DE4242057A1 - Laser-Bearbeitungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des 1. Anspruches angegebenen Art.

Aus der DE-A 40 40 554 ist eine Bearbeitungsanlage be­ kannt, die wahlweise mit einem Laserschweißkopf oder mit einem mechanischen Bearbeitungswerkzeug, beispielsweise mit einem Fräswerkzeug, ausgerüstet werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Laser-Be­ arbeitungsanlage so auszubilden, daß anstelle einer Schweißdüse eine Schneiddüse eingesetzt werden kann, ohne daß grundlegende Änderungen am Laserkopf durchgeführt werden müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des 1. Anspruches gelöst. Die Lösung sieht vor, die Umlenkeinrichtungen und die Fokussier­ einrichtung im Laserkopf zu belassen und nur die Düse austauschbar vorzusehen. Da beim Laserschneiden zusätz­ lich ein Schneidfluid zugeführt werden muß, beinhaltet der austauschbare Schneidkopf gleichzeitig das Auskopp­ lungsfenster, so daß der Gasdruckaufbau nur innerhalb der Düse stattfindet. Innerhalb des übrigen Laserkopfes wird deshalb kein Schneidgasdruck aufgebaut bzw. ein Entwei­ chen des Schneidgases in den hinteren Strahlengang ver­ mieden. Dadurch vereinfacht sich dessen Aufbau ganz er­ heblich, da sonst Maßnahmen an den Bauteilen getroffen werden müßten, die einen Schneidgasdruck von bis zu 10 bar gestatten. Somit wird also in der Schneiddüse ein zum Laserkopf hin abgesperrter Druckraum geschaffen, der bei Austausch gegen eine Schweißdüse ausgewechselt wird. Da­ mit wird auch das Auskopplungsfenster ausgewechselt, so daß sein Material nicht auf die wesentlich höhere Strahl­ leistung bei Schweißen ausgelegt werden muß.

Die Weiterbildung nach Anspruch 2 hat den Vorteil, daß die Halteeinrichtung gleichzeitig als Kollisionsschutz der Düse gegen das Werkstück ausgebildet wird. Durch die konischen Flächen kann die Halteeinrichtung samt Düse beim Anstoßen ausweichen und gemäß Weiterbildung nach An­ spruch 3 wieder zurückfahren.

Anspruch 4 beschreibt eine vorteilhafte Möglichkeit der Düsenjustierung. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die Düse im Laserkopf um mehrere Millimeter in und quer zur Strahlrichtung zu verstellen.

Die Ansprüche 5 und 6 beschreiben Maßnahmen, um die beim Schweißen notwendige hohe Energie im Laserkopf an den Um­ lenk- und Fokussiereinrichtungen umzulenken bzw. zu bün­ deln.

Um Werkstücklagetoleranzen auszugleichen, wird die Wei­ terbildung nach Anspruch 7 vorgeschlagen. Gesteuert wird die Verstellbewegung der Umlenkeinrichtungen zueinander oder voneinander weg durch die Anordnung nach Anspruch 8.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es stellt dar:

Fig. 1 Ein Querschnitt durch einen Laserkopf mit angeschraubter Schweißdüse;

Fig. 2 Ein Querschnitt durch einen Laserkopf mit angeschraubter Schneiddüse.

In Fig. 1 ist ein Laserkopf 1 schematisch im Schnitt dargestellt. Er wird über einen Flansch 2 mit einer nicht näher dargestellten freien Achse einer Laser-Portalanlage oder eines -Roboters verbunden.

Der Laserkopf 1 beinhaltet ein erstes Gehäuse 3 und ein zweites Gehäuse 4. Das erste Gehäuse 3 weist den Flansch 2 auf und beinhaltet die erste Umlenkeinrichtung 5 für den Laserstrahl.

Das zweite Gehäuse 4 beinhaltet - fluchtend zur ersten Umlenkeinrichtung 5 - die zweite Umlenkeinrichtung 6 für den Laserstrahl sowie die im Strahlengang liegende Fokussiereinrichtung 7.

Unterhalb der Fokussiereinrichtung 7 ist die Halteeinrich­ tung 8 angeordnet, die im vorliegenden Beispiel die Schweißdüse 9 trägt.

Die Halteeinrichtung 8 besteht aus dem Ring 10 mit Kegel­ form, der in einen Kegelsattel 11 zentriert ist. Der Ke­ gelsattel 11 ist am zweiten Gehäuse 4 über die Einstell­ schrauben 12 quer und über sein Umfangsgewinde und die Kontermutter 11.1 in Richtung des Strahlenganges ein­ stellbar gehalten. Die Klemmschraube(n) 13 dienen zum Festklemmen der einmal gefundenen Einstellung.

Die erste und zweite Umlenkeinrichtung 5, 6 sowie die Fo­ kussiereinrichtung 7 sind wassergekühlt ausgeführt in an sich bekannter Weise, um die beim Schweißen notwendigen Leistungen (z. B. 5 kW) störungsfrei zu übertragen.

Um das zweite Gehäuse 4 gegenüber dem ersten Gehäuse 3 zu verstellen, ist ein nicht näher dargestellter Stellmotor vorgesehen. Darüber hinaus sind beide Gehäuse über eine Linearlagerung 15 miteinander verbunden.

Der Ring 10 bzw. die Düse 9 werden von einer Druckfeder 14, die sich an dem Kegelsattel 11 abstützt, in Richtung zum Werkstück gedrückt. Die Druckfeder 14 dient zusammen mit dem Kegelsitz des Ringes 10 und dem Kegelsattel 11 als Kollisionsschutz, da bei einem Anstoßen der Düse 9 an das Werkstück die Düse mit dem Ring 10 seitlich oder nach oben ausweichen kann.

In Fig. 2 ist anstelle der Schweißdüse 9 eine Schneid­ düse 16 vorgesehen.

Da zum Schneiden ein Schneidgas verwendet werden muß, weist die Düse 16 einen Gasanschluß 17 auf. Dieser Gas­ anschluß mündet innerhalb der Düse in einen Druckraum 18. Dieser Druckraum 18 wird zum Laserkopf hin über ein Aus­ kopplungsfenster 19 abgeschlossen. Dieses Auskopplungs­ fenster 19 besteht aus einem für die Laserstrahlen durch­ lässigen Material, ist aber hinreichend druckfest, um den Schneiddruck von bis zu 10 bar standzuhalten.

Der Druckraum 18 steht über nicht gezeigte Aus­ trittskanäle an der Spitze des Schneidkopfes in Verbin­ dung.

Um beim Schneiden eine selbständige Abstandregelung des Fokuspunktes zur Werkstückoberfläche zu ermöglichen, wird ein kapazitives Sensorsystem benutzt, welches die Schneiddüse 16 und das Werkstück mit umfaßt. Verstellt wird das zweite Gehäuse gegenüber dem ersten Gehäuse über den Stellmotor, so daß sich dadurch die Lage des Brenn­ fleckes verändern läßt.

Beim Schweißen wird der Stellmotor über die Maschinen­ steuerung in eine feste Position verfahren und dort ge­ halten.

Zum Austausch der Düse 16 gegen die Düse 9 oder umgekehrt wird der Ring 20 arretiert. Dies geschieht dadurch, daß in dem Kegelsattel 11 eine Bohrung 20 vorgesehen ist, die mit einem Sackloch im Ring 10 fluchtet. Deshalb wird der Ring 10 so lange verstellt, bis Bohrung und Sackloch fluchten. Anschließend wird ein nicht näher dargestellter Arretierstift in die Bohrung 20 und das Sackloch 21 ein­ geführt. Sodann kann die Düse 16 oder die Düse 9 abge­ schraubt werden. Das Anschrauben der anderen Düse erfolgt in umgekehrter Richtung.

Zur Grundeinstellung, um den notwendigen zentrischen Ver­ lauf von Laserstrahl und Schneid- bzw. Schweißdüse zu er­ reichen, dienen die Einstellschrauben 12 und die Klemm­ schrauben 13 sowie die Kontermutter 11.1. Hierbei wird folgendermaßen vorgegangen: Die augenblicklich vorhandene Düse wird aus dem Laserkopf herausgeschraubt und dafür ein Fadenkreuz, z. B. auf Papier gezeichnet, zentrisch auf die dann vorhandene Öffnung des Laserkopfes geklebt. Zuerst wird dann die Justage über die Einstellschrauben 12 durchgeführt. Hierzu werden die Klemmschrauben 13 leicht gelockert. Über die Schrauben wird die Halte­ einrichtung 8 so lange verstellt, bis der Prüfstrahl mittig auf das Fadenkreuz trifft. Ist dies geschehen, werden die Einstellschrauben wieder angezogen, das Faden­ kreuz entfernt und die Schweiß- oder Schneiddüse wieder aufgeschraubt.

Die Höhenanstellung der Düse in Strahlachse wird über das Lösen der Kontermutter 11.1 und dem Herein- oder Heraus­ drehen der Aufnahme 11 in bzw. aus dem Laserkopf durchge­ führt. Ist diese axiale Einstellung beendet, wird die Kontermutter 11.1 wieder festgezogen.

Claims (8)

1. Laser-Bearbeitungsanlage, die einen fokussierbaren Laserstrahl auf ein Werkstück richtet und die einen Laserkopf mit einer Düse zum Schweißen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (9) an dem Laserkopf (1) über eine Halteeinrichtung (8) lösbar befestigt ist und gegen eine Düse (16) zum Schnei­ den austauschbar ist, die den Gasanschluß (17) für das Schneidgas und ein Auskopplungsfenster (19) be­ inhaltet, wobei der Laserkopf (1) die Umlenk- und Fokussiereinrichtungen (5-7) aufweist.

2. Laser-Bearbeitungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (8) aus einem Ring (10) mit Kegelform und Innen­ gewinde besteht und einem Kegelsattel (11) mit kon­ gruenter Gegenfläche, die an dem Laserkopf (1) ge­ halten ist.

3. Laser-Bearbeitungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Halte­ einrichtung (8) und der Düse (9, 16) eine Feder (14) vorgesehen ist.

4. Laser-Bearbeitungsanlage nach einem der vorange­ gangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (8) in einer senkrecht und in einer parallel zur Strahlrichtung verlaufenden Ebene einstellbar ist.

5. Laser-Bearbeitungsanlage nach einem der vorange­ gangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenk- und Fokussiereinrichtungen (5-7) flüssigkeitsgekühlt sind.

6. Laser-Bearbeitungsanlage nach einem der vorangegan­ genen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenk- und Fokussiereinrichtungen (5-7) auf die zum Schweißen notwendige Leistung ausgelegt sind.

7. Laser-Bearbeitungsanlage nach einem der vorangegan­ genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Umlenkeinrichtun­ gen (5, 6) vorgesehen sind, wobei eine Umlenk­ einrichtung (6) und die Fokussiereinrichtung (7) ortsfest in einem gemeinsamen Gehäuse (4) angeord­ net sind, das verfahrbar in Richtung auf und von der anderen Umlenkeinrichtung (5) ausgebildet ist.

8. Laser-Bearbeitungsanlage nach einem der vorangegan­ genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstandsregelung der Düse (16) von der Werkzeugoberfläche ein kapa­ zitiv arbeitendes Sensorsystem vorgesehen ist, wel­ ches mit einer Stelleinheit zum Verfahren des Ge­ häuses (4) zusammenarbeitet.