DE3400017A1

DE3400017A1 - Mehrachsige material-bearbeitungsstation

Info

Publication number: DE3400017A1
Application number: DE19843400017
Authority: DE
Inventors: Rasmus Dr. 6078 Neu-Isenburg Beck; J. Dipl.-Ing. 6056 Heusenstamm Held; Siegfried Dipl.-Ing. Held
Original assignee: Held 6056 Heusenstamm GmbH; HELD GmbH
Current assignee: ESAB Held GmbH
Priority date: 1984-01-02
Filing date: 1984-01-02
Publication date: 1985-08-08
Also published as: DE3400017C2

Description

Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrachsige Material-Bearbeitungsstation, vorzugsweise unter Verwendung eines Lasers als Bearbeitungseinheit, mit einer Tragkonstruktion für die Bearbeitungseinheit, die auf Ständern angeordnet ist.
Bei der Materialbearbeitung mit Hochleistungslasern wird heute noch im allgemeinen das Werkstück relativ zu dem Bearbeitungskopf, der die Fokussierungsoptik enthält, bewegt Der Bearbeitungskopf ist dabei in einer Achse (Abstand zur Materialoberfläche) verstellbar. Dieses Verfahren ist nicht mehr möglich, wenn die Werkstückabmessungen sehr groß werden. Man behilft sich dann damit, daß der Laser mit dem Bearbeitungskopf auf eine große Führungsmaschine (z.B. eine konventionelle Brennschneidanlage) gesetzt und mit dieser verfahren wird.
Nachteilig ist in beiden Fällen, daß bei schweren Werkstücken (z.B. Stahlplatten von 5 - 15 mm Dicke) oder leistungsstarken Lasern erhebliche Massen bewegt werden müssen. Bei der Materialbearbeitung mittels Lasern sind aber Positioniergenauigkeiten im 0,1 mm Bereich bei kurzen Beschleunigungswegen notwendig. Diese Anforderungen sind mit herkömmlichen Führungssystemen nicht zu erfüllen.
Moderne Laser-Bearbeitungssysteme bedienen sich der sogenannten ~fliegenden Bearbeitungsoptik". Hierbei stehen Laser und Werkstück fest. Die optischen Komponenten zur Umlenkung und Fokussierung des Laserstrahles werden auf einem Koordinatenführungssystem montiert und jeweils in Strahlrichtung bewegt. Die Genauigkeitsanforderungen an ein solches Koordinatenführungssystem sind sehr hoch, da die Strahlauslenkung auch bei größeren Verfahrwegen und hochdynamischen Verfahrzyklen besser als 0,1 mrad bleiben muß.
Man arbeitet heute daher auch mit sogenannten Hybridsystemen, bei denen der Bearbeitungskopf in einer Achse und das Werkstück an der anderen Achse bewegt wird.
Es sind ebenfalls Systeme mit zweiachsig bewegter Bearbeitungsoptik bekannt. Sie haben jedoch den Nachteil, daß Führungs-und Antriebseinheiten in den Bearbeitungstisch integriert sind. Sie sind daher beim Be- und Entladen der Maschine erheblichen Risiken ausgesetzt, wie z.B. Dejustierung durch Stoß oder Belastung mit dem Werkstück. Zudem ist die Zugänglichkeit durch seitlich (x-Achse) und als Portal (y-Achse) angeordnete Führungseinheiten erschwert. Der Platzaufwand dieser Systeme ist wegen der ausfahrenden Schlittenteile erheblich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Material-Bearbeitungsstation der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine Positioniergenauigkeit im Bereich von kleiner 0,1 mm bei einem Verfahrweg in Zweiachsen bis zu 4 x 4 m2 erreicht wird, ebenso Verfahrgeschwindigkeiten bis zu 30 m/min bei kurzen Beschleunigungswegen und der genannten Genauigkeit. Die Station soll darüber hinaus praktisch ungehinderte Zugänglichkeit zum Bearbeitungsbereich bieten, woraus sich auch eine gute Austauschbarkeit der Werkstückträger und Kompatibilität mit Transferstraßen od. dgl. ergibt.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Tragkonstruktion im Bereich des Bodens mindestens in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen im wesentlichen frei durchfahrbar ist, daß an der Tragkonstruktion hängend mindestens ein erster Schlitten vorgesehen ist, der mindestens zwei mit Abstand zueinander angeordnete Antriebs- und Positioniereinheiten für eine Bewegung in eine Richtung aufweist, daß am ersten Schlitten mindestens ein zweiter Schlitten vorhanden ist, der senkrecht zum ersten Schlitten in horizontaler Richtung, hängend mit einem Antriebs- und Positioniersystem antreibbar ist, und daß am zweiten Schlitten die Bearbeitungseinheit angeordnet ist.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, den Unteransprüche sowie anhand der schematischen Zeichnung, die die erfindungsgemäße Bearbeitungsstation in schaubildlicher Darstellung wiedergibt.
Wie sich aus der Zeichnung ergibt, sind sämtliche mechanischen und optischen Komponenten der erfindungsgemäßen mehrachsigen Material-Bearbeitungsstation, wie Schlittenführungen 3, 4, Spindelantriebe 5a, 5b und 6, Meßsystem lOa, lOb und 12, Strahlumlenkspiegel 8, 9 sowie Bearbeitungseinheit 2 hängend an einem Doppelportalaufbau angeordnet. Dieser Doppelportalaufbau weist 4 Säulen 1 auf sowie zwei Längsträger 14 sowie zwei Querträger 15. Der Arbeitsbereich befindet sich innerhalb der Säulen 1. Zwischen den Säulen 1 kann der Arbeitsbereich von allen Seiten ungehindert durchfahren werden. Damit kann die Bearbeitungsstation außerhalb des Systems be- und entladen werden. Außerdem bietet die erfindungsgemäße Bauweise die Möglichkeit, die gesamte Bearbeitungsstation über eine z.B. Transferstraße zu stellen und die Werkstücke durch die Bearbeitungsstation hindurchzubewegen.
Für den Transport der Bearbeitungseinheit 2 in x- und y-Richtung sind zwei Schlittenführungen 3 und 4 vorhanden, wobei über die Führungen 3 zunächst ein erster Schlitten 7 verschiebbar ist. Über die Führungen 4 ist ein zweiter Schlitten 11 verfahrbar, der an dem ersten Schlitten 7 somit verschiebbar gelagert ist.
Wie sich aus der Zeichnung weiter ergibt, sind im Bereich der genannten Schlittenführungen 3 und 4 weiterhin Antriebs-Systeme, beispielsweise Spindelantriebe 5a und Sb zum Antrieb des Schlittens 7 sowie ein Spindelantrieb 6 zum Verfahren des Schlittens 11 vorhanden. Anstelle der Spindelantriebe können vorteilhaft auch Linearmotoren eingesetzt werden.
Der Schlitten 7 wird somit in Richtung bewegt; der Schlitten 11 in y-Richtung.
Die angestrebte Positioniergenauigkeit sowie Verfahrgeschwindigkeit bei kurzen Beschleunigungswegen ist mittels dieser Spindelantriebe möglich. Sie sind jeweils mit mindestens einem Meßsystem 10 und 12 gekoppelt, welche die Spindelantriebe genau zu steuern in der Lage sind. Eine Synchronsteuerung beider Spindelantriebe über das Meßsystem ergibt den angestrebten Gleichlauf der Antriebe 5a und 5b. Bei dem Meßsystem 10, 12 kann es sich beispielsweise um eine elektronisch codierte Meßvorrichtung handeln, über die die jeweilige genaue Position der Schlitten feststellbar ist.
Wie sich aus der Zeichnung weiter ergibt, ist am ersten Schlitten 7 ein erster Strahlumlenkspiegel 8 angeordnet, der einen von einem außerhalb der Station fest angeordneten Laser ankommenden Laserstrahl 16 auf einen zweiten Strahlumlenkspiegel 9 der Bearbeitungseinheit 2 lenkt, welcher zweite Spiegel 9 den Laserstrahl 16 dann nach unten durch die Bearbeitungseinheit auf das zu bearbeitende Werkstück richtet. Aufgrund dieser Ausbildung ist es möglich, die beiden Schlitten 7 und 11 mit geringsten Massen auszustatten, so daß sie in der angestrebten Weise schnell und genau verfahren werden können. Diese Ausbildung bietet sich insbesondere im Falle von Hochleistungslasern mit entsprechendem großen Gewicht an. Bei kleineren Lasereinheiten ist es jedoch auch möglich, diese direkt anstelle der Bearbeitungseinheit 2 anzuordnen. Auf die Strahlumlenkspiegel 8 und 9 kann dann zumindest funktionell verzichtet werden.
Die Bearbeitungseinheit 2 kann zusätzlich in z-Richtung verschoben werden. Diese Verstellmöglichkeit ist für die genaue Abstandsjustierung zur Werkstückoberfläche von Vorteil.
Sie kann entweder manuell oder automatisch über Sensoren gesteuert werden. Schließlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, daß die Bearbeitungseinheit 2 mehrere Freiheitsgrade aufweist und somit insbesondere in horizontaler und vertikaler Richtung drehbar ist. Auf diese Weise können auch gekrümmte Werkstückoberflächen in jeweils optimaler Weise vom Laserstrahl beaufschlagt werden.
Weiterhin ist es möglich, bei entsprechender Ausgestaltung von zwei in einer Längsrichtung der erfindungsgemäßen Station angeordneten Säulen 1, wenn diese beispielsweise fest am Boden angeordnet sind, auf die anderen beiden Säulen 2 zu verzichten. Es ergibt sich hierdurch insbesondere eine weitere Verbesserung der Zugänglichkeit des Arbeitsbereiches unterhalb des Bearbeitungskopfes 2.
Leerseite

Claims

Mehrachsige Material-Bearbeitungsstation PATENTANS PRÜCHE 1. Mehrachsige Material-Bearbeitungsstation, vorzugsweise unter Verwendung eines Lasers als Bearbeitungseinheit mit einer Tragkonstruktion für die Bearbeitungseinheit, die auf Ständern angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragkonstruktion (14) im Bereich des Bodens mindestens in 2 zueinander senkrecht stehenden Richtungen im wesentlichen frei durchfahrbar ist, daß an der Tragkonstruktion (14) hängend mindestens 1 erster Schlitten (7) vorgesehen ist, der mindestens 2 mit Abstand zueinander angeordnete Antriebs- und Positioniersysteme (6, 12) für eine Bewegung in eine Richtung aufweist, daß am ersten Schlitten (7) mindestens ein zweiter Schlitten (11) vorhanden ist, der senkrecht zum ersten Schlitten in horizontaler Richtung ebenfalls hängend mit einem Antriebs- und Positioniersystem (6, 12) antreibbar ist, und daß am zweiten Schlitten eine Bearbeitungseinheit angeordnet ist.
2. Bearbeitungsstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (2) außerhalb der Station angeordnet und sein Laserstrahl über an den Schlitten (7, 11) fest angeordneten Spiegeln (8, 9) in die Bearbeitungseinheit (2) einkoppelbar ist.
3. Bearbeitungsstation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungseinheit mehrere Freiheitsgrade aufweist, insbesondere in horizontaler und vertikaler Richtung drehbar ist.