DE19756703A1

DE19756703A1 - Method and device for processing workpieces with laser radiation

Info

Publication number: DE19756703A1
Application number: DE19756703A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dr Rer Nat Petring; Hans-Georg Dr Rer Nat Treusch; Reinhart Prof Dr Rer N Poprawe; Peter Dr Rer Nat Loosen
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1997-10-22
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 1999-05-06
Anticipated expiration: 2017-12-20
Also published as: DE19756703C2

Abstract

The invention relates to a method for treating work pieces with laser radiation (11) which is focused with a laser beam (12) that does not move relative to the work piece on a work piece surface which is to be treated. In order to improve a method with the aforementioned steps such that a work piece surface diverging from punctiform can be treated with a laser beam, said laser beam being stationary in relation to the work piece, and such that the energy allocated to the laser beam is not unused and lost, the laser beam (12) is focused in a line-like manner and the beam spot (13) thereof corresponds almost exclusively to the entire surface of the work piece which is to be treated.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bear beiten von Werkstücken mit Laserstrahlung, die mit einem zum Werkstück relativ nicht bewegten Laserstrahl auf eine zu be arbeitende Werkstückfläche fokussiert wird.The invention relates to a method for Bear processing of workpieces with laser radiation, which with a to Workpiece relatively non-moving laser beam to be on working workpiece surface is focused.

Das vorgenannte Verfahren ist aus der DE-A-33 44 709 be kannt. Mit diesem Verfahren werden Werkstücke entgratet. Der Laserstrahl steht still. Sein Fokusdurchmesser ist so groß gewählt, daß der gesamte Gratbereich überdeckt ist. Der größte Teil der Strahlenergie fällt jedoch zur Gratentfernung ungenutzt auf nicht zu entgratende Bereiche oder auf Be reiche, in denen überhaupt kein Werkstück vorhanden ist, z. B. auf Löcher des Werkstücks. Dementsprechend ist ein großer Energieanteil der Laserstrahlung ungenutzt und je nach Ausge staltung des Werkstücks müssen sogar besondere Maßnahmen ge troffen werden, daß die nichtgenutzte Laserstrahlung für nicht zu entgratende Bereiche des Werkstücks oder neben dem Werkstück liegende Bereiche nicht schädlich für die Umgebung ist.The aforementioned method is from DE-A-33 44 709 knows. Workpieces are deburred using this process. Of the Laser beam stands still. Its focus diameter is so big chosen so that the entire ridge area is covered. Of the however, most of the radiation energy falls at the burr unused on areas not to be deburred or on Be rich, in which there is no workpiece at all, e.g. B. on holes in the workpiece. Accordingly, is a big one Energy portion of the laser radiation unused and depending on the extent design of the workpiece, special measures must even be taken be hit that the unused laser radiation for Areas of the workpiece not to be deburred or next to the Areas lying on the workpiece are not harmful to the environment is.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den eingangs genannten Verfahrensschritten so zu verbessern, daß mit einem relativ zum Werkstück still stehenden Laserstrahl eine vom punktförmigen abweichende Werkstückfläche bearbeitet werden kann, ohne daß die zur Ver fügung gestellte Energie der Laserstrahlung ungenutzt ver loren geht.In contrast, the invention is based on the object a process with the above-mentioned process steps to improve so that with a relative to the workpiece still standing laser beam deviating from the punctiform Workpiece surface can be processed without the ver The energy provided by the laser radiation is not used loren goes.

Die vorgenannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Laserstrahl linienähnlich fokussiert wird und sein Strahl fleck voll flächig praktisch ausschließlich der zu bearbeiten den Werkstückfläche entspricht.The above object is achieved in that the Laser beam is focused like a line and its beam Stain all over practically only the surface to be processed corresponds to the workpiece surface.

Für die Erfindung ist wesentlich, daß der Strahlfleck des Laserstrahls derart linienartig fokussiert wird, daß mög lichst genau die zu bearbeitende Werkstückfläche bestrahlt wird, und zwar vollflächig. Infolgedessen wird auch die ge samte zu bearbeitende Werkstückfläche gleichzeitig erhitzt und es treten die durch die Erhitzung gewünschten Vorgänge im Werkstück gleichzeitig auf, z. B. ein Aufschmelzen einer Trennlinie oder einer Fügelinie. Es ist aber auch möglich, Werkstücke größerflächig zu bearbeiten, sofern der Laser strahl linienähnlich vollflächig arbeitet, beispielsweise bei Werkstoffumwandlungen auf Härtespuren.It is essential for the invention that the beam spot the laser beam is focused in such a line-like manner that possible irradiated as precisely as possible the workpiece surface to be machined over the entire area. As a result, the ge The entire workpiece surface to be machined is heated at the same time and the processes desired by the heating occur in the Workpiece at the same time, e.g. B. melting one Dividing line or a joining line. But it is also possible Work on large workpieces, provided that the laser beam works like a line over the entire surface, for example at Material conversions on traces of hardness.

Es kann so verfahren werden, daß eine über ihre gesamte Länge gleich schmale fokussierte Linie verwendet wird. Derar tige gleich schmale Linien eignen sich besonders für massen fertigungsgerechte Füge- und Trennverfahren. Die schmale fo kussierte Linie kann so ausgebildet werden, daß mit den ver fügbaren Laserquellen hohe Energiedichten zu erreichen sind, wie sie beim Fügen oder Trennen erforderlich sind. Beispiels weise können Fein- oder Feinstblechbänder oder Metallfolien quergeteilt werden. Derartige schmal fokussierte Linien sind auch dann vorteilhaft, wenn eine mechanische Bearbeitung des Materials wegen Verschleiß des Werkzeugs und/oder unzuläs siger mechanischer Beanspruchung des Bandmaterials problema tisch ist. Derartige Trennverfahren werden zweckmäßiger Weise so durchgeführt, daß mit linienförmiger Laserstrahlung die gesamte Breite einer Platte oder eines laufenden Bandes im pulsartig getrennt wird.It can be done so that one over its entire Length equal narrow focused line is used. Derar equally narrow lines are particularly suitable for masses production-oriented joining and separation processes. The narrow fo kissed line can be designed so that with the ver available laser sources high energy densities can be achieved, as they are required when joining or separating. Example Wise can be fine or ultra-fine sheet metal strips or metal foils be divided. Such narrowly focused lines are also advantageous if mechanical machining of the Material due to tool wear and / or impermissible mechanical stress on the strip material problema is table. Such separation processes are expedient carried out so that with linear laser radiation total width of a plate or a running belt in is separated in pulses.

Mit dem vorbeschriebenen Verfahren lassen sich formen- und bahnenmäßig vielzählige Bearbeitungen durchführen. Zweck mäßig ist es, wenn so verfahren wird, daß die Linie sich über die gesamte Werkstückbreite erstreckt und/oder einen Umriß mit unbestrahlter Mitte bildet und/oder einen beliebig vorbe stimmten Linienverlauf hat und/oder im Verlauf ungleiche Linienbreite aufweist. Sich über die gesamte Werkstückbreite erstreckende Linien sind insbesondere bei einem Trennen oder bei einem Fügen von Werkstücken vorteilhaft. Wird mit einer Linie ein Umriß mit unbestrahlter Mitte gebildet, so können dem Umriß entsprechende Ausnehmungen des Werkstücks herge stellt werden. Dabei ist die Form der Linie im Grundsatz ohne Belang. Die Linie kann einen beliebig vorbestimmten Linien verlauf haben, beispielsweise Krümmungen aufweisen. Die im Verlauf ungleiche Linienbreite kann vorteilhaft sein, wenn auf die Form einer Trenn- oder Fügelinie oder Ausnehmung Ein fluß genommen werden soll.With the method described above, and carry out numerous machining processes in line with the path. Purpose It is moderate if the procedure is such that the line overlaps extends the entire width of the workpiece and / or an outline forms with an unirradiated center and / or any has a correct line course and / or uneven course Has line width. Covering the entire width of the workpiece extending lines are particularly in a disconnect or advantageous when joining workpieces. Will with a Line formed with an unirradiated center, so can recesses of the workpiece corresponding to the outline be put. The shape of the line is basically without Matter. The line can have any predetermined lines have course, for example have curvatures. The in Course of uneven line width can be advantageous if on the shape of a dividing or joining line or recess river should be taken.

Falls die zur Verfügung stehenden Laserquellen begrenzte Leistung haben, kann es zweckmäßig sein, das Verfahren so durchzuführen, daß eine Linie aus Linienteillängen verwendet wird, die die gesamte Linienlänge zeitgleich oder taktweise nacheinander abdecken. Es wird dann so verfahren, daß vor zugsweise aus mehreren Laserquellen stammende Laserstrahlung verwendet wird, die aus lückenlos aufgereihten Einzelstrahlen oder Gruppen von Einzelstrahlen besteht, die die gesamte Linienlänge oder eine Teillänge zeitgleich abdecken. Bei zeitgleicher Bestrahlung der gesamten Linienlänge können also mehrere Laserquellen zum Einsatz kommen. Ein einziger Laser reicht aus, wenn die gesamte Linienlänge taktweise nach einander abgearbeitet wird.If the available laser sources are limited Have performance, it may be appropriate to do so perform that uses a line of partial line lengths which is the entire line length at the same time or in cycles cover one after the other. It is then proceeded in such a way that preferably laser radiation originating from several laser sources is used, which consists of gently lined up individual beams or groups of individual rays that cover the entire Cover line length or a partial length at the same time. At simultaneous irradiation of the entire line length can several laser sources are used. A single laser is sufficient if the entire line length is repeated in cycles is processed each other.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Laserstrahlung mit Diodenlaser-Barren und/oder Diodenlaser-Stacks erzeugt wird. Diodenlaser-Barren und Diodenlaser-Stacks benutzen je weils eine Vielzahl von Laserdioden. Deren Laserstrahlung kann durch geeigneten Aufbau der Barren oder Stacks linien förmig ausgerichtet und fokussiert werden. Sie sind besonders geeignet um den Laserstrahl, der dann aus einer Vielzahl von Teilstrahlen der einzelnen Laserdioden besteht, linienähnlich zu fokussieren und vollflächig auf die gesamte zu bear beitende Werkstückfläche strahlen zu lassen. It is particularly advantageous if the laser radiation generated with diode laser bars and / or diode laser stacks becomes. Diode laser bars and diode laser stacks each use because a variety of laser diodes. Their laser radiation can be created by suitable construction of the bars or stacks aligned and focused. You are special suitable for the laser beam, which then consists of a variety of Partial beams of the individual laser diodes exist, similar to lines to focus and to bear on the entire area to let the machining workpiece surface shine.

Das Verfahren kann so durchgeführt werden, daß die Laserstrahlung zum Trennen eingesetzt wird. Es erfolgt eine scherenähnliche Bearbeitung, denn das Werkstück wird impuls artig bestrahlt und in seine Trennstücke zerlegt. Es liegt ein berührungsloses Schneidverfahren vor, das die erheblichen Nachteile mechanischer, mit Messern durchgeführter Trennver fahren nicht aufweist. Insbesondere werden mechanische Werk stückverformungen vermieden.The process can be carried out so that the Laser radiation is used for separation. There is one Machining similar to scissors, because the workpiece becomes impulsive well irradiated and disassembled into its separators. It lies a non-contact cutting process that the significant Disadvantages of mechanical separators carried out with knives drive does not have. In particular, mechanical work piece deformation avoided.

Für den praktischen Einsatz sind die vorbeschriebenen Verfahren besonders dann vorteilhaft, wenn eine Laserstrah lungsquelle und/oder zumindest ein die Laserstrahlung abge bender Bearbeitungskopf mit einem bewegten Werkstück während dessen Bestrahlung gleich schnell mitbewegt wird. Die Mitbe wegung der Laserstrahlungsquelle mit einem bewegten Werkstück ermöglicht den Einsatz des Verfahrens insbesondere zum Quer teilen von Folien- oder Bandmaterial. Die zur Zeit am häufigsten verwendete Methode zum Querteilen von Bandmaterial besteht im Einsatz von mechanischen Mitteln, sogenannten "fliegenden Scheren" oder "Exzenterscheren". Hierbei wird ein quer zum Band angeordnetes Messer oder eine Schlagschere auf einer kurzen Strecke mit dem laufenden Band mitbewegt. Der gleichzeitige Ablauf von Messerhub und Mitbewegung mit dem Band muß derart durchgeführt werden, daß das Messer während des Eintauchens in das Bandmaterial exakt mit dem Band mit fährt und danach gegen die Bandlaufrichtung zurückschwenkt. Die dazu erforderlichen Antriebe, beispielsweise Exzenteran triebe, sollen möglichst hohe Taktraten erreichen. Hier sind aber aus mechanischen Gründen Grenzen gesetzt, insbesondere wenn die Messer- oder Antriebsmassen ein größeres Gewicht ha ben und die Beschleunigungs- bzw. Verzögerungskräfte dement sprechend groß werden. Insbesondere führt das dazu, daß der Exzenter eine Einlauf- und eine Auslaufzeit benötigt, wie auch im Hinblick auf die hohen auftretenden Kräfte ein sehr aufwendiges stabiles Maschinengerüst. Der Schneidprozeß indu ziert mechanische Spannungen im Werkstoff des Werkstücks und kann im Schnittkantenbereich zu Gratbildung und Kaltverfesti gung führen. Die vorbeschriebenen Trennverfahren besitzen die Nachteile der bekannten mechanischen Trenneinrichtungen nicht. Insbesondere beim Einsatz von Diodenlaser-Barren oder Diodenlaser-Stacks ist die zu bewegende Masse vergleichsweise gering. Ihre Verfahrgeschwindigkeit bzw. die Verfahrgeschwin digkeit der Laserschneidköpfe kann daher bedeutend höher sein, als die Bandlaufgeschwindigkeit. Es lassen sich hohe Taktraten bzw. kurze Bandabschnitte zwischen zwei Bear beitungsvorgängen erzeugen, wenn am laufenden Werkstück bear beitet wird. Die Baulängen der bewegten Teile sind in Förder richtung relativ klein und dementsprechend ist auch die Stellfläche für das Schneidgerüst relativ klein.The ones described above are for practical use The method is particularly advantageous when a laser beam tion source and / or at least one of the laser radiation machining head with a moving workpiece during whose radiation is moved at the same time. The Mitbe movement of the laser radiation source with a moving workpiece enables the use of the method, particularly for crossways dividing film or tape material. The currently on most commonly used method for cross-cutting of strip material consists in the use of mechanical means, so-called "flying shears" or "eccentric shears". Here is a knife or a pair of shears a short distance with the moving belt. Of the simultaneous sequence of knife stroke and movement with the Belt must be carried out so that the knife during of immersion in the tape material with the tape drives and then swings back against the tape running direction. The drives required for this, for example eccentric drives should achieve the highest possible clock rates. Here are but set limits for mechanical reasons, especially if the knife or drive masses have a greater weight ben and the acceleration or deceleration forces become really big. In particular, this means that the Eccentric needs a run-in and a run-out time, like also in view of the high forces that occur complex, stable machine frame. The cutting process indu adorns mechanical stresses in the material of the workpiece and can cause burr formation and strain hardening in the cut edge area lead. The separation processes described above have the Disadvantages of the known mechanical separation devices Not. Especially when using diode laser bars or Diode laser stacks are comparatively the mass to be moved low. Your travel speed or travel speed The laser cutting heads can therefore be significantly higher be than the tape speed. It can be high Clock rates or short band sections between two bear Generate machining operations when machining on the current workpiece is being processed. The lengths of the moving parts are in funding direction is relatively small and so is the Footprint for the cutting stand is relatively small.

Vorteilhafterweise wird das Verfahren so durchgeführt, daß während der Bestrahlung des Werkstücks dessen Trennen der Trennstücke bewirkende mechanische oder magnetische Mittel verwendet werden. Mit Hilfe der mechanischen oder magneti schen Mittel wird von Schmelze freier Zwischenraum zwischen den Trennteilen erzeugt. Es ist dann nicht nötig, die bear beitete Werkstückfläche weiterhin zu bestrahlen, um ein vor zeitiges Erstarren des aufgeschmolzenen Werkstoffs vor dem Trennen der Trennteile voneinander zu verhindern. Mit Hilfe der magnetischen Mittel, beispielsweise eines auf die Schmel ze einwirkenden Magnetfeldes, kann mechanisch berührungsfrei vorgegangen werden. Die mechanischen Mittel werden zweckmäßig ausgewählt.The method is advantageously carried out in such a way that that during the irradiation of the workpiece, the cutting of the Mechanical or magnetic means effecting separators be used. With the help of mechanical or magneti Means is free space between melt between the partitions generated. It is then not necessary to bear processed workpiece surface continues to irradiate to a early solidification of the melted material before Prevent separation of the separating parts from each other. With help the magnetic means, for example one on the melt ze acting magnetic field, can be mechanically contact-free be followed. The mechanical means become appropriate selected.

Vorteilhaft ist es beispielsweise, wenn als mechanische Mittel Schmelze aus dem aufgeschmolzenen Werkstückbereich austreibende Gasdüsen zur Anwendung kommen. Mit Hilfe der Gasdüsen können Gasstrahlen zum Einsatz kommen, deren Druck wirkung die Schmelze austreibt.It is advantageous, for example, if as a mechanical Medium melt from the melted workpiece area expelling gas nozzles are used. With the help of Gas nozzles can use gas jets whose pressure effect drives out the melt.

Das Verfahren kann aber auch so durchgeführt werden, daß als mechanische Mittel eine die Trennstücke des Werkstücks voneinander entfernende Trennkraftquelle eingesetzt wird. Im allgemeinsten Fall sind dies an den Trennstücken angreifende Greifer, die die Trennstücke auseinanderziehen.The method can also be carried out so that as mechanical means, the separators of the workpiece separating force source is used. in the in the most general case these are attacking on the separators Grippers that pull the separators apart.

Wenn eine kontinuierliche Bearbeitung durchgeführt werden soll, kann so verfahren werden, daß das Werkstück mit von einander distanzierten Transportmitteln gefördert wird, zwischen denen die Bearbeitung mit Laserstrahlung erfolgt und die als Trennkraftquellen dienen. Die Transportmittel garan tieren die kontinuierliche Förderung des Werkstücks und er sparen zugleich von ihnen separate mechanische Trennmittel.When continuous processing is done should be moved so that the workpiece with from distant means of transport is promoted, between which the processing with laser radiation takes place and which serve as sources of separation force. The means of transport guaranteed and the continuous conveying of the workpiece save mechanical separating means that are separate from them.

Das vorbeschriebene Verfahren kann in besonders ein facher Weise dadurch erreicht werden, daß als Transportmittel Treibrollenpaare mit zur Trennstücktrennung unterschiedlich gesteuerten Fördergeschwindigkeiten verwendet werden. Treib rollenpaare sind in der Fördertechnik bewährte Transport mittel und es ist mit vergleichsweise geringem Aufwand mög lich, sie mit unterschiedlichen Fördergeschwindigkeiten zu betreiben, so daß infolgedessen eine Trennung der Trennstücke des Werkstücks erreicht werden kann.The method described above can be particularly in one can be achieved by the fact that as a means of transport Driving roller pairs with different for separating the separator controlled conveyor speeds can be used. Drift roller pairs are proven transport in conveyor technology medium and it is possible with comparatively little effort Lich, they with different conveyor speeds too operate so that consequently a separation of the separators of the workpiece can be reached.

Die vorbeschriebenen Verfahrensschritte können zum Teil auch für andere Bearbeitungsverfahren angewendet werden, bei denen Hochenergiestrahlung zum Einsatz kommt. Genannt seien beispielsweise das Härten oder das Löten. Vor allen Dingen ist es aber vorteilhaft, wenn die linienartige Laserstrahlung zum Linienfügen eingesetzt wird. Das Linienfügen ist insbe sondere in Massenfertigungsprozessen vorteilhaft, wo es das Punktschweißen verbessern kann, indem größere Linien- bzw. Flächenbereiche bei gleichem zeitlichem Aufwand miteinander verbunden werden und so die Verbindungsfestigkeit erheblich zu steigern ist.The process steps described above can in part can also be used for other machining processes where high-energy radiation is used. Be mentioned for example hardening or soldering. Above all but it is advantageous if the line-like laser radiation is used for line joining. The line joining is in particular especially advantageous in mass production processes, where it is Can improve spot welding by using larger line or Area areas with each other at the same time be connected and so the connection strength considerably is to be increased.

Das Verfahren kann auf Werkstücke unterschiedlichster Werkstoffe und unterschiedlicher Materialien angewendet wer den. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn ein Werkstück aus Fein blech, Folien oder Kunststoff-Formteilen verwendet wird. Feinbleche bestehen aus Metall und können auch bei geringeren Strahlungsintensitäten einer Linienbearbeitung unterworfen werden, ebenso wie aus Metall oder Kunststoff bestehende Folien oder Kunststoff-Formteile.The method can be applied to a wide variety of workpieces Materials and different materials are used the. However, it is advantageous if a workpiece made of fine sheet, foil or plastic molded parts is used. Thin sheets are made of metal and can also be used on smaller ones Radiation intensities subjected to line processing as well as metal or plastic Foils or plastic molded parts.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Vor richtung zur Bearbeitung von Werkstücken mit Laserstrahlung oder dergleichen Hochenergiestrahlung, die mit einem zum Werkstück relativ nicht bewegten Laserstrahl auf eine zu be arbeitende Werkstückfläche fokussiert ist. The invention also relates to a front direction for processing workpieces with laser radiation or the like high-energy radiation that with a to Workpiece relatively non-moving laser beam to be on working workpiece surface is focused.

Bei einer solchen Vorrichtung können die eingangs be schriebenen Nachteile vermieden und die angegebenen Vorteile erreicht werden, wenn der Laserstrahl linienartig fokussiert ist und sein Strahlfleck vollflächig praktisch ausschließlich der zu bearbeitenden Werkstückfläche entspricht.With such a device can be the beginning written disadvantages avoided and the stated advantages can be achieved when the laser beam focuses in a line-like manner and its beam spot practically exclusively over the entire surface corresponds to the workpiece surface to be machined.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Laserstrahl mit einem linienartigen Strahlfleck die ge samte Länge einer auf dem Werkstück vorbestimmten Trennlinie abdeckt und das Trennmittel zur Trennung der Trennstücke des Werkstücks während dessen Bestrahlung vorhanden sind, ist be sonders zum Teilen von Werkstücken oder für deren Formgebung durch Ausschneiden bzw. Abschneiden von Werkstückteilen ge eignet.A device which is characterized in that the laser beam with a line-like beam spot Entire length of a dividing line predetermined on the workpiece covers and the release agent for separating the separators of the Workpiece during its irradiation is be especially for dividing workpieces or for shaping them by cutting or cutting off workpiece parts is suitable.

Um zu bewirken, daß sich das Werkstück relativ zum Laserstrahl nicht bewegt, wird die Vorrichtung so ausgebil det, daß sie einen gesteuerten Antrieb aufweist, der eine der Erzeugung des Laserstrahls dienende Laserquelle und/oder eine den Laserstrahl abgebende Vorrichtung etwaigen Werkstückbe wegungen und/oder Positionierungen entsprechend zu verstellen vermag. Mit einer solchen Vorrichtung können Bewegungen des Werkstücks in Bezug auf den Laserstrahl oder in Bezug auf mehrere Laserstrahlen ausgeglichen werden. Die Steuerung der Bewegung des Laserstrahls erfolgt in Abstimmung auf die Werk stückbewegung. Eine Relativbewegung zwischen dem Laserstrahl und dem Werkstück findet nicht statt. Mit Hilfe des ge steuerten Antriebs ist es aber auch möglich, unterschiedliche Positionierungen eines Werkstücks oder aufeinander folgend zu bearbeitender Werkstücke auszugleichen, indem der Antrieb entsprechend den unterschiedlichen Positionierungen eines Werkstücks oder mehrerer Werkstücke gesteuert wird. Die Steuerung des Antriebs wird beispielsweise durch ein Posi tionen erfassendes System beeinflußt, z. B. durch positions überwachende Videokameras.To cause the workpiece to move relative to the If the laser beam is not moved, the device is trained det that it has a controlled drive that one of the Generation of the laser beam serving laser source and / or the device emitting any laser beam movements and / or positioning to be adjusted accordingly can With such a device, movements of the Workpiece in relation to the laser beam or in relation to several laser beams can be compensated. The control of the Movement of the laser beam takes place in coordination with the factory piece movement. A relative movement between the laser beam and the workpiece does not take place. With the help of ge controlled drive, it is also possible to have different Positioning of a workpiece or in succession Compensate machining workpieces by the drive according to the different positions of a Workpiece or several workpieces is controlled. The The drive is controlled, for example, by a posi tion-sensing system affected, z. B. by positions surveillance video cameras.

Die vorbeschriebene Vorrichtung kann zum Bearbeiten am laufenden Band, also zum kontinuierlichen Bearbeiten dadurch ausgebildet werden, daß das Werkstück rollengefördert ist, und daß eine Steuereinrichtung für die Werkstückspannung bzw. Trennung vorhanden ist. Die Steuereinrichtung kann die Trenn mittel beeinflussen oder die der Rollenförderung dienenden Fördermittel.The device described above can be edited on running belt, i.e. for continuous editing be trained so that the workpiece is roller-fed, and that a control device for the workpiece clamping or Separation is present. The control device can separate influence funds or those that promote roles Funding.

In Weiterbildung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß zur Erzeugung der Laserstrahlung Diodenlaser-Strahlwerkzeuge vor handen sind. Als Diodenlaser-Strahlwerkzeuge können bei spielsweise Diodenlaser-Barren oder Diodenlaser-Stacks einge setzt werden, die von ihrem mechanischen Aufbau her für die Erzeugung linienartig fokussierter Laserstrahlung besonders geeignet sind.In a further development of the device it is provided that Generation of laser radiation from diode laser beam tools are available. As diode laser beam tools can for example, diode laser bars or diode laser stacks are used, which are of mechanical construction for the Generation of line-focused laser radiation in particular are suitable.

Die Vorrichtung kann als optische Exzenterschere ein gesetzt werden, wenn für eine mit dem Werkstück während des sen Bestrahlung gleich schnelle Mitbewegung eines Strahlwerk zeugs ein Exzenterantrieb vorhanden ist. Mit einem solchen Exzenterantrieb wird eine die linienartige Laserstrahlung er zeugende Laserstrahlungsquelle ähnlich wie bei konventionel len mechanischen Exzenterscheren mit Hilfe des Exzenteran triebs während des Bestrahlungsvorgangs mit dem Werkstück, beispielsweise mit einem Band, mitgeführt. Während dieser kurzen Zeit erfolgt keine Relativbewegung zwischen dem Werk stück und dem Werkzeug, wobei der Schneidvorgang am laufenden Band erfolgt. Danach wird die Laserstrahlungsquelle dem Band lauf entgegengesetzt zurückgeführt, um danach unter Berück sichtigung der Soll-Abschnittslänge einen weiteren Schneid vorgang einzuleiten. Im Gegensatz zur mechanischen Exzenter schere ist ein Hub senkrecht zur Werkstückoberfläche nicht notwendig, aber trotzdem außerhalb des Schneidpulses erlaubt Die Strahlungsquelle könnte also auch in einer Linearführung oder über das Werkstück in oder gegen Werkstücklaufrichtung bewegt werden und z. B. über eine oder mehrere Pleuelstangen mit einem oder mehreren rotatorischen Motoren angetrieben werden.The device can be used as an optical eccentric shear be set if for one with the workpiece during the Irradiation with the same rapid movement of a blasting unit an eccentric drive is available. With one The eccentric drive is a line-like laser radiation generating laser radiation source similar to conventional len mechanical eccentric shears with the help of the eccentric during the irradiation process with the workpiece, for example, carried with a tape. During this For a short time there is no relative movement between the work piece and the tool, the cutting process ongoing Tape is done. After that, the laser radiation source is the band run back in the opposite direction, then under touch view of the target section length another cutting to initiate the process. In contrast to the mechanical eccentric Scissors are not a stroke perpendicular to the workpiece surface necessary, but still allowed outside the cutting pulse The radiation source could also be in a linear guide or over the workpiece in or against the workpiece direction be moved and z. B. via one or more connecting rods driven by one or more rotary motors become.

Die Strahlwerkzeuge besitzen eine vergleichsweise ge ringe Masse, so daß hohe relative Rücklaufgeschwindigkeiten erreicht werden können, wie auch geringe Zeiten des Anlaufs und des Auslaufs der Vorrichtung. The blasting tools have a comparatively ge rings mass, so that high relative return speeds can be achieved, as well as short start-up times and the outlet of the device.

Die Vorrichtung kann so ausgebildet werden, daß zwei linienähnliche Laserstrahlen vorhanden und aufeinander gegen überliegende Werkstückflächen desselben Bearbeitungsbereichs oder aufeinander folgender Bearbeitungsbereiche gerichtet sind. Infolgedessen läßt sich das Werkstück schneller bear beiten, weil es von seinen beiden Seiten gleichzeitig be strahlt wird, so daß der Aufschmelzvorgang entsprechend schneller vor sich geht, wenn die beiden Laserstrahlen auf denselben Bearbeitungsbereich gerichtet sind. Werden die Laserstrahlen auf einander folgende Bearbeitungsbereiche ge richtet, läßt sich eine entsprechende Steigerung der Bear beitungsgeschwindigkeit bzw. eine Steigerung der Taktrate insbesondere bei bewegten Laserstrahlwerkzeugen erreichen. Dabei kann die Einstrahlungsrichtung jeweils beibehalten werden. Bei der Bearbeitung eines Bearbeitungsbereichs mit zwei Laserstrahlen wird insbesondere in Verbindung mit einem Exzenterantrieb zur Mitbewegung der Strahlwerkzeuge erreicht, daß die dann erforderlichen beiden Strahlwerkzeuge im Sinne eines Unwuchtausgleichs zusammenwirken. Die Belastungen des Maschinengestells sind geringer und die Vorrichtung arbeitet laufruhig.The device can be designed so that two line-like laser beams available and against each other overlying workpiece surfaces of the same machining area or successive processing areas are. As a result, the workpiece can be machined faster because it is from both sides at the same time is emitted, so that the melting process accordingly goes faster when the two laser beams are on are directed to the same processing area. Will the Laser beams on successive machining areas judges, a corresponding increase in the bear processing speed or an increase in the clock rate especially with moving laser beam tools. The direction of irradiation can be maintained in each case become. When editing a machining area with Two laser beams are used especially in conjunction with one Eccentric drive for moving the blasting tools reached, that the then required two blasting tools in the sense balance unbalance. The burdens of The machine frame is smaller and the device works smooth running.

Bei Vorhandensein von zwei Laserstrahlen wird die Vor richtung vorteilhafterweise so ausgebildet, daß die beiden Laserstrahlen im Winkel zueinander angeordnet sind. Der Win kel braucht nur so groß zu sein, daß jeder Laserstrahl nicht in die Abgabevorrichtung des anderen Laserstrahls gelangen und dort unerwünschte Erwärmungen oder Zerstörungen bewirkt.In the presence of two laser beams, the front direction advantageously designed so that the two Laser beams are arranged at an angle to each other. The win kel only needs to be so large that not every laser beam get into the delivery device of the other laser beam and causes undesirable heating or destruction there.

Die Vorrichtung kann so ausgestaltet werden, daß sie Einstellmittel für den Linienverlauf und/oder die Linienform und/oder den Linienfokus und/oder den Intensitätsverlauf der Laserstrahlung über die Linienlänge aufweist. Mit Hilfe dieser Einstellmittel kann die Vorrichtung sehr anwendungs flexibel ausgebildet werden. Mit den Einstellmitteln für den Linienverlauf können beispielsweise Krümmungen oder Winkel eingestellt werden. Einstellmittel für die Linienform lassen beispielsweise sehr schmale mit nicht ganz so schmalen Linienabschnitten abwechseln. Einstellmittel für den Linien fokus ermöglichen Anpassungen an die Werkstückoberfläche und/oder an die Werkstückdicke. Einstellmittel für den Inten sitätsverlauf der Laserstrahlung ermöglichen beispielsweise unterschiedliche Einschweißtiefen.The device can be designed so that it Setting means for the line course and / or the line shape and / or the line focus and / or the intensity profile of the Has laser radiation over the line length. With help this setting means the device can be very application be trained flexibly. With the setting means for the Lines can for example be curvatures or angles can be set. Leave setting means for the line shape for example, very narrow with not so narrow Alternate line segments. Adjustment means for the lines focus allow adjustments to the workpiece surface and / or the workpiece thickness. Adjustment means for the interior enable the course of the laser radiation, for example different welding depths.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispiels erläutert.The invention is based on a Darge in the drawing presented embodiment explained.

Die einzige Figur zeigt in schematischer perspekti vischer Ansicht eine sogenannte optische Exzenterschere zum Querteilen von geförderten Blechbändern.The only figure shows a schematic perspective Vischer view a so-called optical eccentric scissors for Cross-cutting of conveyed sheet metal strips.

Die in der Figur dargestellte Vorrichtung zum Querteilen von Band 10 wickelt dieses mit einem Treibrollenpaar 16 von einem aufgewickelten Bandvorrat 17 ab. Das Band 10 gelangt vom Treibrollenpaar 16 zum Treibrollenpaar 15 und zwischen beiden Treibrollenpaaren 15, 16 wird es geteilt. Das vom zu sammenhängenden Band 10 abgeteilte Trennstück 10' wird auf einen Stapel 18 von Trennstücken abgelegt. Das Band ist vor zugsweise Feinstblech und die aufgrund dessen eventuell noch erforderlichen Führungsmittel sind der besseren Übersicht lichkeit wegen weggelassen.The device for cross-cutting of tape 10 shown in the figure unwinds it from a wound tape supply 17 with a pair of drive rollers 16 . The belt 10 passes from the drive roller pair 16 to the drive roller pair 15 and it is divided between the two drive roller pairs 15 , 16 . The separating piece 10 'separated from the band 10 to be connected is placed on a stack 18 of separating pieces. The tape is preferably thin sheet and the guide means that may still be necessary due to the better overview are omitted for clarity.

Zur Unterteilung des Bandes 10 bzw. zum Abtrennen der Trennstücke 10' dient eine Laserstrahlungsquelle in Gestalt eines Diodenlaser-Strahlwerkzeugs, das als Diodenlaser-Barren 14 ausgebildet ist. Die von schematisiert dargestellten La serdioden 19 abgegebene Strahlung gelangt in einen optischen Kolimator 20, welcher Laserstrahlung 11 einer Fokussieroptik 21 zuführt. Diese fokussiert einen Laserstrahl 12 mit einem Strahlfleck 13 auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche des Bandes 10. Der Laserstrahl 12 ist eine schmale Linie, die einer gewünschten Schmelzlinie 22 entspricht. Dementsprechend deckt der Strahlfleck 13 die Schmelzlinie 22 vollflächig ab. Die Schmelzlinie 22 erstreckt sich von der in der Figur vor deren Kante 10'' bis zu der in der Figur nicht dargestellten hinteren Kante. Dementsprechend wird das Band 10 über seine gesamte Breite auf der Schmelzlinie 22 aufgeschmolzen. Dieses Aufschmelzen wird dazu benutzt, den in Förderrichtung vor deren Abschnitt des Bandes 10 abzuteilen, so daß ein Trenn stück 10' entsteht, das von dem vorderen Treibrollenpaar 15 auf den dargestellten Trennstückstapel 18 gefördert wird.A laser radiation source in the form of a diode laser beam tool, which is designed as a diode laser bar 14 , serves to subdivide the band 10 or to separate the separating pieces 10 ′. The radiation emitted by laser diodes 19 shown schematically reaches an optical colimator 20 which supplies laser radiation 11 to a focusing optics 21 . This focuses a laser beam 12 with a beam spot 13 onto the workpiece surface of the strip 10 to be processed. The laser beam 12 is a narrow line that corresponds to a desired melting line 22 . Accordingly, the beam spot 13 completely covers the melting line 22 . The melting line 22 extends from the front edge 10 ″ in the figure to the rear edge not shown in the figure. Accordingly, the band 10 is melted on the melting line 22 over its entire width. This melting is used to divide the upstream of the section of the belt 10 in the conveying direction, so that a separating piece 10 'is formed, which is promoted by the front pair of drive rollers 15 to the separator stack 18 shown.

Der Doppelpfeil 23 gibt an, daß der Diodenlaser-Barren 14 bzw. das Diodenlaser-Strahlwerkzeug in der Förderrichtung 24 des Bandes 10 und dem entgegengesetzt bewegt werden muß. Das ist erforderlich, damit der Strahlfleck auf dem Band ge nügend lange verweilt, um den Bandwerkstoff aufzuschmelzen, und zwar ausschließlich im Bereich der Schmelzlinie 22. Der Schneidpuls bzw. die während einer vorbestimmten Zeit auf das Band einwirkende Laserstrahlung darf ihre Relativstellung nicht ändern. Die Bewegung des Diodenlaser-Barrens 14 zwi schen dem Treibrollenpaar 16 und dem Treibrollenpaar 15 er folgt also ebenso schnell, wie die Bewegung des Bandes 10. Nach der vorbestimmten Einwirkungsdauer der Laserstrahlung auf das Werkstück kann der Diodenlaser-Barren 14 im Bereich zwischen den Treibrollenpaaren 15 und 16 entgegen der Förder richtung 24 des Bandes 10 zurückbewegt werden. Der Barren 14 wird dem Treibrollenpaar 16 soweit wie möglich und nötig ge nähert, wobei die Rücktransportgeschwindigkeit in Abhängig keit von der Fördergeschwindigkeit 24 auf die vorbestimmte Länge des Trennstücks 10' abgestimmt ist. Dabei kann die Rücktransportgeschwindigkeit zur Erzielung besonders kurzer Längen sehr hoch sein, verglichen mit den Rücktransportge schwindigkeiten konventioneller mechanischer Exzenterscheren.The double arrow 23 indicates that the diode laser bar 14 or the diode laser beam tool must be moved in the conveying direction 24 of the belt 10 and in the opposite direction. This is necessary so that the beam spot remains on the strip for a sufficient time to melt the strip material, and only in the area of the melting line 22 . The cutting pulse or the laser radiation acting on the tape for a predetermined time must not change its relative position. The movement of the diode laser bar 14 between rule the pair of drive rollers 16 and the pair of drive rollers 15 it follows as quickly as the movement of the belt 10th After the predetermined duration of action of the laser radiation on the workpiece, the diode laser bar 14 can be moved back in the area between the pairs of drive rollers 15 and 16 against the conveying direction 24 of the belt 10 . The ingot 14 is as close as possible and necessary to the pair of driving rollers 16 , the return transport speed depending on the conveying speed 24 being matched to the predetermined length of the separating piece 10 '. The return transport speed to achieve particularly short lengths can be very high compared to the return transport speeds of conventional mechanical eccentric shears.

Die Trennung des Trennstücks 10' vom Band 10 wird durch das Treibrollenpaar 15 unterstützt. Dieses fördert das Trenn stück 10' mit höherer Fördergeschwindigkeit, als das Treib rollenpaar 16. Der Unterschied der Fördergeschwindigkeiten wird durch die unterschiedliche Größe der Fördergeschwindig keitspfeile 25, 26 veranschaulicht. Das Treibrollenpaar 15 ist demgemäß nicht nur ein Transportmittel für das Werkstück, sondern auch eine Trennkraftquelle, die dafür sorgt, daß das Trennstück 10' nach dem Aufschmelzen des Werkstoffs entlang der Schmelzlinie von dem Band 10 im übrigen entfernt wird, weil der aufgeschmolzene Werkstoff den mechanischen Zusammen halt nicht mehr gewährleistet. Dementsprechend kann die Be strahlungsdauer der Schmelzlinie kürzer gehalten werden. Es braucht nicht mehr darauf gewartet zu werden, bis das lokale Erwärmen und Schmelzen und/oder Verdampfen des Werkstoffs auf der schmalen Schnittlinie zu einer effektiven Trennung des Trennstücks 10 vom Band geführt hat.The separation of the separator 10 'from the belt 10 is supported by the pair of drive rollers 15 . This promotes the separating piece 10 'at a higher conveying speed than the driving roller pair 16 . The difference in conveyor speeds is illustrated by the different size of the conveyor speed arrows 25 , 26 . The drive roller pair 15 is accordingly not only a means of transport for the workpiece, but also a source of separation force, which ensures that the separating piece 10 'after the melting of the material along the melting line from the belt 10 is removed because the melted material mechanical Together no longer guaranteed. Accordingly, the radiation duration of the melting line can be kept shorter. It is no longer necessary to wait until the local heating and melting and / or evaporation of the material on the narrow cutting line has led to an effective separation of the separating piece 10 from the belt.

Das Treibrollenpaar 15 bringt eine Bandspannung auf, mit der das Band an der geschwächten Schmelzlinie einfach aus einandergezogen wird. Die Schmelze kann der Verrundung der Schnittkante dienen. Die Dauer der Einwirkung der Laserstrah lung kann auf ein Minimum reduziert werden.The drive roller pair 15 applies a tape tension, with which the tape is simply pulled apart at the weakened melting line. The melt can serve to round off the cut edge. The duration of exposure to laser radiation can be reduced to a minimum.

Die vorbeschriebene Ausführungsform eignet sich bei spielsweise für das Schneiden bzw. Trennen von Feinstblech mit einer Dicke von weniger als 0,2 mm. In einem solchen Fall können bei einem Einsatz von Diodenlaser-Barren 14 mit Exzen terantrieb Taktraten von 1 bis 10 Hertz erreicht werden. Die Breite der Schmelzlinie bzw. des Strahlflecks 13 entspricht etwa der Wanddicke und die benötigte Strahlleistung beträgt je nach Werkstoff des Bandes und nach Fördergeschwindigkeit 1 bis 10 kW/m.The above-described embodiment is suitable, for example, for cutting or separating fine sheet metal with a thickness of less than 0.2 mm. In such a case, when using diode laser bars 14 with excenter drive clock rates of 1 to 10 Hertz can be achieved. The width of the melting line or the beam spot 13 corresponds approximately to the wall thickness and the required beam power is 1 to 10 kW / m depending on the material of the belt and the conveying speed.

In der Figur ist eine gerade Schmelzlinie 22 dargestellt worden. Es können jedoch auch beliebig gekrümmte, offene oder geschlossene Schnittkonturen bestrahlt werden. Auf diese Weise können Stanzvorgänge berührungslos und nahezu kräfte frei erfolgen, so daß die Nachteile mechanischer Einwirkungen praktisch vollständig vermieden werden können. Bei diesem be kannten mechanischen Verfahren ist die Schneid-Taktrate auf grund des Gewichtes des mechanischen Messers und der damit verbundenen kinematischen Grenzen für viele angestrebte Fer tigungsprozesse zu klein. Außerdem werden auch die Nachteile von bekannten Trennverfahren mit bewegtem Laserstrahl ver mieden, bei denen also der Laserstrahl entlang der Schnitt kontur bewegt wird. Auch hier sind die notwendigen Taktraten nicht erreichbar.A straight melting line 22 has been shown in the figure. However, any curved, open or closed cutting contours can also be irradiated. In this way, punching operations can take place without contact and with almost no force, so that the disadvantages of mechanical influences can be practically completely avoided. In this known mechanical process, the cutting cycle rate is too small for many desired manufacturing processes due to the weight of the mechanical knife and the associated kinematic limits. In addition, the disadvantages of known separation methods with moving laser beam are avoided ver, so that the laser beam is moved along the cutting contour. The necessary clock rates cannot be achieved here either.

Claims

1. A method for machining workpieces with laser beam development ( 11 ), which is focused on a workpiece surface to be machined with a laser beam ( 12 ) that is not relatively to the workpiece, characterized in that the laser beam ( 12 ) is focused in a line-like manner and be Beam spot ( 13 ) speaks practically from the entire surface of the workpiece to be machined.

2. The method according to claim 1, characterized in that that a narrow focus over its entire length line is used.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized records that the line extends across the entire plant piece width extends and / or an outline with unbe blasted center and / or any past has a correct line course and / or uneven course Has line width.

4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that a line of lines part length is used, the total line length Cover at the same time or in cycles.

5. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that laser radiation is used det, which is made up of gaps lined up without gaps or groups of individual rays that cover the entire Cover line length or a partial length at the same time.

6. The method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the laser radiation ( 11 ) with diode laser bars ( 14 ) and / or diode laser stacks is generated.

7. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the laser radiation ( 11 ) is used for separation.

8. The method according to claim 7, characterized in that with line-shaped laser radiation ( 11 ), the entire width of a plate or a running belt ( 10 ) is separated in a pulsed manner.

9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that a laser radiation source and / or at least one laser beam ( 11 ) emitting Bear processing head with a moving workpiece is moved at the same speed during its irradiation.

10. The method according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that mechanical or magnetic means causing the separation of the separating pieces ( 10 ') are used during the irradiation of the workpiece.

11. The method according to claim 10, characterized in that as a mechanical means melt from the melted Gas nozzles driving out the workpiece area for use come.

12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that a separating pieces ( 10 ') of the workpiece from each other separating force source is used as mechanical means.

13. The method according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that the workpiece with distanced means of transport promoted between which the processing with laser radiation takes place and serve as sources of separation force.

14. The method according to one or more of claims 1 to 13, characterized in that pairs of driving rollers ( 15 , 16 ) are used with differently controlled conveyor speeds for separating piece separation as the means of transport.

15. The method according to one or more of claims 1 to 14, characterized in that the line-like Laser radiation is used for line joining.

16. The method according to one or more of claims 1 to 15, characterized in that a workpiece Thin sheet, foils or molded plastic parts are used becomes.

17. Device for processing workpieces with laser radiation ( 11 ) or the like high-energy radiation, which is focused on a workpiece to be machined with a laser beam ( 12 ) that is not moved relative to the workpiece, for carrying out the method according to one of claims 1 to 16, characterized in that the laser beam ( 12 ) is focused like a line and its beam spot ( 13 ) practically corresponds to the entire surface of the workpiece to be machined.

18. The apparatus according to claim 17, characterized in that it has a controlled drive which is capable of adjusting the generation of the laser beam ( 12 ) serving laser source and / or a device emitting the laser beam ( 12 ) any workpiece movements and / or positioning accordingly.

19. Device according to one of claims 17 or 18, characterized in that the laser beam ( 12 ) with a line-like beam spot ( 13 ) covers the entire length of a predetermined dividing line on the workpiece and that separating means for separating the separators of the workpiece during its irradiation available.

20. The device according to one or more of claims 17 to 19, characterized in that the workpiece driving rollers is promoted, and that a control device for workpiece clamping or separation.

21. The device according to one or more of claims 17 to 20, characterized in that to generate the Laser radiation Diode laser beam tools available are.

22. The device according to one or more of claims 17 to 21, characterized in that for one with the Workpiece at the same speed during the irradiation With the movement of a blasting tool, an eccentric drive is available.

23. The device according to one or more of claims 17 to 22, characterized in that two line-like Liche laser beams ( 12 ) are present and are directed towards mutually opposite workpiece surfaces of the same processing area or successive processing areas.

24. The device according to one or more of claims 17 to 23, characterized in that the two lasers ( 12 ) are arranged at an angle to one another.

25. The device according to one or more of claims 17 to 24, characterized in that they adjust tel for the line course and / or the line shape and / or the line focus and / or the intensity curve of laser radiation over the line length.