DE19729825C1 - Cutting pipes and other cylindrical components into lengths - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für das Ablängen (Schneiden) von Roh ren und anderen zylindrischen Bauteilen beliebiger, insbesondere runder Querschnittsform.The invention relates to a device and a method for cutting (cutting) raw ren and other cylindrical components of any, in particular round cross-sectional shape.
Ein besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung ist das Schneiden von Rohren aber auch Zylin dern mit unterschiedlichen Querschnittsformen (von rund bis vieleckig) aus unterschiedlichen Ma terialien, insbesondere Pappe, Kunststoffe (Plastik), Eisen, Stahl und anderen Metallen oder Metal legierungen.A special field of application of the invention is the cutting of pipes but also Zylin with different cross-sectional shapes (from round to polygonal) of different dimensions materials, in particular cardboard, plastics (plastic), iron, steel and other metals or metal alloys.
Es sind unterschiedliche Verfahren und Vorrichtungen für das Ablängen von Rohren bekannt. Bei derartigen Verfahren ist stets zu berücksichtigen, daß sich die abzulängenden (= auf ein gewünsch tes Maß schneiden) Rohre entlang ihrer Längsachse bewegen, aber sich dabei nicht um ihre eigene Achse drehen.Different methods and devices for cutting pipes to length are known. At Such procedures must always be taken into account that the (to be cut to a desired cut to size) move pipes along their longitudinal axis, but not about their own Turn axis.
Aus diesem Grund werden derzeit im allgemeinen mitfahrende Schneideeinrichtungen ("Fliegende Scheren") verwendet, die einen komplexen Bewegungsablauf vollführen, wobei einzelne Achsbe wegungen diskontinuierlich und auch zeitweise direkt entgegengesetzt zum Rohrvorschub verlau fen. Deshalb wird das Durchtrennen des bewegten Schneidgutes teilweise durch hauptzeitparalle Bearbeitung mit mehreren Schneidköpfen realisiert. So kann z. B. nachdem ein Schneidkopf das Durchschneiden des Rohres beendet hat und zur Kompensation der Werkstückbewegung (Rohrbewegung) in seine Ausgangsstellung zurückgeführt werden muß, schon ein zweiter Schneidkopf mit dem Trennprozeß am nächsten Rohrstück beginnen.For this reason, cutting devices that travel with the vehicle ("flying Scissors ") are used, which perform a complex sequence of movements, with individual axes Movements discontinuous and sometimes temporarily opposite to the pipe feed fen. For this reason, the cutting of the material to be cut is partially parallel to the main time Machining with multiple cutting heads realized. So z. B. after a cutting head Cutting through the pipe has ended and to compensate for the workpiece movement (Pipe movement) must be returned to its starting position, already a second one Start the cutting head with the cutting process on the next pipe section.
Aus US 40 00 391 ist außerdem eine Vorrichtung zum Ablängen von Rohren bekannt, bei der zwei Laserschneidstrahlen von zwei um 180° versetzt angeordneten Strahlführungs- und -formungseinrichtungen auf die zu schneidende Oberfläche gerichtet werden.From US 40 00 391 a device for cutting pipes to length is also known in the two laser cutting beams from two beam guiding and -forming devices are aimed at the surface to be cut.
Nachteilig dabei sind insbesondere die diskontinuierlichen Vorschubbewegungen und die direkte Umkehrung der Bewegungsrichtung der Schneidköpfe (Beschleunigen, Abbremsen, notwendige Positioniergenauigkeit, Bearbeitungskopfmassen, Mitführung der Medienversorgungen) sowie das für schnell bewegte Rohre meist mehrere Bearbeitungsköpfe für das Ablängen notwendig sind und das diese Verfahren nur für Rohre einigermaßen sinnvoll einsetzbar sind. Disadvantages are the discontinuous feed movements and the direct ones Reversal of the direction of movement of the cutting heads (accelerating, braking, necessary Positioning accuracy, machining head masses, carrying the media supplies) and that For fast moving pipes, several processing heads are usually required for cutting to length and that these methods can only be used reasonably for pipes.
In DE 32 06 210 A1 ist eine Vorrichtung beschrieben, die noch zumindest ein reflektierendes opti sches Element aufweist, welches den Fokus des Laserschneidstrahls radial auf die Rohroberfläche lenkt und bei der der Laserspot auf der Rohroberfläche eine Bahn in einer Ebene senkrecht zur Rohrachse beschreibt. Diese bekannte Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß sie sich nur in besonderen Einzelfällen einsetzen läßt.DE 32 06 210 A1 describes a device which also has at least one reflective opti cal element, which focuses the laser cutting beam radially on the pipe surface steers and in which the laser spot on the pipe surface travels in a plane perpendicular to Describes the pipe axis. However, this known device has the disadvantage that it is only in can be used in special individual cases.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ablängen (Schneiden) von Rohren und anderen zylindrischen Bauteilen vorzuschlagen, bei denen die Nachteile der Stan des der Technik nicht auftreten.The object of the invention is therefore a device and a method for cutting to length (cutting) to propose pipes and other cylindrical components in which the disadvantages of Stan of technology does not occur.
Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung und eine Verfahren der genannten Art vorzuschlagen, die nicht nur für Rohre sinnvoll einsetzbar sind, die einen vollständig harmonischen und kontinuierlichen Prozeß gestatten und bei denen auch für schnell bewegte Rohre nur ein Be arbeitungskopf notwendig ist.Accordingly, it is an object of the invention an apparatus and a method of the type mentioned propose that can be used not only for pipes that are completely harmonious and allow continuous process and in which even for fast moving pipes only one loading working head is necessary.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben mit einer Vorrichtung gemäß An spruch 1 und mit einem Verfahren gemäß Anspruch 19 gelöst.According to the invention, these tasks are performed with a device according to An award 1 and with a method according to claim 19 solved.
Die Patentansprüche 2 bis 18 stellen dabei vorrichtungsseitige und die Patentansprüche 20 bis 31 verfahrensseitige vorteilhafte Ausgestaltungen dar.Claims 2 to 18 represent device-side and claims 20 to 31 Process-related advantageous embodiments.
Das erfindungsgemäß Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnen sich durch ausschließlich kontinuierliche (geschwindigkeitskonstante), kreis- oder bogenförmige Bewegungen der Schneidvorrichtung um eine feste Achse und einen mitgeführten und geformten Laserstrahl aus. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine Umkehrung der Bewegungsrichtungen in den Achsen nach dem Ablängprozeß zur Rückführung des Schnittwerkzeuges in die Startposition weder für die Schneidvorrichtung noch für Teile dieser erforderlich. Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Trennverfahrens werden mit der erfindungs gemäßen Vorrichtung keine Linearbewegungen, sonder nur drehende Bewegungen benötigt, wodurch maximale Geschwindigkeiten und Frequenzen realisierbar werden. Zum Ablängen wird nur ein Bearbeitungskopf benötigt, die gewünschten Rohrabschnitte können auch bei großen Werkstückvorschubgeschwindigkeiten realisiert und die Rohrlängen gewünscht voreingestellt wer den. Bearbeitet werden können die unterschiedlichsten Rohr-Querschnittsformen (rund bis meh reckig) und Rohr-Durchmesser.The method according to the invention and the device according to the invention are distinguished by only continuous (speed constant), circular or arc-shaped movements the cutting device about a fixed axis and an entrained and shaped laser beam out. With the device according to the invention or the method according to the invention, Reversal of the directions of movement in the axes after the cutting process for return the cutting tool in the starting position neither for the cutting device nor for parts of it required. To implement the separation method according to the invention no linear movements according to the device, but only requires rotating movements, making maximum speeds and frequencies possible. For cutting to length only one machining head is required, the desired pipe sections can also be used for large ones Workpiece feed speeds can be realized and the tube lengths can be preset the. A wide variety of tube cross-sectional shapes (round to meh angular) and tube diameter.
Das nachfolgend auch in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Prinzip kann durch Hinzufügen von weiteren bekannten optischen Komponenten, wie Linsen oder/und Spiegeln (Teleskope) oder/und in Ver bindung mit zusätzlichen Achsen erweitert werden, um z. B. die Schnittqualität zu beeinflussen.The principle also shown below in FIGS. 1 to 4 can be expanded by adding further known optical components, such as lenses or / and mirrors (telescopes) and / or in conjunction with additional axes, in order, for. B. to influence the cut quality.
Das Prinzip der erfindungsgemäßen Lösung soll anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispieles erläutert werden. Die Darstellungen gemäß den Fig. 1 bis 4 sollen dies skizzenhaft unterstützen.The principle of the solution according to the invention will be explained using the following exemplary embodiment. The representations according to FIGS. 1 to 4 are intended to support this sketchily.
Das abzulängende Rohr (6) in den Fig. 1 bis 4, wird kontinuierlich vorwärts bewegt und zum Schneiden wirken gleichzeitig zwei zueinander um ca. 180° versetzte Laserspots möglichst senk recht zur Rohroberfläche ein. Fokussiert werden die Laserspots z. B. durch Asphärenspiegel (3), die jeweils auf einer Drehbewegungsvorrichtung (7; 8) befestigt sind und deren Achsen parallel zur Rohrachse um den Betrag (a) bzw. (b) wobei a = b sein kann versetzt angeordnet sind.The pipe ( 6 ) to be cut to length in FIGS . 1 to 4 is continuously moved forward and for cutting, two laser spots offset from one another by approximately 180 ° act as perpendicular as possible to the pipe surface. The laser spots are focused e.g. B. by aspherical mirrors ( 3 ), which are each attached to a rotary movement device ( 7 ; 8 ) and whose axes are offset parallel to the tube axis by the amount (a) or (b) where a = b can be.
Bei Rotation der Drehbewegungsvorrichtungen beschreiben die vorfokussierten Laserstrahlen je weils eine Kreisbahn (Fig. 1 bis 3) mit den Mittelpunkten (9 und 10), die zur Rohrachse jeweils um den Betrag (a) versetzt angeordnet sind. In Fig. 1 sind weiterhin zwei Planspiegel (11) dargestellt, die symmetrisch zur Rohrachse um 180° zueinander versetzt angeordnet sind, auf einer Kreisbahn rotieren und deren Rotation synchron zu den Drehbewegungsvorrichtungen (7 und 8) mit den asphärischen Forkussierspiegeln erfolgt. Auf den Spiegeloberflächen der Planspiegel (11), die sich auf einer Kreisbahn bewegen, treffen die vorfokussierten Laserstrahlen auf, werden um 90° umge lenkt und zur Einwirkung (Schneiden) auf die Rohroberfläche reflektiert. Durch den Versatz (a) durchlaufen die rotierenden vorfokkusierten Laserstrahlen auf den Planspiegelflächen unterschied liche Höhenlinien und beschreiben durch die 90°-Reflexion auf der Rohroberfläche eine spiralför mige Bahn um die Rohrachse (Umformung der Drehbewegungen in Linearbewegungen zur Rohrachse).When the rotary movement devices rotate, the prefocused laser beams each describe a circular path (FIGS . 1 to 3) with the center points ( 9 and 10 ), which are offset from the tube axis by the amount (a). In Fig. 1 two plane mirrors ( 11 ) are also shown, which are arranged symmetrically to the pipe axis by 180 ° to each other, rotate on a circular path and their rotation takes place synchronously with the rotary movement devices ( 7 and 8 ) with the aspherical focusing mirrors. On the mirror surfaces of the plane mirror ( 11 ), which move on a circular path, the pre-focused laser beams hit, are deflected by 90 ° and reflected to act (cutting) on the pipe surface. Due to the offset (a), the rotating prefocused laser beams on the plane mirror surfaces pass through different contour lines and, due to the 90 ° reflection on the pipe surface, describe a spiral path around the pipe axis (reshaping of the rotary movements in linear movements to the pipe axis).
Anstelle der zwei rotierenden Planspiegel (11) kann aber auch ein Kegelspiegel (1) (vergl. Fig. 2), der symmetrisch zur Rohrachse angebracht ist, eingesetzt werden. Vorteilhaft dabei ist, daß der Kegelspiegel (1) fest stehen kann und dadurch keine zu den Drehvorrichtungen mit den asphäri schen Spiegeln synchronisierte Rotation ausführen muß. Nachteilig dabei ist, daß zusätzliche Ab bildungsfehler durch die kreisförmige Kegelfläche entstehen können, die sich insbesondere bei kleineren Rohrdurchmessern nachteilig auf die Fokussierung auswirken können und daß für unter schiedliche Rohrdurchmesser der Kegelspiegel (1) auszutauschen ist. Instead of the two rotating plane mirrors ( 11 ), a conical mirror ( 1 ) (see FIG. 2), which is attached symmetrically to the tube axis, can also be used. The advantage here is that the conical mirror ( 1 ) can be fixed and therefore does not have to perform any rotation synchronized to the rotating devices with the aspherical mirror. The disadvantage here is that additional formation errors can arise from the circular conical surface, which can have a disadvantageous effect on the focus, in particular with smaller pipe diameters, and that the conical mirror ( 1 ) must be exchanged for different pipe diameters.
Durch das gleichzeitige Arbeiten (Schneiden) mit zwei Laserspots wird für das Durchtrennen des Rohres (Schneidprozeß) nur eine halbe Umdrehung (0° bis 180°) der Schneidvorrichtung benötigt, bis durch die zwei spiralförmigen Schnittlinien ein Durchtrennen mit kreisbogenförmiger Quer schnittsfläche ausgeführt ist. Die zweite halbe Umdrehung (180° bis 360°) der Schneidvorrichtung kann für weitere Funktionen im Prozeßablauf, z. B. zum Auswerfen des abgeschnittenen Rohr stücks genutzt werden. Der Schneidprozeß verläuft synchron mit einem zeitlich gesteuerten La serimpuls.By working (cutting) with two laser spots at the same time, cutting the Tube (cutting process) only requires half a turn (0 ° to 180 °) of the cutting device, until a cut with an arcuate cross through the two spiral cutting lines cutting surface is executed. The second half turn (180 ° to 360 °) of the cutter can be used for other functions in the process flow, e.g. B. to eject the cut tube used. The cutting process is synchronized with a timed La serimpulse.
Die zum Schneiden verwendeten zwei separaten Laserstrahlen können vorteilhafterweise durch Strahlteilung (50 : 50%) aus dem Strahl (14) einer Laserquelle erzeugt werden, weil dadurch die Synchronität von Laserpuls zur Bewegung der Schneideinrichtungen nur einmal einzustellen ist. Prinzipiell können aber auch zwei zur Drehbewegung synchronisierte Laserquellen benutzt werden. In Fig. 1 bis 3 ist dargestellt, wie von einer Laserstrahlquelle durch Strahlteilung die zwei Teilstrah len jeweils in Achsrichtung zu den Drehbewegungsvorrichtungen durch Planspiegel (2) eingespie gelt werden, zu den Asphärenspiegel reflektiert und durch letztere fokussiert werden.The two separate laser beams used for cutting can advantageously be generated by beam splitting (50: 50%) from the beam ( 14 ) of a laser source, because this means that the synchronism of the laser pulse with the movement of the cutting devices can only be set once. In principle, however, two laser sources synchronized to the rotary movement can also be used. In Fig. 1 to 3 it is shown how from a laser beam source by beam splitting the two partial beams len in the axial direction to the rotary motion devices are inserted by plane mirror ( 2 ), reflected to the aspherical mirror and focused by the latter.
Die asphärischen Spiegel (3) können aber auch Planspiegel sein, wenn die Fokussierung der Laser strahlen durch eine andere vor- oder nachgeschaltete Strahlfokussierung erreicht wird. So können z. B. die um die Rohrachse synchron zu den Drehvorrichtungen rotierenden Planspiegel auch durch zwei kurzbrennweitige Fokussierspiegel mit positiver Brennweite ersetzt werden.The aspherical mirrors ( 3 ) can, however, also be plane mirrors if the focusing of the lasers is achieved by another upstream or downstream beam focusing. So z. B. the plane mirror rotating in synchronism with the rotating devices can also be replaced by two short focal length focusing mirrors with a positive focal length.
Durch die Neigung des Kegelspiegels (1) bzw. der Planspiegel (11), die Geschwindigkeit der Vor schubbewegung des Rohres bzw. des Zylinders (6) und die durch die Drehung der Spiegel (3) aus gelöste Wanderung der zwei Laserstrahlen auf dem Kegelspiegel (1) bzw. auf und mit den Plan spiegeln (11), deren Neigungsgröße die Vorschubbewegung des Rohres bzw. Zylinders berücksich tigt, wird erreicht, daß der Schnitt auf der Rohr- bzw. Zylinderoberfläche selbst gerade ist.Due to the inclination of the cone mirror ( 1 ) or the plane mirror ( 11 ), the speed of the advance movement of the tube or the cylinder ( 6 ) and the migration of the two laser beams on the cone mirror ( 3 ) triggered by the rotation of the mirror ( 3 ) 1 ) or mirror on and with the plan ( 11 ), the incline size takes into account the feed movement of the tube or cylinder, it is achieved that the cut on the tube or cylinder surface itself is straight.
In Fig. 3 u. 4 bilden die Asphärenspiegel (4, 5) mit negativer und positiver Brennweite ein Teleskop (12). Durch die Linearbewegung wird die Brennweite des Teleskops (12) verändert, wodurch die Fokuslage der Rohrquerschnittsform (rund bis vieleckig) angepaßt werden kann. Eine weitere Möglichkeit der Brennweitenanpassung, ohne Verwendung eines Teleskops, kann durch gesteuer tes Verschieben der Lagerung der Drehvorrichtungen (7 und 8) in Richtung des Rohrachse durch eine Linearbewegung erfolgen.U in Fig. 3. 4, the aspherical mirrors ( 4 , 5 ) with negative and positive focal lengths form a telescope ( 12 ). The focal length of the telescope ( 12 ) is changed by the linear movement, as a result of which the focus position of the tube cross-sectional shape (round to polygonal) can be adapted. Another possibility of adjusting the focal length without using a telescope can be done by controlled displacement of the bearing of the rotating devices ( 7 and 8 ) in the direction of the tube axis by a linear movement.
In Fig. 4 ist dargestellt, wie die großen Planspiegel den Strahlversatz in eine Strahlbewegung par allel zur Rohrachse umformen. Für einen wenig gewellten Querschnitt kann zusätzlich die Bahnge schwindigkeit auf der Kreisbahn gesteuert werden (Servomotor) oder die Kreisbahn durch eine kreisbogenförmige Bahn mit konstanter Drehgeschwindigkeit (Kulissenbahnkurve) verwendet wer den.In Fig. 4 it is shown how the large plane mirror transform the beam offset into a beam movement par allel to the pipe axis. For a slightly wavy cross-section, the path speed can also be controlled on the circular path (servo motor) or the circular path can be used by an arc-shaped path with a constant rotational speed (sliding path curve).
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren konnten die Nachteile des Standes der Technik beseitigt werden.With the device according to the invention or the method according to the invention, the Disadvantages of the prior art can be eliminated.
11
Kegelspiegel
Cone mirror
22nd
Umlenkspiegel
Deflecting mirror
33rd
Asphärenspiegel
Aspherical mirror
44th
Asphärenspiegel mit positiver/negativer Brennweite im Teleskop
Aspherical mirror with positive / negative focal length in the telescope
55
Asphärenspiegel mit positiver/negativer Brennweite im Teleskop
Aspherical mirror with positive / negative focal length in the telescope
66
Rohr- bzw. Zylinder
Pipe or cylinder
77
Drehvorrichtung für einen Laserstrahl
Rotating device for a laser beam
88th
Drehvorrichtung für den anderen Laserstrahl
Rotating device for the other laser beam
99
Mittelpunkt der durch den Spiegel (Center of the through the mirror (
33rd
) hervorgerufenen Kreisbahn des einen Laserstrahls
) induced circular path of a laser beam
1010th
Mittelpunkt der durch den Spiegel (Center of the through the mirror (
33rd
) hervorgerufenen Kreisbahn des anderen Laserstrahls
) induced circular path of the other laser beam
1111
Planspiegel, die anstelle des Kegelspiegels (Plane mirror instead of the cone mirror (
11
) eingesetzt werden
) are used
1212th
Teleskop
telescope
1313
Strahlteiler
Beam splitter
1414
Ausgangslaserstrahl
a)Abstand der Drehachse des einen Spiegels (Output laser beam
a) distance of the axis of rotation of one mirror (
33rd
) von der Rohrachse
b)Abstand der Drehachse des anderen Spiegels () from the pipe axis
b) distance of the axis of rotation of the other mirror (
33rd
) von der Rohrachse
c)Abstand des einen Spiegel () from the pipe axis
c) distance of one mirror (
33rd
) von seiner Drehachse
d)Abstand des anderen Spiegels () from its axis of rotation
d) distance of the other mirror (
33rd
) von seiner Drehachse
) from its axis of rotation
Claims (31)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1997129825 DE19729825C1 (en) | 1997-07-11 | 1997-07-11 | Cutting pipes and other cylindrical components into lengths |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1997129825 DE19729825C1 (en) | 1997-07-11 | 1997-07-11 | Cutting pipes and other cylindrical components into lengths |
Publications (1)
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|---|---|
| DE19729825C1 true DE19729825C1 (en) | 1998-11-12 |
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Country Status (1)
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- 1997-07-11 DE DE1997129825 patent/DE19729825C1/en not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20120201 |