB-τref) ] } vorgesehen sind, wobei zusätzlich zu den schon erwähnten Parametern eine Temperatur TB, nämlich die spätere Betriebstemperatur, bei der das Werkstück eingesetzt werden soll, verarbeitet wird. Auf diese Weise ist es möglich, ein bei einer bestimmten Temperatur masshaltiges Werkstück bei beliebiger Temperatur von Rohmaterial und Werkzeugmaschine herzustellen..
Günstig ist es schliesslich, wenn die Mittel zur Korrektur zur Addition eines Längenunterschiedes
Δx _D x(τref) [ (αM(τx-τref) - αx(τx-τref) ] /
{ [l+αx(Tx-Tref) ] • [l+αM(TB-Tref) ] } oder Δx _D x(Tref) [ (αM(TM-Tref) - αx(TM-Tref) ] /
{ [l+αx(TM-Tref) ] • [l+αM(TB-Tref) ] } oder
Δx _D x(τref) [ (αM(Tu-τref) - αx(Tu-τref) ] /
{ [l+αx(Tu-Tref) ] • [l+αM(TB-Tref) ] } oder
Δx _D x(τref) [ (αM(τM-τref) - αx(τx-τref) ] / { [i+αx(τx-τref) ] • [i+αM(τB-τref) ] } zu dem zumindest einen Sollmass vorgesehen sind. Dies ist eine zur oben erwähnten Methode alternative Methode zur Korrektur der Sollmasse eines Werkstücks.
An dieser Stelle wird angemerkt, dass sich die
Ausführungsformen und Vorteile der erfindungsgemässen Werkzeugmaschine gleichermassen auf das erfindungsgemässe Verfahren beziehen und umgekehrt.
Weiterhin wird angemerkt, dass die Korrekturmittel in Soft- und oder Hardware ausgeführt sein können, beispielsweise als Teil der Steuersoftware der Werkzeugmaschine oder als Integrierter Schaltkreis, etwa in Form eines ASIC (Application Specific Integrated Circuit) . Während die Mittel im Falle einer Hardware-Realisierung eher als physikalische Einheit zu sehen ist, wird im Falle einer Realisierung in Software eher eine Interpretation als funktionale Einheit in Frage kommen.
Schliesslich wird angemerkt, dass sich die Erfindung auf alle Arten von Werkzeugmaschinen bezieht, also zum Beispiel auf Wasserstrahlschneidmaschinen, Sägen, Scheren, Stanzen, Nibbelmaschinen, Fräsmaschinen, Drehmaschinen und dergleichen. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung im Bezug auf Maschinen, bei denen das Heraustrennen eines Werkstücks nicht auf mechanische sondern auf thermische Weise erfolgt, also zum Beispiel auf Brennschneidemaschinen, Plasmaschneidmaschinen und insbesondere Laserschneidmaschinen .
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung lassen sich auf beliebige Art und Weise kombinieren. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
Fig. 1 eine symbolische Laserschneidemaschine;
Fig. 2 ein Schema der Längenmessung bei Werkzeugmaschinen;
Fig. 3 ein Diagramm welches die Ausdehnungen von
Rohmaterial und Werkzeugmaschine zeigt.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche und ähnliche Teile mit gleichen Bezugszeichen und funktionsähnliche Elemente und Merkmale - sofern nichts Anderes ausgeführt ist - mit gleichen Bezugszeichen aber unterschiedlichen Indizes versehen .
Figur 1 zeigt symbolisch eine Variante einer erfindungsgemässen Werkzeugmaschine 1, welche ein Werkstück aus einem Rohmaterial 2 ausschneidet, bestehend aus zwei Führungsschienen 3 in y-Richtung (in Folge als „y- Führungsschienen" referenziert) , zwei auf den Führungsschlitten 3 geführte Schlitten 4 mit einer daran befestigten Führungsschiene 5 in x-Richtung (in Folge als „x- Führungsschienen" referenziert) und einem auf der x- Führungsschiene 5 verschiebbaren Bearbeitungskopf 6, welcher die Schneidevorrichtung (nicht dargestellt) , also zum Beispiel einen Laser, umfasst. Auf der linken y- Führungsschiene 3 sind drei Temperatursensoren 7a..7c und auf der x-Führungsschiene 5, drei Temperatursensoren 8a..8c angeordnet. Im gezeigten Beispiel sind die Temperatursensoren 7a..7c und 8y..8c fix mit der Werkzeugmaschine 1 verbaut, zum Beispiel aufgeklebt oder aufgeschraubt. Dabei ist auf guten Temperaturübergang zwischen dem zu messenden Bauteil und dem Sensor 7a..7c und 8a..8c zu achten, etwa durch Verwendung einer Wärmeleitpaste. Darüber hinaus umfasst die Werkzeugmaschine 1 einen Infrarot-Temperatursensor 9 (kurz „IR-Sensor") welcher berührungslos die Temperatur des Rohmaterials 2 misst. Selbstverständlich zeigt die Figur 1 die Werkzeugmaschine 1 nur in stilisierter Form. Üblicherweise weist eine solche Maschine 1 zusätzliche Bauteile auf und ist komplexer aufgebaut. Weiterhin ist die Werkzeugmaschine 1 nur zum Schneiden ebener Werkstücke geeignet. Selbstverständlich bezieht sich die Erfindung aber auch auf dreidimensionale Schneidevorgänge .
Figur 2 zeigt symbolisch ein Lineal 10 der Werkzeugmaschine 1, den Bearbeitungskopf 6, sowie ein Werkstück 11. Das Lineal 10 weist dabei die Temperatur Tx, und das Werkstück 11 die Temperatur TM auf. Zusätzlich ist das Werkstück 11 auch bei einer Temperatur TB dargestellt (punktierte Linie) . Schliesslich zeigt die Figur 2 auch 3 verschiedene Positionen des
Bearbeitungskopfes 6 beziehungsweise unterschiedliche Längen des Werkstücks 11 x(Tref), x(TM) und x(TB) sowie die Umgebungstemperatur T11.
Figur 3 zeigt schließlich das Ausdehnungsverhalten von Werkzeugmaschine 1 und Rohmaterial 2. Auf der horizontalen Achse ist die Temperatur T dargestellt, auf der vertikalen der Verfahrensweg der Werkzeugmaschine 1 beziehungsweise die Ausdehnung des Rohmaterials 2 in x-Richtung. Die Werkzeugmaschine 1 dehnt sich dabei mit dem Ausdehnungskoeffizienten CCx aus (strichlierte Linie) , das Rohmaterial 2 mit dem Ausdehnungskoeffizienten αM. • Auch hier sind die bereits zu Fig.2 erwähnten Temperaturen Tref, Tx, TM und TB sowie die zugeordneten Positionen/Längen x(Tref), x(Tx), x (TM) und x(TB) dargestellt..
Die Funktion der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Anordnung ist nun wie folgt:
Ausgangspunkt für die folgenden Betrachtungen sind Sollmasse des Werkstücks 11, welche in digitaler Form in der
Werkzeugmaschine 1 vorliegen, wobei der Einfachheit halber nur die Ausdehnung in x-Richtung berücksichtigt wird. Das Werkstück 11 soll später bei einer Betriebstemperatur TB eingesetzt werden und dabei eine Länge X<TB) aufweisen. Mit dem IR-Sensor 9 wird die Temperatur des Rohmaterials 2, aus dem das Werkstück 11 geschnitten werden soll, ermittelt. Dabei wird die Temperatur TM gemessen. Wegen des (normalerweise positiven) Ausdehnungskoeffizienten des Rohmaterials CCM und weil die Temperatur TB höher als die Temperatur TM ist, ist das Werkstück 11 bei der Temperatur TM kürzer und weisst eine Länge von nur x(TM) auf. Das bedeutet, dass das Werkstück 11 an der Position x(TM) geschnitten werden muss, damit es bei der Betriebstemperatur die Länge x (TB) aufweist. Die Werkzeugmaschine 1, genauer gesagt ein Lineal 10 derselben, befindet sich aber nicht auf der
Temperatur TM sondern auf der Temperatur Tx, die etwas höher als die Temperatur TM ist. Wegen des Ausdehnungskoeffizienten des Lineals 11 in x-Achse CCx ist dieses gegen über dem Werkstück 11 etwas verkürzt. Der Bearbeitungskopf 6, der ausgehend von der linken Seite bis zur Soll-Position fährt, bleibt daher schon etwas vor der Position x(TM), nämlich an der Position x(Tx) stehen. Würde das Werkstück 11 nun wie nach dem Stand der Technik bekannt geschnitten werden, so wäre das Werkstück 11 etwas zu kurz. Erfindungsgemäss werden nun die vorliegenden Sollmasse des Werkstücks 11 so verändert, dass das Endprodukt auch tatsächlich die gewünschten Masse aufweist, die Ist-Masse also weitgehend - soweit andere Einflussfaktoren, wie zum Beispiel Spiel in den Antrieben, die Auflösungsgrenze und Genauigkeit der Längenmessung, usw. dies zulassen - den Soll-Massen entsprechen. Im Folgenden wird die Herleitung der Formel erläutert, zuerst ohne und dann mit Berücksichtigung der späteren Betriebstemperatur TB. Für die Ausdehnung der Maschine gilt (hier für die x-Achse indiziert) :
τ(rv)_Dχiτr£f) • [i * ax- (r, - rrs/)]
Für die Ausdehnung des Rohmaterials gilt.
wobei die Temperatur Tref jene Temperatur angibt, bei der die Werkzeugmaschine 1 absolute Genauigkeit aufweist, das heisst ein elektronisch vorgegebenes Mass von 10 cm auch zu einem Verfahrensweg von tatsächlich 10 cm führt. Bei dieser Temperatur würde die Maschine 1 - abgesehen von Spiel in den Antrieben, Messungenauigkeiten, usw. - also absolut genaue Werkstücke 11 produzieren. Ferner gibt x(Tref) ein Sollmass bei der Temperatur Tref an, x(Tx) das Sollmass, wenn sich die Maschine 1, genauer gesagt jene Maschinenteile, welche den Verfahrensweg des Bearbeitungskopfes 6 in die x-Richtung beeinflussen (hier die x-Führungsschiene 5), mit dem Ausdehnungskoeffizient CCx in die x-Richtung auf die
Temperatur Tx erwärmen und x(TM) das Sollmass angibt, wenn sich das Rohmaterial 2 mit dem Ausdehnungskoeffizient CCM in die x-Richtung auf die Temperatur TM erwärmt. Gesucht ist nun der Faktor Cx, mit dem die Sollmasse x(Tref) multipliziert werden müssen, sodass die unterschiedliche Längsausdehnung von Maschine und Rohmaterial ausgeglichen wird.
Lf.W ' ~g f f-
c, _D
Figure imgf000017_0001
Werden die Sollmasse eines Werkstücks x(Tref) nun mit diesem Faktor multipliziert, dann wird trotz der unterschiedlichen Ausdehnung von Rohmaterial 2 und Maschine 1 ein masshaltiges Werkstück 11 produziert. Präzise ausgedrückt ist das Werkstück 11 bei der Temperatur Tref masshaltig. Wenn eine andere Bezugstemperatur gewünscht wird, etwa weil das Werkstück später bei besonders niedrigen oder hohen
Temperaturen eingesetzt wird und in diesem Zustand das Sollmass aufweisen soll, dann müssen sie Sollmasse x(Tref) mit einem weiteren Faktor CXTB multipliziert werden.
Figure imgf000017_0002
D : — —
Wobei cXges den Faktor darstellt, der sowohl die Ausdehnungen von Rohmaterial 2 des Werkstücks 11 und der
Werkzeugmaschine 1 als auch die spätere Betriebstemperatur TB des Werkstücks 11 berücksichtigt. Alternativ zur Multiplikation der Sollmasse x(Tref) mit einem Faktor kann diesen auch ein Korrekturwert hinzuaddiert werden. Es gilt
n , . f T \ \ ~..fτ \ κ~.e-j.-:uX K' ~ef) ~ ^Λ K1 TZf)
-AΛV. -' χ
Figure imgf000018_0001
' ; J- Cl s " \ J y — i j.a if Jj
Δx{Tχ)J)x(T„ef) * aM • {Ts - T,βf) - x[Trβf) - ^ - (Tx - T,g/)
Figure imgf000018_0002
[x:,*iτ,f -7?.if)-a,. (T, -Tref}]
Figure imgf000018_0003
wobei Δx(Tx) der Längenunterschied zwischen Rohmaterial 2 und Werkzeugmaschine 1 bei der Temperatur Tx darstellt. Dieser muss, damit er zu den Sollmassen x(Tref) hinzugezählt werden darf auf die Referenztemperatur Tref bezogen werden, woraus sich Δx(Tref) ergibt. Werden exakte Masse für eine spätere Betriebstemperatur TB gewünscht, so gilt..
Figure imgf000018_0004
Die vorangehenden Betrachtungen wurden nur für eine Achse, nämlich die x-Achse der Werkzeugmaschine 1, angestellt. Selbstverständlich können für die weiteren Achsen der Werkzeugmaschine 1 analoge Korrekturen durchgeführt werden. Häufig wird es der Fall sein, dass sich alle Achsen mit demselben Ausdehnungskoeffizient ausdehnen. Denkbar ist aber auch, dass sich die Achsen unterschiedlich ausdehnen. In diesem Fall liegen beispielsweise verschiedene Koeffizienten CCx, CCy und CC2 vor. Selbiges gilt für das Rohmaterial 2. Auch hier sind unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten in verschiedenen Richtungen möglich. Anstelle von CCM wäre dann etwa CCMX, 0CMy und CCMz zu setzen. Auch ist die getrennte Messung der Temperatur des Rohmaterials TM und der
Werkzeugmaschine Tx vorteilhaft aber für vereinfachte Verfahren nicht notwendig. In diesem Fall vereinfachen sich die angegebenen Formeln teilweise, da Tx mit TM beziehungsweise T1, gleichgesetzt werden kann. Wenn mehrere Sensoren zur Temperaturmessung, zum Beispiel an einer Achse der Werkzeugmaschine 1, verwendet werden, so ist in die Formeln der Mittelwert, oder wenn sich Abschnitte der Werkzeugmaschine 1 in eine Richtung unterschiedlich ausdehnen, ein gewichteter Mittelwert einzusetzen. Gegebenenfalls kann, wenn verschiedene Materialien für die Werkzeugmaschine 1 verwendet werden, die Ausdehnung auch abschnittsweise berechnet werden. Schließlich ist es aber auch denkbar, die Sollmasse nur in einer Richtung, z.B. in x- Richtung zu skalieren. Dies ist insbesondere dann praktikabel, wenn diese Achse gegenüber den anderen Achsen der Werkzeugmaschine 1 relativ lang ist und sich dort thermisch bedingte Abweichungen besonders stark, in den anderen Achsen dagegen kaum auswirken.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass vorteilhaft zuerst die Sollmasse als solche korrigiert werden und dann eine Digitalisierung der Daten, das heißt eine Umwandlung der Sollmasse in inkrementelle Schritte der Werkzeugmaschine 1, erfolgt. Zwar ist prinzipiell auch die Korrektur der bereits digitalisierten Solldaten möglich, jedoch können aufgrund der diskreten Schritte zusätzliche Ungenauigkeiten resultieren. Bezugs zeichenliste
1 Werkzeugmaschine
2 Rohmaterial 3 Führungsschienen in y-Richtung
4 Schlitten
5 Führungsschiene in x-Richtung
6 Bearbeitungskopf
7a..7c Temperatursensoren für y-Führungsschiene 8a..8c Temperatursensoren für x-Führungsschiene
9 Infrarotsensor
10 Lineal
11 Werkstück
Tref Referenztemperatur TM Temperatur des Rohmaterials 2
Tx Temperatur der x-Achse der Werkzeugmaschine 1
TB Betriebstemperatur des Werkstücks 11 x(Tref) Sollmass bei Referenztemperatur Tref x (TM) Sollmass bei Temperatur des Rohmaterials TM X(Tx) Sollmass bei Temperatur der x-Achse der
Werkzeugmaschine Tx x (TB) Sollmass bei Betriebstemperatur des Werkstücks TB
CCM Ausdehnungskoeffizient des Rohmaterials 2
CCx Ausdehnungskoeffizient der x-Achse der Werkzeugmaschine 1
Δx Längenunterschied

Claims

Patentansprüche
1. Thermische Strahlbearbeitungsmaschine (1), insbesondere Schneidmaschine, insbesondere Laserschneidmaschine, zum Trennen eines Werkstücks (11) von einem Rohmaterial (2), wobei zumindest ein Sollmass (x(Tref)) des Werkstücks (11) in elektronischer Form vorliegt und die Strahlbearbeitungsmaschine (1) einen gegenüber dem
Rohmaterial (11) beweglichen Bearbeitungskopf (6) umfasst, gekennzeichnet durch
-) einen ersten Temperatursensor (7a..7c, 8a..8c) zur Messung der Temperatur (Tx) zumindest eines Maschinenteils (3, 5) der Strahlbearbeitungsmaschine (1), über den der Bearbeitungskopf (6) relativ zum Rohmaterial (2) bewegbar ist, und/oder einen zweiten Temperatursensor (9) zur Messung der Temperatur (TM) des Rohmaterials 2 und/oder einen dritten Temperatursensor zur Messung der Umgebungstemperatur (Tn) und
-) Mittel zur Korrektur des zumindest einen
Sollmasses (x(Tref)) mit Hilfe der gemessenen Temperatur oder der gemessenen Temperaturen (Tx, TM, Tn) , einem Ausdehnungskoeffizienten (αM) des Rohmaterials und einem Ausdehnungskoeffizienten (αx) des Maschinenteils.
2. Thermische Strahlbearbeitungsmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Temperatursensor (7a..7c, 8a..8c) und der zweiter Temperatursensor (9) und Mittel zur Korrektur des zumindest einen Sollmasses (x(Tref)) mit Hilfe der gemessenen Temperaturen (Tx, TM) , einem Ausdehnungskoeffizienten (αM) des Rohmaterials und einem Ausdehnungskoeffizienten (αx) des Maschinenteils vorgesehen sind.
3. Thermische Strahlbearbeitungsmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite
Temperatursensor (9) als Infrarotsensor ausgebildet ist.
4. Thermische Strahlbearbeitungsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von ersten und/oder zweiten und/oder dritten
Temperatursensoren (7a..7c, 8a..8c, 9) vorgesehen ist und die Mittel zur Korrektur des zumindest einen Sollmasses (x(Tref)) nach Verarbeitung eines Mittelwertes oder gewichteten Mittelwertes der Temperaturen (Tx, TM, Tn) vorgesehen sind.
5. Thermische Strahlbearbeitungsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Korrektur zur Multiplikation des zumindest einen Sollmasses (x(Tref)) mit dem Skalierungsfaktor Cx = [l+αM(Tx-Tref) ] / [l+αx(Tx-Tref) ] oder
Cx = [l+αM(TM-Tref) ] / [l+αx(TM-Tref) ] oder
Cx = [l+αM(Tu-Tref) ] / [l+αx(Tu-Tref) ] oder
Cx = [l+αM(TM-Tref) ] / [l+αx(Tx-Tref) ] vorgesehen sind.
6. Thermische Strahlbearbeitungsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Korrektur zur Addition eines Längenunterschiedes Δx = x(Tref) [ (αM(Tx-Tref) - αx(Tx-Tref)] / [l+αx(Tx-Tref ) ] oder Δx = x(Tref) [ (αM(TM-Tref) - αx(TM-Tref)] / [l+αx(TM-Tref ) ] oder Δx = x(Tref) [ (αM(Tu-Tref) - αx(Tu-Tref)] / [ l+αx (Tu-Tref ) ] oder
Δx = x(Tref) [ (αM(TM-Tref) - αx(Tx-Tref)] / [l+αx(Tx-Tref ) ] zu dem zumindest einen Sollmass (x(Tref)) vorgesehen sind.
7. Thermische Strahlbearbeitungsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollmasse (x(Tref)) für eine spätere Betriebstemperatur (TB) des Werkstücks (11) eingebbar sind und die Korrekturmittel zur Korrektur des zumindest einen Sollmasses (x(Tref)) mit Hilfe der gemessenen Temperaturen (Tref, Tx) , der späteren Betriebstemperatur (TB) , einem Ausdehnungskoeffizienten (αM) des Rohmaterials und einem Ausdehnungskoeffizienten (αx) des Maschinenteils vorgesehen ist.
8. Thermische Strahlbearbeitungsmaschine (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Korrektur zur Multiplikation des zumindest einen Sollmasses (x(Tref)) mit dem Skalierungsfaktor
Cx = [l+αM(Tx-Tref) ] / { [l+αx(Tx-Tref) ] • [l+αM(TB-Tref) ] } oder Cx = [l+αM(TM-Tref) ] / { [l+αx(TM-Tref) ] • [l+αM(TB-Tref) ] } oder Cx = [l+αM(Tu-Tref) ] / { [l+αx(Tu-Tref) ] • [l+αM(TB-Tref) ] } oder cx = [l+αM(τM-τref) ] / { [l+αx(τx-τref) ] • [l+αM(τB-τref ) ] } vorgesehen sind.
9. Thermische Strahlbearbeitungsmaschine (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Korrektur zur Addition eines Längenunterschiedes Δx = x(Tref) [ (αM(Tx-Tref) - αx(Tx-Tref) ] / { [l+αx(Tx-Tref) ] • [l+αM(TB-Tref) ] } oder Δx = χ(τref) [ (αM(τM-τref) - αx(τM-τref) ] / { [l+αx(TM-Tref) ] • [l+αM(TB-Tref) ] } oder Δx = x(Tref) [ (αM(Tu-Tref) - αx(Tu-Tref) ] / { [l+αx(Tu-Tref) ] • [l+αM(TB-Tref) ] } oder
Δx = χ(τref) [ (αM(τM-τref) - αx(τx-τref) ] / { [l+αx(τx-τref) ] • [l+αM(τB-τref) ] } zu dem zumindest einen Sollmass (x(Tref)) vorgesehen sind.
10. Verfahren zum Ausschneiden eines Werkstücks (11) aus einem Rohmaterial (2) mit Hilfe einer thermischen Strahlbearbeitungsmaschine (1), insbesondere Schneidmaschine, insbesondere Laserschneidmaschine, mit einem gegenüber dem Rohmaterial (2) beweglichen Bearbeitungskopf (6), wobei zumindest ein Sollmass (x(Tref)) des Werkstücks (11) in elektronischer Form vorliegt, gekennzeichnet durch
-) Messung einer ersten Temperatur (Tx) zumindest eines Maschinenteils (3, 5) der Strahlbearbeitungsmaschine (1), über den der Bearbeitungskopf (6) relativ zum Rohmaterial (2) bewegbar ist, und/oder einer zweiten Temperatur (TM) des Rohmaterials (2) und/oder eine Umgebungstemperatur (Tn) und -) Korrektur des zumindest einen Sollmasses (x(Tref)) mit Hilfe der gemessenen Temperatur oder der gemessenen Temperaturen (Tx, TM, Tn) , einem Ausdehnungskoeffizienten (αM) des Rohmaterials und einem Ausdehnungskoeffizienten (αx) des Maschinenteils.
11. Thermische Strahlbearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuerungssoftware enthält, die den automatischen Ablauf des Verfahrens nach Anspruch 10 gewährleistet.
PCT/IB2009/054523 2008-10-14 2009-10-14 Thermische strahlbearbeitungsmaschine mit längenausgleich und verfahren hierfür Ceased WO2010044067A1 (de)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105397560A (zh) * 2015-12-22 2016-03-16 重庆大学 一种干切数控滚齿机床及工件热变形误差补偿方法
CN113441983A (zh) * 2021-06-15 2021-09-28 意特利（上海）科技有限公司 箱型横梁反变形伺服控制补偿系统及补偿方法
US12055911B2 (en) 2019-04-01 2024-08-06 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Method for offset measure compensation
WO2024235612A1 (de) * 2023-05-16 2024-11-21 Schuler Pressen Gmbh Verfahren zum schneiden von platinen mit einer vorgegebenen soll-kontur und temperaturkompensation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3142120A (en) * 1961-09-30 1964-07-28 Genevoise Instr Physique Measuring machine or precision machine tool
EP0546784A2 (de) * 1991-12-11 1993-06-16 Renishaw Metrology Limited Temperatursensor für einen Koordinanten-Positionierungsapparat
DE19800033A1 (de) * 1998-01-02 1999-07-15 Elb Schliff Werkzeugmaschinen Verfahren zum Kompensieren von temperaturabhängigen Lageänderungen an Werkzeugmaschinen und Werkzeugmaschine hierfür
EP1128156A1 (de) * 2000-02-10 2001-08-29 General Electric Company Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Kompensation von Messfehlern
WO2008044256A1 (en) * 2006-10-09 2008-04-17 Ce.S.I. Centro Studi Industriali Di Taddei Ing. Franco & C. S.A.S. Thermal control of an operating machine through a system for storing thermal energy based on phase-change materials

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3142120A (en) * 1961-09-30 1964-07-28 Genevoise Instr Physique Measuring machine or precision machine tool
EP0546784A2 (de) * 1991-12-11 1993-06-16 Renishaw Metrology Limited Temperatursensor für einen Koordinanten-Positionierungsapparat
DE19800033A1 (de) * 1998-01-02 1999-07-15 Elb Schliff Werkzeugmaschinen Verfahren zum Kompensieren von temperaturabhängigen Lageänderungen an Werkzeugmaschinen und Werkzeugmaschine hierfür
EP1128156A1 (de) * 2000-02-10 2001-08-29 General Electric Company Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Kompensation von Messfehlern
WO2008044256A1 (en) * 2006-10-09 2008-04-17 Ce.S.I. Centro Studi Industriali Di Taddei Ing. Franco & C. S.A.S. Thermal control of an operating machine through a system for storing thermal energy based on phase-change materials

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105397560A (zh) * 2015-12-22 2016-03-16 重庆大学 一种干切数控滚齿机床及工件热变形误差补偿方法
US12055911B2 (en) 2019-04-01 2024-08-06 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Method for offset measure compensation
CN113441983A (zh) * 2021-06-15 2021-09-28 意特利（上海）科技有限公司 箱型横梁反变形伺服控制补偿系统及补偿方法
WO2024235612A1 (de) * 2023-05-16 2024-11-21 Schuler Pressen Gmbh Verfahren zum schneiden von platinen mit einer vorgegebenen soll-kontur und temperaturkompensation

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