AT18528U1 - Verfahren zum Ermitteln zumindest eines Parameters eines Lasergerätes, insbesondere Laserplotters, mittels LIBS (Laser Induced Breakdown Spektroscopy) zur Bearbeitung eines Werkstücks, sowie Lasergerät hierzu - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Lasergerät (1) und ein Verfahren zum Ermitteln zumindest eines Parameters (28, 38, 39) eines Lasergerätes (1), insbesondere Laserplotters (2a) oder Galvo-Lasers (2b), mittels LIBS (29) (Laser Induced Breakdown Spektroscopy) zur Bearbeitung eines Werkstücks (7), bei dem in einem Gehäuse (3) des Lasergerätes (1) zumindest eine Strahlenquelle (4) in Form eines Lasers (5, 6, 37) eingesetzt wird, wobei bei Aktivierung der Strahlenquelle (4) ein Laserstrahl (10) über Umlenkelemente (11) zu einer Fokussiereinheit (12) bzw. Laserkopf (12) gelenkt wird. Zum Ermitteln des Parameters „Material“ (28) wird für die Einstellung des Lasergerätes (1) ein LIBS-Prozess (29) (Laser Induced Breakdown Spektroscopy), insbesondere ein Materialerkennungsprozess, manuell oder automatisch vom Lasergerät (1) oder einer mit dem Lasergerät (1) verbundenen externen Komponente (22), insbesondere Laptop (22a), gestartet, worauf das Werkstück (7) in bekannter Weise mit dem Laser (4, 5, 37), insbesondere der Laserstrahlung (10), derart bearbeitet, insbesondere bestrahlt, wird, dass eine geringe Menge an Material des Werkstückes (7) verdampft wird, wobei das verdampfte Material, insbesondere ein Plasma (31), über ein Spektrometer (30) erfasst und ausgewertet wird, worauf das ermittelte Material dem Benutzer am Lasergerät (1) oder der externen Komponente (22), insbesondere Laptop (22a), angezeigt und/oder das ermittelte Material als Parameter „Material“ (28), insbesondere Material-Parameter, eingestellt oder mit dem eingestellten Material verglichen wird.

Description

Ss N

Beschreibung

VERFAHREN ZUM ERMITTELN ZUMINDEST EINES PARAMETERS EINES LASERGERÄTES, INSBESONDERE LASERPLOTTERS, MITTELS LIBS (LASER INDUCED BREAKDOWN SPEKTROSCOPY) ZUR BEARBEITUNG EINES WERKSTUCKS, SOWIE LASERGERÄT HIERZU

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln zumindest eines Parameters eines Lasergerätes, insbesondere Laserplotters, mittels LIBS (Laser Induced Breakdown Spektroscopy) zur Bearbeitung eines Werkstücks, sowie Lasergerät, wie sie in den Ansprüchen 1, 13 und 14 beschrieben sind.

[0002] Es wird darauf hingewiesen, dass die Fokussiereinheit auch ein Laserkopf sein kann oder umgekehrt. Gleiches gilt für die Lichtquelle, die ein LaserPointer sein kann.

[0003] Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Anwendungen des Einsatzes von LIBS (Laser Induced Breakdown Spektroscopy) bekannt. Beispielsweise wird eine Sortiervorrichtung mit einer LIBS-Laservorrichtung, gemäß EP 3967413 A1, ausgestattet.

[0004] Das Laserinduzierte Plasmaspektroskopie Verfahren, auch LIBS genannt, ist eine schnelle und berührungslose Technik zur Analyse von festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen, wie in Wikipedia https://de.wikipedia.org/wiki/Laserinduzierte Plasmaspektroskopie geoffenbart. Hierbei wird durch Beschuss eines Materials, insbesondere Werkstück, mit kurzen Laserimpulsen ein kleines Volumen des Materials verdampft und zu einem Plasma ionisiert. Beim Zerfall des Plasmas wird Licht emittiert, das charakteristisch für die enthaltene Elemente ist. Das Spektrum der Strahlung wird dabei mit einem Spektrometer aufgenommen, sodass die elementspezifische Zusammensetzung des Materials bestimmt werden kann.

[0005] Dabei ist aus der DE 4439714 A1 ein Verfahren zum Markieren, wie Kennzeichnen und/oder Beschriften, von Produkten in einem Fertigungsablauf unter Verwendung von Laserstrahlung bekannt. Bei derartigen Galvo-Laser-Systemen wird die aufgenommene Plasma-Strahlung über die optischen Elemente an ein entfernt angeordnetes Spektrometer geführt, was dem Nachteil hat, dass eine gewisse Intensität des Plasmas vorhanden sein muss, um dieses vom Spektrometer auswerten zu können.

[0006] Alternativ wird vorgeschlagen eine Optik (Linse) mit einem Lichtleiter für die Weiterleitung der Plasmastrahlung an das Spektrometer einzusetzen, sodass bei nicht so intensivem Plasma das Spektrometer mit ausreichend Strahlung versorgt werden kann. Hierbei ist anzunehmen, dass die Optik baulich auf der Rückwand integriert ist, um näher an das Plasma zu gelangen. Dabei ist jedoch erforderlich, dass die Messung an einer definierten Position, auf die der Lichtleiter bzw. die Optik ausgerichtet ist, erfolgt und nicht an einer beliebigen Position erfolgen kann.

[0007] Weiters sind aus der WO 2004039530 A2, der DE 102008043829 A1, der WO 2018088905 A2, der DE 4006622 A1 und der DE 102020116394 A1 Systeme bzw. Verfahren bekannt, bei denen ein bekanntes LIBS-System eingesetzt bzw. angewandt wird.

[0008] Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Ermitteln zumindest eines Parameters eines Lasergerätes, insbesondere Laserplotters, mittels LIBS (Laser Induced Breakdown Spektroscopy) zur Bearbeitung eines Werkstücks und einen Laserplotter hierzu zu schaffen, bei dem einerseits die obgenannten Nachteile vermieden werden und andererseits eine hohe Bedienerfreundlichkeit und Sicherheit bei der Bearbeitung eines Werkstückes am Lasergerät erreicht wird.

[0009] Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen und/oder Verfahrensmaßnahmen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

[0010] Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zum Ermitteln eines Parameters eines Lasergerätes, insbesondere Laserplotters, mittels LIBS (Laser Induced Breakdown Spektroscopy) zur Bearbeitung eines Werkstücks gelöst, bei dem zum Ermitteln des Parameters „Mate-

A hes AT 18 528 U1 2025-08-15

Ss N

rial“ für die Einstellung des Lasergerätes ein LIBS-Prozess (Laser Induced Breakdown Spektroscopy), insbesondere ein Materialerkennungsprozess, manuell oder automatisch vom Lasergerät oder einer mit dem Lasergerät verbundenen externen Komponente, insbesondere Laptop, gestartet wird, worauf das Werkstück in bekannter Weise mit einem Laser, insbesondere der Laserstrahlung, derart bearbeitet, insbesondere bestrahlt, wird, dass eine geringe Menge an Material des Werkstückes verdampft wird, wobei das verdampfte Material, insbesondere ein Plasma, über ein Spektrometer erfasst und ausgewertet wird, worauf das ermittelte Material dem Benutzer am Lasergerät oder der externen Komponente, insbesondere Laptop, angezeigt und/oder das ermittelte Material als Parameter „Material“ eingestellt oder mit dem eingestellten Material des Parameters „Material“ verglichen wird.

[0011] Vorteilhaft ist hierbei, dass durch den Einsatz einer seit vielen Jahren bekannten Materialerkennung durch einen sogenannten LIBS-Prozess (Laser Induced Breakdown Spektroscopy) die Prozess-Sicherheit wesentlich erhöht wird, da ein automatisches Erkennen des eingelegten Materials erfolgt, sodass beispielsweise eine Meldung bzw. ein Bearbeitungsstopp bei nicht geeigneten Materialien ausgegeben wird. Hierbei ist es auch möglich, dass die eingestellten Parameter, insbesondere die Laserleistung, Materialdicke, usw., mit dem ermittelten Material abgeglichen wird, sodass bei ungeeigneten Einstellungen beispielsweise zu hoher Laserleistung eine Warnung ausgegeben wird. Weiters wird eine einfache Einstellung bzw. Übernahme des eingelegten Materials erreicht, in dem lediglich der LIBS-Prozess am Lasergerät oder der externen Komponente gestartet werden muss. Somit braucht der Nutzer anschließend nur noch das erkannte und angezeigte Material übernehmen. Ein weiterer sehr wesentlicher Vorteil liegt darin, dass damit automatisch die verwendeten Materialien mitdokumentiert werden können, sodass bei Schadenfällen oder Reparaturen sehr rasch und einfach nachverfolgt werden kann, ob das Lasergerät bestimmungsgemäß eingesetzt wurde.

[0012] Von Vorteil sind die Maßnahmen, bei denen nach dem Start des LIBS-Prozesses zuerst eine Reinigungsbestrahlung der Oberfläche des Werkstückes bzw. Materials durchgeführt wird, bevor der tatsächliche LIBS-Prozess zum Erzeugen und Aufnehmen des Plasmas zur Auswertung des Materials bzw. des Parameters „Material“ ausgeführt wird. Dadurch wird erreicht, dass vor dem tatsächlichen LIBS-Prozess zuerst Verschmutzungen abgetragen werden, sodass anschließend eine sichere Materialerkennung durchgeführt werden kann. Vorzugsweise wird die Reinigungsbestrahlung optional in der Software, insbesondere in der Bedienersoftware, aktiviert. Dabei ist es auch möglich, dass mehrere Reinigungszyklen auch hintereinander durchgeführt werden können. Vorzugsweise werden dabei die aufeinander folgenden Reinigungsbestrahlungen manuell aktiviert oder der Benutzer kann die Anzahl der durchzuführenden Reinigungszyklen eingeben bzw. auswählen.

[0013] Es sind die Maßnahmen von Vorteil, bei denen das ermittelte Material mit hinterlegten Materialen verglichen wird, wobei bei ungeeigneten Materialen, wie beispielsweise Leder und Kunstleder mit Chrom (VI), Kohlenstofffasern (Karbon), Polyvinylchloride (PVC), Polyvinylbutyrale (PV/B), Polytetrafluoräthylen (PTEE / Teflon), Berylliumoxide, usw. eine Fehlermeldung bzw. ein Hinweis am Lasergerät und/oder der externen Komponente erscheint. Dadurch wird erreicht, dass einerseits Schäden am Gerät vermieden werden können und andererseits die Entstehung von für den Benutzer gefährlichen Stoffen bzw. Gasen vermieden wird. Weiters kann damit für etwaige Garantieansprüche gegenüber dem Hersteller eine Dokumentation der verwendeten bzw. eingesetzten Materialien aufgezeichnet werden, um ggf. eine nicht bestimmungsgemäße Verwendung festzuhalten.

[0014] Von Vorteil sind die Maßnahmen, bei denen im Bearbeitungsraum, insbesondere am Bearbeitungstisch, ein gesonderter Bereich, insbesondere ein Materialerkennungsbereich, in dem das Spektrometer positioniert ist, zum Ausführen des LIBS-Prozesses angefahren wird, wobei vorzugsweise zuerst das Werkstück in diesen Bereich eingelegt wird, worauf nach Start des LIBSProzesses der Laserkopf an eine definierte Stelle zum Ausführen des LIBS-Prozesses verfahren wird, wobei die Bestrahlung des Werkstücks über den Laserkopf und die Aufnahme des erzeugte Plasmas über den im Bereich angeordneten Spektrometer erfolgt. Dadurch wird erreicht, dass der Laserkopf bzw. die Fokussiereinheit sehr kompakt gehalten werden kann, da das Spektro-

A hes AT 18 528 U1 2025-08-15

Ss N

meter im Materialerkennungsbereich fix montiert ist. Somit gibt es auch keine Einbußen in der Bearbeitungsgeschwindigkeit des Laserkopfes bzw. der Fokussiereinheit, da der Laserkopf bzw. die Fokussiereinheit keine zusätzliche Masse transportieren muss und sich die Baugröße nicht ändert. Hierbei ist es selbstverständlich auch möglich, dass nach dem Start des LIBS-Prozesses der Laserkopf bzw. die Fokussiereinheit in den Materialerkennungsbereich verfahren wird, worauf eine Abfrage „Material einlegen“ am Lasergerät oder externen Komponente erscheint, sodass ein Material in bzw. unter den Materialerkennungsbereich eingelegt werden kann, worauf nach Bestätigen der Abfrage der LIBS-Prozess ausgeführt wird. Außerdem kann der Materialerkennungsbereich derart ausgeführt sein, dass nach dem Einfahren des Laserkopfes bzw. der Fokussiereinheit eine Verdeckung bzw. Abdeckung der Öffnung zum Bearbeitungsraum hin durchgeführt werden kann, um den Lichteinfall in den ansonsten abgedunkelten Materialerkennungsbereich weiter zu verringern und so die Genauigkeit des LIBS-Prozesses in vorteilhafter Weise zu beeinflussen.

[0015] Vorteilhaft sind die Maßnahmen, bei denen der Laserstrahl bei Aktivierung des LIBS- Prozesses aus dem Strahlenverlauf bzw. Strahlengang für den Laserkopf ausgekoppelt, insbesondere umgelenkt, wird. Dadurch wird erreicht, dass der LIBS-Prozess, insbesondere der Materialerkennungsprozess, unabhängig vom Laserkopf bzw. der Fokussiereinheit durchgeführt werden kann, d.h., dass im Materialerkennungsbereich zusätzlich zum Spektrometer auch noch Elemente, insbesondere eine Linse, für die Laserbearbeitung des eingelegten Materials bzw. Werkstück angeordnet sind. Somit braucht der Laserkopf bzw. die Fokussiereinheit nicht mehr in den Materialerkennungsbereich verstellt werden.

[0016] Es sind die Maßnahmen von Vorteil, bei denen der ausgekoppelte Laserstrahl in einem eigenen Materialerkennungsbereich, insbesondere in einem LIBS-Bereich, innerhalb oder außerhalb des Bearbeitungsraumes geführt wird. Dadurch wird erreicht, dass für die Erkennung eines einzulegenden Materials dieses in einen gesonderten Bereich platziert wird, sodass anschließend der LIBS-Prozess durchgeführt werden kann. Hierbei ist der Materialerkennungsbereich wesentlich kleiner ausgebildet als der Bearbeitungsraum, sodass bei größeren Werkstücken nur ein Teil in den Materialerkennungsbereich ragt bzw. gelegt wird und der restliche Teil des Werkstückes entweder gehalten oder auf einer Ablage aufgelegt werden kann. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Materialerkennungsbereich mit Sensoren zum Erkennen, ob ein Material eingelegt ist, ausgestattet ist, sodass bei eingelegtem Material bzw. Werkstück ein automatischer Start des LIBSProzesses durchgeführt wird. Weiters kann bei vorhanden sein eines weiteren Lasers auch gleichzeitig eine Bearbeitung im Bearbeitungsraum mit einem anderen Werkstück durchgeführt werden, sodass im nächsten Bearbeitungszyklus das zuletzt abgefragte Material mittels LIBSProzess verwendet wird, d.h., dass gleichzeitig ein Bearbeitungsprozess im Bearbeitungsraum und ein Materialerkennungsprozess im Materialerkennungsbereich durchgeführt wird.

[0017] Von Vorteil sind Maßnahmen, bei denen der ausgekoppelte Laserstrahl in einem Materialerkennungsbereich im Bearbeitungsraum umgelenkt wird. Dadurch wird erreicht, dass unabhängig vom Laserkopf bzw. von der Fokussiereinheit das gesamte Werkstück im Bearbeitungsraum, insbesondere im Materialerkennungsbereich, eingelegt werden kann und der LIBS-Prozess ohne Verstellung des Laserkopfes durchgeführt werden kann.

[0018] Vorteilhaft sind die Maßnahmen, bei denen im Bereich bzw. Materialerkennungsbereich im Bearbeitungsraum und/oder außerhalb des Bearbeitungsraumes zumindest ein Spektrometer zur Aufnahme der emittierten Strahlung eines Plasmas beim LIBS-Prozess und für den Laserstrahl vorzugsweise eine Linse bzw. Linseneinheit zum Fokussieren des Laserstrahls angeordnet und eingesetzt wird. Dadurch wird erreicht, dass damit der Laserkopf bzw. die Fokussiereinheit mit möglichst wenige zusätzlichen Bauelementen ausgestattet wird, sodass der Laserkopf bzw. die Fokussiereinheit sehr agil bewegt bzw. verfahren werden kann.

[0019] Es sind die Maßnahmen von Vorteil, bei denen der Materialerkennungsbereich außerhalb des Bearbeitungsraumes durch einen Schlitz im Gehäuse und/oder einer Abdeckung bzw. Deckel am Gehäuse gebildet wird. Dadurch wird erreicht, dass der Materialerkennungsbereich optimal auf das LIBS-Verfahren ausgestattet ist, d.h., dass eine spezielle Linse für das Erzeugen des

A hes AT 18 528 U1 2025-08-15

Ss N

Plasmas am Werkstück eigesetzt werden kann und dass für die Erkennung bzw. Aufnahme des Plasmas das Spektrometer optimal positioniert ist.

[0020] Von Vorteil sind die Maßnahmen, bei denen der LIBS-Prozess zum Ermitteln des Materials auf eine externe und/oder interne Datenbank oder Cloud, insbesondere auf eine Materialbibliothek, zugreift. Dadurch wird erreicht, dass eine möglichst hohe Erkennungsgüte der verwendeten Materialien ermöglicht wird.

[0021] Vorteilhaft sind die Maßnahmen, bei denen die Daten des LIBS-Prozesses zur Analyse, Diagnose und/oder Dokumentation, insbesondere von Fehlanwendungen, gesammelt werden. Dadurch wird erreicht, dass bei auftretenden Fehlern einfach die Garantiebeanspruchung überprüft werden kann.

[0022] Es sind aber auch die Maßnahmen von Vorteil, bei denen für den LIBS-Prozess eine eigene Laserquelle bzw. ein eigener Laser aktiviert wird, wobei dessen Laserstrahl in den Strahlengang für den Laserkopf oder dem Materialerkennungsbereich eingekoppelt wird. Dadurch wird erreicht, dass eine sichere Erkennung des Materials möglich ist, da hierzu ein optimaler Laser für die Erzeugung der Laserpulse eingesetzt wird.

[0023] Die Aufgabe der Erfindung wird aber auch durch einen Laserplotter zum Schneiden, Gravieren, Markieren und/oder Beschriften eines Werkstückes gelöst, bei dem die Fokussiereinheit bzw. der Laserkopf mit einem Spektrometer zum Erfassen eines durch Bestrahlung erzeugten Plasmas bei einem LIBS-Prozess ausgestattet ist.

[0024] Vorteilhaft ist hierbei, dass unabhängig von der eingelegten Position des Werkstücks der LIBS- Prozess durchgeführt werden kann. Hierbei wird zuerst das Werkstück an eine beliebige Position am Bearbeitungstisch eingelegt, worauf der Laserkopf vorzugsweise mit aktiviertem Laserpointer am Werkstück positioniert wird, worauf der LIBS-Prozess vorzugsweise manuell gestartet wird.

[0025] Weiters wird die Aufgabe der Erfindung aber auch durch ein Lasergerät in Form eines Laserplotters oder Galvo-Lasers zum Schneiden, Gravieren, Markiere und/oder Beschriften eines Werkstückes gelöst, bei dem zum Ausführen eines LIBS-Prozesses der Laserstrahl vom üblichen Strahlenverlauf ausgekoppelt ist, wobei der Laserstrahl in einen Materialerkennungsbereich, der im Bearbeitungsraum oder außerhalb des Bearbeitungsraums angeordnet ist, umgelenkt ist.

[0026] Vorteilhaft ist dabei, dass für die Materialerkennung des Werkstückes der Laserkopf bzw. Fokussiereinheit nicht verstellt werden muss, sondern im Materialerkennungsbereich eine entsprechende Linse und Spektrometer für den LIBS-Prozess angeordnet sind.

[0027] Von Vorteil ist die Ausbildung, bei der im Materialerkennungsbereich zumindest ein Spektrometer zur Aufnahme eines Plasmas beim LIBS-Prozess angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, dass damit der Laserkopf bzw. die Fokussiereinheit sehr agil verfahren werden kann, da keine zusätzlichen Bauteile, die den Laserkopf bzw. die Fokussiereinheit träger machen, befestigt sind.

[0028] Die Erfindung wird anschließend in Form von Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei darauf hingewiesen wird, dass die Erfindung nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele bzw. Lösungen begrenzt ist, sondern auf äquivalente Lösungen übertragen werden kann.

[0029] Es zeigen:

[0030] Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer Lasermaschine, insbesondere eines Laserplotters, zum Bearbeiten eines Werkstückes und zur Ausführung eines LIBS-Prozesses, in vereinfachter, schematischer Darstellung;

[0031] Fig. 2a eine schaubildliche Darstellung des Laserkopfes mit daran angeordnetem Spektrometer für einen LIBS-Prozess mit aktiviertem Laser zum Erzeugen eines Plasmas vom Material des Werkstückes, in vereinfachter, schematischer Darstellung;

[0032] Fig. 2b eine schaubildliche Darstellung des Laserkopfes mit daran angeordnetem Spektrometer für einen LIBS-Prozess mit deaktiviertem Laser und aktiviertem Spekt-

rometer zum Aufnehmen des Plasmas vom Material des Werkstückes gemäß Figur 2a, in vereinfachter, schematischer Darstellung;

[0033] Fig. 3 eine Draufsicht auf das Lasergerät mit schematisch eingezeichnetem Materialerkennungsbereich mit Spektrometer, in vereinfachter, schematischer Darstellung;

[0034] Fig. 3a eine weitere Draufsicht auf das Lasergeräte mit einer anderen Platzierung des Materialerkennungsbereich, in vereinfachter, schematischer Darstellung;

[0035] Fig. 4 eine Draufsicht auf das Lasergerät mit eigenem Materialerkennungsbereich im Bearbeitungsraum bei dem der Laserstrahl ausgekoppelt ist, in vereinfachter, schematischer Darstellung;

[0036] Fig.5 eine Draufsicht auf das Lasergerät mit eigenem außerhalb des Bearbeitungsraum angerordneten Materialerkennungsbereich in Form einer Klappe oder Schlitzes zum Einlegen des Werkstückes für einen LIBS-Prozess, in vereinfachter, schematischer Darstellung;

[0037] Fig.6 eine schematische Darstellung eines Galvo-Lasers mit einem Materialerkennungsbereich für einen LIBS-Prozess, in vereinfachter, schematischer Darstellung.

[0038] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlichen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die beschriebene Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

[0039] In den Fig. 1 bis 6 sind Ausführungsbeispiele für Lasermaschinen bzw. Lasergeräten 1, insbesondere eines Laserplotters 2a und Galvo-Laser 2b, gezeigt. Selbstverständlich ist auch eine Anwendung bei einem Flachbett-Laser möglich.

[0040] Beim gezeigten Laserplotter 2a, gemäß Fig. 1, ist in einem Gehäuse 3 zumindest eine, vorzugsweise zwei, Strahlenquelle/n 4 bzw. Laserquellen 4 in Form von Lasern 5, 6 angeordnet. Die Laser 5 und 6 wirken vorzugsweise abwechselnd auf ein zu bearbeitendes Werkstück 7 ein. Das Werkstück 7 ist bzw. wird in einem Bearbeitungsraum 8 des Laserplotters 2a, insbesondere auf einem Bearbeitungstisch 9, positioniert, wobei der Bearbeitungstisch 9 vorzugsweise in seiner Höhe verstellbar ist. Ein von einer Strahlenquelle 4, insbesondere dem Laser 5 oder 6, abgegebener Laserstrahl 10 wird über Umlenkelemente 11 an zumindest eine verfahrbare Fokussiereinheit 12 bzw. Laserkopf 12 gesendet, von der der Laserstrahl 10 in Richtung Werkstück 7 abgelenkt und zur Bearbeitung fokussiert wird. Die Steuerung, insbesondere die Positionssteuerung des Laserstrahls 10 zum Werkstück 7, erfolgt über eine in einer Steuereinheit 13 laufende Software, wobei das Werkstück 7 durch Verstellung eines Schlittens 14, an dem auch die Fokussiereinheit 12 bzw. der Laserkopf 12 verfahrbar angeordnet ist, über vorzugsweise einen Riemenantrieb in X-Y-Richtung bearbeitet wird. Hierbei ist es möglich, dass beispielsweise bei dem Bearbeitungsprozess "Gravur" die Verstellung des Schlittens 14 zeilenweise erfolgt, wogegen bei dem Bearbeitungsprozesse "Schneiden" der Schlitten 14 entsprechend der zu schneidenden Kontur verfahren wird, also nicht zeilenweise.

[0041] Bei derartigen Lasergeräten 1, insbesondere Laserplottern 2a, ist es für die Sicherheit notwendig, dass zum Starten der Bearbeitung des Werkstückes 7 ein Deckel 15 bzw. Tür 15, der vorzugsweise zumindest teilweise transparent ausgebildet ist, geschlossen werden muss, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Anschließend kann das Bedienerpersonal den Laserpunkt bzw. eine Lichtquelle 16 beispielsweise in Form eines Laser-Pointers, insbesondere Lichtstrahls 17, in Form eines, LaserPointer-Punkts, der vorzugsweise in den Strahlengang des Lasers 5, 6 eingekoppelt ist und über die Fokussiereinheit 12 bzw. Laserkopf 12 in Richtung Bearbeitungstisch 8 abgelenkt wird, manuell oder auch automatisch am eingelegten Werkstück 7 positionieren, worauf ein Job 18 für die Bearbeitung des Werkstückes 7 gestartet werden kann. Am Ende des Jobs 18 wird

A hes AT 18 528 U1 2025-08-15

Ss N

anschließend der Schlitten 14 und die Fokussiereinheit 12 bzw. Laserkopf 12 vorzugsweise in die Ausgangsposition verstellt, sodass das fertiggestellte Werkstück 7 entnommen werden kann, worauf ein neuer Bearbeitungsprozess durch Einlegen eines neuen zu bearbeitenden Werkstücks 7 bzw. eines Rohlings gestartet werden kann. Hierbei ist es von Vorteil, wenn das Ende der Bearbeitung optisch oder akustisch angezeigt wird, sodass der Nutzer nicht ständig die Lasermaschine, insbesondere den Laserplotter 1, beobachten muss. Der Vollständigkeit halber wird erwähnt, dass die Verstellung der Fokussiereinheit 12 bzw. des Laserkopfes 12 mit aktiviertem Lichtstrahl 17 auch bei geöffneten Deckel 15 möglich ist, jedoch der Laser 5, 6 nicht aktiviert werden kann.

[0042] Ebenfalls sind sogenannte Galvo-Laser 2b bzw. Galvo-Markierlaser 2b, wie in Fig. 6 dargestellt, bekannt, bei denen der Laserstrahl 10 eines Lasers 5 über einen verstellbaren Spiegel 19 im Laserkopf 12 bzw. Fokussiereinheit 12 oberhalb des am Bearbeitungstisch 9 positionierten Werkstückes 7 in Richtung Werkstück 7 abgelenkt und positioniert wird. Dabei kann ebenfalls ein Lichtstrahl 17 (nicht dargestellt) einer Lichtquelle 16, insbesondere Laser-Pointer, in den Strahlengang des Laser 5 eingekoppelt werden oder am Laserkopf 12 angeordnet sein. Zur Ansteuerung und Regelung der einzelnen Elemente ist wiederum eine Steuereinheit 13 vorgesehen. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass der Laserkopf 12 bei einem Galvo-Laser 2b verstellt werden kann, um größere Werkstücke 7 besser bearbeiten zu können.

[0043] Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass der Laserplotter 2a und der Galvo-Markierlaser 2b mit Anschlüssen bzw. Leitungen zur Energieversorgung oder zur Anbindung an ein Intranet und/oder Internet 20 ausgestattet sind bzw. sein können. Dabei ist es möglich, dass über eine Leitung 21 oder drahtlos per WLan oder Bluetooth eine Verbindung mit externen Komponenten 22, wie einem Laptop 22a bzw. Computer, einer automatischen Zuführeinheit, einem Förderband, einem Entnahmeroboter usw. hergestellt werden kann, sodass Daten von der externen Komponenten 22, insbesondere dem Laptop 22a, übertragen werden können. Hierzu wird beispielsweise an der externen Komponente 22, insbesondere einem Computer, Laptop 22a oder einem Steuergerät, eine Grafik 23 und/oder ein Text über eine handelsübliche Software 24, wie beispielsweise CorelDraw, Paint, usw., oder über die eigene Anwendungssoftware, insbesondere Ruby, erstellt bzw. geladen, welche an die Steuereinheit 13 des Lasergerätes 1 vorzugsweise in Form des Jobs 18 exportiert bzw. übergeben wird. Vorzugsweise werden die zu übergebenden Daten von der gleichen oder einer anderen Software konvertiert, sodass die Steuereinheit 13 den Job 18 verarbeiten kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Eingabe direkt am Laserplotter 2a oder Galvo-Laser 2b über die vorhandenen Eingabemittel 25, wie beispielsweise einen Touchscreen oder Eingabetasten, erfolgen kann oder ein entsprechender Job 18 von einem Speichermedium, wie beispielsweise einer Cloud 26, einen USB-Stick 27, usw., geladen wird. Nachdem die Daten, insbesondere der oder die Jobs 18, übertragen sind oder direkt erstellt bzw. vom Speichermedium geladen wurden, wird von dem Lasergerät 1, insbesondere dessen Steuereinheit 13 der Job 18 abgearbeitet. Dabei ist es möglich, dass mehrere Jobs 18 gleichzeitig in der Lasermaschine 1 gespeichert und nacheinander abgearbeitet werden können. Weiters ist es auch möglich, dass die Anwendungssoftware in der Cloud 26 installiert ist und von der Cloud 26 über einen Webbrowser aufgerufen werden kann.

[0044] Um die Eingabe von Parametern 28, insbesondere dem Parameter 28 „Material“, zu vereinfachen bzw. zu unterstützen und/oder zu automatisieren, wird in dem Lasergerät 1, insbesondere Laserplotter 2a, Flachbett-Laser (nicht dargestellt) und/oder Galvo-Laser 2b, ein Materialerkennungsprozess, insbesondere ein aus dem Stand der Technik bekannter LIBS-Prozess 29 (https://de.wikipedia.org/wiki/Laserinduzierte Plasmaspektroskopie), integriert.

[0045] Hierzu ist beispielsweise in den Figuren 1, 2a und 2b der Laserkopf 12 bzw. die Fokussiereinheit 12 mit einem Spektrometer 30 ausgestattet, um das vom Laserstrahl 10 erzeugte Plasma 31 (Figur 2a) zu erfassen (Figur 2b). Hierzu wird der Laserkopf 12 bzw. die Fokussiereinheit 12 zuerst vorzugsweise mittels Lichtquelle 16 an dem eingelegten Werkstück 7 positioniert, worauf anschließend der Materialerkennungsprozess, insbesondere LIBS-Prozess 29, am Lasergerät 1, insbesondere an den Eingabemitteln 25, oder an der externen Komponente 22, insbesondere an dem Laptop 22a, gestartet wird, sodass anschließend eine Strahlenquelle 4, insbe-

A hes AT 18 528 U1 2025-08-15

Ss N

sondere ein Laser 5 oder 6, aktiviert wird, wobei der Laserstrahl 10 solange aktiviert bleibt, bis ein Teil des Materials vom Werkstück 7 in ein Plasma 31, gemäß Figur 2a, übergeht, worauf vorzugsweise der Laserstrahl 10 beendet wird und das Spektrometer 30, gemäß Figur 2b, aktiviert wird, sodass das Plasma 31 über einem Aufnahmebereich 32 des Spektrometers 30 erfasst wird und die aufgenommen Daten an die Steuereinheit 13 oder der externen Komponente 22 gesendet werden. Das Spektrometer 30 oder die Steuereinheit 13 oder externe Komponente 22 führt anschließend die Auswertung des aufgenommenen Lichts vom Plasma 31, insbesondere der übergebenen Daten von Spektrometer 30, durch, sodass aufgrund der Streuung des emittierten Lichts das Material, insbesondere des charakteristischen optischen Spektrums, des eingelegten Werkstückes 7 ermittelt werden kann. Nachdem das Material vom Spektrometer 30 oder von der Steuereinheit 13 oder der externen Komponente 22 ermittelt wurde, wird dies vorzugsweise als Parameter 28 „Material“ angezeigt und/oder das ermittelte Material als Parameter 28 eingestellt oder mit dem eingestellten Parameter 28 verglichen. Vorzugsweise wird das ermittelte Material zum eingestellten Parameter 28 angezeigt, sodass der Nutzer durch Betätigen eines Ok/Abrechen-Button entscheiden kann, ob das neu ermittelte Material als Parameter 28 übernommen werden soll oder das als Parameter 28 eingestellte Material behalten werden soll.

[0046] Bei dem Laserplotter 2a, Flachbett-Laser und/oder dem Galvo-Laser 2b wird für den LIBSProzess 29 vorzugsweise ein CO2-Laser für die Erzeugung gepulster Laserstrahlung 17 verwendet, bei dem eine Pulscharakteristik zugrunde liegt, sodass eine gewisse Zeitdauer für den Leistungsaufbau des Lasers 5,6 benötigt wird. Anschließend wird durch die hohe Energiedichte des Lasers 5,6 bzw. der Laserstrahlung 17 ein lokales Plasma 31 am Werkstück 7 erzeugt, sodass nach Beendigung der Bestrahlung mit dem Laser 5,6 das Plasma 31 wieder abkühlt und dabei die Messung mit dem Spektrometer 30 durchgeführt wird. Durch das Abkühlen des Plasmas 31 wird eine elementspezifische Lichtstrahlung vom Plasma 31 abgegeben, die vom Spektrometer 30 aufgenommen und verarbeitet wird. Hierbei ist es auch möglich, dass anstelle des Spektrometers 30 am Laserkopf 12 lediglich ein oder mehrere Lichtleiter angeordnet sind, mit dem oder denen die abgegebene Lichtstrahlung des Plasmas 31 aufgenommen werden kann und diese anschließend an ein Spektrometer 30 zur Weiterverarbeitung gesendet wird.

[0047] Gemäß Figur 3 ist das Lasergerät 1, insbesondere der Laserplotter 2a, von oben mit geöffneten bzw. demontierten Deckel 15 gezeigt, um besser den Bearbeitungsraum 8 bzw. Bearbeitungstisch 9 zu erkennen. Hierbei ist nunmehr ein eigenständiger Materialerkennungsbereich 33 angeordnet, in dem das Spektrometer 30 positioniert ist, d.h., dass das Spektrometer 30 nicht mehr am Laserkopf 12 bzw. an der Fokussiereinheit 12 angeordnet bzw. befestigt ist, sondern das Spektrometer 30 ist in einen eigenen bzw. gesonderten Bereich, nämlich dem Materialerkennungsbereich 33, angeordnet bzw. montiert.

[0048] Damit nunmehr ein LIBS-Prozess 29, also ein Materialerkennungsprozess, durchgeführt werden kann, ist es erforderlich, dass unterhalb des Materialerkennungsbereich 33 das Werkstück 7 oder ein Teil bzw. eine Probe vom Werkstück 7 platziert bzw. positioniert wird bzw. ist, sodass anschließend der LIBS-Prozess 29 gestartet werden kann. Nach dem Start des LIBSProzess 29 am Lasergerät 1 oder an der externen Komponente 22 wird der Laserkopf 12 bzw. die Fokussiereinheit 12 von einer beliebigen Position (in vollen Linien gezeigt) in eine definierte Position im Materialerkennungsbereich 33 (mit strichlierten Linien gezeigt) verfahren. Dabei ist eine optimale Position des Laserkopfes 12 zum Spektrometer 30 vorgesehen, sodass anschließend der Laser 5 oder 6 aktiviert wird und somit ein Plasma 31 des Materials vom Werkstück 7 erzeugt wird, sodass vorzugsweise nach Beendigung der Laserstrahlung das Spektrometer 30 aktiviert wird und die abgegebenen Lichtstrahlen des Plasmas 31 aufnehmen und weiterverarbeiten kann. Um den Laserkopf 12 mit dem Laserstrahl 10 zu versorgen sind entsprechende Umlenkelemente 11a, 11b vorgesehen, wobei ein Umlenkelement 11b mit der Laserkopf-Position bzw. dem Schlitten 14 gekoppelt ist, sodass der Laserkopf 12 immer mit dem Laserstrahl 10 versorgt wird.

[0049] Selbstverständlich ist es auch möglich, dass zuerst der LIBS-Prozess 29 gestartet wird, worauf man anschließend aufgefordert wird, dass man Material bzw. das Werkstück 7 unterhalb des Materialerkennungsbereichs 33 einlegen soll, sodass nach Bestätigen der Laserkopf 12 in

A hes AT 18 528 U1 2025-08-15

Ss N

den Materialerkennungsbereich 33 verfahren wird und der LIBS-Prozess 29 durchgeführt wird oder dass zuerst der Laserkopf 12 in den Materialerkennungsbereich 33 verfahren wird und anschließend man aufgefordert wird, dass man Material bzw. das Werkstück 7 unterhalb des Materialerkennungsbereichs 33 einlegen muss, sodass der LIBS-Prozess 29 durchgeführt werden kann. Hierzu ist es auch möglich, dass eine automatische Materialerkennung beispielsweise in Form von Lichtschranken oder Kontakten zum Erkennen eines unter den Materialerkennungsbereich 33 eingelegten Materials bzw. Werkstück 7 eingesetzt wird, da damit beispielsweise die Durchführung des LIBS-Prozesses 29 freigegeben wird oder der LIBS-Prozess 29 automatisch gestartet wird.

[0050] Der wesentliche Vorteil einer derartigen Lösung mit einem Materialerkennungsbereich 33, in dem zumindest das Spektrometer 30 angeordnet ist, liegt darin, dass damit der Laserkopf 12 bzw. die Fokussiereinheit 12 sehr agil ausgebildet ist, da keine zusätzlichen Bauelemente, die den Laserkopf 12 bzw. die Fokussiereinheit 12 träge machen, am Laserkopf 12 bzw. an der Fokussiereinheit 12 befestigt sind. Somit wird eine sehr hohe Geschwindigkeit und präzise Bearbeitung des Werkstückes 7 mit dem Laserkopf 12 bzw. der Fokussiereinheit 12 erreicht, wobei dennoch ein LIBS-Prozess 29, bei dem zum Aufnehmen eines Plasmas das Spektrometer 30 benötigt wird, durchgeführt werden kann.

[0051] Vorzugsweise wird der Materialerkennungsbereich 33 in jenem Bereich des Bearbeitungsraums 8 angeordnet, der für die übliche Bearbeitung eines Werkstückes 7 nicht sehr häufig genützt wird. Hierbei wird in Figur 3 das Werkstück 7 üblicherweise im Eckbereich der beiden Lineale, also links oben bzw. hinten, eingelegt, sodass der Materialerkennungsbereich 33 in Figur 3 auf der rechten oberen bzw. hinteren Seite angeordnet ist oder dass der Materialerkennungsbereich 33 auf der rechten vorderen Seite, gemäß Figur 3a, bzw. auf der linken vorderen Seite, gemäß strichlierten Linien in Figur 3a, möglich ist.

[0052] In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem wiederum ein Materialerkennungsbereich 33 im Bearbeitungsraum 8 angeordnet ist. Im Materialerkennungsbereich 33 ist wiederum das Spektrometer 30 angeordnet, wobei nunmehr eine eigenständige unabhängige Linseneinheit 34 für die Fokussierung der Laserstrahlung 10 vorgesehen ist, sodass für den LIBSProzess 29 der Linsenkopf 12 bzw. die Fokussiereinheit 12 nicht mehr benötigt wird, d.h., dass im Materialerkennungsbereich 33 das Spektrometer 30 und die Linseneinheit 34 angeordnet sind, sodass beim Durchführen des LIBS-Prozesses 29 der Laserkopf 12 bzw. die Fokussiereinheit 12 in der Ruheposition außerhalb des Materialerkennungsbereich 33 verbleiben kann.

[0053] Damit die Linseneinheit 34 mit einem Laserstrahl 10 versorgt wird, wird der Laserstrahl 10 aus dem Strahlengang für den Laserkopf 12 bzw. der Fokussiereinheit 12 entkoppelt und über entsprechende Umlenkelemente 11c an die Linseneinheit 34 geführt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Figur 4 wird der Laserstrahl 10 am Umlenkelement 11a ausgekoppelt, sodass anschließend der Laserstrahl 10 auf das Umlenkelement 11c umgelenkt wurde und der Laserstrahl 10 vom Umlenkelement 11c an die Linseneinheit 34 weitergeleitet wird, d.h., dass ein gesonderter Strahlengang zur Linseneinheit 34 und zum Laserkopf 12 bzw. zur Fokussiereinheit 12 angeordnet ist, wobei vorzugsweise über einen Teilbereich der gleiche bzw. ein Strahlengang benützt wird. Hierbei ist es auch möglich, dass mehrere Umlenkelemente 11 oder andere optische Elemente für einen Laserstrahl 10 oder Lichtleiter für den Transport des Laserstrahles 10 eingesetzt werden.

[0054] Somit kann nunmehr der LIBS-Prozess 29 einfach durchgeführt werden, indem einfach ein Werkstück 7 im bzw. unterhalb des Materialerkennungsbereich 33 eingelegt wird, sodass nach dem Start des LIBS-Prozess 29, dies kann vor oder nach dem Einlegen des Werkstückes 7 erfolgen, der Laser 5 oder 6 aktiviert wird, wobei nunmehr der Laserstrahl 10 auf den Strahlengang für die Linseneinheit 34 umgelenkt wird und der Laserstrahl 10 anschließend über die Linseneinheit 34, in der vorzugsweise eine Linse zum Fokussieren des Laserstrahls 10 zum Werkstück 7 angeordnet ist, auf das Werkstück 7 gerichtet ist, sodass ein Plasma 31 von dem Material des Werkstückes 7 erzeugt wird, worauf vorzugsweise der Laser 6 bzw. der Laserstrahl 10 deaktiviert wird und das Spektrometer 30 aktiviert wird, sodass das Spektrometer 30 die abgegebenen

A hes AT 18 528 U1 2025-08-15

Ss N

Lichtstrahlen des Plasmas 31 erfasst. Anschließend können vom Spektrometer 30 oder der Steuereinheit 13 oder der externen Komponente 22, insbesondere dem Laptop 22a oder Computer, die aufgenommen Daten vorzugsweise mit einer Datenbank oder Cloud analysiert werden und anschließend der Parameter 28 „Material“ vorgeschlagen, angezeigt bzw. geändert werden. Der Benutzer kann anschließend das ermittelte Material bzw. Parameter 28 verwenden und kann das Werkstück 7 nunmehr vom Materialerkennungsbereich 33 entnehmen und auf die übliche Einlageposition zur weiteren Bearbeitung einlegen, sodass anschließend beispielsweise ein Job 18 mit normal verlaufendem Strahlengang beispielsweise über das Umlenkelement 11b gestartet werden kann. Selbstverständlich sind bei einer derartigen Ausbildung des Materialerkennungsbereichs 33 mit Linseneinheit 34 und Spektrometer 30 auch andere Positionen in Bearbeitungsraum 8, wie beispielsweise in Figur 3a gezeigt, möglich.

[0055] In den Figuren 5 und 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines unabhängigen Materialerkennungsbereich 33 gezeigt, bei dem der Materialerkennungsbereich 33 nunmehr außerhalb des Bearbeitungsraum 8 angeordnet ist. Dabei ist im Gehäuse 3 des Lasergeräts 1 eine Öffnung oder Aufnahme, die nicht mit dem Bearbeitungsraum 8 in Verbindung steht, vorgesehen, in dem ein Muster oder das Werkstück 7 einlegbar ist, d.h., dass im Gehäuse 3 des Lasergerätes 1 ein Schlitz 35, wie beispielsweise in Figur 6 gezeigt, oder ein extra Deckel 36 bzw. Aufnahme angeordnet ist, sodass ein Teil des Werkstücks 7 oder ein Materialmuster des Werkstücks 7 von außen einschiebbar bzw. einlegbar ist. Vorzugsweise kann bei größeren Werkstücken 7 eine Ablage zum Auflegen des Werkstückes 7 angeordnet sein oder es wird das Werkstück 7 für den kurzen LIBS-Prozess 29 in Position gehalten.

[0056] Hierbei ist in dem externen Materialerkennungsbereich 33 wiederum das Spektrometer 30 und die Linseneinheit 34, wie in Fig.4 beschrieben, angeordnet, sodass durch Auskoppeln und Umlenken des Laserstrahls 10 über Umlenkelemente 11 (11a, 11c) die Linseneinheit 34 mit einem Laserstrahl 10 bei aktivierten LIBS-Prozess 29 versorgt wird, sodass anschließend das Plasma 31 von Spektrometer 30 aufgenommen werden kann.

[0057] Selbstverständlich ist es möglich, dass beim Laserplotter 2a der Schlitz 35 und beim Galvo-Laser 2b der Deckel 36 bzw. Aufnahmebereich angeordnet sein kann.

[0058] Von Vorteil ist, wenn eine automatische Materialerkennung beispielsweise in Form eines Lichtschrankens, elektrischen Kontaktes, usw. für die Erkennung eines eingelegten bzw. eingeschobenen Werkstückes 7 bzw. Material eingesetzt wird, wodurch der LIBS-Prozess 29 freigegeben oder automatisch gestartet werden kann. Bei dem Einsatz eines extra bzw. unabhängigen Materialerkennungsbereichs 33 wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass während eines Bearbeitungsprozess im Bearbeitungsraum 8 parallel ein LIBS-Prozess 29 bzw. Materialerkennungsprozess im Materialerkennungsbereich 33 durchgeführt werden kann, wobei das erkannte Material gespeichert und/oder für den nächsten Bearbeitungsprozess verwendet wird. Es ist auch eine Ausbildung möglich, bei der ein externer Materialerkennungsbereich 33 und ein interner Materialerkennungsbereich 33, also im Bearbeitungsraum 8, angeordnet ist, sodass der Benutzer wählen kann, welchen er benutzen möchte.

[0059] Weiters ist in Figur 6 die Ausführung des Galvo-Lasers 2b mit gesonderten Laser 37, insbesondere ein sogenannter LIBS-Laser 37, dargestellt, d.h., dass für den LIBS-Prozess 29 nunmehr nicht der für die übliche Bearbeitung verwendete Laser 5 oder 6 eingesetzt wird, sondern ein spezieller Laser 37 aktiviert wird, wobei dessen Laserstrahl 10 in den Strahlengang für den LIBS-Prozess 29 eingekoppelt wird. Für die Bearbeitung des Werkstückes 7 wird anschließend der Laser 37 deaktiviert und der Laser 5 oder 6 aktiviert. Ein derartiger Laser 37 für den LIBSProzess 29 kann auch bei den anderen gezeigten Ausführungsbeispielen eingesetzt werden.

[0060] Weiters ist in Figur 6 eine schematische Darstellung des Parameters 28 „Material“ in der Anwendersoftware an der externen Komponente 22, insbesondere einem Laptop 22a, gezeigt, bei dem gerade das Material „Wood“ also Holz erkannt und eingestellt wurde. Zusätzlich ist der Parameter „Materialdicke“ 38 von 2mm und der Parameter „Laserleistung“ 39 von 500 Watt dargestellt, wobei hierzu noch weitere Parameter für die Bearbeitung des Werkstückes 7 einstellbar sind.

A hes AT 18 528 U1 2025-08-15

Ss N

[0061] Durch den integrierten LIBS-Prozess 29 ist es nunmehr möglich, dass damit eine Dokumentation und/oder Diagnose der bearbeiteten Werkstücke 7 zu dem normalen Einstellprozess eines Bearbeitungsprozesses, insbesondere eines Jobs 18, durchgeführt werden kann. Dabei kann bei auftretenden Fehler am Lasergerät 1 durch die Dokumentation und/oder Diagnose nachverfolgt werden, ob nur zugelassenes Material verarbeitet wurde oder ob ungeeignetes nicht zugelassenes Material eingelegt wurde, wodurch der Garantieanspruch entfallen würde. Somit könnten Fehlanwendungen, die beispielsweise einen Brand verursachen, einfach nachgewiesen werden.

[0062] Ungeachtet dessen, kann durch den LIBS-Prozess 29 die Sicherheit des Betriebs eines derartigen Lasergerätes 1 wesentlich erhöht werden, da beispielsweise in keinen Fall das Material „PVC“ bearbeitet werden darf, da dabei Salzsäure gebildet wird. Somit würde bei eingelegten Material „PVC“ durch den LIBS-Prozess 29 dies erkannt und die weitere Bearbeitung gestoppt werden.

[0063] Weiters kann durch den Einsatz von LIBS 29, insbesondere gemäß der Ausführung nach den Figuren 1, 2a und 2b, ein unbeaufsichtigter Betrieb mit vorzugsweiser automatischer Zuführund Entnehme-Vorrichtung für das Werkstück 7, sicher betrieben werden, da dabei vor jeder Bearbeitung eines neu eingelegten Werkstück 7 der Laserkopf 12 bzw. die Fokussiereinheit 12 einen LIBS-Prozess 29 automatisch durchführt und somit erkennen kann, ob das richtige Material für den Job 18 eingelegt wurde oder nicht. Auch kann bei unterschiedlichen Jobs 18 für unterschiedlichen Materialien über den LIBS-Prozess 29 das Material des eingelegten Werkstückes 7 erkannt werden, sodass anschließend der entsprechende Job 18 ausgewählt und ausgeführt wird.

[0064] Alternativ zu den Lasern 5 oder 6, die für die Bearbeitung der Werkstücke 7 eingesetzt werden, ist es auch möglich, dass ein spezieller Laser 37 für den LIBS-Prozess 29 im Lasergerät 1 integriert bzw. eingesetzt wird, dessen Laserstrahl in den Strahlengang für den LIBS-Prozess 29 eingekoppelt wird, d.h., dass einerseits der Laserstahl in den Strahlengang des Laserkopfes 12 bzw. der Fokussiereinheit 12 oder andererseits in den Strahlengang für den Materialerkennungsbereich 33 eingekoppelt wird.

[0065] Vorteilhaft ist, wenn der Materialerkennungsbereich 33 während des LIBS-Prozesses 29 abgedunkelt wird, indem flexible Seitenwände oder Seitenteile die Freiräume verschließen, d.h., dass beispielsweise bei externem Materialerkennungsbereich 33 nach dem Einlegen des Werkstücks 7 bzw. Materials der Deckel 33 geschlossen wird und noch offene Stellen im Gehäuse über flexible Seitenwände oder Seitenteile geschlossen werden. Dies kann ebenso bei der Anordnung des Schlitzes 35 erfolgen, indem flexible Seitenwände oder Seitenteile die freien Bereiche zum Werkstück 7 bzw. Material verschließen. Außerdem kann der interne Materialerkennungsbereich 33 derart ausgeführt sein, dass nach dem Einfahren des Laserkopfes bzw. der Fokussiereinheit eine Verdeckung der Öffnung zum Bearbeitungsraum 8 hin durchgeführt wird, um den Lichteinfall in den ansonsten abgedunkelten Materialerkennungsbereich 33 weiter zu verringern und so die Genauigkeit des LIBS-Prozesses 29 in vorteilhafter Weise zu beeinflussen. Durch das Verdunkeln des Bereiches, insbesondere des Materialerkennungsbereichs 33, wird eine wesentliche Verbesserung der Erkennung des eingelegten Materials beim LIBS-Prozess 29 erreicht. Hierbei ist es auch von Vorteil, wenn im Materialerkennungsbereich 33 ein Prozessgas eingesetzt wird, um die Materialreaktion im LIBS-Prozess 29 zu beeinflussen. Beispielsweise kann hierbei Inertgas zugeführt werden, wodurch bei der Bestrahlung mittels Laser 5,6 das Material bzw. Werkstück 7 nicht verbrennt.

[0066] Wird der Laserstrahl 10 für den LIBS-Prozess 29 ausgekoppelt, so ist es von Vorteil, wenn von der Linseneinheit 34 die Fokussierung auf die Oberfläche des eingelegten Werkstückes 7 bzw. Materials berücksichtigt wird. Hierzu kann beispielsweise die Linse der Linseneinheit 34 flexibel einstellbar bzw. verstellbar sein, sodass bei unterschiedlichen Werkstückdicken ein optimaler Abstand bzw. Fokuspunkt der Linse der Linseneinheit 34 zum Werkstück / Material bzw. der Oberfläche des Werkstücks / Materials 7 eingestellt wird.

[0067] Nachdem ein LIBS-Prozess 29 für ein zu bearbeitendes Werkstück 7 durchgeführt wurde,

10 / 20

A hes AT 18 528 U1 2025-08-15

Ss N

wird der Parameter 28 „Material“ beispielsweise „Wood“ oder „Holz“ erkannt und an der externen Komponente 22, insbesondere am Laptop 22a, und/oder an den Eingabemittel 25 des Lasergeräts 1 angezeigt. Vom Benutzer kann anschließend noch die gewünschte Bearbeitungsart, insbesondere gravieren oder schneiden, ausgewählt werden, worauf weitere Bearbeitungsparameter, wie beispielsweise Laserparameter, Fahrgeschwindigkeit, Absaugparameter, usw. eingestellt bzw. angepasst werden. Somit ist es lediglich notwendig, dass der Benutzer das erkannte Material übernimmt bzw. akzeptiert und die Bearbeitungsart einstellt, sodass anschließend die restlichen Parameter eingestellt werden. Hierbei ist es aber auch möglich, dass beispielsweise bei Auswahl „Schneiden“ der Benutzer noch zumindest einen weiteren Parameter, insbesondere die Materialdicke, einstellen muss, bevor die weiteren Parameter berechnet bzw. ermittelt werden.

[0068] Grundsätzlich ist zu erwähnen, dass bei einem mitfahrenden Spektrometer 30 am Laserkopf 12 bzw. Fokussiereinheit 12 das Spektrometer 30 auch während des Bearbeitungsprozess zum Gravieren oder Schneiden aktiviert werden kann.

[0069] Beispielsweise kann dabei vom Spektrometer 30 die optische Emission von Stellen aufgenommen werden, an denen eine Flammenbildung vermutet wird.

[0070] Von Vorteil ist, wenn vor dem tatsächlichen LIBS-Prozess 29 eine Reinigung der Oberfläche durchgeführt wird, d.h., dass beispielsweise nach dem Start des LIBS-Prozesses 29 zuerst eine Reinigungsbestrahlung der Oberfläche des Werkstückes 7 bzw. Materials durchgeführt wird, bevor der tatsächliche LIBS-Prozess 29 zum Erzeugen und Aufnehmen des Plasmas zur Auswertung des Materials ausgeführt wird. Hierzu wird die Oberfläche mit der Laserstrahlung 10 bestrahlt, sodass ev. Verunreinigungen bzw. Schmutz entfernt werden. Anschließend kann der LIBS-Prozess 29 durchgeführt werden.

[0071] Der Ordnung halber wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsvarianten beschränkt ist, sondern auch weitere Ausbildungen und Aufbauten beinhalten können.

Claims (16)

A hes AT 18 528 U1 2025-08-15 Ss N Ansprüche

1. Verfahren zum Ermitteln zumindest eines Parameters (28, 38, 39) eines Lasergerätes (1), insbesondere Laserplotters (2a) oder Galvo-Lasers (2b), mittels LIBS (29) (Laser Induced Breakdown Spektroscopy) zur Bearbeitung eines Werkstücks (7), bei dem in einem Gehäuse (3) des Lasergerätes (1) zumindest eine Strahlenquelle (4) in Form eines Lasers (5, 6) eingesetzt wird, wobei bei Aktivierung der Strahlenquelle (4) ein Laserstrahl (10) über Umlenkelemente (11) zu einer Fokussiereinheit (12) gelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln des Parameters (28) „Material“ für die Einstellung des Lasergerätes (1) ein LIBS-Prozess (29) (Laser Induced Breakdown Spektroscopy), insbesondere ein Materialerkennungsprozess, manuell oder automatisch vom Lasergerät (1) oder einer mit dem Lasergerät (1) verbundenen externen Komponente (22), insbesondere Laptop (22a), gestartet wird, sodass ein Schlitten (14) und die Fokussiereinheit (12) auf eine definierte Position über dem eingelegten Werkstück (7) automatisch oder manuell verfahren wird, worauf das Werkstück (7) in bekannter Weise mit einem Laser (5, 6, 37), insbesondere der Laserstrahlung (10), derart bearbeitet, insbesondere bestrahlt, wird, dass eine geringe Menge an Material des Werkstückes (7) verdampft wird, wobei das verdampfte Material, insbesondere ein Plasma (31), über ein Spektrometer (30) an der Fokussiereinheit (12) erfasst und ausgewertet wird, worauf das ermittelte Material dem Benutzer am Lasergerät (1) oder der externen Komponente (22), insbesondere Laptop (22a), angezeigt und/oder das ermittelte Material als Parameter (28) „Material“, insbesondere Material-Parameter, eingestellt oder mit dem eingestellten Material verglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Start des LIBS-Prozesses (29) zuerst eine Reinigungsbestrahlung der Oberfläche des Werkstückes (7) bzw. Materials durchgeführt wird, bevor der tatsächliche LIBS-Prozess (29) zum Erzeugen und Aufnehmen des Plasmas (31) zur Auswertung des Materials ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ermittelte Material mit hinterlegten Materialen verglichen wird, wobei bei ungeeigneten zu läsenden Materialen, wie beispielsweise Leder und Kunstleder mit Chrom (VI), Kohlenstofffasern (Karbon), Polyvinylchloride (PVC), Polyvinylbutyrale (PVB), Polytetrafluoräthylen (PTFE / Teflon), Berylliumoxide, usw. eine Fehlermeldung bzw. Hinweis am Lasergerät (1) und/oder an der externen Komponente (22) erscheint.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass in einen Bearbeitungsraum (8), insbesondere in einem Bearbeitungstisch (9), ein gesonderter Bereich, insbesondere ein Materialerkennungsbereich (33), in dem das Spektrometer (30) positioniert ist, zum Ausführen des LIBS-Prozesses (29) angefahren wird, wobei vorzugsweise zuerst das Werkstück (7) in diesen Bereich eingelegt wird, worauf nach Start des LIBS-Prozesses (29) der Laserkopf (12) an eine definierte Stelle zum Ausführen des LIBSProzesses (29) verfahren wird, wobei die Bestrahlung des Werkstücks (7) über den Laserkopf (12) und die Aufnahme des erzeugten Plasmas (31) über den im Bereich angeordneten Spektrometer (30) erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (10) bei Aktivierung des LIBS-Prozesses (29) aus dem Strahlenverlauf und/oder Strahlengang für die Fokussiereinheit (12) ausgekoppelt, insbesondere umgelenkt, wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgekoppelte Laserstrahl (10) in einen eigenen Materialerkennungsbereich (33), insbesondere in einem LIBS-Bereich, innerhalb oder außerhalb eines Bearbeitungsraumes (8) geführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgekoppelte Laserstrahl (10) in einem Materialerkennungsbereich (33) im Bearbeitungsraum (8) umgelenkt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich bzw. Materialerkennungsbereich (33) im Bearbeitungsraum (8) und/oder außerhalb des Bearbeitungsraumes (8) zumindest ein Spektrometer (30) zur Aufnahme des erzeugten Plasmas (31) beim LIBS-Prozess (29) und für den Laserstrahl (10) vorzugsweise eine Linse und/oder Linseneinheit (34) zum Fokussieren des Laserstrahls (10) angeordnet und eingesetzt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialerkennungsbereich (33) außerhalb des Bearbeitungsraumes (8) durch einen Schlitz (35) im Gehäuse (3) und/oder einer Abdeckung und/oder Deckel (36) am Gehäuse (3) gebildet wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass der LIBS-Prozess (29) zum Ermitteln des Materials auf eine externe und/oder interne Datenbank oder Cloud (26), insbesondere auf eine Materialbibliothek, zugreift.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten des LIBS-Prozesses (29) zur Analyse Diagnose und/oder Dokumentation, insbesondere von Fehlanwendungen, gesammelt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für den LIBS-Prozess (29) eine eigene Laserquelle (37) und/oder ein Laser (37) aktiviert wird, wobei dessen Laserstrahl (10) in den Strahlengang für die Fokussiereinheit (12) oder den Materialerkennungsbereich (33) eingekoppelt wird.

13. Laserplotter (2e) zum Schneiden, Gravieren, Markieren und/oder Beschriften eines Werkstückes (7), der einen Bearbeitungsraum (8) zum Positionieren des Werkstückes (7), zumindest ein vorzugsweise jedoch zwei Strahlenquellen (4) in Form von Lasern (5, 6) mit entsprechenden Umlenkelementen (11) und eine Steuereinheit (13) zum Steuern eines über vorzugsweise einen Riemenantrieb betriebenen Schlittens (14) mit einer daran verfahrbar angeordneter Fokussiereinheit (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinheit (12) mit einem Spektrometer (30) zum Erfassen eines durch Bestrahlung erzeugten Plasmas (31) bei einem LIBS-Prozess (29) ausgestattet ist.

14. Lasergerät (1) in Form eines Laserplotters (2a) oder Galvo-Lasers (2b) zum Schneiden, Gravieren, Markieren und/oder Beschriften eines Werkstückes (7), der einen Bearbeitungsraum (8) zum Positionieren des Werkstückes (7), zumindest ein vorzugsweise jedoch zwei Strahlenquellen (4) in Form von Lasern (5, 6) mit entsprechenden Umlenkelementen (11) und eine Steuereinheit (13) zum Steuern eines über vorzugsweise einen Riemenantrieb betriebenen Schlittens (14) mit einer daran verfahrbar angeordneter Fokussiereinheit (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausführen eines LIBS-Prozesses (29) der Laserstrahl (10) vom üblichen Strahlenverlauf ausgekoppelt ist, wobei der Laserstrahl (10) in einen Materialerkennungsbereich (33), der im Bearbeitungsraum (8) oder außerhalb des Bearbeitungsraums (8) angeordnet ist, umgelenkt ist.

15. Lasergerät (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Materialerkennungsbereich (33) zumindest ein Spektrometer (30) zur Aufnahme eines Plasmas (31) beim LIBSProzess (29) angeordnet ist.

16. Lasergerät (1) oder Laserplotter (2e) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserplotter (2e) und/oder das Lasergerät (1) zum Ausführen und/oder Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen